Comparision of embodied energy and embodied carbon values of different structure systems in the context of single-detached housing

Abstract

Embodied energy represents the sum of the energy consumed during the process that includes extraction, production, transportation of building materials. Embodied carbon is the measure of how much greenhouse gas is released to the nature during the production process of the material. In this study it’s aimed to draw attention to the pre-construction phase of buildings and to evaluate the energy consumed and carbon emission in the context of structure systems. For the study “Life Cycle Assessment (LCA)” method which measures embodied carbon and energy is used. By the help of this method, embodied carbon and embodied energy of the materials used in the building can be obtained as numerical data. A wooden single-detached house in Konya was chosen as case study and alternatives created with different structural systems (reinforced concrete and steel structure) and their environmental impacts were compared in the context of embodied carbon and energy. Among these three construction systems, wooden structure appeared as the most environmentally friendly construction system in terms of lowest carbon and energy values. Reinforced concrete alternative and steel alternative followed it respectively. Wooden structures have been observed to be the most sustainable alternative in the context of single-detached housing with the advantage of both low production energy and low carbon emissions.

Keywords

• Life cycle assessment
• Embodied energy
• Embodied carbon
• Sustainable architecture

Farklı Taşıyıcı Sistemlerin Gömülü Enerji ve Gömülü Karbon Değerlerinin Müstakil Konutlar Bağlamında Karşılaştırılması

Abstract

Gömülü enerji, yapı malzemelerinin hammaddelerinin çıkarılması, üretimi, nakliyesi vb. süreçlerinde harcanan enerjinin toplamını ifade etmektedir. Gömülü karbon, malzemenin üretim süreci boyunca doğaya ne kadar sera gazı salındığının ölçüsüdür. Bu çalışmada yapının inşa öncesi evresine dikkat çekerek, bu süreçte tüketilen enerjinin ve doğaya yapılan karbon salınımının taşıyıcı sistemler bağlamında değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Bu değerlendirme için gömülü karbon ve enerjiyi ölçen “Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi (YDD)” yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntem ile yapıda kullanılan malzemelerin gömülü karbon ve gömülü enerjileri sayısal veriler şeklinde elde edilebilmektedir. Konya’da ahşap müstakil bir konut alan çalışması için seçilmiş, bu yapının farklı taşıyıcı sistemlerle (betonarme ve çelik) alternatifleri üretilerek çevresel etkileri karşılaştırılmıştır. Ahşap yapı, bu üç yapım sistemi arasında en düşük karbon ve enerji değerlerini vermesi bakımından en çevre dostu alternatif olmuştur. Betonarme konut ve çelik konut sırasıyla onu izlemiştir. Hem düşük üretim enerjisi hem de düşük karbon salınımı avantajıyla müstakil konutlar bağlamında ahşap taşıyıcı sistemlerin en sürdürülebilir alternatif olduğu gözlemlenmiştir.

Keywords

• yaşam döngüsü değerlendirmesi
• gömülü enerji
• gömülü karbon
• sürdürülebilir mimarlık

References

1. [1] World Wildlife Fund Türkiye, 2010. Türkiye’nin Yarınları Projesi Sonuç Raporu. WWF-Türkiye, İstanbul, 9s.
2. [2] United Nations Environmental Programme, 2017. Towards a Zero-Emission, Efficient, and Resilient Buildings and Construction Sector Global Status Report. UNEP.
3. [3] Canan, F., Bakır, İ., 2008. Enerji ve Çevre Etkin Bina Tasarımında Ömür Süreci Analizi Yönteminin Değerlendirilmesi. Teknik-Online Dergisi, 7(2), 153-174.
4. [4] Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, 2016. Bütünleşik Bina Tasarımı Yaklaşımı- Türkiye Ortamı ve Koşullarına Uyarlama Raporu. ETKB, Ankara.
5. [5] Guan, L., Walmsely, M., Chen G., 2015. Life Cycle Energy Analysis of Eight Residential Houses in Brisbane, Australia. 9th International Symposium on Heating, Ventilation and Air Conditioning (ISHVAC) and the 3rd International Conference on Building Energy and Environment (COBEE), Australia.
6. [6] Curran, M.A., 2006. Life Cycle Assessment: Principles and Practice. EPA, Ohio.
7. [7] Adalberth, K., 1997. Energy Use During the Life Cycle of Buildings: A Method. Building and Environment, 32(4), 317-320.
8. [8] Kim, J.J., Rigdon, B., 1998. Sustainable Architecture Module: Introduction to Sustainable Design. National Pollution Prevention Center for Higher Education, Michigan.

9. [9] Fay, R., Treloar, G., Iyer-Raniga, U., 2000. Life-Cycle Energy Analysis of Buildings: A Case Study. Building Research and Information, 28(1), 31-41.
10. [10] Canan, F., 2002. Enerji ve Çevre Bilinçli Konut Tasarımında Bina Ömür Süreci Yaklaşımı. Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 75s, Konya.
11. [11] Tuna Taygun, G., 2005. Yapı Ürünlerinin Yaşam Döngüsü Değerlendirmesine Yönelik Bir Model Önerisi. Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 164s, İstanbul.
12. [12] TS EN ISO 14040:2006, 2007. Çevre Yönetimi -Hayat Boyu Değerlendirme- İlkeler ve Çerçeve. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
13. [13] Tanaçan, L., 2012. Ekoloji, Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi ve Malzeme. Mimarlıkta Malzeme, 1, 18-23.
14. [14] Yüceer, N.S. 2015., Yapıda Çevre ve Enerji. Nobel Akademik Yayıncılık, Ankara.
15. [15] Chau, C.K., Leung, T.M., Ng, W.Y., 2015. A Review on Life Cycle Assessment, Life Cycle Energy Assessment and Life Cycle Carbon Emissions Assessment on Buildings. Applied Energy, 143, 395–413.
16. [16] Dewolf, C., 2017. Low Carbon Pathways for Structural Design: Embodied Life Cycle Impacts of Building Structures. Massachusetts Institute Of Technology, Phd Thesis, 53s, Massachusetts.
17. [17] Gervasio, H., Dimova, S., 2018. Model for Life Cycle Assessment (LCA) of Buildings. EUR 29123 EN, Publicians Office of the European Union.
18. [18] TÜİK, 2020. Yapı İzin İstatistikleri Ocak-Eylül 2020. https://tuikweb.tuik.gov.tr/PreHaber Bultenleri.do?id=33782 (Erişim Tarihi: 20.12.2020).
19. [19] Koman, İ., Eren, Ö., 2006. Alternatif Sürdürülebilir Konut Uygulamaları ve Türkiye’deki Betonarme Konut Sektörü. Mimarlık Dergisi, 329.
20. [20] Tuna Kayılı, M., Özmen, S.T., 2020. Hafif Çelik ve Ahşap Duvar Konstrüksiyonlarının Gömülü Karbon Değerinin Belirlenmesi. El-Cezeri Fen ve Mühendislik Dergisi, 7(2), 613-618.
21. [21] Saleem, M., Chhipi-Shestra, G., Andrade, M.T.B., Dyck, R., Ruparathna, R., Hewage, K., Sadiq, R., 2018. Life Cycle Thinking–Based Selection of Building. Journal of Architectural Engineering, 24(4)
22. [22] Paleari, M., Miliani, A. 2018. The Sustainability of Wall Solutions: Life Cycle Assessment (LCA) of Different Solutions for External closures. CE Papers, 2, 489-494.
23. [23] Benli Yıldız, N., 2017. Cam Elyaf Takviyeli Beton (GFRC) Cephe Panelleri İçin Yaşam Döngü Değerlendirmesi (YDD) Yöntemiyle Bir Sürdürülebilirlik Çerçevesi Geliştirilmesi. Düzce Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 37s, Düzce.
24. [24] Brander, M., 2019. Greenhouse Gases, CO2, CO2e, and Carbon : What Do All These Terms Mean? https://ecometrica.com/assets/ghgs-co2-co2e-and-carbon-what-do-these-mean-v2.1.pdf (Erişim tarihi Kasım 2019)
25. [25] Yıldırım, E., 2018. Dış Duvarların Operasyonel ve Gömülü Enerji Bağlamında Çevresel Sürdürülebilirliğinin Değerlendirilmesi, İstanbul’dan Otel Binası Örnekleri. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul.
26. [26] Berge, B., 2009. The Ecology of Building Materials Second Edition. Architectural Press, UK.
27. [27] Roaf, S., Fuentes, M., Thomas, S., 2001. Ecohouse : A Design Guide, Architectural Press, UK.
28. [28] Koçkuzu, M., 2013, Koçkuzu Fotoğraf Arşivi.