Pasif Ev Uygulamasının Türkiye İçin Değerlendirilmesine Yönelik Bir Çalışma

Abstract

Günümüzde mevcut enerji kaynaklarının hızla tükenmekte oluşu ve doğaya zararlı gazların salınımı bütün dünyanın ortak sorunu haline gelmiştir. Bu sebeple temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarının araştırılması ve geliştirilmesi üzerine ülkeler çeşitli politikalar izlemektedir. Bina bazında enerjinin verimli kullanılmasına yönelik düzenlemelere yer verilmiş ve minimim enerji tüketen tasarım parametreleri geliştirilmiştir. Avrupa’da özellikle soğuk iklime sahip İsveç, Norveç gibi kuzey ülkelerinde binalarda enerjinin verimli kullanılması üzerine yönetmelikler hazırlanarak oldukça yüksek enerji tasarrufu elde edilmiştir. Almanya’da geliştirilen pasif ev prensibi ile ısı yalıtımı, hava sızdırmazlık, ısı köprüsüz tasarım, yüksek verimli pencere ve ısı geri dönüşümlü havalandırma kavramları standartlaştırılarak binalarda mevcut yapılara oranla %90’a varan enerji tasarrufu elde etmiştir. İyi yalıtımlı ve yüksek hava sızdırmazlık özelliğine sahip pasif evler, iç ısı üreten elektrikli cihazlar, kullanıcı gibi iç ısı kazançları ve güneş enerjisi kazançları tarafından pasif yolla ısıtılarak gerekli iç ortam kalitesi sağlanmaktadır. Isı geri kazanımlı havalandırma sistemi ile dengeli ve sürekli temiz hava sağlanarak enerji kayıpları minimize edilmektedir. Pasif evlerde kullanılan bu sistemler sayesinde enerji kullanımı ve karbon salınımında oldukça düşük değerler elde edilmiştir. Pasif ev standardına ulaşmak için belirlenen maksimum ısıtma ve soğutma ihtiyacı 15 kWh/m² ve maksimum birincil enerji ihtiyacı 120 kWh/ m² olarak belirlenmiştir. Günümüzde pasif ev standardı dünyanın pek çok ülkesinde konut, okul, fabrika, ofis binaları gibi birçok yapı türüne uygulanabilmektedir. Verilen bilgiler ışığında yapılan bu çalışmada, ülkemizin yenilenebilir enerji potansiyeli düşünüldüğünde, oldukça verimli sonuçlar alınacağı düşüncesiyle pasif ev standartlarının Türkiye’nin ılımlı ve sıcak iklim bölgelerinde değerlendirilmesi amaçlanmaktadır. Bu amaçla pasif standartlara uygun tasarlanan örnek çalışma; ılımlı nemli iklim koşullarına sahip İstanbul ili, ılımlı kuru iklim koşullarına sahip Ankara ili ve sıcak nemli iklim koşullarına sahip Antalya ili olmak üzere üç farklı iklim bölgelesinde simulasyon programları yoluyla değerlendirilmiştir. Çalışma beş bölümden oluşmaktadır. Birinci bölüm olan giriş bölümünde; yüksek potansiye sahip su, rüzgar, güneş gibi temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının artırılmasının ve enerji etkin tasarım çalışmalarının önemi açıklanmakta, binalarda enerji giderlerinin azaltılmasına yönelik geliştirilen pasif ev standartlarının ülkemizde uygulanabilirliği vurgulanmaktadır. İkinci bölümde, pasif ev kavramının tanımı, gelişim süreci ve standartları açıklanmış, dünyanın farklı iklim bölgelerinde uygulanmış pasif ev örneklerine yer verilmiştir. Üçüncü bölümde, pasif evlerde enerji ihtiyacının belirlenmesi iki başlık atında incelenmiştir. İlk olarak dış çevre ve iklime ilişkin parametreler ve binaya ilişkin parametreler binanın yeri, binanın diğer binalara göre konumu, binanın yönlendiriliş durumu, bina formu ve bina kabuğunun optik ve termofiziksel özellikleri başlıkları altında incelenmiştir. Bu kapsamda, pasif ev standartlarında yer alan ve enerji etkin kullanımda etkili olan ısı yalıtımı, ısı köprüleri, hava sızdırmazlık, yüksek performanslı pencereler, havalandırma sistemi ve evsel sıcak su sistemine ait parametreler ele alınmıştır. İkinci olarak pasif evlerde enerji ihtiyacının hesaplanması incelenmiştir. Bu başlık altında Pasif Ev Enstitüsü tarafından pasif evler için geliştirilen ve pasif evlerde ısıtma, soğutma ve birincil enerji ihtiyacının hesaplanmasında kullanılan Pasif Ev Planlama Paketi (PHPP-Passive House Planning Package) tanıtılmıştır. Dördüncü bölümde, pasif ev uygulamasının Türkiye için değerlendirmesine yönelik çalışma ele alınır. Uygulamada izlenen adımlar aşağıdaki gibidir. • İklimsel verilerin belirlenmesi • Binaya ilişkin tasarım parametrelerinin belirlenmesi • Binada kullanılan aktif sistemlere ilişkin değerlerin belirlenmesi • Yıllık enerji giderlerinin hesaplanması • Hesaplama sonuçlarının karşılaştırılması Türkiye’nin ılımlı ve sıcak iklim bölgelerinde uygulanan pasif evin yalıtım kalınlıkları değiştirilerek oluşturulan yapı seçeneklerinin ortalama yıllık ısıtma, soğutma ve birincil enerji ihtiyacı pasif evler için geliştirilmiş PHPP (Passive House Planning Package) programı yardımıyla hesaplanmıştır. Ayrıca, pasif ev standardında verilen max. alan ısıtma ihtiyacı olan yıllık 15kWh/m² değerinin sağlanması için gerekli yalıtım kalınlığı, binanın uygulandığı iklime bağlı olarak hesaplanmıştır. Beşinci bölümde, simulasyon programları yardımıyla elde edilen enerji performansı sonuçları grafiklerle açıklanmıştır. Tüm bu veriler ışığında pasif evin Türkiye’nin farklı iklim bölgelerinde uygulanabilirliği değerlendirilmiş ve bundan sonraki çalışmalara teşvik edici öneriler sunulmuştur. Çalışma sonucunda elde edilen enerji performansları değerlendirildiğinde, pasif ev standartlarının Türkiye’nin ılımlı ve sıcak iklim bölgelerinde uygulanması durumunda binaların ısıtma enerji ihtiyacının oldukça düşük seviyelere çekildiği görülmüştür. Ancak, soğutma ihtiyacına bakıldığında sıcak iklime sahip Antalya ilinde yapılan hesaplamalar sonucunda yüksek soğutma ihtiyacı değerleri çıktığı görülmektedir. Ekler bölümünde, Meteonorm 6.1 simulasyon programı ile elde edilen İstanbul Ankara ve Antalya illerine ait iklimsel veriler grafiklerle derlenmiştir.

Nowadays, with the rapid depletion of fossil energy and the increasing of the greenhouse gas emissions into the environment have become a common problem in the whole world. For this reason, some countries have variety of policies on researching and finding out recent depelopments in renewable energy sources. On building bases, regulations regarding the use of energy in an efficient way and energy efficient design parameters are developed. In Europe especially in cold cilmates such as Sweden, Norway and the northern countries, high energy savings have been obtained with the regulations regarding the use of energy efficiently in buildings. With the principle of Passive House which was originally developed in Germany, passive houses use about % 90 less energy to heat, while standardizing the term of thermal insulation, air tight construction, avoiding thermal bridges, highly insulated windows and heat recovery ventilation system. A Passive House is a very well-insulated, air-tight building that is primarily heated by passive solar gain and by internal gains from people, electrical equipment, etc. which provides a good indoor air quality. A heat recovery ventilation system provides a constant, balanced fresh air supply and energy uses are minimised. The result of the usage of these systems is extraordinary reductions in energy use and carbon emission in passive houses. To achive the passive house standard 15kWh/m year is required for the maximum space heating and cooling demand, 120 kWh/m year is required for the maximum total primary energy demand. Today in many countries all over the world, from single and multifamily residences, to schools, factories and office buildings many in the building sector have applied passive house standard to design. According to the information, in this study, while considering the renewable energy potential in our country, it is aimed to evaluate the passive house standarts in our country with the thought of getting high efficient results. For this purpose, a case study is designed according to the standards of passive house in İstanbul which represent temperate-humid climate, in Ankara which represent temperate-arid climate and in Antalya which represent hot humid climate in order to evaluate the study in these regions by means of simulation programs. This study consist of five main chapters. In the first chapter, which is the introduction part, the importance of the energy preservation, great potential of clean and renewable energy sources such as water, wind, solar, bioenergy, etc., necessity for increase the usage of clean energy sources and energy efficient design studies is explained. The applicability of passive house standards in our country which is developed to reduce energy costs in buildings is emphasized. In the second chapter, the definition of the passive house concept, development process and passive house standard requirements explained, examples of the passive houses which applied to different climatic zones in the world are given. In the third chapter, methods for determining the energy requirement are investigated under two headings. The first main heading handles the parametres concerning the environment and climate and the parameters concerning the construction of the building which are defined under the headings, location, direction, form and optical and thermo-physical properties of the building envelope. In this context passive house standards that consist of high levels of insulation, thermal bridge, air tight construction, highly insulated windows, heat recovery ventilation system and domestic hot water resulting in good comfort conditions which are effective in the energy efficient passive building design are discussed. The second heading handles the methods for calculating the energy requirement of passive houses. With this context, passive house planning package (PHPP) program which is designed for passive houses by the Passive House Institute and used for the calcution of the heating, cooling and primary energy requirement of passive houses and calculation methods are described. Fourth chapter covers the study of evaluating passive house in Turkey. The average annual heating, cooling and primary energy requirements of the building options designed by changing the thickness of the insulation for the temperate-humid, temperate-arid and hot humid climates in Turkey are calculated with passive house planning package tool (PHPP). In addition to this, insulation thickness required to achive the specific value of the passive house standards for the annual space heating which is 15 kWh/m² per year calculated depending on the climatic zone. Steps for passive house design are explained as: • Determination of climatic data that are monthly outside temperatures, average monthly solar irradition on the horizontal and on the vertical in the four main sky directions, monthly global irradition values, average monthly dew point and sky temperatures. • Determination of the passive house building parameters that are location, direction, form and optical and thermo-physical properties of the building envelope. • Determination values for the active systems parameters that are heat recovery ventilation system, domestic hot water and solar control system of the building. • Calculation of the average annual energy requirements that are heating, cooling and primary energy demands for İstanbul, Ankara and Antalya climatic zones. • Comparison of the calculation results. In the fifth chapter, the energy performance results obtained by the simulation programs are explained with graphics. According to these information, applicability of the passive house standards in different climatic condition in Turkey is evaluated and some recommendations are presented to encourage further studies. According to the evalution of energy performances for İstanbul which represent temperate-humid climate, Ankara which represent temperate-arid climate and Antalya which represent hot humid climate, the results of the study show that there is a major decrease in heating energy consumption for the temperate and hot climate zones in Turkey. However, the calculation results of cooling energy demand shows higher value for the passive houses in Antalya which has a hot climate condition. In the appendix part, climatic datas that are monthly outside temperatures, average monthly solar irradition on the horizontal and on the vertical in the four main sky directions, monthly global irradition values, average monthly dew point and sky temperatures for İstanbul, Ankara and Antalya which are obtained by the Meteonorm 6.1 simulasion program is explained by graphics.