Thermal Performance of Traditional Houses Built with Different Techniques

Abstract

This study aims to fill an important gap in the literature by comparing the thermal performance of two residential buildings (timber frame with adobe infill and brick masonry) located within the traditional fabric of Afyonkarahisar, focusing solely on the differences in construction techniques. Unlike previous studies comparing buildings with different morphological characteristics, this research selected two buildings located on the same street and with the same orientation; thus, the analysis was reduced to only the material and construction technique. The study first created a detailed dataset containing building form, facade characteristics, material layers, and climate data; then, the thermal transmittance values of the building elements were calculated according to TS 825 standards and transferred to DesignBuilder software. Through heating design analysis and annual energy simulations, wall-floor heat losses, surface temperatures, heating loads, and annual energy consumption were evaluated. The results showed that timber frame walls with adobe infill provided lower heat loss and higher internal surface temperatures compared to brick walls, despite being thinner in thickness. According to the annual energy results, timber-framed houses use about 35% less heating energy than brick masonry houses. While reinforced concrete floors help increase thermal resistance inside, wooden floors actually perform better when the surface is in contact with the outside air. The results obtained demonstrate that traditional materials can be reevaluated in contemporary buildings through appropriate combinations, providing a scientific basis for conservation efforts and new designs.

Keywords

• Traditional house
• Thermal performance
• DesignBuilder
• Afyonkarahisar

Farklı Yapım Teknikleriyle İnşa Edilmiş Geleneksel Konutların Isıl Performansı

Abstract

Bu çalışma, Afyonkarahisar’ın geleneksel dokusunda yer alan iki konutun (ahşap karkas-kerpiç dolgu ve tuğla yığma) ısıl performansını yapım tekniği farklılığı üzerinden karşılaştırarak literatürdeki önemli bir boşluğu doldurmayı amaçlamaktadır. Mevcut literatür çalışmaların aksine bu araştırmada analiz edilen iki yapı aynı sokak üzerinde ve aynı yönlenmeye sahip olacak şekilde seçilmiştir. Böylece yapılan analiz, malzeme ve yapım tekniği farklılıklarına indirgenmiştir. Çalışmada ilk olarak yapı geometrisi, cepheyi oluşturan yapı elemanları, malzeme katmanları ve iklim verilerini içeren detaylı bir veri seti oluşturulmuştur. Daha sonra TS 825 standartlarına göre yapı elemanlarının ısıl geçirgenlik değerleri hesaplanarak DesignBuilder yazılımına aktarılmıştır. Isıtma tasarım hesabı ve yıllık enerji simülasyonları aracılığıyla, duvar-döşeme ısı kayıpları, yüzey sıcaklıkları, ısıtma yükleri ve yıllık enerji tüketimleri değerlendirilmiştir. Sonuçlar, kerpiç dolgulu ahşap karkas duvarların, daha ince olmalarına rağmen tuğla duvarlara kıyasla daha düşük ısı kaybı ve daha yüksek iç yüzey sıcaklığı sağladığını göstermiştir. Yıllık enerji tüketimi bulguları, ahşap karkas yapının tuğla yığma yapıya göre yaklaşık %35 daha düşük ısıtma enerjisi tükettiğini ortaya koymuştur. Buna karşılık, betonarme döşemelerin iç mekân ısıl direncini artırdığı, ancak dış mekâna bakan yüzeylerde ahşap döşemenin daha avantajlı olduğu belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, geleneksel malzemelerin uygun kombinasyonlarla güncel yapılarda yeniden değerlendirilebileceğini göstermekte; koruma çalışmaları ve yeni tasarımlar için bilimsel bir temel sunmaktadır.

Keywords

• Geleneksel konut
• Isıl performans
• DesignBuilder
• Afyonkarahisar

References

1. Al-Hafith, O., Satish, B. K., Bradbury, S. & Wilde, P. (2017). Simulation of Courtyard Spaces in A Desert Climate: Energy Procedia, 142, 1997-2002. doi:10.1016/j.egypro.2017.12.401
2. Aliağaoğlu, A. (2003). Afyon’da Şehir Morfolojisinin İki Unsuru: Cadde-Sokak Sistemi ve Konutlar. Coğrafi Bilimler Dergisi, 1(2), 63-83. doi: 10.1501/Cogbil_0000000032
3. Al-Radhi, Y., Roy, K., Liang, H., Ghosh, K., Clifton, G. C., & Lim, J. B. (2023). Thermal performance of different construction materials used in New Zealand dwellings comparatively to international practice–A systematic literature review. Journal of Building Engineering, 72, 106346.
4. Arabacıoğlu, P. & Aydemir, I. (2007). Tarihi Çevrelerde Yeniden Değerlendirme Kavramı. Megaron, 2(4), 204-212.
5. Ascione, F., Bianco, N., Iovane, T., Mastellone, M. & Mauro, G. M. (2020). Is it fundamental to model the inter-building effect for reliable building energy simulations? Interaction with shading systems. Building and Environment, 183, 107161. doi:10.1016/j.buildenv.2020.107161
6. Aşanlı, M. (2021). Geleneksel Yapı Teknikleri: Doğal ve Ekolojik Yapı Rehberi. İstanbul: Yeni İnsan.
7. Bassoud, A., Khelafi, H., Mokhtari, A. M. & Bada, A. (2021). Evaluation of Summer Thermal Comfort in Arid Desert Areas. Case study: Old Adobe Building in Adrar (South of Algeria). Building and Environment, 205, 108140.
8. Bayülke, N. (2018). Yığma Yapılar: Taş ve Tuğla (4. Baskı). Ankara: TMMOB.

9. Bustán-Gaona, D., Jiménez-Sánchez, Y., Paredes, L. J., & Caiza, J. (2024, July). Analysis of thermal comfort in traditional architecture, focused on digital simulations. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 1370, No. 1, p. 012007). IOP Publishing.
10. Damle, R.M., Khatri, N. & Rawal, R. (2022). Experimental investigation on hygrothermal behaviour of cement and lime plaster. Building and Environment, 217, 109098. doi:10.1016/j.buildenv.2022.109098.
11. Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik. (2007, March 6). Resmi Gazete (Official Gazette of the Republic of Türkiye), 26454.
12. Erdurmuş, S. (2025). Geleneksel dokuda yeni yapi tasariminda genetik algoritmaya dayali bir model önerisi. (Doctoral Thesis). Gazi University / Graduate School of Institute of Science, Ankara.
13. Hailu, H., Gelan, E., & Girma, Y. (2021). Indoor thermal comfort analysis: a case study of modern and traditional buildings in hot-arid climatic region of Ethiopia. Urban Science, 5(3), 53.
14. Karakan, B. (2006). Koruma Amaçlı İmar Planlarına Eleştirel Bir Yaklaşım; Afyon Örneği. MSc. Thesis, Gazi University / Graduate School of Institute of Science, Ankara.
15. Koç, V. (2016). Depreme Maruz Kalmış Yığma ve Kırsal Yapı Davranışlarının İncelenerek Yığma Yapı Yapımında Dikkat Edilmesi Gereken Kuralların Derlenmesi. Journal of Advanced Research in Natural and Applied Sciences, 2(1), 36-57. doi:10.28979/comufbed.307874
16. Koçu, N. (2012, April 12-13). Sürdürülebilir malzeme bağlamında “kerpiç” ve çatı-cephe uygulamaları (Konya-Çavuş Kasabası örneği). In 6. Ulusal Çatı & Cephe Sempozyumu (pp. 153–169). Bursa, Türkiye.
17. Mazur, Ł., Szlachetka, O., Jeleniewicz, K., & Piotrowski, M. (2024). External Wall Systems in Passive House Standard: Material, Thermal and Environmental LCA Analysis. Buildings, 14(3), 742.
18. Martinez-Molina, A., Tort-Ausina, I., Cho, S., & Vivancos, J. L. (2016). Energy efficiency and thermal comfort in historic buildings: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 61, 70-85.
19. Mendes, V. F., Cruz, A. S., Gomes, A. P., & Mendes, J. C. (2024). A systematic review of methods for evaluating the thermal performance of buildings through energy simulations. Renewable and sustainable energy reviews, 189, 113875.
20. Moscoso-García, P., & Quesada-Molina, F. (2023). Analysis of passive strategies in traditional vernacular architecture. Buildings, 13(8).
21. Özek Karadeniz, Y. (2010). An evaluation of traditional afyonkarahisar houses in context of sustainable architectural design principles. (Master's Thesis). Mimar Sinan Fine Arts University / Graduate School of Institute of Science, İstanbul.
22. Öztank, N. (2013). Afyonkarahisar Geleneksel Konut Mimarisi ve Sokak Dokusunun Analizi. Ege Mimarlık, 2(84), 44-49.
23. Özkan Özbek, M. (2018). Gelenekesel ve Modern Yerleşmelerde Mekansal Kurgular Barındırdıkları Kültürel Arka Planlar-Arnavutköy Örneği. Özlem Parlak Biçer (Ed.), Mimarlık, Planlama ve Tasarım Araştırmaları (s. 95-111). Ankara: Nobel.
24. Özpunar, H. (2014). Bir Zamanlar Afyonkarahisar. Afyonkarahisar Belediyesi Kültür Yayınları.
25. Sarıyıldız, I. S. (2012, November 17). Performative computational design. In Proceedings of the ICONARCH International Congress of Architecture and Planning (ICONARCH-1) (pp. 315–344). Konya, Türkiye.
26. Turkish Standards Institution (2013). Thermal insulation requirements in buildings (TS 825).
27. Internet Resources
28. URL-1: Google Maps, Street View image of Yukarı Pazar Street, Afyonkarahisar, https://www.google.com/maps/place/Yukar%C4%B1+Pazar+Cd., Accessed: 08/01/2023
29. URL-2:DesignBuilder Heating Design, https://designbuilder.co.uk/helpv7.0/Content/_Heating_design_simulation.htm, Accessed: 0