Prof. Dr. Hasan A. Heperkan

Binalar, küresel enerji tüketiminin yaklaşık üçte birinden sorumludur. Özellikle gelişen ülkelerde, Türkiye gibi kentsel dönüşüm sürecinde hızla yenilenen binalar, depreme dayanıklı olarak yapılırken enerji performansına da önem verilmelidir. Binaların enerji performansları sürdürülebilir olmalıdır. Yenilenebilir enerji ve PV teknolojilerindeki gelişme sayesinde fiyatların ucuzlamış olması, sürdürülebilirlik için yeterli değildir. İlk şartın binanın enerji gereksiniminin azaltılması olduğu unutulmamalıdır. Bina önce, en az enerji tüketecek şekilde tasarlanmalı ve inşa edilmelidir; yenilenebilir kaynakların adapte edilmesi o zaman daha fazla anlam kazanır.

Paris Antlaşmasının imzalanmasından bu yana yeni ve mevcut binaların enerji performansları sürekli gündeme gelmektedir. Küresel ısınmanın sınırlandırılması ve CO2 emisyonlarının azaltılması gereklidir ve zaman kaybedilmemelidir. Ancak, enerji konusu ele alınırken bazı yan etkiler de göz ardı edilmemelidir. Örneğin, A hatta A+ sınıfı konut, okul ve ticari binalarda yazın aşırı ısınma, kışın yetersiz havalandırma, sınırlanmış doğal aydınlatma, gürültülü iklimlendirme cihazları ve lüzumsuz karmaşık kontrol sistemleri yer alabilmektedir. İç ortam kalitesi bozulunca, kullanıcıların rahatı ve performansı etkilenmektedir. Bu nedenle FprEN 16798-1 (EN 15251 standardının iyileştirilmiş versiyonu) içerisine gelecekte kullanacağımız sıfır enerjili binaların İç Ortam Kalitesi ile ilgili kriterler konulmuştur. Benzer şartlar BREEAM ve LEED gibi yeşil bina sertifikasyonlarında da yer almaktadır [1].

Binaları ısıtan, soğutan, havalandıran yapıları bu kapsamda incelemek gerekir. Binalarda istenen şartların sağlanabilmesi, mekanik tesisatın doğru projelendirilmesi ve uygulanması yanında sistemin işletilmesi sırasında tasarım değerlerine uyumunun garanti altına alınmasına da bağlıdır. Bir sistemin verimli çalışabilmesi için arz ve talebin dinamik ve eşzamanlı olarak eşleştirilebilmesi gerekir. Örneğin, bir binanın ısıtılmasında ısı kaynağının toplam kayıpları karşılayacak kapasitede olması yeterli değildir. Aynı zamanda üretilen ısıl enerjinin, binanın anlık talebiyle de uyumlu olması ve yönetilmesi gerekir. En iyi elemanların birleştirilmesiyle oluşturulan sistemin toplam efektif verimi, bileşenlerin uyumsuzluğu veya doğru kontrol edilememesinden, çok düşük olabilir. 

Enerji verimliliği dünyada her gün üzerinde daha fazla durulan bir konu haline gelmiştir; hem endüstrinin hem de akademisyenlerin ilgisini çekmektedir. Bu kapsamda akıllı binalar, enerji verimliliğinin önemli bir aşamasını temsil etmekte ve akıllı mikro şebekenin temel öğesini oluşturmaktadır. Binalarda enerji verimliliğinin sağlanmasında iklimlendirme sistemlerinin kontrolünü sağlayan enerji yönetim sistemlerinin kullanılması kaçınılmazdır. Planlama, uygulama, kontrol etme ve düzeltme çevriminde büyük miktarlarda verinin depolanması ve işlenmesi gerekmektedir.  Bu amaçla, kablosuz sensörler ve mikro kontrol elemanlarından meydana gelen bir ağ yapısından yararlanılır. Örneğin, mahal sıcaklığı ölçülerek ısıtma ve/veya soğutma üniteleri çalıştırılır. 

Sıfır enerjili bina teknolojileri, sera gazı emisyonlarının azaltılması yolunda önemli bir araç olarak kabul edilmektedir. Ancak konfor şartlarının bozulmadan gerçekleştirilmesi, iklimlendirme sistemlerinin doğru tasarlanması ile mümkündür. İç hava kalitesinin iyileştirilmesinde Internet of Things, IOT temelli sistemlerin kullanılması bu konuda yardımcı olur, binanın toplam enerji tüketiminin azaltılmasına katkıda bulunur. Kullanıcılardan alınan veriler ve çevreden toplanan bilgiler harmanlanarak etkili bir iletişim ağı eşliğinde işlenir. Burada, mahalde yaşayan insanların hareketli olması ve sürekli yer değiştirmesi, kontrol olayını karmaşık hale getirir. PID, oransal-integral-diferansiyel kontrol sistemleri, konfor şartlarını optimize edilmesini kolaylaştırır. IOT ağ yapısına erişimi ve hesaplama kapasitesini büyük ölçüde artırırken, kişisel verileri de riske sokar; bu hususa özen göstermeyi göz ardı etmemeliyiz. 

Endüstri 4.0, robot teknolojileri, yapay zeka, büyük veri, otonom araçlar, nesnelerin interneti gibi teknolojiler ile yaşamımızı temelden değiştirecek yenilikler getirmektedir. Sanayi 4.0’ın temel yapı taşları olan akıllı varlıklara bir değer verebilmemiz için küresel bir değer ve ödeme sistemi gerekir. IOT de varlıkların kesintisiz ve güvenli iletişimi blockchain teknolojisi ile sağlanabilir; Bitcoin ise bu sistemin yeni para birimi olabilir.  Blockchain ve ilgili teknolojiler herhangi bir aracı olmadan birçok akıllı varlığın güvenli, eş zamanlı ve sorunsuzca çalışmalarını sağlayabilir.  Blockchain ve yeni teknolojiler dördüncü sanayi devriminin tam kalbinde yer alır (Schwab). Ellen MacArthur Foundation tarafından yayınlanan “Akıllı Varlıklar” raporunda, Blockchain teknolojisinin IOT ve tüm yeni teknolojilerde temel bir rol alacağı ifade edilmektedir.

İyi bir kontrol sistemi, üretilen enerjinin en az kayıpla dağıtılmasını (böylece tam yükte çalışma süresi azaltılır), dış hava sıcaklığı değişse bile oda sıcaklığının istenen değerde tutulmasını, günün bazı saatlerinde ısıtmanın azaltılmasını, mahaldeki iç (insanlar, cihazlar, aydınlatma, vb.) ve dış ısı kaynaklarının (güneş, vb.) kullanılmasını sağlar. Böylece kontrol edilmeyen bir sisteme göre %30 a kadar çıkabilen bir iyileştirme gerçekleşebilir.

Kontrol sisteminin seçiminde binanın enerji depolama özellikleri göz önünde bulundurulmalıdır. Ağır yapıların depolama özellikleri fazladır, bu binalarda belirli sürelerde sistemin açılıp kapatılması etkili olmaz, çünkü iletimle ısı kaybı/kazancının duvarlarda depolanan enerjiye oranı çok düşüktür. Duvarların enerji depolama özelliği sadece fan-coil sistemlerinden yayılan enerjinin depolanması değil aynı zamanda iç ısı kaynakları, hatta dış kaynaklardan yayılan enerjinin da depolanmasına yardımcı olur. Ayrıca ısıtma/soğutma sisteminin kütlesi de önem taşır, çünkü su kütlesi büyüdükçe reaksiyon süresi de uzar.

İklimlendirme sistemi, bir bina yapısında yer alan birçok sistemin kalbidir; binayı kullanan kişilerin mutluluğu ile doğrudan ilgilidir. Yaz aylarında soğutma sağlarken, kış aylarında olumsuz dış hava şartlarından korur, bina içerisinde oluşabilecek kirleticileri kontrol altında tutarak insanların sağlıklı ve güvenli bir ortamda bulunmalarına katkıda bulunur. Günümüzde kullanılan karmaşık sistemlerde birbiriyle ilişkili yüzlerce parametreyi bilgisayar yardımı olmadan denetlemek ve idare etmek çok zordur. DDC, Doğrudan Dijital Kontrol sistemleri bu hususta bize yardım edebilir (Şekil 1). Standart bir iç ortam izleme senaryosunda, DDC sistemi, sıcaklık, nem, iç hava kalitesi gibi girdileri değerlendirerek ısıtma/soğutma

tesisatı vanalarına ve taze hava damperlerine kumanda eder. Tasarım parametreleri doğru seçildiğinde, enerjinin verimli kullanılmasına ve enerji giderlerinin azaltılmasına yardımcı olur [2].

 

• İklimlendirme sistemi merkezi olarak kontrol edilir; teknisyen sisteme anında müdahale edebilir.

• DDC sistemleri, pnömatik yerine elektronik sensörler ve sürücüler kullandığından daha hassas bir kontrol sonunda daha fazla enerji tasarrufu sağlayabilir.

• Sistem parametreleri sürekli izlenebildiğinden ve kaydedildiğinden performans ve verimlilik optimize edilebilir; kritik problem noktaları tespit edilebilir; bina işletim senaryoları geliştirilebilir.

• Veri kayıt ve veri analiz programları sisteme entegre edilerek kullanıcıya özel yazılımlar hazırlanabilir.

 

DDC sistemleri birçok alanda etkili olarak kullanılabilir. 

• Konut otomasyonu (Şekil 1)

• Ticari binaların iklimlendirme sistemleri ve bina otomasyonu

• Endüstriyel uygulamalar (PLC, SCADA, vb.)

Modern DDC, Doğrudan Dijital Kontrol Sistemleri, bir binaya uygulanırken dört aşamada ele alındığı düşünülebilir (Şekil 2). Bunlar, sensörler, saha elemanları, entegrasyon, işletme ve yönetim.

 

 

 

• Sensörler: Kontrol devresindeki bir değişkeni ölçerler. İklimlendirme sistemlerinde bu büyüklükler, sıcaklık, nem, debi ve basınç olarak ele alınır. Elde edilen sinyaller, elektrik, elektronik ve pnömatik olabilir. RTD, ısıl çift, voltaj veya akım sensörleri, oda termostatları bu amaçla kullanılabilirler; istenen kontrol değeri de burada belirlenebilir. İç hava kalitesini ölçmek için en çok CO2 sensörlerinden faydalanılır.

 

 

 

• Saha elemanları: Sensörden bir sinyal alır, bir mantık fonksiyonu ile bunu bir çıkış sinyaline dönüştürür. Örneğin, sıcaklık okuyarak üç yollu bir vanaya veya bir karışım hücresinin damperlerine kumanda eder (Şekil 3).

 

• Entegrasyon: Birçok noktadan alınan veriler, TCP/IP, BACnet, LON gibi standart platform ve protokoller ile eşleştirilir ve bilgisayar ortamında değerlendirilerek işlenir (Şekil 4). İklimlendirme sistemleri, güvenlik sistemleri, aydınlatma, soğutma grupları, ısıtıcılar, PLC ler, bina şalt sistemleri, yangın, sağlık ve afet kaçış sistemleri birbirleriyle haberleşebilir, bunların birbirleriyle etkileşimleri ele alınabilir.

 

 

 

• İşletme ve Yönetim: Toplanan veriler kayıt altına alınarak binanın güvenliği, enerji verimli işletilmesi ve kullanıcılara konforlu bir ortamın sağlanması için senaryolar geliştirilerek uygulanabilir.

 

BIM, “building information modelling”, bina bilgi modellemesi, mahallerin fiziki ve fonksiyonel özelliklerinin dijital ortamda üretilmesi ve yönetilmesi olarak tanımlanabilir. Bina bilgi modelleri genellikle özel formatlarda verilen dosyalarda bulunan özel bilgilerdir. Bu bilgiler kullanılarak binalar üzerinde analizler yapmak ve kararlar vermek kolaylaşır. Günümüzde BIM yazılımları, su, atık, elektrik, gaz, iletişim, yol, köprü, liman, tünel, vb. konularda tasarım yapan, bunları kuran ve işleten özel ve kamu kurumları ve şirketler tarafından kullanılmaktadır. 2007 den beri Norveç’te kamu binalarında, Finlandiya’da 2 milyon Euro’nun üzerindeki, ABD’de büyük projelerde kullanılması zorunludur. Ayrıca Hollanda’da 2012, Hong Kong’da 2014, Güney Kore ve İngiltere’de 2016 yılından beri kamu projelerinde ön şart olarak talep edilmektedir.

 

Bir binanın enerji performansını hesaplamak başlı başına bir iştir. Öncelikle yüzey, hacim, ürün ve sistemler verileri gibi birçok bilgi toplanmalı ve yazılıma tanıtılmalıdır. Bu süreç çok zaman gerektirdiğinden çoğunlukla kabuller yapılarak basitleştirilir (zonlar tanımlanır, ısı köprüleri formülize edilir, sistemler için gerçek yerine varsayılan değerler tanımlanır) ya da özelliklerle ilgili veri tabanları kullanılır. Diğer taraftan BIM yaklaşımı adapte edildiğinde, bu bilgiler zaten modelin içinde yer alır. Tabii yazılım içerisinde bu bilgileri dosyalardan okuyabilecek ve değerlendirebilecek özel araçlar ve ara yüzler bulunmalıdır. Böylece binanın enerji performansının belirlenmesi kolaylaşır; değişik şartlar altında bina sistemlerinin davranışı analiz edilerek optimize edilebilir. 

 

 

Halen kullanılan süreçlerde, binanın enerji performansını belirlemek için gereken veri toplama ve veri girişi tasarımdan ayrı olarak yapılır. BIM yaklaşımı ile nesnelerin özellikleri (tuğla, yalıtım, fan, ısı pompası vb.) ve bunların yerel şartnamelerle uyumu kolayca yazılıma tanıtılabilecektir. Ayrıca ileride tasarım ve uygulamada değişiklikler yapıldığında, BIM modeli güncellenerek sistem üzerindeki etkileri rahatlıkla görülebilecektir. Böylece binanın enerji performansı, “as-built”, gerçek bina için hesaplanabilecektir. BIM yaklaşımının bir başka faydası da yapılan uygulamanın kalitesinin de belirlenmesi olacaktır. Özel yazılımlar sayesinde mahallere yeterli havanın sağlandığı veya akustik performansın yerine getirildiği gösterilebilecektir [4].

 

Bilgi teknolojisi, son 50 yılda rekabet ve stratejinin iki radikal dönüşüm geçirmesine neden olmuştu; bugün üçüncü bir dönüşüm gündemdedir. Modern bilgi teknolojisinden önce ürünler mekanikti ve değer zincirindeki aktiviteler kâğıt üzerinden elle yapılır, sözlü iletilirdi. 1960 ve 70’lerdeki ilk dalga IT, sipariş süreci, fatura ödeme, bilgisayar destekli tasarım ve üretim kaynak planlaması gibi değer zincirindeki münferit aktiviteleri otomatikleştirdi. Aktivitelerin verimliliği artış gösterdi; bunun nedenlerinden biri her aktivitede büyük miktarda verinin elde edilip analiz edilebilmesiydi [5].

 

Nesnelerin interneti, IOT, akıllı, bağlantılı ürünlerin artan sayısını yansıtan ve temsil edebilecekleri yeni fırsatları vurgulayan bir terimdir. İnternet, ister insanlar, ister nesneler kullansın, en basit anlamıyla bilgi aktaran bir mekanizmadır. Akıllı, bağlantılı ürünleri temelde farklı kılan internet değil, nesnelerin doğasının değişmesidir. Yeni bir rekabet çağına girmemizi sağlayan, akıllı, bağlantılı ürünlerin geniş yetkinlikleri ve oluşturdukları verilerdir. Bu bilgiler analiz edilerek cihazlara karar verme özelliği de kazandıran, tamamen farklı bir olgu yaratılmaktadır [6].

 

Endüstri 4.0 genel hatlarıyla; robotların üretimi tamamen devralması, yapay zekanın gelişimi, üç boyutlu yazıcılarla üretimin fabrikalar yerine evlerde yapılması, büyük miktarda bilginin (verinin) analizi ve değerlendirilmesi gibi yenilikleri içermektedir (Şekil 5). Gelecekte içerisinde insan olmayan ve ışığa ihtiyaç duymayan robotlarla çalışan fabrikalar devreye girecek, insanlar belki de robotlarla yarışacaktır [7]. Endüstri 4.0 terminolojisinde, Big Data (Büyük Veri), IOT – Internet of Things (Nesnelerin İnterneti), Smart Factory (Akıllı Fabrika), CPS – Cyber-Physical Systems (Siber fiziksel sistemler), Cloud (Bulut teknolojileri), M2M – Machine-to-Machine (Makinadan makinaya), Internet of Services (Servislerin İnterneti) Smart Products (Akıllı Ürünler) gibi terimlere alışmalıyız.

 

Sürekli gelişen teknoloji, 18. yüzyılın sonlarından itibaren endüstride üretkenliğin üç ana dalga çevresinde artmasını sağlamıştır; Buhar gücüyle çalışan makinalar, elektriğin üretime girmesi ve 1970 sonrasında yaygınlaşan robotlu otomasyon. Günümüzde artık dijital teknolojilerin getirdiği 4. sanayi devriminden söz edilmektedir. Akıllı robotlar, büyük veri, nesnelerin interneti, 3-D baskı, bulut gibi dokuz teknolojinin bu devrimde çok önemli rolü olduğu görülmektedir. Bu devrimle ortaya çıkan Endüstri 4.0 kavramı, sadece değer zincirlerinin parçalarının kendi içlerinde otomasyonu ötesinde birbirleri ile entegre olması olarak tanımlanmaktadır. Entegrasyonun en önemli özelliği tüm değer zinciri adımlarının birbiri ile gerçek zamanlı ve sürekli iletişim içinde olması ve bu sayede akıllı ve kendisini uyarlayan bir sanayi sürecine ulaşmasıdır.

 

Almanya ve daha sonra ABD gibi sanayileşmiş ülkeler tarafından ortaya atılmış ve içinde bulunduğumuz dönemde artan bir ivme ile odaklanılan Endüstri 4.0, bu ülkelerin yıllar içinde kaybettikleri üretimde rekabetçi olma avantajını tekrar ele geçirmek için önemli bir fırsat yaratmaktadır. Burada, üretime ilişkin dönüşüm maliyetlerinin % 15-25’ine denk gelen bir sanayi verimliliği artışı sonucu 90-150 Milyar Euro’ya ulaşan bir maliyet azaltıcı etkiden bahsetmek mümkündür. Rekabet gücü yüksek ekonomiler kümesi içinde yer almak isteyen Türkiye için, küresel düzeydeki bu gelişmeleri takip etmek ve bunun ötesinde Endüstri 4.0’ın uygulayıcı öncü ekonomileri arasında yer almak kaçınılmazdır. Türkiye’nin içinde bulunduğu ülke grubundan bir üst seviyeye yükselme hedefine ulaşmasına büyük katkı sağlanacağı da unutulmamalıdır [8].

 

Kaynaklar

1. Boerstra, A., Towards HEAnZEBs!, The REHVA European HVAC 

Journal, Volume: 54 Issue: 3 June 2017  

2. BSD Solutions, HVAC, Direct Digital Control Systems, Nisan 25, 2012.

http://www.bsdsolutions.com/about-us/bsd-news/2012/04/3-

reasons-to-use-direct-digital-control-systems-in-hvac/

3. Greg Jourdan, DDC Controls and Software for the HVACR Lab, 

Wenatchee Valley College, Las Vegas, Nevada, Mart 15-16, 2010.

http://www.hvacexcellence.org/nhetc/archive/docs/2010nhetcdocs/

ddccontrols.pdf

4. Wouters, P., Durier, F., Ingelaere, B., Can BIM be a disruptive technology 

for EPC assessment?, The REHVA European HVAC Journal, Volume: 54 

Issue: 2 April 2017 pp 16-19

5. http://blog.turkcell.com.tr/akilli-baglantili-urunler-rekabeti-nasil-

donusturuyor/?sayfa=3

6. Michael E. Porter, James E. Heppelmann, Akıllı, Bağlantılı Ürünler 

Rekabeti Nasıl Dönüştürüyor, Harvard Business Review, Kasım 2014, Ekim 2015

7. http://siemens.com.tr/digital-enterprise

8. Türkiye’nin küresel rekabetçiliği için bir gereklilik olarak sanayi 4.0, 

TÜSİAD raporu, Yayın No: TÜSİAD-T/2016-03/576, Mart 2016

9. Wikipedia

 


Ana sayfa 1 Akel-3