tmmob makina mühendisleri odası

Transkript

1 tmmob makina mühendisleri odası YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI SEMPOZYUMU VE SERGİSİ BİLDİRİLER KİTABI Editör: Yrd. Doç. Dr. Şükrü SU MMO Yayın No: E / 2001 / 275 EKİM KAYSERİ

2 Yenilenebilir Enerji Kaynaklan Sempozyumu ve Sergisi tmmob makina mühendisleri odası Sümer Sokak No: 36 /1 - A Demirtepe, ANKARA Tel: (0 312) ; ; ; Fax -.(0 312) e-posta : mmo@mmo.org.tr web : MMO Yayın No : E / 2001 / 275 ISBN : Bu yapıtın yayın hakkı 'na aittir. Kitabın hiçbir bölümü değiştirilemez. 'nınizni olmadan elektronik, mekanik vb. yollarla kopya edilemez ve çoğaltılamaz. Kaynak gösterilmek suretiyle alıntı yapılabilir. KAPAK TASARIMI DİZGİ BASKI İlhan İNCETÜRKMEN - (0 352) İNCETÜRKMEN LTD.ŞTİ. - TMMOB MMO KAYSERİ ŞUBESİ NETFORM MATBAACILIK AŞ. - KAYSERİ

3 Yenilenebilir Enerji Kaynaklan Sempozyumu ve Sergisi DÜNYADA VE TÜRKİYEDE JEOTERMAL, RÜZGAR VE DİĞER YENİLENEBİLİR ENERJİLERİN KULLANIMI Prof.Dr. Yunus A. ÇENGEL University of Nevada Dept of Mech.Eng. Reno, USA GİRİŞ Günümüzde kullandığımız enerjinin çoğu petrol kömür ve doğal gaz gibi fosil yakıtlardan elde edilmektedir. Bu yakıtların rezervleri ise sınırlıdır. Örneğin bilinen petrol rezervlerinin yıl doğalgaz rezervlerinin 65 yıl ve kömür rezervlerinin 220 yıl sonra tükeneceği tahmin edilmektedir. Ayrıca fosil yakıtlar sera gazı olarak bilinen C0 2 gazını yaydığı için küresel iklim değişikliklerinden sorumlu tutulmaktadır. - Bu sebeple fosil yakıtlardan üretilen enerjinin gerçek fiyatını bulmak için uzun dönem çevre etkisi ve insan sağlığı üzerine olan etkilerini de göz önüne almak gerekir. Buna yanında ayrıca gelecek nesillerin fosil hidrokarbon rezervlerine plastik sentetik kumaş, solventler yağlar, karbon lifli ürünler ve çelikleri daha mukavemetli üretmek için olan ihtiyacı da göz önüne alınırsa fosil yakıtların neden mümkün olduğunca az kullanmak gerektiği kendiliğinden açığa çıkar.. YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARININ ÇEŞİTLERİ Kömür, petrol, doğalgaz gibi yakıtlar fosil enerji kaynaklan olup rezervleri sınırlıdır Dolayısıyla eninde sonunda tükeneceklerdir. Yenilenebilir enerji kaynaklan sürekli olarak yenilendiklerinden tükenmezler. Çoğu yenilenebilir enerji kaynağı enerjisini direkt veya endirekt olarak güneşten alır. Güneş enerjisi, Jeotermel enerji, Hidroelektrik enerji, Bio-enerji, Hidrojen, Dalga veya Okyanus enerjisi, Rüzgar enerjisi yenilenebilir enerji kaynaklannın başlıcasıdır. AMERİKA'DA YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI - Amerika'da kullanılan enerjinin %8 i yenilenebilir enerji kaynaklarından temin edilmektedir. -Amerika'da üretilen elektrik enerjisinin %12 sine karşılık gelen yaklaşık 500 Milyar KWh/yıl 'lık elektrik, yenilenebilir enerji kaynaklanndan elde edilmektedir. Bu yüzde %12 'nin %10 da hidrolik santrallerden üretilmektedir. Yenilenebilir enerji kaynaklannın yaygınlaşmamasının ana sebebi ilk yatınm maliyetlerinin pahalı oluşudur. Mevcut şu andaki sürdürülen araştırmalar buralarda kullanılan malzeme ve üretim fiyatlannı azaltarak ve verimlerini artırarak ilk yatınm maliyetlerini azaltmayı amaçlamaktadır. - Amerika'da Federal ve Eyalet hükümetlerinin politikaları da aynı zamanda yenilenebilir enerji kullanımını etkileyen ana sebeplerden biridir. - Amerika da yenilenebilir enerji kaynaklan kullanmakla daha az petrol ithal edilerek yılda 80 milyar dolarlık tasarruf sağlanmaktadır. TÜRKİYE'NİN YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI POTANSİYELİ Kaynak: Tüsiad, 1998 (Gûnerhan, Kocar, Hepbaşlı 2000). HİDROELEKTRİK ENERJİ - Hidrolik enerji bugün Amerika'daki enerji ihtiyacının %10 'nu karşılamaktadır. - Hidrolik enerjinin en yaygın kullanım şekli nehirler üzerine barajlar inşa ederek büyük su rezervuarlannda suyu biriktirmek ve bu suyun potansiyel enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmek esasına dayanır. BİO KÜTLE ENERJİSİ Biokütle ısı sağlamak, yakıt üretmek ve elektik üretmek için kullanılır.

4 Yenilenebilir Enerji Kaynaklan Sempozyumu ve Sergisi - Amerika'da hidroelektrik enerjiden sonra ikinci sıradaki yenilenebilir enerji kaynağıdır. Hesaplamalar Amerika'nın enerji ihtiyacının %3 'nü biokütle enerjiden sağladığı şeklindedir. - Örneğin etanol üretmek için mısır çabuk büyüyen ot ve ağaçlar odun talaşları ve evsel atıklar kullanılmaktadır. Üretilen etanol ile de taşıtları çalıştırmak mümkündür. Etanol ayrıca benzine göre daha temiz emisyon veren bir yakıttır. Şekil: Ethanol ile bir arabanın çalışması DALGA ENERJİSİ OTEC sistemler dalga enerjileri med-cezir enerjileri bu guruba dahil enerjilerdir. Dünya kıyılarında tahmin edilen toplam dalga enerjisinin büyüklüğü 2 ile 3 milyon MW 'tır. Yine dalga enerjisinin kıyı şeridinde yoğunluğu mil başına 65 M W 'tır. GÜNEŞ ENERJİSİ Hacim ısıtmasında evlerin sıcak su ihtiyacının karşılanmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca elektrik üretiminde termal sistemlerde, fotovoltaik olarak ve hidrojen üretiminde kullanılır. FOTOVOLTAİK HÜCRELER

5 Yenilenebilir Enerji Kaynaklan Sempozyumu ve Sergisi HİDROJEN ENERJİSİ - PV hücreler gürültüsüz çevreyi kirletmeden herhangi bir hareket eden mekanizmaya ihtiyaç duymadan güneş enerjisini direkt olarak elektrik enerjisine çeviren sistemlerdir. - PV hücreler hesap makinelerinde, saatlerde, uydularda, aydınlatmada ve küçük aletlerin çalıştırılmasında yaygın olarak kullanılırlar. - PV hücreler elektik enerjisi iletim hattı bulunmayan yada uzak olan yerlerde evlerin hatta köylerin, çiftlik evlerinin, su pompalarının, çeşitli aletlerin uzaktan kumandasında da kullanılırlar. FARALLON MİLLİ DOĞA PARKINDA PV PANELLERİ PV panelleri San Fransisco'nun 30 mil batısında ki adalarda 9.1 kw max gücünde temiz enerji sağlamaktadır. Orada bulunan gürültülü kirli dizel jeneratörler sökülerek yerine kurulmuştur. Akülere depolanmak suretiyle üç günlük enerjiyi sağlamaktadır. GÜNEŞ ENERJİSİNİN TERMAL UYGULAMALARI - Hidrojen kainatta bulunan en bol elementtir. - Birim kütle başına diğer bilinen tüm yakıtlardan daha fazla kimyasal enerjiye sahiptir. - 1 kg hidrojen 4 Lt benzinin sağladığı enerji kadar enerji sağlar. Ayrıca 1 litre sudan 1.6 lt benzine eşdeğer hidrojen temin edilebilir. - Güneş enerjisi, hidrojeni diğer elementlerden ayırmak için ideal bir enerji kaynağıdır. Dolayısıyla Güneş enerjisi kullanılarak elde edilmiş hidrojen yakıtı belki de insanoğlunun sonsuza kadar temiz enerjisini sağlayacak tek yakıttır. - Hidrojenin yanma ürünü hepimizin bildiği gibi saf su'dur. Bu yüzden çok temiz ve çevre dostu bir yakıttır. - Hidrojen taşıtların gücünü karşılamak için yakıt hücresi olarak kullanılabilir. HİDROJENLİ YAKIT HÜCRELERİ Kaliforniya Dagget'te kurulan gümüşle kaplanmış yansıtıcılar kullanan heliostat'lar güneş ışınlarını bir kuleye odaklamaktadır. Burada Güneş II projesi yeniden yapılandırılarak 10 MW iık enerji üretecek merkezi bir kule kurulmuştur. Kaliforniya Arcata enerji araştırma merkezinde 4 KW gücünde golf arabası hidrojen yakıt hücresi ile çalıştırılmaktadır.

6 Yenilenebilir Enerji Kaynaklan Sempozyumu ve Sergisi - DOE amerikan enerji bakanlığı tarafından desteklenen projede 50 KW gücündeki şehir içi otobüsü fosforik asidli hidrojen yakıt hücresi tarafından çalıştırılmaktadır. - Otobüse bir akü konularak aracın yokuş tırmanması yada ilk hareketi hızlandırması kolaylaştırılmıştır DE DÜNYADA RÜZGAR GÜCÜ Şu anda dünyada kurulu bulunan rüzgar gücü MW 'tır ki Türkiye'nin toplam kurulu gücünün yarısı kadardır yılında 3600 MW gücünde yeni rüzgar santrallan kurulmuştur. - Amerika'da yaklaşık olarak bir nükleer santrale eşdeğer 985 MW rüzgar santrali 1998 ortasından 1999 sonuna kadar kurulmuştur. - Amerika Danimarka Almanya ve İspanya dünyada kurulu buluna toplam rüzgar gücünün %70 ini üretmektedir. - Danimarka kendi enerji ihtiyacının %10 unun rüzgar enerjisinden temin etmektedir. İspanyanın Navarra ili kendi ihtiyacının %20 sini rüzgar enerjisinden temin etmektedir. - Kaliforniya Altamont pass rüzgar çiftliğinde MW gücünde rüzgar santrali kw değeri 4 sentten satılmak üzere amaçlanmaktadır. - Kaliforniya Trinidad da güneş enerjisiyle çalışan hidrojen yakıt hücreli sistemde fotovoltaik, hidrojen ve yakıt hücresi kombine olarak kullanılmaktadır. RÜZGAR ENERJİSİ Amerika topraklarının %6 sini kaplayan iyi rüzgar alan topraklar amerikanın şu andaki enerji tüketiminin 1.5 katı enerji üretebilir. - Rüzgar enerjisi MÖ 4000 yıl kadar önce yelkenlileri hareket ettirmekte, mısır ve buğday öğütmekte, ayrıca sulamada kullanılmıştır. Şimdi elektrik enerjisi üretiminde kullanılmaktadır ii yıllardaki petrol krizi modern rüzgar türbinlerinin gelişimine katkıda bulunmuştur. - Rüzgar türbini kurulduğu arazinin %5 ini işgal ettiğinden ve türbin kanatlan yerden epeyce yüksekte olduğundan kalan arazi tarım, otlatma ve diğer amaçlarla kullanılabilmektedir. - Rüzgar türbinleri gece ve gündüz rüzgar olduğu sürece sürekli enerji üretirler. Malana Mühendisleri Odası

7 Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu ve Sergisi JEOTERMAL ENERJİ Jeotermal enerji yer kabuğunun derinliklerindeki sıcak kaya ve akışkanların ısısının yer yüzeyinin zayıf katmanlarını geçerek yer yüzeyine ulaşmasıdır. Yerkürenin merkezindeki magmada erimiş ve sıcaklığı 8000 C ulaşan maddeler vardır. Magmanın yer yüzeyine yakın bazı bölümlerinde akan yer altı suları bu ısı tarafından ısıtılmaktadır ve bazı bölgelerde termal bölgeler oluşmaktadır. JEOTERMAL ENERJİ KAYNAKLARI - Kuru buhar kayakları. - Sıcak su kaynaklan (atmosfere acık veya kapalı). - Derin yer kabuğu ısısı (sıcak kayalar). Magma (mutlaka geliştirilmesi gerekli) JEOTRMAL ENERJİ POTANSİYELİ İç tabaka Dış tabaka Yer kabuğu Yer yüzeyi 4200 Ü C 2800 C 950 C 370 C (10 km kalınlığında) Yerkabuğundaki jeotermal enerjinin % 1 'lik kısmı enerjiye çevrilse şu anda toplam mevcut petrol ve doğal gaz yataklarının rezervlerinin vereceği enerjinin 500 katı enerji elde edilmiş olur. JEOTERMAL ENERJİNİN ÜRETİMİ Hydrothercnal Resource JEOTERMAL ENERJİ KULLANIMI - Buhar veya sıcak su borularla güç santraline taşınarak elektrik üretiminde kullanılır. - Buhar yada sıcak su pompalanarak boralar vasıtasıyla aynı zamanda evlerin ısıtılmasında da kullanılır. - Kuzey Kaliforniya'da Gayzer adı verilen jeotermal sahalar San Fransisco büyüklüğünde bir şehrin elektrik enerjisi ihtiyacını karşılayacak büyüklüktedir. - İzlanda'nın baş şehri Reykjavik'te evlerin hemen hemen tamamı jeotermal sıcak su ile ısıtılmaktadır. - El salvadorda elektriğin çoğu jeotermal enerjiden üretilmektedir. JEOTERMAL ENERJİNİN DİREKT KULLANIMI - Konutların ısıtılmasında, - Üretimde proses ısısı olarak, - Absorpsiyonlu soğutma sistemlerinde, - Tarımda, seracılıkta, - Kültür balıkçılığında, - Sunalarda, - Kaldırımlarda, - Karların eritilmesinde kullanılmaktadır. JEOTERMAL ENERJİNİN TARİHİ - Eski romalılar doğal sıcak su olarak termal banyolarda ısıtma ve sağlıkta kullanmışlardır. - ABD de konut ısıtılmasında ilk olarak 1891 yılında Idaho'da daha sonra 1900 de Oregon'da kullanılmıştır yılında İtalya'nın Larderello şehrinde ilk defa jeotermal kuru buhardan enerjiyle elektrik üretilmiştir yılında ilk ticari jeotermal enerjiden (kuru buhar) elektrik enerjisi üretimi Amerika'da Kaliforniya'da üretilmiştir yılında Fransa da büyük şehirlerin jeotermal enerji ile ısıtılmasına başlanılmıştır. JEOTERMAL ENERJİNİN AVANTAJLARI - Sürekli güç üretebilir. - Küçük santraller halinde 5-10 MW kurulmaya ve geliştirilmeye müsaaittir. - Uzun dönemde hava değişikliklerinden ve kullanıcılardan etkilenmez.

8 Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu ve Sergisi - Fosil yakıtlann fiyatlarının dalgalanmasından bağımsızdır. Fiyatı doğalgazla ve kömürlü termik santrallerle rekabet edebilecek kadar düşüktür. - Kapalı sistemlerde yaydığı emisyon sıfırdır. Bu haliyle çevreciler için vazgeçilmez bir enerji ve pazardır. ATMOSFERDEKİ EMİSYONLARIN AZALTILMASI - Jeotermal enerji kullanarak elektrik üretilmesi Amerika'da atmosferdeki emisyon oranını değiştirmiştir. - Böylece 22 milyon ton CO 2, 200 bin ton SO 2, 80 bin ton NOx ve 110 ton partikül maddenin atmosfere yayılması önlenmiştir. Aj(terGaldua<fc<3odduü,GlıCTnflsıclions, 100-d POWER PLANT ON-LINERECORD 3-20CO -15CO -1C Amerika hükümeti federal topraklardan çıkartılan jeotermal enerjinin kullanılmasından dolayı yıllık 41 milyon dolar kira geliri elde edilmektedir. - Kuzey Kaliforniya'nın Gayser sahasında 35 yıldan fazla bir zamandır Jeotermal enerjiden güç üretilmektedir. - Kaliforniya, Utah, Nevada ve Havai'de kurulu güçleri yaklaşık olarak 2800 MW olan santrallerde yıllık elektrik üretimi milyar kwh olup jeotermal enerji kullanılarak üretilen elektrik enerjisinin satışından yaklaşık olarak 1 milyar dolar gelir elde edilmektedir. - Son çalışmalarda 10 batı eyaletinde 270 yerleşim bölgesinin jeotermal enerji ile ısıtılıp soğutulabileceğini göstermiştir. - Son birkaç yılda 300 binden fazla jeotermal ısı pompası kurulmuş ve İndiana, Kentucky, Michigan, Minnesaota, Missouri ve Oiho eyaletlerinde geniş bir pazar oluşmuştur. DÜNYADA JEOTERMAL ENERJİ verilerine göre Dünyada 21 ülkede jeotermal enerjiden üretilen elektrik gücü 8460 MW 'tır. - Yılda 45 milyar kwh 'lık elektrik enerjisi üretilmektedir. Bu dünya toplamının % 0.3 kadardır. - Dünyada 250 nin üzerinde jeotermal santral vardır. - Dünyada ısıtma ve diğer amaçlarla Mw lık ısı enerjisi %33 ü konut ısıtılması - soğutulması %19 u kaplıca ve yüzme havuzu ısıtılmasında ve kalanı seracılık alanında ve prosess ısısı üretmek olmak üzere 41 ülkede kullanılmaktadır. - Dünyada kullanılan enerjinin sadece % 2 si jeotermal enerjiden gelmektedir. JEOTERMAL ENERJİYE YATIRIM JEOTERMAL ENERJİ HAKKINDA BAZI GERÇEKLER - Jeotermal enerjide modüler ünitelerle birkaç yüz kilovvatten, 100 MW ve daha fazla güçlere kadar üretim yapmak mümkündür. - Son 20 yılda jeotermal enerjiden güç üretmek yapılan çalışmalar sayesinde %25 daha ucuz hale gelmiştir. - Amerikan firmaları denizaşırı ülkelerde 1500 MW gücünde santraller tesis ettiler ve bu santrallerin parasal değeri yaklaşık 3 milyar dolardır. - Amerikan firmaları İndonezya'da 350 MW gücünde bir santralın yenilenmesini 500 milyon dolar karşılığında aldılar ve sonra 6 milyar dolarlık kontrat imzaladılar. - Latin Amerika, Filipin ve Endonezya'da gelecek yılda yaklaşık MW gücünde santraller kurulacaktır.

9 Yenilenebilir Enerji Kaynaklan Sempozyumu ve Sergisi JEOTERMAL ENERJİ POTANSİYELİ - Jeotermal enerji Dünya elektrik enerjisi talebinin %8.3 ünü karşılayabilir. - Orta ve Güney Amerika'nın şu andaki mevcut elektrik ihtiyacının yarıdan fazlası jeotermal enerjiden karşılanabilir. - Dünyada 39 tane devlet elektrik enerjsi ihtiyacının tamamını jeotermal enerjiden sağlayabilir. - Amerika'da şu anda üç nükleer santralin gücüne eşit olan 2800 MW lık enerji jeotermalden temin edilmektedir ve bunun gelecek on yılda MW a yükselmesi beklenmektedir. - Jeotermalden üretilen elektriğin KWh 'ı 5-6 sent olup kömürle rekabet edebilecek düzeydedir, ancak doğal gazla henüz değil. - Jeotermalden sağlanan elektrikten 865 milyon insan istifade etmektedir ve bu dünya nüfusunun %17 sine tekabül etmektedir. - Dünyada enerjilerinin % 100 ünü jeotermalden karşılaması mümkün olan 39 adet devlet vardır. Bunlar Bolivya, Burundi, Comoros adaları, Kosta Rica, Cibuti, Dominik, Ekvator, El salvador, Etopya, Fiji, Grenada, Guatemala, Honduras, İzlanda, İndonezya, Kenya, Malawi, Mozambik, Nikaragua, Panama, Papua Yeni Gine, Peru, Pilipinler, Ruanda, Solomon adaları, Somali, Sudan, Tanzanya, Tongo, Uganda, Yemen ve diğerleri. - Türkiye'nin potansiyeli % 10 dur. DÜNYADA ENBÜYÜK JEOTERMAL ENERJİ ÜRETİCİLERİ M0 ıran 5000 a U.S. GeothermalPotential MegavralU ofelccbica] Capaaly 2, DCurrent Toü mft Technol agy nenhmced f echnoloay Amerika Filipinler Meksika Kaliforniya MW MW MW MW (The Geyser) kurulu güçleri ile dünyanın en büyük jeotermal üreticileridir. DÜNYADAKİ JEOTERMAL GÜCÜN ÜLKELERE GÖRE DAĞILIMI Bu dağılım Tablo 1 'de son bölümde verilmiştir. HOOOO 12D0OD World Geothermal Potential O Megaratls ofelectacal Capaaty B,MD 72,«B 13B.131 BAZI ÜLKELERDE ENERJİ KULLANIMI s Technology JEOTERMAL AMERİKA Kurulu güç Isıtma Soğutma : 2800 MW : 3858 GWh/yıl : Küçük çaplı Oregon'da KlamathFalls kullanımda. : Oregon 1963 yılından beri Kaynak m derinliğinde dakikada 980 galon 90 C sıcaklığında su veriyor. 154 ton 'luk soğutma kapasitesine sahiptir. San Bernardino: 1983 yılından beri kullanımda 300 m derinliğinde 56 C sıcaklığında dakikada 3700 galon debiye sahip 18 km lik izole edilmiş borularla m 2 'lik alan ısıtmasında kullanılıyor ve atık su yer altına veriliyor. Susanville Californiya: 1983 yılından beri kullanımda 78 C içilebilir temizlikte, sıcak su m 2 alan ısıtmasında kullanılıyor ve atık su yeraltına pompalanıyor. Elko Nevada : 1985 yılından beri kullanımda 88 C sıcaklığında dakikada 300 galon debiye sahip yıllık enerjisi 4.6 MWh şehir binalarının okulların ve yüzme havuzlarının ısıtılmasında kullanılmaktadır. Kapalı çevrim uygulanmakta her bina kendi ısı eşanjörünü kullanmaktadır. Ayrıca büyük oranda seracılık ta Arizona, Nevada, Utah, New Mexico ve Idaho da kullanılmaktadır. MEKSİKA Kurulu güç 750 MW, kaynak 4000 m derinlikte ve 350 C sıcaklığa sahip. Aynca 1400 adet sıcak kaynak olup ısıtma amaçlı endüstriyel çamaşırhanelerde, soğutmada, alan ısıtmada, seracılıkta, briket, tuğla üretiminde, ağaç kurutmada kullanılmaktadır.

10 Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu ve Sergisi İZLANDA Kurulu güç : 49 MW Isıtmada : 5877 GWh/yıl, İzlandadaki konutların % 85 inin ısıtılması sıcak su ve seracılık toprak ısıtma, balık çiftlikleri, prosess ısısı olarak, Reykjavik lik nüfusun tamamı konut ısıtmasında ve kulanma sıcak suyu olarak faydalanmaktadır. Fiyatı soğuk sudan ucuz. Jeotermal alan ısıtması kapasitesi 565 MW, yıllık enerji tüketimi 3200 GWh/yıl. Flash StMm Powar Plant ihtiyacının % 30 u bu santralle sağlanmaktadır te tamamlanmış ve binan sistem kullanılmaktadır. Yine kuzey İtalya'da Vicenza da kişi konut ısıtmada kullanmaktadır. Kaynak 67 C sıcaklığında debisi dakikada 440 galon ve 2300 m derinliktedir. 90/65 lik sisteme uygun olmadığı için ısı pompaları kullanılmak suretiyle istenilen sıcaklığa ulaştırılmaktadır. Isı pompalan gazla çalışan motorlarla ve elektrik motorlan ile çalıştırılmaktadır. Isı pompaları 6.5 Mw enerji üretmektedir ayrıca 2.3 Mw lik enerji gaz motorlannın eksozundan ısı geri kazanımı ile sağlanmaktadır. Üç tane gaz kazanının kapasitesi 17.4 MW olup ilave ısı sağlamaktadır yılında tamamlanmış olup ısıtılan alan m 2 civarındadır. 4.6 mil uzunluğunda gidiş dönüşlü boru ağıyla ısıtma ve soğutmada kullanıldığı gibi 3.7 mil uzunluğunda tek borulu sistemle evlerin kullanma sıcak su ihtiyacı karşılanmaktadır. Taze buharla çalışan güç santrali İTALYA Monte Amita jeotermal santralinin atık ısısından geri kazanım yolu ile büyük seralar ısıtılmaktadır. Kuzey İtalyanın Ferrara bölgesinde kişi konut ısıtmasında faydalanmaktadır. Katı atıkların yakıldığı ve doğalgaz ile jeotermalin birlikte kullanıldığı kojenerasyon santralle kombine çalışmaktadır. Enerji tüketiminin yoğun olduğu saatlerde doğal gaz ve şehir atıkları ile çalışan çöp santrali devreye girmektedir. Buradaki jeotermal kaynak 92 C ve debisi dakikada 760 galon olup m derinliktedir. 300 civarında kullanıcı 1.3 milyon m 2 alanın ısıtılmasında kullanmaktadır. Ayrıca şehirdeki kullanıcıların kullanma sıcak su RUSYA Kurulu güç 91 MW, ısıtmada yılda 673 GWh enerji kullanılmaktadır. Böylece alan ısıtmasında ve seracılıkta 1 milyon m 2, yün yıkama ve kurutmada, briket kurutmada, balık çiftliklerinde, yüzme havuzu ısıtmasında, donmuş yerlerin eritilmesinde kullanılmaktadır. Kamchatta da ki 11 MW lik santralin devreye alınmasıyla 2000 yılında kurulu güç 110 MW artırılmış olacaktır. Mutnovskideki 80 MW lik santralin atık ısısı borularla 80 km lik kasbaya taşınarak kasaba ısıtılmaktadır. FRANSA 886 GWh yılık ısıtma kapasitesi ile Paris'in çevresindeki konut ısıtılmaktadır. Kaynak 1800 m derinlikte ve C sıcaklığındadır. Blnary Cyela Pmnr Planı Binarv dönüşümlü eüc santrali Jeotermal güç santrali

11 Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu ve Sergisi MACARİSTAN Isıtma kapasitesi yılda 1628 GWh m derinliğinde ve 80 C altında ki sıcaklıklarda Macaristanın güneydoğusundaki %80 den fazla sera jeotermal enerji ile ısıtılmaktadır. CİN 1 MW olup 2000 yılnda 100 MW artırılacaktır. Isıtma 4717 GWh/yıl, Kuzey Çin'de pirinç tarlalarında seracılık uygulanarak pirinçlerin erken yetişmesi sağlanmaktadır. JAPONYA Kurulu güç 379 MW 1990 dan beri ikiye katlanmış Isıtmada kullanılan 9730 GWh/yıl sıcak su ve tanmda Jeotermal enerji tesisi DİĞER ÜLKELER Bulgaristan : 770 GWh/yıl ısıtmada Romanya : 342 GWh/yıl ısıtmada Polonya : 205 GWh/yıl ısıtmada Yugoslavya : 915 GWh/yıl ısıtmada Belçika : 28 GWh/yıl ısıtmada Almanya : 21 GWh/yıl ısıtmada Danimarka : 13GWh/yıl ısıtmada îndonezya : 1200 MW elektrik ısıtma Yeni Zelanda : 281 MW, 440 Mw lık ilave İsviçre : 964 GWh İsveç : 267 GWh ısıtma kapasitesine sahip TÜRKİYEDE JEOTERMAL ENERJİ KULLANIMI Isıtma amacıyla ilk olarak 1964 yılında Gönende bir otelde uygulanmıştır. Yine konut ısıtmasında ilk olarak Gönende 1987 yılında kullanılmaya başlanmış olup kapasite 16.2 MW 'tır. Jeotermal enerji ile ısıtılan ilk sera 4500 m 2 alanda olup Denizli Kızıldere sahasında 1985 yılında kurulmuştur ve ev ısıtılmaktadır ve değeri 350 MWt. İzmir Balçova'da 7500 konut jeotermal enerji ile ısıtılmaktadır. Balıkesir Gönene sahasında 1600 konut, 54 işletme ve 109 ticarethane ısıtılmaktadır. Denizli ve Aydın illerinin jeotermal enerji ile ısıtılması planlanmaktadır dan itibaren jeotermal enerji kullanım hızı döneminde % 185 ve döneminde %173 artmıştır. Türkiye'nin orta anadolu, batı ve kuzey batı bölgelerinde 140 adet jeotermal saha vardır. Türkiye'deki tüm konutların % 30 'unun ısıtılması jeotermal enerji mümkündür ve buda EULGAFIIA Black Sea GEORGIA AZEfi. Balkesir f Eskişehir ıtahy^ * Elektrik O Alan ısıtması D A Isı sera Endüstriyel } Aegean -, Sea ı Mediterranean Sea \ Kaynak: Eriş and Ozgur, 1994; Erisen el al., 1996; Mertoglu, 1998; Kocar and Ellez, 1998; Hepbasli and Erloz, 1999 (Gunerhan, Kocar, Hepbasli, 2000)

12 Yenilenebilir Enerji Kaynaklan Sempozyumu ve Sergisi 5 milyon konut eder MWT 'luk enerjinin şu anda sadece %2 si kullanılmaktadır MW elektrik enerjisi üretilebilmek mümkün iken bunun sadece % 0.5 kullanılmaktadır yılına kadar konutun ve 2020 yılın kadar konutun ısıtılması planlanmaktadır. ISI POMPALARI Isı pompalan yüksek COP değerleri ve sessiz çalışmaları ile dikkat çekmektedir. Buna karşılık ilk kuruluş maliyetlerinin yüksek olması tek dezavantaj lan olarak söylenebilir.borular toprağa dikey olarak yerleştirilerek çalıştırılmaktadır. Amerika'da binden fazla konut ısı pompalan ile ısıtılıp soğutulmakta ve bu sayı heryıl 4000 ile kadar artmaktadır. TÜRKİYEDE JEOTERMAL ENERJİNİN DİREKT KULLANIMI SİSTEM Adapazan- Kuzuluk Adapazan- Sapanca Afyon AfyonBolvadin Afyon-Gazlıgöl Termal Afyon-Omer Termal Afyon-Orucoglu Termal Afyon- Sandikli Ankara- Haymana Ankara- Krzılcahamam Aydin- Germencik Balikesir- Edremit Balikesir- Gönen Balikesir-Havran- Dernek KAPASİTE [MW t ] UYGULAMA B,H HP R H B,H B,H,G B,H R B, M R,B,H,G G G R,H,B,G,1 G SICAKLIK [ C] Balikesir- Sındırgı Canakkale-Ezine-. Kestanbol Denizli- Golernezli Denizli- Kizildere İstanbul Izmir- Balcova Izmir- Bergama Izmir-Dikili Izmir- Seferihisar Kirsehir Kutahya- Gediz Kutahya- Simav Kutahya- Yoncali Manisa- Alaşehir Manisa-Salihli Mersin Nevsehir- Kozaklı Rize-Ayder Samsun-Havza Sivas-Sıcak Çermik Tokat- Niksar Urfa- Kırcaali Yalova Yozgat- Saraykent TOPLAM Diğer GENEL TOPLAM G R,G B,G R,G,I HP R,G,B,H,S,Ho B,G G B,G R B,H,G R,G,B,H B,H B,H B,H HP R, G B,H B,H B,H G G G B B: Balneology, M: Cami, G:Sera, R: Alan/Bölge Isıtma, H: Hotel, S: Yüzme Havuzu, Ho: Hastane, I: Endüstriyel Uygulama, HP: Isı Pompası Kaynak: Eriş and Ozgur, 1994; Erisen et al., 1996; Mertoglu, 1998; Kocar and Eltez, 1998; Hepbasli and Ertoz, 1999 (Gunerhan, Kocar, Hepbasli, 2000) 10

13 Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu ve Sergisi TURKIYEDE JEOTERMAL ENERJİNİN SERACILIKTA KULLANIMI YER Afyon-Omer Ankara-Kizilcahamam Aydin-Germencik Balikesir-Edremit Balikesir-Gonen Balikesir-Havran-Dernek Balikesir-Sindirgi Canakkale-Ezine-Kestanbol Denizli-Golemezli Denizli-Kizildere Denizli -Tekkehamam Izmir-Balcova Izmir-Bergama Izmir-Dikili Izmir-Seferihisar Kutahya-Gediz Kutahya-Simav Nevsehir-Kozakli Tokat-Niksar Urfa-Kircaali Yalova Yozgat-Saraykent TOTAL Kaynak: ALAN [ha] Eriş and Ozgur, 1994; Tufekcioglu, Türkmen, 1999 (Gunerhan, Kocar, Hepbasli, 2000) 1999, TURKIYEDE DİREKT OLARAK KULLANILAN TOPLAM JEOTERMAL ENERJİ YIL KULLANILAN KAPASİTE (MW t ) (640withspa's) Source: Mertoglu and Basarir, 1995; Mertoglu, 1998 (Gunerhan, Kocar, Hepbasli, 2000) TURKIYEDE JEOTERMAL ENERJİDEN ELEKTRİK ÜRETİMİ TESİS YERİ İNŞA YİLİ DURUM ÜNİTE TİPİ POTANSİ GÜÇ (MW e ) GUÇ ORANİ (MW t ) YILLIK ÜRETİM (1998) (GWh/a) 90 Denizli- Kizildere Çalışıy or SF,C Aydin- - Planla SF,B Germencik nmış Aydin Salavatli - Planla nmış Bor K N/A 5 - SF: Tek Tip; C: Yoğun; B : Binary; UC: Kons.Altında; K : Kalina; N/A: bilgi yok Kaynak: WEC-TNK, 1998; GRC Bülten, 1998; Tufekcioglu, 1999 (Gunerhan, Kocar, Hepbasli, 2000) DÜNYADA JEOTERMAL GÜÇ ÜRETİMİ ÜLKE Amerika (USA) Filipinler Meksika italya Japonya Indonezya El Salvador Nikaragua Kosta Rika izlanda Kenya Çin KURULU JEOTERMAL KAPASİTE [MW'] JEOTERMAL GÜÇ ÜRETİMİ [milyon kwh/yıl 2 ] 15,900 8,260 5,730 5,470 3,350 3, NÜFUS [milyon 3 ] ,215 ELEKTRİK TÜKETİMİ KİŞİ BAŞINA [kwh/yıl/kişi 3 ] 13, ,439 4,610 7, ,295 17, JEOTERMAL İLE BESLENEN KİŞİ [milyon] JEOTERMAL İLE BESLENEN NÜFUSUN ORANİ [*]

14 Yenilenebilir Enerji Kaynaklan Sempozyumu ve Sergisi TÜRKİYENİN MEVCUT VE GELECEK 20 YILDAKİ ELEKTRİK KAPASİTESİ YIL JEOTERMAL KAPASIT E (MW e ) YILLIK ÜRETÎ M (GWh/a ) HİDROELEKTRİK KAPASIT YILLIK E ÜRETİM (MW e ) (GWh/a) 10,387 25,442 30,902 40,934 85, ,715 FOSİL YAKIT KAPASIT E (MW e ) 13,442 37,024 46,661 YILLIK ÜRETİ M (GWh/a ) 75, , ,895 KAPASIT E (MW e ) 23,850 62,724 98,808 TOPLAM YILLIK ÜRETİ M (GWh/a) , ,261 Kaynak: WEC-TNC, 1998; TUSIAD, 1998 (Gunerhan, Kocar, Hepbasli, 2000) TÜRKİYEDE YER ISISINDAN FAYDALANAN ISI POMPALARI Yer Suyu Uygulama Sayısı Toplam Isı Yükü (kw) Toplam Isıtma Alanı [m 2 ] Isıtma Tipi/ Soğutma Kaynak: Hepbasli and Ertoz, 1999 ISI EŞANJORU TIPI Dikey 6 Yatay 4 (Gunerhan, Kocar, Hepbasli, KULLANIM TIPI Isıtma Taban ısısı, radyatörler Isıtma+Soğutma Yerden fan-coil 1655 Isıtma, TÜRKİYEDE RÜZGAR ENERJİSİ Türkiye, Avrupa'da rüzgâr enerjisi potansiyeli en iyi olan ülkelerden biridir.türkiye'deki rüzgâr enerjisi kaynakları, teorik olarak Türkiye'nin elektrik ihtiyacının tamamını karşılayabilecek düzeydedir.. Türkiye'nin teknik potansiyeli ise MW'dır. Bu, bile Türkiye'nin şu anada kurulu gücünün üç katına eşittir dolayısıyla Türkiye bir an önce kullanması gereken önemli bir rüzgâr enerjisi potansiyeline sahiptir. Üç tarafı denizlerle çevrili olan ve yaklaşık 3500 km kıyı şeridi olan Türkiyenin özellikle Marmara kıyı şeridi ve Ege kıyı şeridi sürekli ve düzenli rüzgar alan bölgelerdir. Bu sebeple bu bölgelerden başlamak üzere hızla rüzgar enerjisi yatırımlarına başlanmalıdır.. Rüzgâr enerjisinin durumu Bugüne kadar ETKB tarafından değerlendirilen 39 adet Rüzgâr Çiftliği projesi bulunmaktadır. Bu projelerin toplam kapasitesi bin 370 ilâ bin 440 MW'dır. Bu 39 projenin, 215 MW'lık kapasiteye sahip 8 tanesinin yatırımcılarla yapılan görüşmeleri sonuçlandırılmıştır. ETKB'nin 9 Eylül 1999'da açtığı YİD Modeli ile Rüzgâr Güç Santralları Yaptırılması konusundaki resmi ihale, gündemdeki toplam proje sayısını 55'e çıkartmıştır. Böylece Türkiye'de gerçekleşme aşamasına girmiş rüzgâr güç santrallerinin toplam kurulu gücü bin 700 MW'a ulaşmıştır. Buna karşılık 2000 yılı sonu itibarıyla gerçekleşen ve şu anda faal olan kurulu güç 19 MW tır.(l) (1) Per Krogsgaard; 'Global Status of Wind Power' Rüzgar Enerjisi Sempozyumu 5-7Nisan2001 İzmir 12

15 Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu ve Sergisi GÜNEŞ ENERJİSİNDEN EDİLGEN YARARLANMADA "SAYDAM YALITIM" UYGULAMASI Türkan GÖKSAL* Necdet ÖZBALTA** '*'Anadolu Üniversitesi Müh-Mim.Fakültesi Mimarlık Bölümü İki Eylül Kampusu Eskişehir Tel: (222) / '"'Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü Bornova-İzmir Tel: (232) ÖZET Binalarda enerji tüketiminin azaltılmasındaki en etkin önlem taşınım yoluyla gerçekleşen ısı kaybının yalıtım uygulanarak azaltılmasıdır. Bu amaçla kullanılan opak yalıtım malzemeleri ısı kaybının indirgenmesine katkıda bulunurlar. Ancak yeni geliştirilen saydam yalıtım malzemeleri düşük ısı geçirgenlikleri yanında yüksek güneş ışınımı geçirgenliği nedeniyle binaların yalıtım özelliklerini iyileştirmek ve güneş enerjisinden kazanç sağlamak amacıyla edilgen sistem uygulamalarında kullanılmaktadır. Saydam yalıtım uygulaması ile oluşturulan sistem toplayıcı gibi çalışır ve saydam yalıtımı geçen güneş ışınımı duvar dış yüzeyinde absorbe edilerek ısı enerjisine dönüştürülür. Kazanılan enerjinin iç ortama taşınım yanında radyasyonla aktarılması nedeniyle hem enerjiden tasarruf sağlanır hem de konfor koşullarının iyileştirilmesine katkıda bulunulur. Bu çalışmada Eskişehir iklim koşullarında opak ve saydam yalıtımlı tuğla duvar kuruluşlarının ısıl davranışları incelenmiş ve enerji kazanımına olan katkısı araştırılmıştır. Anahtar sözcükler: Saydam Yalıtım, Enerji Korunumu, Güneşten Pasif Yararlanma ABSTRACT The most effective measure to reduce the energy consumption in buildings is to apply insulation to lessen the existing heat lost from heat transportation. Opaque insulation materials, vvhich are used for this purpose help in the reduction of heat lost. Recently developed transparent insulation materials have high solar energy transparency, besides having a low heat transparency. For this reason, they are used in passive system application to improve insulation properties and to exploit solar energy in buildings. Formed by transparent insulation application, they function as a system collector and transform into heat energy the solar energy vvhich passes through the transparent insulation by absorbing the solar energy into the outer layer of the walls. The gained energy is transported into the inner environment through the radiation. This helps to improve the comfort and to save energy. in this study, the contribution to energy conservation of brick vvalled constructions with opaque and transparent insulation was investigated and analysed as was the behaviour of these buildings under heat. Special attention was paid to the climate conditions of Eskişehir while conducting this study. Keywords: Transparent insulation Materials, Energy Saving, Passive Solar Energy 1.0 GİRİŞ Binalarda enerji tüketimini azaltmak için uygulanabilecek en etkin önlem bina kabuğunun yalıtılarak taşınım yoluyla gerçekleşen ısı kaybını en aza indirgemektir. Bu amaçla bina kabuğunda genelde binayı dıştan saran opak yalıtım kullanılması yaygındır. Ancak bu uygulamayla güneş enerjisine karşı bir engel oluşturularak güneşten ısı enerjisi kazanımımn önüne geçilmektedir. Güneş mimarisinde yeni bir eleman olan saydam yalıtım uygulaması ile enerji kazanımına iki yöntemle katkıda bulunulmak- 13

16 Yenilenebilir Enerji Kaynaklan Sempozyumu ve Sergisi tadır. Bunların ilki geleneksel yalıtım malzemeleri gibi enerji korunumunun gerçekleştirilmesi, diğeri ise geleneksel yalıtım malzemelerinin aksine güneş enerjisinden daha yüksek oranda wı enerjisi kazammına olanak vermesidir. Bu iki etki birlikte değerlendirildi-ğinde toplam ısı yükünün karşılanmasında güneş enerjisinin katkısı daha fazla olmaktadır. Bu çalışmada opak ve saydam yalıtımlı duvar kuruluşlarının ısıl davranışları gözlenmiş ve enerji kazammına olan katkısı araştırılmıştır. 2.0 SAYDAM YALITIM MALZEMESİ Saydam yalıtım malzemeleri yüksek güneş ışınımı geçirgenliği ve düşük ısı geçirgenlik katsayıları nedeniyle binaların yalıtım özelliklerini iyileştirmek ve güneş enerjisinden kazanç sağlamak amacıyla özellikle edilgen sistem uygulamalarında gündeme gelirler. Saydam yalıtım uygulaması ile oluşturulan sistem toplayıcı gibi çalışır. Saydam yalıtımı geçen güneş ışınımı duvar dış yüzeyinde absorplanır (Şekil 1). Absorbe edilen enerji iç ortama yararlı ısı olarak aktarılır. Kazanılan enerjinin iç ortama taşınım yanında radyasyonla aktarılması nedeniyle konfor koşullarının iyileştirilmesine katkıda bulunulur. Duvar sıcaklığının, günün önemli bir bölümünde iç ortam sıcaklığının üzerinde olması nedeniyle ısı kayıpları azalır. Ayrıca duvar sıcaklığının yüksek olması sonucu yüzeyde ve duvar içinde yoğuşma olasılığı en aza indirgenir. Saydam yalıtım yeni binaların inşaasında olduğu gibi mevcut binaların iyileştirilmesinde de uygulanabilir; böylece duvarların ısı depolama etkinliği arttırılır. Saydam yalıtım uygulaması ile kış aylarında güneş enerjisi katkısında artış sağlanmasına karşın yazın aşırı ısınma sorunu olabilmektedir. Dış iklimsel koşullara karşı korumak amacıyla saydam yalıtım dış yüzeylerine güneş ışınım geçirgenliği yüksek olan cam, plastik levha veya saydam sıva uygulanır. Yukarıda da değinildiği gibi yalıtım ve ışın geçirgenlik saydam yalıtımın en önemli özellikleridir; ancak bu iki özellik (saydamlık ve ısı yalıtımı) birbiriyle ters orantılıdır. Literatürde güneş ışınımı geçirgenlik katsayısı yüksek olan her malzeme saydam yalıtım olarak kabul edilmekte ve ısı geçiş katsayısı k < 1.3 W/m 2 K, enerji geçirgenliği (g) ise > 0.40 olarak verilmektedir [1],[2]. Saydam yalıtım uygulamasında en yüksek düzeyde verim alınabilmesi için, kalite katsayısı olarak anılan Q-değerinin (T /k) > 0.6 olması gerekmektedir (T ışın geçirgenlik, k ısı geçiş katsayısı). Opak yalıtım malzemelerine karşın, saydam yalıtımda ısıl iletkenlik (A) değeri X/d formülü ile belirlenemez. Çoğu kez A, strüktür kalınlığının (d) bir fonksiyonudur [3]. Saydam yalıtım üretiminde cam ve termoplastiklerden polycarbonat (PC) ve polymetly-metakrilat (PMMA) kullanılır. Camın yangın ve çevresel etkenlere dayanımı yiksektir, ancak yoğunluğunun yüksek olması sonucu ısı iletkenliğinin artması olumsuz yönüdür. Termoplastiklerde ise PC kimyasal karışımına bağlı olarak C, PMMA ise türüne bağlı olmak üzere C sıcaklığa dayanım gösterir. Her iki malzemenin ışık geçirgenliği yüksek (saydam), yutuculuğu düşük, ancak güneş ışınlarına karşın dayanımları faıklıdır. PMMA, UV-ışınlarına dayanıklıdır, PC ise UVışınlarını absorbe eder, bu nedenle dayanımı artırmak için üretiminde UV-stabilizatör kullanır veya saydam levha üzerine UV-filtresi uygulanabilir. Yangına dayanım açısından PC, PMMA'a karşı daha fazla dayanım gösterir. PMMA kolay tutuşabilen, PC ise (Bl) zor tutuşabilen malzemeler grubunda yer alır. Ayrıca PC mekanik açıdan daha sağlamdır, bu da işlenebilmesini kolaylaştırır. Saydam yalıtımlı duvar kuruluşunda sistemin etkinliği yalıtım gerecinin strüktürel yapısına ve düzenlenme yönüne bağlı olarak değişmektedir. Saydam yalıtım gereçleri kısa dalga boylu ışınımı geçirmekte, uzun dalga boylu ısıl ışınıma karşı ise opak davranmaktadır [4]. Yalıtım içinden geçen kısa dalga boylu ışınım, yutucu yüzey tarafından soğurularak duvar kütlesinde ısıya dönüşmekte ve ısı enerjisi önce iletim, ardında taşınım-ışınım yoluyla mekana aktarılmaktadır. Saydam yalıtım uygulamaları: - direkt kazanç yolu ile mekanların ısıtılması, - güneş duvarı uygulamaları (dolaylı kazanç) ile mekanların ısıtılması ve/ya ısıtma tesisatının desteklenmesi, - toplaçlar aracılığı ile sıcak su eldesi ve 14

17 Yenilenebilir Enerji Kaynaklan Sempozyumu ve Sergisi aydınlatma enerjisinden tasarruf amacı ile mekanların aydınlatılmasında kullanılması şeklinde gerçekleşebilir. Strüktürel nitelikleri ve güneşten sağladığı ısı kazancına yönelik performansları bağlamında saydam yalıtım [5]: yutucu yüzeye paralel düzenlenen lamine ve/ya çok tabakalı camlar, yutucu yüzeye dik düzenlenen kapiler ve/ya petek dokulu strüktürler ve cam arasında aerojel (granül veya monolitik) uygulamaları şeklinde guruplandırılabilir. Yutucu yüzeye paralel düzenleme - Lamine ve/ya çok tabakalı camlar: Sistemin etkinliği yansıma ve soğurma oranlarına bağlıdır; tabaka sayısının artması ısı yalıtımını olumlu ancak ışın geçirgenliğini yansımanın artması nedeni ile olumsuz etkiler. Katmanları yutucu yüzeye paralel yerleşmiş olan camlı kuruluşlarda (lamine camlar, lamine plastik filmler), dolgu maddesi olarak argon, kripton, xenon kullanılması ile yalıtım değeri artırılabilir (Tablo 1). enerjisi taşınım ve ışınım yoluyla iç mekana belli bir faz kayması ile aktarılmaktadır. Kapiler strüktürde cam kullanılması durumunda (çap) (j) 3-10 mm, PC ve/ya PMMA kullanımında ise 1-3 mm arasında değişir; camın ısı iletkenlik (A) değeri termoplastlara karşı 7 kat fazladır. Bu nedenle stabilite açısından cam tüplerde çeper kalınlıkları jxm dolayında olup, camın yüksek iletkenliği nedeni ile yalıtım değeri olumsuz etkilenir (Şekil 2). Yaklaşık 10 cm kalınlıkta cam kapiler strüktürde A-değeri 1 W/m 2 K'dir. Cam Sıva Savdam Kaatot i ^ ^ ^ ^ ^ ^ H ^ ^ ^ ^ ^ ^ H Qun«s iştr.ımt ^ ^ ^ ^ ^ ^ B 1 Yansıma Güı vhes M6GIİ Ouvar IZİ8Z. *-*1&.SZ -«re j K \ ) i 1 Şekil 1: Saydam Yalıtımda Işın-Isı Geçirgenlik [7] Şekil 2: Kapiler- Saydam Yalıtım Tablo 1: Dolgu Maddelerinin Isı Geçirgenlik Katsayısı üzerine etkisi [6] Dolgu maddesi k-değeri (W/m2K) Yutucu yüzeye dik düzenleme-kapiler tüpler I Petek dokulu strüktürler: Kapiler tüpler veya petek dokulu strüktürler yutucu yüzeye dik olarak düzenlenir ve güneş ışınlarının geri yansımadan duvar yüzeyine u- laşması sağlanır. Şekil l'de görüldüğü üzere güneşin konumuna bağlı olarak yaz aylarında düşeyle dar açı yaparak gelen ışınlar borucukların içine girememekte, kış aylarında ise yalaya yakın konumda gelmeleri sonucu borucuklann çeperlerinde yansıyarak yutucu yüzeye ulaşmaktadır. Böylece masif duvarda depolanan ısı Aerojeller (monolitik, granül): Silisyumdioksit (SİO2) esaslı monolitik aerojel malzemesinde (çap) $ nanometre arasında olup, güneş spektrumu dalga boyunun çok altındadır. Dolayısıyla yansıma oranı düşük olup ışınların % 9O'ı geçebilmekte ve saydam bir görünüşe sahip olması pencere camlarında kullanma olanağı vermektedir. Granül aerojeller ise saydam bir görüntü vermezler, monolitik aerojele karşın üretimleri daha kolay ve ucuz, ancak ışın geçirgenlik değeri düşüktür. 15

18 Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu ve Sergisi Monolitik aerojel ^-değeri W/mK, granül aerojel X -değeri W/mK (hava dolgulu) olup, vakum veya soygaz dolgu durumunda X -değeri daha da azaltılabilir. Silikat granül boyutlarının ışık dalga boyundan daha küçük olması, malzemenin homojen olarak algılanmasını sağlar. Yoğunluğunun kg/m 3 olması nedeniyle kırılma indisi havaya yakındır, böylece üst yüzeyde yansıma kayıpları olabildiğince düşüktür. Ancak suya karşı çok duyarlıdır ve su ile temas durumunda suyu emerek saydam olmayan bir durum alır. Bu nedenle çok tabakalı kuruluşlarda üretim maliyetleri düşüktür ve çap en fazla 10 mm'dir. kayması) ve direkt kazanca karşın daha düşük sıcaklık farklıkları nedeniyle daha uygundurlar. Duvar kuruluşunda gölgeleme elemanları araalığı ile enerji kazancı sıcak dönemlerde kontrol edilebilmektedir. nanoporöse Struktur -0-Sİ-O-Kette 20 nm Şekil 3: Monolitik-Aerojel Kristal Yapısı ve Granül Aerojel Uygulaması [8] 3.0 SAYDAM YALITIM UYGULAMA OLANAKLARI Direkt Kazanç Sistemi: Saydam yalıtım normal cam yüzeyler gibi herhangi bir duvar olmaksızın uygulanır. Direkt olarak mekan içine giren ışınlar mekan içinde çarptıkları yüzeylerde ısıya dönüşür ve mekan iç ortam sıcaklığı yüzeylerin sıcaklığına paralel olarak yükselir. Ancak faz kaymasının düşük olması sonucu, mekanda aşırı ısınma sorununa karşı gölgeleme elemanı düzenlenerek kontrollü ışın geçişi sağlanabilir. Direkt kazanç sistemlerinin dolaylı enerji kazanç sistemlerine ek olarak uygulanmaları enerji tasarrufu açısından uygundur. Güneş Duvarı: Güneş duvarı uygulamasında saydam yalıtım masif bir duvarın önünde yer alır (Şekil 4). Gerecin yalıtım özelliğinden dolayı ısı duvar kesitinden mekana belli bir zaman aralığında aktarılır. Gecikme süresinde (faz kayması) masif duvar malzemesinin termofiziksel özellikleri ile kalınlığı (d) etkin rol oynar. Güneş duvarları, basit kuruluşları, istenen zaman gecikmesi (faz Şekil 4: Saydam Yalıtım Uygulaması Hibrid Sistemler: Isı enerjisine gereksinim duyulmadığı dönemlerde hibrid sistem uygulamaları ile güneş enerjisinden sıcak su eldesi olanaklı olabilmektedir. 4.0 Farklı İç ve Dış Sınır Koşulları Etkisindeki Duvarlarda Isı Akısı Çalışmada Eskişehir iklim koşullarında farklı duvar kuruluşlarının güneş ışınımı etkisi altındaki ısıl davranışı incelenmiştir. Bu amaçla yalıtmışız, opak yalıtım ve saydam yalıtım uygulanmış tuğla duvar kuruluşları ele alınmıştır (Şekil 5). Yalıtmışız Tuğla Duvar Sıva (3cm), tuğla (19cm), sıva (2cm) 16

19 Yenilenebilir Enerji Kaynaklan Sempozyumu ve Sergisi Opak Yalıtımlı Tuğla Duvar Sıva (lcm), yalıtım (6cm), tuğla (19cm), sıva (2cm) Saydam Yalıtımlı Tuğla Duvar Cam (6mm), Saydam yalıtım (locm), sıva (lcm), tuğla (19 cm), sıva (2 cm) Şekil 5: İncelenen Duvar Kuruluşları - Kesitler Binaların dış kabukları çevre sıcaklığı, güneş ışınımı gibi dış iklimsel koşulların etkisi altındadır. Dış iklimsel koşullar zamanın fonksiyonu olarak gün boyunca sürekli değişim gösterirler. Opak duvann dış yüzeyi güneş ışınımı etkisinde kaldığında mevcut koşullarda yeni denge oluşana kadar duvar kalınlığı boyunca sıcaklık dağılımında değişim gözlenir. Oluşacak sıcaklık profilinin eğimi ve sınır koşullan, iç ve dış ortam sıcaklıkları, yutulan güneş ışınımı ve duvann termofîziksel özelliklerine bağlıdır. Duvardan oluşacak ısı akısının hesaplanmasında zaman bağlı bu sürecin dikkate alınması daha duyarlı sonuçların eldesini olanaklı kılar. Çalışmada incelenen çok tabakalı duvar kuruluşlannın da bir boyutlu ısı iletiminin meydana geldiği varsayılmıştır [13], [14] (Şekil 6). Model çalışması Ocak ve Temmuz ayları için gerçekleştirilmiştir. Bu aylara ait dış ortam sıcaklığı, güneye yönelik düşey bir yüzey üzerine gelen güneş ışınım şiddetinin değişimi Şekil 7 ve 8'de görülmektedir [9],[10]. i (t) Dış Ortam iç Ortam Hesaplamalar ilgili ayları temsil eden 17 ocak ve 17 temmuz günleri için yapılmıştır. Duvar yüzeyine gelen saatlik ışınım şiddeti I=I d *R d +I y * I y )*p*(l-cosl3)/2 eşitliği ile hesaplanmıştır. Burada k yatay yüzeye gelen direkt güneş ışınımı, \ yatay yüzeye gelen yayılı güneş ışınımı, Rj eğik yüzeye gelen direkt güneş ışınımının yatay yüzeye gelen direkt güneş ışınımına oranı, f3 yüzeyin eğimi, p yerin yansıtma katsayısıdır. Çalışmada yayılı ve yerden yansıyan ışınımın izotropik olduğu kabul edilmiştir. Yayılı ve yerden yansıyan ışınım için saydam yalıtım geçirgenliği, bu ışınımların eşdeğer geliş açılarında direkt ışınım geçirgenliğine benzer şekilde hesaplanmıştır. Işınım şiddetinin hesaplanmasında izlenecek yöntemle ilgili diğer bilgiler [11], [12] nolu kaynaklardan bulunabilir. T(t,o) T (t,l) x=0 x=l Şekil 6: L kalınlığında çok tabakalı duvar kuruluşunda etken sınır koşullan Zaman bağlı bir boyutlu ısı iletimi (dtldt) = a *{d 2 T/dx 2 ) eşitliği ile ifade edilmektedir. Burada T(t,x) duvar içinde herhangi bir an ve konumdaki sıcaklığı, a ısıl yayıhm katsayısını göstermektedir. Çözümlemede duvann iç ve dış yüzeyinde taşımınla ısı geçişinin olduğu, dış yüzeyinde aynca güneş ışınımının etkili olduğu varsayılmıştır. Dış yüzeydeki ısı akısı, iç yüzeydeki ısı akısı ise h d [T d (t)-t(t,o)] 17

20 Yenilenebilir Enerji Kaynaklan Sempozyumu ve Sergisi q i =h*\r i {t,l)-t.\ eşitlikleri ile tanımlanmıştır. Burada h. ve h d iç ve dış yüzeydeki taşınımla ısı transfer katsayıları, I(t) duvar yüzeyine gelen güneş ışınım şiddeti, a g duvarın güneş ışınımı yutma katsayısı, T d (t), Tj Ç sırasıyla dış ve iç ortam sıcaklıkları, T (t, x) ise duvar sıcaklığıdır. Isı iletim denklemi sonlu farklar yöntemiyle çözümlenmiştir. Bu amaçla oluşturulan her düğüm noktası için uygun sonlu fark eşitlikleri yazılmıştır. Duvar dış yüzeyinde, T o P+ı =T o p + 2*Fo\r p ı + Bi *Tf + I (t) *{dx/k)] duvar içinde, T: +1 = FO fe,+t:_ X )+ duvar iç yüzeyinde ise 7/ +ı =7)" [1-2* Fo (1-2*F O ) sonlu fark eşitlikleri malzeme özellikleri de değerlendirilerek yazılmıştır. Her düğüm noktası için yazılan eşitlikler yakınsama kriterleri de dikkate alınarak çözülmüşlerdir. 5.0 Sonuçlar Isıtma (Ocak) ve soğutma (Temmuz) dönemlerinde yalıtımsız, opak yalıtımlı ve saydam yalıtımlı tuğla duvar kuruluşlarının iç yüzeylerinde hesaplanan saatlik ısı akılan Şekil 9 ve 10'da görülmektedir. Ocak ayında yalıtımsız ve opak yalıtımlı duvar kuruluşlarında beklenildiği gibi ısı kaybı oluşurken, saydam yalıtım uygulanmış duvarda ise ısı kaybı yaklaşık olarak günün ilk 16 saatinde oldukça küçük değerlerde meydana gelmiştir. Öğleden sonraki saatlerde ise ısı kazancı oluşmuştur. Bunun nedeni saydam yalıtımın güneş ışınım geçirgenliğinin yüksek buna karşın ısıl iletkenliklerinin küçük olmasıdır. Gündüz saatlerinde gelen güneş enerjisinin büyük bir bölümü saydam yalıtımı geçtikten sonra duvar dış yüzeyinde yutulur. Isıl iletkenliğin düşük olması nedeniyle dış ortama olan ısı kaybı oldukça küçüktür. Yutulan enerjinin önemli bir bölümü duvar malzemesinin termofiziksel özelliklerine bağlı olarak duvar içinde depolanır. Bu enerji günün sonraki saatlerinde belli bir faz farkı ile duvar iç yüzeyine ve mekana transfer edilir. Temmuz ayında ise saydam yalıtımlı duvardaki ısı kazancı opak ve yalıtımsız duvardaki ısı kazançlarının oldukça üzerinde gerçekleşir. Öğleden sonraki saatlerde ısı kazancı opak yalıtımlı duvardaki ısı kazancının yaklaşık 8 katı düzeyindedir. Ocak ayında duvar dış ve iç yüzey sıcaklıklarının günlük değişimi Şekil 11 ve 12'de görülmektedir. Ocak ayında saydam yalıtımlı duvarda güneş ışınımın yutulmasına bağlı olarak dış yüzey sıcaklığı öğleden sonraki saatlerde 20 C- 23 C gibi günün en yüksek değerlerine çıkmaktadır. Genel olarak saydam yalıtımlı duvarda dış yüzey sıcaklığı, gün boyunca yalıtımsız ve opak yalıtımlı duvar sıcaklığının yaklaşık 15 C üzerinde olmaktadır. Ocak ayında duvar iç yüzey sıcaklığının saydam yalıtımlı duvarda yaklaşık 20 C olduğu görülmektedir (Şekil 12). Dış yüzeydeki maksimum sıcaklığın faz farkı ile iletilmesi sonucu iç yüzey sıcaklığı güneş battıktan sonraki saatlerde (yaklaşık arası) en yüksek değeri almaktadır. Akşam saatlerindeki ısıtma amaçlı enerji gereksiniminin bir bölümünün karşılanması olanaklı olmaktadır. Bu çalışmada hesaplamalar belli bir duvar kalınlığı dikkate alınarak gerçekleştirildiğinden optimum sonucun eldesi için en uygun duvar kalınlığının belirlenmesi gerekmektedir. Temmuz ayında duvar dış ve iç yüzey sıcaklıklarının değişimi Şekil 13 ve 14'de verilmiştir. Öğle saatlerinde saydam yalıtımın özelliği nedeniyle gündüz saatlerinde dış yüzey sıcaklıkları yaklaşık 40 C olmaktadır. Dış yüzeydeki 18