Tarihi binalarda optimum maliyet analizine göre enerji verimliliğinin hesaplanması: İzmir örneği

Abstract

Enerji verimliliği kavramının önemi son yıllarda artmış olup ülkelerin kalkınma hedeflerinde yerini almıştır. Binaların toplam enerji tüketiminde yüksek bir paya sahip olması enerji performanslarının iyileştirilmesi konusunu gerek çevresel gerekse ekonomik açıdan gerekli kılmaktadır.Avrupa Birliği'nin binalarda enerji performansını arttırmaya yönelik hedeflerini gerçekleştirmek adına 2002 yılında yayınladığı Binalarda Enerji Performansı Direktifi (EC, 2002) bu konudaki yasal sınırlamaları ve hesap yöntemini içermektedir. Sonrasında yapılan revizyonlar (EC, 2010, 2018) ile optimum maliyetli enerji seviyesi kavramı ortaya konmuş ve metodolojinin uygulanmasına yönelik kılavuz düzenleme yayınlamıştır (EC, 2012a; 201b).Binalarda enerji verimliliğini arttırmaya yönelik adımlar öncelikle yeni binalara odaklanmış olsa da mevcut binalar önemini her daimi korumuştur. Bilindiği üzere mevcut bina stoku içinde tarihi binaların da karbon nötr bina hedeflerinin gerçekleştirilmesi adına enerji verimliliğinin arttırılması ve iyileştirme çalışmalarında yer almaları önemlidir. Bu tez çalışmasında sıcak-nemli iklim bölgesinde bulunan tarihi bir binada alınan enerji etkin iyileştirme önlemleri ile yenileme çalışmalarında optimum maliyetli enerji seviyesinin tespiti amaçlanmıştır. Alan çalışmasının yapıldığı tarihi bina örneğinde belirlenen enerji etkin önlemler ile oluşturulan senaryoların enerji tüketim değerleri ve küresel maliyet hesaplamaları yapılarak birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Bina enerji tüketim değerlerinin belirlenmesinde DesignBuilder enerji simülasyonu programı kullanılmıştır. Çalışmada hesaplama periyotları 10, 20 ve 30 yıl olarak alınmış ve iskonto oranındaki değişikliklerin sonuçlara olan etkisi de değerlendirilmiştir. Optimum maliyetli enerji seviyesinin belirlenmesinde hesaplamalar AB konseyi tarafından yayınlanan düzenlemeye uygun olarak gerçekleştirilmiştir. İstatistiksel verilere dayanarak belirlenen elektrik fiyatı, enflasyon oranı ve banka faiz oranı ile 30 yıllık hesaplama periyodu için yapılan hesaplamalar sonucunda yapı kabuğu (ısıl yalıtım, pencereler), aydınlatma ve mekanik sistemlerde alınan enerji etkin önlemler ve fotovoltaik (PV) panel uygulamasının sonucunda optimum maliyetli enerji seviyesi elde edilmiştir. Enerji ve maliyet etkinlik açısından en verimli sonucu veren önlemler aydınlatma sisteminde yapılan iyileştirmeler ve PV panel uygulaması olarak belirlenmiştir. Ancak verimin en düşük düzeyde olduğu sonuç çatı ve bodrum kat tavanına ısı yalıtımı uygulanmasında tespit edilmiştir. Ele alınan duvar yalıtım kalınlıkları 3 cm ile 6 cm arasında değişmekte olup enerji etkinliği açısından 6 cm yalıtım kalınlığı en iyi sonucu vermekle birlikte maliyet etkinliği açısından bakıldığında 5 cm yalıtım kalınlığı ile optimum sonuca ulaşılmıştır. Pencerelerde alınan önlemler ısıl yalıtım önlemlerine göre maliyet ve enerji etkinliği açısından daha verimli olmak ile birlikte ikincil bir doğramanın içten eklenmesi, düşük güneş ısı kazanç katsayılı camların kullanılmasına göre daha etkili sonuçlar vermiştir.Hesaplama periyodu, iskonto oranı ve enerji fiyat artış oranında yapılan duyarlılık analizleri ile yatırım maliyetlerinin optimum maliyetli enerji seviyesi hesaplarında etkileri ortaya konmuştur. Hesaplama periyodu kısaldıkça küresel maliyetler ve enerji kazançlarının küresel maliyetlere olan etkisi azalmıştır. İskonto oranında yapılan duyarlılık analizleri ile iskonto oranı artışının küresel maliyetler üzerindeki azaltıcı etkisi olduğu görülmüştür. Enerji fiyat artış oranının azalması da küresel maliyetler üzerindeki azaltıcı etkiyi göstermektedir. Yıllık maliyetlerin azalmasına sebep veren ekonomik parametrelerin değişimleri ilk yatırım maliyeti yüksek olan senaryoların maliyet etkinliğini düşürmektedir.

The importance of the concept of energy efficiency has increased in recent years and has taken its place in the development goals of the countries. The fact that buildings have a high share in total energy consumption makes it necessary to improve energy performance both in environmental and economic terms.The Energy Performance of Buildings Directive (EC, 2002), which was published by the European Union in 2002 in order to achieve the objectives of increasing energy performance in buildings, contains legal limitations and calculation method. Subsequent revisions (EC, 2010, 2018) have introduced the concept of an optimal cost-effective energy level and published guidelines for the implementation of the methodology (EC, 2012a; 201b).Although the steps to increase energy efficiency in buildings have focused primarily on new buildings, existing buildings have always maintained their importance. As it is known, it is important that historical buildings are included in the existing building stock in order to increase energy efficiency and improvement works in order to achieve carbon neutral building targets. In this thesis, energy efficient improvement measures taken in a historical building located in hot-humid climate zone are aimed to determine optimum cost energy level in energy retrofitting works.Energy consumption values and global cost calculations of scenarios created by energy efficient measures determined in the historical building example where the field study was conducted were compared with each other. In the study, calculation periods are taken as 10, 20 and 30 years and the effect of the changes in the discount rate on the results is also evaluated. In determining the optimum cost energy level, the calculations were carried out in accordance with the regulation published by the EU council.Electricity cost, inflation rate and bank interest rate determined based on statistical data, and as a result of calculations made for a 30-year calculation period, energy efficient measures taken in building envelope (heating insulation, windows), lighting and mechanical systems and photovoltaic (PV) panel application resulted in optimum cost-effective energy level was obtained. The most efficient measures in terms of energy and cost effectiveness were identified as improvements to the lighting system and the application of PV panels. However, the lowest level of efficiency was found in the application of thermal insulation to the roof of the roof and basement. The insulation thicknesses of the wall vary between 3 cm and 6 cm and 6 cm insulation thickness gives the best result in terms of energy efficiency, but in terms of cost effectiveness, 5 cm insulation thickness has reached the optimum result. The measures taken in the windows are more efficient in terms of cost and energy efficiency than the thermal insulation measures and the addition of a secondary joinery internally gave more effective results than the use of glasses with low solar heat gain coefficients.The effects of investment costs on optimum cost energy level calculations were determined by sensitivity analysis performed at calculation period, discount rate and energy price increase rate. The shorter the calculation period, the less the impact of global costs and energy gains on global costs. Sensitivity analysis of discount rate has shown that the increase in discount rate has a decreasing effect on global costs. Decreasing energy price increase rate also shows a decreasing effect on global costs. Changes in economic parameters that lead to a reduction in annual costs reduce the cost effectiveness of scenarios with high initial investment costs.