Energy and environmental performance based decision support process for early design stage of residential buildings

Abstract

Deficiencies in systematic approaches for design decision support to increase energy and environmental performance of buildings in Turkey are projected as the major problem of this study. Rare usage of computational methods for evaluating and improving building performance, need for informational assistance in design, as well as lack of interaction between systematic knowledge and building practice are the secondary problems. This thesis mainly aims to test usability of the decision support process assisting architects in early design stages of residential buildings. Assessing the uncertainties in building performance caused by design parameters and climate change, in terms of determining the most significant parameters on annual energy consumption for heating, cooling and operational CO2 emissions in hot humid climatic region of Turkey is the significant objective of the study. The relation between input parameters and building performance indicators is examined by the uncertainty and global sensitivity analyses for a residential building in İzmir, Turkey. The process is supported by usability testing held with the architect in practice. The results indicate that, the sensitivity between input and output parameters changes according to the projected weather conditions and different floors of the building. The SHGC of windows on south-west, north-east facades, and window U values are the most effective parameters on energy and environmental performance. The proposed decision support process is approved to be applicable for early design stages of the selected building, and helps creating consciousness about the importance of systematic design decision approach for the building professional.Türkiye’deki binaların enerji ve çevresel performansını arttırmak için kullanılan tasarım karar desteğindeki sistematik yaklaşım eksiklikleri, bu çalışmanın ana konusu olarak ele alınmıştır. Bina performansının değerlendirilmesinde ve geliştirilmesinde sayısal yöntemlerin nadiren kullanımı, tasarımda bilgilendirme desteğine duyulan ihtiyaç ve sistematik bilgi birikimi ile yapı uygulamaları arasındaki bağlantının kurulamaması, ikincil sorunlar olarak görülmüştür. Bu tez esas olarak, erken tasarım aşamasındaki konut yapılarında mimarlara yardımcı olan karar destek sürecinin kullanılabilirliğini test etmeyi amaçlamaktadır. Türkiye’nin sıcak ve nemli iklim bölgesinde bulunan, erken tasarım aşamasındaki konut yapılarının yıllık ısıtma, soğutma tüketimi için harcanan enerji ve kullanıma ait karbondioksit salınımındaki en etkili parametrelerin belirlenmesi açısından tasarım parametreleri ve iklim değişikliğinin bina performansı üzerinde yol açtığı belirsizliklerin hesaplanması bu çalışmanın önemli bir hedefidir. Tezde, girdi değişkenleri ve bina performans göstergeleri arasındaki ilişki, İzmir, Türkiye’de bulunan bir konut yapısı için belirsizlik ve kapsamlı hassasiyet analizleri kullanılarak incelenmiştir. Bu süreç, piyasadaki bir mimar ile yapılan kullanılabilirlik testiyle de desteklenmiştir. Sonuçlar, girdi ve çıktı parametreleri arasındaki hassasiyetin, öngörülen iklim koşulları ve binadaki farklı kat seviyelerine göre değiştiğini göstermektedir. Güney-batı, kuzey-doğu cephelerindeki pencerelerin güneş ısısı kazanım katsayısı ve pencerelerin U değerlerinin, enerji ve çevresel performans üzerindeki en etkili parametreler olduğu ortaya çıkmıştır. Önerilen karar destek sürecinin, seçilen yapının erken tasarım aşamalarında uygulanabilir olduğu onaylanmış ve sistematik karar destek yaklaşımının önemi konusunda yapı uzmanı üzerinde bir farkındalık yaratmaya yardımcı olduğu gözlenmiştir.