Giriş

Binaların enerji performansı üzerine yakın bir zaman önce değiştirilen direktifte (2010/31/EU), “hemen hemen sıfır enerjili binaların” 1 Ocak 2019’dan itibaren yapılacak kamu ve 1 Ocak 2021 tarihinden sonra yapılacak tüm yeni binalar için bir gereklilik olacağı hakkında bir talep vardır. İlave olarak üye ülkeler binaların büyük bir tadilata girmesi durumunda, binanın enerji performansının veya binanın yenilenen kısmının enerji performansı ile ilgili asgari gereklilikleri, teknik, işlevsellik ve ekonomi bakımından uygulanabilir ölçekte, sağlayacak hale getirilmesi için gerekli önlemleri almakla yükümlüdür. Bu şart yenilenen binaya veya yenilenen ünitesine bir bütün olarak uygulanmalıdır. Üye ülkeler yenilenme süreci altına giren binaların sıfır enerjili binalara dönüştürülmesini özendirmekle yükümlüdür.

 

Böyle bir değişimi gerçekleştirmek için bu hedefi tanıtan bir seri önlemlere ve bunların yanında inşaat ve yeniden yapım işleri için daha katı yönergelere ihtiyaç vardır. İsveç Enerji Ajansı 18 Ekim 2010 tarihinde Yatırım, Enerji ve İletişim Bakanlığı’na sunulan yeniden düzenlenen enerji direktifinin uygulanması için yeni bir strateji geliştirdi. Stratejide, hemen hemen sıfır enerjili binaların (hSEB) teşvik edilmesi için öngörülen hedef seviyeleri büyük tadilata giren binalar için Tablo 1’e göre verilmiştir. Seviyeler müsaade edilen en üst enerji kullanımını göstermektedir.

 

Elektrikle ısıtılan binalar, ısıtma için binaya tesis edilen elektrik gücünün 10W/m² den büyük olduğu binalardır. Tesis edilen elektrik gücü, tasarlanan kışın dış hava sıcaklığında, binanın maksimum güç ihtiyacı durumunda binada istenilen iç ortam iklim sıcaklığını muhafaza etmek, sıcak kullanım suyu elde etmek ve havalandırmayı sağlamak için elektrikli ısıtma cihazlarınca çekilen toplam elektrik gücü anlamındadır. 

 

Aynı zamanda Ulusal Konut, İnşaat ve Planlama Kurumu binalara değişiklik yapılacağı zaman uygulanması gereken yeni yönetmelikler oluşturmaktadır. Bu yönetmelikler üzerine halen görüşmeler yapılmaktadır. Talepler kısmen eleman ve kısmen de büyük tadilat sırasında binanın tamamına ilişkindir.

 

Yenileme Konseptinde Hızlı Değişime İhtiyaç Vardır

Bu gelişmelerin hepsi dikkate alındığında, yukarıdaki gerçekler inşaat ve gayrı menkul sektörü için malzeme ve enerji tedarikçileri ile beraber hızlı bir değişim gerekliliğini ortaya koymaktadır. Sektörün enerji verimliliği ile ilgili önlemlerin etkin ısıtma teknikleri ile kombinasyonu ile beraber doğru bir yenileme konsepti hazırlayabilmesi için, mevcut bazı emsal teşkil edecek çok katlı binaların geniş kapsamlı bir etki analizine ihtiyaç vardır. Böyle bir etki analizini sonuçlarına bağlı olarak, mevcut bina stokunun önemli bir kısmını temsil eden bina tipleri için farklı yenileme konseptleri geliştirilebilir. Etki analizleri İsveç Enerji Ajansı’nın AR-GE programınca kaynak bakımından etkin soğutma ve ısıtma sistemleri (EFFSYS+) kurulması için finans bakımından desteklenebilir.

 

İkinci Dünya Savaşı’nın sonu ile petrol krizinin başlangıcı arasındaki büyük gelişme yıllarında inşa edilen modernist görünümde birçok çok katlı bina geniş ölçekli bir yenileme çalışmasını beklemektedir. Bu kârlı, gelir getiren yeniden inşaatı takib edecek bir sonraki fırsat içibelki bir 40 yıl daha beklemek gerekecektir. Ayrı parçalar olarak alınacak önlemler yerine komple yenileme konseptlerinin teşvik edilmesi için, binayı uyulmaktadır. baştan aşağı hemen hemen Sıfır Enerjili Bina haline dönüştürmeyi sağlayacak yeni yenileme konseptlerinin geliştirilmesine ihtiyaç vardır. 

 

Eğer 2020 yılına kadar çok katlı binalar çin yapılacak tüm yenileme çalışmalarında bu yeni konsept hSEB için tam olarak uygulanırsa, yılda 1-2TW/s enerji tasarrufu potansiyeli ortaya çıkmaktadır. Artan yeniden yapma oranı ile beraber potansiyel olarak teknik potansiyel gerçekte oldukça yüksektir. 

 

İsveç’teki Çok Katlı Binalar

İsveç nüfusunun yaklaşık yarısı çok katlı binalarda yaşamaktadır. Bu toplam 180 milyon metre kare konut alanı ve 2,4 milyon daire demektir. Çok katlı bina sektörü 2009 yılında ısıtma ve sıcak su üretimi için yılda yaklaşık 26TWs enerji kullanmıştır. Isıtmada önemli pay bölge ısıtmasındadır ve bu toplam ısıtılan alanın %84’ünü temsil eder. Isıtma ve sıcak su üretiminde kullanılan enerjinin %91’i bölge ısıtmasından, %5’i elektrikten, 52’den daha az bir kısmı akaryakıttan ve kalanı ise doğal gaz ve bio-yakıttan elde edilmiştir. 

 

Çok katlı binaların yarısından fazlası 1950-1975 yılları arsında yapılmıştır. Bunların büyük bir kısmı bugün veya çok yakın bir süre sonra yenilenme ihtiyacı duyacaktır. Çok katlı binalar büyüklükleri, şekilleri, yapıldığı malzeme, inşaat teknikleri vb. hususlar bakımından birbirlerinden farklıdır. En çok görülen tipler az katlı apartman binaları, yüksek katlı daire blokları ve yüksek katlı ofis bloklarıdır. 

 

Az katlı apartman binaları 1930’lu yıllar ve sonrasında en çok yapılan tiplerdir. Genellikle 3-4 katlıdır ve uzun müstakil yapıdadır. Her kata birkaç merdivenle genellikle asansöre ihtiyaç duyulmadan erişilebilir: 1960’lı ve 1970’li yıllarda çok katlı binalar bir milyon ev programının sanayileşmiş yapısı içinde yaygın olarak görülmüştür. Bu yüksek katlı blok apartmanlar çok katlı uzatılmış formda, genellikle 8-9 katlı, dikdörtgen bir zemin planı üzeni yerleşmiş asansörü olan binalardır. Yüksek katlı ofis blokları ise tam merkezlerinde merdiven boşluğu olan müstakil binalardır. Yüksek katlı ofis blokları 1930’larda kullanılmaya başlanmış dört veya beş katlı binalardı ancak ilk olarak 1940’larda çok yaygın hale gelmişlerdir. 1950’lerden sonra bina yükseklikleri artmış ve genellikle sekiz on kata kadar çıkmıştır. 

 

Etki Analizi

Büyük tadilat sırasında yeni talepleri karşılamak için ihtiyaç duyulan enerji etkinliği önlemleriyle birleşik olarak farklı ısıtma sistemlerinin bir etki analizi yapılmıştır. Etki analizi farklı paketlerdeki enerji verimliliği önlemleriyle birleştirilmiş farklı tiplerde binalarda yapılmıştır. Her bir bileşimin enerji performansı hesaplanmış ve büyük tadilatlar sırasında öngörülen hSEB talepleriyle mukayese edilmiştir. 

Binanın enerji performansının nasıl iyileştirilebileceğini araştırmak için aşağıdaki enerji verimliliği önlemleri incelenmiştir: binada ortak kullanılan hizmetler için elektrik kullanılmasına ait önlemler, sıcak kullanım suyu temini, tavan izolasyonu, pencerelerin değişimi, cephenin yenilenmesi ve egzoz havası ile besleme havası arasında ısı geri kazanım sistem kurulmasına ilişkin önlemler. Önlemler on iki farklı önlem paketinde incelenmiş ve daha sonra kalan enerji ihtiyacını hangi ısıtma sistemlerinin karşılayacağı analiz edilmiştir. Dört farklı ısıtma sistemi incelenmiştir. Bunlar bölge ısıtmasının korunması, bölge ısıtmasının egzoz havası kaynaklı ısı pompası ile tamamlanması, toprak kaynaklı ısı pompasına veya havadan suya kaynaklı ısı pompasına geçiş sistemleridir.

 

Farklı ısıtma alternatifleri için hedef seviyeleri de farklıdır. Egzoz havası ısı pompaları için tesis edilmiş gücü 10W/m²’den küçük bir boy seçilmiştir, buda ilgili iklim bölgelerine göre 105, 90 ve 75 kWs/m²’lik hedef seviyelerini gerektirmektedir. Bu bölge ısıtması ile aynı hedef seviyeleridir. Toprak kaynaklı veya havadan suya ısı transferi kaynaklı ısı pompalarında uygulanan hedef seviyeleri ilgili iklim bölgelerine göre 70, 55 ve 40 kWs/m²’dir.

 

Binalarda ortak servisler için elektrik kullanımına yönelik önlemler aydınlatma, çatı oluklarında vb. yerlerde buz oluşumun önlenmesi gibi verimlilik önlemleri içeren bir pakettir. Sıcak kullanım suyu teminine ilişkin önlemler içinde daha iyi tesisat, bireysel ayar veya  güneş enerjisi kullanarak verimliliği artıracak önlemler paketi bulunmaktadır.

 

Isı Pompası Teknolojileri Çözüm Olabilir

Sonuçlar ısı pompası teknolojilerinin çok daireli binaların yenilenmesinde önemli olacağını göstermiştir. Daha büyük çok daireli binalar, alçak katlı apartman daireleri, yüksek katlı bloklar ve yüksek katlı ofis blokları genel anlamda aynı sonuçları vermiştir. Binanın tipi hangi ısıtma sistemiyle birleşecek hangi önlem paketinin büyük tadilat sırasında hSEB şartlarını sağlayacağını belirlemede çok az öneme sahiptir. Aynı zamanda binanın yaşı da fazla öneme sahip değildir. Ancak iklim bölgeleri hangi ısıtma sistemiyle birleşecek hangi önlem paketinin büyük tadilat sırasında hSEB şartlarını sağlayacağını belirlemede oldukça fazla öneme sahiptir. 

 

Isı pompası teknolojileri binaın mevkii kuzeye doğru gittikçe çok daha fazla avantajlı hale gelmektedir. Bu elektrikle ısıtılan dairelerle elektrik dışında başka bir ısıtma sistemine sahip dairelerin büyük tadilat gördükleri sırada hSEB şartları arasında farkın sabit oluşunun doğrudan bir neticesidir. 

 

Genelikle Az Katlı Binalarda, Yüksek Katlı Bloklarda ve Yüksek Katlı Ofis Bloklarında Aynı Önlemler

Az katlı binalar, yüksek katlı daire blokları ve kule binaları gibi büyük çok daireli binalarda bölge ısıtmasının korunmasında hSEB şartlarını sağlamak için sağlam önlemler paketine ihtiyaç duyar. 1950-1975 yılları arası yapılan binalar için ele alınan bütün önlemler uygulanmalıdır, bunlar, binadaki ortak servisler için elektrik kullanımına ilişkin önlemler, sıcak kullanım suyu teminine ilişkin önlemler, tavan arası izolasyonu, pencerelerin yenilenmesi, ön cephe yenilemesi ve ısı geri kazanımdır. 1976 yılından sonra yapılan binalarda hSEB şartlarına büyük tadilat sırasında ön cephe iyileştirmesi yapmaya ihtiyaç duyulmadan da erişilebilir. Toprak kaynaklı ısı pompaları I. İklim Bölgesi’nde en avantajlı olanıdır, burada sadece toprak kaynaklı ısı pompası tesisatı hSEB şartlarını sağlamaya yeterli olmaktadır. Bunun istisnası 1950-1960 yılları arasında yapılmış aynı zamanda binada ortak kullanılan servisler için elektrik kullanımına ilişkin önlemler ve sıcak su teminine ilişkin önlemlere de ihtiyaç duyan az katlı binalardır. İklim Bölgesi II’de 1976 yılından sonra yapılmış binalar için sadece toprak kaynaklı bir ısı pompası montesi yeterli olmaktadır. Daha eski binalar için toprak kaynaklı ısı pompası ısı geri kazanım sistemiyle birleştirilmelidir. İklim Bölgesi III’de binada ortak kullanılan servisler için elektrik kullanımına ilişkin önlemler toprak kaynaklı ısı pompası ve ısı geri kazanım ile birleştirilmelidir. 1950-1960 arasında yapılmış az katlı apartman binalarında ve kula bloklarında aynı zamanda sıcak kullanım suyu temini ve tavan arası izolasyonu önlemlerine de ihtiyaç vardır. 

 

Büyük tadilat sırasında İklim Bölgesi I’de hSEB şartlarını sağlamak için havadan suya kaynaklı ısı pompaları ısı geri kazanım sistemleri ile birleştirilmelidir. 1950-1960 yılları arası inşa edilmiş az katlı ve kula blokları için binada ortak kullanılan servisler için elektrik kullanımına ilişkin önlemler ve sıcak su teminine ilişkin önlemler de alınmalıdır. İklim bölgesi II de havadan suya kaynaklı ısı pompaları ısı geri kazanım sistemleri, binada ortak kullanılan servisler için elektrik kullanımına ilişkin önlemler, sıcak kullanım suyu temini ve tavan arası izolasyonu önlemleri ile birleştirilmelidir. 1950-1960 yılları arasında yapılmış az katlı apartman binaları için de pencere değişimine ihtiyaç gösterirler. İklim Bölgesi III’de havadan suya kaynaklı ısı pompaları ve ısı geri kazanımının binadaki ortak servisler için elektrik kullanımına ait önlemler, Sıcak kullanım suyu üretimine ait önlemler, Çatı izolasyonu ve pencere değişimi ile kombinasyon olarak kullanılmasına ihtiyaç vardır. Az katlı apartman binalarının da ön cephe yenilemesi gerekmektedir.

 

Tablo 2’de bu etki analizinde az katlı apartman binalarının, yüksek katlı ofis bloklarının ve çok katlı daire bloğu tipi binaların büyük ölçekli bir tadilatta hSEB şartlarını karşılamak için ihtiyaç duyulan faklı önlem paketleri özetlenmiştir

 

Egzoz Havası Isı Pompaları İhtiyacı En İyi Karşılayan Sistem Olabilir

Egzoz havası ısı pompaları çok maksatlı daireleri olan binalarda yapılacak büyük tadilat işlemlerinde avantajlı olabilen nispeten basit bir önlemdir. 10 W/m²’den daha düşük bir egzoz ısı pompası monte etmek ve pik dönemlerdeki ısı yükü için bölge ısıtmasını korumak suretiyle elektrikten başka bir tip ısıtma sistemi olan, ilgili iklim bölgelerine göre 105, 90 ve 75 kWs/m²’lik, dairelerin büyük tadilat işlemleri sırasında gereken hSEB şartlarına ulaşılabilir.

 

Egzoz havası ısı pompalarının montesi prensip olarak ele alınan tüm büyük ölçekli çok daireli binalar: alçak katlı binalar, yüksek katlı daire blokları ve yüksek katlı ofis bloklarının büyük tadilat işlemlerinde hSEB şartlarını tek bir enerji önlemi olarak karşılamalarına yeterlidir. Ancak bunun alternatifi oldukça fazla elektrik kullanan toprak kaynaklı veya havadan suya kaynaklı ısı pompalı önlemli paketleridir.

 

Küçük Çok Maksatlı Daireleri Olan Binalarının hSEB Şartlarını Karşılamaları Zordur

Küçük çok maksatlı daireleri olan binalarının büyük tadilat işlemleri sırasında hSEB şartlarını karşılamaları çok daha zordur. Özetle, bu etki analizinde kabul edilen standartları karşılamak için herhangi bir model ısı pompası teknolojisi veya güneş enerjisi ile elektrik enerjisine ihtiyaç vardır. Önerilen, binada ortak kullanılan servisler için elektrik kullanımına ilişkin önlemler, sıcak kullanım suyu temini, tavan arası izolasyonu, pencere değişimi, ön cephe yenilemesi ve ısı geri kazanımının bölge ısıtmasını sınırlayacak bir kombinasyon şeklinde kullanılması gibi önlem paketleri, dahi büyük bir tadilat sonrasında hSEB şartlarını sağlamaya yeterli olmamaktadır. Bölge ısıtmasının sınırlaması için, çok kapsamlı önlemler paketine ilave olarak, bir çeşit yenilenebilir enerji kaynağına, güneş pilleri gibi, ihtiyaç vardır. Diğer bir alternatifte egzoz havası ısı pompası monte etmek ve pik taleplerin olduğu zaman bölge ısıtmasını sınırlamaktır. Ancak bu durumda dahi binada ortak kullanılan servisler için elektrik kullanımına ilişkin önlemler, sıcak kullanım suyu temini, tavan arası izolasyonu, pencere değişimini içeren bir önlemler paketine ihtiyaç vardır. 

 

1976 dan sonra inşa edilen küçük çok daireli binalar buna karşılık, büyük tadilat sırasında egzoz havası ısı pompası, binada ortak kullanılan servisler için elektrik kullanımına ilişkin önlemler ve sıcak kullanım suyu teminine ilişkin önlemler ile hSEB şartlarını sağlayabilir. Havadan suya ısı kaynaklı ısı pompaları da içinde binada ortak kullanılan servisler için elektrik kullanımına ilişkin önlemler, sıcak kullanım suyu temini, tavan arası izolasyonu, pencere değişimi, ön cephe yenilemesi ve ısı geri kazanımı olan geniş kapsamlı önlemlere ihtiyaç duyarlar. Toprak kaynaklı bir ısı pompası ile binada ortak kullanılan servisler için elektrik kullanımına ilişkin önlemler, sıcak kullanım suyu temini, tavan arası izolasyonu, pencere değişimi içeren önlemlerle gereken şartlar İklim Bölgesi I ve II için birçok durumda karşılanabilir. İklim Bölgesi III’de ısı kazanımı tesisatına da gerek duyulur. 

 

Tablo 3, Bu etki analizinde ele alınan küçük çok daireli bina tipi için büyük bir tadialat işleminde hSEB şartlarını sağlaması için alınmasına ihtiyaç duyulan farklı önlemler paketlerini özetlemektedir.

 

Kullanım Ömrü Maliyetleri Belirleyici Olabilir

Bu çalışmada yapılan sayısal tahminler çok daireli binaların büyük tadilatları sırasında binada yapılabilecek konu ile ilgili olası önlem paketleri hakkında bir belirti vermektedir. Çalışma hangi çözümlerin cazip, hangisinin özel durumlarda fark meydana getirecek sonuçlar sağladığını analiz etmek için farklı tiplerde binalar kullanmıştır. Yüksek katlı ofis blok binalarına ısı geri kazanımı tesis edilmesinin veya uzun az katlı apartman binalarında egzoz havasının egzoz ısı pompasına akışının toplanmasının sağlanmasının zor olabileceği gibi teknik zorluklar dikkate alınmamıştır. 

 

Bu makalede rapor edilen çalışmalar sadece teknik olarak imkân dâhilinde olan önlem paketlerini içermektedir. Karar vermede farklı önlem paketlerinin kullanım ömrü maliyetlerini dikkate alan komple destek dokümanları elde etmek için, aynı zamanda bir ekonomik analiz yapılmasına da ihtiyaç vardır. Burada tartışılmayan alternatiflerden biri de ısı pompası teknolojilerinin elektrik üretiminde kullanılan güneş enerjisi pilleriyle kombinasyonudur. Binaya koyulan veya bina ile bağlantılı olarak kullanılan güneş enerjisi pilleriyle üretilen elektrik hSEB şartlarına dâhil edilmemiştir.