Bir ofis binasında kullanıcıların varlık modelleri ile priz yükleri arasındaki karşılıklı ilişkinin araştırılması
Exploring the interrelationships between occupants' presence patterns and plug loads in an office building
Yazar: MİNE KAYALAR GÖLÜKÇÜ
Danışman: PROF. DR. GÜLAY ZORER GEDİK ; PROF. DR. ARDESHİR MAHDAVİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Yapı Fiziği ve Malzemesi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Mimarlık = Architecture

Özet:
Ofis binalarının küresel elektrik tüketimindeki payı, hızla gelişen teknoloji ile birlikte artmaktadır. Enerji verimliliği yüksek binalara olan talep arttıkça, bina enerji performansı tahminleri de daha önemli hale gelmektedir. Enerji simülasyon araçları, binaların enerji performans analizlerinde giderek daha fazla tercih edilmektedir. Bu simülasyon programlarında; yapı malzemeleri, inşaat, HVAC sistemleri, hava koşulları, aydınlatma, kullanıcı ve priz yükleri gibi çeşitli parametreler kullanılır. Ayrıca; aydınlatma, bina kullanıcıları ve elektronik cihaz kullanımından kaynaklanan iç ısı kazanımları, binaların iç ortam çevre şartları ve enerji kullanımı açısından önemli bir rol oynamaktadır. Ancak, binaların karmaşık yapısı ve çok çeşitli bağımsız değişkenlerin etkileşimi nedeniyle, bina enerji performansının gerçekçi tahminlerini yapmak zordur. Bu nedenle, modellenen ve ölçülen enerji tüketimi arasında büyük tutarsızlıklar meydana gelmekte ve bu bina enerji performansı simülasyonları için ciddi bir sorun teşkil etmektedir.
Kullanıcıların binadaki varlığı ve kontrol eylemleri, binalardaki enerji tüketiminin önemli belirleyicilerindendir ve enerji hesaplamaları ile gerçek enerji kullanımı arasındaki farkın nedenlerinden biri olarak görülmektedir. Genel olarak enerji simülasyonlarında, binalardaki gerçek kullanıcı varlık durumunu yansıtmakta yetersiz kalan, ortalama bir kullanıcı varlığı profili kullanılmaktadır.
HVAC ve aydınlatma sistemlerinin standartlar ve düzenlemelere bağlı olarak giderek artan verimlilikleri nedeniyle, priz yükü ofis binalarındaki enerji tüketiminin yüzde 20'sinden fazlasını oluşturabilmektedir ve önümüzdeki 20 yıl içerisinde ticari sektördeki enerji tüketiminin en hızlı büyüyen kısmı olacağı öngörülmektedir. Genel olarak, enerji simülasyon araçlarındaki priz yükleri için cihaz arkalarında yer alan etiket bilgileri veya standartlarda önerilen değerler kullanılmaktadır. Bununla birlikte, birçok çalışma gerçek priz yüklerinin bu değerlerden çok daha düşük olduğunu göstermektedir. Priz yükü kapasitesinin fazla öngörülmesi, elektrik altyapısının ve soğutma sistemlerinin aşırı boyutlanmasına neden olmakta ve sonuç olarak, binaların enerji verimliliğini olumsuz etkilemektedir.
Binalarda kullanıcı varlık profilleri ve priz yüklerinin daha iyi anlaşılması, bina enerji performans simülasyonlarının güvenilirliğini artırabilir ve soğutma sistemleri için doğru kapasitelerin seçimini sağlayabilir. Bu amaçla bu tez çalışmasında, ofis binalarındaki ağırlıklı olarak bilgisayar ve diğer elektronik cihaz donanımına bağlı priz yüklerine odaklanılmıştır. Kullanıcıların varlığı, elektronik cihazlar için kurulu güç ve bu cihazlardan kaynaklanan elektrik enerjisi kullanımı arasındaki ilişkiyi araştırmak için Viyana'daki sürekli izlenen bir ofis binasından elde edilen uzun vadeli gözlemsel veriler analiz edilmiştir. 
Sonuçlar, elektronik cihazların kullanımıyla ilgili olarak ofis kullanıcıları arasında farklılıklar olduğunu göstermektedir. Ayrıca, kullanıcıların gerçek zamanlı izlenen elektrik enerjisi kullanımı verilerinden kullanıcı varlık olasılığını elde etme potansiyeli değerlendirilmiştir. Bu tez çalışmasındaki bulgular ile, ofis priz yüklerini tahmin etmek için sadeleştirilmiş yöntemin formülasyonu oluşturulmuştur. Sadeleştirilmiş modelin doğrulama sonuçlarına göre, modelin priz yüklerine ilişkin yıllık enerji kullanımının oldukça uygun tahminlerini sağladığı görülmektedir. Ayrıca, bu tez çalışmasında elde edilen priz yükü güç yoğunluğu ölçümleri, standartlardaki ilgili değerlerin yüksek kaldığını ortaya koymaktadır.

Abstract:
The share of office buildings in global electricity consumption is increasing with the rapidly developing technology. With the ascending demand for more energy efficient buildings, more attention needs to be paid to the building energy performance predictions. Energy simulation tools are increasingly preferred in the analysis of energy performance of buildings. These tools use multiple parameters such as building materials, construction, HVAC systems, weather conditions, lighting, occupants and plug loads. Besides, internal heat gains resulting from lighting, occupants and equipment usage play an important role with regard to the buildings' indoor environmental conditions and energy use. However, due to the complex nature of the built environment and wide range of independent interacting variables, it is difficult to provide a realistic prediction of building energy performance. Therefore, large disperancies between simulated and measured energy consumption represents a common issue in building energy performance simulation.
Occupants' presence and control actions are considerable determinants for the energy consumption in buildings that may be one of the reasons of the difference between the energy calculations and actual energy use. Prevalently, an average value of occupancy is being used in energy simulations that may be deficient to reflect the actual occupancy patterns in buildings.
By the steadily increasing efficiencies of HVAC and lighting systems due to standards and regulations, plug load may account for more than 20 percent of energy consumption in office buildings and is projected to be the fastest-growing part of commercial energy consumption over the next 20 years. Commonly, nameplate data or recommended values in standards are used for plug loads in energy simulation tools. However, many studies show that actual loads are much lower than these values. Overestimating plug load capacity leads to oversize electrical infrastructure and cooling systems and consequently, the actual energy efficiency of buildings are badly affected. 
A better understanding of occupancy patterns and plug loads can enhance reliability of building performance simulations and ensure the choice of accurate capacities for cooling systems. For this purpose, this thesis study focuses on plug loads in office buildings associated mainly with computers and peripherals. Long-term empirical data obtained from continuously monitored office building in Vienna to investigate the relationship between occupants' presence, installed power for equipment and electrical energy use for equipment. 
The results are evaluated in the aspects of the diversity amongst the occupants concerning their use of electric equipment and the potential to derive the presence probability of office users from real-time monitored electrical energy use data. The findings in this thesis study generate the formulation of simplified office plug loads prediction method. Thereby, the evaluation results of simplified model suggest that the model provides fairly reasonable predictions of annual energy use associated with plug loads. In addition, plug load power density measurements obtained in this thesis study reveal that the relevant values in the standards remain high.