Identifying the Proper Combination of Conventional Construction Materials in Cyprus, to Minimize the Annual Energy Demand of Residences

Abstract

This study investigates energy efficiency optimization in residential buildings in Cyprus by the integration of Building Information Modelling (BIM) energy performance simulation and energy life cycle analysis. With buildings accounting for nearly 36 % of global final energy use and 39 % of energy related carbon dioxide emissions the research addresses, critical need for sustainable construction practices in the Mediterranean region, where Cyprus experiences over 21,000 cooling degree hours per year. The research evaluates 120 combinations of building envelope materials and eight insulation materials by using both Autodesk Revit for BIM modelling and Autodesk Ecotect for energy performance simulation. The study also develops novel computational framework for embodied energy assessment by incorporating material transportation, and construction energy considerations. Results reveal that the optimal building envelope configuration, including specific combinations of floor roof and wall types achieves 32% reduction in energy load compared to the median scenario and a 59 % reduction compared to the least efficient combination, in the operational phase of the construction. The study finds that high density rock wool insulation requiring only 1.6 cm thickness turns out to be most efficient insulation material. The study provides valuable insights for building design practices energy retrofit strategies and policy development in Cyprus and similar Mediterranean climates while identifying key areas for future research including the integration of embodied energy assessments and consideration of climate change impacts. Finally, a computer software is developed which considers the carbon footprint of a potential building not only in the operational phase of the project, but also the construction phase of the project, providing the opportunity to pick the most environmentally sustainable scenario among all potential scenarios at the briefing stage of the project. Keywords: Sustainability, BIM, Embodied Energy, Energy Efficient ConstructionBu çalışma, Kıbrıs’taki konut binalarında enerji verimliliğini artırmayı amaçlamakta olup, Yapı Bilgi Modellemesi (BIM) tabanlı enerji performansı simülasyonu ile enerji yaşam döngüsü analizinin entegrasyonunu incelemektedir. Binalar, küresel nihai enerji tüketiminin yaklaşık %36’sını ve enerjiyle ilişkili karbondioksit emisyonlarının %39’unu oluşturduğundan, bu araştırma sürdürülebilir inşaat uygulamaları açısından kritik bir ihtiyaca karşılık gelmektedir. Özellikle yılda 21.000’in üzerinde soğutma derece-saatine sahip Kıbrıs gibi Akdeniz bölgelerinde, bu ihtiyaç daha da önem kazanmaktadır. Araştırma, BIM modellemesi için Autodesk Revit ve enerji performansı simülasyonu için Autodesk Ecotect kullanarak, 120 farklı bina kabuğu malzemesi kombinasyonu ile sekiz yalıtım malzemesini değerlendirmektedir. Ayrıca çalışma, malzeme taşımacılığı ve inşaat enerjisi gibi unsurları da dikkate alan yenilikçi bir hesaplama çerçevesi geliştirerek gömülü enerji değerlendirmesi yapmaktadır. Sonuçlar, belirli zemin, çatı ve duvar türlerinin kombinasyonlarını içeren en uygun bina kabuğu yapılandırmasının, yapının işletme aşamasında enerji yükünü ortalama senaryoya kıyasla %32, en verimsiz kombinasyona göre ise %59 oranında azalttığını göstermektedir. Çalışma ayrıca, yalnızca 1,6 cm kalınlık gerektiren yüksek yoğunluklu taş yünü yalıtım malzemesinin en verimli yalıtım malzemesi olduğunu ortaya koymaktadır. Çalışma, Kıbrıs ve benzer Akdeniz iklimlerine sahip bölgelerdeki bina tasarımı uygulamaları, enerji iyileştirme stratejileri ve politika geliştirme süreçleri için değerli bilgiler sunmaktadır. Ayrıca, gömülü enerji değerlendirmelerinin entegrasyonu ve iklim değişikliğinin etkilerinin dikkate alınması gibi gelecekteki araştırmalar için önemli alanlar belirlemektedir. Son olarak, yalnızca projenin işletme aşamasında değil, aynı zamanda inşaat aşamasında da potansiyel bir binanın karbon ayak izini dikkate alan bir bilgisayar yazılımı geliştirilmiştir. Bu yazılım, proje henüz planlama aşamasındayken tüm olası senaryolar arasından çevresel açıdan en sürdürülebilir olanını seçme imkânı sunmaktadır. Anahtar Kelimeler: Sürdürülebilirlik, BIM, Gömülü Enerji, Enerji Verimli Inşaat