Energy and exergy efficiency analyses of high-performancebuildings

Dünyanın daha yaşanabilir ve sürdürülebilir olması için alınan ana tedbirler arasında, dünyadaki enerji tüketiminin kısıtlanması yoluyla sera gazlarının salınımının önüne geçilmesi öncelik kazanmıştır. Binalarda yüksek miktarda kullanılan enerji tüketimi, enerji ihtiyacımızın önemli bir kısmını oluşturur. Bu tezin amacı, varolan binaların çok daha iyi biçimde tasarlanmasi, ve bunun sonucunda çevresel ve sosyo-ekonomik analizini değerlendirerek iyileştirme seçeneklerini saptamaktır. Çalışmanın ilk kısmında, binalar sadece ısıtma mevsiminde statik ve dinamik (saatlik aralıklarla) olarak yıl boyunca analiz edilmiş olup, iki yaklaşımın arasındaki farklar belirlenmiştir. İkinci kısmda ise, binalara farklı kısımlarda uygulanan gerçek deneyimsel iyileştirme süreçlerinin etkileri irdelenmiştir. Bu çalışmada Özyeğin Üniversitesi Kampusunda bulunan SCOLA binasi çalışılmıştır. Bu bina, Türkiye'deki en az enerji tüketen binalarından birisi olarak tasarlanmıştır. Binanın 291 odası olup, 6 kat ve 17.250 m2 dir. Binadaki ısıtma sistemi, doğal gaz kazanıyla sıcak su elde edilip, binayı dört-boru fan sistemiyle ısı dağıtılır. Bütün ısı sistemi bilgileri, iklim verileriyle birlikte toplanmıştır. Hesaplamalar, ileri tavsiyelere uygun olarak statik ve dinamik olarak yapılmıştır. Bu hesaplamalar sonucu, bina averaj enerji talebi 1.38 MW ve ekserji 1.34 MW olarak tespit edilmiştir. Bunların yıllık değerleri ise sırasıyla 8.9 GJ ve 8.2 GJ olarak hesaplanmıştır. Spesifik enerji yoğunluğu 25 W/m2 olarak, ve de yıllık ısı talebi de 80 W/m2/sene olarak bulunmuştur. (Bu değer, ısıtma sezonu baz alınarak averaj bulunduğu zaman çıkan değerdir. Bina enerji yoğunluğu, yaz aylarını da dahil ederek 50 W/m2/sene olarak ölçülmüştür.) 21 Ocak 2016 tarihi itibariyle çalışma saatlerinde enerji ve ekserji taleplerinde %6 bir düşüş kaydedilmiştir. Bu değerler, eş zamanlı olarak hem emisyon ve hemde maliyet için geçerlidir. Ortam sıcaklık değişimi sayesinde tefsir maliyet katsayısının artması, isitma sisteminin temel unsurlarının veriminde düşüş sağlanmıştır. Statik analiz yerine, aylık ortalama sıcaklık değerleri kullanılarak dinamik analiz tercih edilmiştir. Eğer basit bir statik analizi yapılacaksa, belli bir iklim kuşağı için yıllık sıcaklık ortalaması ve bina tipi belirlenmelidir. Istanbul için ortalama 14oC en uygun referans sicaklik olacak belirlenmistir. Binanın orjinal durumuna ilave olarak, farklı mühendislik stratejilerinin uygulanması, binanın termal performansını iyileştirmesi beklenmektedir. Baz olarak alınan orjinal duruma ilaveten, beş ayrı senaryo daha incelenmişdir. Bu senaryolar arasında, zemin hava ısı değiştiricisi (ground based heat pump) birinci senaryodur. Daha iyi ısı yalıtım malzemeleri, camlar ve çatıların bir kullanılması geneleksel bir çalışmadır, ve ikinci senaryo olarak düşünülmüştür. Dördüncü senaryo tüm bina üzerine solar PV-panellerinin kullanımıdır. Beşinci senaryo bina enerji yöntemlerine tri-generasyon sistemi dahil edilmesidir. Altıncı senaryo, tüm bu sistemlerin aynı anda binaya uygulama şeklidir. Binaya tüm bu değişimler hali hazırda uygulanmış olup, gerçek zamanlı veriler toplanmıştır. Performans simülasyonlari ekserji, ekserji ekonomisi ve çevre analizlerine bağlı olarak yapılmıştır. Bütün kaynaklardan enerji ve ekserji akış diyagramları tüm senaryoları kapsıyacak şekilde Marjinal Maliyet Indirim eğrisi (MACC) çizilip, CO2 emisyon minimizasyon grafiği gösterilmiştir ve uygulanan bu stratejilerin çevresel ve finansal etkileri vurgulanmıştır. Bu çalışmaların karşılaştırmalı sonuçları da listelenmiştir.