A new approach to increase energy efficiency of luxury high-rise residential buildings through an advanced facade component

Günümüzde, yaklaşık olarak tüm ülkelerde binalardan kaynaklı yıllık enerji ihtiyacını azaltmaya yönelik araştırmalar yapılmakta ve bu araştırmalar öncelik taşımaktadır. Bilindiği üzere, küresel ısınma hem dünyayı hem de dünyada yaşayan canlıların yaşamını tehdit etmektedir. Küresel ısınmanın bilinen en önemli sebeplerinden biri binalardan kaynaklı sera gazı salınımıdır. Avrupa Birliği'nde, binalarda enerji verimliliğini sağlamaya yönelik çok önemli gelişmeler olmaktadır. Bu gelişmeler içerisinde en önemlisi 'EPBD Binalarda Enerji Performansı Direktifi' ve yaptırımlarıdır. Üye ülkelerin yeni ve mevcut binalarda enerji performansını artırmalarına yönelik zorunlu maddeler içermektedir. Türkiye, üye ülke adayı olarak Avrupa Birliği'ndeki bu gelişmeleri ve EPBD'nin yaptırımlarını takip etmektedir. Türkiye enerji kaynaklarını sağlama bakımından yüksek oranda dışa bağımlı olduğu için bina enerji performansını artırmak büyük önem taşımaktadır. Bu sayede ihtiyaç duyulan enerji miktarı azalabilecektir. Avrupa Birliği'ndeki gelişmeler Türkiye tarafından takip edildiği üzere, bu gelişmeler ülkeye uyarlanmaktadır. Son olarak yayınlanan ve tüm üye ülkelerin bina enerji performansı iyileştirmeleri için uygulaması zorunlu olan maddeleri içeren direktif EPBD 2010 /31/EU Türkiye'de bina enerji tedbirlerini yönlendiren ana kaynak olmuştur. EPBD 2010 /31/EU kapsamında 2020 yılına kadar tüm AB'nin enerji tüketimi 1990 yılındaki seviyelerin % 20 altına düşecektir ve tüm enerji tüketimi % 20 azaltılacaktır. Bu hususta yenilenebilir enerji kullanım oranı da artırılacaktır. Bu net karar sonrası Türkiye bu direktifi bir temel olarak kabul ederek Ulusal Enerji Verimliliği Eylem Planı'nı hazırladı. Bu plan kapsamında aynı zorunluluk 2023 yılına kadar olacak şekilde belirlendi. Yani, Türkiye'de de 2023'e kadar toplam enerji tüketiminin % 20 oranında azaltılacağı ve bunda yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılmasının da önemli bir payı olacağı öngörüldü. Baz alınan Direktif bu yaptırımı sağlamak amacı için bir metodoloji sistemi önermiştir. Bu sistem kısaca; referans binaların tanımlanması, referans binalarda enerji verimliliği tedbirlerinin belirlenmesi, referans binaların ve enerji verimliliği tedbirlerinin son ve birincil enerji ihtiyaçlarının belirlenmesi, enerji verimliliği tedbirlerinin maliyetlerinin belirlenmesidir. Türkiye'de bu metodolojiyi ülke koşullarına uyarlamak amacı ile TUBITAK destekli bir ulusal araştırma projesi geliştirilmiştir. Tez çalışması da bu projeyi temel almaktadır. Çalışmalar, barındırdığı bina tipolojisi çeşitliliği göz önünde bulundurularak ve yapılan çalışmaların uygulanırlığı ele alınarak İstanbul ikliminde yapılmıştır. Bu amaçla, Türkiye'de bulunan mevcut bina tipleri ve yeni yapılmakta olan bina tipleri içerisindeki yoğunluğu değerlendirilerek, başlangıç olarak konut binaları seçilmiştir. Aynı zamanda Direktif de çalışmalara konut binalarından başlanmasını öngörmektedir. Türkiye İstatistik Kurumu'ndan alınan veriler doğrultusunda konut binaları 3 tipolojiye ayrılmıştır: tekil aile konutları, standart apartmanlar, lüks yüksek konut binaları Bu bina tipolojileri arasında bir tanesi diğerlerinden farklılaşmıştır. Bu tipoloji Türkiye'de 'rezidans' olarak adlandırılmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında kısa bir tanımlayıcılık katarak bu bina tipolojisi 'lüks yüksek konut binaları ' olarak adlandırılmıştır. Bu bina tipi son yıllarda Türkiye'de, özellikle metropollerinde çok popüler olmuştur. Bunun sebebi artan arsa fiyatları ve orta-üst ve üst kesimin değişen ve artan konut binası içi ihtiyaçlarıdır. Bu bina tipolojisinin mevcut örnekleri ilgili standartlarda bina kabuğu için belirlenen ısıl geçirgenlik gereksinimlerini karşılamakta ve hatta daha üzerine çıkmaktadır. Ayrıca mekanik tesisat sistemleri için belirlenen kriterleri de karşılamaktadır, fakat enerji ihtiyacı yine de yüksektir. Ulusal projenin bir bulgusu olarak standart konut binalarının diğer 2 tipoloji) aksine lüks yüksek konut binalarında geleneksel cephe iyileştirme önlemleri bina enerji performansının iyileştirilmesinde etkili olmamaktadır. Bu sebeple, bu bina tipolojisi için standart iyileştirme tedbirleri yerine ileri iyileştirme tedbirleri önerilmektedir. Sonuç olarak da ileri iyileştirme tedbirlerinin bu bina tipolojisi üzerinde daha etkili olduğu belirlenmiştir. Bu tez kapsamında, lüks yüksek konut binalarında enerji performansını artırmak amacı ile ileri bir cephe bileşeni geliştirilmiş ve kullanımı ve etkileri test edilmiştir. Araştırmalar kapsamında, farklı ülkelerde bina enerji performansını geliştirmeye ve sera gazı salınımlarını azaltmaya yönelik pek çok farklı yöntem önerisi içeren araştırma çalışmaları yapıldığı bulgusuna ulaşılmıştır. Ancak spesifik olarak standart iyileştirme tedbirlerinin etkisiz olduğu yerde ileri iyileştirme tedbirlerinin sunulmasını içeren, lüks konut binaları için bu konuyu ele alan ve bu tez kapsamında geliştirilen cephe bileşenini test eden herhangi bir araştırma bulunamamıştır. Tez çalışmasındaki yaklaşım, bina cephe bileşenlerinin birebir kendilerini bir yenilenebilir enerji sistemi gibi değerlendirmeyi öngörerek bina cephe iyileştirmelerine farklı bir bakış açısı önermektedir. Öte yandan, binalarda yenilenebilir enerji kullanım oranını arttırarak Avrupa Birliği'nin EPBD 2010 /31/EU direktifinde tanımlı 2020 hedefleri ile Türkiye'nin bu direktife göre geliştirdiği Ulusal Eylem Planı'nda yer alan 2023 hedeflerine ulaşabilmesi için bir yöntem önerisi sunar. Bu doğrultuda, güneş kazançlarını ve havalandırma oranını iklimsel koşullara uygun olarak cephe yoluyla arttıran yeni bir dış duvar bileşeni önerilmiştir ve bu cephe detayının amaca uygunluğunun testleri için örnek binalar üzerinde teorik araştırmalar yapılmıştır. Bu amaçla 3 adet örnek/referans bina belirlenmiştir. Bu binalardan ilki İstanbul'da mevcut bir binadır, ikincisi pasif tasarım parametrelerine uygun sanal bir binadır, üçüncüsü ise ikinci binanın aynısı olup katsayısı daha fazladır. Bu yöntemle geliştirilen cephe bileşeninin verimliliği üzerinde tasarım koşullarının da etkisi ortaya konmuştur. Genel olarak EPBD 2010 /31/EU içerisinde yer alan metodolojinin ülke koşullarına adapte edilmesini öneren çalışmalarda veya Avrupa Birliği'nin 2020 hedeflerine ulaşmak için geliştirilen çalışmalarda yalnızca yıllık enerji ihtiyacının azaltılmasının üzerinde durulur. Oysa iç mekan koşullarının kalitesi için ısıl konfor çok önemlidir ve enerji ihtiyacının düşürülmesiyle ısıl konforu da arttıran öneriler hedeflere ulaşmada en uygun öneriler olarak belirlenmelidir. Özellikle, bu çalışmada olduğu gibi yeni bir bina elemanı önerilen çalışmalarda enerji performansı ile birlikte ısıl konfor da mutlaka değerlendirilmelidir. Bu sebeple, bu tez kapsamında enerji performansı analizlerinden sonra konforsuz saatlerin hesaplanması ile ısıl konfor analizleri de yapılmıştır. Sonuç olarak, önerilen dış duvar bileşeni detayının lüks yüksek konut binalarının yıllık birincil enerji ihtiyacını düşürmede geleneksel iyileştirme önerilerine göre çok etkili olduğu belirlenmiştir. Ayrıca önerilen cephe elemanının kullanıldığı durumlarda konforsuz saatler de elemanın kullanılmadığı baz durumlara göre oldukça azalmıştır. Bunlara ek olarak, Türkiye, barındırdığı farklı iklim bölgeleri ile birlikte Akdeniz ikliminin temsili ülkelerinden biridir. Bu sebeple, Türkiye'de yapılan araştırmalar ve sonucunda elde edilen bulguların uygulanması Akdeniz iklimine sahip diğer ülkelere de katkıda bulunacaktır. Bu bina tipi ve benzerleri diğer Akdeniz iklimine sahip ülkelerde de bulunmaktadır. Böylece, geliştirilen ve etkisi test edilen yeni bina elemanı diğer ülkelerde de potansiyel kullanıma ve etkiye sahip olabilecektir. Tez kapsamında;-Birinci bölüm: tezin amacı, özgün değeri, literatür araştırması ve hipotez-İkinci bölüm: Avrupa Birliği ve Türkiye'de bina enerji verimliliği konusunda olan gelişmeler-Üçüncü bölüm: lüks yüksek konut binalarında yıllık birincil enerji ihtiyacını azaltmaya yönelik bir yaklaşım önerisi ve metodolojisinin detaylı anlatımı-Dördüncü bölüm: üçüncü bölümde önerilen yaklaşımın örnek konut binalarına (3 adet) uygulanması-Beşinci bölüm: çalışma hakkında tartışma-Altıncı bölüm: çalışmanın sonuçları ve önerilerkonularını içermektedir.