ĠSTANBUL DAKĠ DÖRT ĠSTASYON ĠÇĠN DEĞĠġKEN TABANLI DERECE-SAAT HESABI

Transkript

1 TÜBAV Bilim ĠSTANBUL DAKĠ DÖRT ĠSTASYON ĠÇĠN DEĞĠġKEN TABANLI DERECE-SAAT HESABI İsmail EKMEKÇİ 1, Şaban PUSAT 2* 1 Marmara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü 2 Yıldız Teknik Üniversitesi Makine Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü Hidromekanik ve Hidrolik Makineler ABD Özet Derece-gün yöntemi Isıtma-Soğutma-İklimlendirme hesaplamalarında kullanılan en eski ve basit yöntemlerden birisi olarak günümüzde hala kullanımını sürdürmektedir. Bu çalışmada uzun döneme ait güncel meteorolojik veriler kullanılarak elde edilen Tipik Meteorolojik Yıl verileri ile değişken tabanlı ısıtma ve soğutma derece-saat değerleri hesaplandı. noktası sıcaklığı olarak 9 farklı sıcaklık değeri kullanıldı. Çalışmalarımız bütün şehirler için olmakla beraber bu çalışmada İstanbul ili içerisinde yer alan 4 farklı istasyon için yaptığımız analizlerin sonuçlarına yer verilecektir. Anahtar Kelimeler: Isıtma, Soğutma, Derece-Saat, Tipik Meteorolojik Yıl CALCULATION OF VARIABLE BASE DEGREE-HOURS FOR FOUR STATIONS IN ISTANBUL Abstract Degree-day method which is one of the oldest and simplest Heating, Cooling and Air Conditioning calculation methods is still being used today. In this study, variable base heating and cooling degree-hours are determined by using the Typical Meteorological Year data derived from recent long term hourly measured data. We used 9 different base temperatures in the calculations. Our works are still going on for all the stations, almost 280 stations, in Turkey but in this study results for four stations of Istanbul are just documented. Key Words: Heating, Cooling, Degree-Hour, Typical Meteorological Year E-posta: spusat@yildiz.edu.tr 1

2 TÜBAV Bilim 1. GiriĢ Derece-Gün yöntemi binalarda enerji performans analizlerinde kullanılan en eski yöntemlerden birisidir. Günümüzde detaylı ve karmaşık enerji analiz yöntemleri geliştirilmiş olmasına rağmen Derece-Gün yöntemi hala geniş bir şekilde kullanılmaktadır. Ülkelerin farklı ısıtma, soğutma ve yalıtım uygulamalarında kullanmak üzere derece-gün bölgelerini tayin etmeleri yaygın olarak görülebilen bir işlemdir [1,2]. Ülkemiz için değişken tabanlı derece-saat hesaplamaları üzerine yapılan bir takım çalışmalar mevcuttur [8, 9, 10, 11]. Derece-Saat hesabı temel olarak saatlik sıcaklık değerinin belirlenen denge sıcaklığı arasındaki farkına dayanmaktadır. sıcaklığı ile ilgili farklı değerler alınabilmekle beraber geleneksel olarak izolasyonsuz bir binada ısıtma için 18 0 C ve soğutma için de 22 0 C alınabilir. sıcaklığının belirlenmesinde bina konfor şartları, kullanım özellikleri, yalıtım durumu ve ısı kazanç ve kayıpların değeri dikkate alınmalıdır. Geleneksel denge sıcaklıklarının kullanılması durumunda dikkatli olunmalıdır [3]. Bu çalışmada kullanacağımız denge sıcaklıkları ısıtma ve soğutma derece-saatler için 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 ve 25 0 C olarak belirlendi. Derece-saat hesaplarken kullanılan en genel formül şöyledir [3]; (T 0 T d ) = DS. (1) Burada; T o : Dış ortam sıcaklığı T d : sıcaklığı DS: Derece-saat değerini ifade etmektedir. İki sıcaklık değeri arasındaki fark 0 dan büyükse soğutma-derece saat, 0 dan küçükse ısıtma-derece saat olarak hesaplamalara katılır. Ancak sadece bu çalışmada değil, tüm dünyada soğutma derece hesaplarında çok önemli bir eksiklik vardır ve hesaplarda karmaşa yaratmaktadır. Bu sorun ASHRAE yayınlarında bile göze çarpmaktadır [4]. Özellikle konfor soğutmasında dış hava bağıl nemine, taze hava-re-sirküle hava karışım oranlarına ve seçilen iç hava konfor bağıl nemine bağlı olarak binalarda aktif nem kontrolü kaçınılmazdır. Nem kontrolü demek ise özellikle soğutmada gizli soğutma yüklerinin hesabını, dolayısı ile bu yüklerinde performans hesaplarına ve soğutma derece saat hesaplarına ayrı bir faktör olarak katılması şartını getirmektedir. Yukarıdaki derece-saat denklemi sadece hissedilir yükler içindir ve gizli yükleri içermemektedir. Dolayısı ile soğutma derece-saat, soğutma derece-gün gibi kavramlar giderek pratikte terk edilmeye başlanmıştır. Bu konuda devam etmekte olan çalışmalar tamamlanıncaya kadar soğutma derece saat kavramından uzak durulması veya çok dikkatli bir şekilde kullanıcıya bu yöntemin sorunları açıklanarak bir farkındalık yaratmak koşulu ile kullanılması gerekmektedir. Tipik Meteorolojik Yıl uzun yıllara ait meteorolojik verilerin kullanılmasıyla oluşturulan bir yıllık veri topluluğudur. İlk olarak 1979 lu yıllarda Hall ve arkadaşları tarafından Sandia Laboratuar larında geliştirilmiştir [5,6]. Daha önceleri uzun yıllardan bir yıllık veri elde etmek için uzun yılların ortalaması alınarak elde etme yoluna gidiliyordu. Tipik meteorolojik yıl oluşturma yöntemi ise uzun yıllarda oluşabilecek aşırı uç değerlerin sonuçlar üzerindeki etkisini en aza indirmesi açısından günümüzün en gerçekçi ve kabul gören metodudur. 2. Derece-Saat Değerleri İstanbul için yapılan bu çalışmalarda 4 farklı noktadaki istasyonlar için Tipik Meteorolojik Yıl (TMY) verileri oluşturuldu. Oluşturulan TMY veri toplulukları ile de derece-saatler hesaplandı. Tablo 1: İncelenen İstasyonların Bilgileri Ġstasyon No Ġstasyon Adı Rakım Enlem Boylam Veri Aralığı Florya 36 40,59 28, Göztepe 33 40,58 29, Kumköy 30 41,15 29, Şile 83 41,11 29,

3 TÜBAV Bilim ġekil 1: İstasyonların haritadaki konumları 2.1. Isıtma Derece Saat Hesapladığımız ısıtma derece-saat değerleri aylık toplamlar halinde Tablo 2 de sunulmuştur. Elde edilen sonuçlarla yapacağımız kıyaslamalar ısıtma için 18 0 C olacak. En yüksek değer Mart ayında Florya istasyonunda 9758 ve en düşük değer de Temmuz ayında Göztepe istasyonunda 2 derece-saat olarak görüldü. Yıllık toplamlara baktığımızda ise en yüksek değer derece-saat yani 2369 gün ile Şile de görüldü. Sonuçların grafiksel olarak gösterimi Şekil 2 de görülebilir KUMKOY SILE ġekil 2: 18 o C denge sıcaklığı için dört istasyonun aylık ısıtma derece-saatler Derece-saat değerlerini 24 ile böldüğümüzde derece-gün değerlerini elde edebiliriz. Yıllık toplamları bu şekilde karşılaştırmak daha anlamlı gelebilir. Florya, Göztepe, Kumköy ve Şile istasyonları için hesaplanan derece-gün değerleri sırasıyla 2244, 2282, 2344 ve 2369 olarak birbirlerinden farklı değerler şeklinde göze çarpıyor. En yüksek ve en düşük derece-günlere sahip Florya ve Şile istasyonları arasındaki fark aynı şehirde olmalarına rağmen 125 (yüzde olarak fark yaklaşık % 6) gibi yüksek bir değere sahip. 3

4 SILE KUMKOY TÜBAV Bilim Tablo 2: Hesaplanan derece-saat değerleri Soğutma Derece Saat Kuru termometre sıcaklığını kullanarak hesapladığımız soğutma derece-saatlerin aylık ve yıllık sonuçlarını Tablo 3 de bulabilirsiniz. Kıyaslamalarımız için denge sıcaklığı olarak 22 0 C yi kullandık. En yüksek değer 1944 derece-saat ile Temmuz ayında yine Florya istasyonunda gerçekleşiyor. Florya istasyonunda altı ve diğer istasyonlarda da beş ay süreyle 0 derece-saat görülüyor C için elde edilen sonuçların grafiksel gösterimi Şekil 3 de yer alıyor. 4

5 KUMKOY TÜBAV Bilim KUMKOY SILE ġekil 3: 22 o C denge sıcaklığı için dört istasyonun aylık soğutma derece-saatleri Yıllık toplamlar açısından bakacak olursak en yüksek değer 180 derece-gün ile Florya, en düşük değer ise 107 derece-gün ile Şile istasyonunda görüldü. En yüksek ve düşük derece-gün değerine sahip istasyonlar arasındaki fark 73 (yüzde olarak fark yaklaşık % 68) derece-gün gibi yüksek bir seviyede. Tablo 3: Soğutma Derece-Saat değerleri

6 SILE TÜBAV Bilim Sonuçlar ve TartıĢma Bu çalışmanın amacı İstanbul ili sınırlarındaki dört farklı noktada yer alan meteoroloji istasyonları için değişken tabanlı derece-saatlerin hesaplanmasıydı. Isıtma ve soğutma derece-saatlerin hesaplanmasında kullandığımız denge sıcaklıkları 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 ve 25 0 C. Sonuçlar tablolar ve grafikler halinde sunuldu. Elde edilen sonuçlar ışığında bir bina aynı şehir içerisinde fakat farklı noktalarda dahi olsa derece-saat değerlerinin yani ısıtma-soğutma enerji ihtiyaçlarının farklı çıkabildiği görüldü. Şu an Türk Standartları nda (TS 825) [7] yer alan Türkiye nin 4 iklim bölgesine bölünmüş olması elde ettiğimiz sonuca göre değerlendirildiğinde çok kaba bir yaklaşım olarak göze çarpıyor. Standardın iklim bölgelerine ayırma işlemini derece-gün değerleriyle yapmış olması da ayrı bir dezavantajıdır. Bu şekilde kaba bir bölgelemenin yerine daha fazla iklimsel değişkenin kullanılarak daha küçük ölçekli iklim bölgelerinin oluşturulması daha doğru bir yaklaşım olacaktır. TeĢekkür Bu çalışmada bize iklimsel verileri sağlayan Devlet Meteoroloji İşlerine ve ayrıca değerleri yorumlarıyla çalışmamıza katkıda bulunan Prof. Dr. Birol KILKIŞ a teşekkür ediyoruz. Kaynaklar [1] Lstiburek, J.W., Hygrothermal climate regions, interior climate classes and durability. Proceedings of the Eighth Conference on Building Science and Technology, Toronto, Canada, 2001; [2] Sahal, N., Proposed approach for defining climate regions for Turkey based on annual driving rain index and heating degree-days for building envelope design. Building and Environment 41, 2006; [3] ASHRAE, ASHRAE Handbook: Fundamentals. ASHRAE: Atlanta, [4] ASHRAE, ASHRAE Handbook: Fundamentals. ASHRAE: Atlanta, 2009; [5] Hall IJ, Prairie RR, Anderson HE, Boes EC. Generation of typical meteorological years for 26 SOLMET stations. Sandia Laboratories Report, SAND , Albuquerque, NM, [6] EN Avrupa Standardı. [7] TS 825 Türk Standardı. [8] Ö. Altan Dombaycı, Degree-days maps of Turkey for various base temperatures. Energy, [9] Orhan Büyükalaca, Hüsamettin Bulut, Tuncay Yılmaz, Analysis of variable-base heating and cooling degreedays for Turkey. Applied Energy, Volume 69, Issue 4, August 2001; [10] A. Satman, N. Yalcinkaya, Heating and cooling degree-hours for Turkey. Energy, Volume 24, Issue 10, 1999; [11] Uner M, Ileri A.Typical weather data of main Turkish cities for energy applications. International Journal of Energy Research, 2000; 24: