Blog

ENERJİ SARFİYATINI İZLEME, GÖRSELLEŞTİRME, DEĞERLENDİRME VE OPTİMİZE EDILMESİ:

ENERJİ MONİTORİNG

Giriş

Sürdürülebilir binalarda enerji verimliliğinin arttırılmasının en önemli aşamalarından birisi de işletme sürecidir. İyi ve verimli bir işletme için ise binanın türüne göre uygun bina otomasyon sistemi (BMS), enerji ölçüm ve izleme sistemi kurulması ve işletilmesidir. Çünkü ısıtma, soğutma, havalandırma ve aydınlatma sistemlerinin enerji masrafları, binaların toplam işletme maliyetlerinin oldukça büyük bir bölümünü oluşturur. Yakıt ve elektrik fiyatları ise sürekli olarak artmakta ve bina yöneticileri ve kullanıcıları üzerinde baskı oluşturmaktadır. Bu yüzden, enerji verimliliği, firmaların rekabet güçleri konusunda önemli bir faktör haline gelmiştir. Bu bağlamda enerji yönetim sistemleri, optimizasyon potansiyelini belirleme ve alınan önlemlerin başarısını görselleştirme konusunda çok önemli katkılar sağlarlar. BMS ile yapılacak değerlendirmeler, enerji sarfiyatının kolaylıkla sürekli olarak izlenmesini ve belgelenmesini sağlar ve bina yönetim sistemlerinin verimliliğini gösterir. Enerji yönetimi, belirlenen konfor ve üretim değerlerini korurken, mümkün olan en yüksek enerji verimliliğine ulaşma amacı ile planlanan ve harekete geçirilen tüm eylemlerin toplamıdır. Bu yazı enerji yönetimi konusunun bazı teknik kısımları hakkındadır.

1.    Bina Otomasyon Sistemi (BMS) İle Enerji Yönetimi

Şekil 1’de, bir bina yönetim sistemindeki bilgi akışı gösterilmektedir. Enerji akışı ölçülmekte ve bu ölçüm verileri daha sonra işlenmek üzere kaydedilmekte ve insanların kolaylıkla okuyabileceği bir formata çevrilmektedir. Hazırlanan tüketim raporlarının analizi ile optimizasyon potansiyeli ortaya çıkarılabilir. Gerçekleştirilen optimizasyonlar ile düşürülen enerji tüketimi, daha sonra da ölçülmeye ve değerlendirilmeye devam etmektedir. Bu uygulama, binalarda enerji tüketiminin sürekli olarak raporlanmasını ve gerçekleştirilen optimizasyonların verimliliğe katkısının belgelendirilmesini sağlar.

2.    Ölçümlere İlişkin Değerlendirme

1.  Eğer sadece binanın toplam enerji sarfiyat miktarı ölçülmek isteniyorsa, elektrik, gaz veya sıvı yakıt ve su için ana girişlere monte edilecek birer sayaç yeterli olacaktır. Fakat bu yöntem, binanın farklı bölgelerinde ve farklı sistemlerinde ne kadar tüketim yapıldığını gösteremez.

2.  Farklı sistemler için, enerji sarfiyatının ayrı ayrı ölçülmesi: Örnek olarak, eğer ısıtma, soğutma, aydınlatma ve havalandırma sistemlerinin harcadığı enerji miktarı ayrı ayrı ölçülmek isteniyorsa, uygun yerlere “alt sayaçların” monte edilmesi gereklidir.

3.  Önceden belirlenmiş tüketici gruplarının veya bireysel tüketicilerin harcama miktarının ölçülmesi: Bir süpermarket sahibi, soğutma depolarında yiyeceklerin soğutulması için ne kadar enerji harcandığını, derin dondurucuların, soğutma kabinlerinin ve ürün vitrinlerinin ne kadar enerji harcadığını merak etmektedir. Bu durumda bu grupların her biri için farklı sayaçların takılması gereklidir. Buna benzer bir durum da, her kat için ısıtma masraflarının ayrı ayrı belirlenmesi gerekliliğidir. Bu durumda her kat için ayrı sayaçların monte edilmesi gereklidir.

Ölçüm altyapısının düzgün çalışabilmesi için elektrik ve su tesisatlarının da uygun bir şekilde kurulmuş olması gereklidir. Eğer soğutucuların ölçümü gruplar halinde yapılacaksa, bu grupların kablo tesisatının da ayrı ayrı yapılması gerekmektedir. Her katın ısıtma masraflarını ayrı ayrı ölçmek için de, her kat için ayrı ısıtma tesisatı kurulması ve bu ısıtma tesisatlarının her biri için ayrı bir ısı ölçüm cihazı kurulması gereklidir.  Yetkili enerji danışmanları, ölçüm sisteminin yatırım maliyetleri ve bu sistemden beklenen ayrıntı seviyesi arasında uygun bir denge kurulması konusunda yardımcı olabilir. Bu konu, ölçülen değerlerin, ölçüm cihazlarından otomasyon ve yönetim seviyelerine nasıl ulaştırılacağını da içerir. Genellikle bu amaç için anayol sistemi (bus system) kullanılır.

Ölçülen tüketim değerleri enerji tüketimi konusunda tek başlarına bir anlam ifade etmemektedir. Ölçülen tüketim verilerinin anlamlı hale gelmesi için normalize edilmesi gereklidir. Normalize etme işlemi ile karşılaştırmaların yapılabilmesi için gerekli olan enerji performans göstergeleri üretilmektedir.

Örnek 1:

500 m² kullanılır alana sahip olan bir A binasının ısı ihtiyacının, teorik olarak benzer yapısal tasarımlı, kullanım alanlı ve coğrafik yerleşime sahip 1000 m² alanlı bir B binasından daha az olması beklenir. Bu iki binayı karşılaştırabilmek için, enerji tüketimini kullanım alanına göre normalize etmek gereklidir. Bu örnekte enerji performans göstergesi kWh/m² (veya kWh/m3)’tür.

Şekil 1: A ve B binasının ısıl enerji ihtiyaçlarının farklı kullanım alanlarına göre karşılaştırılması.

Karşılaştırma göstermektedir ki (beklenenin aksine) B binası metrekare başına daha az enerji harcamaktadır. Yukarıda da bahsedildiği gibi, bu değerler B binasının kesinlikle daha verimli olduğunu göstermez. Başka faktörlerin de (kullanım amacı, iklim şartları vs.) enerji verimliliğine önemli etkileri olabilir. Ham tüketim verileri diğer faktörler ile “zenginleştirilip” bu tür etkiler dengelenebilir.

Isıtılan gün sayısı (Heating degrees-day - HDD), bir binanın ısıtma sezonundaki ısı ihtiyacının bir ölçümüdür ve tüketim verilerindeki hava etkilerini dengelemek için kullanılabilir. Bu durumun aynısı soğutulan gün sayısı için de geçerlidir.

VDI 3807, ısıtılan gün sayısının hesaplamasının, binaya özel bir sıcaklık (mesela 15°C) limiti belirlenmesine ve ortalama dış hava sıcaklığına göre yapılmasını gerektirir. Bu durumda sadece dış hava sıcaklığının sıcaklık limiti altında kaldığı günler hesaplanır. İklim etkilerini dengelemek için ya ısıtılan veya soğutulan gün sayıları ve enerji tüketimi ortak bir diyagramda zamana göre gösterilir ya da ısıtılan-soğutulan gün sayıları doğrudan normalizasyon için kullanılabilir. Örnek olarak, enerji tüketimi ısı ihtiyacına göre normalize edilmesi: Ölçülen tüketim değeri, verilen periyod aralığındaki ısıtılan gün sayısına bölünür ve kWh/HDD birimini enerji performans göstergesi olarak kullanır.

Şekil 1: Asıl tüketim değerlerinin ısıl enerji  ihtiyacı ile zamana bağlı karşılaştırması. Karşılaştırılabilir ısı ihtiyacı için (1 ile 2 arası), optimizasyon amacı ile tüketim düşürülmüştür.

Şekil 2: Isıl enerjisi  ihtiyacına göre normalize edilmiş tüketim (HGT, HDD anlamındadır)

Farklı normalizasyonların kombinasyonları da kullanılabilir: İklim dengeleme ve normalizasyon aynı anda kullanım alanında tek bir enerji performans göstergesi olarak kullanılabilir (kWh/(HDD*m²)).

Kullanılacak enerji performans göstergesi, büyük oranda, bina kullanıcısının “enerji verimliliğini” nasıl tanımladığına bağlıdır. Bir bira fabrikası sahibi için, üretilen her şişe başına düşen enerji miktarı olabilir. Okullardan sorumlu bir belediye yönetimi için ise metre kare başına düşen tüketim ve ders saatleri en faydalı tanım olabilir. Bir enerji yönetim sisteminin tasarımı esnasında, kullanıcıya anlaşılabilir gelen bir enerji performans göstergesi tanımlamak esas öneme sahiptir.

Sistemde kullanılan ekipmanların, farklı normalizasyonlara ve verileri zenginleştirmek için kullanılan matematiksel eşitliklere izin verebilecek derecede esnek olması oldukça önemlidir. Performans gösterge hesaplarını adapte etmek ve modifiye etmek hızlı ve basit bir şekilde yapılabilmelidir. Matematiksel eşitlikler, bazen enerji tüketim miktarlarını dolaylı yollardan durumunda kalan enerji yönetiminde çok sık karşılaşılan birim çevrimlerinde de kullanılabilirler. Örnek olarak:

a)   Gaz Tüketimi: Genellikle hacim (m³) olarak ölçülür. Enerji tüketimi, toplam hacim ile birim hacimdeki enerji (kalori değeri, doğalgaz için türüne bağlı olarak  9.7 ve 12.5 kWh/m³ arasındadır) miktarının çarpımı bulunur.

b)  Sıvı Yakıt Tüketimi: Genellikle litre olarak ölçülür. Enerji tüketimi, litre olarak harcanan hacim, yoğunluk (0.820-0.845 kg/litre) ve enerji içeriğinin (Kalori değeri yaklaşık 11.8 kWh/kg’dır).

Entegre sistemler, standart bir internet tarayıcısı ile bütün otomasyon istasyonlarına uzaktan erişim imkânı vermektedir. Tarayıcı ile tüketim verileri sorgulanabilir ve bütün matematiksel bağıntılar değiştirilebilir ve programlanabilir. Uygun bir uzaktan erişim sistemi sayesinde otomasyon istasyonlarının bulunduğu yerlere gitmek için yapılacak ulaşım masrafları ve zamandan büyük ölçüde tasarruf edilebilir ve sistem çalışma esnasında esnek ayarlama imkânlarına sahip olunabilir. Bu sistem aynı zamanda, ek olarak kurulan ölçüm cihazlarının sisteme entegrasyonunu da içerir.

3. Elde Edilen Verilerin Arşivlenmesi ve Performans Göstergeleri

Tüketim verileri ve normalize edilmiş performans göstergeleri, zamanla olan değişimleri belgeleyebilmek için arşivlenmelidir. Enerji tüketimi açısından uzun dönemli değerlendirmeler önemli olduğundan, verilerin depolanması çoğunlukla yönetim seviyesinde olur çünkü PC tabanlı sistemlerin hafıza kapasitesi, otomasyon sisteminde bulunan veri toplayıcılarına (data logger) göre çok daha yüksektir. Fakat PC’lerin dezavantajı, aniden kapandıkları takdirde bazı verilerin kaybolma riskidir. Örneğin, sistem güncelleştirmesi esnasında bu durum yaşanabilir. Fakat, yeni gelişmekte olan bir entegre sistem, otomasyon istasyonlarının sürekli olarak hazır bulunma avantajları ile PC’lerin yüksek depolama kapasitesini birleştirmektedir. Bu sistemde otomasyon istasyonu bir “ara depolama” (intermediate storage) olarak çalışır ve ana bilgisayarlar kapalı iken tüketim verilerini tampon belleklerinde sınırlı bir süre için tutarlar. Bu süre verilerin büyüklüğüne bağlı olarak haftalarca uzunluğunda olabilir. Ana bilgisayar açıldığında, verileri otomasyon istasyonlarından transfer ederek, uzun vadeli arşivleme için veri tabanına kaydeder. Bu yöntem sayesinde, tüketim verileri güvenli bir şekilde takip edilebilir. Ana bilgisayardaki veri tabanı, şirketin yedekleme sistemine entegre edilerek verilerin güvenliği garanti edilebilir.

4. Verilerin Görselleştirilmesi

Bu bölümde, tüketim verilerinin görselleştirilmesi ve analizi, ve optimizasyon potansiyelinin ortaya çıkarılması konusuna yoğunlaşılacaktır. Görselleştirme, elde edilen verilerin insanların kolayca anlayabileceği şekilde görsel formlara dönüştürülmesidir. Görselleştirme kalitesi, bir yerdeki optimizasyon potansiyelini ortaya çıkarabilmesi açısından önemlidir. Basit görselleştirmeler bile, kullanıcı davranışlarını ve ekipman ayarlarını değiştirme suretiyle önemli tasarruflar yapılmasını sağlayabilir.

Örnek 2:

Burada bir süpermarket ile ilgili değerlendirme verilmiştir. Pek çok süpermarketin elektrik tüketiminin uzun bir süre aralığında görselleştirilmesi, elektrik tüketiminin geceleri, süpermarket kapalı iken yüksek olduğunu göstermiştir. Bunun sebebi ise otopark aydınlatmasının sürekli olarak açık olmasıdır. Aydınlatma kontrol zamanlaması, süpermarketin açılış-kapanış saatlerine göre ayarlandığında, geceleri dış aydınlatma için kullanılan elektrikten %75 oranında tasarruf edilmiştir.

5. Grafiksel Değerlendirmede Farklı Olasılıklar

Modern otomasyon sistemlerinde, otomasyon istasyonlarında bile grafiksel değerlendirme yapmak mümkündür. Fakat depolama kapasitelerinin düşük olması bu tür değerlendirmelerin ancak daha kısa zaman aralıklarında yapılmasını sağlayabilir.

Şekil 3:: Müşteri tiplerine göre günlük, aylık ve yıllık tüketimin bir pasta grafik yardımı ile görselleştirilmesi.

Şekil 4: Eğilim eğrisi ve yığılmış çubuklar ile gösterilen günlük enerji tüketim karakteristiği.

Lejant:

1: Soğutma   2: Musluk Suyu   3: Elektrik

Modern otomasyon cihazları, raporların otomatikleştirilmiş bir şekilde PDF formatında, mail ile yollanması ve verilerin analizi ve tablolanması amacı ile popüler hesap tablosu programlarına transfer edilmesini sağlamasının yanı sıra, grafiklere internet tarayıcısı aracılığıyla ulaşılmasına imkan verir.

Depolama kapasitesi daha yüksek olduğu için uzun vadeli analizler yönetim seviyesindeki PC’ler aracılığı ile yapılabilir. Şekil 5’de, 2011’in ikinci çeyreğinde (kırmızı eğri) yapılan ve sonuç olarak tüketimin azaltılmasını sağlayan bir optimizasyon prosedürü görülmektedir.

Fig. 5a: Yıllık enerji tüketimi karşılaştırması

Şekil 5b: Enerjinin, sistemlere göre yıl boyunca harcanma oranları.

 Lejant:  1: Isıtma (kWh),  2: ydınlatma kWh)      3: Sıcak Su (kWh)       4:Soğutma (kWh)

Enerji miktarları, zamana göre, bindirilmiş çubuk grafik formunda farklı tipte müşterilerin tekil olarak kullanılan toplam enerji miktarına olan katkısı görülebilir.

6. Enerji Yönetim Sistemleri İle Maliyet Şeffaflığı

Bazı enerji yönetim sistemleri, enerji tüketim miktarlarından maliyeti çıkartabilirler. Bu maliyetler, enerji sağlayıcı ve müşteri arasındaki anlaşmalara bağlıdır. Enerji yönetim sistemleri, enerji birim fiyatlarının sisteme parametre olarak eklenmesine ve böylece maliyetlerin otomatik olarak hesaplanmasına olanak sağlayabilirler.