Comparative evaluations of traditional house to achieved passive house standard in terms of global warming potential and energy efficiency
Geleneksel ev ile ulaşılan pasif ev standardının küresel ısınma potansiyeli ve enerji verimliliği açısından karşılaştırılması
- Tez No: 863452
- Danışmanlar: PROF. DR. HATİCE SÖZER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Mimarlık, Çevre Mühendisliği, Energy, Architecture, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Enerji Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Bilim ve Teknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 115
Özet
Artan nüfus, gelişen teknoloji, değişen ev büyüklükleri ve daha iyi yaşam standartları ile birlikte binalarda enerji kullanımı her geçen gün artmaktadır. Artan enerji talebiyle birlikte çevresel, sosyal ve ekonomik sorunlar ortaya çıkmaktadır. 2019 yılı nihai enerji tüketimine göre tüm bina ve inşaat sektörü nihai enerjinin %35'ini kullanmıştır. Ayrıca dünya çapındaki toplam sera gazı emisyonlarının %38'ine neden olması, binaların enerji kullanımı ve emisyonunun önemli bir yüzdeye sahip olduğunu göstermektedir. Enerji verimliliği açısından bina tasarımında doğaya uygun çözümler, konfor koşulları bozulmadan pasif evlerle mümkün olmaktadır. Pasif ev, bina kabuğunun ısı geçirgenliğini (U-değerleri) iyileştirerek, normal konfor durumuna ulaşarak ve sağlıklı bir yaşam alanı yaratmatı hedefleyen, binanın enerji ve alan ısıtma talebini en aza indiren, enerji verimli bir tasarım standardıdır. Pasif evlerin en önemli özelliği enerji verimliliğini yüksek düzeyde sağlayan bir bina tasarımıyla birlikte enerji tüketimini minimum düzeye indirmektir. Ancak enerjiyi minimize etmeye odaklanırken aynı zamanda iç mekan konforunu ve iç hava kalitesini sürdürülebilir bir şekilde sağlamayı amaçlar. Pasif evlerde; yüksek izolasyon, hava sızdırmazlığı, yüksek verimli ve ısı geçirmeyen pencere/kapılar, ısı geri kazanım sistemleri, güneş enerjisi kullanımı ve kontrollü havalandırma gibi özellikler bulunur. Pasif evlerin özellikle soğuk veya sıcak iklimlerde yüksek enerji verimliliği gerektiren bölgelerde kullanımı yaygındır. Düzgün tasarlanmış pasif evler binaların enerji talebini azaltması nedeniyle daha az sera gazı emisyonu ve işletme maliyeti ile sonuçlanır. Konutların artan enerji ihtiyacı, eski binalarda enerjinin verimsiz kullanımı ve binalarda enerji verimliliğine yönelik hedefler Türkiye için enerji verimli binaları daha da önemli hale getirmektedir. Ancak binalar, uygun olmayan malzeme seçimleri ve sistemleriyle Türkiye'de oldukça düşük verimli enerji performansına sahiptir. Enerji verimli tasarımlarla ve eski binaların iyileştirilmesiyle inşa edilecek konut binaları en yüksek oranda tasarruf potansiyeline sahiptir. Enerji verimliliği uygulamaları ve tasarrufları ile Türkiye'de binaların enerji tüketim miktarlarının azaltılması mümkündür. AB'de ise Binalarda Enerji Performansı Direktifi'ne göre 2020 yılı sonuna kadar tüm yeni binaların inşa edileceği binalar çok yüksek enerji performansına sahip ve neredeyse sıfır enerjili olması planlanmaktadır. Konut sektöründe mahal ısıtma, su ısıtma, aydınlatma ve cihazlar, yemek pişirme, mahal soğutma ve diğer son kullanımlar için kullanılan enerji. Konut sektörünün nihai enerji tüketimin büyük bir kısmı %63,6 ile mekan ısıtmasından kaynaklanmaktadır. Bu nedenle pasif evler, ısıtma talebi değerini 120 kWh/m2 yıl ile sınırlandırarak ağırlıklı olarak mekan ısıtma talebiyle ilgilenmektedir. Dolayısıyla pasif ev uygulaması mekanın ısıtma değerini etkili bir şekilde azaltır. Dünyada artan enerji talebiyle birlikte binalarda enerji verimliliği daha da önem kazanan bir konu haline gelmektedir. Özellikle COVID 19 pandemisi döneminde kapalı mekanlarda daha fazla vakit geçirmek, evden çalışma düzeninin artması ve dolayısıyla enerji tüketimlerinin artmasıyla birlikte, binaların enerji verimliliğinin artması hem enerji tasarrufu hem de karbon ayak izinin azaltılması açısından büyük önem taşımaktadır. Bu kaygılar nedeniyle, enerji tasarruflu, ekolojik ve aynı zamanda konforlu bir inşaat konsepti olarak tanımlanan pasif ev konseptinin ele alınması önem taşıyor. Bu çalışmada Edirne'deki geleneksel bir evin enerji performansı pasif ev kriterleri ve TS 825 standardı ile karşılaştırılarak analiz edilmiştir. Ayrıca uygulanan pasif ev stratejileri enerji tüketimi ve çevreye etkileri açısından değerlendirilmiştir. Geleneksel evin enerji modelleri e-Quest yazılımı kullanılarak geliştirilmiştir. Yapılan çalışmada ayrıca, uygulanan stratejilerin enerji tüketimi ve küresel ısınma potansiyeli açısından temsil edilmiştir. Bu çalışmada, pasif ev standartlarını geleneksel ev tasarımlarıyla karşılaştırarak enerji performansı ve küresel ısınma etkilerini karşılaştıran kapsamlı bir analiz yapılmıştır. Ayrıca bu çalışma, binanın enerji performansını artırabilecek ve küresel ısınma potansiyelini azaltabilmek için uygulanan her bir stratejinin etkisi hakkında bilgi vermektedir. Bu uygulanan stratejiler; bina cephesindeki yalıtımın arttırılması, aydınlatma sistemlerinin geliştirilmesi ve ısıtma sistemlerinin iyileştirilmesinin yanı sıra iç mekan konfor koşullarının iyileştirilmesi ve yenilenebilir teknoloji entegrasyonudur. Enerji verimli bina tasarımında ve eko-tasarım çözümlerinde stratejilerin öneminin belirtilmesi ve etkilerin karar verme mekanizması açısından ölçümlenmesi önemlidir. Bu nedenle amaç, bir derecelendirme ölçeği sunarak enerji verimliliği stratejilerinde değerlendirme sürecinin daha iyi anlaşılmasını ve stratejilerin uygulanabilmesini sağlamaktır. Bu çalışmanın metodolojisi yedi ana adımdan oluşmaktadır. İlk adım Edirne'de yer alan geleneksel bir binanın cephe ve tasarımsal özelliklerinin tanımlanmasıdır. Bu çalışmada geleneksel bir evin pasif ev ile karşılaştırılmasındaki temel neden pasif evlerle geleneksel evlerin benzer özelliklere sahip olmasıdır. Geleneksel evlerde bulunan cumbalar, bina yönelimi, güneş ışığı için pencere yerleşimi, gölge elemanları ve binalarda doğal taş kullanımı pasif evlerde uygulanan verimlilik uygulamalarına benzerdir. Edirne'deki geleneksel evler değerlendirildiğinde iç koridorları ile geleneksel Türk evlerinin mimarisine benzemektedir. Bu genel özelliklerden de yola çıkarak bu çalışmada yer alan Edirne'deki geleneksel evin temel özellikleri belirlenerek bina alanı, yerleşim planı, yapı elemanları ve bina kabuğu hesaplamaları için termal transfer değerleri (U değerleri) hesaplanmıştır. İkinci aşamada enerji analizi için e-QUEST yazılımı kullanılarak bu özelliklerle birlikte geleneksel binanın modellemesi yapılmıştır. Bu yazılım, bina enerji kullanım simülasyonlarına dayalı olarak enerji analizi yapma olanağı sağlamaktadır. Enerji modellemesi aşamasında programdaki girdiler arasında bina yerleşimi, alan, yapısal elemanlar ve bina kabuğundaki U değerleri yer alır. Modellemenin sonucunda, evdeki enerji tüketimi farklı kategorilerle ifade edilmektedir. Çalışmanın üçüncü adımında geleneksel temel ev ile karşılaştırmaya yönelik ev senaryoları oluşturulmuştur. Öncelikle TS 825 evi olarak adlandırılan ve“TS 825: Binalarda Isı Yalıtım Kuralları”standardında bulunan değerlere uygun olarak ikinci bir ev modellenmiştir. Daha sonra ek olarak bir de pasif ev kriterlerini karşılayacak şekilde tasarlanan pasif ev modeli modellenmiştir. Bu iki ev, enerji performansı ve küresel ısınma etkileri açısından geleneksel ev ile karşılaştırılmak üzere e-QUEST'te ev özelliklerinin girilmesiyle modellenmiştir. Dördüncü adımda ise, evlerin enerji modellerine göre yıllık olarak konutların birincil enerji tüketimleriyle birlikte küresel ısınma potansiyeli karşılaştırılmaktadır. Beşinci adımda, pasif ev ve TS 825 standartlarına uyum sağlamak adına uygulanan stratejilerin karbon ayak izi ve enerji tüketimi açısından etkileri karşılaştırılmıştır ve geleneksel bina üzerindeki bireysel azaltım etkileri hesaplanmıştır. Uygulanan stratejiler; bina kabuğu stratejileri, led lamba kullanımı olarak aydınlatma stratejisi, ısı pompası kullanımı olarak ısıtıcı tipi stratejisi, 20⁰ ısıtma olarak iç mekan konfor koşulu stratejisi ve PV panel kullanımı olarak yenilenebilir enerji stratejisi olarak kategorize edilmiştir. Ek olarak evlerde kullanılan temel elektronik eşyalar için (bunlar çamaşır makinesi, buzdolabı, fırın, televizyon ve bulaşık makinesi) enerji etiketlerine göre en iyi ve en kötü senaryolarda en etkili stratejileri belirlemek için beyaz eşyaların enerji tüketimi ve karbon ayak izi bazında karşılaştırması yapılmıştır. Evlerde enerji kullanımında en büyük yüzde ısıtma kaynaklıdır ve buna yönelik stratejiler geliştirmek önemlidir. Ancak ikinci büyük kalem olarak da aydınlatma ve beyaz eşyalar rol oynamaktadır. Hem ısıtma ihtiyacını düşürecek hem de aydınlatma ve beyaz eşyaların enerji tüketimini azaltacak çözümler önemlidir. Bu karşılaştırmanın eklenmesinin en önemli nedeni evlerdeki elektrik tüketiminin büyük kısmı beyaz eşyalardan kaynaklanmasıdır. Örneğin 24 saat çalışan bir buzdolabının yıllık enerji tüketiminde payı büyük olduğu için enerji verimli bir seçim yapılması büyük önem taşımaktadır. Bu nedenle kullanıcıların seçimlerinin doğru yönlendirilmesi evlerdeki enerji tüketiminin azaltılması açısından çok önemlidir. Altıncı adımda pasif ev ve TS 825 standartlarına uyum sağlamak adına uygulanan stratejilerin karbon ayak izi ve enerji tüketimi açısından etkileri karşılaştırılmıştır ve geleneksel bina üzerindeki bireysel azaltım etkileri bir ölçekte değerlendirilmiştir. Bu ölçek uygulanan stratejilerin küresel ısınma potansiyeli ve birincil enerji tüketimi açısından etkinliğini göstermektedir ve uygulanan stratejilerin etkinliğine dayalı karar verme süreçlerine yardımcı olmak amacıyla tasarlanmıştır. Son adımda, pasif ev standartlarını elde etmek için uygulanan stratejilerin gömülü karbon ayak izi etkileri hesaplanmış ve pasif evin kullanımı sırasında enerji tüketiminde sağladıkları azaltım karşılaştırılmıştır. Burada pasif ev standartlarına uyum için uygulanan stratejiler evin kullanımı yani bina yaşam döngüsünde operasyonel kısım için azaltım sağlamaktadır. Ancak uygulanan stratejiler binanın pasif ev standartlarına uyum sürecinde ilave malzeme ve materyal eklemeleri gerektirdiğinden bu stratejilerle birlikte binaya ilave olarak eklenen malzemeler/ekipmanlar kaynaklı da gömülü bir karbon ayak izi eklenmektedir. Bu aşamadaki ana amaç pasif evi sağlamak için çok yüksek yalıtımlı ve kalın miktarlarda bina cephesinde kullanılan XPS, ısı pompası, PV panel ve yüksek yalıtımlı camlar/kapıların eklenmesiyle binaya gömülü olarak eklenen karbon ayak izinin binanın operasyonu sırasında dengelenip dengelenmeyeceğinin değerlendirilmesidir. Sonuçlara göre, pasif ev standartlarına uyum için uygulanan stratejilerle birlikte gelen gömülü emisyonların da dikkate alınmasıyla, pasif ev geleneksel eve göre 2 yıldan az bir sürede malzeme/ekipmanlar kaynaklı gömülü emisyonları amorte etmiştir ve pasif evin 2. yılın sonundaki bina enerji kullanımı kaynaklı karbon ayak izi geleneksel evden daha azdır. Bu durum, pasif evlerin bina kullanım aşamasında gelen ısıtma, aydınlatma ve elektrikli eşya kullanımı gibi büyük enerji tüketen kalemlerinde yapılan düzenlemelerin her ne kadar gömülü emisyonlara sebep olsalar bile, evlerin yaşam ömürleri yaklaşık 50-75 yıl arasında olacağından bina operasyonel kullanımı sırasında karbon ayak izi açısından azaltım sağlayacağını göstermektedir. Uygulanan stratejiler ve oluşturulan ölçek değerlendirildiğinde; ısı pompası uygulamasının en önemli stratejilerden biri olduğu söylenebilir. Çünkü ısı pompasının eklenmesiyle birlikte evde ısınma ihtiyacı için doğal gaz tüketimi sıfırlanır ancak elektrik kullanımı artmaktadır. Bu durum da evdeki birincil enerji talebini ve küresel ısınma potansiyelini olumsuz yönde etkilemekte ve geleneksel eve göre sırasıyla %28 ve %60 oranında artırmaktadır. Isı pompası uygulama stratejisinde ısı pompasının enerji kaynağı olarak elektriği kullanması ve birincil enerji talebinin elektriğin nihai enerji kullanımından 2,36 kat daha fazla olması nedeniyle elektrik tüketimi en yüksek değere sahiptir. Led lamba uygulaması daha verimli aydınlatma sistemleri için ikinci önemli strateji olarak görüşmüştür. Bu stratejide geleneksel evde bulunan standart lambalar 10-Watt gücündeki led lambalarla değiştirilmiştir. Bu lambalar kullanım amaçlarına ve gerekli lümen değerlerine göre odalara farklı sayılarda eklenmiştir. Bu strateji, birincil enerji kullanımını ve küresel ısınma potansiyelini sırasıyla %39 ve %49 tasarrufla olumlu etkilerle azaltmıştır. Ayrıca fotovoltaik panellerin entegre edilmesi, temel duruma göre birincil enerji talebini %19, küresel ısınma potansiyelini ise %24 azalmaktadır. Bu çalışmada, ısı pompası uygulamasına bağlı olarak artan mahal ısıtma elektrik talebine karşı, fotovoltaik panellerin uygulanmasıyla pasif ev kriterleri elde edilmiştir. Ayrıca TS 825 ve pasif evlerde kullanılan kabuk, pencere ve kapılar için farklı U değerleri ve izolasyona sahip bina kabuk stratejilerinin %3-9 arasında tasarruf etkisi olduğu görülmektedir. Yalıtım stratejileri karşılaştırıldığında, bina kabuğunda daha düşük U değerlerinin uygulanmasını sağlayan XPS uygulamasının, yüksek yalıtıma sahip pencere ve kapılara göre daha fazla azaltım etkisine sahip olduğu görülmektedir. Isıtma noktasında 22⁰C'den 20⁰C'ye değişimi olarak belirlenen ısıtma noktası stratejisi, birincil enerji talebinde %6, küresel ısınma potansiyelinde ise %4 tasarruf sağlayarak etkisini göstermektedir. Bunun nedeni, daha küçük ısıtma ihtiyaçları ile mahal ısıtma enerji talebinin azalmasıdır. Sonuçlar, birincil enerji talebinde geleneksel eve kıyasla TS 825 evinde %40, pasif evde ise %71 tasarruf olduğunu göstermektedir. Ayrıca evlerin küresel ısınma potansiyeli karşılaştırıldığında TS 825 konutta %23, pasif evde ise %54 tasarruf elde edilmiştir. Bu nedenle pasif evin diğerlerine göre daha enerji verimli ve çevreci bir seçenek olduğu görülmektedir.
Özet (Çeviri)
Energy efficiency in buildings will become a more important subject with the increasing energy demand worldwide. Primarily during the COVID-19 pandemic period, spending more time indoors resulted in a significant increase in energy consumption. Thus, buildings' energy efficiency has great importance both in energy saving and in reducing global warming potential. For those concerns, a passive house is considered a construction concept that is simultaneously energy efficient, ecological, and comfortable. As a case study, the energy performance of a traditional house in Edirne is analyzed to compare with the passive house criteria and the TS 825 standard. Furthermore, applied passive house strategies regarding energy consumption and their effect on the environment have been evaluated. Detailed energy models have been developed by utilizing e-Quest software. Outcomes have been represented regarding the applied strategies' energy consumption and global warming potential. This study conducts a comprehensive analysis comparing the energy performance and global warming impacts by comparing passive house standards with traditional house designs. Also, this study provides information about the strategies' effectiveness, which could enhance the building's energy performance and reduce global warming potential. These are an enhancement of building envelope, lighting systems, appliances, and heating systems, as well as improvement in indoor comfort conditions and renewable technology integration. It is essential to show the importance of strategies in energy-efficient building design and eco-design solutions. Therefore, the aim is to give a better understanding of the evaluation process to be able to apply strategy by providing a grading scale. The methodology of this study consists of seven main steps. The first step aims to identify traditional building characteristics. The first step seeks to define the characteristics of traditional buildings. Traditional houses have features similar to passive houses, including bays, building orientation, window placement for sunlight, shade elements, and the use of natural stone in buildings. When traditional houses in Edirne are evaluated, they are similar to the architecture of traditional Turkish houses with internal corridors. Based on these general characteristics, the basic features of the traditional house are determined, and thermal transfer values (U values) are calculated for the building area, layout, building elements, and building envelope calculations. In the second step, traditional building modeling uses e-QUEST software for energy analysis. This software provides the opportunity to perform energy analysis based on building energy use simulations. Specified inputs include building layout, area, structural elements, and building envelope U-values. The final energy model shows the energy consumption in-house with different categories. In the third step of the study, home scenarios are created for comparison with a traditional baseline home. First, the TS 825 house is modeled following the TS 825: Thermal Insulation Requirements for Buildings. Then, a passive house model is modeled and designed to meet passive house criteria. These two houses were modeled in e-QUEST to compare them with the traditional house regarding energy performance and global warming impacts. The fourth step compares the primary energy consumption and global warming potential of houses used throughout the year. In the fifth step, a comparison of appliances based on energy consumption and carbon footprint is made to identify the most effective strategies in their best and worst-case scenarios based on their energy labels. The most significant percentage of energy use in homes comes from heating, and it is essential to develop strategies for this. However, lighting and appliances are the second most significant item. Solutions that will reduce the need for heating and the energy consumption of lighting and white goods are essential. The most important reason for adding this comparison is that most home electricity consumption resulted from white goods. For example, since a refrigerator that operates 24 hours a day has a large share in annual energy consumption, it is important to make an energy-efficient choice for reducing electricity consumption in homes. The sixth step compares the applied strategies according to their carbon footprint and energy reduction in the passive house scenario. Then, a scale is created to show the effectiveness of the implemented strategies in terms of global warming potential and primary energy consumption. This scale is designed to assist decision-making processes based on the effectiveness of the implemented strategies. In the last step, the embodied carbon footprint effects of the applied strategies implemented to achieve passive house standards and their reduction in energy consumption during the use of the passive house are compared. Results show that in the TS 825 house, there are 40% savings, and in the passive house, there are 71% savings compared to the traditional house in the primary energy demand. In addition, the global warming potential of the houses has been compared; in TS 825 houses, 23%, and in the passive house, 54% savings have been achieved. Therefore, the passive house is remarked as a more energy-efficient and environmentally friendly option compared to others.
Benzer Tezler
- Parlamentonun müzakere işlevinin temel aracı: Genel görüşme
The main tool of Parliament's deliberation function: General debate
SİNEM ŞİRİN
Doktora
Türkçe
2023
HukukGalatasaray ÜniversitesiKamu Hukuku Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞULE ÖZSOY BOYUNSUZ
- Türk evinin geleneksel Japon evi ile yapısal açıdan karşılaştırılması
The structural comparison of the Turkish house with the traditional Japanese house
SENA GÜNGÖR
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
MimarlıkFatih Sultan Mehmet Vakıf ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ UĞUR ÖZCAN
- Turizm gelişiminin girişimcilik faktörleri çerçevesinde değerlendirilmesi: Beypazarı ve Safranbolu üzerinde karşılaştırmalı bir çalışma
Evaluation of tourism development in the context of entrepreneurship factors: a comparative study on Beypazarı and Safranbolu
ALİ HAYDAR ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Şehircilik ve Bölge PlanlamaGazi ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FATMA ERDOĞANARAS
- Türk konutunda mahramiyet olgusuyla ilgili tasarım parametrelerinin incelenmesi
Başlık çevirisi yok
BURAK ENGİNÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPER ÜNLÜ
- Niğde ili, Kadıoğlu Konağı restorasyon önerisi
Restoration project of Kadioğlu 'Mansion' in Niğde
EMEL EFE