A new approach to identify achievable nearly-zero energy building targets for existing building retrofits

Artmakta olan enerji tüketiminin dünyada yol açtığı çevresel ve ekonomik etkiler, bu konudaki kaygıların yükselmesine sebep olmuş ve enerji tüketiminin azaltılmasına yönelik planlama yapılması ihtiyacını ortaya çıkarmıştır. Enerji tüketiminde en büyük payın bina sektörüne ait olması sebebiyle, binalarda enerji verimliliğinin arttırılması, birçok ülkenin enerji tüketimini azaltmaya yönelik planında ana hedefler arasındadır. Avrupa Komisyonu tarafından da, bina sektöründeki enerji tasarrufu potansyelinden yararlanma konusunda hedeflerin belirlenmesi ve yaptırımların gerçekleştirilmesi amacıyla Binalarda Enerji Performansı Revize Direktifi (2010/31/EU) yayımlanmıştır. Yaklaşık sıfır enerji bina kavramı kısaca EPBD recast olarak adlandırılan bu direktifle ortaya çıkmıştır. Yaklaşık sıfır enerji bina, EPBD recast tarafından çok yüksek enerji performanslı bina olarak tanımlanmaktadır. Binanın ihtiyaç duyduğu az miktardaki enerjinin ise çoğunlukla yenilenebilir enerji kaynakları kullanılarak karşılanması beklenmektedir. Bu açıklamadan anlaşıldığı gibi, binalarda yaklaşık sıfır enerji seviyesi için standart bir enerji tüketimi seviyesinden veya izlenmesi gereken bir hesaplama yönteminden bahsedilmemektedir. Ancak, EPBD recast, 2021 yılından itibaren inşa edilecek tüm yeni binaların yaklaşık sıfır enerji bina olmasını şart koşmaktadır ve bu nedenle her ülkenin kendi koşullarına uygun yaklaşık sıfır enerji hedefini belirlemesi gerekmektedir. 2021 yılını hedefleyen bu koşul, yaklaşık sıfır enerji seviyesini önümüzdeki yılların minimum enerji performansı gereksinimi haline getirmektedir ve aynı direktifle getirilen enerji verimliliğinde optimum maliyet kavramı ile doğrudan ilişkilendirmektedir. Bu açıdan bakıldığında, 2021 yılından itibaren binalarda yaklaşık sıfır enerji seviyesinin aynı zamanda uzun dönemde en düşük maliyetle sonuçlanan enerji performansı seviyesi olması beklenmektedir. Direktife göre, yeni bilanarın yanı sıra mevcut binalarda da maliyet etkin iyileştirmeler yapılarak, binaların yaklaşık sıfır enerji seviyesine ulaştırılması istenmektedir. Bu doğrultuda ulusal planların hem yeni binaları hem de mevcut binaların iyileştirilmesi dikkate alarak, yaklaşık sıfır enerji bina sayısını arttırma yönünde hazırlanması beklenmektedir. Bu tezde, mevcut bina iyileştirmelerinde yaklaşık sıfır enerji seviyesine yönelik ulaşılabilir hedeflerin belirlenebilmesi için bir yaklaşım önerilmektedir. Yaklaşım, binalarda yaklaşık sıfır enerji seviyesi ile optimum maliyet seviyesi arasındaki ilişki üzerine kurulmuştur ve potansiyel yaklaşık sıfır enerji seviyelerinin belirlenmesinde, gelecekte optimum maliyet seviyesine erişebilecek en yüksek enerji performansı düzeyleri dikkate alınmaktadır. Önerilen yaklaşım, üç aşamadan oluşmaktadır. İlk aşama, Avrupa Komisyonu tarafından binalarda enerji performansı seviyelerinin optimum maliyet düzeyinin belirlenmesi amacıyla yayımlanan çerçeve yöntemin ulusal koşullara uyarlamasıdır. Ancak bu aşamada, Avrupa Komisyonu tarafından önerilen çerçeve yönteme kullanıcı davranışlarının etkisi de entegre edilerek yöntemin kapsamı genişletilmiştir. Böylelikle, bina enerji performansı üzerinde etkili olan kullanıcı davranışlarının optimum maliyet seviyesine etkisi de dikkate alınmaktadır. Yaklaşımın ikinci aşaması, potansiyel yaklaşık sıfır enerji seviyelerinin duyarlılık analizleri aracılığıyla belirlenmesidir. Duyarlılık analizleri, halihazırda Avrupa Komisyonu tarafından yayımlanan çerçeve yöntemin bir adımıdır ancak bina enerji performansında optimum maliyet seviyesinin özellikle ekonomik değişkenlere karşı duyarlılığını analiz etmede kullanılmaktadır. Bu yaklaşımda ise duyarlılık analizlerine farklı bir işlev yüklenmiştir. Bu analizler binalar için potansiyel yaklaşık sıfır enerji seviyelerinin belirlenmesinde temel araç olarak kullanılmakta ve yaklaşımın en önemli aşamasını oluşturmaktadır. İkinci aşamanın sonucunda, bina enerji performansı konusunda karar vericiler için potansiyel yaklaşık sıfır enerji seviyeleri ve seviyenin ulaşılabilir olması için gerekli koşullar sunulabilmektedir. Yöntemin üçüncü aşaması, önceki iki aşamada elde edilen sonuçların karar verici yetkililer tarafından değerlendirilmesi, buna bağlı olarak mevcut binalar için yaklaşık sıfır enerji seviyelerinin belirlenmesi ve belirli aralıklarla takip edilerek güncellenmesini içermektedir. Her ne kadar bu aşamada izlenecek yöntem karar vericilerin tercihine bağlı olsa da, hem yaklaşımın bütüncül olarak ifade edilmesi, hem de yetkililere yol yostermesi açısından bu aşama için de öneri getirilmiştir. Yukarıda özetlenmiş olan yaklaşım açıklandıktan sonra, yaklaşımın örnek uygulaması da gerçekleştirilmiştir. Bu uygulama, Türkiye'deki çok katlı apartman binalarını temsil eden bir referans bina üzerinde ve üç farklı iklim bölgesi dikkate alınarak yapılmıştır. Sıcak nemli iklim bölgesini temsilen Antalya ili, ılımlı menli iklim bölgesini temsilen İstanbul ili ve soğuk iklim bölgesini temsilen Erzurum ili iklim verileri kullanılmıştır. Örnek uygulamada öncelikle, ele alınan referans binanın enerji performansı seviyeleri için optimum maliyet düzeyi tespit edilmiştir. İlk hesaplamalarda, istatistiklere bağlı olarak belirlenen referans kullanıcı davranışları dikkate alınmıştır. Daha sonra, kullanıcıların binanın enerji performansına etki eden davranışlarında değişiklik olması durumu için hesaplamalar tekrarlanmıştır. Bu analizler için örnek olarak pencere açıklıklarının kullanıcılar tarafından bilinçli kontrolüyle doğal havalandırmadan yararlanılarak, binanın soğutma ihtiyacının azaltılması ele alınmıştır. Önerilen yaklaşımın ilk aşamasının seçilen referans bina için uygulanması sonucunda, Türkiye'deki çok katlı apartman binalarında maliyet etkin enerji tasarrufu potansiyelinin %70'in üzerinde olduğu görülmüştür. Kullanıcıların pencere açıklıklarının kontrolüne yönelik bilinçli davranışları ise enerji tüketimini ve bu tüketimden kaynaklı enerji giderlerini azaltarak maliyet etkin enerji tasarrufu potansiyelini %80'in üzerine çıkarmaktadır. İlk aşamanın sonucunda ayrıca, iklim özelliklerinin beklenildiği gibi hem ulaşılan enerji performansı seviyeleri açısından hem de etkin iyileştirme tedbirleri açısından etkili olduğu görülmüştür. Elde edilen sonuçlar, analiz edilen enerji verimliliği tedbirlerinin tekil olarak uygulanmasının yerine bir araya getirilerek tedbir paketleri halinde uygulanmasının hem enerji performansı hem de uzun dönem maliyet açısından daha etkili olduğunu göstermiştir. Seçilen referans bina ve iklim koşulları için optimum maliyet seviyesinin belirlenmesinin ardından önerilen yaklaşımın ikinci aşaması uygulanmıştır. Bu aşamada öncelikle uygulanacak duyarlılık analizi senaryoları belirlenmiştir. Seçilen senaryolar indirim oranı ve enerji fiyat artışı gibi ekonomik değişkenlerin yanı sıra yardım ve teşvikler veya araştırma geliştirme faaliyetleri sonucunda meydana gelebilecek potansiyel ilk yatırım maliyeti azaltımları ve maliyet hesaplama sürelerini de kapsamaktadır. Analizler sonucunda, referans konut binası için her üç iklim koşulu altındaki potansiyel yaklaşık sıfır enerji seviyeleri belirlenmiştir. Potansiyel yaklaşık sıfır enerji seviyelerinin mevcut optimum maliyet seviyesi ile arasındaki finansal açık tespit edilerek, bu açığın kapatılmasına yönelik öneriler geliştirilmiştir. Öneri geliştirme aşamasında enerji verimliliği iyileştirme yatırımlarının geri ödeme süreleri hesaplanmış ve teşvik amaçlı sunulabilecek düşük faizli kredi seçeneği için sağlanması gereken kredi miktarları ve geri ödeme süreleri belirlenmiştir. Ayrıca, Türkiye'deki kentsel dönüşüm süreci göz önünde bulundurularak kredi ödeme süreleriyle mevcut binanın kalan ömrü arasında kurulması gereken bağlantı da açıklanmıştır. Önerilen yaklaşımın üçüncü aşaması karar verici ve kanun koyucu yetkililer tarafından uygulanacağından bu bölümün örnek uygulaması gerçekleştirilmemiştir. Ancak hem yaklaşımın ikinci aşamasının sonunda hem de tartışma bölümünde bu aşamaya yönelik öneriler bulunmaktadır. Literatürdeki yaklaşık sıfır enerji binalar ile ilgili çalışmalar, konuya çoğunlukla bu binaların çok yüksek enerji performansı seviyesine sahip olması yönünden yaklaşmakta ancak optimum maliyet düzeyi ile ilişkilendirmemektedir. Mevcut binaların maliyet etkin iyileştirilmesiyle ilgili bazı çalışmalar ise yalnızca ulaşılan sonuçları tartışırken elde edilen bulguları yaklaşık sıfır enerji hedefleriyle ilişkilendirmektedir. Mevcut bina iyileştirmeleri için hem yüksek enerji performansı seviyesini, hem de bu seviyenin optimum maliyet seviyesiyle ilişkisini dikkate alan az sayıda araştırma bulunmaktadır. Ancak bu çalışmalarda da karar vericilere öneri sunulmasını hedefleyen ve potansiyel yaklaşık sıfır enerji seviyelerinin belirlenmesine yönelik kapsamlı bir yaklaşım sunulmamaktadır. Bu açıdan bakıldığında, tezde önerilen yaklaşım, konuya yeni bir bakış açısı kazandırmaktadır. Ayrıca, kullanıcı davranışlarının optimum maliyet seviyesi hesaplarına dahil edilmesi ve duyarlılık analizlerinin yaklaşık sıfır enerji seviyelerinin araştırılmasında bir araç olarak kullanılması gibi yeni yaklaşımlar gelecek araştırmalara yol gösterici olacaktır. Tezde önerilen yaklaşım kullanılarak elde edilen sonuçlara göre, Türkiye'deki mevcut çok katlı konut binalarındaki iyileştirmeler için potansiyel yaklaşık sıfır enerji seviyeleri arasında ulaşılabilir en düşük enerji tüketimi seviyesi, analiz edilen iklim bölgesine bağlı olarak, yıllık 41.8 kWh/m2y ve 63.2 kWh/m2y arasında değişmektedir. Bu değer Avrupa Birliği ülkelerinin belirlemiş oldukları yaklaşık sıfır enerji seviyeleriyle kıyaslandığında benzerlik göstermektedir. Elde edilen sonuçlar kullanıcı davranışlarının maliyet optimum enerji seviyesi üzerinde etkili olduğunu ve kullanıcıların bina enerji tüketimi konusunda bilinçlendirilmesinin hem enerji kaynakları açısından hem de ekonomik açıdan tasarrufla sonuçlanacağını göstermektedir. Yaklaşımın örnek uygulamasına ait sonuçlar ayrıca bina enerji perofrmansında optimum maliyet düzeyinin belirlenebilmesi için yapılan çalışmalarda, bina kabuğuna, bina servis sistemlerine ve yenilenebilir enerji kullanımına yönelik enerji verimliliği iyileştirmelerinin birlikte değerlendirildiği kapsamlı yöntemlerin izlenmesi gerektiğini göstermektedir. Duyarlılık analizlerinin, potansiyel yaklaşık sıfır enerji hedeflerinin belirlenmesinde yararlı bir araç olduğu görülmüştür. Bu nedenle, önerilen yaklaşımın yeni binalar için uyarlanması önerilmektedir. Ayrıca, bu uyarlamanın yanı sıra, referans konut binası için uygulanmış olan bu yaklaşımın diğer mevcut bina tipleri için de uygulanması önerilen bu yaklaşımı güçlendirecektir. Ek olarak, önerilen yaklaşım, ilerideki araştırmalarda ısıl konfor analizlerinin de adapte edilmesiyle detaylandırılarak geliştirilmeye açıktır.