Determination and economic analysis of the optimum insulation thickness of building walls, considering annual CO2 emission

Abstract

Binalarda kullanılan enerji tüketiminin yaklaşık olarak %70-80'i ısıtma, soğutma ve sıcak su üretimi amaçlıdır. Binalarda enerji tasarrufu için alınabilecek başlıca önlemlerden birisi ısı yalıtımıdır. Bu çalışmada Denizli ili için kış aylarında binaların ısıtılması ve yaz aylarında soğutulmasında enerji tasarrufu için farklı yakıt türlerinde optimum izolasyon kalınlıkları arasındaki en ekonomik kombinasyonun belirlenmesinde farklı izolasyon malzemeleri ve CO2 emisyonları dikkate alınarak karşılaştırmalı bir çalışma sunulmuştur. Bu amaçla derece-saat yöntemi ve ömür maliyet analizi kullanılmıştır. Hesaplamalar dört farklı yalıtım malzemesi ve iki farklı yakıt için yapılmıştır. Çalışmada maliyeti minimum yapan optimum izolasyon kalınlığı, Denizli ili için kış aylarında ısıtma için 0.012-0.031 m, yaz aylarında soğutma için ise 0.009-0.022 m arasında değişmektedir. CO2 emisyonu, artan yalıtım kalınlığı ile logaritmik olarak düşmektedir. Belirlenen koşullar için enerji tasarrufunda %22-24'lük farkla izolasyon malzemesi olarak camyünü uygunken, CO2 emisyonu azlığı bakımından %10-34'lük farkla poliüretan daha uygundur. Enerji tasarrufu dikkate alındığında kömür doğalgaza göre yaklaşık %9-11 arasında daha ekonomiktir. Çevre etkisi açısından ise doğalgaz, kömür ile ısıtmaya göre, %37-40 oranında CO2 emisyonu azlığı ile tercih edilebilir. Denizli ilinde CO2 emisyonu için en düşük değerler, poliüretan yalıtım malzemesi ile kaplı, ısıtma kaynağı olarak doğalgaz kullanılan binada elde edilmektedir. Approximately 70-80% of the buildings' energy consumption is for heating, cooling, and hot water production. One of the main measures that can be taken to save energy in buildings is thermal insulation. In this study, a comparative study is presented by considering different insulation materials and CO2 emissions to determine the most economical combination between the optimum insulation thicknesses of different fuel types for heating and cooling of buildings in the Denizli province. For this purpose, a degree-hour method and life cost analysis is used. Calculations are made for four different insulating materials and two different fuels. The optimum insulation thickness, which minimizes the study's cost, varied between 0.012-0.031 m for heating in winter and 0.009-0.022 m for cooling in summer. CO2 emissions are decreasing logarithmically with increasing insulation thickness. Under specified conditions, glass wool is more suitable with a 22-24% difference in energy saving; polyurethane is more suitable with a 10-34% difference in terms of low CO2 emissions. While considering energy saving, coal is more economical between 9-11% compared to natural gas. Natural gas could be preferred with 37-40% CO2 emission reduction compared to heating with coal in terms of environmental impact. The lowest values for CO2 emission in the Denizli province are obtained in the building covered with polyurethane insulation material.

Optimisation on the thermal insulation layer thickness in buildings with environmental analysis: an updated comprehensive study for Turkey’s all provinces

“…A significant number of studies are done with just one city regardless of the climatic region in Turkey. For example, in Malatya [10], Denizli [15,18,22], Erzurum [17], İstanbul [20], Bilecik [23], Bursa [24], İzmir and Ankara [25], Diyarbakır [26]. Moreover, some studies are carried out by selecting only one [27][28][29][30][31][32][33][34][35][36] or more [11][12][13][37][38][39] cities from each climatic zone; furthermore, by merely opting for cold towns [9,14] in Turkey.…”

“…Şahin et al [22] presented a comparative study, taking into account the different insulation materials and CO 2 emissions, in determining the most economical combination between the optimum insulation thicknesses in different fuel types for the city of Denizli in Turkey. They observed that the optimum insulation thickness, which makes the cost minimum, varies between 0.012 and 0.031 m for heating in the winter months and 0.009-0.022 m for cooling in the summer months.…”