Building energy performance, occupant comfort and retrofit strategies under the climate change adaptation process

Abstract

Increasing energy consumption in our developing and changing world, which has become a critical risk, is among the main reasons for climate change. Buildings are among the high priority sectors in climate change due to their high CO2 emissions, significant energy consumption and increasing comfort demands of building occupants. Therefore, integrating buildings with climate-resistant strategies and energy-efficient parameters in the adaptation process to climate change is of great importance for sustainable development. The necessity of taking measures to adapt buildings to climate change in the future and the importance of reducing the effects of climate change is obvious. Therefore, a comprehensive and quantitative assessment of how climate change will affect future building energy performance is essential for designing climate-resilient structures and making long-term strategic decisions. It is predicted that this change may affect each region in different ways and degrees. It is therefore critical to evaluate different climatic zones and different emission scenarios. The thesis aims to investigate how buildings and their energy performance will be affected by climate change in the future. In the reports announced by the IPCC, two different emission scenarios, RCP 4.5 and 8.5, were considered. The housing type, which constitutes a major part of the building stock, has been selected and analyzed comparatively with two different climatic regions, Istanbul, and Izmir. Future climate data of different climatic regions were obtained using the morphing method. Different scenarios have been developed to improve building energy and thermal comfort during the climate adaptation process. In this context, it aims to explore approaches to improve v the climate resilience of residential buildings by using energy efficient integrated building design criteria. According to the results obtained, it has been proven that climate change affects each region differently. According to the RCP 8.5 scenario, the temperature increased by +4.3 °C in Istanbul and +5 °C in Izmir. Especially in Izmir, overheating has increased during the summer months. Within the scope of improvement strategies, a decrease in overheating rates was observed remarkably. Another critical outcome is that the integration of renewable energy sources into the building is of critical importance in the adaptation process to the climate. In addition, the selection of appropriate insulation thicknesses has resulted in significant energy savings in both climate zones. Although it changes according to emission scenarios compared to the current situation, approximately 65-70% of energy improvement was achieved in Istanbul, while 60-65% of energy savings were achieved in Izmir. On the other hand, in terms of thermal comfort values, significant decreases were calculated in both provinces in the suggested most efficient scenarios. In this direction, the thesis emphasizes the importance of reducing the adverse effects of climate change and aims to increase awareness of the importance of using future climate scenarios in building energy efficiency analysis and design.

Gelişen ve değişen dünyamızda kritik bir risk haline gelen artan enerji tüketimi, iklim değişikliğinin başlıca nedenleri arasında yer almaktadır. Binalar, yüksek CO2 emisyonları, önemli miktarda enerji tüketimi ve bina sakinlerinin artan konfor talepleri nedeniyle iklim değişikliğinde yüksek öncelikli sektörler arasındadır. Bu nedenle, iklim değişikliğine uyum sürecinde binaların iklime dayanıklı stratejiler ve enerji verimli parametrelerle bütünleştirilmesi sürdürülebilir kalkınma için büyük önem taşımaktadır. Gelecekte binaların iklim değişikliğine uyum sağlayacak önlemlerin alınmasının gerekliliği ve iklim değişikliğinin etkilerinin azaltılmasının önemi açıktır. Bu nedenle, iklim değişikliğinin gelecekteki bina enerji performansını nasıl etkileyeceğine dair kapsamlı ve nicel bir değerlendirme, iklime dayanıklı yapıların tasarlanması ve uzun vadeli stratejik kararlar alınması için gereklidir. Bu değişimin her bölgeyi farklı şekillerde ve derecelerde etkileyebileceği tahmin edilmektedir. Bu nedenle, farklı iklim bölgelerini ve farklı emisyon senaryolarını değerlendirmek kritik öneme sahiptir. Tez, binaların ve enerji performanslarının gelecekte iklim değişikliğinden nasıl etkileneceğini araştırmayı amaçlamaktadır. IPCC tarafından açıklanan raporlarda, RCP 4.5 ve 8.5 olmak üzere iki farklı emisyon senaryosu dikkate alınmıştır. Yapı stokunun önemli bir bölümünü oluşturan konut tipi seçilmiş ve iki farklı iklim bölgesi olan İstanbul ve İzmir ile karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Farklı iklim bölgelerinin gelecekteki iklim verileri geçiş (morphing) yöntemi kullanılarak elde edilmiştir. İklim uyum sürecinde bina enerjisini ve ısıl konforu iyileştirmek için farklı senaryolar geliştirilmiştir. Bu bağlamda, enerji verimli entegre bina tasarım kriterlerini kullanarak konut binalarının iklim direncini iyileştirmeye yönelik yaklaşımları keşfetmeyi amaçlamaktadır. vii Elde edilen sonuçlara göre iklim değişikliğinin her bölgeyi farklı şekilde etkilediği kanıtlanmıştır. RCP 8.5 senaryosuna göre sıcaklık değerleri İstanbul'da +4,3 °C, İzmir'de +5 °C arttı. Özellikle İzmir'de yaz aylarında aşırı ısınma oranı artış gösterdi. İyileştirme stratejileri kapsamında aşırı ısınma oranlarında dikkat çekici bir düşüş gözlemlendi. Bir diğer kritik sonuç ise yenilenebilir enerji kaynaklarının binaya entegrasyonunun iklime uyum sürecinde kritik öneme sahip olmasıdır. Ayrıca uygun yalıtım kalınlıklarının seçilmesi her iki iklim bölgesinde de önemli ölçüde enerji tasarrufu sağlamıştır. Mevcut durumda emisyon senaryolarına göre değişmekle birlikte İstanbul'da yaklaşık %65-70 oranında enerji iyileştirmesi sağlanırken, İzmir'de %60-65 oranında enerji tasarrufu sağlanmıştır. Buna karşılık, termal konfor değerleri açısından, önerilen en verimli senaryolarda her iki ilde de önemli düşüşler hesaplanmıştır. Bu doğrultuda tez, iklim değişikliğinin olumsuz etkilerini azaltmanın önemine vurgu yapmakta ve bina enerji verimliliği analiz ve tasarımında geleceğin iklim senaryolarını kullanmanın önemi konusunda farkındalığı artırmayı amaçlamaktadır.