Konutlarda ısıl ve görsel konfor koşullarının sağlanmasına yönelik enerji optimizasyonu üzerine bir tasarım destek modeli
A design support model to provide thermal and visual comfort conditions for energy optimization in residential buildings
Yazar: EGEMEN KAYMAZ
Danışman: PROF. DR. FİLİZ ŞENKAL SEZER ; PROF. DR. BANU MANAV
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Mimarlık = Architecture

Özet:
Konut sektörü, sanayi ve ulaşımdan sonra fosil yakıt tüketimi ile ilişkili karbon emisyonunun %9'undan, elektrik tüketiminin %21'inden ve toplam nihai enerji tüketiminin %20'sinden sorumludur. Bu bakımdan konutlar, iklim değişikliğiyle mücadelede ve karbon nötr hedeflere ulaşmakta önemli bir potansiyele sahiptir. Bu çalışmada Bursa ili Nilüfer ilçesinde yer alan, mevcut üç konut sitesinin ısıtma, soğutma ve aydınlatma enerjisi performansı, çevresel etkileri, ilk yatırım, bakım-onarım, yenileme, hurda, işletme ve kullanım dönemi enerji maliyetlerini içeren global maliyeti ile konut mekanlarının ısıl ve görsel konfor koşulları, kullanıcı tercihleri göz önüne alınarak değerlendirilmiştir. Bununla birlikte Bursa'nın yanı sıra Türkiye'nin farklı iklim bölgelerinde de tasarlanacak konut projeleri için enerji ve maliyet odaklı optimal çözümlerin geliştirilmesi hedeflenmiştir. Yaklaşık sıfır enerjili ve maliyet etkin enerji verimli bina performans hedefleri doğrultusunda konutlarda enerji optimizasyonu üzerine bir tasarım destek modeli önerisinde bulunulmuştur. Önerilen model ile konutların ön tasarım kararları bina, mekan ve yapı kabuğu ölçeğindeki mimari (pasif) ve bina alt sistem (aktif) tasarım değişkenleri üzerinden analiz edilmiştir. Önerilen model çerçevesinde binalarda enerji performansını iyileştirmeye yönelik oluşturulan senaryolar; iklim bölgesi, cephe yönlenimi, kat yüksekliği, dış duvar ısı yalıtımı, saydamlık oranı ve cephe kuruluşu, pencere camının termofiziksel ve optik özellikleri, doğrama türü, güneş kontrol elemanları, yapı kabuğu hava sızdırmazlığı, iç aydınlatma tasarımı ve kontrolü, ısıtma ve soğutma sistemi işletim takvimi, iç ortam ayar sıcaklığı ve güneş panelleri olmak üzere 15 değişken altında toplam 183 farklı seçeneği içermektedir. Tasarım değişkenlerinin ısıtma, soğutma, aydınlatma, birincil enerji tüketimi, CO2 emisyonu ve uzun dönem maliyetlere olası etkileri bina performans ölçütleri arasındaki ödünleşim dikkate alınarak simülasyon ve BES tabanlı optimizasyon yöntemi ile değerlendirilmiştir. Yenilenebilir enerji sistemlerinin enerji ve maliyet optimal çözümlerde mimariye entegre edilmesiyle, güneş panellerinin yıllık aydınlatma ve soğutma enerjisi ihtiyacını karşılama oranı hesaplanmıştır.

Abstract:
After industry and transportation in Turkey, the third sector responsible for 9% of carbon emissions, 20% of total end-use energy and 21% of electricity consumption is the residential sector. In this respect, residential buildings have a significant potential in combating climate change and achieving carbon neutrality targets. In this study, the heating, cooling and lighting energy performance, environmental impact and global cost (including initial investment, maintenance, running, replacement, energy, operational costs and residual value) of three gated community in the Nilüfer district of Bursa province were evaluated considering the thermal and visual comfort conditions of residential areas and user preferences. In addition to Bursa, it is also aimed to develop energy-oriented and cost-oriented optimal solutions for residential projects to be designed in different climatic regions of Turkey. A design support model is proposed for energy optimization in residential buildings, in line with nearly zero energy and cost-effective energy efficient building performance goals. With the proposed model, pre-design decisions were analyzed at building block, residential space and envelope scales through architectural (passive) and building services (active) design variables. Within the framework of the proposed model, scenarios were created to improve the energy performance of buildings. The scenarios include 183 options under 15 variables: climate zone, facade orientation, floor height, external wall thermal insulation, transparency ratio, thermophysical and optical properties of windows, material and size of glazing profiles, solar shading, airtightness of building envelope, light reflection of interiors, interior lighting design and control, building service systems operating schedules, indoor set-point temperatures and onsite electricity generation with solar panels. The impact of these design parameters on heating, cooling, lighting and primary energy energy consumption, CO2 emission and long-term costs were evaluated with the simulation and BES-based optimization methods, considering the trade-offs between building performance measures. In energy and cost-optimal solutions, renewable energy systems are also integrated into the architecture.