Binaların ısı yalıtımında enerji ve ekserji analizi

Abstract

Bilimsel gelişmeler neticesinde ileri teknolojiye dayalı yaşam biçimi ve dünya nüfusunun artması toplumların enerji ihtiyacını önemli ölçüde artırmıştır. Artan enerji tüketimi nedeniyle fosil kökenli enerji kaynaklarının giderek azalması, günümüzde, toplumları yeni enerji kaynakları arayışlarına iterken, mevcut kaynakların verimli kullanılmasını da zorunlu hale getirmiştir. Konutlarda ısınma ve sıcak su amaçlı tüketilen enerjinin toplam tüketim içindeki payı göz önüne alındığında, bu alanda enerjinin verimli kullanılması sonucu önemli miktarlarda enerji tasarrufu elde edilebileceği görülmektedir. Binalar, dünyanın her ülkesinde yüksek enerji tüketicileridir. Dünya primer enerji tüketiminin yaklaşık üçte birlik dilimi konut, ofis, hastane ve okul gibi endüstriyel olmayan binaların ısıtma, soğutma ve aydınlatma ihtiyaçları ile bu ihtiyaçları karşılayan sistemlerin işletilmesine harcanmaktadır. Binalarda ısıtma uygulamaları için tüketilen enerji ise, bu dilim içerisinde en büyük paya sahiptir. Türkiye'deki binalarda birim ısıtma enerjisi tüketimi çok yüksek seviyelerdedir. Avrupa'da konutların ortalama enerji tüketimleri yılda 100 kWh/m2 iken, Türkiye'de, başta ısı yalıtımının olmayışı veya yetersiz ısı yalıtımı nedeniyle bu değer ortalama 200 kWh/m2 civarındadır. Bu nedenle binalarda alınacak yeterli yalıtım önlemleriyle önemli ölçüde enerji tasarrufu elde edilebilir. Yapılan çalışmalar, binalarda enerjinin etkin kullanılması ile ortalama %40 enerji tasarrufu sağlanacağını göstermektedir. Bunun yanında, enerji tüketimindeki her bir azalma yüzdesinin çevrenin korunması ve karbondioksit emisyonlarının azalması üzerine önemli etkileri bulunmaktadır. Bu çalışmada, Atatürk Üniversitesi Kampüsünde bulunan ve yılda yaklaşık 330 kWh/m2 ısıtma enerjisine ihtiyaç duyan aynı tipteki 29 ve 30 No'lu lojman binalarının enerji ve ekserji analizi yapılmıştır. Başlangıçta her iki binanın da dış duvarlarında ısı yalıtımı bulunmamaktadır İnceleme konusu binalardan 30 No'lu blokta, 'Binalarda Enerji Etkinliğinin Teşviki' projesince iyileştirme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Dış duvarları yalıtımsız olan binada, başta dış duvar ısı yalıtımı olmak üzere önemli bazı ısı rehabilitasyon çalışmaları gerçekleştirilmiş ve yapılan iyileştirmelerin etkileri gözlenmiştir. Bu amaç doğrultusunda, 29.Blok referans bina olarak kabul edilmiş ve 30. Blok'a uygulanan enerji verimliliği önlemlerinin etkileri referans bina ile yapılan karşılaştırma ile ortaya çıkarılmıştır. Karşılaştırmaya, her iki binada 2004?2005 ısıtma sezonunda yapılan ısı tüketim ve sıcaklık ölçümleri temel teşkil etmiştir. Yapılan iyileştirmeler neticesinde 30 No'lu lojman binasının, 29 No'lu lojman binasına göre %51.3 daha az ısı enerjisi tükettiği görülmüştür. Gerçekleştirilen ısı yalıtımı sayesinde 30.Blok dış duvarlarında meydana gelen ısı kayıpları ise %81 oranında azalmıştır. 30.Blok'un, ölçüm süresi olan 165 gün boyunca tükettiği ısı enerjisi ile 29.Blok 57 gün ısınabilmiştir. Çalışmada, her iki binanın dış duvarlarından olan ekserji kayıpları da hesaplanmış ve eşit ısı tüketim değerlerinde, 30.Blok'un dış duvarlarında %94 daha az ekserji kaybı olduğu görülmüştür. Bunun yanında, ısıtma esnasında binalarda bulunan ısıtıcılar ile iç ortamlar arasındaki ısı transferinden dolayı meydana gelen tersinmezlikler incelenmiş ve alınan önlemler sonucu 30.Blok'ta %28.8 daha az tersinmezlik olduğu tespit edilmiştir.

The life style based on advanced technology as a result of scientific developments and the increase of world population has raised the energy requirements of societies considerably. The decrease in the amount of fossil fuels due to increased energy consumption, nowadays, not only have forced the societies to find new energy sources, but also have forced the existing sources to be used efficiently. When it is considered that the rate of energy consumption in buildings for heating and hot water is high in the total consumption, it is clear that a large amount of energy can be saved by using energy efficiently in buildings. Buildings are large consumers of energy in all countries. Approximately one third of primary energy is consumed in non-industrial buildings such as dwellings, offices, hospitals, and schools, where it is utilized for space heating and cooling, lighting, and the operation of appliances. The most of the energy is consumed for space heating in the total amount of the consumption in heating, cooling and lighting utilizations. In Turkey, unit energy consumption of existing buildings is excessive. While average heating energy consumption of residential buildings in Europe is 100 kWh/m2 per year, in Turkey, it is about 200 kWh/m2 per year since no or little thermal insulation. Therefore, considerable energy savings can be obtained by using proper insulation in buildings. Recent researches have shown that 40% of building energy consumption could be saved, provided that using energy efficiently. Furthermore, every reduction in energy-usage has a significant influence on environmental protection and CO2 emissions. In this study, energy and exergy analysis of two same types of residential buildings, Block-29 and Block-30, which are located in the campus of Ataturk University and have the same heating energy consumption of 330 kWh/m2 per year were performed. In the beginning the external walls of both blocks have no insulation. In Block-30, leading external wall insulation, some important energy savings measures were carried out and the effects of these implementations were observed. For that reason, Block-29 was chosen as the reference building and the effects of measures implemented to Block-30 were determined by comparing with reference building. The measurements of heat consumption and temperature carried out in these buildings during the 2004-2005 heating season were used as comparison parameters. On the result of measurements, it was determined that Block-30 consumed 51.3% lower thermal energy. Owing to external wall insulation in Block-30, the heat losses through walls decreased 81% in proportion to Block-29. With the total energy amount which Block-30 consumed during the measurement period, 165 days, Block-29 could be heated only for 57 days. Exergy loses through the external walls also were calculated in this study and it was seen that in the equal heat consumptions, exergy losses through external walls of Block-30 was 94% lower than Block-29. Furthermore, the total irreversibility caused by heat transfer between the heaters and inner air during the heating period was also calculated. It was determined that the irreversibility in Block- 30 was 28.8% lower than in Block-29.