Türkiye’de Konut Dış Duvar Sistemlerinde Gerçekleştirilen Isı Yalıtımı Uygulamalarının Üretim Ve Yapım Süreçlerinin Çevresel Değerlendirmesi

Abstract

Binalar yaşam dönemleri boyunca ciddi boyutlarda enerji tüketimine ve buna bağlı olarak çevresel etkilere neden olmaktadırlar. Enerji etkin binalar tasarlayabilmek ve oluşan çevresel etkileri azaltmak için bazı önlemler almak zorunlu hale gelmiştir. Türkiye’de bina enerji etkinliğini artırmaya yönelik alınan önlemlerden en yaygın olanı ise ısı yalıtım uygulamasıdır. Isı yalıtım uygulamaları, binaların kullanım dönemi süresince enerji tasarrufu sağlanmasında büyük rol oynamaktadır. Bununla birlikte ısı yalıtım uygulamalarını sadece binaların kullanım süreci boyunca sağladığı fayda kapsamında değerlendirmek doğru değildir. Isı yalıtım uygulamalarının çevre ile olan ilişkisinin tam anlamıyla değerlendirmesini yapabilmek için uygulamaların üretim ve yapım süreçlerinin de çevresel açıdan değerlendirilmeleri gerekmektedir. Bu tez çalışmasının amacı kullanım süreçleri boyunca enerji tasarrufu sağlayarak binalarda oluşan çevresel etkilerin azalmasına ve yenilenemeyen kaynakların korunmasına yardımcı olan ısı yalıtım uygulamalarının üretim ve yapım süreçlerinin çevresel açıdan ele alınarak, bu süreçlerde ortaya çıkan çevresel etkileri değerlendirmektir. Bu tez çalışması, ‘İstanbul’daki Mevcut Konut Stoğunun Bina Elemanları Ölçeğinde Kullanım Süreci Çevresel ve Ekonomik Sürdürülebilirliğinin Değerlendirilmesi ve Katkı Sağlayacak İyileştirme Önerileri Geliştirilmesi’ adlı 108K418 no’lu bir TÜBİTAK araştırma projesi kapsamında gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamı üç aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamada; literatür araştırmaları, Bayındırlık Bakanlığı birim fiyat analizleri, ısı yalıtım yönetmeliği ile firma katalog ve internet sitelerinden elde edilen bilgiler doğrultusunda, konut dış duvar sistemlerinde sıklıkla gerçekleştirilen ısı yalıtımı uygulamalarında kullanılan XPS, EPS ve taş yünü (TSY) ısı yalıtım malzemelerinin özellikleri ve üretim süreçleri ile uygulamaların yapım süreçleri incelenmiştir. İkinci aşamada; literatür araştırmaları ile elde edilen çevresel veriler kapsamında çevresel değerlendirme kavramı ve çevresel değerlendirme yöntemleri irdelenerek, ‘Yaşam Dönemi Değerlendirmesi (YDD)’ yöntemi, süreçleri ve aşamaları detaylandırılmıştır. Çalışmanın üçüncü aşamasında ise birinci ve ikinci aşamada elde edilen veriler ışığında; İstanbul’daki konut dış duvar sistemlerinde gerçekleştirilen XPS, EPS ve TSY ısı yalıtım uygulamaları üretim ve yapım süreçlerinin Yaşam Dönemi Değerlendirmesi yöntemini esas alan SimaPro benzetim programı ile analiz edilmiştir. Analizler sonunda ortaya çıkan çevresel etkilere ilişkin sonuçlar, kullanılan malzemelere, uygulamaların üretim ve yapım süreçleri ile üretim ve yapım süreçleri toplamlarına göre çevresel etki kategorileri ile ifade edilerek değerlendirilmiştir. Yapılan değerlendirmelere göre: • XPS, EPS ve TSY ısı yalıtım malzemeleri çevresel etkileri karşılaştırıldığında TSY en fazla etkiye sahip, EPS ise en az etkiye sahip ısı yalıtım malzemesi olarak belirlenmiştir. Üç yalıtım malzemesinin de en fazla neden olduğu çevresel etki kategorileri yenilenemeyen enerji, küresel ısınma ve solunum yolu etkileri/inorganik etki kategorileridir. • Isı yalıtım uygulamaları üretim süreçleri çevresel etkileri karşılaştırıldığında elde edilen sonuçlar; XPS, EPS ve TSY ısı yalıtım malzemeleri çevresel etkilerine benzer şekilde EPS uygulaması en az, TSY uygulaması en fazla çevresel etkiye sahiptir. • Isı yalıtım uygulamaları yapım süreci çevresel etkileri karşılaştırıldığında TSY uygulamasının en fazla etkiye, EPS uygulamasının ise en az etkiye sahip olduğu belirlenmiştir. Üç yalıtım uygulamasının da en fazla neden olduğu yapım süreci çevresel etki kategorileri; yenilenemeyen enerji, küresel ısınma, solunum yolu etkileri/inorganik ve karada ekolojik zehirlilik etki kategorileridir. • Uygulamaların üretim ve yapım süreçleri karşılaştırıldığında üretim süreçlerinde oluşan çevresel etkiler yapım süreçlerinde oluşan etkilerin on katından daha fazladır. • Uygulamaların üretim ve yapım süreçleri toplamları karşılaştırıldığında TSY uygulamasının en fazla etkiye sahip, EPS uygulamasının ise en az etkiye sahip olduğu belirlenmiştir. Toplamda en fazla çevresel etkiye sahip çevresel etki kategorisi XPS ve EPS uygulamaları için kaynaklar, TSY uygulaması için de insan sağlığı kategorisidir. Çalışmada çevresel etki değerlendirmesi aşamasında Türkiye’ye ilişkin yerel veriler yeterli olmadığı için başlıca Avrupa envanter verilerinden oluşan bir veritabanından yararlanılmıştır. İleride Türkiye için eksik verilerin belirlenmesi durumunda, yeni verilerle benzer çalışmaların yapılması gerekmektedir. Sonuç olarak tezde ısı yalıtım uygulamalarının üretim ve yapım süreçlerinde ortaya çıkan çevresel etkiler değerlendirilmektedir. Bununla birlikte, çevresel değerlendirme bağlamında daha gerçekçi sonuçlar elde edebilmek için, ısı yalıtım uygulamalarının tüm yaşam dönemleri boyunca oluşturduğu çevresel etkilerin incelenmesi gerekliliği unutulmamalıdır. Bu anlamda, gerçekleştirilen tez çalışması ilerde bu alanda yapılacak çalışmalarda kullanılmak üzere öncü bir nitelik taşımaktadır.

Buildings cause serious energy consumption and consecutively environmental effects during their whole life cycle periods. In addition, the production of construction materials and equipments in the industrial processes cause environmental pollution and waste. Because of serious environmental problems during the whole life cycle, environmental sustainability has become an issue of concern for built environment. To decrease the environmental problems, it is necessary to take measures for designing energy efficient buildings and decreasing environmental effects. Heat insulation application is one of the measures which is widely used in Turkey for improving energy efficiency in buildings. Heat insulation applications play a major role in saving energy during the usage phase of building. On the other hand, only considering the benefits of heat insulation applications in the context of building’s usage phase is not enough for assessment the whole life cycle environmental effects of the applications. To determine the whole life cycle environmental effects of heat insulation applications, it is essential to evaluate the production and construction processes of these applications, in terms of environmental impacts. The aim of this thesis is to assess the production and construction processes of heat insulation applications that help reducing the environmental effects of buildings and protecting the non-renewable sources by saving the energy during their usage phase. The scope of the thesis consists of three stages. Firstly, the characteristics and production processes of heat insulation materials which are often implemented to residential exterior wall systems, and the construction processes of the applications were examined by using the methods of literature and market research. Consequently, XPS, EPS and rock wool (RW) heat insulation applications were chosen for assessing the environmental impacts of production and construction processes. In these applications the panels were assumed to be applied to outer side of exterior wall using a special anchorage method. Then the concept of sustainability, sustainable building and construction, environmental assessment and environmental assessment methods were examined. ‘Life Cycle Assessment (LCA)’ method was selected as the assessment method since it was the most appropriate method in relation with the objective of the study. Moreover, the processes and stages of the LCA method were detailed. An LCA tool, namely SimaPro was also chosen for assessing environmental impacts of production and construction processes. In the third stage of the study, the production and construction processes of XPS, EPS and rock wool (RW) heat insulation applications, which are widely applied to residential exterior wall systems in Turkey, were analysed with SimaPro simulation tool by using the data obtained in the first and second stages. The pre-production process data related to extraction of raw materials, and transportation of materials from factory to the construction area were included in the production processes. This study is a part of a TUBITAK research project with the number of 108K418 named ‘Assessing The Use Period Environmental and Economic Sustainability at Building Element Scale of The Existing Residential Stock in Istanbul and Developing The Improvement Proposals’. An impact assessment method named IMPACT 2002+ was used to get results related to environmental impacts. IMPACT 2002+ considered 14 midpoint categories, namely human toxicity (carcinogens and non-carcinogens), respiratory effects (due to inorganics), ionizing radiation, ozone layer depletion, aquatic eco-toxicity, terrestrial eco-toxicity, aquatic acidification, aquatic eutrophication, terrestrial acidification/nitrification, land occupation, global warming, non-renewable energy consumption and mineral extraction. All midpoint scores were expressed in units of a reference substance and related to the four damage categories as human health, ecosystem quality, climate change, and resources. The results related with environmental impacts were assessed and expressed according to the environmental impact categories under the title of four main topics. These applications were assessed according to the materials used in the application, production and construction processes of the applications and the total effect of production and construction processes. According to the results: • When compared the environmental effects of XPS, EPS and RW heat insulation materials, it was determined that RW was the most harmful and EPS was the least harmful insulation material to the environment. Of all the impact categories, non-renewable energy, global warming and respiratory inorganics are the most harmful effects to the environment for all three heat insulation materials. As inputs, crude oil and natural gas have the most contribution to non-renewable energy category. The biggest contribution to the gobal warming category comes from the carbon dioxide gas released into the air during material’s production processes in all applications. In respiratory inorganics category, the environmental effect of RW material’s production process is 78% more than XPS’s and 90% more than EPS’s. This case is resulting from particulates released into the air during RW’s production process and extraction of basalt used in the RW’s production process as a raw material. • When compared the production processes of XPS, EPS and RW heat insulation applications in terms of environmental effects, it was determined that RW was the most harmful and EPS was the least harmful insulation application to the environment as similar to the results of heat insulation materials. EPS application has 46% and XPS application has 22% less environmental impacts than RW application. • When compared the construction processes of XPS, EPS and RW heat insulation applications in terms of environmental effects, it was determined that RW was the most harmful and EPS was the least harmful insulation material to the environment. EPS application has 32% and XPS application has 29% less environmental impacts than RW applications. Of all the impact categories, non-renewable energy, global warming respiratory inorganics and terrestrial ecotoxicity are more harmful impact categories to the environment rather than the other environmental impact categories for all three heat insulation applications. Respiratory inorganics category is the most harmful environmental impact caused by particles released into the air during the transportation of materials from factory to construction area for all applications. • When compared the production and the construction processes of the applications, it was determined that the effects of production processes are more than ten times of the construction processes. • When compared the total effect of production and construction processes of XPS, EPS and RW heat insulation applications in terms of environmental effects, it was determined that RW was the most harmful and EPS was the least harmful insulation material to the environment. EPS application is 45% and XPS application is 22% less environmental impacts than RW applications. Of all the impact categories, resources for XPS and EPS applications and human health for RW application are the biggest impact categories. Since local data related to Turkey was not enough, a database composed of major European inventory data are used. In future, in case of identification of missing data in Turkey, similar researches should be done with the gathered new data. As a result, in this thesis, environmental impacts occured during the production and construction processes of heat insulation applications were evaluated. To be able to obtain more realistic results in terms of environmental effects, it should not be forgotten that environmental impacts of heat insulation applications should be examined for whole life cycle periods. In this sense, this study has a leading role for researches working on this field.