Hastanelerde enerji verimliliği için iklim koşullarına göre birleşik ısı güç sistemlerinin uygulanabilirliğinin araştırılması
Research on the applicability of combined heat and power systems in hospitals for energy efficiency according to climatic conditions
Yazar: ASLI TARAKCIOĞLU BAŞEĞMEZ
Danışman: PROF. DR. GALİP TEMİR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Dünyada sınırlı olan enerji kaynakları, gelişen teknoloji, artan nüfusla paralel olarak açığa çıkan yoğun enerji ihtiyacı ve karşı karşıya olduğumuz iklim krizi göz önünde bulundurulduğunda, sürdürülebilir bir gelecek için enerji verimliliği temel prensiplerimizden biri olmalıdır. Dünyada ve ülkemizde nihai enerji tüketiminde büyük bir paya sahip olan binaların enerji ihtiyaçlarının, enerji verimliliği ilkesi çerçevesinde karşılanmasını sağlayacak en önemli alternatiflerden biri birleşik ısı güç sistemleridir. Bina sınıfında özellikle hastaneler, kritik önemleri, çalışma koşulları ve enerji yükleri açısından birleşik ısı güç sistemlerinin en yaygın kullanıldığı ve de kullanılması gerektiği yapılardır. Yeni yapılacak hastanelerde, saatlik bina enerji taleplerinin ve hem teknik hem de ekonomik açıdan en verimli çözümü sağlayan birleşik ısı güç sistemi kapasitesi ile işletme rejiminin belirlenmesi oldukça önemlidir. Birleşik ısı güç sistemi kurulumu ile amaçlanan enerji verimliliğinin sağlanması için henüz tasarım aşamasında detaylı hesapların yapılması, seçilen sistemin uygulanabilirliğinin teknik ve ekonomik olarak değerlendirilmesi gerekmektedir. Bu kapsam çerçevesinde hazırlanan tez çalışmasında, uygulamalarda henüz tasarım aşamasında kolaylıkla kullanılması hedeflenen yeni bir bina enerji modeli ve hesap yöntemi geliştirilmiştir.
Tez çalışmasında ilgili genelge ve kılavuz genel kabulleri baz alınarak, mahalleri kabuller ile sadeleştirilmiş orta büyüklükte yatak kapasitesine sahip örnek bir hastane binası mimarisi üç boyutlu çizim programı yardımıyla tasarlanmıştır. İklim koşullarına göre değerlendirebilme imkânı sunulması için, örnek hastane binasına ait tüm hesaplar dört ayrı iklim bölgesinde seçilen, Antalya, İstanbul, Ankara ve Erzurum illeri için yapılmıştır. Seçilen tüm illerde örnek hastane binası için belirlenen hedefler ve kabuller doğrultusunda, ısı yalıtım hesapları, iklimlendirme sistem seçimleri, ekipman yükleri ve saatlik bina enerji modellemesi yapılmıştır. Belirlenen birleşik ısı güç sistemi işletme rejimi modeli, ekipman kapasite seçimi senaryoları çerçevesinde enerji analizi modeli oluşturulmuştur. Ekonomik analiz kısmında, toplam maliyet bugünkü değeri, net bugünkü değer, birime indirgenmiş elektrik maliyeti, iç verim oranı ve iskontolu geri ödeme süresi yöntemleri kullanılmıştır. Kullanılan hesap yöntemi ile enerji verimliliği çerçevesinde, hesaplanan bina enerji talepleri, teknik ve ekonomik analiz sonuçları iklim koşullarına göre irdelenmiştir. Seçilen tüm illerde örnek hastane binası için hem teknik hem de ekonomik açıdan en iyi çözümü sağlayan birleşik ısı güç sistemi kapasitesi belirlenmiş ve uygulanabilirliği değerlendirilmiştir. Bu tez çalışmasında, kurgulanan sadeleştirilmiş örnek hastane bina modeli ve önerilen hesap yöntemi ile birleşik ısı güç sistemi yatırımlarının enerji verimliliğinin arttırılması hedeflenmiştir.

Abstract:
Considering the limited energy resources in the world, the developing technology, the intense energy need arising in parallel with the increasing population, and the climate crisis we are facing, energy efficiency should be one of our basic principles for a sustainable future. Combined heat and power systems are one of the most important alternatives to ensure that the energy needs of buildings, which have a significant share in final energy consumption globally and in our country, are met within the framework of energy efficiency principles. Hospitals, in particular are the buildings where combined heat and power systems are most commonly used and should be used, given their critical importance, working conditions, and energy loads. In newly constructed hospitals, it is crucial to determine the hourly building energy demands and the capacity and operating regime of the combined heat and power system that provides the most efficient solution both technically and economically. To achieve the targeted energy efficiency with a combined heat and power system, detailed calculations must be made at the design stage, and the feasibility of the selected system must be evaluated both technically and economically.
In this thesis, a new building energy model and calculation method have been developed to be easily used in applications at the design stage. Based on the general acceptances of the relevant circular and guide, the architecture of a sample hospital building with medium-sized bed capacity was designed using a three-dimensional drawing program, simplified by certain assumptions. To evaluate it according to climatic conditions, all calculations for the sample hospital building were made for the provinces of Antalya, Istanbul, Ankara, and Erzurum, which represent four different climatic regions. For the sample hospital building in all selected provinces, thermal insulation calculations, air conditioning system selections, equipment loads, and hourly building energy modeling were carried out based on the set targets and assumptions. An energy analysis model was created within the framework of the determined combined heat and power systems operating regime model and equipment capacity selection scenarios.