YSE Okul Projesi

Dünyadaki karbon salımının üçte biri (1/3) binalar tarafından gerçekleştirilmektedir. Herhangi bir önlem alınmaması halinde, binaların enerji ihtiyacının 2040 yılına kadar %40 oranında artacağı öngörülmektedir. Bu kapsamda, Amerika’da sıfır enerji binaları artırmayı hedefleyen programlar yürütülmekteyken, Avrupa Birliği’nde (AB), Binalarda Enerji Performansı Direktifi (EPBD) yayımlamıştır. EPBD ile binalar için “optimum maliyet seviyesi” ve “yaklaşık sıfır enerji bina” kavramları tanımlanmış, 2020 yılından sonra yapılacak tüm binaların yaklaşık sıfır enerji bina olması zorunluluğu getirilmiştir. EPBD’nin 2018’deki son revizyonunda, mevcut binaların iyileştirilmesi hususu daha fazla vurgulanarak, uzun dönem iyileştirme stratejilerinin, ulusal ölçekte gelecek hedefleriyle uyumlu geliştirilmesi belirtilmiştir. Ülkemizde, bina sektöründe kullanılan enerjinin %41’i konut dışı binalar tarafından tüketilmektedir. Konut dışı binalar arasında, eğitim binaları, topluma örnek teşkil etmedeki rolü, enerji tasarruf potansiyeli, kullanıcı sayısı ve çeşitliliği nedeniyle öncelikli olarak ele alınması gereken bina türleridir. Bu sebeple, YSE hedeflerine ulaşmada, eğitim binalarının enerji performansının arttırılması çalışmaları önemlidir.

 

 

 

Önerilen bu projede, “Türkiye’deki mevcut eğitim yerleşkelerinin YSE seviyesine iyileştirilmesine yönelik uzun dönem stratejilerinin geliştirilmesinde kullanılacak bir ulusal yaklaşım geliştirilmesi” hedeflenmektedir. Geliştirilecek yaklaşım, mevcut eğitim yerleşkeleri için YSE seviyesinin ne olabileceğine, hangi koşullarda ve zaman planıyla bu hedeflere ulaşılabileceğine yöneliktir. Bu yaklaşım, yöntemin ülkemizin kendine özgü iklimsel ve ekonomik koşullarına ve yerleşke ölçeğine adapte edilmesiyle özgündür ve ölçümlerle doğrulanmış enerji modelleri kullanılacak ve bölgesel enerji sistemlerinin enerji verimliliğine katkısı araştırılmaktadır.

NEDEN EĞİTİM YERLEŞKELERİ?

Konut-dışı binalar incelendiğinde, tüm dünyada eğitim binalarının, enerji tüketimleri açısından öncelikli çözüm bekleyen, buna karşılık yaygın etki potansiyeli de en yüksek olan bina türlerinden olduğu görülmektedir. Enerji giderleri, eğitim binalarının harcama kalemleri arasında, çalışanların maaşlarının ardından ikinci sırada yer almaktadır. Dolayısıyla, enerji giderlerinde sağlanacak azalım, okul bütçelerinin daha büyük bir bölümünün eğitim faaliyetlerine aktarılabilmesini sağlayacaktır. Hem uluslararası çalışmalarda enerji verimliliği potansiyelinin ispatlanmış olması, hem de bütçe kısıtlarıyla baş etmede önemli bir rolü olması sebebiyle, eğitim binalarında enerji verimliliğinin artırılması, ülkemizde de öncelik verilmesi gereken, toplumumuzun geleceği açısından son derece gerekli ve güncel bir araştırma konusudur. Yaklaşık 17 milyondan fazla öğrenci, hafta içinde zamanlarının yaklaşık %30’unu okul binalarında geçirmektedir. Dolayısı ile eğitim binalarındaki enerji verimliliği çalışmalarının toplam enerji verimliliğine katkısı oldukça yüksektir. Okullarımızın enerji performansının artırılması, enerji tasarrufuna bağlı ekonomik tasarruflara da olanak tanımaktadır. Bu katkıların yanı sıra, öğrenciler için sağlıklı bir iç ortam oluşturulması, konfor koşullarının iyileştirilmesi ve bunlara bağlı olarak eğitim kalitesi ve öğrenme performansının yükselmesini de sağlayacaktır.

PROJENİN AMAÇ VE HEDEFLERİ

  • Ülkemizdeki mevcut eğitim yerleşkelerinin iyileştirilmesinde optimum maliyet seviyesi ile potansiyel yaklaşık sıfır enerji seviyeleri arasındaki açığın kapatılmasına yönelik uzun dönem stratejileri için bir yaklaşım önermek
  • Seçilen pilot eğitim yerleşkelerinin enerji performansının iyileştirilmesi için optimum maliyet seviyesini, potansiyel YSE seviyelerini ve bunlara ulaşılabilecek hedef yılları belirlemek
  • Ekonomik değişkenlerin eğitim yerleşkelerindeki optimum maliyet seviyesi ve YSE seviyesi üzerindeki etkisini belirlemek
  • İyileştirme önerileri sonucunda gerçekleşecek enerji tüketimlerini, maliyetlerini ve uzun dönem tasarruf potansiyellerini belirlemek
  • Enerji performansı ve iç ortam kalitesinin artırılması için iyileştirme önerilerini, pilot yerleşkelerde yapılacak ölçüm sonuçlarını dikkate alarak geliştirmek
  • YSE seviyesine ulaşılmasında izlenmesi gereken ulusal yaklaşımın ve uzun dönem strateji planının önerilmesiyle Türkiye’deki tüm paydaşlara yol göstermek ve mevzuatın geliştirilmesine katkıda bulunmak
  • Bina enerji verimliliğinin arttırılmasına yönelik uluslararası çalışmalarda yaygın olarak başvurulan ölçüm ve simülasyon sonuçlarını birlikte değerlendiren yöntemlerin Türkiye’deki mevcut bina iyileştirme çalışmalarında kullanımını yaygınlaştırmak
  • Enerji verimliliğini artırarak, enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına, sera gazı salımının azaltılmasına, mali kaynakların ve enerji kaynaklarının verimli kullanılmasına katkıda bulunmak
  • EPBD’nin optimum maliyet hesapları için önerdiği çerçeve yöntemi, yerleşke ölçeğine uyarlamak ve pilot çalışmalarla örneklemek

PROJENİN YÖNTEMİ

Projede izlenecek yöntemde, ülkemizin enerji verimliliği konusundaki stratejik hedeflerinin AB hedeflerine paralelliği göz önünde bulundurularak, Avrupa Komisyonu’nun tanımladığı çerçeve esas alınmıştır. Seçilen okullar arasında hem devlet okulları hem de özel/vakıf okulları bulunmakta olup devlet okullarının seçiminde en sık kullanılan tip projelerden biri olan 10025R-720 tipindeki okullara ve 2008 yılında yayımlanan TS 825 Binalarda Isı Yalıtım Kuralları standardının (TSE, 2008) yürürlüğe girmesinden daha önce inşa edilmiş eğitim yerleşkeleri tercih edilmiştir. Ayrıca, araştırmanın amacı doğrultusunda hem tek binadan oluşan yerleşkelere hem de birden fazla sayıda binadan oluşan eğitim yerleşkelerine yer verilmiştir. Birden fazla binadan oluşan yerleşkelerin seçiminde özellikle teknik ve mesleki liselere yer verilmesinin nedeni, bu eğitim yerleşkelerinin, kendi eğitim programları gereği derslikli eğitim binası, atölye binası, yemekhane vb. şekilde birden fazla sayıda ve fonksiyonda binayı barındırmasıdır.

EĞİTİM YERLEŞKELERİNİN SEÇİLMESİ

Bina kabuğu ve mekanik sistemler hakkında elde edilebilecek bilgiler ışığında, enerji performansı iyileştirmesine en fazla ihtiyaç duyan binalar proje danışmanı ile birlikte tespit edilerek, seçimde öncelikli olarak ele alınmaktadır. Bina enerji ihtiyacını belirlemede büyük role sahip olan bina kabuğunun mevcut durumunun ön analizi için termal kamera aracılığıyla tüm binaların cepheleri ve erişilebilir çatı yüzeyleri görüntülenerek, bina kabuklarının ısı iletim performansı incelenmektedir. Enerji sistemleri için ise, binanın teknik sorumlularıyla görüşme yapılarak ve proje danışmanı görüşleriyle değerlendirme yapılmaktadır. Belirlenecek olan pilot yerleşkelerin, hem tek binadan hem de birden fazla sayıda binadan oluşan eğitim yerleşkelerini kapsaması ve ayrıca hem devlet okullarına ve hem de özel okullara referans vermesi sağlanmaktadır.

YERLEŞKELERE AİT GENEL VERİLERİN TOPLANMASI VE DEĞERLENDİRİLMESİ

Seçilen pilot eğitim yerleşkeleri için araştırma boyunca gerçekleştirilecek analiz ve hesaplamalar için ihtiyaç duyulan girdilerin temin edilmesi, elde edilecek sonuçların doğruluğu ve tutarlılığının sağlanmasında önemlidir. Bu sebeple okulların bulunduğu çevrenin ve yılın iklim verilerine, okulların mevcut durumunu gösteren mimari, mekanik, elektrik projelere ve binaların kullanımıyla ilgili verilere ihtiyaç duyulmaktadır. Bina enerji performansının değerlendirilmesinde kullanılan iklim verilerinin doğruluğu, elde edilen sonuçların güvenilirliği açısından oldukça önemli olduğundan en az son 20 yılı kapsamak üzere, saatlik bazda sıcaklık, nem, rüzgar hızı, rüzgar yönü, güneş ışınımı şiddeti için Meteoroloji Genel Müdürlüğü istasyonlarına ait ölçüm sonuçları temin edilip incelenir. Elde edilen uzun dönem ortalamalar, simülasyon araçlarında yaygın olarak kullanılan iklim dosyalarının içerdiği verilerle karşılaştırılır. Yapılan değerlendirmeler sonucunda tipik meteorolojik yıl belirlenir ve buna bağlı olarak simülasyon araçlarında kullanılmak üzere iklim dosyası oluşturulur. Yerleşkeye ve yerleşkedeki binalara ait mimari, mekanik ve elektrik projelerinin İl Milli Eğitim Müdürlüğü’nden ve okul yönetimlerinden talep edilerek temin edilmesi bu aşamada gerçekleştirilir. Temin edilen projelerle binaların mevcut durumu karşılaştırılarak güncellikleri kontrol edilir ve varsa binalarda gerçekleştirilmiş revizyonlar da tespit edilir. Ayrıca mekanlarda kullanılan ve işlevlerini yerine getirirken ortama ısı yayan elektrikli ekipmanlarla (bilgisayar, projeksiyon cihazı, akıllı tahta, su ısıtıcısı, tost makinası vb.) ilgili bilgilerin de edinilmesi gerektiğinden yerinde yapılacak gözlemlerle ve idari yönetimlerden alınacak bilgiler ile binanın kullanımına ilişkin bilgiler toplanır.

TASLAK BİNA ENERJİ MODELLERİNİN OLUŞTURULMASI

Simülasyon araçları kullanılarak gerçekleştirilecek olan enerji tüketim hesaplamalarında, bina enerji modelinin oluşturulması en önemli ve kapsamlı aşamayı oluşturur. Bir binanın enerji performansının doğru şekilde belirlenebilmesi için, bilgisayar ortamında oluşturulacak olan enerji modelinin o binayı, enerji performansına etki eden parametreler açısından, en iyi şekilde temsil ediyor olması gerekmektedir. Bu parametreler, binaların geometrileri ve formu, yönleri, bina kabuğundaki opak ve saydam bileşenlerin dağılımı ve yerleşimi, bina kabuğu elemanlarının fiziksel ve termo-fiziksel özellikleri, mekânların kullanım saatleri, mekanlardaki ortalama kullanıcı sayıları, kullanıcıların gerçekleştirdiği aktiviteler, kullanılan elektrikli ekipmanların güçleri, iklimlendirme sistemlerinde yer alan ekipmanlar, iklimlendirme ekipmanlarının türü, kapasitesi, verimi, kullanım saatleri ve binanın işletim koşullarıdır. Bina enerji modelleri, detaylı dinamik simülasyona uygun şekilde oluşturulmaktadır. Bu kapsamda, literatürde güncel olarak kabul görmüş, saatlik bazda detaylı dinamik hesaplama yapabilen EnergyPlus aracı ile DesignBuilder aracı kullanılır. Bu aşamada oluşturulan enerji modellerinin simüle edilmesiyle, binalara ait enerji tüketim sonuçları her bir sistem için ayrı elde edilmektedir.

DOĞRULANMIŞ NİHAİ ENERJİ MODELLERİNİN OLUŞTURULMASI

Bina enerji modeli, binanın mevcut durumunu en iyi şekilde temsil etmesi ve sonuçlarının güvenilir olması açısından önemlidir. Bu nedenle, taslak enerji modelleri gerçek ölçüm ve tüketim sonuçlarıyla karşılaştırılarak doğrulanır. Enerji modelinin simüle edilmesiyle ulaşılan enerji tüketimi sonuçlarının, gerçek enerji tüketimi sonuçlarıyla eşit koşullar altında karşılaştırılması ve sapma sebeplerinin tespit edilmesiyle model üzerindeki muhtemel hata ve farklılıkların giderilmesi amaçlanmaktadır. Bu aşamada, ASHRAE Guideline 2014, Measurement of Energy, Demand, and Water Savings içinde yer verilen “whole building calibrated simulation approach” adımları dikkate alınarak doğrulama gerçekleştirilir. Tüm bunlar için tanımlı bir süre içerisinde gerçekleşmiş iklimsel koşullara ve bu tanımlı sürede iç ortam koşullarının değişimini gösteren verilere ihtiyaç duyulmaktadır. Seçilen her bir eğitim binasında iki farklı mekânda sıcaklık, nem, karbondioksit ve aydınlık düzeyi ölçümleri gerçekleştirilir ve özellikle farklı yönlere bakan derslikler tercih edilir. Mekânlardaki ölçüm noktalarının belirlenmesi için ise termal kamera aracılığıyla ön değerlendirme yapılır ve dikkate alınır. Ölçüm dönemlerinin planlanmasında ise ele alınan eğitim binalarının fatura dönemleri dikkate alınır ve ölçüm döneminin en az bir fatura dönemini tam olarak kapsaması sağlanmaktadır.

ANALİZ VE ÖLÇÜMLER

Lüxmetre cihazıyla ölçülen aydınlık düzeyi ölçümleri anlık olduğundan, farklı gök koşullarını temsil edebilecek günlerde ölçümler planlanır.

İç ortam kalitesi ölçüm cihazıyla belirlenen ölçüm noktalarında sıcaklık, nem ve karbondioksit miktarı ölçümleri yapılır ve saatlik aralıklarla kayıt altına alınır. Cihazın internet erişimini sağlanarak ölçüm sonuçlarını bulut sistemine aktarma özelliğiyle verilerin izlenmesi sağlanmaktadır.

U değeri ölçüm cihazıyla bina kabuklarında yıllar içinde meydana gelmiş yıpranmalar sonucunda katmanları oluşturan malzemelerde ve kabuğun performansında oluşabilecek düşüşler dikkate alınarak bina kabuğunun uygun görülen noktalarında ısı geçirme katsayısı ölçümleri bu cihazla daha detaylı analizlerle gerçekleştirilir.

Mekânlardaki ölçüm noktalarının belirlenmesi için termal kamera aracılığıyla ön değerlendirme yapılır ve sonuçlar dikkate alınır.

NİHAİ ENERJİ MODELLERİNİN OLUŞTURULMASINDA VERİLERİN TOPLANMASI VE FARKLILIKLARIN TESPİTİ

Ölçüm sonuçları modelin doğrulanması için gerekli olduğu kadar, binanın enerji performansı ve öğrenmeyi etkileyen konfor koşullarının da belirlenmesini de sağlamaktadır. Bu sebeple incelenen binaların enerji tüketim miktarlarının tespit edilebilmesi için öncelikle son 12 aya ait enerji faturaları toplanmaktadır. Elektrik, doğalgaz ve su tüketim miktarları, geçmişe dönük elde edilebilir bu faturaların incelenmesiyle belirlenir ve bu bilgiler doğrulama modeli için kullanılır. Simülasyonlarla elde edilen enerji tüketim sonuçları, faturalardan elde edilen gerçek enerji tüketimleriyle karşılaştırılır ve karşılaştırma sonucunda tespit edilen farkların ASHRAE Guideline 14-2014, Measurement of Energy, Demand, and Water Savings standardında açıklanan kabul edilebilir düzeyden (yıllık %15, aylık %5) yüksek olması durumunda, bu farkın nedenleri araştırılmaktadır. Nihai modelde kullanılmak üzere, kullanıcı davranışları, elde edilen verilere bağlı olarak standardize edilmektedir ve ayrıca binanın ortalama performansını değerlendirebilmek amacıyla modelin simülasyonunda uzun yılların ortalamasını temsil eden iklim verileri kullanılmaktadır.

İYİLEŞTİRME ÖNERİLERİNİN GELİŞTİRİLMESİ

Analiz edilen eğitim yerleşkeleri için enerji performansı iyileştirme önlemleri bütüncül bir yöntem izlenerek bina enerji performansına etki eden üç ana bileşeni kapsayacak şekilde belirlenecektir. Bu üç ana bileşen; bina kabuğu, enerji sistemleri ve yenilenebilir enerji kullanımıdır. Kullanılacak yöntemin öncelikli hedefi enerji ihtiyacının düşürülmesi olacağından, öncelikle bina kabuğuna yönelik iyileştirme önlemlerinin belirlenmesi planlanmaktadır. Opak ve saydam bileşenlerin ısı geçirme katsayıları, saydam bileşenlerin gün ışığı geçirgenliği ve güneş enerjisi geçirgenlikleri ve kullanılabilecek güneş kontrol elemanları bina kabuğuna yönelik iyileştirme önlemleri arasında ele alınacaktır. Ardından binaların aydınlatma ve iklimlendirme sistemlerine yönelik iyileştirme önlemleri ele alınarak, araştırma, bina enerji tüketimlerinin azaltılmasına odaklanacaktır. Bu kapsamda aydınlatma, ısıtma, soğutma, havalandırma sistemleriyle, varsa sıhhi sıcak su eldesi için kullanılan sisteme yönelik iyileştirme önlemleri belirlenecektir. Bu önlemler birden fazla sayıdaki binaya ortak olarak hizmet edebilen bölgesel sistemleri de kapsayacaktır. Üçüncü olarak ise yenilenebilir enerjiden yararlanma potansiyelinin değerlendirilmesini sağlamak üzere yenilenebilir enerji kullanımına yönelik iyileştirme önlemleri belirlenecektir. Olumlu sonuçlar veren paketler daha sonraki aşamalarda bina sistemleri ve yenilenebilir enerji kullanımıyla ilgili diğer önlemlerle de bir araya getirilir.

İYİLEŞTİRME SENARYOLARININ ANALİZİ: ENERJİ PERFORMANSI HESAPLARI VE MALİYET ANALİZLERİ

Analiz edilen eğitim yerleşkelerinde ulaşılabilecek en yüksek verimlilik potansiyelinin ve maliyet açısından optimum sonuç veren enerji performansı iyileştirme senaryosunun tespit edilebilmesi amacıyla, belirlenen iyileştirme senaryoları için bu analizler yapılmaktadır.

Binaların performansını değerlendirmek üzere yapılacak detaylı dinamik simülasyonlar için EnergyPlus Ve DesignBuilder araçlarının kullanılması planlanmaktadır. Bu araçlar yardımıyla “conduction transfer function” hesaplama yöntemi kullanılarak hesaplama yapılacaktır. Hesaplamalar sonucunda elde edilen yıllık nihai enerji tüketimleri, yakıt türlerinin dönüşüm katsayıları kullanılarak birincil enerji cinsinden, kWh/m²y biriminde ifade edilecektir. Yenilenebilir enerji sistemleri tarafından üretilen yıllık enerji miktarı ise bu toplamdan çıkarılacaktır.

Belirlenen her bir iyileştirme senaryosu için enerji performansı hesaplarının yanı sıra, maliyet analizleri de gerçekleştirilecektir. Maliyet hesaplarında da Avrupa Komisyonu tarafından önerilen yöntem çerçevesi takip edilecektir. Buna göre, EN 15459 standardında açıklanan hesaplama yöntemi esas alınarak, her bir iyileştirme senaryosu için uzun dönem maliyet hesaplanacaktır. Bu yönteme göre, yapılacak enerji performansı iyileştirme yatırımlarına ait ilk yatırım maliyeti, bakım-onarım maliyeti ve enerji giderleri dikkate alınarak uzun dönem maliyet analizi gerçekleştirilir. Analizlerde, enerji performansındaki iyileştirme için yapılan harcama ile bu harcama karşılığında elde edilen ekonomik tasarruf birlikte değerlendirilir. Yönteme göre, enerji performansına etki etmeyen bileşenlere ait maliyetler ile her bir senaryo için aynı olan maliyetler bu hesaplamada dikkate alınmaz.

Her bir senaryo için elde edilen yıllık birincil enerji tüketimleri ve toplam maliyetler grafikler kullanılarak değerlendirilir. Bu grafik yöntem yardımıyla, analiz edilen her bir bina/yerleşke için en düşük toplam maliyetle ulaşılabilen enerji performansı seviyeleri optimum maliyet aralığı olarak belirlenir.

POTANSİYEL YAKLAŞIK SIFIR ENERJİ(YSE) HEDEFLERİNE YÖNELİK UZUN DÖNEM İYİLEŞTİRME STRATEJİLERİNİN HAZIRLANMASI VE ULUSAL YAKLAŞIMIN GELİŞTİRİLMESİ

İyileştirme senaryolarının analizi, optimum maliyet seviyesinin belirlenmesi ve duyarlılık analizleri ile elde edilen sonuçların karşılaştırmalı olarak değerlendirilmesiyle, analiz edilen mevcut eğitim yerleşkelerinin iyileştirilmesinde YSE hedefine yönelik uzun dönem stratejiler geliştirilir. Bu aşamada, eğitim yerleşkelerinin kendine özgü koşulları dikkate alınmaktadır. Bu adımın tamamlanmasıyla aşağıdaki çıktılar elde edilecektir:

  • İstanbul’da bulunan eğitim yerleşkeleri için potansiyel YSE seviyelerinin belirlenmesi
  • Karar verici mercilere, projede farklı potansiyel YSE seviyeleri için belirlenen sınır koşullarını kendi ekonomik beklentileri ve politikalarıyla karşılaştırarak YSE hedefini bilimsel yöntemlere dayalı olarak belirleme imkanı sunulması
  • Türkiye’deki mevcut eğitim yerleşkelerinin iyileştirilmesinde YSE hedefine yönelik uzun dönem stratejiler için ulusal yaklaşımın oluşturulması
  • Özellikle merkezi/mahalli iklimlendirme sistemlerinin kullanılabileceği bölgeler için, ülkemizdeki diğer yapı türlerinin de enerji performansının arttırılmasında izlenebilecek bir yol haritasının literatüre kazandırılması