Giydirme cephe kaplama sistemlerinin üretim ve kullanım süreci yaşam döngüsü değerlendirmesi
The life cycle assessment of curtain wall cladding systems during the production and use processes
Yazar: ELHAM IGHANINEJAD MATNAGH
Danışman: DOÇ. DR. İKBAL ÇETİNER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Mimarlık = Architecture

Özet:
Küreselleşme, nüfus artışı ve buna bağlı olarak kentlerdeki büyüme bina yapımının hızla artışını beraberinde getirmiştir. Binaların tüm yaşam döngüsü boyunca hem ham madde kullanımına hem de yenilenemeyen enerji tüketimine bağlı olarak küresel ısınma, insan sağlığına zararlı salımların artması, ekosistemin bozulması gibi olumsuz çevresel etkilere neden olduğu bina endüstrisi alanında bilinen bir gerçektir. Özellikle artan iş olanakları ile beraber ofis binaların sayısı da gün geçtikçe artmaktadır. Kullanıcı ihtiyaçlarını karşılamak amacı ile yapı malzemelerinin/bileşenlerinin hızlı ve kolay üretimi/uygulanmaları önemli bir unsur haline gelmiştir. Özellikle ofis binası cephe sistemlerinde bu ihtiyacı gidermek için yaygın olarak giydirme cephe sistemleri kullanılmaktadır. Bina yapı kabuğunun en önemli elemanlarından biri olan cephe sistemleri, sistem türü, malzemesi ve uygulama teknolojisine göre enerji verimliliği ve çevresel etkiler açısından önemli bir rol üstlenmektedir. Ayrıca ofis binaları iç mekan hava kalitesini ve kullanıcı konforunu sağlamak için kullanım süreci boyunca yüksek miktarda enerji tüketmektedir. Bu tüketimin önemli bir kısmı cephe sistemlerinin ısı kayıp ve kazançlarından kaynaklanmaktadır. Cephe malzemelerinin üretim sürecinde kullanılan ham madde/enerji kullanımına ve kullanım sürecinde tüketilen enerjiye bağlı olarak havaya ve suya bazı zararlı salımlar oluşur. Bu salımların neden olduğu çevresel etkiler, genellikle çevresel etki değerlendirme çalışmalarında Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi (YDD) yöntemi ile değerlendirilir.
Çalışmanın birinci aşamasında; literatür araştırmaları ve cephe yapım firmalarının ürün katologları incelenerek, giydirme cephe sistemlerinin tanımı, sınıflandırmaları, performans gereksinmeleri ve yaygın olarak kullanılan giydirme cephe/cephe kaplama sistemleri detaylı olarak açıklanmıştır. Literatür çalışması, Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi yöntemi tanımını, aşamalarını, ilgili standartları ve yöntemi kullanan değerlendirme araçlarını kapsamaktadır. 
İkinci aşamada; İstanbul'da bulunduğu varsayılan bir ofis binasi cephesi için Türkiye'de yaygın olarak kullanılan dört farklı giydirme cephe sisteminin (alüminyum kompozit panel, granit levha kaplama, seramik kaplama ve alüminyum çerçeveli cam panel giydirme cephe) üretim ve kullanım sürecindeki ham madde ve enerji tüketimine bağlı olarak çevresel etkileri değerlendirilmiştir. Bu etkiler, ürün ve hizmetlerin çevresel performansını değerlendirmek için yaşam döngüsü değerlendirme yaklaşımını esas alan SimaPro 7.3.3 yazılımı kullanılarak belirlenmiştir. Kaplama sistemlerinin yıllık enerji tüketim değerleri, konforlu ve enerji verimli bina tasarımları geliştirmek için kullanımı kolay bir arayüze sahip olan DesignBuilder v5.5.2.007 yazılımı ile hesaplanmaktadır. Çevresel etki değerlendirmesi Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi yöntemi aşamaları esas alınarak gerçekleştirilmiştir. 
Üçüncü aşamada; Impact 2002+ yöntemi kullanılarak elde edilen çevresel etkiler orta ve son nokta kategorisi yaklaşımlarına göre tartışılmıştır. 
Üretim süreci orta nokta kategorileri açısından yapılan değerlendirme sonuçlarına göre; en fazla çevresel etki alüminyum kompozit panel sisteminin ham madde çıkarımı sırasında oluşmaktadır. En yüksek etkilerin yenilenemeyen enerji ve küresel ısınma kategorilerinde oluştuğu gözlenmiştir. Yüksekten düşüğe doğru çevresel etki sıralaması diğer uygulamalar için sırasıyla seramik levha kaplama, granit levha kaplama ve alüminyum çerçeveli cam panel uygulaması şeklindedir.
Üretim süreci son nokta kategorileri açısından yapılan değerlendirme sonucunda; en yüksek çevresel etkilerin insan sağlığı ve kaynaklar kategorilerinde oluştuğu belirlenmiştir. İnsan sağlığı kategorisindeki yüksek etkilerin nedeni hammadde çıkarımı sırasında çevreye salınan partiküller ve inorganik salımlardır. Kaynaklar kategorisindeki etkiler ise enerji kullanımı için gerekli elektrik üretiminde kullanılan kömür, uranyum, linyit gibi ham madde kullanımından kaynaklanmaktadır.
Kullanım süreci orta nokta kategorileri açısından yapılan değerlendirme sonucunda; tüm kategoriler için en yüksek çevresel etkinin alüminyum çerçeveli cam panel uygulamasında gerçekleştiği, diğer uygulamaların enerji tüketimi miktarlarının birbirine yakın değerlerde olması nedeniyle benzer etkilere sahip oldukları görülmüştür. Cam panelin yüksek etkisinin temel nedeni cepheden ısı kazanç ve kayıpları nedeniyle ısıtma ve soğutma için gerekli enerjinin artması ve çevreye daha fazla zararlı salım olmasıdır. Çevresel etkinin belli bir ölçüde azaltılması saydamlık oranını azaltmakla sağlanabilir. Orta nokta kategorileri arasında en yüksek etki; yenilenemeyen enerji, küresel ısınma ve solunum yolu etkileri/inorganic kategorilerinde oluşmaktadır. Diğer kategorilerin etkileri %1.6'dan düşük oldukları için ihmal edilebilecek düzeydedir. 
Kullanım süreci son nokta kategorileri açısından yapılan değerlendirme sonucunda; ısıtma ve soğutma enerjisi tüketiminin özellikle kaynaklar, iklim değişikliği ve insan sağlığı kategorilerinde en yüksek çevresel etkilere neden olduğu görülmüştür. Bu etkiler büyük oranda yenilenemeyen enerji kaynaklarının tüketimi ve salımlar/partiküller nedeniyle ortaya çıkmaktadır. En düşük etkiler ekosistem kalitesi kategorisinde oluşmaktadır. Tüm uygulamalar ve tüm kategorilerde en yüksek etkiler sırasıyla alüminyum çerçeveli cam panel, alüminyum kompozit panel, granit levha kaplama ve seramik levha kaplama uygulamalarında elde edilmektedir. 
Üretim ve kullanım süreçlerini birlikte ele aldığımzda ise en yüksek çevresel hasar son nokta kategorisinde kaynaklara aittir. Bunu sebebi yenilenemeyen enerjilerin diğer etkilere göre daha fazla oluşmasıdır. İkinci en büyük hasar kategorisi ise iklim değişiklikleridir. En büyük hasar etkisi ise alüminyum çerçeveli cam panel sistemindir. Kullanım sürecinde hasar etkilerinin diğer sistemlere göre daha fazla olmasından dolayı toplam etkilerinin de en fazla olmasına sebep olmaktadır. En düşük etki ekosistem kalitesi kategorisinde yine alüminyum çerçeveli cam panelde oluşmaktadır.
Çalışmada dört farklı giydirme cephe/cephe kaplama sisteminin çevresel etkisi üretim ve kullanım süreci için değerlendirilmiştir. Sistemlerin kullanım sürecindeki yenileme/bakım/onarım çalışmaları ile yapım ve yok etme süreçlerini de dikkate alan daha kapsamlı bir YDD çalışması ile daha doğru bir karşılaştırma yapılması mümkün olacaktır. Diğer yandan, çalışmada Türkiye'ye ait yerel veriler yetersiz olduğundan SimaPro benzetim programı içindeki Avrupa verilerinden oluşan Ecoinvent veri tabanından yararlanılmıştır. İleride Türkiye için sağlanan yerel verilerle benzer çalışmaların yapılması gerekmektedir.

Abstract:
Globalization has caused increase in population. Accordingly, urban growth has caused a dramatic increase on building construction. It is a fact that, during their lifecycle, buildings cause negative environmental impacts such as global warming, increase of emissions harmful to human health, deterioration of ecosystem because of raw material use and non-renewable energy consumption. Especially due to increasing job opportunities, number of office buildings is increasing day by day. In order to meet user needs, quick and easy production/application of building materials/components has become an important issue. Particularly, in order to meet this demand on office building facade systems, curtain wall cladding systems are used. Facade system, which is one of the most important elements of building envelope, play an important role on energy efficiency and environmental impacts depending on their system type, material and application technology. Besides, office buildings consume high amount of energy during their usage period in order to provide interior air quality and user's comfort. A significant part of this consumption results from heat gains/losses of facade systems. Harmful emissions emit into air and water depending on raw material/energy use in production process and energy consumed in use process of cladding materials. In environmental impact assessment studies, the environmental impacts caused by these emissions are usually evaluated by using life cycle assessment (LCA) method.
In the first stage of the study; curtain wall systems' definition, classification, performance requirements and widely used curtain wall cladding systems have been explained in detail by examining literature review and product catalogues. Literature research consists of life cycle assessment method's definition, its stages, standards related with the method and the assessment tools using this method.
In the second stage; the environmental impacts occurring due to raw material use and energy consumption on the processes of production and use were investigated for the facade of an office building assumed to be in Istanbul. For this aim, four curtain wall systems commonly used in Turkey, i.e. aluminium composite panel, granite panel cladding, ceramic panel cladding and aluminium framed glass panel, were selected for the assessment. The study was carried out based on the stages of life cycle assessment method. The environmental impacts were determined by SimaPro 7.3.3 software, which is based on life cycle assessment approach to evaluate the environmental performance of products and services. In order to develop comfortable and energy efficient building design, yearly energy consumption values of cladding systems were calculated with DesignBuilder v5.5.2.007 software, which has a user-friendly interface. 
In the third stage; the environmental impact results calculated via Impact 2002+ method in SimaPro 7.3.3 software were discussed considering midpoint and endpoint approaches. 
According to the results of the assessment in terms of production process-midpoint categories; the maximum environmental impact occurs during the extraction of raw material of aluminium composite panel system. It has been observed that the highest impacts occurs on non-renewable energy and global warming categories. For other applications, environmental impacts has been sorted as ceramic panel cladding, granite panel cladding and aluminium framed glass panel application in descending order.
According to the results of the assessment in terms of production process-endpoint categories; it has been observed that the maximum environmental impact occurs on human health and resources categories. The reasons of the high impacts on human health category are particles released into the environment and inorganic emissions during the extraction of raw material. The impacts on resources category occurs because of the raw material use such as coal, uranium in order to produce electricity which is needed for energy use.
According to the results of the assessment in terms of use process-midpoint categories; the maximum environmental impact occurs on aluminium framed glass panel application. Besides, it is also observed that the amount of energy use of all other applications are so close that their environmental effects are close as well. The main reason of the high impact of the glass panel is the increase in the amount of energy required because of the thermal gains and losses from the façade. Accordingly, there occur a dramatic increase on harmful emissions. Environmental impact can be reduced to a certain extent by decreasing the transparency ratio of facade. It is observed that the highest impact among midpoint categories occurs on non-renewable energy, global warming and respiratory effects/inorganic categories. As the amounts of the other categories' impact are below 1.6%, they can be ignored.
According to the results of the assessment in terms of use process-endpoint categories; it is observed that heating and cooling energy consumption causes the maximum environmental impacts especially on resources, climate change and human health categories. These impacts mostly occur due to consumption of non-renewable energy resources and emissions/particles. The minimum environmental impact has been observed on ecosystem quality category. The highest impacts on all applications and all categories are observed in aluminium framed glass panel, aluminium composite panel, granite panel cladding and ceramic panel cladding systems in order.
When production and use processes are handled together, the highest amount of environmental damage belongs to the resources in the endpoint category. The reason of this situation is the impact of non-renewable energy which occurs more than the other impacts. Second highest amount of environmental damage belongs to climate change category. The highest amount of damage impact belongs to aluminium framed glass panel. Because its damage impacts on use process are larger than other systems, its total impacts are the largest as well. The lowest impact occurs on ecosystem quality category and in aluminium framed glass panel application.
In the study, the environmental impacts of four different curtain wall/curtain wall cladding systems were assessed for production and use processes. It will be possible to make a more accurate comparison with a more comprehensive life cycle assessment study which considers about renewal, maintenance and repair works during the use process of the systems, construction and demolishing/recycling processes. On the other side, because the local data belonging to Turkey is insufficient, a database called Ecoinvent, which contains sample data from Europe, was used which is included in SimaPro simulation software. Because of this, new local data for Turkey should be provided and similar studies should be made again with these more valid data. 
The results obtained from the study evaluating the environmental impacts of the production and use process will assist all decision makers in the building industry to develop or compare design options. It will also contribute to develop more environmentally friendly, sustainable façade systems/technologies. Therefore, it can lead to thesis and research studies about YDD in the future.