2000 yılı öncesi inşa edilmiş konutların cephelerinin enerji etkin yenilenmesi için model cephe sistemi önerisi
Model façade system recommendation for energy efficient renovation for the residential buildings which were built before 2000 year
Yazar: PELİN TUĞBA TOPLU
Danışman: DOÇ. DR. FATİH YAZICIOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Sürdürülebilir enerji = Sustainable energy

Özet:
Çağın bir gerekliliği olan teknolojik gelişmeler sonucunda hız kazanan sanayileşme, nüfus artışı, dünyada her geçen yıl enerji talebinin ve tüketiminin artmasına neden olmaktadır. Bu enerji talebinin karşılanması için yenilenemeyen enerji kaynağı olan fosil yakıtların özellikle gelişmekte olan ülkelerde yaygın olarak kullanıldığı görülmektedir. Ülkemiz de gelişmekte olan ülke sıralamasında yer almaktadır ve enerji bakımından %75 oranında dışa bağımlı durumdadır. Ülkemizdeki enerji tüketimi sektörel bazda incelendiğinde enerjinin büyük bir kısmının konut binalarında kullanıldığı görülmektedir. Türkiye'de konut binalarında enerji kullanımının azaltılması adına yönetmeliklerle getirilen ilk zorunlu uygulama 2000 yılında yeni yapılacak konut projelerine ısı yalıtım uygulaması zorunluluğudur. Ancak bu yönetmelik mevcut binaları kapsamamaktadır. Ülkemizde bulunan konut stoğu incelendiğinde binaların çoğunun 2000 yılı öncesi inşa edilmiş olduğu gözlemlenmektedir. Bu yapıların enerji performanslarının iyileştirilmesi ülke ekonomisine fayda sağlamasının yanı sıra yenilenemeyen enerji kaynakların kullanımının azalmasına ve küresel sürdürülebilirliğe de katkı sağlayacaktır. Bu nedenle bu çalışmada; dış mekân ile iç mekân arasındaki etkileşimi sağlayan en büyük alana sahip yapı elemanı olan bina cephelerinin enerji etkin iyileştirilmesinin yanı sıra binaya, sokağa, caddeye ve hatta bir mahalleye dış cephe katman malzemesi çeşitlendirilerek istenilen görsel algıyı sağlayabilen, alan uygulaması hızlı prefabrik bir model cephe önerisi sunmak amaçlanmaktadır.
Bu çalışma beş aşamadan oluşmaktadır. Birinci aşamada tezin amaç, kapsam ve yöntemi literatür araştırmaları sonucunda belirlenmiştir. İkinci aşamada, dünyada ve ülkemizde enerji kullanımı, ulusal ve uluslararası enerji etkin bina tasarımı ile ilgili sertifikalar, yasalar ve yönetmelikler incelenmiştir. Bu inceleme neticesinde ülkemiz de 2000 yılı öncesi inşa edilmiş konutların tasarım, projelendirme ve kullanım süreleri için herhangi bir enerji değerlendirmesinin, yasa ve yönetmeliklerle zorunluluğu bulunmadığı tespit edilmiştir. Üçüncü aşamada; ülkemizde bulunan 2000 yılı öncesi inşa edilmiş mevcut bina cephelerinin durumları hakkında genel bir bilgi verilerek ülkemizde dış cephede yaygın olarak kullanılmakta olan mantolama, pencerelerin değiştirilmesi, balkonların kapatılması gibi iyileştirme müdahaleleri ile dünyada kullanılan ısı korunumlu havalandırma sistemleri, prefabrik cephe sistemleri ve güneş enerji sistemlerinin ilave edilmesi gibi iyileştirme yöntemleri hakkında bilgiler verilmiştir. Dördüncü aşamada; dünyada ve ülkemizde bulunan mevcut binalara uygulanmış iyileştirme müdahaleleri örnekler ile incelemiştir. İncelenen örnekler kullanılan iyileştirme müdahalelerinin enerji performansına etkileri, kurulum süresi, dış cephe malzeme ve görünüş çeşitliliği, entegre sistemlerle birlikte çalışması konularında kıyaslama yapılmıştır. Beşinci aşamada Design Builder simülasyon programı ile bina ve cephe ölçüleri çalışma kapsamında belirlenen 2000 yılı öncesi inşa edilmiş binaların genel özelliklerini gösteren model bir binanın kuzey cephesinin mevcut enerji kullanımı, yine bu binaya Türkiye'de kullanılan iyileştirme yöntemleri ilave edilerek ölçülen enerji kullanımı ve son olarak belirlenen binaya tasarlanmış model cephe önerisi ilave edilerek ölçülen enerji kullanımı belirlenmiştir ve bu üç durumun enerji performansları kıyaslanmıştır.Model cephe önerisi uygulanan binanın enerji performansı, ülkemizde uygulanan iyileştirme müdahalelerinden ve yapının mevcut halinden da yüksek bir performansa sahiptir.Model cephe önerisinin binaya uygulanması binanın dış cephe çeşitliliği ve yenilenebilir sistemlerin ilave edilmesine imkan sağlamaktadır.Model cephe sisteminin üretimi sahada olmaması nedeniyle Türkiye'de uygulanan iyileştirme müdahalalerine oranla hızlı bir kurulum imkanı sağlamaktadır.
Sonuç olarak ülkemizde bulanan 2000 yılı öncesi inşa edilmiş, enerji korunumsuz bina cephelerinin iyileştirilmesi adına Türkiye'de konut binalarının iyileştirilmesinde uygulanmamış bir model cephe önerisi uygulanarak enerji performansı araştırılmıştır.

Abstract:
The rapid development of technology, population growth and acceleration of industrialization have increased the use of energy and the amount of consumption in the world. Non-renewable energy sources are used for energy needs of developing countries primarily. While the usage of non-renewable energy sources increases, the capacity of the reserves is decreasing day by day. This reduction leads to various protocols, laws, regulations and certification systems related to energy conservation in the domestic and foreign policies of the countries.
According to 2014 data, Turkey depends on %75 foreign energy resources. When we examine the energy sources, %94 of the fossil fuel is used for primarily energy in our country. 24% of energy in Turkey is used for residential and service sector. When the energy statistics of residential buildings are examined, it is seen that 65% of the total building energy for heating-cooling-ventilation, 20% for lighting and 15% for other systems is spent.
In order to reduce the energy needs of residential buildings, Heat Insulation Regulation was enacted for new buildings in 2000. However, this regulation is not an obligatory for existing buildings. Energy Performance Regulation published in 2008 obliges existing buildings to be energy conservation and meet the TS-825 standards.
It is observed that energy losses occur at ground floor, roof and façades. The façade of the building which have the biggest surface area between the external environment and the interior environment is chosen for the content of the thesis.
The Energy Performance Regulation, introduced in 2008 contains energy performance of the existing building stock in our country. According to the regulation all of the building has to take ekb license.
There are some rehabilitation interventions of building façade in the world. These are thermal insulation, replacing window with good energy performance one, balcony closure, heat recovery system, prefabricated façade system and solar panels. The rehabilitation methods which are thermal insulation of façades, replacing window with good energy performance one and balcony closure are used commonly in our country. Thermal insulation is always used to improve energy performance of the building in our country. Eps, xps and rock wool are commonly preferred material for thermal insulation. Changing the window is used to keep the hot air inside and to prevent air transmission between indoor and outdoor. Balcony closure provides a second panel surface and it reduces the energy loss and also provides a closure new area for apartment owner. Heat recovery system changes polluted hot air to fresh air. While cleaning the air, hot dirty air heats cold fresh air and the fresh air. While the fresh air is taken inside of the building, inside air temperature doesn't change. Prefabricated façade system is an integrated system to retrofit the building energy performance. While it is used for thermal insulation, solar panel, heat recovery system can be assembled in thee prefabricated façade system. Moreover, there are wide range of materials to apply to building façade material to be used at prefabrication façade systems. Solar panels are also used for retrofitting of building energy used. Solar panels convert solar energy to electrical energy.
After rehabilitation intervention of building façade is examined, retrofitted residential examples are analyzed in our country and all around the world. In our country examples, the intervention for retrofitting the energy performance is not applied to all of the building façade. For instance, when the residential building owners insulate thermally of the building façade all together, they do not change window at this time or personally change window. Therefore, thermal break is happened not to be applied all the façade intervention at the same time. When the world examples are examined, integrated intervention systems are mostly applied for retrofitting building energy performance. The method applied at Turkey is also used for the examples, but it is used together at renovation time. Therefore, thermal breaks are prevented and these building has good energy performance value to the examples of our country.
Moreover, according to the methodology of the thesis, after examining of the effect of the retrofit intervention, a model façade recommendation is designed and the effect of the building energy performance is evaluated. Firstly, a model building is described. The building has 9 m length, 9 m width and 9 m high. It has 3 storeys and each one has the same features. The acceptance of the model building is that three of the façades, roof and floors are energy-free. One façade has a balcony, opaque area, and a window at each storey. The model building has no insulation material on its skin. The window and balcony openings are consisted of single clear glass and wooden frame. Secondly, the rehabilitation interventions which are used in our country are applied the model building façade. Thus, in the second model, the wall of the building is 2 cm internal plaster, 19 cm vertical perforated brick wall, 4 cm eps heat insulation material and 2 cm rendering on the exterior wall. The building window has been replaced with 3 mm double-glazed PVC windows filled with 13 mm argon gas. The existing balconies are closed using the double glazed balcony closure method. This second case is modeled with the simulation program and the amount of energy used for annual heating is calculated. Thirdly, a model facade proposal is added to the model building façade. Three prefabricated modules are designed. One module consists of completely by opaque surfaces, other module consists of opaque and window surfaces and the other module consists of opaque and balcony opening surfaces. Each module is 3 meters wide and 3 meters high. The section of the module consists of 10 cm wooden u profile for hanging, rockwool material between existing wall and main layer, main layer which is stratified 2 cm osm, 15 cm rockwool, 2 cm osb and façade cladding layer consisted of 2 cm wooden frames and façade cladding material. The windows are replaced with 3 mm heat and sun protection laminated double glasses filled 12 mm argon gaseous with pvc frame. The same glass and frame characteristics are used for closing balcony. Morever, heat recovery system is added in the façade modules. By using the modules in the façade, the model building is simulated with Design Builder and the amount of energy used for the annual heating is calculated. According to the calculated values, the annual heating value of the model building is 17825,82 kWh, the second case is 8604,59 kWh and the third case is 5787,91 kWh. According to results, the renovation used in our country shows %51,73 better energy performance than the model building. The model building energy performance is developed to %67,53 when the model façade system is implemented. Taking everyting into consideration at this thesis;The energy performance of the building, which is applied in the model façade, has a higher performance than the improvement interventions applied in our country and the current state of the building.The application of the model façade proposal to the building allows the façade diversity of the building and the addition of renewable systems.Due to the fact that the model façade system is precast production, it provides the possibility of a quick setup compared to the energy recovery intervention in Turkey.
The effect of the energy efficiency of the model façade renovation which is not used in Turkey is researched for the buildings built before 2000 and have no thermal precaution.