Sıfır enerji bina tasarımı ve optimizasyonu

Bu çalışmada, Türkiye koşullarında sıfır enerji bina (ZEB) hedefi doğrultusunda, yıllık toplam ısıtma ve soğutma talebini azaltmak amacıyla güney duvarında faz değişim malzemesi (PCM) entegre edilmiş Trombe duvarı olan 120 m2'lik müstakil bir binanın termal performans analizi ve ekonomik optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla hem ısıtma hem de soğutma gereksinimi için toprak kaynaklı ısı pompası (GSHP) kullanılmaktadır. Türkiye'nin üç farklı iklim bölgesi için üç farklı bina konfigürasyonu TRNSYS programında incelenmiştir. Bu konfigürasyonlar arasında, PCM-entegre Trombe duvar binası (TWB), standart binaya (SB) kıyasla en düşük yıllık enerji tüketimine sahiptir. Şebekeye bağlı fotovoltaik-termal (PV/T) sistem ve rüzgar türbini (WT) ile binanın yıllık elektrik tüketiminin tamamı karşılanarak, net sıfır enerji bina (ZEB) elde edilmiştir. GenOpt yazılımındaki parçacık sürüsü optimizasyonu (PSO) algoritması ile binanın yıllık enerji ihtiyacı ve kullanım sıcak suyu (DHW) gereksinimlerini karşılayan PV/T ve WT sisteminin boyutu ekonomik olarak optimize edilmiştir. Buna göre, PCM-entegre TWB'nin, SB'ye kıyasla yıllık elektrik enerjisi azaltım oranı Bursa, Ankara ve Erzurum illeri için doğal taşınımlı da sırasıyla %11,9, %18 ve %34,3 iken, zorlanmış taşınımlı da ise %9,8, %12,8 ve %33,3'tür. PV/T ve WT sistemlerinin saatlik seviyelendirilmiş toplam sermaye yatırım maliyeti oranı Bursa, Ankara ve Erzurum'da doğal taşınımlı PCM-entegre TWB'de 0,35 $/h, 0,42 $/h ve 0,40 $/h iken, zorlanmış olanda ise 0,35 $/h, 0,46 $/h ve 0,39 $/h olarak hesaplanmıştır. Doğal taşınımlı PCM-entegre TWB'de Seviyelendirilmiş Enerji Maliyeti (LCOE), 0,05 $/kWh, 0,07 $/kWh ve 0,03 $/kWh olarak hesaplanırken, zorlanmış taşınımlı da ise 0,06 $/kWh, 0,1 $/kWh ve 0,03 $/kWh olarak Bursa, Ankara ve Erzurum için sırasıyla hesaplanmıştır. Geri ödeme süresi (PBP), doğal taşınımlı PCM-entegre TWB de 11,6 yıl, 13,7 yıl ve 8,4 yıl iken zorlanmış taşınımlı da ise 13,02 yıl, 16,48 yıl ve 8,64 yıl olarak Bursa, Ankara ve Erzurum için sırasıyla hesaplanmıştır. Yıl boyunca birkaç gün hariç hem zorlanmış hem de doğal taşınımlı PCM-entegre TWB'de PMV indeksi -0,5 ile 0,5 arasında kalırken, PPD indeksi %10'un altında kalmakta ve tüm illerde kabul edilebilir termal konfor koşullarına işaret etmektedir.