Yapı SektöründeKullanımı

Alternatif Enerji Kaynaklarının
Yapı Sektöründe Kullanımı
Murat Aydemir; Mak. Yük. Müh.
TTMD Üyesi
ÖZET
Mevcut teknolojilerin çevre üzerinde olumsuz
etkileri ve azaicın fosil yakıtlar sonucu
alternatif enerji kaynaklarının önemi giderek
artmaktadır. Bu yazıda yapı sektörü ile ilgili
alternatif enerji teknolojilerinin kullanımı
incelenecektir.
Jg
*'
S
H1
**
H‘
H*
/
o,°-
T/
4ÿ
M'
i
MiO
*
Şekil 1. Yakıt hücresi çalışma prensibi
Yapılarda kullanılabilen alternatif enerji
kaynakları yaygınlaşacağı yakıt hücresi.
rüzgar enerjisi, kojenerasyon, jeotermal
enerji, biokiitle, yoğıışmalı kazanlar, toprak
kaynaklı ısı pompası, güneş pilleri, güneş
enerjisi olmaktadır.
Yazıda bu teknolojilerin çalışma prensipleri
ve yapıdaki uygulamaları incelenerek yaygın
kullanılabilirliği hakkında bilgi verilmektedir.
Use Of Renewable Energy
Sources In Buildings
ABSTRACT
As a result of the negative of current used
technologies effect on the environment and
the reduction offossilfuel reserves, renewable
energy sources will be more important in the
future. In this article we wilt esamine the use
of renewable energy sources in buildings.
Fuel cells, wind power, cogeneration,
geotermal energy, bio-power, condensing
boilers, ground sourced heat pumps,
photovoltaik and thermal solar systems are
the main renewable energy sources which
can be used in buildings.
In this article we will have a look on the
working principles and we will try to give
an idea about the common use of these
technologies in building applications.
1. Giriş
Mevcut teknolojilerin çevre üzerinde olumsuz
etkileri ve azalan fosil yakıtlar sonucu
alternatif enerji kaynaklarının önemi giderek
artmaktadır. Bu yazıda yapı sektörü ile ilgili
alternatif enerji teknolojilerinin kullanımı
incelenecektir.
2. Yakıt Hücresi
Yakıt hücresine geleceğin en önemli alternatif
enerji kaynağı gözüyle bakılmaktadır. Yakıt
'
hücresinde Hidrojenin Oksijen ile yakılması
sonucu elektrik enerjisi üretilmektedir. Atık
olarak su ve ısı oluşmaktadır. Elde edilen
elektrik ve ısı doğrudan tüketim yerinde
kullanılabilmektedir. Bu özellikleri ile yakıt
hücreleri uzay araçlarında ve önemli askeri
uygulamalarda kullanılmaktadır. Doğalgazın
ayrıştırılması ile Hidrojen gazı elde edilmekte
böylece doğalgaz da yakıt hücrelerinde
kullanılabilmektedir. Yakıt hücrelerinin
maliyeti henüz çok yüksek olduğu için yaygın
kullanılabilmesinin 15-20 yıl sonra mümkün
olacağı tahmin edilmektedir. Özelikle
otomotiv sektörünün bu konuda ciddi
çalışmaları bulunmaktadır.
Yakıt hücresinin avantajları:
• Sessiz, emisyonsuz, yüksek verimli.
• Hidrojeni sorunsuz yakabilen tek teknoloji:
Hidrojen yakıldığında normalde yüksek
alev sıcaklığı oluşmaktadır. Bu da yüksek
azotoksit emisyonlarına neden olmaktadır.
• Tesisatta uygulaması: Elektrik üretimi,
ısıtma ve sıcak su üretimi.
• Gelecekte mevcut ısıtma ve elektrik üretim
cihazlarının yerini alma ihtimali vardır.
• Güneş pili ile hidrojen üretimi ve mevcut
gaz şebekesi üzerinden dağıtımı müm¬
kündür.
3. Rüzgar Enerjisi
Rüzgar enerjisi ilk bakışta yapı ile doğrudan
ilgili değildir. Ancak rüzgar ile elde edilen
elektrik enerjisi şebeke üzerinden yapılara
ulaştırılarak kullanılabilmektedir. Bu şekilde
ısı pompalan, klima ve sirkülasyon pompaları
gibi yüksek elektrik tüketen tesisat ekip¬
manları çalıştırılabilmektedir.
t
*
; , .ş
"i.
tim
L, f
Şekil 2. Eski ve yeni: Rüzgar enerjisi uzun
yıllardır kullanılmaktadır.
Rüzgar enerjisi, günümüzde elektrik üretimi
için çok rahat kullanılabilen alternatif enerji
kaynaklarından biridir. Bu konuda Türkiye’de
ciddi yatırımlar gereklidir. Rüzgar enerjisi
dışa bağımlılığı da azaltacaktır. Rüzgar
enerjisinin yaygınlaşması enerji politikaları
ile desteklenmelidir. Örneğin, Almanya
toplam elektrik üretiminin % 5 ’ini (6000
MW kurulu güç) rüzgar enerjisi ile elde
etmektedir. Türkiye’nin mevcut termik ve
hidroelektrik santrallarının toplam kurulu
gücü 26000 MW’dtr. Buna karşılık ise toplam
rüzgar enerjisi santralleri kurulu gücü sadece
19 MW’dir. Türkiye'nin rüzgar enerjisi
potansiyelinin Almanya’nın üzerinde olduğu
düşünülürse, bu konuda yatırım yapılarak
elektrik ihtiyacının çok büyük bir kısmının
rüzgar enerjisi ile sağlanabileceği
gözükmektedir.
4. Paket Kojenerasyon
Kojenerasyon teknolojisi, elektrik ve ısı
enerjisi ihtiyacını doğrudan tüketim yerinde
sağlaması nedeniyle özellikle sanayi
kuruluşlarında tercih edilmektedir. 300 kW
elektrik gücüne kadar olan paket
kojenerasyon cihazları ise Avrupa’da bir
dönem çok gündemdeydi ve teşvik
ediliyordu. Teşvik edilmesinin ana nedeni
kojenerasyon uygulaması ile ısı ve elektrik
YER
TARİH
GÜÇ (MWj
FİRMA
1 ALAÇATI, İZMİR
2 ALAÇATI, İZMİR
ŞUBAT 1998
KASIM 1998
1.7
DEMİRER HOLDİNG
7.2
INTERWIND-GÜÇBİRLİĞİ
3 BOZCAADA
HAZİRAN 2000
10.2
DEMİRER HOLDİNG
Tablol. Türkiye’deki mevcut rüzgar enerjisi santralleri
:ij
n
lîj
Şekil 3. Paket Kojeıterasyon uygulama örneği:
Paket hojenerasyon elektrik enerjisi ihtiyacına
göre hoyullandırılmış ve pik yükteki ısı ihtiyacı
için bir kazan ısıtma devresine bağlanmıştır.
enerjileri tüketim yerinde üretilerek iletim
kayıplarının ortadan kaldırılması olmuştur.
Bu şekilde termik santrallerle elektrik üretimi
ve fosil yakıt yakılarak ısıtma işlemine göre
ciddi oranda karbondioksit emisyonu
azaltılmaktadır.
Ancak pratikte yapılardaki elektrik ve ısı
tüketimlerinin çakıştırılmasının zor olması
ve yüksek bakım maliyetleri nedeniyle paket
kojenerasyon sistemlerinin işletilmesi kolay
değildir. Gelecekte kojenerasyonun sanayi
tesislerinde kullanımının artarak devam
edeceğini ancak yapılarda küçük kapasite¬
lerde pek tercih edilmeyeceği düşünül¬
mektedir.
5. Jeotermal Enerji
Türkiye Jeotermal enerji kaynakları
bakımından dünyanın en zengin ülkeleri
arasındadır. Jeotermal enerji deyince ilk akla
jeotermal kaynaklardan yararlanan termal
oteller gelmektedir. Ancak jeotermal enerji
sadece bununla sınırlı kalmamaktadır.
Jeotermal enerji ile sıcak su eldesi ve bina
ısıtması da yapılabilmektedir. Jeotermal
enerjilerin kullanımı bölgesel olarak kaynağın
sıcaklık seviyesi, su özellikleri gibi faktörlere
göre değişmektedir. Bazı yerlerde 120 °C’nin
üzerinde sıcaklıklar sağlanabilmektedir. Bu
sıcaklıklardaki enerji kaynağı ile absorbsiyonlu ehiller kullanılarak neredeyse bedava
soğutma yapma imkanı bulunmaktadır.
Jeotermal enerjinin yapıda kullanılabilmesi
için jeotermal kaynağın özelliklerine ve
yapının taleplerine göre detaylı bir proje
çalışması yapılması gerekmektedir.
6. Biokütle
Biokütle altında biyolojik yoldan elde edilen
tüm yakıtlar anlaşılmaktadır. Biokütle’nin
avantajı, kapalı bir karbondioksit çevrimi
oluşturmasıdır. Böylece yanma sonucu açığa
çıkan karbondioksit daha önce havadan
alındığı için bir emisyon artışı söz konusu
değildir.
Biokütle yakıt kaynaklarının başlıcaları:
- Bitkisel yağlardan elde edilen biyolojik
Biokiitle arasında en önemli yakıt biyolojik
motorindir. Biyolojik motorin için en uygun
kaynak kolza bitkisidir. Son yıllarda
Türkiye’de de bu yakıtın üretilmesi ve kulla¬
nılması tartışılmaktadır. Bazı Avrupalı
otomobil üreticileri araçlarını fabrika çıkışı
biyolojik motorin yakabilecek şekilde teslim
etmektedir. Fransa’da benzin istasyonlarında
satılan motorine % 3-5 oranında biyolojik
motorin karıştırılmaktadır. Fosil yakıtlarda
yüksek oranda bulunan kükürt biyolojik
motorinde bulunmadığı için mevcut dizel
motorlarda daha düşük emisyonlar sağlan¬
maktadır. Kaza sonucu dökülen biyolojik
motorin yeraltı sularını da kirletmemektedir,
çünkü fosil motorine göre daha hızlı çözünmektedir ("çürümektedir”).
Isıtmada da rahatça sıvı yakıt kazanlarında
kullanılabilmektedir. Ancak bitkisel yağlarda
bulunan yağ asitlerinin lastik malzemelerde
korozyona sebep olması nedeniyle bu asitlere
dayanıklı yakıt hortumları gerektirmektedir.
7. Günümüzde Yaygın Olarak Kullanılan
Alternatif Enerji Teknolojileri
Yoğuşmalı Kazanlar
Yoğuşmalı kazanlar motorin ve doğalgaz’da
artık Avrupa’da çok yaygın olarak kullanıl¬
maktadır. Gaz yakıtlarda yoğuşma kazancı
ve çok düşük baca gazı çıkış sıcaklıkları ile
düşük sıcaklık kazanlarına göre % 15’e varan
enerji tasarrufu mümkün olmaktadır. Tür¬
kiye’de de bu güvenilir teknolojinin daha
yaygın kullanımı hedeflenmelidir.
7.1. Isı Geri Kazanımlı Havalandırma
Yapılarda mekanik havalandırma ile ciddi
kayıplar olmaktadır. Havalandırma için ısı
geri kazanım üniteleri ve doğal soğutma
sağlayan kontrol ekipmanları ile yüksek enerji
tasarrufu sağlanabilmektedir. Böylece daha
küçük kapasiteli soğutma ve ısıtma ekip¬
manları da yeterli olabilmektedir.
7.2. Toprak kaynaklı ısı pompası
Avrupa’da yılda yaklaşık 5.000.000 adet ısı
üreticisi (kombi, kazan ve diğerleri) pazarı
bulunmaktadır. Bunların yılda 60.000 adedi
ısı pompalarıdır. Toprak kaynaklı ısı pompası
doğru projelendirilirse ısıtmadaki yıllık
A
©
::
b.
'
lif
L-l
motorin,
-
Atıklardan (çöp, atıksu, vb.) metan gazı
eldesi,
-
Bitkisel atıkların (odun, zeytin posası,
tezek, vb.) katı yakıt kazanlarında yakıl¬
ması, olarak sayılabilir.
BJI
Şekil 4. Toprak kaynaklı ısı pompası ile ısıtma ve
soğutma birlikte çözülebilirse müstakil evlerde
çok iyi bir çözüm olmaktadır.
mm
performans katsayısı 4’ün üzerinde olmak¬
tadır. Bu sayede çok düşük CO2 emisyonu
ile ısıtma yapılabilmektedir. 1st pompalannın
yatırım maliyeti toprak altı devresi nedeniyle
kazanlara göre daha yüksektir. Ancak
işletmede doğalgaz ile çalışan yoğuşmalı bir
kazandan biraz daha düşük bir ısıtma maliyeti
sağlanmaktadır.
*
Toprak altı sıcaklığı yıl boyunca, yaklaşık
10 °C sabit olması nedeniyle ısıtmada yüksek
performans katsayısı elde edilmektedir. Yılın
büyük bir kısmında kompresör devreye
girmeden pasif soğutma yapılabilmektedir.
Toprak kaynaklı ısı pompaları, ısıtma için
maksimum 55 °C gidiş suyu sıcaklığı sağla¬
yabilmektedir. Bu nedenle radyatör devresi
gibi daha yüksek sıcaklık gerektiren
sistemlerde ancak ikinci bir pik yük ısıtıcısı
ile birlikte kullanılabilir. Pik yük süresinin
kısa olması ve pik yük için ikinci bir ısı
üreticisi (elektrik, kombi, vb.) kullanılması
ısı pompası yatırım maliyetini ciddi oranda
düşürülebildiğinden tercih edilebilmektedir.
90
m
_
K&SJKI
Şekil 6. Pasif evlerde güneş pili ve termik güneş
enerjisi uygulama örneği
bulunmaktadır. Elektrik üretimindeki verim
% 10 mertebesindedir. Yatırım maliyeti henüz
yüksek olduğu için güneş pilleri bağımsız
uygulamalarda tercih edilmektedir. Yaygın¬
laşması için fiyatların düşmesi gerekmektedir.
Artan talep ve üretime paralel güneş pili
fiyatları sürekli düşmektedir. Yıllık fiyat
düşüşü % 6 mertebelerindedir. Örneğin
Almanya’da teşvik programı ile yapılardaki
güneş pilleri şebekeye paralel işletilebiliyor,
böylece elektrik depolanması için akülere
gerek olmadığı için yatırım ve işletme mali¬
yeti ciddi oranda düşmektedir.
A
80
O 70
S—
Maksimum
gidiş suyu
sıcaklığı
B
60
y 50
(T
40
30
D
13 20
C9
10
-16-14-12-10-8 -6 -4 -2
0 +2+4 +6+8+10+12+14+16
8.2. Termik güneş enerjisi sistemleri
Güneş enerjisinin kullanımı Türkiye'de çok
yaygındır. Yılda yaklaşık 400.000 m2
absorber yüzeyli güneş kolektörleri
uygulanmaktadır. Bazı kaynaklar bu sayının
kayıtları pek tutulamayan yerel küçük
üreticilerle yılda 1.000.000 m2 ’ye kadar
çıkabildiğini tahmin etmektedir. Güneş
enerjisi sistemleri genellikle sıcak su eldesi
amacı ile kullanılmaktadır. Ülkemizde yapılan
uygulamaların çok büyük bir kısmı tabii
sirkülasyonlu sıcak su sağlayan 2-5 m2 lik
absorberli sistemlerdir.
Avrupa’da yaygın olarak kullanılan kapalı
devre antifrizli veya drenajlı sistemler de son
yıllarda ülkemizde uygulanmaktadır. Kapalı
devre sistemlerde su sirkülasyonu bir pompa
yardımıyla yapılarak çatıda sadece kollektörler bulunmakta ve boyler kazan dairesine
yerleştirilmektedir. Bu sayede elde edilen
sıcak su uzun süreli olarak muhafaza
edilebilmekte ve hızlı bir şekilde temini ile
açık sistemlerde sorun olan su kayıpları
azaltılmaktadır. Kapalı sistemlerde büyük
absorber yüzeyli (örneğin 500 m2) güneş
enerjisi sistemleri de yapılabilmektedir.
Güneş enerjisinin kullanımı artan yakıt
fiyatları ile yüksek miktarda sıcak su ihtiyacı
olan otel ve sanayi kuruluşlarında da
artmaktadır. Çok kullanılan düz kolektörler
dışında özel vakum borulu kolektörler de
bazı projelerde kullanılabilmektedir. Vakum
kolektörlerin en büyük avantajı yüksek
sıcaklıklarda çok düşük kayıpları sayesinde
yüksek sıcaklık farkı olan uygulamalarda yıl
boyunca sorunsuz kullanılabilmeleridir.
Elektrik enerjisinin pahalı olduğu Avrupa
ülkelerinde vakum kolektörler absorbsiyonlu
ehiller ile birlikte soğutma amaçlı kullanıl¬
maktadır.
Dış hava sıcaklığı (°C)
Güneş kollektörleri ile yapı ısıtması çok talep
edilen bir uygulama olmasına rağmen pratikte
sıcak su temini kadar çok uygulanmamaktadır.
Şekil 5. Isıtma sistemlerinin sıcaklık seviyelerine göre ısı pompası ve ikincil ısıtıcı seçimi
• A ve B sistemleri ısı pompası ile tek başına
işletmeye uygun değil, ikinci ısıtıcı
gereklidir.
• C sistemi bir takviye ısıtıcı ile işletilebilir.
• D sistemi ısı pompası ile tekil ısıtmaya
uygundur.
8. Güneş enerjisi
8.1. Güneş pilleri
Güneş enerjisi ile elektrik ve ısı elde
edilebilmektedir. Elektrik üretimi için güneş
pilleri kullanılmaktadır. Güneş pilleri için
12-15 yıl kapasite garantisi veren üreticiler
wm
|-
M
!7
-'
K
1
Vakum kollektörler ile güneşten
yüksek sıcaklıklar elde edilmektedir.
Şekil 7. Büyük bir yapıda güneş enerjisi uygulaması - Düz kollektör, yatık olarak düz çatı üzerine montaj.
=
U'
1
.
I
f
i
:
Şekil 8. İstanbul' da kurulu günlük 200 litre sıcak
su ihtiyacına göre boyutlaııdırılmış 5 m ~ absorberli
bir sistem yıllık sıcak sıı ihtiyacının %70' ini
karşılıyabilmektedir.
Şekil 9. 18 kW ısı ihtiyacı olan bir konut,
İstanbul'da 20 nf absorber yüzeyi ile ısıtma desteği
ve sıcak su uygulaması: Ya: aylarında enerji
fazlası, kıy aykırında % 15-28 ısıtma desteği
oluşmaktadır.
Bunun nedeni yapının ısı ihtiyacının yüksek olduğu kış aylarında güneş ışınımı az, ısı ihtiyacı
olmayan yaz aylarında ise çok fazla olmasıdır. Kış şartlarında yapıyı ısıtmak amacıyla yapılan
boyutlandırmada ise yaz aylarında ısının kullanılamaması nedeniyle kollektörler yüksek
sıcaklığa maruz kalmakta ve elde edilen enerji boşa gitmektedir. Bu da yüksek yatırım ve
düşük getiri nedeniyle çok uzun amortisman sürelerine neden olmaktadır. Pratikte yapıda
güneş enerjisi ile belirli bir oranda ısıtma desteği yapılmaktadır ve böylece daha gerçekçi
yatırım ve amortisman değerleri sağlanmaktadır.
Alternatif enerji teknolojilerinin yapılarda kullanımını daha da yaygınlaştırmak için Almanya’da
ENEV Enerji Tasarruf Yönetmeliği 2002 yılında yürürlüğe girmiştir. Bu yönetmelik ile bir
yapının sadece ısı ihtiyacı değil birim ısıtılan yüzeyde kullanımına izin verilen primer yakıt
enerji değeri sınırlandırılmaktadır. Böylece enerji tasarrufu için sadece yalıtım değil yoğuşmalı
kazanlar, güneş enerjisi ve ısı pompası teknolojileri de değerlendirilmektedir.
Örneğin ENEV’e göre 200 m2 lik bir konut için yüzey/hacim oranı = 0,9 olduğunda
127,4 kWh/m2 yıldır.
müsaade edilen en yüksek primer enerji ihtiyacı Qp ma
Bunun sağlanması için ısı ihtiyacı qh = 80 kWh/m2 yıl olacak şekilde yapı yalıtımı ve yüksek
sistem verimi için yoğuşmalı kazan uygulaması vb. gerekmektedir.
x=
9. Sonuç
Alternatif enerji kaynaklarının kullanımındaki amaç fosil yakıtların kullanımını azaltarak
çevreyi korumak ve geleceğe dönük enerji ihtiyaçlarını güvence altına almaktır. Halen
alternatif enerji kullanımı fosil yakıt tüketiminin altındadır. Güneşten yeryüzüne ulaşan
güneş ışınlarının yıllık enerjisi yeryüzündeki toplam fosil yakıt rezervinden çok daha fazladır.
Güneş enerjisinin ömıünün de milyar yıllarla ifade edildiği düşünülürse önümüzdeki yıllarda
alternatif enerji kullanımının fosil yakıt kullanımının üzerine çıkacağı görülmektedir.
Ancak birçok uygulamada çevre korunması gözardı edilerek alternatif enerji kaynaklarının
maliyetlerine bakılmaktadır. Burada maliyetin tek kriter olmaması gerekir, ancak pratikte
durum ne yazık ki budur. Alternatif enerji kaynaklarının değerlendirilmesinde maliyetler
incelenirken yatırım ve işletme maliyeti birlikte değerlendirilmelidir. Yatırım maliyeti yüksek
olsa da alternatif enerji kaynakları işletme maliyetlerinde ciddi avantajlar sağlamaktadır.
Yazar;
Murat Aydemir,
1971 yılında Nevşehir ele doğdu. Orta öğrenimini Almanya/Münih ve Ankara da tamamladı.
1993 yılında İTÜ Makina Fakültesi’nden Makiııa Mühendisi ve 1998 yılında İTÜ Fen
Bilimleri Enstitüsü’nden Makina Yüksek Mühendisi olarak mezun oklu. Tokar firmasında
merkez ve şantiyelerde tesisat mühendisi olarak görev aldıktan sonra. 1994 yılından
itibaren Viessmaıın Isı Teknikleri Ticaret A.Ş.’ de çalışmaktadır. Halen Viessmann da
Genel Müdür Yardımcısı olarak çalışmalarını sürdürmektedir. Evli, bir çocuk babası ve
TTMD Enerji Komisyonu üyesidir.