Bursa ili için bir sıfır enerji binasının termoekonomik analizi

Abstract

II. Dünya Savaşından bu yana, dünya nüfusunun artış oranından daha fazla tüketilmeye başlanan enerji ve diğer kaynaklar; bu gidişatın yarattığı olumsuz sonuçların üzerinden yarım asır geçmeden yerkürede yaşamın bu şekilde sürdürülemeyeceği gerçeğinin farkedilmesine yol açmıştır. İnsanlığın bu duruma acil çözümler bulup geliştirme çalışmaları, bunların giderek artan bir hızla gerçekleştirilmeye başlandığı bir süreci de beraberinde getirmiştir. Bu durumun bir sonucu olarak; enerjinin verimli kullanımıyla birlikte, yenilenebilir kaynakların kullanımının artması ve bu kaynaklar içinde nispeten geç; fakat çok daha hızlı gelişen güneş enerjisi uygulamaları, fotovoltaik panellerle elektriğe dönüştüğü tarlalarda yayılırken, bir taraftan da binaların çatılarında çoğalmaya başlamıştır. Dünyada genel bir ortalama ile üretilen enerjinin üçte birinden daha fazlasını tüketen binaların; elektriğiyle birlikte, ısıtılması, soğutulması ve sıcak su için de gerekli enerjinin; bedelsiz ve temiz enerji olarak yenilenebilir kaynaklardan elde edilmesine yönelik hızla geliştirilen yasal düzenlemeleri; ulusal, bölgesel hedefler ve stratejik yol haritaları takip etmiştir. İvmenin yüksekliği bunların sürekli güncellenmesini gerektirmektedir.Bu tezin konusu olarak ta; Bursa ili, Kestel ilçesi içinde yerleşik olarak düşünülen tek katlı, bağımsız bir evin hazır mimari projesi üzerinden, HAP 4.4 programı yardımıyla ısıtma, soğutma, elektrik; bütün enerji ihtiyacını karşılayacak bir sistemin teknik ve ekonomik analizi yapılarak, incelenmiştir. Analizleri, saatlik veri temeli üzerine kurulu Transfer Fonksiyon Metodu (TFM) ile yapan HAP programı, METRONOM'dan yüklenen Bursa'ya ait meteorolojik veriler ve yapıya ait bilgilerle binanın ısıl hesaplarını, enerji simülasyonunu ve maliyet analizini de gerçekleştirmiştir. Sıcak su için güneş kollektörü hesaplamaları ise f-chart metoduyla yapılmıştır. Sistem sağlayıcı tarafından yapılan ve sonucu paylaşılan PV hesaplamaları, Avrupa Birliği orijinli PVGIS'in programı yardımıyla açı optimizasyonu da yapılarak detaylandırılmış ve kabul edilebilir yakınlıkla doğrulanmıştır. Yatırımın getiri ve geri dönüş süresiyle ilgili ekonomik analiz de P1, P2 yöntemiyle gerçekleştirilmiştir.Üç kişilik bir ailenin yaşadığı `Sıfır Enerji Binası (SEB)` evin yıllık, yaklaşık toplam enerji ihtiyaçları; 4.300 kWh elektrik, 6.300 kWh ısıtma, 2.200 kWh soğutmadır. Bunun için ısıtma yükü 4,6 kW, soğutma yükü 10 kW, elektrik yükü de 3.5 kW olarak hesaplanmış ve seçilen sistemlerle karşılanmıştır. Kombili, panel radyatörlü, split-klimalı klasik sisteme alternatif olarak; toprak kaynaklı, dikey borulu, antifriz/sulu, 6,2 kW ısıtma, 4,9 kW soğutma kapasiteli 4,5/3,5 ısıtma / soğutma performans katsayılı (COP) ısı pompası, ısıtma için yerden ısıtma grubu ve soğutma için fan-coil ve pik günler için bir split-klima ilavesiyle bir sistem paketi oluşturmaktadır. Sıfır Enerji Binası tanımı içinde kalan sonuçlarla fosil kaynak kullanan klasik sisteme karşı tamamen yenilenebilir kaynaklar kullanan bu alternatif sistemin, teknik gerçekleşebilirliğinin doğrulanmasının yanında, ekonomik olarak da 16 yıllık geri ödeme süresinin iyileştirilmesi için üzerinde çalışılması gerektiği ortaya çıkmıştır.

After the World War II, with relatively high consumption rate of the energy and other resources with respect to rate of increase of population of the world, the reality of unsustainability of the conditions caused by the negative results of the way followed, have been detected by humanbeing before a half century overpassed. As a result, the urgent activities seeking resolution and their applications, with the efforts first to use energy more efficient, has brought to the sceen a fastdeveloping process. This leads to incease the share of renewable energies, among which the solar which has appeared last; but it seems to develop more rapidly from widening photovoltaic panel fields to rooftops of buildings.In the world, buildings which consume with a general avarage of more than one third of the generated energy are subject to develop rapidly the legal regulations in national or global level with goals and strategic roadmaps to generate their energy for electricity, heating, cooling and DHW (Domestic Hot Water). Those are updated continously since the the change is too fast. As the subject of this thesis; an individual, one flat house which already had an architectural project, planned to be located in Kestel District of Bursa Province has been analyzed for its all energy needs; heating, cooling, electricity, by using the software program called HAP 4.4, both technically and economically. The program which utilizes Transfer Function Method (TFM) based on hourly analysis, having provided through METRONOM the meteorological data for Bursa area, and the structural data input of the building, exacuted thermal calculations, energy simulation and cost analysis. Calculations of solar collector for domestic hot water was carried out seperately, by using f-chart method. The shared results of the PV system calculations by the system supplier, has been verified through the use of European Union origined PVGIS online calculator, with a well-enough degree of closeness, including details for angle optimizations. The income of the investiment and its payback period has been analyzed by utilizing P1, P2 method. The total annual energy needs of the `Zero Energy Building (ZEB)` house with a family of 3 occupants are approximately, 4.300 kWh for electricity, 6.300 kWh for heating, 2.200 kWh for cooling. For these; heating load is 4,6 kW, cooling load 10 kW, electricity load is 3.5 kW as calculated and compared with the chosen systems. As an alternative to the classic system with combi heater, panel radiator and split A/C; the ground source heat pump with anti-freeze/water fluid and vertically bored pipes, has heating capacity of 6,2 kW, cooling capacity of 4,9 kW, and heating / cooling performance coefficients (COP) of 4,5/3,5 combining with floor heating system, fan-coils and a split A/C for peak days, form a system package. With results of satisfying SEB definition, as an alternative system using renewable energy sources versus classic system that uses fossil energy sources; feasability has been verifed technically; but it should be worked on economically, to improve payback period of 16 years for investiment.