Comparatic-ve energy performance assesment of hemp-clay as building block material

Abstract

Bio-based and earthen building materials have recently started to be used again in seeking sustainable materials to combat climate change. Hemp-based building materials stand out as energy-efficient materials due to their favorable thermal properties, although they still have unstandardized features that vary by location. This study aims to investigate the thermal properties and energy performance of hemp-clay building blocks which are produced with local hemp and clay in the western Aegean region of Turkey for today and the future, leading up the research on hemp-based building materials in the Mediterranean region. The methodology of the research consists of laboratory experiments on material and building energy simulations via DesignBuilder software. Building block samples were produced with 27 different hemp-clay mixtures and tested using a quick thermal conductivity meter. Subsequently, the thermal performance of selected hemp-clay block was compared with conventional wall infill materials such as hollow clay brick, autoclaved aerated concrete, and lightweight pumice block via simulations of the annual energy consumption of an existing residential building in Izmir. Simulation scenarios were generated keeping wall thickness and U-value as constant for the climate of 2020, 2050, and 2080. Hemp-clay building blocks reduced the heating and cooling demands of the case building by 21% and 14%, respectively in 2020. Their energy performance outperformed the other materials' performances even if the scenario walls have the same U-value as hemp-clay walls in today's and the future's climate conditions. Consequently, the hemp-clay building blocks are apparent as a promising material to be improved in Turkey.

İklim değişikliği ile mücadele için sürdürülebilir malzeme arayışında, bio-malzemeler ve toprak esaslı yapı malzemeleri son zamanlarda yeniden kullanılmaya başlanmıştır. Kenevir bazlı yapı malzemeleri, yere göre değişkenlik gösteren, standardize edilmemiş özelliklere sahip olsa da olumlu ısıl özellikleri nedeniyle enerji verimli yapı malzemeleri olarak öne çıkmaktadır. Bu çalışmanın asıl hedefi, Türkiye'nin batı Ege bölgesindeki yerel kenevir ve kil kullanılarak üretilen kenevir-kil bina bloklarının ısıl özellikleri ile günümüz ve gelecekteki enerji performansını araştırmak ve Akdeniz bölgesindeki kenevir-bazlı yapı malzemesi üzerine yapılacak araştırmaların önünü açmaktır. Araştırmanın metodolojisi, malzeme üzerine yürütülen laboratuvar çalışmaları ve DesignBuilder programı ile yapılan bina enerji simulasyonlarından oluşmaktadır. Bina blok numuneleri 27 farklı kenevir-kil karışımı ile üretilmiş ve ısıl geçirgenlik ölçüm cihazı ile test edilmiştir. Sonrasında seçilen kenevir-kil bloğun enerji performansı, İzmir'de mevcut bir konut yapısının yıllık enerji tüketimi simulasyonları üzerinden, delikli kil tuğla, gazbeton ve hafif ponza blok gibi konvansiyonel duvar dolgu malzemeleri ve kenevir-beton tuğla ile karşılaştırılmıştır. Simulasyon senaryoları duvar kalınlığının ve U değerinin sabit tutulması ile 2020, 2050 ve 2080 yılları için üretilmiştir. Üretilen kenevir-kil bina bokları 2020 yılında yapının ısıtma ve soğutma ihtiyaçlarını sırasıyla %21 ve %14 oranlarında azaltmıştır. Diğer duvarların U değerleri kenevir-kil duvarlarla aynı bile olsa hem günümüz hem de gelecek iklim şartlarında kenevir-kil bina bloklarının enerji performansı daha üstündür. Sonuç olarak, kenevir-kil bina blokları Türkiye'de geliştirilmesi gereken umut verici bir malzeme olarak görülmektedir.