Düşük Enerji Kullanarak İyi Bir İç Ortam Havası Sağlanmasına İhtiyaç Vardır

Modern binaların birçok şartı vardır. Enerji tüketimi en aza indirilmeli ve gerekli olan bina hizmetleri kullanıcılar için yeterli kalitede bir iç ortam iklim ve sağlık şartlarını sağlamak üzere sürdürülebilecek en uygun şekilde sağlanmalıdır. İyileştirilmiş enerji tasarrufu enerji tüketimini azalmada kullanılan yollardan en hızlı ve maliyet bakımından en iyi olanıdır, ancak yeni ve daha ilgi çekici teknolojiler gibi aynı dikkati çekmez. 

 

Bazı eğilimler binalarda soğutma ihtiyacının iç ortam hava şartlarında meydana gelen değişiklikler, daha sert hava şartları ve bina kabuğu için daha sıkı şartlar getiren yeni bina yönetmelikleri nedeniyle arttığını göstermektedir. Daha sürdürülebilir bir soğutma için gelecek vadeden strateji de oldukça yüksek sıcaklıkta geniş radyan yüzeyler kullanan serbest soğutma kaynaklarını birleştiren su esaslı çözümlerdir. Geniş yüzeyler kullanarak gerek ısıtma gerekse soğutma, ortam sıcaklığına yakın sıcaklıklarda elde edilebilmektedir. Bu da yenilenebilir enerji ile serbest soğutmayı bir araya getirmek için en uygun işletme şartlarını sunmaktadır. 

 

Kullanıcı gruplarının gündüz süresince büyük soğutma yükleri getirdiği binalarda, duvar içine gömülü (ankastre) su esaslı sistemler ilave olarak önemli ölçüde pik yüklerde azaltma sağlamakta ve bunun sonucu olarak tesisatın boyutları da küçülmektedir (Termo aktif inşaat/bina)

 

Sürdürülebilir Isıtma ve Soğutma

İnşaat sektörü toplam enerji tüketiminin yaklaşık %40’ını yapmakta ve kullanılan enerjinin önemli kısmı ısıtma, soğutma ve havalandırma kullanarak uygun bir iç ortam hava şartları oluşturmaya harcanmaktadır.

 

Bu enerji tüketiminin üçte birinin çok kısa geri ödeme süresi olan bilinen teknolojileri kullanarak ortadan kaldırılabileceği tahmin edilmektedir. Bu nedenle binanın mimarisi, ısıl kabuğu ve teknik HVAC sistemlerini bir bütün olarak optimize ettiğimizde büyük bir tasarruf potansiyeli elde edilebileceği tahmin edilmektedir. 

Isıtma ve soğutma için sürdürülebilir bir strateji yüksek sıcaklıkla soğutma ve düşük sıcaklıkla ısıtma uygulaması yapılan geniş radyan yüzeyler kullanan su esaslı çözümlerdir. Düşük enerji tüketimi bu şekilde ortalama çalışma suyu sıcaklığını, ortam sıcaklığına yakın olan, (18–28°C) arasında tutarak sağlanmaktadır. Bu da ısı pompaları gibi ısı kaynaklarının etkinliğini artırmakta ve yenilenebilir enerji kaynaklarıyla serbest soğutma yüzeyleri kullanılmasını mümkün kılmaktadır.

 

Radyant sistemler binanın yapısı içine gömülür, bu ise duvarda herhangi bir çıkıntı veya rahatsızlık verecek cihaz olamamasını sağlayarak görünür olarak düz bir yüzey ve esnek bir iç ortam mimarisi verir.  

 

Düşük Enerji Sistemleri

Prensip olarak ısıtma ve soğutmanın ikisi de ortam sıcaklığına yakın sıcaklıklarda elde edilebilirler. 

 

Örnek olarak döşemeden ısıtma sistemleri uygulamasında olduğu gibi göreceli olarak büyük yüzeyler arasında ısı transferi için sadece düşük bir sıcaklık farkına (?T) ihtiyaç duyulur. Uygun sıcaklık seviyeleri prensip olarak düşük kalitede veya daha doğru bir ifadeyle düşük enerji içeren enerjinin kullanılmasını mümkün hale getirir. Enerji konsepti verilen bir enerji akışının kalitesi ve mevcut olmasının bir ölçüsü olarak görülebilir. Son yıllarda yapılan birkaç uluslararası araştırma ve kullanımını gösterme projesi, uluslararası enerji ajansınca (IEA) yürütülen LowEx programı dâhil olmak üzere, enerji sistemlerinin enerjinin kullanılabilir hale getirilen kısmını (exergy) en uygun kullanılmasına odaklanmalarını başarmıştır.  Elde edilen sonuçlar enerji temin sistemleri ve müstakil konutlar arasında ileride meydana gelecek etkileşimin bölgesel seviyede toplam enerji tasarrufunu geliştirecek anahtar konumdaki eleman olacağının altını çizmiştir.

 

Enerji Kaynaklarının En Uygun Kullanılması

Döşemeden ısıtma ve döşemeden soğutma gibi su bazlı sistemler ısıtma ve soğutmayı ortam çevresi sıcaklığında yapmayı kolaylaştırdıkları için düşük sıcaklıkta enerji sistemleri olarak doğmuştur. Bunun sonucu olarak sistemler, özellikle güneş, bio-kütle, topraktan ısıtma ve ısı pompaları gibi,  her cinsten enerjiyi son derece verimli kullanırlar. Birçok enerji kaynağının tüm olarak verimi esas olarak ısıtma sisteminin besleme sıcaklığına bağlıdır, besleme sıcaklığı düştükçe verim yükselir. 

 

Bu özellikle ısı pompaları ve (doğal gaz veya bio-kütle yakan) yoğuşmalı kazanlar için doğrudur. Isı pompaları için ampirik olarak temel kural besleme sıcaklığında 1°C sıcaklık azaltmasının yıllık enerji tüketiminde yaklaşık olarak %2 lik bir tasarruf sağlayacağıdır.  Eğer ısıtma sistemi radyatörlere 50°C da su gönderen bir sistem yerine 30°C da su gönderen döşemeden ısıtma sistemi olarak seçilmişse bu uygulama yıllık enerji faturalarında, tabii-ki ısı pompası tipi ve diğer parametrelere bağlı olarak,  %30-40 olarak tasarruf sağlayacaktır.  

 

Radyant Sistemler

Bir binada zemin, tavan ve yan duvarlar içindeki borularda suyun dolaştığı ısıtma ve soğutma sistemleri radyant sistemler orak adlanır, zira buralarda enerji değişiminin %50 den fazlası ışınımla olur. Ofis ortamı için genel olarak uygulanan radyan sistemlerin ürün aralığı geleneksel döşemeden ısıtma ve soğutma sistemlerinden çeşitli  duvar veya tavan sistemlerine ve oradan da boruların beton bloklar içine gömüldüğü termal olarak aktif bina sistemlerine kadar uzanır. 100 W/m² ye kadar olan ısıtma kapasitesi zemin ve tavandan ısıtma sistemlerinde tipik olarak ulaşılan kapasite olurken, termal aktif bina sistemlerinde soğutma kapasitesi olarak 60 W/m² ye, asma tavanlar için konfor panelleriyle 70 W/m² ye ulaşılabilmiştir.

 

Düşük sıcaklıkta ısıtma ve yüksek sıcaklıkta soğutma yüksek performanslı binalarda enerji tasarrufunun en önemli unsurudur. Düşük sıcaklıkta bir radyant ısıtma sisteminde, enerji kaynağının verimi geleneksel yüksek sıcaklıktaki sistemlere ve havalı klima sistemleriyle mukayese edildiğinde önemli ölçüde artacak ve bu ise sonuç olarak primer enerji tüketiminin azalmasını getirecektir. Termal olarak aktif bina sistemlerinin uygulanabilirliği ve performansı incelenmiş ve sonuç olarak bu sistemlerin %25-60 arasında enerji tasarrufu sağladığı ve ısıl konforun büyük yüzeylere hava sirkülasyonunda %25-75 arasında bir azalma getirdiği görülmüştür.  

 

Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Birleştirilmesi

Geniş yüzeylerin ısı yayıcı olarak kullanılması ısıtma soğutmanın ortam sıcaklığına çok yakın sıcaklıklarda yapılmasını sağlamıştır. Bunun anlamı toprak, su, güneş ve havada mevcut olan yenilenebilir enerjinin kolaylıkla kullanılabilmesine imkân doğmasıdır. Toprak kaynaklı ısıtma sistemin içine toprak kaynaklı ısı pompaları kullanarak entegre edilebilir. Radyant bir soğutma sistemlerini bir serbest soğutma kaynağıyla birleştirmek, geleneksel çiller sistemlerinin devreden çıkmasını sağladığı ve sirkülasyon pompaları için enerjiye ihtiyaç duyulması nedeniyle, enerji tüketimini %60-80 arası azaltabilmektedir. Doğal zemin suyu radyant soğutma sistemleri için ideal sıcaklığa sahiptir. Alternatif olarak, sistemler deniz suyu ile soğutma veya absorbsiyon kullanan çillerler  vasıtasıyla güneş enerjisiyle soğutma için de kullanılabilir. 

 

Sürdürülebilir Soğutmaya Olan İhtiyaç

Bazı eğilimler gelecekte tüm binada soğutma ihtiyaçlarının artacağını öne sürmektedir. Bu düşünce hava şartlarının her yıl çok sıcak yaz mevsimleri seviyelere çıkmasından ve kısmen de insanların iç ortam konfor şartlarını sürekli olarak yükseltmesinden kaynaklanmaktadır. Bu durum, soğutmanın zaten yaygın olarak uygulandığı, ofis ve sanayi binalarına uygulanmaktadır. Bunun yanında özel konutlarda da uygulama artmaktadır. 

 

Kombine bir döşemeden ısıtma ve soğutma sistemi kullanarak, soğutma ihtiyacı göreceli olarak oda sıcaklığına yakın, genelde 15-17°C da su ile döşemeden soğutma ile sağlanabilir. Bu elverişli sıcaklık seviyesiyle soğutma ihtiyaçları çok küçük bir enerji kullanımıyla karşılanabilir. Örneğin; toprak enerjisiyle entegre bir ısı pompası kullanarak. Enerji tasarruflu soğutma aynı zamanda ofis ve endüstri binaları için de gereklidir. Bu tip binalarda benzer şekilde serbest soğutma yüzeylerini başarıyla kullanan  ve bu suretle enerji tüketimini hemen hemen minimuma indiren yüksek sıcaklıkta soğutma çözümleri uygun şekilde kullanılabilir. Soğuk kirişler ve soğuk paneller şeklinde su esaslı soğutma çözümleri birçok Avrupa pazarında son derece iyi bilinmektedir. Öncelikle Orta Avrupa’da bilinen, Termo-Aktif inşaat şekli, elverişli konfor özellikleri ve enerji performansıyla Pazar payını artırmaktadır. Termo-Aktif inşaatın esası beton ve zemin blokları içine entegre edilmiş borulardan meydana gelmesidir. Bu ısıl iç ortam için son derece uygundur ve ilave olarak pik yükler, soğutma ihtiyaçlarının binanın ısıl kütlesi soğuduğu zaman binanın kullanımda olmadığı gece saatlerine kaydırıldığı için, önemli ölçüde düşürülebilir. 

 

Ofis binalarında, soğutma ihtiyacı genellikle ısıtmadan çok daha fazladır. Radyant soğutmanın en büyük avantajı örnek olarak toprak, su, deniz veya göl/nehir suyu kaynaklı serbest soğutma yüzeylerini sisteme entegre edebilmesidir. Radyant soğutma sistemiyle birleştirilerek bu sistemler soğutma için enerji tüketimini azaltabilirler, zira böyle uygulamalarda geleneksel çillerler kullanılmayacak  elektrik kullanımı sadece sirkülasyon -pompaları için yapılacaktır. Aynı zamanda, geleneksel çatı çiller sistemleri gibi, klasik soğutma teknolojisiyle  bir radyant sistem imkân dâhilinde enerji tasarrufu sağlayacaktır. 

 

Özellikle termal olarak aktif bina sistemi kullanırken sistemi binanın kullanılmadığı zamanlarda da çalıştırmak mümkündür. Sisten betonun ısıl kütle deposunu ve ısıl yüklerin dışarı atılmasını kullanır. Bu ise geleneksel HVAC sistemlerine düşen yükü azaltarak enerji tasarrufu sağlar ve pik saateler dışında enerji kullanımına imkân vererek işletme maliyetlerini azaltır. 

 

Kayıpların Azaltılması 

Binanın net ısı ihtiyaçlarına ilave olarak, tipik olarak toplam ısıtma sisteminden %20 civarında net bir kayıp olacaktır. Bu ilave kayıp kazanlardan, pompalardan, kontrol sisteminden, dağıtımdan, emisyonlardan vb. olabilir. Emisyon kayıpları ısı yayıcı ünitelerin seçimine ve koyuldukları yerlere (döşemeden ısıtma, radyatör vb.) ve sistemin uygun bir sıcaklık profili temin etme kabiliyetine ve zaman içindeki ısı talebindeki değişmelerini karşılamasına bağlıdır.

 

Bu sistem kayıplarının önemli bir kısmı uygun bir tasarım ve ısı yayan ünitenin yapı içindeki yeri, boruların geçişi ve ölçüsü gibi sistem parametrelerinin düzenlenmesi ile minimize edilebilir. Aynı zamanda, kontrol algoritmalarına özel uygulamalarla kazanılacak önemli tasarruflar vardır. Örneğin; Uponor döşemeden ısıtma sistemleri için darbeli ısı girişine dayanan kendi kendine öğrenen bir kontrol algoritması geliştirmiştir, bu uygulamayla kontrol sisteminden gelen kayıpları önlemiş ve yıllık olarak %8’e kadar enerji tasarrufu sağladığını belgelemiştir. 

 

Sonuçlar ve Öngörüler

Bir radyant ısıtma ve soğutma sistemi ticari binaları, özellikle geleneksel bir HVAC sistemi ile beraber kullanılması durumunda çok daha enerji tasarruflu hale getirmektedir. Radyant sistem ortam sıcaklığına yakın sıcaklıklarda çalışabilmektedir, bu ise düşük-enerji tasarımı getirmekte ve sonuçta primer enerji kullanımı azalmaktadır. Enerji kaynaklarımızı en uygun şekilde kullanmak için, entegre düşük sıcaklık su bazlı sistemlerin kullanılmasının ileriki yıllardaki inşaat tasarımı uygulaması ve enerji sistemi tasarının anahtar elemanları olacağına dikkat çekilmektedir. Minimum enerji kullanarak ısıl konfor elde etmek radyant ısıtma ve soğutma sistemlerini iç ortam havasının uygun bir şekilde şartlandırılması ile kombine ederek sağlanabilir. Isıtma ortam sıcaklığına yakın sıcaklıkta geniş ısı yayıcılar kullanarak en uygun verimle sağlanabilir ve soğutma yükleri serbest soğutma kaynaklarını toprak kaynaklı bir ısı pompasıyla birleştirerek etkili bir şekilde uygun sıcaklık seviyelerinde kaydırılabilir.