Sürdürülebilir Cephe Malzemelerinin Termal Performans Açısından İncelenmesi: Doğal Alternatifler ve Betonarme Sistemlerle Karşılaştırmalı Bir Değerlendirme

Year 2025, Volume: 8 Issue: 2, 141 - 162

Zeynep Berfin Çetinkaya

https://doi.org/10.51764/smutgd.1764306

Abstract

Günümüzde beton, başta konut sektörü olmak üzere inşaat alanında en yaygın kullanılan yapı malzemelerinden biridir. Dayanım, dayanıklılık, düşük maliyet, kolay temin edilebilir bileşenler ve diğer malzemelere kıyasla düşük üretim enerjisi gereksinimi gibi avantajlar, betonun tercih edilme nedenlerinin başında gelmektedir. Ancak beton üretiminde kullanılan hammaddelerin çıkarılması ve işlenmesi, ekosistem üzerinde önemli olumsuz etkiler yaratmaktadır. Artan nüfus ve hızlı kentleşme ile bu etkilerin boyutu artmakta; doğal kaynakların tükenmesi, çevre kirliliği ve atık miktarındaki yükseliş gibi sorunlar gündeme gelmektedir. Bu nedenle sürdürülebilir mimarlık anlayışı önem kazanmış; tasarım, yapım ve kullanım süreçlerinde ekolojik ayak izinin azaltılması temel bir hedef haline gelmiştir. Bu bağlamda, doğal, yerel ve geri dönüştürülebilir malzemelerin kullanımına yönelik araştırmalar hız kazanmıştır. Tarihsel süreçte Türkiye’nin farklı bölgelerinde yaygın olarak kullanılan doğal malzemelerin, cephelerdeki ısıl performans açısından betona alternatif olma potansiyeli tartışmaya açılmıştır. Bu çalışma, betona alternatif olabilecek doğal esaslı duvar sistemlerinin (toprak torba, kerpiç, alçı katkılı kerpiç—alker, kenevir betonu, sıkıştırılmış toprak varyantları RE/SRE/SREi) ve referans olarak betonarme duvarların (yalıtımsız ve XPS’li) cephe uygulamalarındaki ısıl performansını karşılaştırmalı olarak değerlendirmektedir. Yöntem olarak kararlı tek boyutlu ısı iletimi (Fourier) benimsenmiş; standart iç–dış koşullar altında literatürden alınan ısı iletkenliği (λ) ve temsilî kalınlıklar kullanılarak ısı akısı (q) hesaplanmıştır. Doğal yapı malzemelerinin cephe uygulamalarındaki performansını ve betona alternatif olarak kullanılabilirliğini değerlendirmeyi amaçlamıştır.

Keywords

Doğal yapı malzemeleri , kenevir betonu , kerpiç/alker , sıkıştırılmış toprak , earthbag , cephe performansı

Thermal Performance Analysis of Sustainable Façade Materials: A Comparative Evaluation of Natural Alternatives and Reinforced Concrete Systems

Abstract

Today, concrete is one of the most widely used building materials in construction, especially in the housing sector. Advantages such as strength, durability, low cost, easily obtainable components, and lower production energy requirements compared to other materials are among the primary reasons for preferring concrete. However, the extraction and processing of raw materials used in concrete production create significant adverse effects on the ecosystem. With the increasing population and rapid urbanization, the magnitude of these effects is growing; issues such as the depletion of natural resources, environmental pollution, and rising amounts of waste are coming to the fore. For this reason, the understanding of sustainable architecture has gained importance, and reducing the ecological footprint in design, construction, and use processes has become a fundamental objective. In this context, research on the use of natural, local, and recyclable materials has accelerated. The potential of natural materials have been widely used throughout history in different regions of Türkiye to serve as alternatives to concrete in terms of thermal performance on façades has been opened to discussion. This study comparatively evaluates the thermal performance in façade applications of natural-based wall systems that may serve as alternatives to concrete (earthbag, adobe, gypsum-stabilized adobe—alker, hempcrete, rammed earth variants RE/SRE/SREi) and, as a reference, reinforced concrete wall systems (non-insulated and with XPS). As a method, steady one-dimensional heat conduction (Fourier) was adopted; under standardized indoor–outdoor conditions, the heat flux (q) was calculated using thermal conductivity (λ) values taken from the literature and representative thicknesses. It aims to evaluate the performance of such natural building materials in façade applications and their usability as alternatives to concrete.

Keywords

Earthbag , Natural building materials , hempcrete , adobe/alker , rammed earth , facade performance

References

• Abanto, G.A., Karkri, M., Lefebvre, G., Horn, M., Solis, J.L. & Gómez, M.M. (2017) ‘Thermal properties of adobe employed in Peruvian rural areas: Experimental results and numerical simulation of a traditional bio-composite material’, Case Studies in Construction Materials, 6, 177–191. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2017.02.001.
• Acun Özgünler, S. & Gürdal, E. (2011) ‘Dünden Bugüne Toprak Yapı Malzemesi: Kerpiç’, Türkiye Mühendislik Haberleri (TMH).
• Acun, S. & Gürdal, E. (2003) ‘Yenilenebilir bir malzeme: Kerpiç ve alçılı kerpiç’, Türkiye Mühendislik Haberleri (TMH), Sayı 427.
• Alibeyoğlu, R.N. & Ökten, M.S. (2021) ‘Sıkıştırılmış Toprak Yapılar Üzerine Bir İnceleme’, The Turkish Online Journal of Design, Art and Communication (TOJDAC), 11(3), 1036–1057. https://doi.org/10.7456/11103100/017.
• Al-Tamimi, A.S., Qasem, N.A.A. & Bindiganavile, V. (2024). Thermal performance evaluation of hempcrete masonry walls for energy storage in cold weather. Applied Thermal Engineering, 248, 123304.
• Arrigoni, A., Beckett, C., Ciancio, D. & Dotelli, G. (2017) ‘Life cycle analysis of environmental impact vs. durability of stabilised rammed earth’, Construction and Building Materials, 142, 128–136. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.03.066.
• Asadi, I., Shafigh, P., Abu Hassan, Z.F. & Mahyuddin, N.B. (2018) ‘Thermal conductivity of concrete – A review’, Journal of Building Engineering, 20, 81–93. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2018.07.002.
• Aydınay, B. (2002) Donatılı ve donatısız alker duvarların kayma dayanımı üzerine deneysel bir araştırma. M.Sc. Thesis. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
• Bakhshoodeh, R., Ocampo, C. & Oldham, C. (2022) ‘Thermal performance of green façades: Review and analysis of published data’, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 155, 111744. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111744.
• Bal, A., Deveci, H. & Bal, D.Ç. (2023) ‘Applicability of Gypsum-Doped Adobe (Adobe with Gypsum Dod) Covered with Paddy Straw in Agricultural Structures and Sustainability: Wall Design Application’, ISPEC Journal of Agricultural Sciences, 7(2), 336–349. https://doi.org/10.5281/zenodo.8041356.
• Baş, B.E., Mardmomen, S., Leon, G. & Chen, H-L. (2023) ‘A Relationship for Effective Thermal Conductivity of Reinforced Concrete Structures’, Turkish Journal of Civil Engineering, Paper 739, 27–43. https://doi.org/10.18400/tjce.1287651
• Başoda, Ö. (t.y.). Kerpiç ev yapımı. Ankara Büyükşehir Belediyesi, Çevre Koruma ve Kontrol Dairesi Başkanlığı.
• Belofsky, N. and Zemskova, K. (2018) 'Bringing Earthbags to the People – A New, Democratic Approach to Sustainable Building', Consilience: The Journal of Sustainable Development, Vol. 19(1), pp. 82–102. Available at: https://goodearthnepal.org.
• Bourbia, S., Kazeoui, H. & Belarbi, R. (2023). A review on recent research on bio-based building materials and their applications. Materials for Renewable and Sustainable Energy, 12, 117–139. https://doi.org/10.1007/s40243-023-00234-7
• Cao, L. (2023) 'How Rammed Earth Walls Are Built', ArchDaily, 26 December. Available at: https://www.archdaily.com/933353/how-rammed-earth-walls-are built.
• Costi, G., Minosi, D., Rossi, L., & Vignali, A. (2017). Hemp-based insulation materials for buildings: Thermal performance analysis and environmental impact. Procedia Engineering, 180, 1130–1139. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.04.282
• Çavuş, M., Dayı, M., Aruntaş, H.Y. & Ulusu, H. (2015) ‘Sürdürülebilir bir yapı malzemesi olarak kerpiç’, Proceedings of the 2nd International Sustainable Buildings Symposium (ISBS), Ankara, 28–30 Mayıs 2015, ss. 184–192.
• Çüçen, A., & Solak, A. (2023). Sürdürülebilir yapı malzemeleri üzerine bir araştırma. Teknik Bilimler Dergisi, 13(1), 1–8. https://doi.org/10.35354/tbed.1214469
• Dams, B., Maskell, D., Shea, A., Allen, S., Driesser, M., Kretschmann, T., Walker, P. & Emmitt, S. (2021) ‘A circular construction evaluation framework to promote designing for disassembly and adaptability’, Journal of Cleaner Production, 316, 128122. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.128122.
• Daza-Badilla, L., Gómez, R., Díaz-Noriega, R., Avudaiappan, S., Skrzypkowski, K., Saavedra-Flores, E.I. & Korzeniowski, W. (2024) ‘Thermal Conductivity in Concrete Samples with Natural and Synthetic Fibers’, Materials, 17, 817. https://doi.org/10.3390/ma17040817.
• De Luca, P., Carbone, I. and Nagy, J. B. (2017) 'Green Building Materials: A Review of State of the Art Studies of Innovative Materials', Journal of Green Building, Vol. 12(4), pp. 141–156.
• Demirel, C. and Şimşek, O. (2014) ‘C30 Sınıfı Atık Betonun Geri Dönüşüm Agregası Olarak Beton Üretiminde Kullanılabilirliği’, Selcuk University Journal 99 of Engineering Science and Technology, Vol. 2(2). Available at: Selcuk University. DOI: 10.15317/Scitech.201426892.
• Demirtaş, M.E. & Gülten, A. (2025) ‘Evaluation of the energy performance of adobe structures constructed using modern techniques for a sustainable future: The case of Elazığ’, International Journal of Innovative Engineering Applications, 9(1), 47–58. https://doi.org/10.46460/ijiea.1583130.
• Di Capua, S.E., Paolotti, L., Moretti, E., Rocchi, L. & Boggia, A. (2021). Evaluation of the Environmental Sustainability of Hemp as a Building Material, through Life Cycle Assessment. Environmental and Climate Technologies, 25(1), 1215–1228. https://doi.org/10.2478/rtuect-2021-0092
• Doğan, G. (2020). Bina tasarımında karar desteği olarak sürdürülebilirlik değerlendirme araçları. GSI Journals Serie C: Advancements in Information Sciences and Technologies (AIST), 3(1), 66–91.
• Farouq, M.M., Mirzaei, P.A., Jimenez-Bescos, C. & Riffat, S. (2024) ‘Experimental and numerical study on the thermal performance of earthbag-wall units incorporated with phase change materials’, Journal of Building Engineering, 90, 109306. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2024.109306.
• Fensterseifer, P., Gabriel, E., Tassi, R., Allasia Piccilli, D.G. & Minetto, B. (2022) ‘A year-assessment of the suitability of a green façade to improve thermal performance of an affordable housing’, Ecological Engineering, 185, 106810. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2022.106810
• Fiedler, T. & Pedersen, J. (2025). Evaluating the Thermal Conductivity of Hemp-Based Insulation. Materials, 18, 1723. https://doi.org/10.3390/ma18081723
• Florescu, E.R. & Bica, S.M. (2019) ‘Thermal properties of an adobe brick wall: Adapting traditional techniques to contemporary living standards’, Proceedings of SOCIOINT 2019 – 6th International Conference on Education, Social Sciences and Humanities, 24–26 June, Istanbul, 1148–1156.
• GIZ (2021) Climate and employment impacts of sustainable building materials in the context of development cooperation. Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH, Bonn and Eschborn. Available at: https://www.giz.de/en
• Görhan, G. & Kürklü, G. (2018) ‘The Investigation of Heat Performance and Thermal Conductivity of Different Wall Materials at High Temperatures’, Süleyman Demirel University Journal of Natural and Applied Sciences, 22(2), 536–544. https://doi.org/10.19113/sdufbed.99438.
• GreenSpec (t.y.) ‘Rammed earth’ [Çevrimiçi sayfadan görsel]. Erişim tarihi: 13 Eylül 2025. Mevcut: https://www.greenspec.co.uk/building-design/rammed-earth/
• Imani, N. & Vale, B. (2020) ‘A framework for finding inspiration in nature: Biomimetic energy efficient building design’, Energy and Buildings, 225, 110296. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2020.110296.
• Jové-Sandoval, F., García-Baños, E.M. & Barbero-Barrera, M.M. (2024) ‘Characterisation and thermal improvement of adobe walls from earth-straw lightweight panels’, MRS Advances, 9, 71–77. https://doi.org/10.1557/s43580-023-00630-1.
• Kadıroğlu, İ., Öz, E., Tezcan, O. and Kuru, E. (2017) 'Geri Dönüşümlü Agreganın Beton Üretiminde Kullanılabilirliği', Türkiye Hazır Beton Birliği Kongresi, Vol. 86, pp. 93–104. Available at: https://www.betondergisi.com.tr.
• Kafesçioğlu, R., Toydemir, N., Gürdal, E. and Özüer, B. (1980) Yapı malzemesi olarak kerpicin alçı ile stabilizasyonu: TUBİTAK MAG-505 araştırma projesi kesin raporu. Ankara: TÜBİTAK.
• Kafescioğlu, R., Toydemir, N., Gürdal, E. & Özüer, B. (1980) Yapı malzemesi olarak kerpicin alçı ile stabilizasyonu. TÜBİTAK MAG-505 Projesi Sonuç Raporu, İstanbul
• Kalkan, S. & Engin, N. (2024) ‘Geleneksel kerpicin katkı maddeleri ile özelliklerinin iyileştirilmesi üzerine bir inceleme’, Uluslararası Mühendislik Araştırma ve Geliştirme Dergisi (UMAGD), 16(2), 721–734. https://doi.org/10.29137/umagd.1452808.
• Karşin, N. (2022). Kenevirin yapı malzemesi olarak beton üzerindeki etkilerinin araştırılması (Yüksek Lisans Tezi). Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği ABD, Van
• Kaya, A., & Çelik, M. (2023). TS 825 kapsamında farklı duvar tiplerinin ısıl etkinlikleri üzerine karşılaştırmalı bir çalışma. Türk Bilimsel Enerji Dergisi, 15(2), 45–57. https://doi.org/10.35354/tbed.1214469
• Kılınçarslan, Ş., Şimşek, Y., Uygun, E., Akoğlu, M., Cesur, B., Tufan, M. Z., & Turan, U. (2019). Sürdürülebilir yapı malzemeleri açısından bina sertifikasyon sistemlerinin incelenmesi. Uluslararası Sürdürülebilir Mühendislik ve Teknoloji Dergisi / International Journal of Sustainable Engineering and Technology, 3(1), 1–14.
• Langmaack, H., Scheibstock, P., Schmuck, S. & Kraubitz, T. (2021) Climate and employment impacts of sustainable building materials in the context of development cooperation: Technical Report. Bonn/Eschborn: GIZ (Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit).
• Li, X., Wang, Y., Wang, Z., & Zhang, J. (2023). Thermal conductivity and mechanical properties of hemp concrete. Construction and Building Materials, 367, 130215. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.130215
• Maniatidis, V. & Walker, P. (2003) A Review of Rammed Earth Construction for DTi Partners in Innovation Project ‘Developing Rammed Earth for UK Housing’. Bath: University of Bath, Natural Building Technology Group
• Özgünler, S. A., & Gürdal, E. (2012). Dünden bugüne toprak yapı malzemesi: Kerpiç. Restorasyon ve Konservasyon Çalışmaları Dergisi, (9), 29–37.
• Parra-Saldivar, M.L. & Batty, W. (2006) ‘Thermal behaviour of adobe constructions’, Building and Environment, 41, 1892–1904. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2005.07.021.
• Pınarcı, İ. (2023) ‘Sürdürülebilirlik çerçevesinde yeşil betona bakış üzerine bir araştırma’. İçinde: Kaygusuz, K. (ed.) 21. Yüzyılda Mühendislikte Çağdaş Araştırma Uygulamaları Üzerine Disiplinler Arası Çalışmalar–I. Özgür Yayınları. DOI: 10.58830/ozgur.pub60.c266.
• Pujadas-Gispert, E., Alsailani, M., van Dijk, K.C.A., Rozema, A.D.K., ten Hoope, J.P., Korevaar, C.C. & Moonen, S.P.G. (2020) ‘Design, construction, and thermal performance evaluation of an innovative bio-based ventilated façade’, Frontiers of Architectural Research, 9, 681–696. https://doi.org/10.1016/j.foar.2020.02.003.
• Ragheb, A., Elshimy, H. G. and Ragheb, G. (2016) 'Green Architecture: A Concept of Sustainability', Procedia - Social and Behavioral Sciences. https://www.researchgate.net/publication/291419457_Green_Architecture_A_Concept_of_Sustainability.
• Rico-García, E. et al. (2010) ‘Adobe as a Sustainable Material: A Thermal Performance’, Journal of Applied Sciences, 10, 2211–2216. https://doi.org/10.3923/jas.2010.2211.2216.
• Rincón, L., Carrobé, A., Medrano, M., Solé, C., Castell, A. and Martorell, I. (2020) ‘Analysis of the thermal behavior of an earthbag building in Mediterranean continental climate: Monitoring and simulation’, Energies, Vol. 13(162), pp. 1 20. Available at: https://doi.org/10.3390/en13010162.
• Samadianfard, A., & Toufigh, V. (2020). Thermal conductivity of sustainable building materials. Cement and Concrete Research, 130, 106006. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2020.106006
• Schires, M. (2021) 'Hempcrete: Bitki Bazlı Yapı Malzemeleriyle Bütünsel Sürdürülebilirlik Yaratmak', ArchDaily. Available at: https://www.archdaily.com/955176/hempcrete-creating-holistic-sustainability with-plant-based-building-materials.
• Shang, Y. & Tariku, F. (2021). Hempcrete building performance in mild and cold climates: Integrated analysis of carbon footprint, energy, and indoor thermal and moisture buffering. Building and Environment, 206, 108377.
• Soudani, L., Wołoszyn, M., Fabbri, A., Morel, J.-C. & Grillet, A.-C. (2017) ‘Energy evaluation of rammed earth walls using long term in-situ measurements’, Solar Energy, 141, 70–80. https://doi.org/10.1016/j.solener.2016.11.002.
• Şahin, Y. S. (2023) ‘Geleneksel Beton Yerine Kenevir Betonu Kullanılmasının Duvardan Isı Kaybına Etkisinin Sayısal Olarak İncelenmesi’, International Journal of Advanced Natural Sciences and Engineering Researches, Vol. 7(11), pp. 49–53. Available at: https://alls-academy.com/index.php/ijanser.
• Taylor, P. & Luther, M.B. (2004) ‘Evaluating rammed earth walls: a case study’, Solar Energy, 76, 79–84. https://doi.org/10.1016/j.solener.2003.08.026.
• Toufigh, V. & Samadianfard, S. (2022) ‘Experimental and numerical investigation of thermal enhancement methods on rammed-earth materials’, Solar Energy, 244, 474–483. https://doi.org/10.1016/j.solener.2022.08.049.
• Tufan, M. Z. and Özel, C. (2018) 'Sürdürülebilirlik Kavramı ve Yapı Malzemeleri İçin Sürdürülebilirlik Kriterleri', Uluslararası Sürdürülebilir Mühendislik ve Teknoloji Dergisi, Vol. 1(2), pp. 9–13. Available at: https://example-link-to journal.com.
• Van Damme, H., & Houben, H. (2017). Earth concrete. Stabilization revisited. Cement and Concrete Research, 114, 90–102. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2017.02.035
• Walker, R., & Pavia, T. (2022). Thermal performance of lime-hemp concrete. Journal of Building Engineering, 54, 104650. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.104650
• Wesonga, R., Kasedde, H., Kibwami, N. & Manga, M. (2023) ‘A comparative analysis of thermal performance, annual energy use, and life cycle costs of low-cost houses made with mud bricks and earthbag wall systems in Sub-Saharan Africa’, Energy and Built Environment, 4, 13–24. https://doi.org/10.1016/j.enbenv.2021.06.001.
• Yalçın, Ç., Kavut, İ. E., & Bingöl, K. (2022). Kerpiç malzemenin Anadolu’da geleneksel yapılarda kullanımı. 8genART, 2(1). https://doi.org/10.534
• Yüksek, İ., & Sıvacılar, S. (2017). Türkiye şartlarında TS 825 kapsamında farklı duvar tiplerinin ısıl etkinlikleri üzerine karşılaştırmalı bir çalışma. Politeknik Dergisi, 20(2), 291–302. https://doi.org/10.2339/politeknik.350938