Yaklaşık sıfır enerjili binalar ve havalandırma sistemleri

Yeşil bina sertifikasyon sistemleriyle birlikte çevre dostu binaların yapılması için havalandırma ünitelerinin zorunlu olarak ısı geri kazanımlı olması gerekliliği hem enerji tüketimini düşürecek hem de C02 salınımlarını minimize edecektir.

1. Giriş

AB Binalarda Enerji Performansı Direktifine (EPBD) göre “yaklaşık sıfır enerjili binalar” (nnZEB). yüksek enerji performansı veya düşük primer enerji (fosil tabanlı enerji) tüketimi olarak tanımlanmaktadır.

Bu tür binalarda binanın enerji ihtiyacının bir bölümü binada üretilen yenilenebilir enerjiden sağlanmaktadır. Net sıfır enerjinin anlamı ise binanın 0.0 kwh/m2 yıl primer enerji (fosil tabanlı enerji) tüketimi, yaklaşık sıfır enerjinin anlamı ise binanın >0.0 kwh/m2.yıl primer enerji tüketimine sahip olmasıdır.

EPBD, 2018’den sonra inşa edilecek binaların yaklaşık sıfır enerjili binalar olmasını öngörmektedir.

Bina sınırlarında yapılması gereken hususlar. EN 15603; 2008’te tanımlanmıştır. Binaların havalandırma tarafında ise atılan enerjinin geri kazanılması mantığı ile çalışan ısı geri kazanımlı havalandırma üniteleri kullanılması yaklaşık sıfır enerjili binaların yapılmasına destek sağlamaktadır. (1)

Avrupa ülkelerinde. 2050 yılına kadar insanlar tarafından üretilen C02 emisyonlarının kalıcı zararlarının önlenebilmesi için yüzde 50 oranında azaltılması amaçlanmaktadır. Bu gelişmenin inşaat sektörüne yansıması ise enerji tüketiminin azaltılması, yaklaşık sıfır enerjili ve yeşil binaların yaygınlaştırılması şeklinde olacaktır.

Avrupa enerji hedeflerine göre, kamu binalarının 2018/2019, diğer binaların ise 2020/2021 yılına kadar sıfır enerjili binalar olması hedeflenmektedir. Ancak bunu pratikte, çeşitli verimlilik artışlarıyla enerji gereksinimi en aza indirilmiş konut ve ticari bina olarak algılayabiliriz.(2)

2.Avrupa’da konutlarda enerji tüketiminin tarihi

Avrupa’da ısıtma ihtiyacı için enerji tüketimi konutlar bazında incelendiğinde; Grafik 1 ‘de görüldüğü üzere Avrupa’da konutlarda m2 başına yıllık ısıtma ihtiyacının 100 yıllık süreçte nasıl değiştiğini görebiliriz. Isı Yalıtım Yönetmeliği ve Enerji Tasarrufu Yönetmelikleri’nin çıkarılması ve bina teknolojilerinin gelişmesiyle enerji tüketimleri ciddi şekilde azaltmıştır. 2014 yılı için konutlarda hedeflenen 45kWh/ m2 olan ısıtma gereksinimi ile enerji tüketiminin 2018 yılında “Passive House Enerji Performansı Standartlarfna göre 15kWh/m2’ye düşürülmesi hedeflenmektedir.

Yaklaşık sıfır enerjili binaların temel özellikleri; ısı yalıtımlarının çok iyi olması, hava sızdırmazlığı ve yazın güneş ısı kazançlarından çok iyi biçimde korunuyor olmalarıdır.

Böylelikle EPBD’ ye göre “Yaklaşık Sıfır Enerjili Bina” ların yaygınlaştırılması sağlanmış olacaktır. [3]

Grafik 1’de verilen Avrupa’daki konutların enerji tüketim değerlerinin dağılımı. Almanya’da yapılan araştırma sonuçlarına göre yukarıdaki Grafik 2’de görülebilmektedir.

Bu grafik, binalarda en fazla enerji kaybının, yalıtım yetersizliğinden kaynaklandığını göstermektedir. 2. sırada ise havalandırma gereksiniminden kaynaklanan enerji kayıpları yer almaktadır. Teknolojinin gelişmesi ile binalarda kullanılan yalıtım teknolojisi gelişmiş, sızdırmaz binalar yapılmaya başlanmıştır. Böylelikle binaların dış yüzeyinde oluşan kayıplar azaltılmıştır.

Daha önceleri evlerde infiltrasyon ile doğal olarak havalandırma olurken artık sızdırmaz binalarda havalandırmanın mekanik olarak yapılma zorunluluğu doğmuştur.

Pasif konut (yaklaşık sıfır enerjili bina) yapılabilmesi için yapılan mekanik havalandırmanın ısı geri kazanımtı olması, atılan enerjiden mümkün olduğunca faydalanılması gerekmektedir [4].

Böylelikle, verimli havalandırma konusunda EPBD’ ye I Türkiye için BEP Yönetmeliği’ne ) uyum sağlanmış olacaktır. BEP Yönetmeliği’ne göre Türkiye’de bina enerji performansının hesaplaması için BEP-TR adında bir program hazırlanmıştır. Programın şu an kullanılan mevcut versiyonunda havalandırma modülü bulunmamaktadır. Şu anki hesaplama mantığında havalandırmanın, bina enerji sınıfına bir etkisi yoktur. Ancak, yeni geliştirilen metodolojide, mekanik havalandırma da dikkate alınarak, referans bina tanımlamasında yer almıştır.

Bu sebeple ısı geri kazanımlı havalandırma ünitelerinin kullanımı bina enerji sınıfının daha yüksek çıkmasına katkı sağlayacaktır.

3.Isı geri kazanımlı havalandırma üniteleri tipleri

Havalandırma ünitelerinde; ısı geri kazanım yapılması için çoğunlukla ısı tekerleği (rotary). zıt akıslı (counter flow] ve çapraz akıslı (cross flovv) tiplerinde ısı değiştiriciler kullanılmaktadır. Daha yüksek verimler elde edilebildiği için günümüzde daha çok rotary tip ve counter flow tip ısı değistiricili ısı geri kazanım üniteleri tercih edilmektedir.

 

3.1 Zıt akışlı (counter flow) ısı değiştirici

Zıt akışlı ısı değiştiriciler; alüminyum plakalı ısı geri kazanım sistemleridir [Resim 1). Sistem, zıt akis mantığı ile çalışır. Taze hava ve egzoz havası iki ayrı tabakadan geçer. Plakalar, maksimum ısı transferini sağlamak üzere tasarlanmıştır. Hava akısını kontrol edebilmek, free-cooling ve donmayı önlemek amacıyla ısı geri kazanım hücresinde by-pass damperi ilave edilebilmektedir. Zıt akışlı ısı değiştiricilerde çapraz akışlı ısı değiştiricilere göre yüzey alanı artırıldığı için verim daha yüksek olup %90 ‘a kadar ısı geri kazanım sağlanabilmektedir.

3.2 Isı Tekerleği Tipi (Rotary Type) Isı Değiştirici

Isı tekerleği (rotor), havanın geçebilmesi için gözeneklere sahip dairesel bir alüminyum kütleden oluşur (Resim 2). Isı geri kazanımı, rotorun dönüşü ile sağlanır. Isı değiştirici rotorun dönüş hareketi ile egzoz havasının ısısını ve nemini rotorun kanatlarına aktarır. Aktarılan bu nem ve ısı enerjisi dönme hareketinin devamı sayesinde taze havaya yüklenir. Aynı cihaz ile kısın yapılan ısı transferi dışında yaz aylarında da enerji tasarrufu sağlamak ve nem alma prosesini gerçekleştirmek mümkündür. Isı tekerleği genellikle hız kontrollü olarak kumanda edilmektedir. Rotorlu ısı geri kazanım sistemlerde, ısı geri kazanım oranı genellikle yüzde 70-85 arasında değişmektedir.

Aşağıdaki resimde, kıs mevsimi için iç ortam sıcaklığının 20°C olduğunu ve %70 verimle çalışan rotorun. İstanbul şartlarında çalışma sıcaklıklarını görmekteyiz. Mevsim geçiş dönemlerinde ısı geri kazanımlı havalandırma ünitelerinde bulunan by-pass damperleri açılarak ve rotorun dönmesi durdurularak üniteler çalıştırılır.

Bu işlem, binaların mevsim geçişlerinde daha az enerji harcayarak havalandırılmasını sağlar. Ünitelerde frekans invertörlü veya EC motorlu fanlar kullanılarak ünitelerin enerji tüketim değerleri daha da azaltılabilmekte. daha verimli üniteler üretilebilmektedir.

Binaların havalandırma ünitelerinin ısı geri kazanımlı olması; ısıtma ve soğutma kapasitelerini büyük oranda azaltmakta, böylelikle; ısı geri kazanımsız duruma göre daha küçük kapasitelerde kazan ve soğutma grupları kullanılabilmekte. hem ilk yatırım maliyeti hem de enerji tüketimi tüm sistem için aşağılara çekilebilmektedir.

Resim 3’te zıt akışlı ve rotorlu tıp ısı değistiricili ısı geri kazanım üniteleri görülmektedir. Piyasada, asma tavan arası, çatı arası, duvara monte edilen, zemine monte edilen dik tıp gibi modeller mevcuttur. Ayrıca, Resim 4’te görüldüğü üzere konutlarda mutfaklarda ocak üzerine duvara monte edilen davlumbaz özellikli ısı geri kazanımlı “konut havalandırma üniteleri” de mevcuttur. Bu tip üniteler; davlumbaz ihtiyacı olduğunda davlumbaz olarak kullanılmakta, diğer durumlarda havalandırma için çalışmaktadır. Böylelikle yerden de tasarruf edilebilmektedir.

4. En çok uygulanan yeşil bina sertifikasyon sistemleri

Passive House: 1990 yılında Almanya’da kurulan Passive House Instıtute tarafından oluşturulan sertifikasyon sistemidir. Çoğunlukla Almanya ve İskandinavya ülkelerinde uygulanmaktadır.

BREEAM (Building Research Establishment Environmental Assessment Method): 1990 yılında İngiltere’de oluşturulan bir sertifikasyon sistemidir. Çoğunlukla Almanya. Hollanda, iskandinavya ülkeleri ve Birleşik Krallık ta uygulanmaktadır.

LEED ( Leadership in Energy and Environment Design ): 1998 yılında Amerika’da Yeşil Binalar Konseyi (USGBC: enrLI.S. Green Building Councilj tarafından oluşturulan “sürdülülebilir yeşil bina sertifikasyonu’dur. Dünyada en çok uygulanan yeşil bina sertifikasyon sistemi olarak kabul görmektedir.

MINERGIE: 1994 yılında İsviçre’de kurulan, bir sertifikasyon sistemidir. Çoğunlukla İsviçre’de uygulanmaktadır. Tüm sertifikasyon sistemlerinde atılan enerjinin geri kazanılması amacıyla binaların ısı geri kazanımlı havalandırma ünitesine sahip olması talep edilmektedir.

Sonuç

Yukarıda belirtildiği üzere Avrupa’da 2018’den sonra yeni binaların yaklaşık sıfır enerjili (nZEB) binalar olması hedeflenmektedir.

Yeni yapılar, sızdırmaz hale geldikçe ısıtma-soğutma yükleri minimize edilmektedir. Sızdırmaz yapılar, yüksek verimli ısı gen kazanım ünitelerinin kullanımı ile birleştirildiğinde. konutlarda görmezden gelinen insan sağlığı için gerekti taze hava ihtiyacı da düzenli olarak sağlanmış olacaktır. Yeşil bina sertifikasyon sistemleriyle birlikte çevre dostu binaların yapılması için havalandırma ünitelerinin zorunlu olarak ısı geri kazanımlı olması gerekliliği hem enerji tüketimini düşürecek hem de C02 salınımlarını minimize edecektir.

Kaynaklar;

[1] Kurnutski vd, “How to define nearly net zero energy buildings”, Rehva Journal, May 2011.

[2] http://www.izoder.org.tr/upload/ dergiler/izolasyon-dunyasi-60.pdf (Erişim tarihi: 14 Ocak 2015).

[3] http://www.fgk-cro.de/ ( FGK Research Association ) (Erişim tarihi: 14 Ocak 2015).

[4] Handel C, ” Ventilation with heat recovery is a necessaty in nearly zero energy buildings”, Rehva Journal, May 2011.

[5] Systemair Academy Documents 3E5 85

Best Bina/Sedat Taşkın

Yaklaşık sıfır enerjili binalar ve havalandırma sistemleri