Architectural retrofit of educational buildings towards nearly zero energy and cost optimal levels considering the life cycle and occupant comfort
Yaşam döngüsü ve kullanıcı konforuna göre yaklaşık sıfır enerji ve optimal maliyet seviyelerine yönelik eğitim binalarının mimari yönden iyileştirilmesi
- Tez No: 636134
- Danışmanlar: PROF. DR. LEYLA TANAÇAN, PROF. DR. MUSTAFA ERKAN KARAGÜLER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mimarlık, Architecture
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mimarlık Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 159
Özet
Mevcut bina stoğu çoğunlukla enerji etkinliği yaklaşımı göz önünde bulundurmadan inşa edilmiştir. Enerji etkin iyileştirme önlemleri ile önemli ölçüde binaların enerji tüketim miktarını azaltmak mümkündür. Ancak bu önlemleri geliştirmek için yapılması gereken araştırmalarda birçok faktör göz önünde bulundurulmalıdır ve sadece enerji tüketimi açısından konuya yaklaşarak doğru ve uygulanabilir sonuç elde etmek mümkün değildir. Okulların düşük bütçesi, enerji etkin iyileştirme çalışmalarının uygulanması için engel oluşturmaktadır ve çok zorunlu olmadığı müddetçe genelde bu tür önlemler alınmamaktadır. Ancak, uygun ilk yatırım maliyetli ve geri ödeme süresi daha kısa ve yüksek enerji etkinliği ile okul binalarının kullanım ömrü ve bu ömür boyunca elde edilen ekonomik faydalar ile birlikte düşünüldüğünde bu tür yaklaşımlar cazip hale gelecektir. AB'nin binalarda enerji performansı direktifinin 2010 sürümüne göre, tüm yeni binalar 2020'ye kadar yaklaşık sıfır enerji bina veya minimum enerji tüketimine sahip olmalıdır. İlgili direktif yeni ve yenilenme sürecine giren binalar için Yaklaşık sıfır enerji (nZEB) veya optimum maliyet olma koşullarını anlatmaktadır. Ayrıca enerji etkinliği sağlayan farklı senaryoları karşılaştırmak ve binaların minimum enerji ihtiyaçlarını belirlemek için maliyet optimum yaklaşımını açıklamaktadır. Diğer bir deyişle, yaklaşık sıfır enerji ve maliyet optimum sevilerini belirlerken yaşam döngüsü sürecini göz önünde bulundurulması gerektiğini açıklamaktadır. Binaların yaşam döngüsüne bakınca, enerjinin sadece kullanım sırasında tüketilmediği ve yapı malzemelerinin oluşumu, ulaşımı ve bina inşaat ve imalatı ve yıkım sürecinde de kullanıldığı görünmektedir. Binaların yaşam döngüsü analizleri 20. yüzyılın sonlarına doğru önem kazanmıştır. Türkiye'de enerji verimliliği sadece enerji bağımlılığı değil, aynı zamanda sosyal ve ekonomik gelişmeler ve sorunlar nedeniyle de kritik konulardan biri haline gelmiştir. AB'ye benzer şekilde, Türkiye'deki mevcut binaların çoğunluğu inşaat sektöründeki enerji verimliliği ile ilgili mevzuat ve teknolojinin gelişmesinden önce inşa edilmiştir; bu nedenle, fazla enerji tüketmekle birlikte enerji tasarrufu potansiyeli yüksek bir sektördür. Bu potansiyeli kullanmak ve tasarrufu sağlamak için tasarım parametrelerinde yapılabilecek değişimler ile önemli ölçüde enerji tasarrufu sağlanabileceği araştırmalar yolu ile kanıtlanmıştır. Bir çalışmanın sonuçlarına göre, saydamlık oranının iyileştirilmesi ile yapay aydınlatma ihtiyacının en az %15 azaltılabildiği ve istenilen konfor koşulunun sağlanabildiği görülmektedir. Enerji etkinliği enerji tüketimindeki büyümeyi yönetme ve sınırlama yöntemidir ve mevcut çok sayıda bina nedeniyle en kritik konulardan biridir. Enerji, çevresel ve ekonomik problemler göz önünde bulundurulduğunda mevcut binaların yenilerini inşa etmek için yıkılması,yerine enerji etkin iyileştirilmelerinin daha doğru bir yaklaşım olduğu açıktır. Eğitim binaları, gerek toplumsal açıdan gerekse enerji tüketimi açısından büyük önem taşımaktadır. Bu sektör konut dışı bina sektörünün toplam enerji tüketiminin yaklaşık %15'inden sorumlu tutulmaktadır. Kuşkusuz, uygun bir eğitim ortamı beraberinde öğretmenler ve öğrenciler için sağlıklı ve kaliteli eğitim sağlamış olacaktır ve öğrencilerin öğrenim performansını artıracaktır. Türkiye'de Milli Eğitim Bakanlığı istatistiklerine göre 2018-2019 akademik yılında 99580 okul binası bulunmaktadır. Bu dönemde, yaklaşık 23 milyon öğrenci ve 1 milyon 290 binden fazla öğretmen okullarda hayatını sürdürmüştür. Bu verilere göre, Türkiye nüfusunun neredeyse dörtte biri zamanlarının çoğunu okullarda geçirdiğini göstermektedir. Bu yüzden, iyi bir iç mekan çevre kalitesine sahip okul binalarında büyük önem taşımaktadır. Genel olarak, sıradan bir binanın toplam yaşam döngüsü enerjisinin (YDE) %70-90'ını kullanım sırasında tüketilen enerji, ve %10-30'unu malzeme oluşumu sırasında tüketilen gömülü enerji oluştururken, yıkım için gereken enerji yaklaşık %1'ini oluşturmaktadır. Yapım öncesi, yapım süreci, kullanım süreci ve yıkım için kullanılan enerji miktarları kıyasladığında, kullanım sürecinde tüketilen enerjinin diğer enerji tüketimlerinden çok daha yüksek bir miktar olduğu görülmektedir. Bu yüzden, yaşam döngüsü enerji tüketimini ve karbon salımını azaltmak için, binaların kullanım süresince tüketilen enerji miktarı en aza indirilmelidir. Bina tasarım parametreleri arasından önemli bir parametre olan bina kabuğu, sadece hacmi oluşturduğu için bakılmamalıdır, aynı zamanda dış ortam koşullarıyla doğrudan etkileşime girmesi nedeniyle toplam YDE'yi önemli ölçüde etkileyen unsurdur. Dolayısıyla, enerji tasarruflu çözümlerin bina kabuğuna entegrasyonu, kullanım süresindeki enerji ihtiyacını ve gömülü enerji ve karbon salınımını azaltabilir. Enerji verimliliği standartlarının uygulanmasının bir sonucu olarak kullanım süresinde tüketilen enerji azaldığından, operasyonel-gömülü enerji oranı ve karbon salımı da azalacaktır. Her ne kadar bir binanın çevresel etkisi yalnızca gömülü ve kullanım süresi enerji tüketimi üzerinde değerlendirilmemeli ise de, bu konulara odaklanmak binanın yaşam döngüsü etkisinin doğru ele alınmasına olanak sağlayacaktır. Örneğin, daha yüksek gömülü veya operasyonel enerjiye sahip bir bina temiz ve yenilenebilir bir kaynak kullanabilir. Buna karşılık, daha düşük enerji tüketimine sahip bir bina, genel olarak daha yüksek bir çevresel etkiye sahip olan diğer bir deyişle çevreyi kirletici etkiye sahip fosil yakıtlar gibi enerji sistemine dayanmış olabilir. Dolayısıyla, binaların yaşam döngüsü açısından değerlendirilmesi önem taşımaktadır. Yaşam döngüsü analizi, bir binanın çevreyi nasıl etkilediğini değerlendirmek için en etkili yöntemlerden biridir. Binaların çevresel etkileri malzeme, tasarım, inşaat, kullanım ve yıkım gibi çeşitli faktörler tarafından etkilenir. Binaların çevre üzerindeki etkisi ülkeden ülkeye değişmektedir. Gelişmiş ülkeler, çevresel engelleri azaltabilmek için ve binaların çevre üzerindeki etkisini tanımlamak için çeşitli araştırmalar yapmaktadır. Türkiye'de, binaların yaşam döngüsü boyunca çevresel etkileri hakkında az sayıda çalışma mevcuttur, özellikle yerel malzemelerin oluşum enerjisi ve karbon salımı miktarı hakkında çok az bilgi mevcuttur. Her ülkedeki her türlü bina için bu etkiyi tanımlamak adına çok sayıda araştırma yapılması gerekmektedir. Bu tez çalışması, okul binalarının Türkiye'deki yaşam döngüleri boyunca çevresel etkileri ile ilgili çalışmalara öncülük ederek ileride yapılacak analizler ve çalışmalar için bir temel oluşturmayı hedeflemiştir. Yapılan araştırmalara göre, mevcut fosil enerji kaynaklarının önümüzdeki on yıllarda enerji talebini karşılamaya yeterli olmayacağı ve binaların toplam enerji tüketimindeki payının çok yüksek olacağı bilinmektedir. Bu nedenle binalarda enerji performansının artırılması ve enerjinin verimli kullanılması, dünyadaki ve Türkiye'deki mevcut düzenlemelerle zorunlu hale gelmiştir. Bu düzenlemeler, ülkenin enerji kaynaklarını ve ekonomik çıkarlarını korumayı amaçlamaktadır. Günümüzde, enerji verimliliği ve binaların enerji performansını artırmak için finansal kazanç ile ilk yatırım maliyetleri arasındaki denge önem kazanmış ve enerji verimliliği yatırımlarının ekonomik açıdan faydalı olduğu ortaya çıkmıştır. Bu kriteri karşılamak için, düşük maliyetli yatırımlarla yüksek enerji verimliliğine sahip olan“düşük maliyetli yüksek enerji tasarruflu binanın”tanımlanması gerekmektedir. Bu çalışmada ilkokul binaları için belirlenen yaklaşım, Türkiye için farklı bina türlerine de uygulanabilir. Bu nedenle, ulusal düzenlemeler ve çalışmalar için bir referans olacaktır. Ayrıca bu çalışmada ulusal bina yaşam döngüsü değerlendirmesi ve maliyet analizinde kullanılmak üzere minimum enerji performans değerlerinin kullanıcı konforu üzerindeki etkisi ortaya konulmuştur. Bu tez çalışması, Türkiye'nin farklı iklim bölgelerindeki eğitim binalarının Yaşam Döngüsü Enerji Tüketimi (YDET) ve Yaşam Döngüsü Maliyeti (YDM) verimliliğini kapsamaktadır. Bu kapsamda, konfor koşulları göz önüne alınarak, düşük karbon salımlı ve uygun maliyet ve enerji performansına sahip tipik bir ilkokul binası değerlendirmesi yapılmıştır. Türkiye'nin farklı iklimlerinde büyük ölçekte eğitim projelerini temsil edebilecek bir referans model oluşturmak amacıyla YDET ve YDM üzerine analizler yapılmıştır. Bu tez çalışmasının temel amacı, Türkiye'deki eğitim binalarının karbon salımı ve konfor düzeyini dikkate alarak yaşam döngüsünü ve çevresel performansı değerlendirmektir. Bir diğer amacı, farklı iklim bölgeleri için bina enerji performansının iyileştirilmesi konusunda düşük maliyetli etkili önlemler geliştirmek ve ilköğretim binalarının ekonomik ve çevresel performanslarını tüm yaşam döngüsü çerçevesinde değerlendirmektir. Eğitim binalarının enerji verimliliğini ve çevresel etkilerini iyileştirmek için pratik çözümler geliştirilmiştir. Çözümler yaşam döngüsü çerçevesinde karşılaştırmalı bir yaklaşım ile değerlendirilmiştir. Çalışmada geliştirilen çözümlerin eğitim binalarının çevresel etkilerini iyileştirmek için alternatif bir yaklaşım sağlaması beklenmektedir. Bu çalışmada, bir binanın enerji etkin iyileştirilmesinde mimari önlemlerin uygulanması ile gömülü enerji ve kullanım süresince enerji tüketimleri üzerinde yoğunlaşmaktadır ve bu sayede düşük karbon salınımı ve yüksek enerji performansına sahip bir eğitim binası elde etmek için yeni bir yaklaşım sunulmaktadır. Simülasyon yolu ile olan yaklaşım yöntemi, İstanbul, Antalya ve Erzurum'da bir tip okul binası üzerinde uygulanmıştır ve kullanım süresindeki birincil enerji tüketimi, dinamik simülasyon araçları olan EnergyPlus ve DesignBuilder yardımıyla hesaplanmıştır. Sonraki adımlarda binanın cephesinde farklı mimari enerji verimliliği önlemleri uygulanıp, önerilen eylemlerin YDET ve Yaşam Döngüsü Karbon Salımı (YDKS) üzerindeki etkisi, Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi (YDD) yöntemine göre değerlendirilmiştir. Çalışmanın metodu aşağıdaki adımlarda özetlenmiştir: Adım 1: Referans binanın belirlenmesi ve enerji sistemlerini oluşturulması, Adım 2: Enerji etkin iyileştirmeye yönelik iyileştirme senaryoların geliştirilmesi (tekil önlem ve önlem paketlerinin tanımlanması), Adım 3: Referans binanın enerji performansının ve çevresel etkilerinin belirlenmesi, Adım 4: 2. adımda belirtilen senaryoların uygulanmasından kaynaklanan YDET'nin hesaplanması, Adım 5: Referans bina ve iyileştirme senaryolarının çevresel etkilerinin belirlenmesi ve karbon maliyetlerinin hesaplanması, Adım 6: Referans bina ve ilgili senaryolar için net bugünkü değer metodunu kullanarak yaşam döngüsü maliyetlerin hesaplanması, Adım 7: Geri ödeme sürelerinin hesaplanması ve maliyet-optimum enerji performans ve yaklaşık sıfır enerji seviyelerinin belirlenmesi, Adım 8: Maliyet hesaplamalarında kullanılan finansal veriler ve bina ömrü için duyarlılık analizinin yapılması, Adım 9: maliyet-optimum enerji performans ve yaklaşık sıfır enerji seviyelerinde olan senaryolar için konfor analizinin yapılması. Bir iklim bölgesinde veya büyük şehirde bulunan binaların sayısı göz önünde bulundurulduğunda, her bina için ayrı ayrı yaşam döngüsü analizi yapmanın çok zor olduğu açıktır. AB'nin binalarda enerji performansı direktifinin 2010 sürümüne göre, bu durumda ilk önemli adım referans binaların tanımlanmasıdır. Referans bina (RB) oluşturmanın temel amacı, bina koşullarının ve geometrilerinin, enerji performansının, fonksiyonunun ve maliyet yapısının en çok etkileyen özellikleri yansıtan, aynı zamanda iklim koşullarını ve coğrafi konumu temsil eden temsili bir binayı tanımlamaktır. Halen Türkiye'deki konut dışı binalar için RB tanımlanmamıştır, ancak konutlar için TÜBİTAK tarafından desteklenen bir proje ile tanımlanmaktadır. Türkiye'de, Milli Eğitim Bakanlığı tarafından Türkiye'nin hemen hemen tüm bölgelerinde inşa edilmek üzere 27 tip ilkokul binası projesi oluşturmuştur. Bu projelerden 7'sini il idareleri birçok kez kullanmıştır. Her tip proje birçok yeni ve mevcut binayı temsil ettiğinden, her biri okul binaları için referans olarak ele alınabilir. Bu tezde, iyileştirme önlemlerinin bir eğitim binasının yaşam döngüsü enerjisi, maliyeti ve çevre kirliliği üzerindeki etkisini belirlemek için MEB 10025R-480 kodlu 480 öğrenci kapasitesi olan 5 katlı bir tip ilk okul projesi RB olarak ele alınmıştır ve Türkiye'nin üç farklı iklim bölgesine ait şehirde analiz edilmiştir. Binanın YDET ve YDM'ini öngörmek için, simülasyon yazılımı aracılığıyla RB'nın üzerine tekil ve çoklu mimari önlemler uygulanmıştır. Bu önlemler genel olarak bina kabuğunda kullanılan en yaygın mimari önlemlerdir. Bu önlemler, ısı yalıtımı uygulanması, cam sistemi iyileştirilmesi ve PV sistemi kurulumununu içerir. Isı yalıtımı değerleri dış duvarlar, çatı ve zemine asgari TS825-2013 gereksinimlerine göre belirlenmiştir. Çalışma kapsamında ısı yalıtım uygulama alternatifleri dört farklı seviyede değerlendirilmiştir. İlk seviye TS825-2013 gerekli U-değerine sağlamaktadır. İkinci, üçüncü ve dördüncü seviyeler sırasıyla TS825'in gerekli U-değerlerinden yaklaşık %32, %50 ve %65 daha iyi bir değere sahiptir. Gömülü enerji ve gömülü karbon katsayılarının belirlenmesi için süreç analizi yöntemi dikkate alınmalıdır. Hammadde çıkarma seviyesinden başlayarak, üretim sürecinde“Beşikten kapıya”yaklaşımı temel alınır. İyileştirme senaryolarına dahil edilen malzemelerin ömrü, metodolojide tarif edilen binanın ömründen daha fazla olduğu için, iyileştirme sonrası yenileme, binanın kullanım ömrü boyunca beklenmemektedir. Dolayısıyla, tekrarlayan gömülü enerji ve karbon dikkate alınmaz. Kullanım aşaması ile ilgili enerji tüketiminin hesaplanmasında birincil enerji tüketimi dikkate alınmaktadır. Türkiye'de tüketilen yakıt türleri için birincil enerji dönüşüm faktörleri, doğal gaz için 1,00 ve elektrik için 2,36 olarak verilmektedir. Tüm alternatiflerin kullanım aşamasında HVAC sistemlerinin nihai enerji tüketimini hesaplamak için DesignBuilder ve EnergyPlus simülasyon araçları kullanılmıştır. Ayrıca, kullanım aşamasında CO2 emisyonunun hesaplanması için, doğal gaz ve elektrik için emisyon faktörleri sırasıyla 0.234 ve 0.626 kg.eq.CO2/kWh olarak alınmıştır. Bir yaşam döngüsü envanteri, YDD için veri toplama aşamasıdır. Eğitim binaları için YDET ve YDKS envanterleri, ürün ve işletme aşamalarıyla ilişkili enerji tüketimi ve karbon salınımı miktarlarının belirlenmesini içerir. İyileştirme alternatiflerinin her biri için bu aşamalarda tüketilen enerjiyi belirlemek için, yapı bileşenlerinin gömülü enerji ve karbon değerleri, Bath Üniversitesi tarafından hazırlanan veri tabandan alınmıştır. Önlem paketlerin YDD kapsamında global maliyeti belirlenmelidir. Global maliyet, ilk yatırım maliyetlerinin, işletme maliyetlerinin ve değiştirme maliyetlerinin bugünkü değerlerinden oluşmaktadır. Bu maliyet belirlendikten sonra, karbon salımı maliyeti ele alınmalıdır. Bu iki maliyetin toplamı YDM'yi oluşturmaktadır. Elde edilen sonuçlarına göre, İstanbul'da bir yıldan az geri ödeme süresine sahip yaşam döngüsü optimum maliyet önlemi birincil enerji tüketimini yaklaşık %12 azaltabilirken 12 yıl geri ödeme süresine sahip yaşam döngüsü yaklaşık sıfır enerji senaryo ile birincil enerji tüketimini yaklaşık %93 oranında azaltabildiği ortaya çıkmıştır. Bu şehirde, yaklaşık sıfır enerji seviyesine neden olan önlem, konfor seviyesini %25'ten fazla artırabilirken optimum maliyetli önlem bu seviyeyi iyileştirememiştir. Antalya'da ise, yaklaşık iki yıllık geri ödeme süre ile yaşam döngüsü maliyet optimum önlemi birincil enerji tüketimini yaklaşık %16 oranında azaltabilirken, yaklaşık 14 yıllık geri ödeme ile yaşam döngüsü yaklaşık sıfır enerji senaryosu birincil enerji tüketimini yaklaşık %71 azaltmaktadır. Bu ilde, yaklaşık sıfır enerji seviyesiyle sonuçlanan önlem, konfor seviyesini sadece %5 artırabilirken optimum maliyetli önlem bu seviyeyi iyileştirememiştir. Erzurum'da ise, yaklaşık üç yıllık geri ödeme süreye sahip yaşam döngüsü maliyet optimum önlemi birincil enerji tüketimini yaklaşık %38 azaltabilirken, yaklaşık 12 yıl geri ödeme süre ile yaşam döngüsü yaklaşık sıfır enerji senaryosu birincil enerji tüketimini yaklaşık %97 azaltabilmiştir. Bu şehirde, yaklaşık sıfır enerji ve optimum maliyet yaklaşımlı önlemler, konfor seviyesini sırasıyla %20 ve %15 arttırmıştır.
Özet (Çeviri)
The majority of the buildings are constructed before the energy efficiency technology prospering in the construction sector. Hence, they are consuming an enormous energy amount that can be preserved considerably by applying some not even advanced retrofit measures. However, educational buildings devour a significant quota of the nation's non-industrial energy consumptions; they are inseparable parts of every society. The share of energy consumption by educational buildings in total energy consumption by the non-residential sector is about 15%. Undoubtedly, an appropriate educational environment contributes to health and wellbeing for instructors and students. Schools' low budget is a significant problem that managers are encountered to retrofit. The high retrofit cost can prevent taking proper actions as well. However, considering the measures leading to higher energy efficiency with appropriate cost and payback period, together with taking the economic benefits during the extended lifespan of buildings, would make the actions feasible and very beneficial. Given that nearly one-fourth of the Turkish population spends the predominance part of their time within the educational buildings also makes the importance of the retrofit actions evident. It is obligated by the Energy Performance of Building Directive to all EU member states to reduce the energy consumption of all new buildings to the nearly zero-energy buildings level or shallow energy consumption until 2020. It has made progress towards new and renovated buildings with almost zero energy (nZEB) and introduced a cost-optimal methodology for entailing different energy retrofit scenarios and determining the lowest energy demands of buildings. It represented the concept of near-zero energy buildings and stimulated the setting of nearly zero energy buildings with energy and cost performance views during the whole life cycle of constructions. Throughout the life cycle of a building, energy has used not only in operational levels but also in manufacturing as embodied energy, transportation, building construction, and demolition processes, which should not be ignored. Using LCA methodology, which was focusing more on energy consumption, was started from the 1990s. In Turkey, energy efficiency has become one of the critical issues due to not just energy dependency but also social and economic developments. Similar to the EU, the majority of the buildings in Turkey are built earlier than thriving of energy-efficiency related concerns and technology. Hence, they devour an enormous amount of energy that can be preserved by the application of some even not advanced retrofit measures. The results of a study indicate that glazing ratio improvement can reduce the artificial lighting demand by at least 15%, while better comfort condition is provided. Though the global environmental impact of a building can be assessed solely on neither embodied nor operational energy, focusing on each of them would allow for a proper comprehension of the building life cycle. Not surprisingly, a building that has higher embodied or operational energy might take a clean and renewable source. In contrast, a building with little energy consumption might be based on the unclean energy system and fossil fuels, having an overall more substantial environmental impact. Nevertheless, it should be kept in mind that the first one also is not efficient since it is necessary to use an advanced system to compensate for high energy consumption. The best situation is to reduce the energy consumption by passive methods as much as possible then utilize clean energy system to provide the energy demand. Generally, operational energy makes up 70-90% and embodied energy 10%- 30% of the total life cycle energy (LCE) of a conventional building, while the energy required for demolition consists its about 1%. The building envelope is the most remarkable element that affects the total LCE considerably due to not only its volume but also being in direct interplay with outdoor environmental conditions. Consequently, the integration of energy-efficient solutions into the building envelope can reduce operational energy demand and consumption and, therefore, carbon costs. When operational energy consumption decreases as a result of the implementation of energy efficiency standards, operational to embodied energy ratio and carbon emissions will decrease. Life Cycle Analysis is an utmost efficient method to assess how a building impacts on the environment. Notably, the environmental impacts of buildings over their lifespans are determined by some factors, containing materials, design, construction, use, and demolition. The impact of buildings on the environment varies from country to country. Developed countries conduct a variety of investigations to define the effect of the buildings on the environment to be able to reduce environmental barriers. Unfortunately, there are a few studies about buildings' environmental impact in Turkey, while it is necessary to conduct a lot of investigations to define this impact for all kinds of buildings in every country since it is our burden to save our lives. The thesis research is going to be one of the pioneer studies about school buildings' environmental impacts during their life cycle in Turkey and provide a basis for further analysis and studies. The study will be a base for further research. According to research conducted all over the world, it is known that the current fossil energy resources will be inadequate to meet energy demand in the next decades and that the share of buildings in total energy consumption is very high. The main aim of the thesis study is to focus on the Life Cycle Energy Consumption (LCEC) and the Life Cycle Cost (LCC) efficiency of educational buildings in different climatic regions of Turkey, considering the comfort conditions. Analyses on LCEC and LCC efficiency of a project was conducted in order to generate a reference model, which can represent large-scale educational projects in different climate of Turkey. The principal objective of the thesis study has to focus on the energy use and environmental impacts linked to various alternatives of building envelopes in different climates of Turkey. The study's primary aim is to assess the life cycle and environmental performance, in view of the LCCO2 emissions of the educational buildings in Turkey. It is to develop practical solutions for the improvement of the energy efficiency and environmental impact of the educational buildings. The strategies are evaluated by a comparative method in the framework of the life cycle. It is supposed to provide an alternative approach to improve the environmental impacts of the educational building. The method focuses on achieving the results enabling the optimum use of country resources and encouraging decision-makers and other related stakeholders to achieve the highest possible energy and cost efficiency in the building sector and also to produce buildings with optimal performance regarding energy and cost considering the occupant comfort in the design stage. To assess the life cycle performance in a building category, it is essential to define the reference buildings for that category. Those buildings should represent the buildings available in that category as much as possible. In Turkey, there are 27 specified typical primary school buildings' projects provided by the Ministry of Education, which are constructed in almost all regions. From these projects, provincial administrations used five cases many times. As each typical project represents lots of new and existing school buildings, each of them can be used as a reference in this category. A reference building located in three different climatic zones of Turkey is investigated in the study to understand the effect of retrofit measures on the life cycle energy, cost, and environmental pollution of an educational building. To calculate LCE and LCC of the building, single and combined architectural measures are applied on the envelope of RB by the simulation software. These measures are the most architectural common ones that are used in the building envelope. They include the addition of thermal insulations, glazing system upgrades, and PV system installation. The thermal insulations are implemented on exterior walls, roof, and ground floor according to the minimum requirements of TS825-2013. Within the framework of the study, the thermal insulation application alternatives are assessed at four different levels. The first level is established according to the TS825-2013 obligatory U-value. The second, third levels and forth are about 32 %, 50%, and 65% better than TS825 required U-values, respectively. For educational buildings, LCE and LCCO2 inventories comprise the determination of the amounts of the energy consumption and CO2 emission correlated to the product and operation phases. To determine the energy consumed in these phases for each of improvement alternatives, embodied the energy and embodied carbon per unit values for the building components were extracted from the available databases. In order to define the life cycle cost of the reference building, the first step is the global cost estimation. Then, global cost, which is the sum of the initial investment costs and the present value of running, and replacement costs minus residual values, should be added to the cost of greenhouse gas emission to determine the life cycle costing. Results of the study are indicating that in Istanbul the life cycle cost optimal measure with lower than a year PBP can reduce the primary energy consumption by about 12% while the life cycle nearly zero energy scenario with 12 years PBP can diminish the primary energy consumption by approximately 93%. In this city, the measure resulted in nearly zero level can improve the comfort level by more than 25% while the cost optimal one can not improve it. In Antalya, the life cycle cost optimal measure with nearly two years PBP can reduce the primary energy consumption by about 16% while the life cycle nearly zero energy scenario with about 14 years PBP can diminish the primary energy consumption by approximately 71%. In this city, the measure resulted in nearly zero level can improve the comfort level by just 5% while the cost optimal one can not improve it. In Erzurum, the life cycle cost optimal measure with about three years PBP can reduce the primary energy consumption by about 38% while the life cycle nearly zero energy scenario with nearly 12 years PBP can diminish the primary energy consumption by about 97%. In this city, the measure resulted in nearly zero and cost optimal level can improve the comfort level by 20% and 15% respectively.
Benzer Tezler
- Eğitim yapılarında sürdürülebilir aydınlatma tasarımı için bütüncül bir yaklaşım
A holistic approach to sustainable lighting design in educational buildings
KASIM ÇELİK
Doktora
Türkçe
2018
MimarlıkYıldız Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA RENGİN ÜNVER
- Türkiye' de betonarme eğitim yapılarının deprem güçlendirme süreçlerinin maliyet analizleri için yeni yöntem önerisi: İstanbul'daki eğitim yapıları örneği
New method proposal for cost analysis of earthquake strengthening processes of reinforced concrete educational buildings in Turkey: Example of educational buildings in Istanbul
İSHAK TUNAHAN SERİN
- An approach for energy efficient retrofits evaluation of educational buildings through life-cycle cost optimization in Turkey
Türkiye'deki eğitim yapılarının yaşam döngüsü maliyet optimizasyonu ile enerji etkin yenilenmesi için bir yaklaşım
YİĞİT YILMAZ
Doktora
İngilizce
2017
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜL KOÇLAR ORAL
- Mevcut okul binalarında enerji performansının belirlenmesi için bir tahmin modeli
A prediction model for determining energy performance in existing school buildings
ÜNAL SEVER
- Sustainable impact evaluation of energy retrofits for school buildings in different climate regions
Farklı iklim bölgelerindeki okul binalarına yapılan enerji iyileştirme çalışmalarının sürdürebilirlik etkisinin değerlendirilmesi
JÜLİDE ARZU ULUÇAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
MimarlıkOrta Doğu Teknik ÜniversitesiYapı Bilgisi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET KORAY PEKERİÇLİ