Carbon footprint analysis and climate normalization based on energysources at the residential scale

Öz

Context—The residential sector accounts for a significant share of global energy consumption and greenhouse gas emissions. Although energy consumption based on electricity, water, and natural gas used in residential buildings is among the key determinants of carbon footprint formation, many carbon footprint studies conducted at the residential scale focus on total annual emissions. This situation highlights the need for climate-normalized, comparable carbon footprint indicators.

Objective—This study aims to conduct a carbon footprint analysis by energy source at the residential scale and to evaluate inter-annual emission changes more accurately using a climate-normalization approach.

Method—Carbon footprints were calculated using the IPCC Tier 1 and DEFRA methods, based on electricity, water, and natural gas consumption data for two residential properties for the years 2024–2025. Climate normalization was applied by dividing electricity consumption by SGD values and natural gas consumption by IGD values. The carbon footprint results for Residential Building 1 and Residential Building 2 for the years 2024 and 2025 are presented alongside climate-normalized indicators and total values calculated using different methodologies (DEFRA–IPCC Tier 1). The graphs on the left show carbon footprint trends obtained by normalizing electricity consumption based on cooling degree-days (CDD) and natural gas consumption based on heating degree-days (HDD). The decrease in the climate-normalized carbon footprint values for both homes in 2025 indicates a reduction in energy consumption per unit of climate load and an improvement in energy efficiency. The graphs on the right, meanwhile, show a comparison of the DEFRA and IPCC Tier 1 methodologies used in total carbon footprint calculations. In both homes, the values obtained using the DEFRA approach are systematically higher than the IPCC Tier 1 results. Overall, the graphical summary demonstrates that climate normalization plays a critical role in revealing actual performance when assessing the carbon footprint at the residential scale, and that the choice of methodology has a limited yet systematic effect on the results.

Results—It has been determined that the total carbon footprint calculated for 2025 has decreased and that this reduction is maintained even after climate normalization. The decrease is primarily attributed to a decline in natural gas consumption. Although different methodologies yield different absolute values, the trends remain consistent.

Conclusion— This study demonstrates that climate normalization is a critical complementary tool for assessing the carbon footprint at the residential level. This approach enables a more accurate interpretation of emissions and highlights the need for reduction strategies to focus specifically on energy consumption from heating.

Anahtar Kelimeler

• Carbon footprint
• Residential scale
• Energy sources
• Climate normalization
• Heating and cooling degree days
• Energy consumption

Konut ölçeğinde enerji kaynaklarına göre karbon ayak izi analizi ve iklim normalizasyonu

Öz

Arka Plan—Konut sektörü, enerji tüketimi ve sera gazı emisyonları açısından küresel ölçekte önemli bir paya sahiptir. Özellikle konutlarda kullanılan elektrik, su ve doğalgaza dayalı enerji tüketimi, karbon ayak izi oluşumunun temel belirleyicileri arasında bulunmasına rağmen konut ölçeğinde gerçekleştirilen birçok karbon ayak izi çalışmasında, yıllık toplam emisyon değerlerine odaklanılmaktadır. Bu durum, iklim etkisinden arındırılmış, karşılaştırılabilir karbon ayak izi göstergelerine olan ihtiyacı ortaya koymaktadır.

Amaç—Bu çalışma, konut ölçeğinde enerji kaynaklarına göre karbon ayak izi analizi gerçekleştirilmesi ve iklim normalizasyonu yaklaşımı kullanılarak yıllar arası emisyon değişimlerini daha sağlıklı biçimde değerlendirmeyi hedeflemektedir.

Yöntem—2024–2025 yıllarına ait iki konutun elektrik, su ve doğalgaz tüketim verileri kullanılarak IPCC Tier 1 ve DEFRA yöntemleriyle karbon ayak izi hesaplanmıştır. Elektrik tüketimi SGD, doğalgaz tüketimi IGD değerlerine bölünerek iklim normalizasyonu uygulanmıştır. Konut 1 ve Konut 2 için 2024 ve 2025 yıllarına ait karbon ayak izi sonuçlarını, iklim normalize edilmiş göstergeler ve farklı metodolojilere (DEFRA–IPCC Tier 1) göre hesaplanan toplam değerler birlikte sunmaktadır. Sol tarafta yer alan grafikler, elektrik tüketiminin soğutma gün-dereceleri (SGD) ve doğalgaz tüketiminin ısıtma gün-dereceleri (IGD) dikkate alınarak normalize edilmesiyle elde edilen karbon ayak izi eğilimlerini göstermektedir. 2025 yılında her iki konutun da iklim normalize edilmiş karbon ayak izi değerlerinin azalması, birim iklim yükü başına düşen enerji tüketiminin azaldığını ve enerji kullanım verimliliğinde iyileşme sağlandığını göstermektedir. Sağ tarafta yer alan grafiklerde ise toplam karbon ayak izi hesaplamalarında kullanılan DEFRA ve IPCC Tier 1 metodolojilerinin karşılaştırmasını göstermektedir. Her iki konutta da DEFRA yaklaşımı ile elde edilen değerlerin IPCC Tier 1 sonuçlarına göre sistematik olarak daha yüksek olduğu görülmektedir. Genel olarak grafiksel özet, karbon ayak izinin konut ölçeğinde değerlendirmesinde iklim normalizasyonunun gerçek performansı ortaya koymada kritik bir rol oynadığını ve metodoloji seçiminin sonuçlar üzerinde sınırlı ancak sistematik bir etkisi olduğunu ortaya koymaktadır.

Bulgular—2025 yılında hesaplanan toplam karbon ayak izinin azaldığı ve bu azalımın iklim normalizasyonu sonrasında da korunduğu belirlenmiştir. Azalışın temel olarak doğalgaz tüketimindeki düşüşten kaynaklandığı görülmüştür. Farklı metodolojiler farklı mutlak değerler üretse de eğilimler tutarlıdır.

Sonuç—Bu çalışma konut ölçeğinde karbon ayak izinin değerlendirilmesinde iklim normalizasyonunun kritik bir tamamlayıcı araç olduğunu ortaya çıkarmaktadır. Bu yaklaşım, emisyonların daha doğru yorumlanmasını sağlamakta ve azaltım stratejilerinin özellikle ısıtma kaynaklı enerji tüketimine odaklanması gerektiğini göstermektedir.

Anahtar Kelimeler

• Karbon ayak izi
• Konut ölçeği
• Enerji kaynakları
• İklim normalizasyonu
• Isıtma ve soğutma gün-dereceleri
• Enerji tüketimi

Kaynakça

1. A. C. Gök Kısa, “TR83 bölgesinde yenilenebilir enerji kaynaklarının CRITIC tabanlı gri ilişkisel analiz yaklaşımı ile değerlendirilmesi”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 27(4), 542–548, 2021. https://doi.org/10.5505/pajes.2021.99389.
2. International Energy Agency, “World Energy Outlook 2025”, https: //ww.iea.org/reports/world-energy-outlook-2025 (20.04.2026).
3. J. R. San Cristóbal, “Multi-criteria decision-making in the selection of a renewable energy project in Spain: The Vikor method”, Renewable Energy, 36(2), 498–502, 2011. https://doi.org/10.1016/j.renene.2010.07.031.
4. L. F. Cabeza, Q. Bai, P. Bertoldi, J. M. Kihila, A. F. P. Lucena, É. Mata, S. Mirasgedis, A. Novikova, Y. Saheb, “Buildings”, Climate Change 2022 - Mitigation of Climate Change: Working Group III Contribution to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, P. R. Shukla, J. Skea, R. Slade, A. Al Khourdajie, R. van Diemen, D. McCollum, M. Pathak, S. Some, P. Vyas, R. Fradera, M. Belkacemi, A. Hasija, G. Lisboa, S. Luz, J. Malley, Eds., Cambridge, UK and New York, NY, USA: Cambridge University Press, 2023, chapter 9, 953–1048, https://doi.org/10.1017/9781009157926.011.
5. OECD, OECD Regions and Cities at a Glance 2024, Paris: OECD Publishing, 2024, https://doi.org/10.1787/f42db3bf-en.
6. IEA, “CO2 Emissions in 2022”, Paris, https://www.iea.org/reports/co2-emissions-in-2022 (20.04.2026)
7. K. Karanasios, “Sustainable facilities management: a sociotechnical system perspective and a review of the literature”, Journal of Facilities Management, 24(1), 21–61, 2026. https://doi.org/10.1108/JFM-04-2024-0046.
8. N. I. Ibrahim, C. Vering, N. Giannetti, M. Kim, S. Sholahudin, T. Storek, D. Müller, K. Saito, “State-of-the-art of the digital twin concept in HVAC+R systems for thermal management of buildings”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 229, 116601, 2026. https:// doi.org/10.1016/j.rser.2025.116601.

9. United Nations Environment Programme, “Global Status Report for Buildings and Construction: Beyond foundations - Mainstreaming sustainable solutions to cut emissions from the buildings sector”, Nairobi, 2024. https://doi.org/10.59117/20.500.11822/45095.
10. J. Y. Teng, H. Yin, “Forecasting the carbon footprint of civil buildings under different floor area growth trends and varying energy supply methods”, Scientific Reports, 13(1), 21978, 2023. https://doi.org/10.1038/s41598-023-49270-3.
11. A. Atmaca, N. Atmaca, “Carbon footprint assessment of residential buildings, a review and a case study in Turkey”, Journal of Cleaner Production, 340, 130691, 2022. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.130691.
12. Y. Sun, “The impact of green buildings on CO2 emissions: Evidence from commercial and residential buildings”, Journal of Cleaner Production, 469, 143168, 2024. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.143168.
13. P. J. Zarco-Periñán, F. J. Zarco-Soto, I. M. Zarco-Soto, J. L. Martínez-Ramos, R. Sánchez-Durán, “CO2 Emissions in Buildings: A Synopsis of Current Studies”, Energies, 15(18), 6635, 2022. https://doi.org/10.3390/en15186635.
14. S. Dhakal, J. C. Minx, F. L. Toth, A. Abdel-Aziz, M. J. Figueroa Meza, K. Hubacek, I. G. C. Jonckheere, Y. -G. Kim, G. F. Nemet, S. Pachauri, X. C. Tan, T. Wiedmann, “Emissions Trends and Drivers”, Climate Change 2022: Mitigation of Climate Change: Working Group III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, P. R. Shukla, J. Skea, R. Slade, A. Al Khourdajie, R. van Diemen, D. McCollum, M. Pathak, S. Some, P. Vyas, R. Fradera, M. Belkacemi, A. Hasija, G. Lisboa, S. Luz, J. Malley, Eds., Cambridge, UK and New York, NY, USA: Cambridge University Press, 2023, chapter 2, 215–294, https://doi.org/10.1017/9781009157926.004.
15. G. Baiocchi, J. C. Minx, “Understanding Changes in the UK’s CO2 Emissions: A Global Perspective”, Environmental Science & Technology, 44(4), 1177–1184, 2010. https://doi.org.10.1021/es902662h.
16. Department for Energy Security and Net Zero, “Government greenhouse gas conversion factors for company reporting: Methodology paper for conversion factors final report”, 2023. https://assets.publishing.service.gov.uk/media/647f50dd103ca60013039a8a/2023-ghg-cf-methodology-paper.pdf (20.04.2026)
17. C. Jones, D. M. Kammen, “Spatial Distribution of U.S. Household Carbon Footprints Reveals Suburbanization Undermines Greenhouse Gas Benefits of Urban Population Density”, Environmental Science & Technology, 48(2), 895-902, 2014. https://doi.org/10.1021/es4034364.
18. E. Hünerli, G. K. Dolgun, T. Ural, H. Güllüce, D. Karabacak, “Calculation of Muğla Sıtkı Koçman University’s Carbon Footprint with IPCC Tier 1 Approach and DEFRA Method”, Kırklareli University Journal of Engineering and Science, 10(1), 1–28, 2024. https://doi.org/10.34186/klujes.1386656.
19. M. Kaya, “Energy Consumption Patterns and Residential Carbon Footprint in Turkey”, Journal of Environment, 5(1), 47–58, 2025. https://doi.org/10.47941/je.2520.
20. C. Yıldız, “Binalarda Enerji Verimliliğinde Son Gelişmeler: Türkiye Örneği”, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 12(1), 176–213, 2024. https://doi.org/10.29109/gujsc.1293759.
21. Meteoroloji Genel Müdürlüğü, “Isıtma ve Soğutma Gün Dereceleri”, https://mgm.gov.tr/veridegerlendirme/gun-derece.aspx?a=12&g=yillik&m=63-01&y=1996%E2%80%A62025, (26.02.2026)
22. B. K. Sovacool, C. Cooper, M. Bazilian, K. Johnson, D. Zoppo, S. Clarke, J. Eidsness, M. Crafton, T. Velumail, H. A. Raza, “What moves and works: Broadening the consideration of energy poverty”, Energy Policy, 42, 715–719, 2012. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2011. 12.007.
23. Ü. Aydın, “Sivas Cumhuriyet Üniversitesi karbon ayak izi envanterinin hesaplanması”, Yüksek Lisans Tezi, Sivas Cumhuriyet Fen Bilimleri Üniversitesi, Sivas, Türkiye, 2023.
24. S. Coşkun, N. Doğan, “Tekstil Endüstrisinde Karbon Ayak İzinin Belirlenmesi”, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 25(1), 28–35, 2021. https://doi.org/10.19113/sdufenbed.670336.
25. M. Santamouris, “Cooling the buildings – past, present and future”, Energy and Buildings, 128, 617–638, 2016. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.07.034.
26. Intergovernmental Panel on Climate Change, “IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories”, https://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2006gl/ (20.04.2026).
27. International Energy Agency, “Energy Efficiency 2023”, https://www.iea.org/reports/energy-efficiency-2023 (20.04.2026).
28. Intergovernmental Panel On Climate Change (IPCC), “Climate Change 2022 - Mitigation of Climate Change: Working Group III Contribution to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change”, Cambridge: Cambridge University Press, 2023. https://doi.org/10.1017/9781009157926.
29. D. Ürge-Vorsatz, R. Khosla, R. Bernhardt, Y. C. Chan, D. Vérez, S. Hu, L. F. Cabeza, “Advances Toward a Net-Zero Global Building Sector”, Annual Review of Environment and Resources, 45, 227–269, 2020. https://doi.org/10.1146/annurev-environ-012420-045843.