Lighting energy management for office buildings and a case study

Gün ışığı yüzyıllardır gün içinde kullanılan temel ışık kaynağıydı. Daha sonra kullanılmaya başlanan yapay ışık kaynakları, gün batımından sonra ya da günışığının yeterli olmadığı zamanlarda da aydınlatma gereksiniminin karşılanmasına olanak vermiştir. Ancak 19. yüzyıldaki elektrik lambasının icadı sonrasında mum ya da gaz lambası gibi diğer yapay aydınlatma kaynaklarının kullanımı azalmıştır. Çünküelektrikli lamba gaz lambasına göre dışarıya az ısı verdiğinden ayrıca is ve dumanyaymadığından, hem daha temiz bir ışık kaynağıydı hem de daha az yangın riskitaşıyordu. Etkinliği de önceki yapay ışık kaynaklarından yüksek olmasından dolayıelektrikli lambanın kullanımı böylelikle giderek yaygınlaşmaya başlamıştır. Elektrikli aydınlatmanın kullanımının artması ile insan verimliliği ve yaşam kalitesiyeni seviyelere ulaşmış, sosyal ve ekonomik faaliyetler de paralel olarak gelişim göstermiştir. Bunun yanı sıra, elektrik üretimi esas olarak yenilenemeyen enerji kaynakları olan ve hızla tükenen fosil yakıtlardan elde edilmektedir. Elektrik üretiminde çoğunlukla petrol, doğalgaz ve kömür gibi fosil yakıtların yanmasısırasında hava kirliliğine, sera etkisine ve küresel ısınma tehlikesine neden olan karbondioksit de atmosfere salınır. Karbondioksit ve salınan tüm diğer atıklarınetkileri, insan sağlığına ve dünyadaki diğer populasyonlara karşı önemli risklere sahiptir. Ana enerji formlarından biri olan elektrik, yapma aydınlatma yanında ısıtma, soğutmagibi diğer bina sistemlerini çalıştırmak için de kullanılmaktadır. Fakat aydınlatma, dünyanın her yerinde bütün bina tiplerinde önemli bir elektrik tüketicisidir. Ayrıca, aydınlatma teknolojisindeki ilerlemeler de kullanımının çoğalmasında büyük rol oynamıştır. Enerji tüketimindeki hızlı artışın çevresel ve ekonomik yönleri göz önüne alındığında, aydınlatma sistemleri için tasarım stratejileri olarak bazı yaklaşımlar geliştirilmiştir. Daha tasarruflu aydınlatma teknolojilerinin yanı sıra enerji etkin aydınlatma tasarım uygulamaları ve kontrol sistemleri kullanılarak elektrik enerjisi tüketimini ve buna bağlı sera gazı emisyonlarını azaltma potansiyeli mevcuttur. Ama en önemlisi önceden beri zaten temel ışık kaynağı olan gün ışığının kullanımını daha etkin hale getirmek ve yapma aydınlatma ile bütünleşik aydınlatma tasarımını gerçekleştirmeye öncelik vermektir. Bina tipolojileri, aydınlatma enerjisi tüketim oranı için belirleyici bir rol oynamaktadır. Endüstrileşmeyle birlikte üretim, hizmet ve sonrasında iletişimsektörlerindeki büyüme nedeniyle bu gelişmelerin bir sonucu olarak ofis binalarınınilk örnekleri ortaya çıkmıştır. Sonrasında ise ticaret, mühendislik veya tasarım gibi çalışma alanları yine ofis binalarından yönetilmektedir. Aydınlatma, ofis çalışanlarınıngörsel gereksinimleri, verimlilik ve motivasyonunu sağlamak için gerekli bir parametredir. Elektrikli aydınlatma sistemleri, kullanıcılara gerekli aydınlatma seviyesini sağlamak ya da çalışma saatlerini uzatmak gibi önemli avantajlar ve esneklik sağlamıştır. Bunların sonucu olarak, yapma aydınlatma enerjisi tüketimi diğer bütün bina tipolojileri yanında ofis binaları için de günümüze dek hızla artmıştır. Tez kapsamında örnek çalışma için, çoğunlukla gün içi kullanımından dolayı gerekli aydınlatma seviyesini gün ışığından yararlanarak sağlama olanağı dikkate alınarak ofis bina tipolojisi tercih edilmiştir. Tez çalışması altı bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde elektrik enerjisi üretimi süreci ve çevresel etkilerinden, elektrikli aydınlatmanın yaygınlaşmasından ve tüketimoranlarından bahsedilmiştir. Tezin amaç ve içeriği kısaca özetlenmiştir. İkinci bölümde ofis aydınlatma tasarım kriterleri; görsel gereksinim parametreleri, uluslararası standartlar ve aydınlatmanın psikolojik etkileri başlıkları altında ele alınmıştır. Üçüncü bölümde ofisler için aydınlatma sistemleri; yapma aydınlatma sistemleri, gün ışığısistemleri ve aydınlatma kontrol sistemleri gibi alt bölümlerle incelenmiştir. Aydınlatma için enerji etkin stratejiler Bölüm 4'te açıklanmıştır. Bu bölümde enerji etkinliğinin öneminden bahsedilmiş, aydınlatmaya enerji etkin yaklaşım ve sonrasında bunu sağlayacak stratejiler anlatılmıştır. Aydınlatma sistemlerinin enerji yönetimi, gün ışığındanyararlanma, gün ışığının ve yapay ışığın entegrasyonu, lokalize aydınlatma ve aydınlatma sistemlerinin bakımı enerji etkin aydınlatma stratejileri olarak detaylandırılmıştır. Stuttgart'daki 'Elektror' Ofis Binası, Bölüm 5'teki örnek çalışma olarak incelenmiş, son bölümde ise sonuçlar ve öneriler sunulmuştur. Örnek çalışma kapsamında, yerleşim yeri ve Elektror binasının detayları hakkında bilgi verildikten sonra, örnek çalışma için seçilen ofis alanı tanımlanmıştır. İlk olarak, mevcut aydınlatma sistemi görsel konfor ve enerji tüketim kriterleri açısından değerlendirilmiştir. DIALUX aydınlatma tasarımı yazılımında, aydınlık düzeylerini ve enerji tüketimini optimize edecek yeni bir aydınlatma sistemi hazırlanmıştır. Önerilenaydınlatma sistemi için ışık kaynağı tipi ve montaj tipi seçimi değiştirilmiştir. Tüpfloresan ve kompakt floresan lambalar yerine yüksek verimli olması nedeniyle ışık kaynağı olarak LED lamba tercih edildi. Doğrudan-dolaylı aydınlatma yerine, ışıkakısının doğrudan görev alanına yönlenmesinden dolayı sarkıt tip aydınlatmaseçilmiştir. Bu sayede, mevcut sistemdeki dolaylı aydınlatmanın gri beton tavanın ışıkyutuculuğu sebebiyle gerçekleşen faydalı ışık akısı kaybının önlenmesi amaçlanmıştır. Önerilen aydınlatma sistemi planlanırken; iç yüzeylerin yansıtma katsayıları, oturma planı ile pencerelerin konumu arasındaki etkileşim dikkate alınmıştır. Gün ışığı katkısı olmaksızın tüm ofis alanı için gerekli aydınlık düzeyleri elde edilmiş olup, önerilen aydınlatma sisteminin mevcut sisteme göre tüm yıl boyunca % 70 daha az elektrik enerjisi tüketecek şekilde olduğu görülmüştür. Daha sonra, DIALUX programında seçilen ofis alanının belirlenen örnek günler ve saatler için gün ışığı analizleri yapılmıştır. Günışığı simulasyon sonuçlarına göre ofisalanının kullanım farklılıkları da göz önünde bulundurularak aydınlatma zonlamasıyapılmıştır. Gün ışığı analizlerinin sonuçlarına uygun olarak, tüm alanda gerekli aydınlık düzeyini sağlayacak şekilde önerilen aydınlatma sisteminin lambaları her bir aydınlatma zonunda belirlenen zamanlar için gün ışığı uygunluğuna bağlı olarak kapalı veya % 50 dimmerlenmiş olarak hesaplanmıştır. Gün ışığına duyarlı önerilen aydınlatma sisteminin yıllık aydınlatma enerjisi tüketimi, bu varsayımlara uygun olarak bulunmuştur. Armatürlerin çalışma alanlarında pencereye paralel olarak yerleştirilmesi ile, gün ışığından yararlanılan zamanlar için ofisin derin alanlarına doğru kademeli olarak çalışması sağlanarak daha verimli bir entegrasyongerçekleştirilmiştir. Bu durumda, gün ışığına duyarlı önerilen aydınlatma sistemi, seçilen ofis alanında mevcut aydınlatma sistemine göre tüm yıl boyunca %85, 5 daha az elektrik enerjisi tüketerek gerekli aydınlık düzeylerini elde edeceği görülmüştür. Sonuç olarak, yapma aydınlatma sistemi elektrik tüketiminin, görsel konfor koşullarından ödün vermeden, çalışma süresi ve gücünün azaltılması yoluyla yıl içindeminimize edilebileceği görülmektedir. Bunu gerçekleştirmek için, verimli ışık kaynakları ve diğer yapma aydınlatma bileşenlerinin yanı sıra gün ışığının etkin kullanımı da büyük önem taşımaktadır. Günışığındaki miktar ve dağılımın gün içinde ve günden güne değiştiği göz önüne alındığında, seçilen bir alanın belirlenen zamanlar için gün ışığı performansı bu süreç için bir gerekliliktir. Gün ışığı simülasyon araçlarımekanlara gün ışığı dağılımını analiz etmek için kullanılabilir. Simülasyon sürecindealandaki gün ışığı dağılımını etkilediği için; binanın konumu ve yönelimi, pencere ve iç yüzeylerin özellikleri, mekanın organizasyonu gibi parametreler de girdi verileri olarak tanımlanmalıdır. Gün ışığı analizi, alan kullanım fonksiyonlarını da dikkate alarak aydınlatma zonlamasının belirlenmesine olanak verir. Böylece, elektrikliaydınlatma için daha hassas anahtarlama yapılarak, gün ışığı ve yapma ışığın verimli bir şekilde entegrasyonu sağlanır. Ayrıca simülasyon sonuçları gerçekleştirilecek olan tasarımın yaklaşık olarak aydınlatma enerjisi tüketimini hesaplamayı da mümkün kılmaktadır. Elektrik enerjisi tüketimi ile ekonomik büyüme arasındaki ilişki doğru orantılı olarak kabul edilmekle birlikte, bu tüketimin istenmeyen çevresel etkileri ve artan işletme maliyetleri açısından en aza indirgenmesi gerekmektedir. Binalarda aydınlatma için doğal bir ışık kaynağı olan gün ışığının kullanımı, kullanıcılar için iyi bir atmosfer yaratarak, enerji ve maliyet tasarrufu sağlamak açısından da önemli avantajlar sunmaktadır. Bunların yanı sıra, sürdürülebilir bina tasarımını gerçekleştirmeye katkıda bulunur. Ofis binaları, ticari binalar arasında ikinci büyük aydınlatma enerjisi tüketicisidir. Enerji etkin bir aydınlatma tasarımı sağlamak için; aydınlatma teknolojileri ve tasarım araçlarının yanı sıra bina tipolojilerinin mimari özellikleri ve gün ışığı karekterisliğininde bilinmesi gerekmektedir. Bu nedenle, ofis ve diğer bina türleri için aydınlatma enerjisi yönetimini başarılı bir şekilde gerçekleştirmek amacıyla bu yaklaşımı disiplinler arası bir çalışma ile yürütmek gerekmektedir. Bu çalışma, enerji verimli ve çevreye duyarlı bir aydınlatma tasarımı sağlamak için gelişmiş yapma aydınlatma sistemlerinin yanı sıra; coğrafi parametrelerin ve bina parametrelerinin de bütüncül olarak değerlendirilmesinin önemini vurgulamaktadır.