Header Reklam
Header Reklam

OSTİM Yüksek Performanslı İdare Binası

05 Eylül 2009 Dergi: Eylül-2009

Özet

 

Ülkemizde binalarda enerji verimliliğine yönelik çalışmalar sürmekte ancak gerçek anlamda yeşil ve yüksek performans binalarına ilişkin çalışma ve uygulamalar gerekli hız ve yönde gelişmemektedir. Çevreyi kirletmeyen, net-sıfır-enerjili, net-sıfır-karbon salımlı binalar için yeterli düzeyde değerlendirme, ölçme ve sınıflandırma sistemleri ve standartlar ülkemizde henüz tamamlanmamıştır. Binaların tüm ulusal bilançomuzda enerjinin yaklaşık % 40?ını tükettikleri düşünülürse Üniversite-Sanayi-Uygulayıcılar arasındaki işbirliğinin ortak bir ar-ge paydasında çözüm üretmesinin ne denli önemli olduğu ortaya çıkar. Enerji darboğazı yanı sıra ekonomik kriz aslında ar-ge yolu ile faydaya ve yeni iş sahalarına dönüşebilir. Bu konuda uluslararası platformda birçok olumlu örnekler bulunmaktadır.

Bu bağlamda, OSTİM Yeni İdare Binası?nın yüksek performanslı ve enerji verimli bir yeşil bina olması kararı verildikten sonra, Üniversite boyutu olarak Başkent Üniversitesi Sürdürülebilir Enerji Sistemleri Araştırma Merkezi (SESAM), Uygulayıcı olarak OSTİM Organize Sanayi Bölge Müdürlüğü TÜBİTAK ODAGEM ARGE ara yüzünde buluşarak yeşil bina projesinde işbirliği yapmışlardır. Bu projede ilgili tüm sanayiciler ve yükleniciler de etkileşimli olarak bu uygulama döngüsüne katılmışlardır. Sonuçta Türkiye?de geniş bir bilgi havuzu ve deneyim oluşturulmuş ve yüksek performans binaları için yeni bir model ve metrikasyon algoritması ortaya çıkmıştır [1, 2]. Sanayiciler için ise yeni iş imkânları çıkmıştır. Bu potansiyel çıktılar özetle:

 

1-        Solar trijenerasyon modülü: Başkent Üniversitesinde geliştirilen ve patenti alınan bu modül, OSTİM Organize Sanayi Bölgesinde lisans altında üretilecektir (Şekil 8).

 

2-        Melez klima duvarı: Özel bir şirket ve Başkent Üniversitesi?nin bir öğretim üyesi tarafından geliştirilen ve patenti alınan bu enerji verimli düşük ekserjili yeni klima sistemi OSTİM e bağlı sanayiciler tarafından lisans altında üretilecektir (Şekil 3).

3-        Ulusal ısı pompası üretimi: Yerli ısı pompası firmalarının işbirliği ile yerli ısı pompası üretim teknolojisi ve işbirliği ağı geliştirilecektir.

 

4-        Enerji Depolaması: Ülkemizde pek uygulanmayan ancak enerji verimliliğinde çok önemli olan enerji depolaması konusunda Çukurova Üniversitesi?nin de desteği ile bir üretim ve uygulama program ve işbirliği ağı geliştirilecektir.

 

5-        Ulusal melez kojenerasyon-ısı pompası sanayisi: ODTÜ de yürütülmekte olan ve OSTİM?in de katkı sağladığı AB FP6 çerçeve programı HEGEL projesinin çıktısı olacak çoklu bir üretim sisteminin optimum denetimli olarak toprak kaynaklı ısı pompası ile tümleşmesi üzerine bir konsorsiyum kurulacaktır (Şekil 6).

 

6-        Ulusal Yüksek Performans Metriği Geliştirilmesi: Başkent Üniversitesinde yapılan akademik bir çalışmanın OSTİM Yüksek Performans binasında bench mark olarak uygulanması ve veri toplanması ile ulusal bir metrik geliştirilerek uygulanacaktır. Bu konuda EİE, TTMD ve Anadolu Üniversitesi ile de işbirliği yapılacaktır [3].

Tüm bu çıktıların ve benzerlerinin uygulamaya geçmesi ile uzun vadede gerçekleşecek yeni istihdam potansiyelinin, yeşil yakalı personel olarak 600, beyaz yakalı personel olarak 300 ve mavi yakalı personel olarak 3500 dolayında olacağı tahmin edilmektedir.  Aynı bina aynı zamanda bir eğitim merkezi ve ileriye dönük ARGE altyapısı işlevini de sürdürecektir.

 

Yüksek Performans Binaları

Yüksek performans binaları ve yeşil bina kavramı içerisinde sürdürülebilir çevre, toplum enerji ve ekonomi dörtleminin tüm unsurlarının bir arada optimize edilmesi gerekmekte olup en az yeni OSTİM İdare Binası bu amaç ve kapsamda bir ilki temsil etmektedir. Söz konusu bina sadece enerjinin niceliğinin değil niteliğinin de (ekserji) akılcı kullanılması ve tasarrufunun en iyi bir şekilde örneklenmesini ve uygulanmasını gerçekleştirecek bir model olmak üzere tasarımlanmış olup Amerikan Yeşil Bina Konseyi?nin LEED platin bina sertifikası alacak düzeyde ve ASHRAE yüksek performans binaları genel kriterlerine uygun olarak inşa edilmektedir. Bu binada doğal gazın en akılcı ve verimli bir biçimde kullanılmasının yanı sıra güneş ve rüzgâr enerjisi, toprak ısısı ve atık ısı da alternatif enerji kaynakları olarak etkin bir biçimde kullanılmaktadır. Doğal gaz, binanın konfor ve servis suyu yüklerini takip eden yüksek enerji ve ekserji verimli bir mini birleşik ısı ve güç (BIG) sisteminde değerlendirilmekte ve üretilen gücün bir bölümü toprak kaynaklı ısı pompasının tahrikinde kullanılarak binanın ısıtma, sıcak su üretimi ve soğutma fonksiyonları birlikte karşılanmaktadır. Buna paralel olarak optimum kapasitedeki bir absorbsiyonlu soğutma sistemi de projede yer almaktadır. Talep fazlası ısı üretildiğinde enerji deposunda saklanmakta veya mevsimsel olarak toprakta depolanabilmektedir. Taze hava, toprak altında ön koşullandırmaya tabi tutulmakta, rüzgâr ve güneş enerjisi ile de ek ısı ve güç üretilmektedir. Pik bina yükleri ise etkin ısı ve soğuk depolaması ile traşlanmakta, Trombe duvarı ve sera gibi pasif önlemler yanı sıra binada melez klima sistemleri kullanılarak düşük ekserjili bina koşulu gerçekleştirilerek enerji tasarrufu yanı sıra enerji niteliğinin de sakınılması sağlanmaktadır. Tüm bu özellikleri ile OSTİM İdare Binası sadece enerji tasarrufu ve ekserjinin akılcı kullanımını gerçekleştirmekle kalmayıp yapı sektörümüz için bir laboratuar niteliğine sahip olacak, bu tür binaların yaygınlaşması yolunda gerekli standart ve yönergelerin de geliştirilmesi kapsamında geniş ve güncel bir veri bankası oluşturacaktır. Yapılan proje araştırma ve geliştirme verilerine göre binanın fosil yakıtları kullanım verimi % 91 ve akılcı ekserji yönetimi verimi de klasik bir ısıtma sisteminin % 6?lık değerine kıyasla % 61 dir. Alternatif enerji kaynaklarının-toprak ısısı dahil-kurulu kapasite bazında katkısı ise % 60 dolayındadır. Bu değerler çerçevesinde OSTİM İdare Binasında CO2 salımlarında % 85 üzerinde bir azaltma beklenmektedir.

 

Ostim Yeşil Bina Tasarımı

Zamanımızın ortalama % 90?ını kapalı ortamlarda geçirmekteyiz [4]. Kapalı hacimler, kısacası binalar, toplam enerji kaynaklarının yaklaşık % 40?ını, üretilen elektrik gücünün yaklaşık % 70?ini ve su kaynaklarının sekizde birini tüketmektedirler [5]. Özellikle ofis binaları söz konusu olduğunda, çalışanların üreticiliği; insan sağlığı ve konforu ile doğrudan orantılı olup bu bağlamda ticari binalar, okullar, hastaneler ve ofis binaları oldukça yüksek bir enerji yoğunluğuna sahiptirler. Bu enerji yoğunluğunun karşılanması ise çevreye, ekonomiye ve enerji bilançomuza olumsuz yansımakta, kısıtlı ve tükenir türdeki fosil yakıtların ulusal ekonomimize olan yükü daha da artmaktadır. OSTİM Yeşil İdare Binası USGBC?nin (United States Green Building Council) yayımladığı LEED (Leadership in Energy and Environmental Design: Enerji ve çevresel tasarımda öncülük) yeşil bina sertifikasyonunun en üst düzeyi olan platin sınıfına [6] ve ASHRAE yüksek performans binaları kriterlerine uygun olarak tasarımlanmıştır. Söz konusu bina yarı bitmiş bir binanın yeşil binaya dönüşümü evresinin kapsadığından LEED Sertifikası, Major Retrofit (Kapsamlı Değişiklik) sınıfında alınacaktır. İlk kez 1999 yılında yayımlanan LEED sertifikasyon puanlamasına ilişkin ana kriterler altı ana başlık altında toplanmıştır, bunlar:

 

1.            İnşaatının yapıldığı bölge ve saha özellikleri

2.         Su kaynaklarının verimli kullanımı

3.         Enerji verimliliği ve atmosfere sera gazı salımları

4.            Kullanılan yapı malzemeleri ve ham madde kaynakları

5.         İç hava kalitesi

6.         Tasarım sürecinde yaratıcılık ve             yenilikçilik

 

Bu çerçevede, OSTİM Binası çalışmaları sırasında 42 adet hedef ve kriterler bileşeni oluşturulmuş ve bu kriterler doğrultusunda tasarım öncelikleri belirlenmiştir.

 

Tasarım Hedefleri

Teoride yeşil bina olarak adlandırılan binaların hepsi yeşil bina prensiplerine uygun ve sağlıklı olmayabilir [6]. Yeşil bina kavramı sadece bir tasarım değil, tasarımın uygulamaya geçişi, tümleşik bina işletimi, performansın izlenerek değerlendirilmesi, önleyici bakım onarım ve sürekli iyileştirme aşamalarını da kapsayan bir olgudur. Gerçek bir yeşil binanın sürdürülebilir bir şekilde ülkemize örnek olması yönünde kazandırılması on dokuz ana ilke ve hedef belirlenmiştir, bunlar sırası ile:

 

a.         % 85?ten yüksek toplam enerji             verimi (Termodinamiğin Birinci Kanununa göre),

b.         % 60?tan yüksek Akılcı Ekserji             Yönetimi Verimi (Termodinamiğin İkinci Kanununa göre),

c.         Sıfır-Karbon salımına yakın bir        bina,

d.         Kurulu kapasite bazında en az             % 50 alternatif enerji kaynaklarının kullanımı (Rüzgâr, güneş, toprak ısısı, atık ısı ve pasif önlemler             toplamı),

e.         Pik HVAC yüklerinin optimum enerji depolaması ile en az    % 20 oranında traşlanması,

f.          Düşük Ekserjili Bina: Low-Exergy Building (IEA Annex 49: Low Exergy Systems for High-            Performance Buildings and             Communities ve Annex 37: Low Exergy Systems for Heating and Cooling?e uygun),

g.            ASHRAE Standard 90.1 e uygun bir bina,

h.            ASHRAE Standard 55 (Isıl             Konfor Standardı) ve ASHRAE Standard 62.1?e (Havalandırma Standardı) uygunluk,

i.            USGBC LEED platin sınıfı yeşil             bina,

j.          5 Aralık 2008 tarihli Resmi             Gazetede yayınlanan Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliğine uygunluk,

k.         2008 ENVER Hareketi                       prensiplerine uygunluk,

l.            Hijyenik ve temiz iç hava kalitesi,

m.        Tam bina otomasyonu,

n.         Yüksek Performans Binası             tariflerine uygunluk                    (ASHRAE TC 6.1? e göre),

o.         Melez klima sistemleri ile enerji             talebinin azaltılması,

p.         Yüksek yalıtıma sahip bir bina,

q.         Net-Sıfır Enerjili Binaya yönelik ucu açık çözümlere açıklık,

r.          Sürekli, önleyici ve iyileştirici             bakım onarım,

s.         AB 2004/8/EC Direktifine             uygunluk, en az % 30 yakıt             tasarrufu.

 

Binanın Tanıtımı

OSTİM yeni idare binası 3 katlı, toplam alanı 2.700 m2 olan bir yapıdır. Bu yapının görünümleri Şekil 1 ve 2?de verilmiştir. Bina konumu OSTİM Metro istasyonuna sadece 350 m uzaklıktadır. OSTİM Yatırım A.Ş. tarafından işletilmekte olan AYEN ENERJİ kombine çevrim güç santraline ise 450 m uzaklıktadır. OSTİM İdare Binası?ndaki birleşik ısı ve güç sisteminin elektrik üretimi bu santral ile de ilişkilendirilmiştir. Binanın tüm yapı elemanlarının ve mefruşatının seçiminde çevre, sağlık, hijyen, hava kalitesi, bölgesel temin, sürdürülebilirlik, geri ve tekrar kullanılabilirlik gibi ve yukarıda özetlenen tasarım önceliklerine uyulmuştur. Binanın pencere-duvar oranı, on iki aylık bir süre içersinde doğal aydınlatma avantajına karşın soğutma yükleri ve ısıtma yükleri, ısı yalıtımı ve görsel konfor parametreleri açılarından optimize edilmiş, pasif gölgeleme ve Trombe duvarı-sera uygulaması öngörülmüştür.                              

Şekil 2?de Trombe duvarı yakın planda izlenmektedir. Trombe duvarı bir cam sera içersinde olup ısınan ve depolanan hava kışın fanlar aracılığı ile bina içersine verilmekte, gündüz duvarda depolanan ısı gece kullanılmaktadır. Zeminde ısı depolayıcı doğal taşlar ve dekoratif-fonksiyonel havuz bulunmaktadır. Yazın ise genelde Trombe duvarı alanı içersindeki hava binaya verilmeden dışarı geri verilmektedir. HVAC sisteminde ise döşemeden ısıtma sistemi tavan fan-coil sistemi ile tandem (ardışık) olarak tasarımlanmış olup, yazın yoğuşma riskine karşı önlemi alınmış panel (döşemeden) soğutma da yapılabilir şekilde düşünülmüştür.

Bu yöntemle toprak kaynaklı ısı pompasının yaz ve kış COP değerleri gibi absorbsiyonlu soğutma grubu COP değeri de yükselmektedir. COP değerlerinin yükselmesinde diğer önemli bir etken de düşük-ekserjili HVAC sisteminin ısı pompasından ve absorbsiyonlu çillerden mutedil sıcaklıklarda enerji talep etmemesidir. Ayrıca, belirli zonlarda melez klima duvarı uygulaması yapılarak ek enerji tasarrufu sağlanacaktır. Melez klima duvarı (Şekil 3) içersinde tam hava hijyeni sağlayan ek önlemler yanı sıra hissedilebilir ısıtma ve soğutma ve gizli soğutma yüklerini karşılayacak üniteler bulunmaktadır. Yaz ve kış işletmesinde optimum ışınım ısı transferi gerçekleştirecek özel boyalı ön gözenekli yüzeyde zorlamalı taşınım ısı transferi de gerçekleşmektedir. Zorlamalı taşınıma gerek olmadığı durumlarda ön yüzeyde doğal taşınım ısı transferi ve ışıma ile birlikte gerçekleşmektedir. Melez klima duvarında yapay aydınlatma, görsel ve duysal sistemler, internet, priz ve telefon gibi bağlantılar bir arada ve modüler olarak bulunmakta ve gerekli tüm konfor ve kullanım fonksiyonlarını tümleştirmektedir.

 

Ön Analizler

Başarılı bir toprak kaynaklı ısı pompası uygulaması toprak etüdünden geçer. Bu nedenle ısı değişim kuyuları hesaplanıp bu kuyular açılmazdan önce pilot bir kuyu hazırlanarak Çukurova Üniversitesi? ne Toprak Isıl Duyarlılık Testleri yaptırılmıştır. Test aşamaları Şekil 4, 5 ve Çizelge 1 de özetlenmiştir [7].

Toprakaltı sıcaklığı 17.3 °C, olarak alındığında sabit ısı akısı modeli ile kuyu ısıl direci, Rb ve etkin toprak ısıl iletkenliği Ieff sırasıyla 0.12 K/(W/m) ve 1.4 W/mK olarak hesaplanmıştır [8]. Elde edilen kuyu log verileri sahanın ağırlıklı olarak killi yapılar içerdiği görülmektedir. Killi yapıların ısıl iletkenliği 0.4?1.6 W/mK arasındadır. Dolgu malzemesi olarak kullanılan ve su içeren bentonit için ısıl iletkenlik değeri yaklaşık 0.7 W/mK?dir.  Hesaplanan Ieff  değeri  1.4 W/mK toprak ve dolgu malzemesi verileri ile uyumludur.

Tasarım ve Optimizasyon

Binada ana enerji ve güç kaynağı olarak iki adet doğal gaz motorlu ve her biri 60 kW elektrik gücünde, yüksek verimli birleşik ısı ve güç üretim sistemi, BIG (Combined Heat and Power: CHP) seçilmiştir. Bu sistem aynı zamanda toplam 160 kW pik yararlı ısı sağlamaktadır. Bu durumda CHP sisteminin güç-ısı oranı,  C; 0.75 olmaktadır. Aslında elektrik enerjisi ısıya oranla daha değerli (ekserjisi yüksek) bir enerji kaynağıdır. Fazla yararlı ısının bir kısmı kullanılarak ek elektrik enerjisi üretimi bu nedenle daha akılcıdır. Bu amaçla, BIG motorlarının egzoz gazı ve soğutma suyundan elde edilecek buhar ile ikinci kademe buhar motorunda veya organik çevrimli bir sistemde elektrik gücü üretimi mümkündür. Bu nedenle projenin ikinci aşamasında alt güç kademesi (bottoming cycle) eklenerek; C; 1.00 değerine yükseltilecektir. Bu aşamada ısıl verim biraz düşerken ekserji verimi yükselecektir. Projenin bugünkü aşamasında ve pik elektrik yükünde BIG sisteminin hesapsal toplam enerji verimi ve akılcı ekserji yönetimi verimi, sırası ile % 91 (% 56 ısı + % 35 elektrik) ve % 60 tır. Bu değerlerin ikinci aşamada sırası ile % 86 (% 43 ısı + % 43 elektrik) ve % 75 olması beklenmektedir. Bu sistemin elektrik gücü çıktısı OSTİM AYEN güç santrali ile de bağlantılı olacaktır. AB 2004/8/EC Direktifinin PES (Birincil Enerji Tasarruf Oranı) denklemine göre doğal gaz tasarruf oranı, Denklem 1?den hesaplanabilir [9, 10, 11].

Referans verim değerleri olarak ortalama RefHh = 0.95 (ısı) ve RefEh = 0.52 (elektrik) alındığında ayrı bir kombine çevrimli santralden elektrik temini (OSTİM AYEN santrali gibi) ve ayrı bir yoğuşmalı kazan kullanan alışılmış bir HVAC sistemine oranla birincil yakıt tasarrufu % 21 olmaktadır. % 97 ısıl verimi olan bir yoğuşmalı kazan için hesaplar tekrarlandığında (CHPHh = 0.97, CHPEh = 0) PES değerinin sadece % 2 olduğu görülür. Bu kazan aynı zamanda doğal gazın yararlı iş potansiyelinin yaklaşık % 94?ünü geri dönüşü olmaksızın yıkmakta ve ek karbon salımlarına neden olmaktadır [1].  AB 2004/8/EC Direktifinin verdiği referans değerleri yerine bu değerler ülkemiz koşullarında sırası ile 0.85 ve 0.33 alındığında ülke genelinde daha gerçekçi anlam taşıyan birincil yakıt tasarrufu % 42 olmaktadır. Bu değer ikinci proje aşamasında en az % 45 olarak öngörülmüştür. Dolayısı ile binada kurulacak BIG sisteminin sadece kendisinin çevreye ve ekonomiye katkısı yakıt tüketimini normal binalara oranla yarı yarıya azaltma şeklinde olacaktır. Yaklaşık aynı oranda da zararlı sera gazı salımları azalacaktır. BIG sisteminin güç çıktısının bir bölümü toprak kaynaklı ısı pompasının tahrikinde kullanılarak ısı pompası da enterkonnek  şebekeden bağımsız çalışacağından ısı pompasının Birincil Enerji Oranı, BEO (Primary Energy Ratio) Denklem 2?ye göre daha yüksek olacaktır (enerji verimi: 0.43). Bu da enterkonnekte elektrik şebekesinden beslenen (enerji verimi: 0.33) aynı tip ve aynı ısıtma tesir katsayısına (COP) sahip bir ısı pompasına oranla ülke enerji ekonomisi bazında % 30 ek tasarruf anlamına gelmektedir. OSTİM Yeşil İdare Binada öngörülen kış ve yaz işletmeleri Şekil 6 ve Şekil 7.?de gösterilmiştir. 

Binanın tesisat ve enerji arz-talep denge sistemi Birleşik Isı ve Güç (A) ve Düşük Ekserjili Yeşil Bina HVAC ve servis sisteminin optimum birleşiminden oluşmaktadır (B). Birleşik Isı ve Güç (BIG) sistemindeki çok yakıtlı (Multi-fuel) doğalgaz motorlarında üretilen elektrik gücü kısmen akümlatörlerde depolanabilmekte (D) ve kesintisiz, kaliteli güç kaynağı sağlama görevini de üslenmektedir. Gri ve siyah suyun arıtılarak (G) geri kazanımı sırasında ortaya çıkan biyogaz pilot uygulama olarak BIG sisteminde kullanılacak, elde edilen sonuçlara göre arıtma sistemi tüm OST?M e yayılarak ilerki etaplarda biyogazın doğal gazı ikamesi sağlanacaktır. ?ki adet ve her biri 60 kW elektrik gücündeki BIG ünitesi  doğalgaz ve/ veya biyogaz ile çalışma özelliği taşıyacaktır. Bu iki BIG ünitesinden en az birisinin devrede kalma güvenirliği % 99.9?dur. Bu nedenle, binada ayrıca jenaratöre gerek duyulmamıştır. Gerektiğinde bu sistemle OstimAyjen enerji santrali arasında da enerji alışverişi yapılabilmektedir. Bu sistem, literatürde de tercih edildiği üzere, binanın ısıtma ve soğutma yüklerini takip edecektir [12]. Ancak, kış aylarında elektrik yükü takibi söz konusu olursa pik elektrik yüklerinde üretilen ısı fazla geldiğinden aynı binada bulunan OST?M TV stüdyolarında oluşabilecek soğutma yüklerinin karşılanması için absorbsiyonlu çiller kışın da kullanılabilecektir. Böylelikle bu sistem maliyetinin geri dönüşü de hızlanacaktır. Yaz aylarındaki ısı fazlası ise toprakta depolanacaktır. Sistemin diğer önemli bir özelliği de üretilen gücün kısmen toprak kaynaklı bir ısı pompasınının tahrikinde kullanılarak (C) yeni AB Direktifinde ön görülen ısı pompalarının yenilenebilir enerji kaynağı sayılma koşulunu sağlayacaktır [13]. Bu koşullardan birisi de ısı pompası birincil enerji oranlarının (BEO: Çizelge 3 ve Denklem 2) en az 1.15 olmasıdır. OST?M Yeşil Bina uygulamasındaki mevsimsel BEO oranı olan en az 1.5 değeri bu koşulu sağlamaktadır. Bir mukayese yapmak gerekirse, BEO oranı tahrik gücünü termik bir santralden sağlayan bir ısı pompasında 1?den az olabilmektedir. BIG de üretilen gücün hangi oranda ısı pompasında kullanılacağı bir optimizasyon konusudur, zira ısı pompası kullanımı ile ısıtma ve soğutma talebi yerel güçle sağlanırken üretilen net elektrik gücü yani yeşil binaya ve sırasında çevreye sağlanabilecek elektrik gücü azalmaktadır. Elektrik enerjisinin niteliği ısıya oranla daha fazla olduğundan ısı pompasının hem kapasite tayininde hem de işletmesinde optimum koşulların takibi önem kazanmaktadır.

?şte bu nedenle işletme sırasında BIG ile Isı Pompası arasında bir optimum işletme kontrol modülü bulunmaktadır (E). Kış mevsiminde HVAC sistemi; fan-coil klima, döşemeden ısıtma ve Melez (Klima)  duvarından oluşmaktadır. Yaz mevsiminde ise döşemeden soğutma bir uygulama seçeneğidir. Yapılan bir optimizasyon çalışması ile bina enerji ve güç talepleri en uygun bir şekilde ve geniş bir arz yelpazesi içersinde karşılanmaktadır. Bu sonuçlar Çizelge 2 de özetlenmiştir. Bu çizelgeden de görüldüğü üzere, yaz aylarında pik elektrik yüklerinde 160 kW faydalı ısı elde edilmektedir. Bunun 110 kW lık bölümü absorpsiyonlu soğutucuya verilmekte buna karşılık bu sistemin soğutma kulesinde 10 kW ısı geri kazanılmaktadır. Soğutma yüklerinin geri kalan bölümü ısı pompası tarafından karşılanmaktadır. Güneş toplaçlarından ise 10 kW ısı elde edilmektedir. Taze hava toprak altındaki özel bir hijyenik hava kanalında yazın ön soğutma ve nem almaya (kışın da ön ısıtma) tabi tutulmaktadır.  Sıcak servis suyu pik yükü -25 kW olup (yükler eksi işaretle gösterilmiştir) geri kalan 50 kW faydalı ısı kış sezonu için toprakta depolanmaktadır. Ayrıca çevredeki iş yerlerinin ısı yüklerinin de bu enerji kaynağı ile karşılanması için sıcak su servis hattı da düşünülmektedir. Sistemde 20 kW pik elektrik yükü olan bir toprak kaynaklı ısı pompası, 6 kW gücünde güneş foto gözeleri ve 10 kW elektrik gücünde rüzgâr türbini vardır. Bina içersinde çatıdan doğal ışığı bina içersine taşıyan optik sistemin güç eşdeğeri yaklaşık 1.5 kW aydınlatma olup Çizelge 2 ye dâhil edilmemiştir. Sistemde ayrıca 200 kW-saat kapasiteli sıcak ve soğuk enerji depoları bulunmaktadır. Bu kapasite pik yüklerin zamana göre % 25?30 arasında tıraşlanmasına karşılık gelmektedir. Siyah su ve gri atık suların geri kazanımı ve uygun yerlerde kullanımı ile su tasarrufu Gerçekleştirilmektedir. Yağmur suyu ayrı bir depoda değerlendirilmektedir. Çevre ve güvenlik aydınlatmasında kullanılmak üzere bahçede güneşi takip eden güneş foto gözeli güç sistemi kullanılacaktır. Bu değerler de Çizelge 2?ye dahil edilmemiştir.

Alışılmış foto gözeler ve güneş toplaçları yanı sıra ayni birim metre-karede elektrik, ısı ve soğuk üreten, güneş enerjisinin toplamda % 85?ini faydalı güç ve enerjiye çevirebilen bir tümleşik güneş enerjisi modülü OST?M sanayisinde üretilip binada uygulanacak, ayrıca bir uygulama ve pazarlama sahası açılacaktır [3].

                                                       

Çevresel Değerlendirme

 

Karbon Salımları

Pik yüklerde bir saat boyunca karbon salımlarındaki azalma potansiyeli, kazan ve termik santral elektriği kullanıldığı durumun birleşik ısı ve güç sisteminin kullanıldığı durum ile mukayesesinden bulunabilir: (3)

Bu denklemde akılcı ekserji yönetim verimleri de göz önünde tutulmaktadır [14, 15]. Bu projeye ilişkin hesaplamalarda, klasik HVAC sistemlerindeki ortalama akılcı ekserji yönetimi verimi 0.04 (Birleşik ısı ve güç üretiminde 0.61), termik santralde kömürün birim karbon salım değeri 0.6 değeri kg CO2/kW-h (Doğalgaz için 0.2) olarak kabul edilmiştir. Eğer OST?M binası enterkonnekte sisteme bağlı bir doğal gazlı kazanla işletilen normal bir bina olsa idi, karbon salımları denklemin ilk kısmına göre yaklaşık 501 kg CO2/kw-h olacaktı. Bu salım miktarı proje kapsamında 101 kg CO2/kw-h ye düşeceği gibi BIG sistemi egzoz çıkışındaki çok kademeli filtre ile iyice azalacaktır. Bu etki göz ardı edilse bile net karbon salımı hesapsal azalması % 58 tir. Filtre kullanımı ile bu azalma % 80 e ulaşacaktır. Sonuç olarak, pik yüklerdeki karbon salımında saatte 400 kg?lık bir azalma söz konusudur. Bir kış mevsiminde ısı ve güç talebindeki baz yük/pik yük oranları 0.55 ve ortalama toplam ısıtma ve servis suyu temini süresi 3000 saat, elektrik kullanma süresi 1800 saat kabul edilirse karbon salımlarındaki azaltma potansiyeli 280 ton dolayında olacaktır. Yaz mevsimi için yapılacak bir hesapla yıllık karbon salımındaki tasarruf potansiyelinin 500 tonun üzerinde olduğu görülür.  Kış mevsimine ilişkin potansiyel tasarruf miktarı düşük kalorili kömür sobası yakan konutlara kıyasla 1080 tona ulaşır. Bu nedenle, yüksek performanslı yeşil bina uygulaması ile OST?M ?dare Binası; ortalama konut yükleri 3 kWelektrik pik ve 7 kWısı pik alındığında ve kalitesiz kömür kullanımı kabul edildiğinde, bu tür 25 konutun toplam karbon salımına denk bir tasarruf sağlayacaktır. Bu aşamada biyogaz eldesi sadece laboratuvar ölçeğinde gerçekleştirilecek, ileriki aşamalarda bu yöntem fizibil bulunduğunda OST?M kolektöründen biyogaz eldesi sağlanacaktır.

Ancak, biyolojik arıtma sırasında az miktarda CO2 gazı salımı söz konusu olmaktadır. Yapılan hesaplara göre yeşil binadaki arıtma ve geri kazanım ünitesinde oluşan karbon gazının miktarı günde 200 g CO2 dolayında olup elde edilecek biyogazın ikame edeceği doğalgazın yanmasından doğan karbon salımlarındaki azalma yanında ihmal edilebilir boyuttadır. Bununla birlikte bu düşük seviyedeki salımında önlenmesi için çalışmalar sürdürülmektedir.

Sonuç ve Tartışma

Binaya ilişkin örnek performans hesapları Çizelge 3?te özetlenmiştir [15]. Sürdürülebilir bina ve sürdürülebilir çevre bağlamında, bina ekonomisinin ve yatırımların da sürdürülebilir olması gerekmektedir. Bu nedenle planlanan yeşil enerji sistemleri bina tesisatına peyderpey tümleştirilecektir. Oluşturulacak bir fona her yıl elde edilen yakıt tasarrufuna denk gelecek miktarda para aktarılacak ve bu kaynak her yıl binanın daha yeşil olmasında kullanılacaktır [16]. Bu yazıda görüldüğü üzere, proje uygulaması ile sağlanacak karbon salımlarındaki azaltma ve enerji tasarrufunun sağlayacağı ekonomik kazançlar yanı sıra, konfor, hijyen ve çevreye olumlu katkılar çok önemli boyutlardadır. Çevreye, insana, ekonomiye ve küresel ısınmaya karşı gösterilen bu hassasiyet ülke çapında genelleşmedikçe ve benimsenmedikçe yapılan bu uygulamanın anlamı ve önemi güzel bir örnekten öteye geçemez.  Bu nedenle, söz konusu bina aynı zamanda kitlelere gerçek enerji tasarrufunun nasıl yapılabileceğinin canlı mesajını iletmek üzere etkin bir eğitim ve gösterim merkezi yanı sıra kümelenme işlevlerini de üstlenecektir. Binanın performansı, başlatılacak olan araştırma ve geliştirme projeleri ile de denetlenerek yüksek performans binalarının metrikasyonuna, sınıflandırmasına ve tariflerine de destek verecek bir bilgi havuzu oluşturulacaktır. Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) çerçevesinde OST?M A.fi.?nin de katıldığı Enerji Depolaması, Enerji Tasarrufu ve Isı Pompaları ?şbirliği Ağı ulusal ve uluslararası düzeyde geniş bir açılım da sergileyecektir. Tüm bu duyarlılığın herkesçe gösterilmesini ve özellikle Ankara?da geçtiğimiz kış mevsiminde kalitesiz kömür ve soba kullanımın yol açtığı hava kirliliğinin tekrar azaltılmasını diliyoruz. Çünkü OST?M ?dare Binasının çevreye yapacağı olumlu katkılarının bir anda 25 kömürle ısıtılan konut tarafından sıfırlandığını hesaplar göstermektedir. Her şeyin üzerinde, bu uygulama üniversite-sanayi işbirliğine ar-ge platformunda yeni bir model getirmiş ve ekonomik krize karşın ar-ge çalışmalarının ekonomiye, sanayiye ve enerji verimliliğine katkıların boyutunu örneklemiştir. Bu makalede yer alan örnek uygulamaya paralel biçimde her hangi bir benzer projenin gerçekleşmesi yönünde yenilikçi, sanayi-üniversite ARGE ara kesitinde geçerli olabilecek bir organizasyon önerisi fiekil 9?da verilmiştir. Bu öneriye göre, yenilikçi ve ARGE içerikli bir proje önerisi OST?M çatkısı altında OST?M Yatırım A.fi. tarafından yönlendirilebilmekte, teknik olarak gerekli danışmanlık hizmetleri tesis edilmekte, konuya özgün üniversitelerden bu alanda yardım alınmakta ve işbirliğine gidilmektedir. ODAGEM bu işbirliğinde temel arayüz görevi yapmaktadır. OST?M Teknoloji A.fi TÜB?TAK, DPT destekleri gibi finansal destekler gerçekleştirmekte bir ana yüklenici etrafında proje yürütülerek ar-ge ve ür-ge faaliyetleri tamamlanmakta ve pazara sunulmaktadır.

 

Kaynakça

1.                     Kılkış, B. Türk Yeşil Bina

                        Sertifikasyon Metrikleri, ICCI 2009 Bildiriler Kitabı,                         s. 259-261, 2009

2.                     O. Aydın, A. Arıcı, and M. Ali             Kılıçaslan, Building up

                        Distributed Energy Goals for             Turkey-Office Building?s                     Poly-generation System, COSSP Magazine, May-June ?ssue, pp: 53-59, 2009.

3.                     Kılkış, B. Güneş Enerjisinden             Aynı Anda ve Aynı Birim Alanda Elektrik, Isı ve Soğuk Üreten Yeni bir Melez Güneş Paneli, Solar             Trijenerasyon, Güneş Enerjisinden Yerli Yeni Ufuklara Doğru Fikir Paylaşımı ve Nihai Ürünlerin             Tanıtımına Dair ETKB Toplantısı Sunusu, Ankara 30 Ocak 2009.

4.                     OECD, Energy Technology             Perspectives: Scenarios &             Strategies to 2050: in Support of the G8 Plan of Action /           

                        International Energy Agency.

                        Paris: OECD/IEA, 479 sayfa, 2006. 

5.                     LEED, LEED for New

                        Construction and Major

                        Renovations, Version 2.2,

                        October 2008.

6.                     ASHRAE, Achieving National

                        goals for Buildings, Challenges and Opportunities Facing a New

                        President and Congress, 12 pages, December 2008, ASHRAE:             Atlanta, 2008.

7.                     Martin, B., Not All ?Green             Buildings? are Healthy Buildings, Journal of Commerce,

                        December 1 Issue, 2008.

8.                     Paksoy, H., Hunay E., Derya D., Koray S., Toprak Isıl duyarlılık Testi: 27.10.2008-1.11.2008, Sonuç Raporu,7 Kasım 2008, OST?M, Ankara, 2008.

9.                     CEN/CENELEC, Workshop

                        Agreement. Manual for

                        Determination of Combined  Heat and Power (CHP), CWA 45547, 2004.

10.                   EC DG TREN, Analysis and

                        Guidelines for the

                        Implementation of the CHP

                        Directive 2004/8/EC:  Reference Values- Matrix, 2006.

11.                   EU, Directive 2004/8/EC, on the Promotion of Cogeneration Based on Useful Heat Demand in the             Internal    Energy Market and Amending Directive 92/42/EEC. EU Official Journal L52/50, Vol. 47, pp. 50-60, 2004. 

12.                   Jalalzadeh, A., Elektrik ve Isı    Yükünü ?zleyen Birleşik Isı ve Güç Sistemleri ?çin bir                    Karşılaştırma, TTMD Dergisi,                        Sayı:  48, s: 30-39, Ankara, 2007.AB, AB Direktifi: Directive of the European Parliament and of the Council on the Promotion of the Use of Energy From  Renewable Sources, PE416.091v01-00, 11 Aralık 2008.

13.                   Kılkış, B.,  Birlikte Üretim

                        Sistemlerinin Analizi ve Çevresel Yararları, TTMD Dergisi, Sayı: 48, Dergi Eki, No: 26, 16 sayfa, TTMD, Ankara, 2007.

14.                   Kılkış, B., Kılkış, fi., Upgrading

                        Directive 2004/8/EC with

                        Rational Exergy Model, ASHRAE Transactions, ASHRAE: Atlanta, 2007.

15.                   Kılkış, B., Özgür E.,

                        Üniversite- Sanayi ?şbirliğinden Güç ve Enerji Verimliliğine: OST?M Yüksek Performanslı ?dare Binası, OSTİM Proje Pazarı, Sunu, 17-18 Haziran, Ankara, 2009.

16.                   Kılkış, B., OST?M Organize Sanayi Bölgesi Net-Sıfır Enerjili Yeşil

                        Yönetim Binası Tasarım ve                   Uygulama Projesi Danışmanlığı

                        Sonuç Raporu, Proje No:                  ODAGEM-?fiBAP-08-52-OST?M Projesi, ODAGEM, Temmuz 2009, Ankara, 2009.


Etiketler