Sürdürülebilir Enerjiler ve Almanya'da Enerji Optimizasyonu Dikkate Alınan Projelerden Örnekler

Transkript

1 Sürdürülebilir Enerjiler ve Almanya'da Enerji Optimizasyonu Dikkate Alınan Projelerden Örnekler Dr.-lng. G. Liersch OBERMEYER 1 Giriş Yapı sahipleri ve İdareler, daha projelendirme safhasında yeni yapılacak endüstri ve büro binalarında, enerji optimizasyonun dikkate alınmasına büyük önem vermektedirler. Enerji Tasarruf Yönetmeliği 2000; Federal Yapt Bakanlığının Eko-Elkitabı veya Enerjiye Eko-Vergisi gibi çeşitli yönetmelikler geleceğe yönelik gelişmeleri yönlendirmektedir. OBERMEYER Planen+Beraten-Münih, Enerji sağlama, yapılar ve bina tekniği konularında aşağıdaki hizmetler vermektedir. Danışmanlık Değerlendirme Planlama Enerji sağlama Enerji konseptieri, ikmal ve sağlama seçenekleri, uzaktan ısıtma konseptieri, sürdürülebilir enerjilerinden yararlanma, Kuvvet-lsı-Soğuk kuplajı, güneş enerjisinden yararlanma Yapılar Bina tekniği Dinamik bina simülasyon hesaplamaları, termik bina optimizasyonu (bina-tesis tekniği), cephe seçeneklerinin değerlendirilmesi, saydam ısı sönümlemesi, çift-atık hava cepheleri, gün ışığı simülasyon hesaplamaları RLT sistemlerinin termik/dinamik tasarımı, enerji tüketim projeksiyonları, işletme karakteristiklerinin optimizasyonu, soğuma hesaplamaları, güneş enerjisinden aktif vè pasif yöntemlerle yararlanma ' Bu bildiri kapsamında, sürdürülebilir enerjilerin önemli rol oynadığı, gerçekleştirilmiş 2 proje ve "konvansiyonel" modern teknik araçlar kullanılarak bir idari binadaki enerji tüketiminin etkin bir şekilde nasıl azaltıldığı tanıtılacaktır. 27

2 2 Remscheid Şehir İşletmeleri Yeni Binası Enerji sağlayan bir kuruluş olarak, Remscheid Belediye İşletmeleri, doğal enerji kaynaklan ve çevre ilişkilerine sorumluluk bilinci ile yaklaşıma büyük önem vermektedir. Daha 1997 yılında, Remscheid Belediye İşletmelerini çevre yönetim sisteminin geliştirilmesi için DİN EN ISO sertifikası verilmişti. Böylece, yapı sahibi yeni yaptıracağı idari binasında, en yeni ekolojik ve enerji optimizasyonu ile ilgili bilgi ve bulguların dikkate alınmasını şart koşmuştur. 2.1 Saydam Isı İzolasyonu ile Pasif Solar Enerjiden Yararlanma Binanın güneye bakan kısmındaki pencere altları ve döşeme alınları saydam ısı sönümlendirici malzeme (TWD) ile kaplanmıştır. Bu malzeme güneş ışınlan için şeffaf ama aynı zamanda ısı kayıplarına karşı sönümleyicidir. Ayrıca dışarıdaki havanın soğuk olması durumunda bile güneş ışınlarının absorbsiyonu ile duvar konstrüksiyonunu ısıtmaktadır. Şekil 1 : Remscheid Şehir İşletmeleri Binasının Bilgisayar Gösterimi 28

3 Aşağıdaki şekilde, bir simulasyon hesabından elde edilen sonuçlara bakıldığında, şubat ayında bile bina içine olan ısı akımı, bina dışına olan kayıptan daha fazladır. İlave ısıtma tasarımında özellikle TWD-"Duvar Isıtması" dikkate alınmıştır. Sıcak iç duvarların ısınma efektini etkilememek için, zeminde küçük çaplı "şap konvektörleri" (% 100 devridaim) öngörülmüştür. 2.2 Gün Işığının Yönlendirilmesi Binanın güney cephesindeki Güneş Koruyucu Lamelleri alışılmış jaluziler gibi uniform olarak kapanmamaktadır. Gün ışığının, mekanın daha derinliklerine kadar yansımasını sağlamak için, üst taraftaki lameller daha az eğimli yapılmışlardır. 2.3 Solar Destekli Soğutma * Bir bina simulasyon hesabı sonucunda, tamamen güney oryantasyonlu bürolarda pencerelerle havalandırmaya rağmen, zaman zaman hoş olmayan, elverişsiz oda sıcaklıkları ortaya çıkmıştır. Bunun sebebi, içerideki büro teknik donanımdan oluşan ısı yükü ile dış ısı yükleri olmaktadır. Mal sahibinin arzusu üzerine, soğuk su şebekesi ile çalışan, enerji tasarruflu bir soğutma sistemi (sessiz soğutma) tasarlanmıştır. Soğuk hava üretimi solar destekli bir "Adsorbsiyon soğutucu makine" ile sağlanmaktadır. Bu makinenin çalışma prensibi, soğutucu malzeme olarak suyun, adsorpsiyon aracı Silicagei üzerine adsorbe edilmesi esasına dayanmaktadır. Soğutucu makine, soğutucu malzemenin regenerasyonu yani desorpsiyonu için gerekli ısı ile çalışmaktadır. Absorsiyon soğutucu makinelerden farklı olarak, burada C C ısı seviyesi yeterli olmaktadır ki, makine solar olarak ısıtılmış sıcak su ile çalışabilmektedir. Tabiki bu durum, yazın soğuk hava talebinin en yüksek olduğu zamanla solar arzın en fazla olduğu zamanın denk düşmesi halinde çok uygun olmaktadır. Bunun i- 29

4 çin, komşu binaların bir kısmının da yararlanması düşünülerek, 106 kw soğutma ka pasiteli, verim faktörü 0,6 olan bir agrégat seçilmiştir. Yani 1 kw ısı ile 0,6 kw soğuk elde edilmektedir. 2.4 Büyük Kollektörlü - Solar Tesis Buranın çatısına büyük kollektörlü bir solar tesis yerleştirilmiştir. Bu tesis, sıcak su elde edilmesinde, geçiş dönemlerinde ısınmaya destek verilmesinde ve adsorpsiyon soğutucu makinesinin çalıştırılmasında kullanılmaktadır. Solar tesis, herbiri 7,5 m 2 o- lan birimlerden oluşmaktadır ve toplam 150 m 2 dir W/m 2 lik ışın olan yaz mevsimi koşullarında tesis yaklaşık 90 kw ısı kapasitesine sahiptir. Aşağıdaki şekilde solar tesisin erişilebilen karşılama paylan ile kullanım oranlan gösterilmiştir. Şekil 3: Termik Solar Tesisin Karşılama Payları ve Kullanım Oranlan 2.5 Solar Elektrik Üretimi için Fotovoltek-Tesisi Binanın güney/güneybatı cephesine mimari görünüme uygun olarak, solar elektrik ü- retimi için bir fotovoltek-tesisi entegre edilmiştir. Herbiri 5 modülden oluşan 12 Dizilik toplam 77 m 2 alan öngörülmüştür. 90 Eğim ve güneybatı oryantasyonu sayesinde efektif olarak % 70 lik bir enerji kazanımı beklenmektedir. Bunun anlamı, yaklaşık 10 kwp kurulu güçten 7 kw efektif üretim sağlanıyor demektir. 30

5 Bununla ilgili bir simülasyon hesabının sonuçları aşağıdaki şekilde verilmiştir. Görüldüğü gibi, üretilen solar elektriğin büyük kısmı doğrudan tüketilmektedir; sadece yaz aylarında küçük bir miktar şebekeye aktanlmaktadır. Şekil 4: Cepheye entegre Fotovoltek ile Solar elektrik üretimi 2.6 Yağmur Suyundan Yararlanma Düz çatılar ve teraslarda toplanan yağmur suyu ayrı bir boru sistemi ile dışarda bulunan 4,3 ve 5,0 m 3 iki sarnıç'a aktarılmaktadır. Burada toplanan sular tuvaletlerde ve yeşil alanların sulanmasında kullanılmaktadır. 3 Petersberg Katolik Eyalet Halk Yüksekokulu Petersberg de yapılan yeni Eyalet Halk Yüksekokulu kaynak tasarrufu ve enerji kazanımı için modern bir mimari ve teknik araçlarla donatılmıştır. Tekniğin son durumunu yansıtan önlemler şunlardır Ahşap Yonga ateşlemeli bina ısıtması Kullanım suyu için solar enerji Bina yerleşimi ve pencere alanlarının seçimi ile solar enerjiden pasif yararlanma Elektrik üretimi için fotovoltek tesisi Çatının yeşiilendiriimesi Gün ışığının daha çok kullanımı Yağmur suyundan yararlanma Adiyobat sürekli hava nemi vasıtasıyla soğutma ve soğuğun geri kazanılması Bir önceki örneğe dayanılarak solar sıcaklık ve fotovoltek tanımlandığı için burada ö- zellikle tahta yongası ateşlemesi olan biokütlenin (biomas) kullanımına değinilecektir. 31

6 3.1. Biokütle ile İlgili Genel Hususlar Ağacın veya diğer hızlı yetişen bitkilerin yakılmasında, bitkinin yetişme süreci içinde havadan aldığı kadar CO 2 açığa çıkar. Dolayısıyla, yakma ve yetişme işlemleri CO2 açısından nötürdür. Yakıt maddesi olarak odun Avrupa'da son yıllarda giderek önem kazanmıştır. Özellikle Avusturya, İsviçre ve Danimarka birincil enerji ihtiyaçlarının önemli bir kısmını o- dun ile karşılamaktadırlar. Fakat, saman, çin kamışı, kolza, v.s. gibi enerji bakımından zengin diğer bitkiler de giderek önem kazanmaktadırlar. Landtechnik Weihenstephan'in verdiği bilgiye göre çok senelerden beri piyasada ( Bavyera ) odun fazlalığı mevcuttur. Odunun oldukça yüksek yenilenebilirliği bakımından bu yakıtın azalması beklenmemektedir. Biokütle aşağıdaki avantajları birleştirmektedir.» Yenilenebildik Geniş sunu bazı Tekelci yapı olmaması Kısa ve güvenli taşıma Çok, farklı yakıtların değiş-tokuş edilebilmesi Yerti ekonominin desteklenmesi Yurt dışına akan paraların azalması Ülkede işyerlerinin sağlanması 3.2. Yonga ile Ateşlemenin Yapısı Tahta yongası ile ısıtmanın önemli bileşenleri olan; kazan, yonga deposu ve kazanı doldurma aşağıdaki şemada gösterilmiştir. Isıtma kazanının tam otomatik olarak doduruiması depodan gerçekleşir. Uygulamaya ve tesisin büyüklüğüne göre farklı dağıtma sistemleri piyasada mevcuttur. 6x6 m. boyutlarındaki depo binanın kuzey tarafında kazan.dairesinin önünde buiumaktadır. 3 metre yüksekliğindeki bu mekanın hacmi 108 m 3 tür. Yongalar için yararlanılabilir mekan yaklaşık 90 m 3 ile sınırlıdır. 32

7 Şekil 5: Tahta Yongası ile Isıtma Şeması Tahta yongası deposu 6x3 m 2 lik kolay açılabilen bir kapakla doğrudan yukarıdan doldurulabilir. Üstünden vasıta geçebilen bu kapak uygun bir hidrolik açma mekanizması ile donatılmıştır. Tahta yongasının sevkiyatı kamyon veya damperli traktör ile gerçekleştirilebilmektedir. 3.3 Biokütlenin Enerji Verileri Tamamen kuru 1 kg. tahtanın ısı değeri (ATRO) 5,2 kwh/kg. Su miktarına göre ısı değende (Hu) değişir. % 50 oranında su miktarı (W), % 100 düzeyinde bir neme (U) karşılık gelmektedir. Bağlantılar aşağıdaki grafikte ÖNORM B3011 normuna göre gösterimiştir. Buradan 1 kg. petrolün yerine 3 kg. odununeşdeğer olduğu sonucunu türetebiliriz. 1 kg Petrol = 3 kg Odun 33

8 Şekil 6: Tahta yongasının ısı değerinin su miktarına ( depolama zamanı ) bağlılığı Odunun ağırlığı esas alındığında ısı değeri odun türüne bağlı değildir. Fakat hacim esas alındığında odunların çeşitli ham yoğunlukları dikkate alınacaktır. Gerekli yakıt deposu mekanının hesaplanmasında ÖNORM M 7133'e dayanılarak 1 ton sıradan tahta yongasının yığma yoğunluğu belirleyicidir. W=% 25 olan 1 ton ince tahta yongası yaklaşık 4 m 3 ince tahta yongasına karşılık gelmektedir. Hacmi 90 m 3 olan planlanan yakıt deposu böylelikle yaklaşık 23 ton tahta yongasını içine alabilmektedir. Bu kwh düzeyindeki bir ısı değerine karşılık gelmektedir. 320 kw kapasitesindeki bir kazanda tam yükle çalışma durumunda yakıt deposu her 10 günde bir yeniden doldurulmalıdır. Bu miktar geçiş dönemlerinde' 1 aydan fazla yetmektedir saatlik tam kapasite çalışma durumunda 263 ton ince tahta yongası seviyesinde yıllık bir yakıt ihtiyacı ortaya çıkmaktadır. Yaklaşık 15 kez sevkiyat ile tahta yongası ile ateşlemenin yıllık yakıt ihtiyacı karşılanabilir. Tahta yongası ile ateşlemenin yıllık ısı miktarı 1008 MWh/a dolayındadır. 34

9 Günümüzün tahta yongası ile ateşleme sistemleri nominal yük ile çalışma durumunda % 90'ın üzerinde bir verime ulaşmaktadır. 3.4 Emisyonlar Çevre koruma meselesi kamuoyunda giderek daha önemli bir yer almaktadır. Sera etkisi, ozon tabakasının delinmesi ve CO 2 durumu herkesin ağızındadır. Enerji tasarrufu ve enerjinin akıllıca kullanılmasının yanında özellikle enerji dönüşümü yapan tesislerde büyük bir ticari ihtiyaç vardır. Şekil 7 rejeneratif enerji kaynağı oduna kıyasla, petrol ve gaz gibi taşıllaşmış (fosilleşmiş) enerji kaynaklarının emisyonlarının sınırsız farklarını göstermektedir. Burada sadece logaritmik olarak gösterilebilen emisyonların mutlak değerleri dikkate alınmalıdır. Şekil 7. Çeşitli ısıtma tesislerinin emisyon kıyaslaması * Odunun -ve özel durumda kolay kullanılabilir yonganın- son derece çevre koruyucu enerji kaynağı olarak geçerli olduğu buradan görülmektedir. Yasalara göre Almanya'da tahta yongası ile ateşlemelerde sadece işlenmemiş tahta yakılabilmektedir. Kullanılan tekniklerle yasal sınır değerlerinin birkaç misli altına inilebilmektedir. 35

10 4 OBERMEYER - Münih Büro Binası Teknik Tesislerinin Enerji Optlmizasyortu Söz konusu büro binası 1974 yılında inşa edilmiştir. Bina, Münih'in merkezinde trafik bakımından yoğun bir yerde bulunduğundan pencere açarak havalandırma, gürültü ve emisyon yükü nedeniyle mümkün değildir. Dolayısıyla bina makinalaria havalandırılıp klimatize edilmektedir. Şekil 8. OBERMEYER - Münih Büro binasının görünüşü 4.1. Enerji Optimizasyonu Öncesi Enerji Tüketimi Aşağıdaki Tablo 1996 yılındaki gaz tüketimini göstermektedir. Spesifik tüketim (yani ısıtılmış büro alanına göre) 194 kwh/m 2 /yıl. Bu değer bugünkü standartları karşılamamaktadır, ancak 27 yıllık bir bina için, havalandırma gereksiniminin büyük bir paya sahip olduğu dikkate alınırsa, fena değildir Toplam Gaz Süre L Yılı Gaz Tüketimi Aviar OcaK Şubat Mart Nisan Mavıs Haziran Temmuz Ağustos Evlül Ekim Kasım Aralık Tüketim m» m m m m' 6500 m m" 4350 m m m m m m' Birim Fiat Pfq./m Pfg/m Pta/m Pfg /m Pfq./m Ptg/m Pfq./m Pfq./m PfqVm Pfq./m Pfq./m Pfq./m' 43,50 Pfg Jm 3 ', Toclam DM DM DM DM DM DM DM DM DM DM DM DM ,34 DM Kullanım alanı, m* isin spasffifc dejjer 194 kmjnfm 6,02 kwh/nv/yil Tablo Yılı Gaz Tüketimi 36

11 Elektrik tüketimi oldukça yüksektir. Yıllık elektrik masrafları DM'ı bulmakta, yani binanın yıllık toplam enerji gideri 0,5 milyon DM'a ulaşmaktadır. SOıe Toptanı EMdrik. -,.-. Aylar Ocak Şubat Mart Nisan Mayıs Haziran Temmuz Ağustos Eylül Ekim Kasım Aralık Kullanım alam, m* için spesfflls değer İ189G Yık Toplam EnaıiiGkterl 1996 Yılı elektrik Tüketimi Pik Taketim Takatim 732 kw kwh 724 kw kwh 712 kw kwh 692 kw kwh 624 kw kwh 622 kw kwh 624 kw kwh 616 kw kwh 606 kw kwh 608 kw kwh 752 kw kwh 752 kw kwh MNh Karma Rat Pfg./kWh 16,50 Pfg./kWh Pfa/kWh Pfa/kWh 16,88 Pfq./kWh 17,41 Pfg./kWh 16,32 Pfa/kWh 18,02 Pfq./kWh 17,60 Pfq/kWh Pfq./kWh 18,87 Pfg/kWh Pfq./kWh ir,oa ws Jiim *.- - Toplam ,00 DM ,00 DM DM ,00 DM ,00 DM ,00 DM ,00 DM ,00 DM ,00 DM DM ,00 DM ,00 DM ' 4tM4840OM ,34DSW Tablo 2. Yıllık Elektrik Tüketimi Elektrik tüketiminin tam olarak bir profilini çıkarabilmek için 1996 Aralık ayında bir hafta boyunca karşılaştırma ölçümleri yapılmıştır. Geceleri ve hafta sonu tesisin kapalı olmasına rağmen genede yaklaşık 140 kw lık bir tüketim sözkonusudur. 37

12 Bunun nedeni hesap merkezinin soğuğun enerjisi ile beslenmesi ve buna bağlı olarak tüm soğuk ile besleme ağının çalışmasıdır. Gündüz, klima tesislerinin devreye sokulması sırasında yaklaşık 680 kw düzeyine kadar bir artış kaydedilmiştir Enerji Optimizasyonu/Teknik Tesislerin Tasarımı Enerji tüketiminin azaltılması ve aynı zamanda konforun iyileştirilmesi için aşağıdaki önlemler gerçekleştirilmiştir. Bir yanma kazanı, düşük ısı kazanı ve bir BHKW vasıtasıyla 12 adet gazla ısıtma kazanının devre dışı bırakılması Gelen hava cihazı için devir sayısı ayarı olan yeni radyal vantilatörler % 70 düzeyinde ısı alış veriş derecesi olan esas havalandırma için devridaim WRG Soğuyan havşnın geri kazanılması ile adiyabat kirli hava nemi vasıtasıyla soğutma Ana klima cihazı için yeni verimli ve enerji tasarruf eden temiz hava (gelen hava) nemlendirmesi Kış mevsimi sırasında serbest soğutma, yani soğutma makinalarının komple devre dışı bırakılması İşletmenin optimizasyonu için öncelikli enerji yönetim sistemi ile yeni MSR ve bina yönetim tekniği: - Isıtma ve havalandırma için yeni DDC trafoları - Ana binada güneş ışınlarını dikkate alarak her bir odaya göre yeni ayarlama - Toplantı odalarında, aydınlatma kontrollü mekana göre yeni ayarlama - Teknik Tesislerin işletme organizasyonu ve denetimi için GLT - Hafta sonunda, acil bir durum olduğunda bina yöneticisine D2-Mobil şebekeden erişim - GLT-Programına dışardan modern üzerinden giriş - Üst seviye elektrik yük yönetimi Bu enerji tasarımına bağlı olmaksızın, geçen 24 yıldan sonra, ısı merkezinin zaten değişmesi gerekiyordu. Buna, çalışanlann konforu için bazı yeni hizmetler de eklenmiştir, örneğin, daha güçlü bir hava nemlendirici gibi., Bu yeni enerji tasanmının gerçekleşmesi 1,-24 Milyon DM'a malolmuştu. Aşağıdaki tabloda ayrıntılar verilmiştir. 38

13 Yapılan İş BHKW Havalandırma, Soğukluk sağlama Elektroteknik, BHKWye bağlı Bina Otornosyonu Genel Münih Çevre kurulundan teşvik Proje ve İnşaat İşlemi Net Yatınm maliyeti DM DM DM DM DM DM DM [Net Toplam yak. Tablo 3. Enerji Tasarımının Gerçekleşmesi Yatınm Maliyeti 4.3. Planlanan Enerji ve Gider Tasarrufu Yukarıda belirtilen yatırım giderlerine karşılık, beklenen yıllık enerji tasarrufu DM mertebesindedir. Enerji Tasarrufu GOz Enerji Tasarrufu /Yıl Primer Enerji Tasarrufu /Yıl Birim Fiat Gider Tasarruf /Yıl Isı geri kazanımı ( Sıcak kazanım ) Isı geri kazanımı ( Soğuk kazanım ) 480 kw 150 kw -624,00 MWh -105,00 MWh -624,00 MWh -105,00 MWh 40,00 DM/MWh 80,00 DM/MWh ,00 DM 8.400,00 DM Buharlı nemlendirici yerine püskürtmeli nemlendirici 128 kw -153,60 MWh -451,76 MWh DM/MWh ,00 DM Bilanço BHKW 185,00 MWh -950,59 MWh ,00 DM Yaklaşık Yıllık Toplam Tasarruf 250 kw 187,00 DM/kW DM Tasarruf 729,00 MWh -1180,76 MWh ,00 DM Tablo 4. Planlanan Yıllık Enerji ve Gider Tasarrufu ' MVVh'lık yıllık primer enerji tasarrufu, yılda yaklaşık 390 ton CCb-Emisyonuna karşılık gelmektedir İlk Sonuçlar İlk sonuçlar, yani 1998 Aralık ve 1999 Ocak aylarının elektrik faturaları belirgin derecede yüksek enerji tasarrufu olduğu tahminine yol açmaktadır. Her iki durumda da elektrik tüketimi ve giderleri bir önceki yılın değerlerinin % 50 altındadır. Aşağıdaki grafik, münferit tüketicilere göre dağılmış olarak elektrik tüketimini göstermektedir. Eski yapının teknik merkezinin tüketiminin son yılın değerinin % üne kadar uzatılabileceği görülmektedir. Diyagramda sağ taraftaki kirişler ana sayacı yüksek tarife (HT) ve düşük tarife (NT) olarak göstermektedir. Yüksek tarifede tüm tüketim buna göre yarıya indirilebilmiştir. Düşük tarife zamanlan sırasında tüketim hemen hemen elimine edilmiştir. 39

14 Şekil 10. İyileştirmeden Önce ve Sonra ölçüm Yapılan, Yerlerdeki Elektrik Tüketimi 5. Özet Almanya'da yeni inşaat projelerinde yenilenebilir enerjilerin kullanımının uzak görüşlü inşaat sahipleri tarafından teşvik edildiği ve hatta talep edildiği hususu sunulan örneklere dayanarak gösterilmiştir. Bir bina 100 yıla varan bir kullanım için inşa edilir. Münferit önlemler bugün ekonomik olarak gözükmezse bile, önümüzdeki 10 yıl içinde enerji fiyatlarının gelişimini kim bilebilir. Buna karşın idari binalardaki teknik tesislerin enerji bakımından optimal bir şekilde i- yileştirilmesi ekonomi açısından anlamlı bir önlemdir. OBERMEYER Planen+Beraten Şirketinin büro binası için sunulan örneğin yatırım giderleri 10 yıldan az, bir zaman i- çinde kendini amorte edecektir. Yeni tesislerin bileşenlerinin ömür süresi yıldır. 40