Fotobiyoreaktör (FBR) sistemlerin bina kabuğuna bütünleştirilmesinin incelenmesi
Investigation of integration of photobioreactor (PBR) systems into building envelope
Yazar: EZGİ AVCI
Danışman: DOÇ. DR. ESMA MIHLAYANLAR
Trakya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Mimarlık = Architecture

Özet:
Enerji tüm alanlarda olduğu gibi bina sektöründe de binanın inşa edilmesinden yıkımına kadarki tüm süreçlerinde önemli bir paya sahiptir. Enerjinin binada en çok kullanım / işletme aşamasında tüketildiği bilinmektedir. Günümüzde fosil yakıtların kullanımının azaltılması hedeflenmekte ve yenilenebilir enerjilere yönelim artmaktadır. Ülkeler ve topluluklar bu anlamda çeşitli hedefler ortaya koymaktadır. Avrupa Birliği (AB) ülkelerinde, 2021 yılından itibaren yeni binaların yaklaşık sıfır enerjili tasarlanarak inşa edilmesi öngörülmektedir. 2050 yılında ise Avrupa kıtasının karbondan arındırılması hedeflenmektedir. Bu durum yeni binaların enerji verimliliği ile birlikte mevcut binaların da enerji verimliliği adına iyileştirilmesi açısından önemlidir. Binaların enerji ihtiyacının sağlanmasında güneş, rüzgâr gibi sürdürülebilir, temiz, yenilenebilir enerji kaynakları ön plana çıkmaktadır. Biyokütle enerjisi de bunlardan biridir.
Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan biyokütle enerjisi; farklı amaçlarla eskiden beri kullanılan, kendi kaynaklarını üretebilen, bitkisel ve hayvansal esaslı bir enerji çeşididir. Günümüzde biyokütle; biyoyakıt ve biyoenerji eldesi ile elektrik üretme ve ısıtma gibi amaçlar için yoğun olarak kullanılmaktadır.
Biyokütle enerjisi binalara; pelet soba, biyokütle kazanı, kojenerasyon sistemleri ile ısıtma ve elektrik enerjisi olarak katkıda bulunabilmektedir. Biyokütle enerjisinin bina kabuğu sistemleri ile nasıl bütünleştirilebileceği, bu enerjinin üretime katkıları üzerine günümüzde birçok araştırma ve proje yapılmaktadır. Fotobiyoreaktörler de farklı ve yeni teknolojik sistemleri ortaya çıkaran bu tür çalışmaların sonuçlarındandır.  
Fotobiyoreaktör sistemler, görsel etki ve bu görsel etkinin ürettiği enerjinin bir arada olması gibi açılardan olumlu bulunmaktadır. Sistemdeki biyokütle kaynağının nasıl elde edildiği ve kullanıldığı konusunda; binanın bulunduğu yerin konumu, güneşlenme süresi, nemi gibi iklim özellikleri belirleyicidir. Bunların uygulama maliyetini de etkilemesi sistemin farklı açılardan sorgulanmasına neden olmaktadır.
Bu anlamda tez kapsamında; biyokütle enerjisinin binalarda kullanımının mevcut durumu irdelenerek, bina kabuğunda kullanımına yönelik fotobiyoreaktörlere dayalı geliştirilen çalışmalar ve sistemler araştırılmıştır. Ayrıca, sistemlerin Türkiye iklim verileri göz önüne alındığında bina kabuğunda kullanımı incelenmiştir.
Bu çalışmada fotobiyoreaktör sistemin bina kabuğunda kullanımının araştırılması amaçlanmıştır. Türkiye şartlarında farklı iklim bölgelerinde, örnek bir bina üzerinde gerçekleştirilen simülasyonlar doğrultusunda bina enerji ihtiyaçları incelenmiştir. Ayrıca uygulamaya yönelik olarak bu sistem için gerekli ölçütlerin tespiti sağlanmış ve mevcut düzeneklerin işleyişleri de araştırılmıştır. Yapılan çalışma sonucunda fotobiyoreaktör sistemin binaya bütünleştirilmesi ile enerji ihtiyaçlarının karşılanmasında, gürültü kontrolünde ve çevresel etkiler açısından katkı sağladığı tespit edilmiştir. Ayrıca, iklim özelliklerine ve yapı elemanları ısı yalıtım kalınlıklarına göre enerji ihtiyaçlarının da değişiklik gösterdiği görülmüştür.
Küresel iklim değişikliği etkilerinin yaşandığı günümüzde özellikle Paris Antlaşması hedeflerine ulaşılabilmesi açısından yenilenebilir enerji kaynakları ile kullanılan, binalara bütünleşik sistemler daha da önem kazanacaktır. Çalışmanın bu anlamda teoride ve pratikte katkı sağlayabileceği öngörülmektedir.

Anahtar Kelimeler : Enerji, yenilenebilir enerji, biyokütle enerjisi, fotobiyoreaktör, FBR, bina kabuğu

Abstract:
Energy has an important share in all processes from the construction of the building to its demolition in the building sector, as in all areas. It is known that energy is consumed mostly in the usage / operation phase in the building. Today, it is aimed to reduce the use of fossil fuels and the tendency to renewable energies is increasing. Countries and communities set various goals in this sense. In the European Union (EU) countries, it is foreseen that new buildings will be designed and built with approximately zero energy starting from 2021. In 2050, it is aimed to decarbonize the European continent. This is important in terms of improving the energy efficiency of existing buildings as well as new buildings in terms of energy efficiency. Sustainable, clean and renewable energy sources such as sun and wind come to the fore the energy needs of buildings. Biomass energy is one of them.
Biomass energy, one of the renewable energy sources; It is a type of energy of vegetable and animal origin, which has been used for different purposes since ancient times, which can produce its own resources. Today, biomass; It is used extensively for purposes such as electricity generation and heating by obtaining biofuels and bioenergy.
Biomass energy to buildings; It can contribute as heating and electrical energy with pellet stove, biomass boiler, cogeneration systems. Today, many research and projects are carried out on how biomass energy can be integrated with building envelope systems and the contribution of this energy to production. Photobioreactors are among the results of such studies that reveal different and new technological systems.
Photobioreactor systems are positive in terms of visual effect and the combination of the energy produced by this visual effect. On how the biomass resource in the system is obtained and used; Climatic features such as the location of the building, the duration of sunshine and humidity are decisive. The fact that these also affect the cost of implementation causes the system to be questioned from different perspectives.
In this sense, within the scope of the thesis; By examining the current situation of the use of biomass energy in buildings, studies and systems developed based on photobioreactors for the use of building envelope were investigated. In addition, the use of the systems in the building envelope was examined considering the climate data of Türkiye.
In this study, it is aimed to investigate the use of the photobioreactor system in the building envelope. Building energy needs were examined in line with the simulations carried out on a sample building in different climatic regions in Türkiye. In addition, the necessary criteria for this system have been determined for practice and the functioning of the existing mechanisms has been investigated. As a result of the study, it has been seen that the energy needs of the buildings vary according to the climate characteristics and the thermal insulation thickness of the building elements.
In today's world, where the effects of global climate change are experienced, systems integrated into buildings, which are used with renewable energy sources, will gain more importance especially in terms of reaching the targets of the Paris Agreement. It is foreseen that the study can contribute in theory and practice in this sense.

Keywords: Energy, renewable energy, biomass energy, photobioreactor,PBR, building envelope