NÜFUS BAĞLAMINDA TÜM TÜRKİYE İÇİN İÇ KONFOR SICAKLIKLARINDAKİ DEĞİŞİMİN ISITMA YÜKLERİ ÜZERİNE ETKİSİNİN İNCELENMESİ

Transkript

1 _ 79 NÜFUS BAĞLAMINDA TÜM TÜRKİYE İÇİN İÇ KONFOR SICAKLIKLARINDAKİ DEĞİŞİMİN ISITMA YÜKLERİ ÜZERİNE ETKİSİNİN İNCELENMESİ Mustafa ERTÜRK Enver YALÇIN Can COŞKUN Zuhal OKTAY ÖZET Bu çalışmada lerin nüfus ve ısıtma derece-saat değerleri göz önüne alınarak iç konfor sıcaklıklarındaki değişimin tüm Türkiye bağlamında ısıtma yükleri üzerine etkisi incelendi. İç mahal konfor sıcaklığının 8-28 C arasında değişimi incelendi. Her bir iç ortam sıcaklığı için Türkiye deki tüm leri kapsayan detaylı bir dış sıcaklık dağılım profi elde edmiştir. Bu prof kullanılarak ısıtma derece saat değerleri elde edmiş ve hesaplamalarda kullanılmıştır. Bu çalışma e tüm Türkiye bağlamında C sıcaklık farkı artışı veya azalışıyla ne kadarlık bir ısıtma enerjisi farkı oluştuğu tespit edmiştir. Bu çalışmanın ısıtma alanında bir referans değer olması, çalışmanın en önemli amaçlarından biridir. Anahtar Kelimeler: Isıtma, Türkiye, dış sıcaklık dağılımı, derece-saat, ısıtma yükü ABSTRACT This study analyzes, in the case of Turkey, the impact of the change in indoor comfort temperatures on heating loads in consideration of the population and heating degree-hour values of cities. The study focused on a change of 8-28 C in indoor comfort temperature. A detaed outdoor temperature distribution profe covering all Turkish cities was obtained for each indoor temperature. Heating degree-hour values were obtained and used for calculation purposes based on this profe. This study found how much heating energy difference exists as a result of C increase or decrease in temperatures across Turkey. One of the most important goals of this study is to serve as a reference guide in the heating industry. Keywords: Heating, Turkey, outdoor temperature distribution, degree-hour, heating load. GİRİŞ Artan nüfus ve gelişen teknolojinin etkisiyle enerjiye olan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Enerji kaynakların sınırlı düzeyde olması, artan bu enerji tüketiminin karşılanmasında büyük güçlükler ortaya çıkarmaktadır. Gelecek dönemlerde fos enerji kaynaklarının kapasitesinin artırılması konusunda büyük gelişmelerin sağlanamayacağı açıktır. Bu bağlamda iki pratik çözüm üzerinde yoğunlaşılmaktadır. Bunlardan birincisi yenenebir enerjinin kullanımının yaygınlaştırılması diğeri ise konfor şartlarından vazgeçmeden enerji tüketiminin azaltılmasıdır. Türkiye için sanayinin ardından konutlardaki enerji tüketimi ikinci sırada yer almaktadır. Konutlarda enerji tasarruf potansiyelindeki

2 _ 720 geliştirebirlik yüksek oranlara ulaşmaktadır. Konutlarda enerjinin etki ve verimli kullanılması enerji etkin yapıların oluşturulmasıyla sağlanabir. Binalarda enerji verimliğinin tek bir disiplinle sağlanamayacağı da açıktır. Binanın tasarlanmasından yapımına kadar olan süreçte yer alan mimarlar, inşaat mühendisleri, makine mühendisleri, elektrik-elektronik mühendisleri ve çevre mühendislerinin bu konuda bgi ve tecrübeli olmaları şarttır []. Binalarda enerjinin etkin kullanılması bağlamında k oluşturulan standart ve yönetmeliklerde ısı kayıpları en düşük düzeye çekmeye çalışılmıştır. Daha sonrasındaki süreçte HAVAC sistemlerinin verimliği üzerinde yoğunlaşılmıştır li yılların başından itibaren mevcut kaynakların gelecek neslere yetmeyeceği fark ederek sürdürülebirlik kavramıyla fos yakıt kullanımının olabdiğince azaltımı sağlanmaya çalışılmıştır. Bu süreçte sürdürülebirlik kavramıyla yenenebir enerjinin binalarda kullanımı sağlanmaya çalışılmaktadır [2]. Yaşam mahalleri için iç ortam sıcaklıklarındaki küçük değişiklikler ısıtma yüklerinin azalmasına neden olmaktadır. Isıtma enerjisindeki azalma ısıtma temelli sera gazı salımında da düşme sağlamaktadır. Isıtma-soğutma yüklerinin tespiti bağlamında Derece-saat/gün değerleri yaygın bir biçimde kullanılmaktadır [3-7]. Haas ve arkadaşları [8] enerji tüketici davranışlarının, Avustralya için ısıtma enerji gereksinimi üzerindeki etkisini incelemiştir. İç ortam sıcaklıklarındaki değişimlerle %5 e %30 arasında kazançlar sağlanabeceğini hesaplamışlardır. Dış sıcaklık bağlamında tüm Türkiye için genel bir değerlendirme yapmamıza olanak sağlayacak bir dağılımı henüz literatüre kazandırılmamıştır. Bu çalışmada, 79 i kapsayacak biçimde tüm Türkiye için yıllık bazda ortalama dış sıcaklık dağılımı tespit edmiştir. Ortalama dağılımın hesaplanmasında nüfus önemli bir parametre olarak hesaplamaya dah edmiştir. Sonrasında dış sıcaklık dağılımı kullanılarak, tüm Türkiye bağlamında iç ortam konfor sıcaklıklarındaki değişimin, binalardaki ısıtma enerji tüketiminin üzerine etkisi incelenmiştir. 2. TÜRKİYE İÇİN NÜFUS TEMELİNDE DIŞ SICAKLIK DAĞILIMININ BELİRLENMESİ Bu çalışmada esas olarak Türkiye deki 79 için yıllık bazdaki dış sıcaklık dağılımları tespit edmiştir. Elde eden verer doğrultusunda, Türkiye deki ler için yıllık bazdaki dış sıcaklık dağılımını sekiz farklı ana grupta toplamak mümkün olmaktadır. Gruplamada birbirine benzer dağılımlar aynı grupta yer almıştır. Bu bağlamda dağılımların oluşturduğu ler Tablo de ayrıntılı olarak vermiştir. Tablo Türkiye İçin Yıllık Dış Sıcaklık Dağılımı Esasında Oluşturulan Gruplar ve Şehirler Gruplar I II III IV V VI VII VIII Şehirler Afyon, Aksaray, Burdur, Çanakkale, Düzce, Erzurum, Isparta, Karaman, Kütahya, Nevşehir Balıkesir, Bursa, Bartın, Erzincan, İstanbul, Konya, Sakarya, Samsun, Kırklareli, Kırşehir, Yalova, Yozgat Ankara, Antakya, Antalya, Ardahan, Artvin, Amasya, Bayburt, Kars Aydın, Batman, Denizli, Diyarbakır, Uşak Ağrı, Çankırı, Çorum, Giresun, Hakkâri, Iğdır, İzmir, K.Maraş, Malatya, Tekirdağ, Kastamonu, Kis, Mardin, Ordu, Rize, Sinop, Trabzon Adıyaman, Bingöl, Bitlis, Elazığ, Gaziantep, Manisa, Ş.Urfa, Muğla, Muş, Siirt, Tunceli, Van Becik, Eskişehir, Gümüşhane, Karabük, Kocaeli, Sivas, Tokat, Zonguldak Adana, Bolu, Edirne, Kayseri, Mersin, Kırıkkale, Osmaniye

3 _ 72 Her için dış sıcaklık dağılımının tespiti sonrası tüm Türkiye için ortalama bir dış sıcaklık dağılımı tespit edmeye çalışılmıştır. Bu dağılımda nüfusu, dağılım üzerinde birinci etkiye sahiptir. İlin dış sıcaklık dağılımının toplam üzerindeki etkisi, göreceli olarak tüm Türkiye nüfusu üzerindeki yüzdelik yeri kadar olmaktadır. Tüm Türkiye nüfusunun % ni oluşturan bir in toplam dağılım üzerindeki etkisi yine % mertebesinde alınmıştır. Düşük nüfusa sahip lerin etkisi düşük, yüksek nüfusa sahip lerin etkisi yüksek seviyede olmaktadır. Bu bağlamda dağılım üzerinde en yüksek etkiye sahip olan İstanbul olmuştur. İstanbul toplam dağılım üzerinde baskın bir etkiye sahip olmuştur. Hesaplamalar saatlik bazdaki dış sıcaklık dağılımları ele alınarak oluşturulmuştur. Hesaplama için kullanılan temel eşitlik aşağıda vermektedir: n EDS EDS DSD DSD n EDS EDS 0/ 24 ( ) N ( n) N n N ( n) DSD 24 EYS EYS N ( n) DSD EYS EYS EYS 0 / EDS N (% veya saat) () ke Eşitlik de ifade eden kavramlar sırasıyla şu şekde açıklanabir; DSD nin dış sıcaklık dağılımını ifade etmektedir. Bu dağılım yüzde olarak gösterdiği gibi saatlik bazda da ifade edebmektedir. Bu ana ifadenin sol üst köşesinde yer alan ifadesi dağılımın senelik bazda olduğunu göstermektedir. Sol alt köşede yer alan 0/24 kavramı dağılımın günün tüm saatlerini kapsadığını göstermektedir. Sağ üst köşede yer alan EYS deki ler içinde dağılım bağlamında görülen en yüksek sıcaklığı ifade etmektedir. Sağ alt köşede yer alan EDS deki ler içinde dağılım bağlamında görülen en düşük sıcaklığı ifade etmektedir. Eşitlikte yer alan n sayısı içindeki lerin sayısını göstermektedir. DSD () ele alınan birinci için dış sıcaklık dağılımını ifade etmektedir. N genel olarak nüfus sayısını ifade etmektedir. N ()ise birinci için nüfus sayısı ve N için nüfus sayısını belirtmektedir. Hesaplamada esas olarak her bir derecelik sıcaklık farkı için tüm lerin dağılımları ve nüfus etkisinin göreceli etkisi göz önüne alınarak ortalama bir değer elde edmesidir. Örneğin de görülen en düşük sıcaklık 0 C ve en yüksek sıcaklık 45 C olsun, 44 adet sıcaklık aralığı için ortalama görülme değeri hesaplanmaktadır. Hesaplamanın daha net anlaşılması için 3 den oluşan hayali bir nin örnek bir dağılım hesabı Tablo 2 de ayrıntılı olarak vermiştir. Hesaplamada göz önüne alınan üç için nüfus değerleri sırasıyla , ve olarak öngörülmüştür. Ülke için hesaplamalarda göz önüne alınan en düşük (EDS) ve yüksek (EYS) sıcaklık sırasıyla -9 ve 47 C dir. Matematiksel olarak hesaplamanın daha da net anlaşılabmesi için -6 e -7 C sıcaklık aralığında için ortalama dış sıcaklık dağılımı aşağıda gösterdiği gibi hesaplanabir N () 6 N(2) 6 DSD 7 DSD() 7 DSD(2) 7 DSD(3) 7 3 N N 6 DSD N (3) N DSD / DSD % Bulunan yüzdelik değer (% 0.008), saat değerine de dönüştürülüp ifade edebir. Süre bağlamda belirten sıcaklık aralığında geçen zaman 8.78 saat/yıl dır.

4 _ 722 Tablo 2 Nüfus Temelinde Dış Sıcaklık Dağılımının Belirlenmesi İçin Örnek Hesaplama Gösterimi Sıcaklık İller için yüzdesel sıcaklık dağılımı N ( ) N ( 2) N ( 3) 3 N N N EDS 0/ 24 Aralığı.İl 2.İl 3.İl N -9/ EYS N ( n) DSD ( n) DSD EYS -8/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / EDS

5 _ 723 Yukarıda belirten hesaplama yöntemine göre Türkiye için nüfus temelinde dış sıcaklık dağılımı belirlenmiş ve Şek de grafiksel olarak ortaya konmuştur. Bu dağılımdan da görülebeceği gibi düzgüne yakın bir tepe oluşmaktadır. En fazla görülen sıcaklık aralığı %3.84 değeriyle 0 e C aralığıdır. Bu dağılıma bakıldığında yıllık bazda ortala sıcaklık değeri 4.68 C dir. Dış sıcaklığın %50 si bu değerin altında, %50 side bu değerin üzerinde gerçekleşmektedir. 5 C dış sıcaklığı ısıtmanın başladığı referans değer aldığımızda toplamda %52.49 veya 4598 saat/yıl ısıtma gereksinimi olmaktadır. 0 C nin altında geçen süre Saat/yıl olarak belirlenmiştir. Bu dağılım üzerindeki en baskın etkiyi en yüksek nüfus yoğunluğuna sahip İstanbul oluşturmuştur. Isıtma ihtiyacı nüfus bazlı olduğu için nüfusun etkisi bu dağılım için oldukça temel bir parametredir. Hesaplamalarda tüm Türkiye için ısıtılan bina başına düşen birey sayısı eşit kabul edmiştir. Aslında demografik yapı ve birçok etmene bağlı olarak her için bu değer farklı olacaktır ancak bu değerlerin uzun zaman alacağı için başlangıç çalışması olarak bu inceleme gerçekleştirmiştir. Daha sonraki çalışmalarda ısıtılan bina başına düşen birey sayısının etkisi de dağılımın oluşturulmasına dah edecektir. Şek. Türkiye İçin Nüfus Temelinde Dış Sıcaklık Dağılımı [9]

6 İstenen Konfor Sıcaklığı ( C). ULUSAL TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ 7/20 NİSAN 203/İZMİR _ İÇ KONFOR SICAKLIKLARINDAKİ DEĞİŞİMİN ISITMA YÜKLERİ ÜZERİNE ETKİSİ Tüm Türkiye için yıllık bazda ortalama dış sıcaklık dağılımı belirlendikten sonra 5 C nin altındaki dış sıcaklık aralığı için hesaplamalar başlatılmıştır. Isıtma bağlamında bu referans değer kullanılarak farklı iş ortam sıcaklıkları(8/28) için ısıtma derece-saat değerleri tespit edmiştir. Tespit eden ısıtma derece-saat değerlerinin iç ortam sıcaklığıyla değişimi Şek 2 de görsel bir biçimde ifade edmektedir. Isıtma derece-saat değerleri grafikten de görüleceği üzere e arasında değişmektedir. Şek 2. Türkiye İçin Nüfus Temelinde Isıtma Derece-Saat Değerlerinin İç Ortam Sıcaklığıyla Değişimi [9]. Isıtma derece-saat değerleri referans alınarak, iç ortam sıcaklığındaki değişimin enerji artımı ve azatlımı üzerindeki etkisi hesaplanmış ve Tablo 3 de vermiştir. Tablo 3 ten görüleceği üzere, tüm Türkiye için 22 C iç ortam sıcaklığının, 2 C ye inmesi durumunda %7.5 lik bir enerji tasarrufu sağlanması mümkündür. Bunun yerine 2 C den 22 C ye sıcaklığın çıkarılmasıyla, ısıtma enerji gereksiniminde % 8.2 lik artış olmaktadır. Tablo 3. İç Ortam Sıcaklığındaki Değişimin Enerji Artımı ve Azatlımı Üzerindeki Etkisi [9]. İç Ortam Sıcaklığı ( C)

7 _ 725 SONUÇ Bu çalışmadan elde eden sonuçlar iki ana başlık halinde özetlenebir. Birincisi tüm Türkiye için nüfus temelinde dış sıcaklık dağılımının belirlenmesi. İkincisi ise, bu dağılım kullanılarak iç ortam konfor sıcaklıklarındaki değişimin ısıtma enerji gereksimi üzerindeki etkisinin incelenmesidir. Türkiye için C lik sıcaklık farkıyla incelenen sıcaklık aralığı için (8/28 C) %5.3 e %0.3 arasında bir tasarruf sağlanabeceği ortaya konmuştur. Tablo 3 de yer alan değerler referans olarak kullanılarak tüm Türkiye bağlamında değerlendirmeler kolayca yapılabir. Nüfus temelinde dış sıcaklık dağılımının tüm diğer lere uygulanma potansiyeli bulunmaktadır. Bu şekde iç ortam sıcaklıklarındaki değişimlerin bütçesine getireceği kazançlar kolayca ve kesin bir biçimde tespit edebir. Tüm lerin bu dağılımı oluşturması sonrasında tüm dünya için nüfus bağlamında ortalama dış sıcaklık dağılımı tespit edebir. Bu bağlamda bundan sonraki çalışmalarda tüm Avrupa ve Amerika leri için bu dağılımlar tespit edmeye çalışılacaktır. Konfor ortamını bozmadan iç ortam sıcaklığını yaşam alışkanlıklarımızda yapacağımız ufak düzenlemelerle; ae bütçesine, ekonomisine, nin enerji bağımlılığının azaltılmasına ve çevrehava kirliğinden dolayı oluşan küresel ısınmanın azaltılmasına katkıda bulunabiriz. KAYNAKLAR [] COSKUN, C., OKTAY, Z., ERTÜRK, M., Konutların Isıtma Sezonunda Seçen İç Ortam Sıcaklık Parametresinin Enerji-Maliyet-Çevre Açısından Değerlendirmesi Ve Bir Uygulama Örneği IX. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi Mayıs, 2009 İzmir. [2] ARISOY, A.,TTMD Eskişehir çalıştayı sözlü sunum, (Şubat 2009) [3] OKTAY, Z., COSKUN, C., DİNCER, I., A new approach for predicting cooling degree hours and energy requirements in budings, Energy (20) 36: [4] COSKUN, C., A novel approach to degree-hour calculation: Indoor and outdoor reference temperature based degree-hour calculation, Energy (200) 35: [5] SARAK, H., SATMAN, A., The degree-day method to estimate the residential heating natural gas consumption in Turkey: a case study, Energy (200) 28: [6] DURYAMAZ, A., KADIOGLU, M., SEN, Z., An application of the degree-hours method to estimate the residential heating energy requirement and fuel consumption in Istanbul, Energy (2000) 25: [7] SATMAN, A., YALCİNKAYA, N., Heating and cooling degree-hours for Turkey, Energy (999) 24(0): [8] HAAS, R., AUER, H., BİERMAYR, P., The impact of consumer behavior on residential energy demand for space heating, Energy and Budings (998) 27: [9] ERTÜRK, M., Isıtma ve soğutma derece saat hesaplamalarında farklı bir yöntemin araştırılması ve geliştirmesi, Doktora Tezi, Balıkesir Üniversitesi Fen Bimleri Enstitüsü, Makina Mühendisliği Anabimdalı, Balıkesir, 202. ÖZGEÇMİŞ Mustafa ERTÜRK 965 Afyon doğumludur.987 yılında Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Tesisat Ana Bim Dalından mezun olmuştur. 998 yılında Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Bimleri Enstitüsü Makine Eğitimi Bölümünden yüksek lisans derecesini, 202 yılında Balıkesir Üniversitesi Fen Bimleri Enstitüsü Makina Mühendisliği Bölümünden Doktor unvanını almıştır. 6 Nisan 998 de Balıkesir Meslek Yüksekokulu İklimlendirme ve Soğutma Programında öğretim görevlisi olarak çalışmaya başladı yılları arasında Teknik Programlar Bölüm Başkan Yardımcılığı, 20 de Elektrik ve Enerji Bölümü Bölüm Başkan yardımcılığı, 202 Eylülde İklimlendirme ve Soğutma Programı

8 _ 726 Koordinatörü olarak çalışmaktadır. Isıtma, Soğutma, Havalandırma, İklimlendirme, Isıtma, Güneş enerjisi, Doğal gaz, uzaktan e-öğretim ve Lisans~Ön lisans düzeyinde soğutma, iklimlendirme, tesisat alanlarına yönelik laboratuar cihazlarının tasarımı, projelendirmesi ve imalatı konuların da çalışmaktadır. Enver YALÇIN 968 Polatlı doğumludur arasında Uludağ Üniversitesi Balıkesir Mühendislik Fakültesi nde lisans, arasında Uludağ Üniversitesi Fen Bimleri Enstitüsü nde Yüksek Lisans, arasında Balıkesir Üniversitesi Fen Bimleri Enstitüsü nde Doktora eğitimini tamamlamıştır yılları arasında araştırma görevlisi olarak görev yapmıştır tarihleri arasında Edremit Meslek Yüksekokulu Müdürlüğü, yılları arasında MMF Dekan yardımcılığı görevini yürütmüştür. 999 yılından bu yana BA.Ü. Mühendislik Mimarlık Fakültesi Makine Bölümü Termodinamik Anabim Dalı nda Yrd.Doç. Dr. olarak öğretim üyeliği görevini sürdürmektedir. Isı tekniği alanında çeşitli çalışmaları mevcuttur. Evli ve iki çocuk babasıdır. Can COŞKUN Erzincan doğumlu olup, memleketi Artvin dir yılında Çukurova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Bölümünü dönem birinciğiyle bitirmiştir. Balıkesir Üniversiteden 2007 yılında Yüksek Mühendis, 20 yılında Doktor unvanını almıştır yılları arasında aynı üniversitede Araştırma Görevlisi olarak görev yapmıştır. 202 yılından beri Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü nde Yrd. Doç. Dr. Olarak görev yapmaktadır. SCI kapsamında 8 adet uluslar arası makalesi vardır. Scopus ta yer alan değerlendirmeye göre 03 atıfı bulunmaktadır. H-index değeri 6 dır. Isıtma-Soğutma ve yenenebir enerji konularında çalışmaktadır. Zuhal OKTAY 970 yılı Ankara doğumludur. 99 yılında Balıkesir Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümünü dönem birincisi olarak bitirmiştir. Aynı üniversiteden 994 yılında Yüksek Mühendis ve 999 yılında Doktor unvanını almıştır yılları arasında Balıkesir Üniversitesinde Araştırma Görevlisi olarak görev yapmıştır yılları arasında Balıkesir Üniversitesinde Yrd. Doç. Dr. olarak görev yapmıştır yıları arasında Balıkesir Üniversitesinde Doçent olarak görev yapmıştır. 202 yılında Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesinde Profesör olarak atanmış ve halen aynı üniversitede Enerji Sistemleri Mühendisliği bölüm başkanı olarak görev yapmaktadır yılından bu yana EİE tarafından veren Sertifikalı Enerji Yöneticisi olarak çalışmaktadır. Isıl sistemlerin enerjetik ve ekserjetik analizi konusunda yurtdışında birçok projede görev almıştır. Yenenebir enerji, yakma sistemleri, enerji-ekserji analizi ve kurutma konularında çalışmaktadır.