A performance based decision-making approach for insulation material selection: A social housing case

Antik Yunan şehirlerinde gözlemleyebildiğimiz estetik, sosyal ve çevresel tasarım kriterlerine bakıldığında, yapma çevrenin gelişimi MÖ500 yıllarına kadar dayandırılabilir. Aynı zamanda Vitruvius (1960)'ın tanımlamış olduğu mimarinin üç prensibi olan firmitas, utilitas, ve venustas, yapma çevrenin gelişimi ve performansının öneminin erken örneklerindendir. Tarih boyunca elde edilen verilere bakıldığında ise, yapma çevre ve bina performansının, insanların günlük hayatının büyük kısmını geçirdiği çevreler olarak, insan hayatı üzerinde önemli etkiye sahip olduğu görülmektedir. Bina performansı; genellikle sürdürülebilirlik, enerji, sağlık ve maliyet konularında, son yıllarda sıklıkla ele alınmakta olan bir konudur. Dünya'da tüketilen toplam enerjinin üçte birinden fazlasının tüketiminden sorumlu olan binaların, aynı zamanda sera gazı salımları, küresel ısınma ve doğal kaynakların tükenmesinde de önemli payı bulunmaktadır. Ayrıca, hızlı artmakta olan insan nüfusu ve bu nüfusun mekansal konfor gereksinimlerinden dolayı binaların enerji tüketimi gün geçtikçe artmakta, bu durumdan kaynaklanan olumsuz çevresel etkiler de hızlı bir şekilde artış göstermektedir. Binalarda gerçekleşen yüksek orandaki enerji tüketimleri, binalarda enerjinin etkin kullanımını sağlamak amaçlı çıkarılacak yönetmeliklerin, binaların enerji performans sınıflandırılmasının ve var olan yapıların enerji etkin yenilenmesinin gerekliliğini ortaya koymaktadır. Avrupa Birliği Komisyonu tarafından yayınlanmış olan Bina Enerji Performansı Direktifi binalarda enerji performansı ve enerjinin etkin kullanımı konularında amaç, kapsam ve hedefleri tanımlayan, Avrupa Birliği ülkelerinin uymak ve uygulamakla yükümlü olduğu bir direktiftir. EPBD bir yandan binalarda enerji verimliliğinin arttırılmasını, asgari enerji verimliliği gereksinimlerinin belirlenmesini, binaların enerji sertifikasyonlarının planlanması ve yürütülmesini hedeflerken, aynı zamanda bina için yapılan yatırım ile binanın tüm yaşam döngüsü boyunca tasarruf edilen enerji maliyetleri arasındaki maliyet-optimal dengesi gibi yeni hükümler de ortaya koymuştur. Bina tasarımı, farklı süreçleri ve bu süreçlerde alınan birçok kararı içermektedir. Yatırımcı, tasarımcı, yüklenici, uzmanlar, danışmanlar, vb. gibi karar vericiler bu sürece dahil olmaktadır. Karar vericilerin farklı bakış açıları, yatkinlikleri, alınan kararlardaki etkileri vb. projenin ulaşacağı başarı düzeyine ve binanın performansına doğrudan etki etmektedir. Dünyadaki enerji tüketim düzeyinin artmasıyla ısı yalıtım malzemeleri ve ısı yalıtımı uygulamaları önemli uygulamalardan biri haline gelmiştir. Özellikle yüksek performanslı binalar hedeflendiğinde ısı yalıtım malzemesi daha önemli hale gelmekte, yüksek kalınlıklardaki uygulamalarda bağlı olarak yüksek yatırım maliyeti, malzeme kullanımına bağlı çevresel etki vb. nedenlerden dolayı ortaya konan çaba ve kazançlar arasında uyuşmazlık oluşabilmektedir. Ayrıca, bu gibi uygulamalar sonuçunda yüksek termal konfor düzeyleri beklenmektedir. Bu nedenle, yüksek performanslı bina tasarımında doğru ısı yalıtım malzemesi ve uygulamasının belirlenmesi, enerji, maliyet, termal konfor ve çevresel etki performanslırını doğrudan etkileyen birçok kriterli karar verme problemi olarak tanımlanabilir. Kentleşme ve sosyal konut ihtiyacı, konut kavramının şekillenmesinde büyük öneme sahiptir. Bina performansına sosyal konut açısından bakıldığında ise, düşük yatırım maliyetleri ve düşük gelir grubu için düşük işletim giderleri, sosyal konutlar için performans değerlendirmelerini daha önemli hale getirmektedir. Bu açıdan, ilk yatırım maliyeti, bakım onarım maliyetleri, işletme giderleri ve enerji tüketim düzeyleri performans göstergeleri olarak öne çıkmaktadır. Buna ilaveten, sosyal konutlar için performans tanımının, sürdürülebilirlik başlığı altında, ekonomik, sosyal ve çevresel kalkınma için geniş bir çerçeveye oturtulması büyük önem taşımaktadır. Bununla birlikte, mevcut yönetmelik ve düzenlemeler, bina performansının tanımını genişletiecek yönde kriterler ortaya koymaktadır. EN 15459 (2017), binalarda enerji tüketimine bağlı CO2 emisyonlarının neden olduğu çevresel zararın parasal değerini değerlendirmek için 'sera gazı emisyonu maliyeti' tanımını ortaya koymuştur. Ayrıca, ürünlerin yaşam döngüsü çevresel etkilerinin beyanı için 'çevresel ürün deklerasyonu' günümüzde ön plana çıkmaktadır. EPBD (2018) ise enerji performansının iyileştirilmesinin termal ve görsel konuforun arttırılması ile bir arada düşünülmesinin önemini vurgulamaktadır. Sonuç olarak, öne çıkmakta olan enerji ve maliyet performanslarına ek olarak, çevresel etki ve kullanıcı konforu performanslarının da sürdürlebilir bir sosyal konut tasarımı için belirleyici ve tanımlayıcı performans göstergeleri olarak değerlendirlmesi önemi doğmaktadır. Çevresel etki, 1960 larda tartışma konusu olmaya başlamış ve Ulusal Çevre Politikası Yasası'nın (NEPA, 1970) yayınlanması ile birlikte resmiyet kazanmıştır. Günümüzde, çevresel etki değerlendirme sistemleri, malzeme, bileşen, bina, proje, vs. ölçeklerinde değerlendirilebilmektedir. Buna örnek olarak, Çevresel Ürün Deklerasyonu, gönüllü yeşil bina sistemleri, vs verilebilir. Termal konfor ise 20. yüzyılda doğmuş bir disiplin olup, iç mekan koşullarının termal kriterler açısından uygunluğuna ve kullanıcı tatmin düzeyine odaklanmaktadır. Mekan olgusunun gelişimi ve bireyin mekan içerisinde önemli bir faktöre dönüşmesi ile kullanıcı memnuniyeti önem kazanmıştır. Bu gelişim, yapılı çevrede kullanıcı konforunu değerlendirme ve artırma ihtiyacını getirmiştir. Kentleşme ve sosyal konut ihtiyacının artması, konut kavramını oldukça etkilemiştir. Günümüzde Türkiye'deki konut stokunun %10'unu sosyal konutlar oluşturmakta ve bu oran sosyal konut yatırımları ile hızla artmaktadır. Bu nedenle önerilen karar verme yaklaşımı tüm bina tipolojilerine uygulanabilir olup bu çalışma kapsamında örneklem bir sosyal konut arketipinin tasarımı veya iyileştirmeleri için uygulanmıştır. Önerilen yaklaşımda 'yüksek performans' kavramı enerji ve maliyet performansı, termal konfor ve çevresel etki açılarından değerlendirilmiştir. Böylece, çalışmanın amacı, maliyet optimum enerji etkin bina tasarımının ötesine geçmektedir. Bu bağlamda önerilen yaklaşımın ana adımları aşağıda sunulmaktadır: Örneklemin belirlenmesi Belirlenen bağımsız değişkenlerle örneklemin parametrelendirilmesi, Bağımlı değişkenlerin hesaplanması Çok kriterli karar verme yöntemi aracılığıyla en iyi alternatiflerin belirlenmesiFarklı fonksiyon taşıyan bina tipolojileri; bina tipolojisine göre farklılaşan aktivite türleri, kullanım saatleri, binanın iç kazançları gibi enerji kullanımı etkileyen faktörlerden dolayı farklı enerji performans davranışları göstermektedir. Bu yüzden daha detaylı olarak alt kategorilere ayrıştırılabilen binaların enerji analizlerinden daha doğruya yakın sonuçlar elde edilebilir. Bu çalışmada örneklem olarak 11 katlı ve her katta 4 apartman dairesinin yer aldığı plan şeması, arketip olarak seçilmiştir. Çalışmada ilk olarak parametrelendirilme aşaması için bağımsız değişkenler belirlenmiştir. Önerilen yaklaşımda amaç ısı yalıtım malzemesinin seçim kararı üzerine olduğu için ana bağımsız değişken olarak ısı yalıtım malzemesi ve bu malzemenin uygulanma kalınlığı seçilmiştir. Bağımlı değişkenler olarak ise enerji, maliyet, ısıl konfor ve çevresel etki performansları belirlenmiştir. Enerji tüketimleri detaylı dinamik hesaplama yöntemine dayanan Energy Plus simülasyon programı kullanılarak, ısıtma ve soğutma birincil enerji tüketimi üzerinden değerlendirilmiştir. Daha sonra bağımsız değişkenlerin yaşam döngüsü maliyeti hesaplanabilmesi için EN 15459'da verilen global maliyet hesaplama yöntemi kullanılmış, global maliyet formülü çalışmanın kapsamı açısından düzenlenerek hesaplamalarda kullanılmıştır. Düzenlenmiş yönteme göre yaşam döngüsü maliyeti; ilk yatırım maliyeti ile bakım ve enerji maliyetlerinin bugünkü değerlerinin toplanması sonucunda hesaplanmaktadır. Önerilen yaklaşımda parametrelendirme ile meydana gelen tüm senaryolara ait yaşam döngüsü maliyeti ve birincil enerji tüketimi, 30 yıllık yaşam süresi dikkate alınarak hesaplatılmıştır. Sonraki aşamada iç konfor koşulları EN 15251'de tanımlanan 'adaptif konfor' modelindeki III. kategoriye göre analiz edilmiştir. Son olarak, ısı yalıtım malzemesi seçiminin binanın çevresel etki performansı üzerindeki etkisi, malzemelerin gömülü karbonu (kgCO2e/kg) ve gömülü enerjisi üzerinden hesaplanmıştır. Karar verme sürecinde birinci adım, tüm senaryo alternatifleri için maliyet optimum noktanın belirlenmesi ve maliyet optimum noktanın ötesindeki senaryoların çok kriterli karar verme yönteminin uygulanabilmesi için ayrıştırılması ile başlar. Maliyet optimum noktanın ötesinde yer alan enerji etkin alterantifler, yüksek performanslı bina tasarımı için enerji, maliyet, ısıl konfor ve çevresel etki değerleri ile listelenir. Kriterlerin birbirleri ile kıyaslanabilmesi için tüm kriterlere ait değerler, o kritere ait en yüksek ve en düşük değere ait uzaklığı hesaplanarak normalize edilmekte ve normalizasyon sonucunda 0 ile 1 arası değer almaktadır. Sonrasında o kritere ait normalize edilen değerler eşit ağırlık faktörleri ile değerlendirilerek senaryo alternatiflerine ait toplam skor elde edilmektedir. Sonraki aşamada ise kriterlerin ağırlık faktörlerini elde etmek için bir anket çalışması üzerinden karar vericilerden bilgi toplanmakta ve toplanan veriye göre AHP metoduna göre ağırlık faktörleri hesaplanmaktadır. Son olarak, yüksek performansa sahip bir bina tasarımı geliştirmek amacıyla, karar verici için en iyi alternatifler belirlenmektedir. Sonuçlar göstermektedir ki, farklı çevresel ve ekonomik özelliklere sahip ısı yalıtım malzemeri ve uygulamaları içerisinden doğru alternatifin belirlenmesi, daha yüksek bina performansına ulaşılmasına katkı sağlamaktadır. Bunun yanı sıra, kullanılan karar verme yöntemi ve ağırlık faktörlerinin karar üzerindeki etkisi oldukça fazladır. Ağırlık faktörlerine bağlı hassasiyetin daha kapsamlı değerlendirilebilmesi için, farklı ağırlık faktörleri kullanılarak çalışma genişletilebilir. Aynı zamanda önerilen yöntem ve yaklaşım, performans kriterlerinin artırılmasına uygun bir yapıdadır. Analitik Hiyerarşi Süreci yöntemi ile kriter sayısı arttırılabileceği gibi, kirterler arasında hiyerarşik bağıntı kurularak ağırlık faktörlerinin detaylı hesaplanması da sağlanabilecektir. Önerilen yöntemin bir yazılım aracına dönüştürülmesi ise, yöntemin kullanılabilirliği için gerekli görülmektedir. Çalışmanın detaylı aktarımı şu şekilde kurgulanmıştır:Çalışmanın birinci bölümünde, konuya genel bir giriş ile birlikte, çalışmanın amaç ve kapsamı detaylı olarak açıklanmış, konu ile ilgili detaylı literatür özeti sunulmuştur. İkinci bölümde, enerji ve maliyet performansı, ısıl konfor ve çevresel etki değerini etkileyen parametreler ve hesaplama yöntemleri teorik bilgiler ile açıklanmış, devamında ısı yalıtım malzemelerin çevresel etki değerlerine ait bilgiler verilmiştir. Üçüncü bölüm, performans odaklı bina tasarımında karar verme yöntemleri ile ilgilidir. Literatürde yer alan ve en çok kullanılan karar verme yöntemleri ile ilgili detaylı bilgiler verilmiş, kendi aralarında güçlü ve zayıf yanları değerlendirilmiştir. Dördüncü bölümde, yukarıda yer alan metodoloji adımlarına ait teorik bilgiler ve metodolojide kullanılan adımlar detaylı olarak açıklanmıştır. Beşinci bölüm, dördüncü bölümde açıklanmış olan metodolojinin örneklem üzerinde uygulanması adımlarını içermektedir. Altıncı bölüm, tüm çalışma adımlarının ve sonuçlarının özetlenerek yorumlandığı sonuç bölümünden oluşmaktadır.