Binaların ısı yalıtımında enerji ve ekserji analizi
Energy and exergy analysis of thermal insulation of buildings
Yazar: TUĞRUL AKYOL
Danışman: DOÇ. DR. KADİR BİLEN
Balıkesir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Ekserji = Exergy ; Enerji = Energy ; Tersinmezlik = Irreversibility

Özet:
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.ANAHTAR KELİMELER: Isı yalıtımı, enerji, ekserji, tersinmezlik.

Abstract:
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.KEY WORDS: Thermal insulation, energy, exergy, irreversibility.