Yapı Teknolojisinde Yenilenebilir Enerjiler ve Alternatif Sistemler. Prof. Dr. T. Hikmet Karakoç Anadolu Üniversitesi 07 Şubat 2009

Transkript

1 Yapı Teknolojisinde Yenilenebilir Enerjiler ve Alternatif Sistemler Prof. Dr. T. Hikmet Karakoç Anadolu Üniversitesi 07 Şubat /44

2 2/44

3 ENERJİ ETKİN BİNA : Tasarımından, kullanılıp son bulmasına (yıkılma, yenilenmesi) kadar geçen süreçte enerjiyi en etkin kullanan binalara enerji etkin bina denir. Bu kavram ile ülke ve dünya ekonomisine katkı sağlanmasının yanı sıra, çevreye duyarlı, sürdürülebilir bina modellerinin ortaya çıkması beklenmektedir. Bu süreçte en uzun dönemi kapsayan binanın kullanım süreci en önemli ve en çok enerjinin harcandığı kısımdır. Bu nedenle mekanik tasarımlarda enerji tasarrufu büyük rol oynar. 3/44

4 YEŞİL BİNA? Yeni bina : Yeşil bina konsepti? Türkiye de yeni bina % kaçı bu konsepte uyacak- klasik tasarım alışkanlığı Gelecek 5-10 yılda yeşil binalar klasik binaların % kaçı olur? Mekanik tesisatta enerji verimliliği sağlanmadan yeşil bina olmaz. Binanın yeşil bölümü tesisat tasarımı ve tesisat bölümünde bulunuyor. Mevcut ve yeni mekanik tasarımlarda enerji verimliliği çok önemli TH.Karakoc, ak 2008, AÜ 4/44

5 Alternatif enerji kaynakları Enerji verimliliği Basınç Nem Rüzgar hızı Güneş alma durumu 5/44

6 Kullanılacak Mekanik Tasarımın küresel ısınmaya olabilecek etkileri araştırılmalıdır. 6/44

7 Bina geometrisi aynı zamanda bina da kullanılacak mekanik tasarımların kullanılabilirliğini ve bakımını da kolaylaştıracaktır. Yüzey alanı arttıkça yüzeylerden olan ısı transferi artacaktır. Yüzeylerin birbirine göre durumları,konumları; iletim, taşınım ve ışınım ile olabilecek ısı transferlerinin arttırılmasında ya da azaltılmasında önemlidir. Cephelerin yönünün seçimi, hatta odaların cephelere göre tasarımı ısı transferinin arttırılması bakımından önemlidir. Çatı ve tavan tasarımı, özellikle yalıtım bakımından önemlidir. Temel ve bodrumun yapısı özellikle alt katlarda ısınma problemlerini beraberinde getirir. Hesaplamalarda dikkate alınmalıdır. Malzemelerin özelliklerinin iyi bilinmesi gerekir. Bina geometrisinin oluşturulmasında kullanıla-cak malzemeler farklı özellikler taşırlar. Bükük ev (Sopot, Polonya), 29 Ocak 2009 TH.Karakoc, akoc 2008, 08, AÜ 7/44

8 Tasarımda mekan kalitesi mutlaka ele alınmalıdır. İyi bir iç mekan kalitesi için; İç hava miktarının ve kalitesinin arttırılması İnşaat malzemelerinde sağlığa zararlı olmayan madde ve boyaların kullanılması İç mekanlarda kimyasal ve kirletici kaynaklar kontrol edilmeli Isıl konfor koşulları sağlanmalı Gün ışığı alması ve iyi bir manzara sağlanmalı Gürültü önlemleri alınmalıdır. Isıl Konfor Koşulları : Mekan Sıcaklığı : ºC İç Yüzey Sıcaklığı : ºC Döşeme Sıcaklığı : ºC Tavan Sıcaklığı : ºC Hava Hızı 0.2 m/s Bağıl Hava Nemi : %40-%60 Düşeyde Sıcaklık Farkı 3 ºC TH.Karakoc, akoc 2008, 08, AÜ 8/44

9 Yalıtımın Avantajları ısıtma yakıt tüketimini azaltır. yoğuşma, rutubet vs. önlenir. ısıl konfor sağlanır. yazın soğutma giderleri azaltılır. çevre kirliliği azaltılır. İçten yalıtım: Dıştan yalıtım: 9/44

10 Binaların yapımında artık çevreye duyarlı, enerji tasarruflu, yeşil binalar tasarlanmaktadır. Mekanik tasarımların buna uygun seçilmesi önemlidir. 10/44

11 11/44

12 Su dağıtım ve basınçlandırma sistemlerinde enerji verimliliği Su tüketimini ve maliyetini azaltmak Sıcak su tesisatında enerji verimliliği Mekanik tasarımda önlemler 12/44

13 Temiz Soğuk Su Tesisatı: Duvar içindeki borular da izolasyon yapılmalı Tesisat düz olmalı, gidiş yönünde hafif eğim olmalı Soğuk su borusu en altta olmalı Hidrofor çıkışına bir basınç regülatörü konulmalı Banyodan mutfağa yerden çekilen borular mutlaka korunmalıdır Ankastre galvanizli borular zift, koruyucu bant vs. malzeme ile korunmalıdır Sürgülü vana yerine prinç vana, küresel vana kullanılmalı Tesisatta ses varsa basınç yüksek geliyordur veya boru çapı düşük seçilmiştir. ISISAN, Mimarın Tesisat El Kitabı, 1. Cilt, /44

14 Sıcak Su Tesisatında Ekonomi: Su ısıtma önemli bir enerji tüketim kalemidir. Konutlarda sıcak su ısıtmak için gerekli enerji yıllık ısıtma ihtiyacının %10 ile %20 arasındadır. Otellerde ise bu oran %20 ile %35 arasındadır. 14/44

15 Sıcak su tesisatındaki verimsizlikler aşağıdaki nedenlerden kaynaklanabilmektedir; Kazanlardan (kazan tipi, kapasitesi, yıllık verimi) Boylerden Dağıtım ve sirkülasyon boru tesisatından Tesisatın yalıtımından Boylerdeki su sıcaklığının yüksek seçilmesinden Hidrofor sisteminin basıncının yüksek seçilmesinden Musluk ve batarya tiplerinden 15/44

16 Isıtmada Sistem Seçimi? Bireysel, Merkezi, Bölgesel 16/44

17 Isıtma Cihazlarının Verimi Sistemlerde Kapasitenin Yüksek Seçilmesi Yüksek Verimli Cihaz ve Sistem Seçimi Yoğuşmalı Sistemler Değişken Devirli Pompa Kullanımı Oransal Brülörler Kazanlarda Enerji Verimliliği Baca Gazı Analizörü Kullanmak Yakma Yönetim Sistemleri Yakıt İzleme Formu Kullanılması İç Soğuma Kayıpları Otomatik Kontrol Oda Sıcaklığının Doğru Seçilmesi Termostatik Radyotör Vanası Oda Termostatı Tam Otomatik (Dış Hava Kompanzasyonlu) Kumanda Panosu 17/44

18 Isıtma Sistemlerinde Kapasitenin Yüksek Seçilmesi Emniyetli olmak adına kazan, pompa gibi cihazların kapasiteleri yüksek seçilmektedir. Bu durum cihazların düşük kapasitelerde ve verimsiz çalışmalarına neden olmakta, İlk yatırım giderleri artmaktadır. Emniyet katsayısının yüksekliği hesap yetersizliğinin bir işaretidir. 18/44

19 Yoğuşmalı Sistemler Yakıtın içindeki gizli ısıyı da kullanabildiğinden yoğuşmalı cihazlar diğerlerine göre % 5 - %15 verimle çalışırlar. Düşük ısıtma sistemlerinin kullanılması, sistemdeki ısı kayıplarının azaltılmasını ve sistemin daha verimli çalışmasını sağlamaktadır. TH.Karakoc, 2008, 08, AÜ 19/44

20 Yoğuşmalı Sistemler 20/44

21 Kaskad Sistemler Kaskat sistemi kullanımı ile mevsim geçişlerinde daha az sayıda cihaz çalıştırılarak yarım kapasitede verimsiz kazan çalıştırmak yerine, tam kapasitede bir veya iki cihaz çalıştırılabilir. 21/44

22 Pompalar Tesisatta kullanılan sirkülasyon pompaları düşük güçlü olsalar da sürekli olarak çalıştıklarından toplamda tükettikleri elektrik enerjisi yüksektir. Almanya daki bir çalışmaya göre sirkülasyon pompalarının yıllık çalışma süresinin kapasite ile ilişkisi aşağıdaki gibidir: %6 sında tam yükte (%100) %15 inde kısmi yük (%75) %35 inde kısmi yük (%35) %44 ünde kısmi yük (%25) 22/44

23 Değişken Devirli Pompa Kullanımı Sirkülasyon pompaları zamanlarının büyük bir kısmında kısmi yükte çalışmaktadırlar. Bu nedenle tesisatta değişken devirli pompa kullanımı önerilmektedir. Bu tür bir çalışma rejiminde değişken devirli bir pompa kullanarak %25-80 elektrik enerjisi tasarrufu yapmak mümkündür. 23/44

24 Brülörler Brülörler kapasite kontrollerine göre üç tipe ayrılmaktadır: Tek Kademeli Brülörler İki Kademeli Brülörler Oransal Brülörler 24/44

25 Brülörler Brülörler kapasite kontrollerine göre üç tipe ayrılmaktadır: Tek Kademeli Brülörler İki Kademeli Brülörler Oransal Brülörler Bu tip brülörler on-off olarak çalışır. Bu tip brülörler ya tam kapasitede çalışır ya da çalışmaz. Çalışma sırasında hep maksimum seviyede yakıt tüketir. 25/44

26 Brülörler Brülörler kapasite kontrollerine göre üç tipe ayrılmaktadır: Tek Kademeli Brülörler İki Kademeli Brülörler Oransal Brülörler Bu tip brülörler başlangıçta belirlenmiş bir minimum ve maksimum güç seviyeleri arasında çalışır. Brülör başlangıçta devreye girdiğinde minimum güç seviyesinde çalışır. Daha sonra gereksinime bağlı olarak bu iki güç arasında çalışır. 26/44

27 Brülörler Brülörler kapasite kontrollerine göre üç tipe ayrılmaktadır: Tek Kademeli Brülörler İki Kademeli Brülörler Oransal Brülörler Isı yükünün değişimine bağlı olarak brülör kapasitesi ayarlanmaktadır. Isıtma termostatının ayarladığı değere göre modülasyon yapılır. Kapasite aralığı % arasında olabilmektedir. 27/44

28 Brülörler Modülasyonlu cihazlarda şalt sayısı doğal olarak daha az olmaktadır. Brülörün her durup kalkması ön süpürme nedeniyle ve bir süre kararsız kötü yanma nedeniyle enerji kaybına neden olur. Durma periyodundaki ilave soğuma kayıpları yakıt tüketimini arttırmaktadır. Esas kayıp ön süpürmekten kaynaklanmaktadır saniye mertebesinde ön süpürme söz konusudur. Bu kayıplar kapasite ve kazan tipine bağlı olarak %10 kadar çıkmaktadır. TH.Karakoc, akoc 2008, AÜ 28/44

29 Baca gazı analizörü kullanılarak aşağıdaki değerler ölçülebilmektedir: Oksijen yüzdesi, Karbondioksit yüzdesi, Karbonmonoksit yüzdesi, Baca gazı sıcaklığı, Ortam sıcaklığı Kazanlar Bu parametreler değerlendirilerek yanma verimi hesaplanabilmektedir. Yanma veriminden yola çıkılarak kazan verimi ve diğer parametreler belirlenebilmektedir. Baca gazı analizörü kullanılarak, kazan verimi hesaplanıp işletmede yanma optimizasyonu ve yüksek verim ile enerji ekonomisi sağlanabilmektedir. 29/44

30 Kazanlar Analizler günde en az bir iki kere yapılmalı ve sürekli kaydedilerek gerekli önlemler alınmaktadır. Baca gazı analiz cihazı kullanılarak yakma havasının kontrolü ile %4 e yakın bir yakıt tasarrufu sağlanabilmektedir. Bu cihaza yapılabilecek yatırımın geri ödeme süresi iki hafta civarındadır. 30/44

31 31/44

32 Yakıt tüketiminin büyük değerlere ulaştığı yüksek kapasiteli kazanlarda, verimin kontrolü daha da önemli hale gelmektedir. Bu amaçla tam otomatik mikro modülasyonlu yakma yönetim ve oksijen kontrol sistemleri geliştirilmiştir. Bu sistemde baca analizler sürekli ve otomatik olarak yapılmaktadır. 32/44

33 Kazanlarda Yakma Yönetim Sistemleri O 2, CO 2, CO ve baca gazı sıcaklığı gibi parametreler ile yanma verimi sürekli olarak izlenmektedir. Yakıt karakterine ve atmosferik şartlarda değişikliklere göre yakıt hava ayarına otomatik müdahale, frekans konvektörlü brülör fanları ile yapılarak enerji tasarrufu sağlanmaktadır. 33/44

34 Kazanlarda Yakma Yönetim Sistemleri Yakıt tüketiminin büyük değerlere ulaştığı yüksek kapasiteli kazanlarda, verimin kontrolü daha da önemli hale gelmektedir. Bu amaçla tam otomatik mikro modülasyonlu yakma yönetim ve oksijen kontrol sistemleri geliştirilmiştir. Bu sistemde baca analizler sürekli ve otomatik olarak yapılmaktadır. 34/44

35 Otomatik Kontrol Oda Sıcaklığı Seçimi : Binanın yakıt tüketimine etki eden en önemli faktörlerden biri iç sıcaklık değeridir. İç sıcaklığın bir derece artırılması yıllık yakıt tüketiminde şehirlere göre %8 ile %12 arasında bir artışa neden olmaktadır. İstanbul için yıl boyunca iç sıcaklığın 22 C yerine 20 C alınması durumda yıllık tasarruf %17-20 gibi değerlere ulaşabilmektedir. Oda sıcaklığının doğru seçilmesi otomatik kontrolü de gerekli kılmaktadır. 35/44

36 Otomatik Kontrol Termostatik Radyotör Vanası HK, 16 Aralık /38

37 Otomatik Kontrol Programlı Oda Termostatı HK, 16 Aralık /38

38 Otomatik Kontrol Tam Otomatik Sistemli Ekonomi Paneli HK, 16 Aralık /38

39 TS-825 TS825 in uygulanmasından sonra, enerji tüketimi açısından daha iyi binaların yapılmasında önemli bir adım atılmıştır. TS825 in getirdiği önemli bir yenilik Isı İhtiyacı Kimlik Belgesi dir. Bu belge, TS825 in tüketiciler yönünden ortaya çıkan vitrini niteliğindedir. 39/44

40 TS-825 TH.Karakoc, 2008, 08, AÜ 40/44

41 TS /44

42 Sıcak su gidiş dönüşü 70/55 ºC tercih edilmelidir. Oda sıcaklığını 20 ºC üzerinde 1 ºC arttırmak yakıt tüketimini %10 artmaktadır (İstanbul koşullarında) Oda sıcaklığının arttırılması odanın kurumasına ve gribal enfeksiyonlara neden olmaktadır Odada kullanılan ısıtıcıların büyük seçilmesi oda sıcaklığını arttırır, odayı kuruturu fazla enerji harcanmasına neden olur. ISISAN, Mimarın Tesisat El Kitabı, 1. Cilt, /44

43 Ekserji ve Ekserjoekonomik Analiz Öncelikle bir sistem tasarlanırken termodinamik olarak çok iyi hesaplanmalıdır. İlk prototiplerinin enerji ve ekserji analizleri mutlaka yapılmalıdır. Enerji ve Ekserji verimleri belirlenmelidir. 43/44

44 44/44