İstanbul'da uygulanan yüksek katlı ofis binalarında plan tipolojisi ve cephe tasarımı özelliklerine göre gömülü karbon salımının değerlendirmesi
Assessment of emboided carbon emissions based on plan typology and façade design parameters in high-rise office buildings implemented in istanbul
- Tez No: 1022503
- Danışmanlar: DOÇ. DR. CANER GÖÇER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mimarlık, Architecture
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mimarlık Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Küresel ölçekte artan kentleşme, ekonomik faaliyetler ve yapılaşma yoğunluğu, yapı sektörünü çevresel etkiler açısından en kritik alanlardan biri hâline getirmiştir. Yapı sektörü, doğal kaynak tüketimi, enerji kullanımı ve sera gazı emisyonları açısından küresel çevresel etkilerin önemli bir bölümünden sorumludur. Birleşmiş Milletler ve çeşitli uluslararası kuruluşlar tarafından yayımlanan raporlar, yapı sektörünün küresel karbon emisyonları içerisindeki payının oldukça yüksek olduğunu ve iklim değişikliğiyle mücadelede bu sektörün dönüşümünün kritik öneme sahip olduğunu ortaya koymaktadır. Bu nedenle son yıllarda yapıların çevresel performanslarının değerlendirilmesine yönelik çalışmalar giderek artmakta ve sürdürülebilir tasarım yaklaşımları mimarlık ve yapı sektörünün temel araştırma alanlarından biri hâline gelmektedir. Özellikle yüksek katlı ofis binaları; büyük ölçekli taşıyıcı sistemleri, yoğun malzeme kullanımları, geniş cephe yüzeyleri ve karmaşık teknik altyapıları nedeniyle önemli miktarda karbon salımına neden olmaktadır. Kent merkezlerinde artan arsa değerleri ve yoğun yapılaşma baskısı sonucunda yaygınlaşan bu yapı türü, gerek yapım sürecinde kullanılan malzeme miktarı gerekse işletme sürecindeki enerji gereksinimleri nedeniyle çevresel etkiler açısından dikkat çekmektedir. Son yıllarda yapıların işletme aşamasında ortaya çıkan enerji tüketiminin azaltılmasına yönelik çalışmalar yaygınlaşmış olmakla birlikte, yapı malzemelerinin üretiminden kaynaklanan gömülü karbon salımları da sürdürülebilir yapı tasarımı açısından giderek daha fazla önem kazanmaktadır. Geleneksel olarak yapıların çevresel performansının değerlendirilmesinde enerji tüketimi ve işletme kaynaklı karbon emisyonları ön planda tutulurken, enerji verimliliği uygulamalarının yaygınlaşmasıyla birlikte gömülü karbon salımlarının toplam çevresel etki içerisindeki payı daha görünür hâle gelmiştir. Yapı malzemelerinin hammadde çıkarımı, işlenmesi, üretimi ve şantiyeye ulaşıncaya kadar geçen süreçlerde ortaya çıkan karbon salımları, özellikle büyük ölçekli yapılarda önemli düzeylere ulaşabilmektedir. Bu durum, çevresel etkilerin yalnızca kullanım aşamasında değil, tasarım kararlarının şekillendiği erken proje aşamalarında da değerlendirilmesini gerekli kılmaktadır. Mimari tasarım sürecinde alınan planlama, kütle organizasyonu, cephe sistemi ve malzeme seçimi kararları, yapının yaşam döngüsü boyunca ortaya çıkacak çevresel etkileri doğrudan etkilemektedir. Bu bağlamda, mimari tasarım sürecinin erken aşamalarında alınan kararların çevresel etkilerinin nicel yöntemlerle değerlendirilmesi önemli bir gereklilik hâline gelmiştir. Bu tez çalışmasının amacı, yüksek katlı ofis binalarında plan tipolojisi, çekirdek konumu, cephe saydamlık oranı ve cephe kaplama malzemesi gibi temel mimari tasarım kararlarının gömülü karbon salımı üzerindeki etkilerini karşılaştırmalı olarak incelemektir. Çalışma kapsamında, mimari tasarım sürecinde sıklıkla işlevsel, estetik veya ekonomik kriterler doğrultusunda verilen planlama ve cephe tasarımı kararlarının çevresel performans üzerindeki etkilerinin sayısal veriler aracılığıyla ortaya konulması hedeflenmiştir. Bu doğrultuda, yüksek katlı ofis binalarının tasarım sürecinde uygulanabilecek çevresel performans odaklı karar verme yaklaşımlarına katkı sağlamak ve sürdürülebilir tasarım stratejilerinin geliştirilmesine destek olmak amaçlanmıştır. Araştırma kapsamında İstanbul'un önemli iş ve finans merkezlerinden olan Maslak ve Ataşehir bölgelerinde yer alan yüksek katlı ofis yapıları incelenmiştir. Bu bölgeler, son yıllarda yüksek katlı ofis yapılarının yoğun olarak üretildiği ve farklı planlama yaklaşımlarının uygulandığı alanlar olmaları nedeniyle çalışma alanı olarak seçilmiştir. Alan çalışmaları kapsamında mevcut ofis yapıları incelenmiş, plan organizasyonları, çekirdek yerleşimleri ve cephe özellikleri değerlendirilmiştir. Gerçekleştirilen tipolojik analizler sonucunda kare, dikdörtgen, Z formunda ve dairesel olmak üzere dört temel plan geometrisi belirlenmiştir. Bu plan tipolojileri, İstanbul'da yaygın olarak uygulanan yüksek katlı ofis binalarını temsil edecek şekilde seçilmiştir. Belirlenen her plan tipolojisi, çekirdeğin merkezi konumda yer aldığı ve çekirdeğin cepheye bitişik olarak kurgulandığı iki farklı varyasyonla ele alınmıştır. Böylece toplam sekiz farklı plan tipi oluşturulmuştur. Oluşturulan plan tipleri üzerinden parametrik bir modelleme yaklaşımı geliştirilmiş ve tüm senaryolarda kat alanı, kat yüksekliği, bina yüksekliği, kullanım amacı ve temel yapısal özellikler sabit tutulmuştur. Böylece yalnızca belirlenen mimari tasarım değişkenlerinin gömülü karbon salımı üzerindeki etkilerinin değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmada cephe tasarımına ilişkin değişkenler de ayrıntılı olarak incelenmiştir. Bu kapsamda her plan tipi için dört farklı cephe saydamlık oranı (%27, %40, %67 ve %100) tanımlanmıştır. Söz konusu oranlar, güncel ofis yapılarında yaygın olarak karşılaşılan farklı cephe karakterlerini temsil edecek şekilde belirlenmiştir. Ayrıca sinterflex, alüminyum kompozit panel (ACP), cam elyaf takviyeli beton (GRC) ve ahşap kompozit (WPC) olmak üzere dört farklı cephe kaplama malzemesi değerlendirmeye alınmıştır. Bu malzemeler, yüksek katlı yapılarda yaygın olarak kullanılan ve farklı çevresel performans özelliklerine sahip sistemleri temsil etmektedir. Tam saydam cephe senaryolarının ayrı değerlendirilmesi sonucunda toplam 104 farklı tasarım senaryosu oluşturulmuştur. Araştırmada oluşturulan tüm tasarım senaryolarının çevresel performansları yaşam döngüsü değerlendirmesi (Life Cycle Assessment – LCA) yöntemi kullanılarak analiz edilmiştir. Yaşam döngüsü değerlendirmesi, bir ürünün veya yapının yaşam döngüsü boyunca ortaya çıkan çevresel etkilerin sistematik olarak değerlendirilmesini sağlayan bilimsel bir yöntemdir. Yapı sektöründe son yıllarda yaygın olarak kullanılan bu yöntem, farklı tasarım alternatiflerinin çevresel performanslarının karşılaştırılmasına olanak tanımaktadır. Çalışmada gerçekleştirilen analizlerde ISO 14040 ve ISO 14044 standartları ile EN 15978 standardı esas alınmış ve hesaplamalar One Click LCA yazılımı aracılığıyla gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın kapsamı, yapı yaşam döngüsünün üretim aşamasını temsil eden A1-A3 modülleri ile sınırlandırılmıştır. Bu kapsamda yapı malzemelerinin hammadde temini, hammaddelerin işlenmesi, üretim tesislerine taşınması ve üretim süreçlerinden kaynaklanan çevresel etkiler değerlendirilmiştir. Böylece tasarım sürecinde alınan kararların malzeme kaynaklı gömülü karbon salımları üzerindeki etkileri karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Analiz sonuçları, plan tipolojisinin gömülü karbon salımı üzerinde önemli bir etkisi olduğunu ortaya koymuştur. Dairesel plan tiplerinin en düşük karbon salımı değerlerini ürettiği, Z formundaki plan tiplerinin ise en yüksek karbon salımı değerlerine ulaştığı belirlenmiştir. Bu durumun temel nedeni, plan geometrisinin yapı kabuğu alanını ve dolayısıyla kullanılan cephe malzemesi miktarını doğrudan etkilemesidir. Daha kompakt geometrilere sahip plan tiplerinin daha düşük cephe alanına ihtiyaç duyması, malzeme kullanımını azaltmakta ve buna bağlı olarak karbon salımını düşürmektedir. Buna karşılık düzensiz ve parçalı geometrilere sahip plan tiplerinde cephe alanının artması nedeniyle gömülü karbon salımları da yükselmektedir. Çekirdek konumunun etkisi incelendiğinde, özellikle dikdörtgen ve Z formundaki plan tiplerinde çekirdeğin cepheye taşınmasının toplam karbon salımını artırdığı tespit edilmiştir. Cepheye bitişik çekirdek çözümünün, yapı kabuğu organizasyonunu ve cephe sistemlerinin dağılımını etkileyerek malzeme miktarlarında değişime neden olduğu görülmüştür. Kare ve dairesel plan tiplerinde ise çekirdek konumunun toplam karbon salımı üzerindeki etkisinin daha sınırlı olduğu belirlenmiştir. Bu durum, daha kompakt plan geometrilerinin çekirdek yerleşimindeki değişikliklere karşı daha az hassas olduğunu göstermektedir. Cephe tasarımına ilişkin bulgular, cephe saydamlık oranı ve kaplama malzemesi seçimlerinin gömülü karbon salımı üzerinde belirleyici etkiler yarattığını ortaya koymuştur. Özellikle tam saydam giydirme cephe sistemlerinin, yüksek miktarda cam kullanımı nedeniyle karbon salımını artırdığı belirlenmiştir. Saydamlık oranının artmasıyla birlikte cephe sistemlerinde kullanılan cam miktarının yükselmesi, üretim kaynaklı karbon salımlarını da artırmaktadır. Bununla birlikte opak cephe oranının artması durumunda kullanılan kaplama malzemesinin türü daha belirleyici hâle gelmektedir. Malzeme bazında yapılan değerlendirmelerde, farklı kaplama sistemlerinin üretim süreçlerinden kaynaklanan çevresel etkilerinin önemli ölçüde değiştiği görülmüştür. Kullanılan malzemenin üretim teknolojisi, enerji yoğunluğu ve hammaddesi, toplam gömülü karbon salımını doğrudan etkilemektedir. Bu nedenle cephe kaplama malzemesi seçiminin yalnızca estetik ve ekonomik kriterlere göre değil, çevresel performans kriterleri dikkate alınarak yapılmasının önem taşıdığı ortaya konulmuştur. Sonuç olarak çalışma, yüksek katlı ofis binalarında gömülü karbon salımının yalnızca malzeme seçimiyle değil, plan geometrisi, çekirdek yerleşimi ve cephe tasarımı gibi erken tasarım aşamasında verilen temel mimari kararlarla da önemli ölçüde şekillendiğini ortaya koymaktadır. Elde edilen bulgular, mimari tasarım sürecinin başlangıç aşamalarında alınan kararların yapıların yaşam döngüsü boyunca ortaya çıkacak çevresel etkiler üzerinde belirleyici olduğunu göstermektedir. Bu yönüyle tez, yüksek katlı ofis binalarının tasarımında çevresel performansın erken tasarım aşamalarında değerlendirilmesinin önemini vurgulamakta ve sürdürülebilir mimarlık uygulamalarına yönelik karar alma süreçlerine katkı sağlamayı amaçlamaktadır. Ayrıca çalışma kapsamında geliştirilen karşılaştırmalı değerlendirme yaklaşımının, gelecekte gerçekleştirilecek yaşam döngüsü değerlendirmesi çalışmalarına ve çevresel performans odaklı tasarım araştırmalarına katkı sağlayacağı öngörülmektedir.
Özet (Çeviri)
Rapid urbanization, economic growth, and increasing construction activities have made the building sector one of the most critical contributors to environmental impacts worldwide. The construction industry is responsible for a significant share of global resource consumption, energy use, and greenhouse gas emissions. According to international reports, buildings account for a considerable portion of global carbon emissions throughout their life cycle. Consequently, reducing the environmental impacts of buildings has become one of the primary objectives of sustainable development policies and climate change mitigation strategies. Among different building types, high-rise office buildings represent a particularly important category due to their large-scale structural systems, extensive use of construction materials, complex technical infrastructure, and significant façade areas. As urban land values continue to increase and cities become denser, high-rise office buildings are increasingly preferred in major metropolitan areas. While considerable efforts have been made to reduce operational energy consumption through energy-efficient building envelopes, mechanical systems, and renewable energy technologies, the environmental impacts associated with construction materials have gained growing attention in recent years. In this context, embodied carbon emissions, which originate from the extraction, processing, transportation, and manufacturing of building materials, have become an essential component of sustainable building design. Traditionally, environmental assessments of buildings have focused primarily on operational energy consumption and associated carbon emissions. However, improvements in energy efficiency have increased the relative significance of embodied carbon within the total life cycle impact of buildings. Particularly in large-scale structures such as high-rise office buildings, embodied carbon emissions can account for a substantial proportion of total carbon emissions. Therefore, environmental considerations should not be limited to the operational phase but should also be integrated into the early stages of architectural design, where critical decisions regarding building form, spatial organization, façade systems, and material selection are made. Architectural design decisions taken during the conceptual design phase directly influence the amount and type of materials used in a building and, consequently, its environmental performance. Decisions regarding plan geometry, building core location, façade transparency ratio, and façade cladding materials affect not only architectural quality and functional efficiency but also embodied carbon emissions. Therefore, evaluating the environmental consequences of these decisions through quantitative methods can contribute significantly to the development of sustainable design strategies. The main objective of this thesis is to comparatively investigate the effects of key architectural design parameters on embodied carbon emissions in high-rise office buildings. Specifically, the study focuses on plan typology, core location, façade transparency ratio, and façade cladding materials. The research aims to reveal the environmental implications of design decisions that are generally made based on functional, aesthetic, or economic considerations. By quantifying the environmental impacts of these parameters, the study seeks to support environmentally conscious decision-making processes during the early stages of architectural design. The research was conducted through an analysis of high-rise office buildings located in Maslak and Ataşehir, two of Istanbul's most significant business and financial districts. These districts were selected because they contain a large number of contemporary office towers representing different architectural approaches and building typologies. Field studies and typological analyses were carried out to identify common design characteristics and recurring spatial configurations. Based on the findings of the field study, four primary plan geometries were identified: square, rectangular, Z-shaped, and circular plans. These plan typologies were selected because they represent the most commonly observed spatial organizations among high-rise office buildings in Istanbul. Each plan typology was further developed into two alternative configurations according to the location of the service core. In the first configuration, the core was positioned centrally, while in the second configuration it was located adjacent to the building façade. As a result, a total of eight plan alternatives were generated. A parametric modelling approach was adopted to create comparable building models. In all scenarios, key building characteristics such as gross floor area, number of floors, floor height, building height, and functional use were kept constant. By controlling these variables, the study aimed to isolate the effects of plan typology, core location, and façade design parameters on embodied carbon emissions. In addition to plan typology and core location, façade design variables were systematically examined. Four different façade transparency ratios were defined for each plan type: 27%, 40%, 67%, and 100%. These transparency ratios were selected to represent a broad range of façade configurations commonly observed in contemporary office buildings, ranging from relatively opaque façades to fully glazed curtain wall systems. Furthermore, four different façade cladding materials were evaluated: sinterflex panels, aluminum composite panels (ACP), glass fiber reinforced concrete (GRC), and wood plastic composite (WPC). These materials were chosen because they are widely used in contemporary high-rise buildings and exhibit different environmental characteristics due to variations in manufacturing processes, material composition, and energy requirements. Fully transparent façade scenarios were evaluated separately from opaque cladding alternatives. Consequently, a total of 104 different design scenarios were generated and analyzed within the scope of the study The environmental performance of all design scenarios was evaluated using the Life Cycle Assessment (LCA) methodology. LCA is a scientific and internationally recognized approach used to quantify the environmental impacts associated with products, processes, and buildings throughout their life cycle. In recent years, LCA has become one of the most important tools for evaluating environmental performance in the building sector and for supporting sustainable design decisions. The assessment methodology employed in this study was based on the principles defined in ISO 14040 and ISO 14044 standards, as well as the building-specific framework established by EN 15978. Environmental calculations were performed using the One Click LCA software platform. To ensure consistency and comparability among scenarios, all analyses were conducted under identical assumptions and boundary conditions. The scope of the assessment was limited to modules A1–A3 of the building life cycle, which correspond to the product stage. These modules include raw material extraction, transportation of raw materials, and manufacturing processes. By focusing on the production stage, the study specifically examined the embodied carbon emissions associated with construction materials and building envelope components. Operational energy use, maintenance activities, replacement cycles, and end-of-life processes were excluded from the scope of the research. The results of the analysis demonstrate that plan typology has a significant influence on embodied carbon emissions. Among all alternatives, circular plan configurations produced the lowest embodied carbon values, while Z-shaped plans generated the highest emissions. This finding can primarily be explained by differences in building envelope efficiency. Compact geometries generally require less façade area for the same usable floor area, resulting in lower material consumption and reduced embodied carbon emissions. In contrast, more complex geometries increase façade surface area and consequently require greater quantities of construction materials. The analysis also revealed that core location affects embodied carbon emissions, particularly in rectangular and Z-shaped plan configurations. Relocating the core from a central position to the building perimeter increased total embodied carbon emissions in these plan types. This increase can be attributed to changes in façade organization and material distribution resulting from the altered spatial configuration. In square and circular plan typologies, however, the impact of core location was found to be relatively limited, indicating that compact geometries are less sensitive to variations in core placement. The findings related to façade design indicate that both transparency ratio and cladding material selection have substantial impacts on embodied carbon emissions. Fully glazed curtain wall systems were found to generate higher carbon emissions due to the large amount of glass required. As façade transparency increases, the embodied carbon associated with glazing systems becomes increasingly significant. Consequently, façade transparency emerged as one of the most influential design parameters affecting the environmental performance of high-rise office buildings. The results further demonstrated that different cladding materials exhibit considerably different environmental impacts. Variations in manufacturing processes, raw material extraction methods, and production-related energy consumption contribute to significant differences in embodied carbon values among the evaluated materials. Therefore, façade material selection should not be based solely on aesthetic, technical, or economic criteria but should also incorporate environmental considerations. Overall, the findings emphasize that embodied carbon emissions in high-rise office buildings are influenced not only by material selection but also by fundamental architectural decisions made during the early stages of design. Plan geometry, core location, façade transparency, and cladding materials collectively shape the environmental performance of buildings throughout their life cycle. The study highlights the importance of integrating environmental assessment tools into architectural design processes and demonstrates the potential of Life Cycle Assessment as a decision-support tool for sustainable building design. In conclusion, this thesis contributes to the growing body of knowledge on embodied carbon assessment in high-rise office buildings by providing a systematic comparison of alternative architectural design scenarios. The results underline the necessity of considering environmental performance criteria alongside functional, aesthetic, and economic requirements during the design process. By demonstrating the environmental consequences of early design decisions, the study aims to support the development of more sustainable architectural practices and to encourage the adoption of low-carbon design strategies in future high-rise office building projects.
Benzer Tezler
- Taş strüktürlü geleneksel Foça evlerinin mimari ve yapısal özelliklerine göre deprem performansının değerlendirilmesi
Seismic performance evaluation of traditional stone masonry houses in Foça based on their architectural and structural characteristics
SARVIN IRAVANI GHADIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CANER GÖÇER
- İstanbul'da hazırlanan kentsel tasarım projelerinin planlama sistematiğindeki yerinin karşılaştırmalı hukuka göre değerlendirilmesi
Evaluation of urban design projects prepared in İstanbul by comparative law
AYCAN NUR SAYRAM
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik ÜniversitesiKentsel Tasarım Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ENGİN EYÜP EYUBOĞLU
- Türkiye derece gün bölgelerinde mevcut çok katlı konut binalarının dış kabuğunda yapılacak enerji etkin yenileme stratejileri
Energy-efficient refurbishment building envelope strategies of existing multi-storey residential buildings for degree day regions of Turkey
GÜLÇİN SÜT
- Comparative performance-based evaluation of exterior damper retrofit strategies for rc buildings using disc-anchors
Betonarme binalarda disk ankrajlarla dışarıdan bağlanan sönümleyicili güçlendirme alternatiflerinin karşılaştırmalı değerlendirilmesi
MOHIBULLAH SHAHZADA
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH SÜTCÜ
- A new approach to increase energy efficiency of luxury high-rise residential blocks in complex buildings by utilizing advanced HVAC systems
Karma yapılardaki yüksek katlı lüks konut binalarının enerji verimliliğinin gelişmiş mekanik sistemlerden faydalanarak arttırılması için yeni bir yaklaşım önerisi
ALPAY AKGÜÇ
Doktora
İngilizce
2019
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE ZERRİN YILMAZ
PROF. DR. MARCO PERINO