Determination of Optimum Insulation Thickness Based on Heating Load by Life-Cycle Cost Analysis for Residential Buildings in Turkey

Abstract

The insulation thickness of the building is an important parameter in the design of the building envelope. Life-cycle cost analysis is often used as an optimization method in determining the thickness of the insulation in buildings. In literature, the insulation thickness which the total cost is minimum is defined as the optimum insulation thickness. In this study, the optimum insulation thicknesses of residential buildings in Turkey were determined by life-cycle cost analysis (LCCA). The annual heating energy requirement of the buildings are calculated according to the Turkish Standard 825, Thermal Insulation Requirements for Buildings. Glass wool, extruded polystyrene (XPS) and expanded polystyrene (EPS) are used for ceiling, floor and wall as insulation material respectively and natural gas is used as fuel. Life-cycle cost analysis based on the total cost approach is used as the optimization method. Optimum insulation thicknesses (U-values) based on climate zones for a period of 30 years are calculated between 14,2 cm and 26,8 cm (0,29-0,16 W/m²K) for ceiling, 5,0 cm and 9,8 cm (0,57-0,32 W/m²K) for floor, 8,1 cm and 16,4 cm (0,38-0,20 W/m²K) for wall. As a result, when compared with the limited insulation thicknesses specified in TS 825 standard, it has been determined that the energy savings to be provided by an insulation building using optimum insulation thicknesses vary between 10,08% and 18,88% according to the region. These results have reached the conclusion that optimum insulation thicknesses (U-values) should be revised for all regions specified in the TS 825 standard, as the increase in payback period is considered not to exceed 10% even in the worst case.

Keywords

• Optimum insulation thickness,thermal insulation,TS 825 standard,life-cycle cost analysis

Türkiye’de Konut Tipi Binaların Isıtma Yükü Altında Ömür Maliyet Analizi Yöntemi ile Optimum Yalıtım Kalınlıklarının Belirlenmesi

Abstract

Binalarda yalıtım kalınlığı, bina kabuğunun tasarımında önemli bir parametredir. Binalarda yalıtım kalınlığının belirlenmesinde, ömür maliyet analizi sıklıkla kullanılan bir optimizasyon yöntemidir. Literatürde, yakıt maliyeti ve yalıtım maliyetinden oluşan toplam maliyetin minimum olduğu yalıtım kalınlığı, optimum yalıtım kalınlığı olarak tanımlanmaktadır. Bu çalışmanın amacı, Türkiye’deki konut tipi binalar için ısıtma etkisi altında optimum yalıtım kalınlıklarının ömür maliyet analizi yöntemi ile belirlenmesidir. Binaların yıllık ısıtma enerji ihtiyacı TS 825 “Binalarda Isı Yalıtım Kuralları” standardına göre hesaplanmıştır. Yalıtım malzemesi olarak; tavanda cam yünü, tabanda ekstrüde polistiren (XPS) ve dış duvarlarda genişletilmiş polistiren (EPS), yakıt olarak doğalgaz kullanılmıştır. Optimizasyon metodu olarak toplam maliyete dayalı optimizasyon yaklaşımını temel alan ömür maliyet analiz metodu kullanılmıştır. Optimum yalıtım kalınlıkları (U-değerleri), 30 yıllık kullanım ömrü için iklim bölgelerine göre; dış duvar için 8,1 cm ile 16,4 cm (0,38-0,20 W/m²K), tavan için 14,2 cm ile 26,8 cm (0,29-0,16 W/m²K), zemin için 5,0 ile 9,8 cm (0,57-0,32 W/m²K) arasında hesaplanmıştır. Sonuç olarak, TS 825 standardında belirtilen limit yalıtım kalınlıkları ile karşılaştırıldığında, optimum yalıtım kalınlıkları kullanılarak yalıtım yapılan bir binanın ülke genelinde sağlayacağı enerji tasarrufunun bölgelere göre %10,08 ile %18,88 arasında değiştiği belirlenmiştir. Geri ödeme sürelerindeki artışların en kötü durumda bile %10 değerini geçmediği düşünüldüğünde, TS 825 standardında belirtilen dört farklı iklim bölgesi için optimum yalıtım kalınlıklarının (U-değerlerinin) revize edilmesi gerektiği sonucuna ulaşılmıştır.

Keywords

• Optimum yalıtım,TS 825 Standardı,ısı yalıtımı

References

1. Yaman, Ö., Şengül, Ö., Selçuk, H., Çalıkuş, O., Kara, İ., Erdem, Ş., Özgür, D., (2015). Binalarda ısı yalıtımı ve ısı yalıtım malzemeleri. Türkiye Mühendislik Haberleri (TMH), Sayı: 487, 62-75s., İstanbul.
2. ÇŞB (2015). Isı yalıtım uygulama kılavuzu. T.C. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, Ankara.
3. Ekici B., Gulten A., Aksoy T., (2015) TS 825 Binalarda ısı yalıtım kuralları standardının güneş ışınımı açısından değerlendirilmesi. MEGARON, 10(1):14-24.
4. EU (2010). Directive 2010/31/EU of the European Parliament and of the Council of 19 May 2010 on the energy performance of buildings (recast). European Parliament and the Council of the European Union, 2010. Available: http://eur-lex.europa.eu/legalcontent /EN/TXT/PDF/?uri= CELEX: 32010L0031&from=en.
5. EC (2012b). Guidelines accompanying Commission Delegated Regulation (EU) No 244/2012 of 16 January 2012 supplementing Directive 2010/31/EU of the European Parliament and of the Council on the energy performance of buildings by establishing a comparative methodology framework for calculating cost-optimal levels of minimum energy performance requirements for buildings and building elements. European Commission, 2012. Available: http://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri =CELEX:52012XC0419(02)&from=EN
6. TS 825 Binalarda Isı Yalıtım Kuralları, Türk Standartları Enstitüsü, (2008).
7. http://www.botas.gov.tr/index/tur/faaliyetler/dogalgaz/tarifeSerTukV8.asp. [Erişim Tarihi: 20 Şubat 2018].
8. http://www.tuik.gov.tr/PreHaberBultenleri.do?id=27665. [Erişim Tarihi: 20 Şubat 2018].

9. Özel, M., (2008). Bina dış duvarlarının optimum yalıtım kalınlıkları için dinamik yaklaşım ve maliyet analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 23 (4): 879-884.
10. Schimschar, S., Boermans, T., Kretschmer, D., Offermann, M., Ashok, J. (2016). U-value maps Turkey (Final Report). ECOFYS. Project number: BUIDE15722.
11. http://www.botas.gov.tr/index/tur/faaliyetler/dogalgaz/tarifeSerTukV8.asp, [Erişim Tarihi: 20 Şubat 2018].
12. http://www.tcmb.gov.tr/wps/wcm/connect/TR/TCMB+TR/Main+Menu/Temel+Faaliyetler /Para+Politikasi/Merkez+Bankasi+Faiz+Oranlari/Gec+Likidite+Penceresi+%28LON% 29, [Erişim Tarihi: 20 Şubat 2018].