Mevcut okul binalarında enerji performansının belirlenmesi için bir tahmin modeli
A prediction model for determining energy performance in existing school buildings
Yazar: ÜNAL SEVER
Danışman: PROF. DR. ESMA MIHLAYANLAR
Trakya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Mimarlık = Architecture

Özet:
Yapı teknolojisinin gelişimi ve kullanıcı koşullarının değişimi nedeniyle sektörel enerji tüketiminin %30'undan fazlasını binalar harcamaktadır. Enerji maliyetlerindeki artış, enerji tüketiminin daha verimli hale getirilmesine yönelik çalışmaları hızlandırmıştır. Mevcut bina stokunun büyüklüğü dikkate alındığında, binalarda yapılacak enerji iyileştirmeleri ile önemli düzeyde enerji tasarrufunun sağlanabileceği anlaşılmaktadır. Ancak mevcut binaların kullanım amaçları ve inşa dönemi gibi farklılıklar içermeleri enerji planlamalarında karar vermeyi zorlaştırmaktadır. Mevcut bina performanslarının iyileştirilmesinde basit yenileme veya güçlendirme planlamaları oldukça etkili bir yöntemdir. Yöntemin etkinliğinin, enerji tüketimine etki eden parametrelerin doğru tespit edilmesi ve optimum maliyet planlaması ile sağlanabileceği bilinmektedir. Mevcut bina stoku içerisinde kamusal binaların enerji verimli olarak güçlendirilmesi, toplumsal katkı oluşturması bakımından önem teşkil etmektedir. Kamusal bina portföyü içerisinde yer alan okul binaları üstlendikleri misyon bakımından ayrı bir öneme sahiptir. Tez kapsamında, okul bina performansının iyileştirilmesine yönelik çalışmalara kılavuzluk edecek bina enerji tahmin modeli geliştirilmesi planlanmıştır. Bu modelin uygulanması, okul binalarının enerji etkinliğinin iyileştirilmesi sonucunda, konforlu, sürdürülebilir, sağlıklı mekanlar oluşturulmasına ve bunun yanı sıra öğrencileri; iyileştirme çalışmaları ile elde edilecek kazanımlar hakkında bilgilendirerek, enerji verimliliği bilinci kazandırılması hedeflenmektedir. Altı bölümden oluşan tez kapsamında; okullarda enerji tüketimini azaltma ve iyileştirme sürecinde etkili olan parametreler tespit edilerek, okul enerji iyileştirmesinde kıyaslamaya dayalı yol gösterici bir model oluşturulması hedeflenmektedir. Birinci aşamada, problemin tanımı, literatür incelemesi, çalışmanın amacı, özgün değeri, kapsamı, sınırları ve metodolojisi yer almaktadır. İkinci aşamada, mevcut binaların enerji verimli iyileştirmeleri sonucunda bina performansının artırılması kapsamında uluslararası düzeyde alınan kararlar, düzenlemeler ve oluşturulan rehberler incelenmiştir. Bu kapsamda, Türkiye'deki enerji verimliliği çalışmaları ilgili uluslararası sözleşmelere dayalı olarak yapılan yasal düzenlemeler, stratejiler ve kılavuzlar değerlendirilmiştir. Binaların karbon salınımındaki yeri ve enerji verimli bina uygulamalarının emisyonları azaltma etkinliği irdelenmiştir. Bu inceleme sonucunda mevcut okulların enerji tüketimlerini azaltma ilkeleri değerlendirilmiş ve bu ilkelere uygun olarak enerji iyileştirmesi yapılan okullar ve enerji tasarrufu potansiyelleri incelenmiştir. Üçüncü aşamada, binalardaki enerji tüketimini etkileyen koşul ve faktörlerin tespiti için literatür araştırmaları yapılmış ve bulgular sonucunda kabul gören parametreler çıkarılmıştır. Bina enerji tüketiminde birçok kriter olması nedeniyle, çok sayıda değişken veriyi aynı anda değerlendirebilecek model araştırılmıştır. Tahmin modelleri içerisinden, farklı değişkenleri analiz edebilmesi bakımından "çoklu doğrusal regresyon modeli" analiz yöntemi olarak belirlenmiştir. Dördüncü aşamada, tahmin modelini oluşturan değişken parametrelerin değerlendirilmesi için örneklem alanı olarak Kırklareli ili merkezinde bulunan farklı eğitim seviyelerindeki 38 devlet okulu incelenmiştir. İlgili kurumlardan okul ve kullanıcı verileri ile doğalgaz tüketim bilgileri toplanmıştır. İncelenen okullar içerisinden yapım, kullanım ve enerji tüketim verileri bakımından düzensiz okullar çıkarılarak, veri havuzu normalize edilmiştir.  Farklı kademelerde seçilen okulların verileri ve plan krokileri çıkarılarak okul katalogları oluşturulmuştur. Beşinci aşamada, oluşturulan parametrelerin arasındaki ilişki düzeyi, ilişki analizi kullanılarak değerlendirilmiştir. Tahmin modelindeki değişken parametrelerin, yıllık ortalama doğalgaz tüketimleri üzerindeki etkinlik dereceleri, kıyaslamaya dayalı çoklu doğrusal regresyon analizi ile belirlenmiştir. Analiz çalışmaları sonucunda kabul edilebilir R2 değerine sahip iki tahmin denklemi elde edilmiştir. Tezin son bölümünde araştırmaya ilişkin sonuçlar verilmiş ve gelecek çalışmalara ışık tutmak üzere önerilerde bulunulmuştur. Bu kapsamda, Türkiye'deki okul binalarında enerji verimliliğini arttırma ve karbon salınımı azaltma hedefine yönelik iyileştirme girişimlerinde ilgili kişilere kullanışlı bir karar verme modeli sunulmuştur.

Abstract:
Buildings account for more than 30% of the sectoral energy consumption due to the development of building technology and changes in user conditions. Energy cost increases have accelerated efforts to make energy consumption more efficient. Considering the size of the existing building stock, it is understood that significant energy savings can be achieved through energy improvements in buildings. However, the diversity of existing buildings in terms of their intended use and construction period makes it difficult to make decisions in energy planning. Simple renovation or retrofit planning is a very effective method to improve the performance of existing buildings. It is known that the method's effectiveness can be ensured by correctly determining the parameters affecting energy consumption and optimum cost planning. Energy efficient retrofitting of public buildings within the existing building stock is important for social contribution. School buildings, which are included in the public building portfolio, have a special importance in the mission they undertake. Within the scope of the thesis, a building energy forecasting model is planned to be developed to guide studies for improving school building performance. The implementation of this model aims to create comfortable, sustainable, healthy spaces as a result of improving the energy efficiency of school buildings, as well as informing students about the gains to be achieved through improvement works and raising awareness of energy efficiency. Within the scope of the thesis consists of six chapters, it aims to determine the parameters that are effective in the process of reducing and improving energy consumption in schools and to create a guiding model based on benchmarking in school energy improvement. In the first stage, the definition of the problem, literature review, purpose, original value, scope, boundaries, and methodology of the study are included. In the second stage, decisions, regulations, and guidelines taken at the international level within the scope of increasing building performance as a result of energy-efficient improvements of existing buildings have been analyzed. In this context, legal regulations, strategies, and guidelines based on international conventions related to energy efficiency studies in Turkey have been evaluated. The role of buildings in reducing carbon emissions and the effectiveness of energy-efficient building practices in reducing emissions have been examined. As a result of this review, the principles for reducing the energy consumption of existing schools were evaluated, and the schools where energy improvements are made by these principles and their energy-saving potentials were analyzed. In the third stage, literature research is carried out to determine the conditions and factors affecting energy consumption in buildings, and the accepted parameters have been extracted as a result of the findings. Since there are many criteria for building energy consumption, a model that can simultaneously evaluate a large number of variable data has been investigated. Among the forecasting models, the multiple linear regression model is determined as the analysis method to analyze different variables. In the fourth stage, 38 public schools at different educational levels in the provincial center of Kırklareli are examined as the sampling area for evaluating the variable parameters that make up the estimation model. School and user data and natural gas consumption information have been collected from the relevant institutions. The data pool has been normalized by removing irregular schools in terms of construction, usage, and energy consumption data from the examined schools. School catalogs are created by extracting data and plan sketches of selected schools at different levels. In the fifth stage, the level of relationship between the generated parameters is evaluated using relationship analysis. The degree of efficiency of the variable parameters in the estimation model on the annual average natural gas consumption has been determined by multiple linear regression analysis based on benchmarking. As a result of the study, two estimation equations with acceptable R2 values have been obtained. In the last chapter of the thesis, the results of the study are presented, and recommendations are made to shed light on future studies. In this context, a useful decision-making model is presented for institution managers in improvement initiatives to increase energy efficiency and reduce carbon emissions in school buildings in Turkey.