Mevcut Konutların Enerji İyileştirmesinde Düşey Kabuklar için Düşük Karbonlu Çözüm Alternatiflerinin Analizi

Abstract

Küresel iklim değişikliği, günümüzde insanlığın karşılaştığı en büyük zorlukların başında yer almaktadır. İnsan kaynaklı (antropojenik) faaliyetlerin bir sonucu olarak ortaya çıkan sera etkisi oluşturacak gazlara sahip emisyonlar, küresel sıcaklık değerinin artışını hızlandıran en önemli faktör olarak ifade edilmektedir. İklim değişikliği konusunda çalışma yapan bilim insanları, sanayi devriminden günümüze devamlı olarak yükselen küresel sıcaklık değerinin zirveye ulaşmadan sınırlandırılabilmesi ve dünyanın soğumasına yönelik çalışmalar gerçekleştirilmesi durumunda iklim değişikliği kaynaklı olumsuz etkilerin önüne geçilebileceğine inanmaktadır. Bununla birlikte, gündelik yaşamın devamının sağlanabilmesi için hayati öneme sahip olan enerji, ülkeler için birincil derecede önem arz etmektedir. Özellikle son on yılda küresel olarak yaşanan enerji arz güvenliği endişesi, birçok gelişmiş ve gelişmekte olan ülkeleri enerji tüketiminde sınırlandırarak önemli tedbirler almaya yöneltmektedir. İfade edilmiş olan bu kavramlar doğrultusunda doktora tez çalışmasının birincil amacı ülkemiz mevcut konut stokunun enerji verimliliğinin artırılmasını sağlayacak, biyolojik esaslı bir yapı kabuğu model önerisi getirmek olmuştur. Öneri kabuk modelleri, çevresel etkisi düşük, üretiminde atmosfere salınan en az karbondioksit eşdeğer gaz (CO2eq.) miktarına sahip ve bünyesinde karbon depolayabilen yapı malzemeleri kullanılarak geliştirilmiştir. Çalışma kapsamında, tasarlanmış olan öneri kabuk modelleri yüksek ısıl geçirgenlik katsayısına (U değeri) sahip, alan çalışmasında irdelenen mevcut konut yapısı düşey kabuğu yerine uygulanmış ve sadece kullanım enerjisi kaynaklı karbon emisyonunun azaltılması sağlanmamış aynı zamanda, mevcut konut yapısı bünyesinde atmosferik karbon depolanmıştır. Çalışmada, yapı malzemeleri kaynaklı karbon emisyonu olan gömülü karbon değeri, yapı hizmet ömrü boyunca konfor şartlarının sağlanabilmesi amacıyla kullanılan enerji kaynaklı kullanım karbonu değeri ve öneri kabuk modellerin tasarlanmasına ilişkin olmak üzere uluslararası literatürün sentezlenmesi sonucu elde edilen üç farklı yöntem uygulanmıştır. Enerji iyileştirmesi yapılmamış mevcut konut yapısı; betonarme strüktür bileşeni gömülü karbon değeri 97,96 tCO2eq., düşey kabuk bileşeni gömülü karbon değeri 26,46 tCO2eq. ve yıllık ısıtma amacıyla kullanılan doğalgaz enerjisi kaynaklı kullanım karbon değeri 8,695 tCO2eq. olarak hesaplanmıştır. Araştırma kapsamında geliştirilen; -27,67 tCO2eq. gömülü karbon değerine sahip EnP-1 öneri kabuk modeli ile kullanım kaynaklı enerji ve emisyon %22,08 oranında, -23,67 tCO2eq. gömülü karbon değerine sahip EnP-2 öneri kabuk modeli ile kullanım kaynaklı enerji ve emisyon %23,92 oranında, -16,84 tCO2eq. gömülü karbon değerine sahip EnP-3 öneri kabuk modeli ile kullanım kaynaklı enerji ve emisyon %23,80 oranında, -19,05 tCO2eq. gömülü karbon değerine sahip EnP-4 öneri kabuk modeli ile kullanım kaynaklı enerji ve emisyon %24,82 oranında, -20,66 tCO2eq. gömülü karbon değerine sahip EnP-5 öneri kabuk modeli ile kullanım kaynaklı enerji ve emisyon %22,08 oranında azaltılmış ve enerji verimliliği sağlanmıştır. Enerji iyileştirmesi yaklaşımıyla gerçekleştirilmiş olan doktora analiz yaklaşımı, milyonlarca metrekare büyüklüğü sahip olan ülkemiz mevcut konut stoku dikkate alındığında, iklim değişikliğinin olumsuz etkisinin azaltılmasında büyük bir potansiyel barındırdığı sonucuna ulaşılmıştır.

Global climate change is one of the greatest challenges facing humanity today. Emissions containing gases that contribute to the greenhouse effect, arising as a result of human activities (anthropogenic), are identified as the most significant factor accelerating the increase in global temperature. Scientists studying on climate change believe that if efforts are made to limit the continuously rising global temperature since the Industrial Revolution and work towards cooling the Earth before it reaches its peak, the adverse effects of climate change can be mitigated. However, energy, which is crucial for the continuity of daily life, holds primary importance for countries. Especially in the last decade, the global concern about energy supply security has prompted many developed and developing countries to take significant measures by restricting energy consumption. In line with these concepts, the primary aim of the doctoral thesis is to propose a model for a bio-based building envelope that will enhance the energy efficiency of our country's existing housing stock. Proposed envelope models have been developed using building materials with low environmental impact, minimal CO2eq. emissions during production, and the ability to store carbon within their structure. Within the scope of the study, the proposed envelope models have a high thermal transmittance coefficient (U value) and have been applied to the vertical envelope of the existing residential structure examined in the field study. This not only ensured the reduction of carbon emissions solely from operational energy but also resulted in the atmospheric carbon storage within the structure of the existing residential building. In the study, three different methods were applied, including the synthesis of international literature to obtain the embodied carbon value from building materials, the carbon value from energy sources used to provide comfort conditions throughout the service life of the building, and the design of proposed envelope models. The existing residential building without energy retrofit has a calculated embodied carbon value of 97.96 tCO2eq. for the reinforced concrete structural component, 26.46 tCO2eq. for the vertical envelope component, and 8.695 tCO2eq. for the annual usage carbon value from natural gas energy used for heating purposes. As part of the research, the developed EnP-1 proposal embodied carbon value of -27.67 tCO2eq. achieved a 22.08% reduction in energy usage and emissions, the EnP-2 proposal embodied carbon value of -23.67 tCO2eq. achieved a 23.92% reduction, the EnP-3 proposal embodied carbon value of -16.84 tCO2eq. achieved a 23.80% reduction, the EnP-4 proposal embodied carbon value of -19.05 tCO2eq. achieved a 24.82% reduction, and the EnP-5 proposal embodied carbon value of -20.66 tCO2eq. achieved a 22.08% reduction in energy usage and emissions, providing energy efficiency. The doctoral analysis approach, conducted with an energy retrofitting perspective, has concluded that considering our country's existing housing stock, which amounts to millions of square meters, there is significant potential in mitigating the adverse effects of climate change.