Calculation of fuel consumption and emissions in buildings based on external walls and windows using economic optimization

Abstract

In this study, emissions and fuel consumption calculations are made based on external walls and windows by using economic optimization in the buildings of Aydin, Amasya, Eskisehir and Ardahan located in four different climatic zones according to TS 825. First, the optimal wall thickness of external walls are calculated using different wall materials for each city. Then, the optimum thickness for external walls are found using insulating materials like extruded polystyrene (XPS), expanded polystyrene (EPS), glass wool and rock wool. Finally, the optimal number of glasses is determined for four different cities. Calculations are performed using life cycle cost analysis and degree-day method. Additionally, emission amounts are calculated using combustion equation for optimum values obtained. Natural gas, coal and fuel oil are used as fuel. Consequently, optimum wall material thickness is calculated considering the thickest perforated and the thinnest aerated concrete for all cities. Optimum insulation thickness is also found for the thickest glass wool and the thinnest extruded polystyrene (XPS), Depending on fuel type, the optimal number of glasses is proposed as 2-3 for Aydin existing in warm climate zone and 4 for Ardahan located in cold climate zone.

Çalışmada, Türk standardı TS 825’e göre dört farklı iklim bölgesinde yer alan Aydın, Amasya, Eskişehir ve Ardahan şehirlerindeki binalar için dış duvarlar ve pencerelere bağlı ekonomik optimizasyon kullanılarak yakıt tüketimi ve emisyon hesapları yapılmıştır. İlk olarak her şehir için farklı duvar malzemeleri kullanılarak optimum dış duvar kalınlıkları hesaplanmıştır. Daha sonra ekstrüde polistiren (XPS), ekpande polistiren (EPS), cam yünü ve taş yünü yalıtım malzemeleri kullanılarak dış duvarlar için optimum yalıtım kalınlıkları bulunmuştur. Son olarak dört farklı şehir için optimum cam sayısı tespit edilmiştir. Hesaplamalar ömür maliyet analizi ve derecede-gün metodu kullanılarak yapılmıştır. Ek olarak bulunan bu optimum değerler için yanma denklemleri kullanılarak emisyon miktarları hesaplanmıştır. Yakıt olarak doğal gaz, kömür ve fuel-oil kullanılmıştır. Sonuçta tüm şehirler için optimum duvar malzemesi kalınlığı, en yüksek delikli tuğla ve en düşük gaz beton malzemede hesaplanmıştır. Optimum yalıtım kalınlığı ise en yüksek cam yünü ve en düşük ekstrüde polistiren yalıtım malzemesi için elde edilmiştir. Yakıt türüne bağlı olarak, sıcak iklim bölgesindeki Aydın için optimum cam sayısı 2-3, soğuk iklimdeki Ardahan için ise optimum cam sayısı 4 olarak önerilmiştir.