Konutlarda tasarım parametrelerinin yıllık enerji maliyeti ve ilk yatırım maliyeti açısından değerlendirilmesi
Evaluation of design parameters in terms of annual energy cost and first investment cost in housing
Yazar: SELİN RÜYA ÇAKIR
Danışman: PROF. DR. GÜL KOÇLAR ORAL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Enerji = Energy ; Mimarlık = Architecture

Özet:
Gün geçtikçe nüfus artışına bağlı olarak gelişen konut artışı; enerji tüketimlerini azaltan, çevreyi düşünen yeni arayışların ortaya çıkmasına yol açmıştır. Bu arayışlar sonucunda ortaya çıkan çözüm önerilerinin hayata geçirilmemesinin nedenlerinden biri enerji kullanımı düşük olan bu çözümlerin ilk yatırım maliyetinin detaylı irdelenmemesi, kullanılan inovatif sistemlerin yaşam döngüsü maliyetlerinin bilinmemesi veya kazanç olarak geri dönüşümlerinin uzun zaman alması olarak düşünülebilir. Genellikle ülkemizde konut alımlarında ilk yatırım maliyetine önem veren kullanıcılar enerji tüketimi az olan sistemlerin uygulanabilirliği hakkında yeterince bilinçli değildir.
Konutlar insanların en temel ihtiyaçlarından biri olan barınma ihtiyaçlarını karşılayan binalar olduğu için konut sektörünün enerji tüketiminde payı oldukça önemlidir. Bu nedenle çalışma enerji tüketiminde önemli bir rolü olan konut binaları için yapılmıştır. 
Giriş bölümünde enerji ve maliyet ilişkisinin önemi anlatılarak çalışmanın amacı ve hedefleri belirtilmiştir.
Çalışmanın amacı pasif tasarım parametrelerinin yıllık enerji maliyetleri ve ilk yatırım maliyetleri kıyaslamasının yapılarak, pasif sistem tasarım parametrelerinin uygulanabilirliğinin ekonomik açıdan sorgulanmasıdır.
Çalışmada, ilk yatırım maliyeti ve enerji maliyetleri açısından değerlendirilen pasif sistem tasarım parametrelerinin ileride bu konuda yapılması planlanan çalışma ve uygulamalar için yol gösterici olması hedeflenmiştir. Çalışmanın İstanbul'da yapılacak olan veya enerji etkin yenilenecek binalarda yapılabilecek pasif tasarım önlemleri açısından referans olması ve daha düşük enerji tüketimi olan sistemleri içeren binaların maliyet olarak sağlayabileceği avantajlar ve dezavantajları ortaya çıkararak bu çalışmaların ve binaların yaygınlaşması için bir örnek teşkil etmesi beklenmektedir. 
İkinci bölümde enerji etkinliği kapsamı, dış ortam parametreleri, kullanıcı konfor gereksinimleri ve konutlarda enerji etkinliğini etkileyen pasif ve aktif sistemlere ilişkin tasarım parametreleri açıklanmıştır.
Üçüncü bölümde, konutlarda maliyet kavramı, önemi, ilk yatırım maliyeti, enerji maliyeti kavramları açıklanmıştır.
Dördüncü bölümde İstanbul'daki koşullar için sosyo-ekonomik açıdan orta gelir düzeyli aileler için enerji etkin ve maliyeti düşük tasarımların uygulanabilirliği sorgulanmıştır. İstanbul'daki konutlar için bir referans bina oluşturularak, gerek enerjiden tasarruf edilmesi gerekse ilk yatırım maliyeti düşük konutların gerçekleştirilmesi hedefine yönelik olarak konut modelleri geliştirilmeye çalışılmıştır. Bu hedefe yönelik olarak konutlar ve konutlarda kullanılan sistemlerin yıllık ısıtma ve soğutma enerji tüketimleri ve ilk yatırım maliyetleri karşılaştırılarak daha az yıllık enerji maliyeti ve ilk yatırım maliyeti olan binaların belirlenmesine yönelik çalışılmıştır. 
Bulgular kısmında, enerji ve maliyet hesaplamaları yapılan referans bina ve referans binadaki pasif tasarım parametreleri değiştirilerek geliştirilen modellerin sonuçları değerlendirilmiştir. Maliyet açısından en olumlu ve en olumsuz sonuçları veren modeller ve aralarındaki enerji maliyeti ve ilk yatırım maliyeti farkları ortaya konulmuştur.
Sonuçlar bölümünde çalışmadan elde edilen genel sonuçlar belirtilmiştir.
Çalışmanın sonucunda yalnızca pasif sistem tasarım parametrelerinde değişiklikler yaparak yıllık enerji tüketiminde % 31.6 oranında, yıllık enerji maliyetinde % 40.2 oranında ve bina ilk yatırım maliyetinde %7.7 oranında tasarruflar yapılabileceği görünmektedir.
Sonuçta pasif tasarım parametrelerinde alınan doğru kararlar tasarım parametresine göre bina ömrü boyunca işletme maliyetlerinin minimize edilmesini olanaklı kılabileceği gibi alınan yanlış kararlar, hem enerji maliyetleri açısından hem de ilk yatırım maliyetinin yüksek olmasına neden olabilir. Ancak ilk yatırım maliyeti ve yıllık enerji maliyetlerinin düşük olması binanın yaşam dönemi maliyetinin de düşük olacağının göstergesi değildir. Bu yüzden bina yaşam döngüsü maliyet hesabı yapılarak maliyet açısından en olumlu veya en olumsuz sonuç bulunabilir.
Diğer taraftan ülkemizde konut kullanıcılarında enerji etkin yaklaşım bilinci genel olarak gelişmediğinden kullanıcılar genellikle yıllık işletme maliyetlerini sorgulamamakta ve ilk yatırım maliyeti düşük konutlara yönelmektedir. Enerji ihtiyacının giderek arttığı göz önünde bulundurulduğunda yıllık enerji harcamalarının detaylı olarak irdelenmesi zorunludur. Örneğin elektrik enerjisi maliyeti doğal gaz maliyetinden yüksek olduğu için soğutma, ve aydınlatma enerjisi tüketimlerinde olan değişim ısıtma tüketiminde olan değişimden maliyet olarak daha yüksek olabilmektedir. Dolayısıyla, bina ve binaya ilişkin tasarım parametreleri yalnızca ilk yatırım maliyetlerine göre değil; yıllık enerji maliyetleri ile birlikte değerlendirilmelidir.

Abstract:
The increase in housing due to population growth day by day has led to the emergence of new searches considering the environment, reducing energy burdens. One of the reasons why these solutions are not implemented is that the investment costs of these low energy solutions are not examined in detail and the life cycle costs of the innovative systems used are not known or it takes a long time to recycle as earnings.
Climate change and rapid depletion of energy resources have pushed states to make studies and plans to reduce their energy consumption in recent years and leave a more sustainable environment for future generations. However, besides these plans of the states, personal efforts to reduce energy consumption are also important. The more savings can be made in energy consumption, the more likely it is to leave a sustainable environment for future generations.
Since housing is one of the most basic needs of people, the share of the housing within the energy consumption is important. Therefore, the study was carried out for residential buildings which have an important role in energy consumption.
In the introduction, the importance of energy and cost is explained and the aim and objectives of the study are explained. 
The aim of the study is to compare the annual energy costs and initial investment costs of passive design parameters and to question the applicability of passive system design parameters economically.
In the study passive system design parameters, which are evaluated in terms of initial investment cost and energy costs, are intended to be guide for the future studies and applications. The study is expected to be a reference in terms of passive design measures that can be made in buildings that will be constructed in Istanbul or to be renewed with energy efficiency. Another expectation is to reveal the advantages and disadvantages that buildings with lower energy consumption systems can provide in terms of cost and serve as an example for the dissemination of these studies and buildings.
In other words, the effects of design parameters in housing in terms of annual energy cost and initial investment cost were examined. By comparing the changes made in the design parameters with the annual energy cost and initial investment costs, the design parameters in the houses have the most positive and negative performance in terms of cost.
In the second part, the scope of energy efficiency, outdoor parameters, user comfort requirements and passive and active design parameters affecting energy efficiency in houses are explained.
In the third part, the concept of cost in housing, initial investment cost, and energy cost are explained.
In the fourth section, the feasibility of energy efficient and cost-effective designs for middle-income families in socio-economic terms for Istanbul conditions is questioned. By building a reference building for Istanbul residences, it was tried to develop housing models in order to save energy and to realize low-cost housing. 
The workspace of the study is Istanbul, since an important part of Turkey's population live in there. Istanbul, can lead the study to be a reference to much number of residential works, since it units so much housing, diversity and socio-economically sectors. Furthermore, since the data to be obtained after this study is intended to constitute a reference for the houses, the excess of the existing and planned houses in Istanbul compared to other cities is another reason for the selection of Istanbul in order to make the impact area of the study wider.
The reference building has been determined as a 6-storey residential block with a floor area of 10 x 10 meter, with a flat roof and with a floor of 3-meter height. Facades of the reference building face north, south, east, west, which are the main directions. All four sides of the building mass are not shaded by any building and are located on a flat terrain. 
The structural system of the building has been accepted as a reinforced concrete system. The transparency rates of the reference building are taken as equal and 30% for all facades.
In order to evaluate energy costs and initial investment costs, models were created by changing the design parameters of the reference building. The models with the highest and lowest performance were selected and evaluated in terms of costs. For this purpose, the heating and cooling energy consumption and investment costs of the houses and the systems used in the houses were compared to determine the buildings with less annual energy cost and initial investment cost.
In the findings section, the results of the models developed by changing the passive design parameters in the reference building and the reference building where energy and cost calculations were made were evaluated. The models that give the most positive and negative results in terms of cost, and the differences between the cost of energy and initial investment are presented. 
In the results section, the general results obtained from the study are discussed.
The importance of determining the correct values for design parameters at the design stage, depending on the user function of the building, is obvious in reducing the annual energy cost and initial investment costs.
The analyzes were made in terms of initial investment cost and energy consumption; However, in practice, user requirements, design decisions made by the architect, customer requests, carbon footprint of the building and aesthetic concerns were excluded from the scope of the study. Therefore, it is not possible to make a judgement that the implementation of the low cost system is always correct, other factors that make up and affect the design should also be taken into consideration.
In the evaluations made about the form factor, savings were achieved by 9.2% of annual energy consumption, 10.5% of annual energy cost and 10.1% of initial investment cost of the façade.
In the evaluations made on the change of external wall insulation material, when U value is kept constant, it is observed that there is no difference in annual energy consumption and annual energy cost in material change; 17% saving was obtained from the initial investment cost of insulation material.
When the U value and the thickness of the base material are kept constant in the evaluations made on the replacement of the external wall base material, savings in the material change are 1.9% from annual energy consumption, 2.1% from the annual energy cost, and 12.2% from the initial investment cost of the insulation and exterior wall base material.
In the evaluations made on the change of the external wall U value, 15.6% of annual energy consumption, 6.2% of annual energy cost and 57.3% of the initial investment cost of the outer wall have been saved. As the annual energy costs decreased, the initial investment cost increased.
In the evaluations made regarding the transparency rate change, 21.6% of annual energy consumption, 37.2% of annual energy cost and 5.3% of initial investment cost were obtained. As the annual energy costs decreased, the initial investment cost increased.
In the evaluations made on window profile and distance change between glasses, a saving of 2.8% in annual energy consumption, 0.4% in annual energy cost and 14% in window initial investment cost. As the annual energy costs decreased, the initial investment cost increased.
In the evaluations made regarding the H / W ratio change, annual energy consumption was 5.4% and annual energy cost was 9.7%. Since electricity unit costs are higher than natural gas unit costs, as H / W ratio increases, total energy consumption decreases, while cooling consumption increases, electricity costs increase and total energy costs increase.
As a result of the study, it can be seen that savings can be made up to 31.6% in energy, 40.2% in energy cost and 7.7% in initial investment cost by making changes only in passive system design elements.
The correct decisions made in passive design parameters may enable minimizing operating costs during the life of the building according to the design parameter, as well as inaccurate decisions, both in terms of energy costs and high initial investment costs. However, the initial investment cost and the low annual energy costs are not indicative of the low cost of the building's life cycle. 
On the other hand, since the awareness of energy efficient approach in housing users does not generally develop in our country, users generally do not question their annual operating costs and the first investment is directed towards low-cost housing. Considering the increasing energy demand, annual energy expenditures should be examined in details. As a simple, since the cost of electrical energy is higher than the cost of natural gas, the change in the cooling, lighting and general electrical loads can be higher than the change in the heating load. Therefore, the design parameters for the building and the building are not only based on initial investment costs; annual energy costs. 
Evaluating the energy costs and initial investment costs during the design phase may be beneficial for the designer and the user, but for a more detailed assessment, life cycle costs should be assessed.