Akıllı Bina Sistemleri

Akıllı Binalar ve Yenilenebilir Enerji

image_pdfimage_print

Akıllı Binalar ve Yenilenebilir Enerji

1. Giriş

Bilindiği gibi, akıllı binalar enerji verimliliğini artırmak üzere, binanın enerji harcamalarının otomatik olarak binanın kendi elemanlarıyla ve ek donatılarla kontrol edildiği sistemlerdir. Dolayısıyla akıllı binanın en önemli görevi, kullanıcı konforundan ödün vermeden binanın enerji harcamalarının en az düzeyde olmasını sağlamaktır. Bütün dünyada olduğu gibi ülkemizde de toplam enerjinin çok önemli bir oranı
binalarda kullanıcı konforunu sağlamak üzere ısıtma, klima, havalandırma ve aydınlatma amaçlı kullanılmaktadır. Bu oranlar ülkemiz için yaklaşık olarak Şekil 1’de gösterilmiştir. Dün yada ise binalarda kullanılan enerjinin toplam enerji içerisindeki payı %45-50’ye kadar çıka bilmektedir. Bu durum binalarda enerji tasarrufunun ve yönetiminin ne kadar önemli olduğunun göstergesidir.

2. ENERJI ETKIN PASIF SISTEM

Binanın pasif sistem olarak enerji performansını etkileyen başlıca tasarım parametreleri olarak;
• binanın yeri, • binanın diğer binalara olan mesafesi ve konumlandırılış durumu, • binanın yönü, • binanın formu, • binayı çevreleyen kabuk elemanlarının ısı geçişini etkileyen fiziksel özellikleri ve • güneş kontrol ve doğal havalandırma sistemleri sayılabilir.
Bu parametrelerin enerji tasarrufu açısından doğru değerleri belirlenmedikçe binadaki mekanik ve elektrik sistemlerinin otomasyonundan yeterli enerji verimi elde edilemez.

2.1. Binanın Yeri

Binanın bulunduğu yer; enerji harcamalarını etkileyen güneş ışınımı, hava sıcaklığı, hava hareketi ve nem gibi iklim elemanlarının değerlerinin bilinmesi için önemli olduğu kadar, binanın enerji etkinliğinde çok önemli rol oynayan mikro-klima koşullarının da belirleyicisidir. Şe kil 2 ve 3’te görüldüğü gibi, binanın çevresindeki öğeler bina etrafındaki mikro-klimayı etkile yen önemli faktörlerdir.

2.2 Binanın Diğer Binalara Göre Konumu

Binanın konumlandırılış durumu, diğer binalar ve engeller ile arasındaki mesafe, binayı etkileyen güneş ışınımı miktarını ve bina etrafındaki hava akışı hızını ve tipini belirleyen en önemli tasarım değişkenlerinden biridir. O nedenle, binanın arazideki konumu güneş ve rüzgar gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından
doğrudan güneş ışınımından yararlanma oranını, dolayısıyla toplam güneş enerjisinden kazancını etkileyen en önemli tasarım para metrelerinden birisidir. Bunun yanı sıra binaların yönü rüzgâr alma durumunu, dolayısıyla doğal havalandırma olanağını ve binanın taşı
rüzgar gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından yararlanmak veya korunmak amacına uygun olarak Şekil 4 ve 5’te görüldüğü gibi belirlenmelidir.

2.3. Binanın Yönü

Bina aralıkları gibi binanın yönü de cephelerin
doğal havalandırma olanağını ve binanın taşınım ve hava sızıntısı ile ısı kaybı miktarını da etkiler. O nedenle binanın bulunduğu ilkim bölgesinin ihtiyaçlarına göre binalar güneş ve rüzgardan gerektiğinde yararlanacak, gerektiğinde ise korunacak şekilde yönlendirilmeli ve mekan organizasyonu yönlendirme kriterine göre yapılmalıdır.

2.4. Binanın Formu
Binanın formu da diğer tasarım parametreleri gibi binanın çevresel etkenlerden yararlanma veya korunma düzeyini, dolayısıyla enerji performansını belirleyen önemli bir parametredir. O nedenle, farklı iklimsel karakterlere sahip yörelerde enerji etkin tasarımda formun önem kazandığı geleneksel mimari tasarım örneklerin de belirgin olarak görülebilir. Soğuk iklim bölgelerinde enerji kaybeden yüzeylerin alanını minimize etmek üzere kompakt formlar, sıcak kuru iklim bölgelerinde ısı kazançlarını minimize etmek, gölgeli ve serin yaşama alanları elde etmek açısından kompakt ve avlulu formlar, sıcak nemli iklim bölgesinde karşılıklı havalandırmaya maksimum düzeyde olanak sağlayan hakim rüzgar doğrultusuna uzun cephesi yönlendirilmiş ince uzun formlar ve ılımlı iklim bölgelerinde mümkün olduğunca kompakt ama soğuk iklim bölgesine göre daha esnek bina formları enerji etkin tasarımda dikkat edilmesi gereken hususlar arasındadır.

2.5. Bina Kabuğu

Binanın ve ısıtma sisteminin ısısal performansını etkileyen en önemli tasarım parametresi olan bina kabuğu opak ve saydam olmak üzere, fiziksel özellikleri ve ısı geçişine karşı davranışları birbirinden farklı iki bileşenden oluş maktadır. Bina kabuğunun ısısal performansını etkileyen en önemli fiziksel özellikleri;
• opak ve saydam bileşenlerin ısı geçirme kat sayısı (U, W/m 2. K),
• opak bileşenin genlik küçültme faktörü (j),
• opak bileşenin zaman geciktirmesi (f, h) ve
• opak ve saydam bileşenlerin güneş ışınımına karşı geçirgenlik (opak bileşen için ge çersiz), yutuculuk ve yansıtıcılık katsayıları (t, a ve r) olarak sıralanabilir.
Bir veya birden fazla katmandan oluşmuş herhangi bir kabuk bileşeninin ısı geçirme katsayısı; bileşenin her iki tarafındaki hava sıcaklığı farkı 1 K iken bileşenin birim alanından bu alana dik doğrultuda birim zamanda geçen ısı miktarı olarak tanımlanır.

2.6. Güneş Kontrol ve Doğal Havalandırma Sistemleri

Binanın güneş ışınımı ve rüzgar gibi çevresel etkenlerden gerektiğinde yararlanabilmesi, gerektiğinde korunabilmesi için yukarıda sıralanan tasarım değişkenlerinin yanı sıra bina kabuğu üzerinde güneş kontrolü ve doğal havalandırma sistemlerine gereksinim duyulabilir. Binanın enerji giderlerini en az düzeyde tutabilmek için bu sistemlerin uygun yönlerde uygun
miktarı olarak tanımlanır.

Zaman geciktirmesi ve genlik küçültme faktörü, içerisinde ısı depolayabilen malzemeler için geçerli olup, saydam bileşenlerin ısı depolama kapasiteleri ihmal edilecek düzeyde olduğun dan bu bileşenler için geçerli değildir. Zaman geciktirmesi, bileşenin dış yüzeyindeki maksi mum sıcaklığın oluştuğu saat ile iç yüzeyinde maksimum sıcaklığın oluştuğu saat arasında ki zaman farkı olarak tanımlanabilir. Genlik küçültme faktörü ise, bileşenin iç yüzeyindeki sıcaklık değişimi genliğinin, dış yüzeyindeki sıcaklık değişimi genliğine oranı olarak belirlenebilir. Yukarıda da ifade edildiği gibi opak bileşenler için geçerli olan zaman geciktirmesi ve genlik küçültme faktörü bileşenin ısı depolama kapasitesinin, diğer bir deyişle ısıl kütlesinin fonksiyonudur. Saydam bileşenler için ise ısıl kütle ihmal edilebilecek kadar küçük olduğun dan zaman geciktirmesi ve genlik küçültme faktörü yok varsayılabilir.

3.1. Akıllı Kabuk

Akıllı kabuk; tıpkı canlı derisi gibi kendisini ayarlayarak dış koşullara uyum sağlayan ve bu yolla bina içi çevrede ışık, ses, iklim ve hava kalitesi gibi kullanıcılar için vazgeçilmez ihtiyaçların sağlanmasında, dolayısıyla enerji harcamalarının azaltılıp kullanıcı konforunun yükseltilmesinde en önemli rolü oynayan yapı elemanlarıdır. Akıllı kabuklar en basit şekliyle doğal havalandırma ve güneş kontrol elemanlarının otomatik hareketiyle binanın havalandırma, klima ve aydınlatma enerjisi yüklerini en aza indirgeyen ve kullanıcı konforunu olabildiğince doğal yollarla sağlayan kabuklardır. Günümüzde enerji etkin akıllı binalarda sıklıkla kullanılan çift cidarlı cepheler bu konuda tasarlayıcılara geniş olanaklar sunmaktadır.

• Çift Cidarlı Cepheler

Çift cidarlı cepheler Şekil 8’de görüldüğü gibi genellikle birbirinden belirli uzaklıkta iki cam cepheden oluşur. İki cephe arasındaki boşluk iç mekanla dış mekan arasında bir tampon bölge oluşturarak enerji harcamalarının kontrol edilmesini kolaylaştırır.
Çok katlı binalarda cidarlar arasındaki boşluk her kat hizasında kesintili veya tüm katlar boyunca sürekli olabilir. Ara boşluğun doğal veya mekanik olarak havalandırılması durumuna göre de çift cidarlı cepheler sınıflandırılabilir. Bu durum Şekil 9’da gösterilmiştir.

Çift cidarlı cepheler aşırı ısınmayı veya aydınlatma açısından kamaşmayı önlemek üzere Şekil 10’da görüldüğü gibi güneş kontrol elemanlarıyla donatılabilir, güneş kontrol ve doğal havalandırma sistemleri kullanıcı konfor ihtiyacına göre otomatik olarak kontrol edilebilir ve çift cidar arasındaki hava kışın ısı geri kazanım sistemi için kullanılabilir. Bu binada otomatik kontrol sistemiyle hareket ettirilebilen cam gölgeleme araçları iç cephe üzerindeki rüzgar yükünü azaltmakta ve yağmuru tutmaktadır.

• Aktif Cepheler
Aktif cepheler, cephedeki pencereler ve gölgeleme araçlarının ısısal ve optik özelliklerinin iklim koşulları, kullanıcı tercihleri ve bina enerji yönetim sistemlerinin ihtiyaçlarına göre otoma
ca etkisini artırmasından yararlanılmıştır. Cephelerdeki yarı saydam güneş kontrol elemanları, iç mekanlarda yeterli gün ışığı sağlarken doğrudan güneş ışınımından ısı kazancını önlemektedir. Güney cephesinde 47 m2 alan 1.5kW’a kadar elektrik üretebilen PV paneller ile kaplanmıştır.

SONUÇ

Akıllı binanın en önemli hedefi binalarda enerji verimliliğini artırmak ve kullanıcı konforunu mümkün olan en az enerji harcamasıyla en üst düzeyde ve sağlıklı yollarla sağlamak olduğuna göre; bu hedefe ulaşmak için yenilenebilir enerji kaynaklarından optimum düzeyde yararlanmak gerektiğinin ve ülkemizde algılandığı gibi akıllı binanın sadece otomasyon sistemlerinden ibaret olmadığının bilincine varmak binalarda enerji yönetiminin iyileştirilmesi için gerekli olan ilk ve en önemli adımdır. Ülkemiz gibi güneş enerjisi açısından yeterli potansiyele sahip bir yörede, güneşin ve rüzgarın istenen etkilerinden yaralanmak ve istenmeyen etkilerinden korunmak üzere, bütün ta sarım parametreleri, özellikle de bina kabuğu çevre etkilerine göre kendini ayarlayabilecek şekilde tasarlanmış pasif sistemler ve bu pasif sistem öğeleriyle uyumlu çalışabilecek mekanik, elektrik-elektronik ve otomasyon sistemlerinin var olduğu binalar gerçek akıllı binalar olarak kabul edilebilir. Aksi takdirde akıllı bina olarak tanımlanan, ileri teknolojik sistemlerle enerji yönetimi otomatik olarak kontrol edilen binalar, yukarıdaki örneklerden de görüldüğü gibi gösterebilecekleri enerji performansının çok altında performans gösterebilirler. Ayrıca bu tür binalarda doğal yollardan yeteri kadar yararlanılmadığı için kullanıcı konforu açısın dan sağlıksız koşullar ortaya çıkabilir.

Sonuç olarak denilebilir ki; gerçek akıllı bina mimari tasarımının ilk aşamasından itibaren enerji yönetimi problemleri düşünülmüş ve mekanik, elektrik-elektronik ve otomasyon sis temleriyle pasif sistemin bütün öğeleri uyumlu çalışabilen binadır.

KAYNAKLAR
[1] MOORE, F., Environmental Control Systems, New York, McGraw-Hill Inc., 1993.
[2] BERKÖZ, E. ve diğerleri, Enerji Etkin Konut ve yerleşme Dizaynı, TÜBĐTAK Araştırma Raporu, 1995
[3] LEHNER, N., Heating, Cooling, Lighting, New York, John Wiley & Sons, 1991.
[4] European Solar Architecture (Proceedings of a Solar House Contractors’ Meetings), Dublin, ERG-UCD, 1995.
[5] Wigginton, M. ve Harris, J., Intelligent Skins, Oxford, Butterworth-Heinemann, 2002.
[6] Kınıklı, T., Binaların Enerji Performanslarının Bina Işletme Teknolojileri ile Hesaplanması ve Artırılması, VI. International HVAC+R Technology Symposium, Istanbul, 2004.
[7] Sohmer, M., Communal Energy Management, Master Thesis, ĐTÜ-Stuttgart University App-li ed Science (advisors: Z.Yılmaz-Ursula Eicker), 2005.

0
0

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir