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

Öz

Context—The housing sector accounts for a significant share of global energy consumption and greenhouse gas emissions. In particular, energy consumption based on electricity, water, and natural gas used in housing is among the key determinants of carbon footprint formation. However, many carbon footprint studies conducted at the housing scale focus on annual total emission values; the impact of interannual variability in climate conditions on the results is not sufficiently taken into account. Comparisons made without considering climatic conditions, which directly affect heating and cooling needs, make it difficult to accurately interpret emission trends within a cause-and-effect relationship. This highlights the need for climate-adjusted, comparable carbon footprint indicators. Objective—This study aims to conduct a carbon footprint analysis based on energy sources at the residential scale and to evaluate inter-annual emission changes more accurately using a climate normalization approach. Within this scope, electricity, water, and natural gas consumption data for a residential building for the years 2024 and 2025 were examined; total carbon footprint results and climate-normalized indicators were analyzed together. The study aims to isolate the effect of climate conditions in carbon footprint calculations and reveal the actual emission trends associated with energy use. Method—Carbon footprint calculations based on annual electricity, water, and natural gas consumption were performed using IPCC Tier 1 and DEFRA emission factors. Climate normalization was applied by dividing electricity consumption by cooling degree days and natural gas consumption by heating degree days. The results obtained were evaluated comparatively in terms of total carbon footprint, climate-normalized carbon footprint, and energy source-based contributions. Results—The total carbon footprint calculated for 2025 shows a significant decrease compared to 2024. This decrease was maintained even after climate normalization; despite an increase in heating and cooling degree days, a decrease in carbon footprint values per unit of climate load was observed. Energy source-based analyses revealed that the decrease in the total carbon footprint was mainly due to improvements in natural gas consumption. Although the absolute values produced by the IPCC Tier 1 and DEFRA methodologies differ, the results are consistent in terms of interannual trends. Conclusion—This study reveals that climate normalization is a critical complementary tool in assessing the carbon footprint at the residential scale. The combined use of total and climate-normalized indicators enables a more accurate interpretation of emission trends and demonstrates that carbon reduction strategies in residential buildings should focus particularly on energy use for heating. Future studies should examine different climate zones and broader residential sample studies.

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 bakımından küresel ölçekte önemli bir paya sahiptir. Özellikle konutlarda kullanılan elektrik, su ve doğalgaza dayalı enerji tüketimi, karbon ayak izi oluşumunun temel belirleyicileri arasında bulunmaktadır. Ancak konut ölçeğinde gerçekleştirilen birçok karbon ayak izi çalışmasında, yıllık toplam emisyon değerlerine odaklanılmakta; iklim koşullarındaki yıllar arası değişkenliğin sonuçlar üzerindeki etkisi yeterince dikkate alınmamaktadır. Isıtma ve soğutma ihtiyaçlarını direkt olarak etkileyen iklim koşulları göz önüne alınmadan yapılan karşılaştırmalar, emisyon eğilimlerinin neden–sonuç ilişkisi içinde doğru biçimde yorumlanmasını güçleştirmektedir. Bu durum, iklim etkisinden arındırılmış, karşılaştırılabilir karbon ayak izi göstergelerine olan gereksinimi 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. Bu kapsamda, 2024 ve 2025 yıllarına ait bir konut için elektrik, su ve doğalgaz tüketim verileri ele alınmış; toplam karbon ayak izi sonuçları ile iklim normalize edilmiş göstergeler birlikte incelenmiştir. Çalışmada, karbon ayak izi hesaplamalarında iklim koşullarının etkisini ayrıştırarak enerji kullanımına bağlı gerçek emisyon eğilimlerini ortaya koymayı hedeflemektedir. Yöntem—Yıllık elektrik, su ve doğalgaz tüketimlerine dayalı karbon ayak izi hesaplamalarında IPCC Tier 1 ve DEFRA emisyon faktörleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elektrik tüketimi soğutma gün-derecelerine ve doğalgaz tüketimi ısıtma gün-derecelerine bölünerek iklim normalizasyonu uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlar, toplam karbon ayak izi, iklim normalize edilmiş karbon ayak izi ve enerji kaynağı bazlı katkılar üzerinden karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Bulgular—2025 yılında hesaplanan toplam karbon ayak izinin 2024 yılına göre belirgin bir azalma olduğunu göstermektedir. Bu azalış, iklim normalizasyonu sonrasında da korunmuş; ısıtma ve soğutma gün-derecelerinin artmasına karşın birim iklim yükü başına düşen karbon ayak izi değerlerinin azaldığı gözlenmiştir. Enerji kaynağı temelli analizler, toplam karbon ayak izindeki azalımın ağırlıklı olarak doğalgaz tüketimindeki iyileşmenin sebep olduğunu ortaya koymuştur. IPCC Tier 1 ve DEFRA metodolojilerinin ürettiği mutlak değerler farklı olsa da, yıllar arası eğilimler bakımından sonuçlar tutarlıdır. Sonuç—Bu çalışma konut ölçeğinde karbon ayak izinin değerlendirilmesinde iklim normalizasyonunun kritik bir tamamlayıcı araç olduğunu ortaya çıkarmaktadır. Toplam ve iklim normalize edilmiş göstergelerin birlikte kullanılması, emisyon eğilimlerinin daha doğru yorumlanmasına olanak sağlamakta ve konutlarda karbon azaltım stratejilerinin özellikle ısıtma kaynaklı enerji kullanımına odaklanılması gerektiğini göstermektedir. Gelecek çalışmalarda farklı iklim bölgelerinin ve daha geniş konut örneklem çalışmalarının incelenmesi önerilmektedir.

Anahtar Kelimeler

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

Kaynakça

1. [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. [2] International Energy Agency, “World Energy Outlook 2025”, https://ww.iea.org/reports/world-energy-outlook-2025 (20.04.2026).
3. [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. [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. [5] OECD, OECD Regions and Cities at a Glance 2024, Paris: OECD Publishing, 2024. https://doi.org/10.1787/f42db3bf-en.
6. [6] IEA, “CO2 Emissions in 2022”, Paris, https://www.iea.org/reports/co2-emissions-in-2022 (20.04.2026)
7. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [23] Ü. Aydın, “Sivas Cumhuriyet Üniversitesi karbon ayak izi envanterinin hesaplanması”, Yüksek Lisans Tezi, Sivas Cumhuriyet Fen Bilimleri Üniversitesi, Sivas, Türkiye, 2023.
24. [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. [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. [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. [27] International Energy Agency, “Energy Efficiency 2023”, https://www.iea.org/reports/energy-efficiency-2023 (20.04.2026).
28. [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/10.1017/978109157926.
29. [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.