İLKÖĞRETİM OKULLARININ RENOVASYONU

TÜRKİYE’DE MEVCUT İLKÖĞRETİM OKULLARINDA KONFOR VE ENERJİ PERFORMANSININ İYİLEŞTİRİLMESİ; BİR UYGULAMA ÖRNEĞİ

Dr. İbrahim ÇAKMANUS

Olimpos Enerji, Ankara

Corresponding email: ibrahimcakmanus@gmail.com

ÖZET

Milli Eğitim Bakanlığı’nın verilerine göre Türkiye’de mevcuttta ilkokul, ortaokul ve lise olarak yaklaşık olarak 60000 okul, 480000 derslik ve 3 500 000 civarında öğrenci bulunmaktadır. Ayrıca 50000 yeni okula daha ihtiyaç olduğu ifade edilmektedir. Öte yandan mevcut okulların  büyük bir çoğunluğu gerekli standartları sağlayamamakta ve iyileştirmeye ihtiyaç duymaktadır. Buna karşın kaynaklar kısıtlıdır. Bu nedenle bu binaların uygun maliyetlerle iyileştirilmesi hedeflenmektedir. Eğer mevcut okulların iyileştirilmesi çok maliyetli oluyor ise bu binanın iyileştirilmeyip yıkılarak yeni bina yapılması da değerlendirilebilir. Bina renovasyonlarına Bakanlığın kriteri, yapılacak iyileştirme maliyetinin yeni okul binası yapım maliyetinin %40’ını geçmemesidir. Bu çalışmada depreme dayanıklı olduğu varsayılan veya güçlendirme yapılabilecek durumda olan mevcut bir okul binasında yapılabilecek iyileştirmeler bir örnek üzerinden açıklanmıştır. Bu makalede, bu okullarda yapılacak iyileştirme modelini oluşturmak için bu okulları temsil edebilen yapıdaki Ankara Çankaya’da bulunan Erdoğan Şahinoğluk ilköğretim okulunda GIZ – Deutsche Geselschaft für Internationale Zusammenarbeit GmbH finansmanı ile birlikte yapılan  çalışmayı özetlenmiştir. Bu kapsamda yapılan ölçümler ve çalışmalar şöyledir:

Değişik durumlarda binanın yıllık enerji tüketimlerinin ve enerji maliyetlerinin belirlenmesi amacıyla enerji modelleme (simülasyon) çalışmaları yapılmıştır.

Mahallerde aydınlatma, CO2, lüx ölçümleri yapılmıştır.

Duvarların ve pencerelerin U değerlerinin hesabına yönelik yüzey sıcaklıkları termal kamera ve termometre ile ölçülerek hesaplar yapılmıştır.

Kazan dairesinde verimliliği etkileyen parametreler incelenmiştir (baca gazı ölçümü, termal kamera görüntüleme, kazan/boru izolasyonu kontrolü vb.).

Elektrik, doğalgaz ve su enerjisi tüketimi incelenmiştir.

Sınıflarda iç hava kalitesi ölçümleri yapılmıştır. Yapılan ölçümlerde dersin başlamasından 15 dakika sonrasına doğru iç hava kalitesinin kötüleşmeye başladığı tespit edilmiştir. Öte yandan AB ve ABD gibi ülkelerde sınıflarda havalandırma yapılması zorunluluktur. Sağlık, öğrenme kapasitesini artırması gibi sebeplerle bu çalışma sınıflarda havalandırma varmış gibi yapılmıştır).

Yangın tesisatı ve sıhhi tesisat incelenmiştir.

Aydınlatmada verimliliği etkileyen parametreler incelenmiştir (aydınlık seviyesi, balast ve lamba verimlilik sınıfı kontrolü).

İyileştirme için enerji modellemesi çalışması, ilk yatırım maliyetleri hesapları, yapılacak yatırımların geri ödeme süreleri hesapları yapılmıştır.

Aynı çalışma Almanya’da bu konudaki uzman Dr. Kiefer tarafından da yapılmış, bu çalışma ve söz konusu çalışma karşılaştırılmıştır. Daha sonra verileceği üzere, farklı eneri modelleme programları kullanılmış olmasına rağmen bu çalışma ve söz konusu çalışmanın sonuçları arasında dikkate değer bir fark oluşmamıştır. Bu durum Dünya’da onaylı enerji simülasyon programlarının işlemleri arasında çok büyük farkların oluşmadığını da gösterir.

Sonuç olarak; Türkiye genelinde ilköğretim okullarında veya benzeri yapılarda enerji verimliliği, konfor ve yönetmeliklerden kaynaklanan gerekliliklere dayalı renovasyonların yapılmasında aşağıdakilerin gerçekleştirilmesi gerekir:

Mevcut durumun ve yenilenecek durumun (renovasyon, iyileştirme) enerji modellemesi yapılarak sağlanacak tasarrufların belirlenmesi ve optimize edilmesi (yalıtım, havalandırma sistemi seçimi vb.),

İlk yatırım maliyetleri doğru biçimde hesaplanarak yapılacak iyileştirmelerin geri dönüş sürelerinin hesaplanması (genel olarak 10 yılın altındaki dönüş sürelerindeki iyileştirmeler uygulanabilirdir denilebilir),

İyileştirmelerde çok pahalı sistemlere yönelinmemesi uygun olur,

Deprem Yönetmeliği, Yangın Yönetmeliği, Elektrik İç Tesisat Yönetmeliği (topraklama, kaça akım vb), Engelli İnsanların Ulaşımı İle İlgili Yönetmelik gibi yönetmeliklerin gereklilikleri renıvasyonlarda karşılanmalıdır,

İkinci aşama olarak; yapılacak çalışmalar sonucu oluşturulacak rapordaki önerilerden Milli Eğitim Bakanlığı tarafından onaylanacak olan iş kalemlerinin uygulama projeleri (mimari, statik, mekanik tesisat, elektrik tesisatı, varsa diğer konular) yapılmalıdır.

ABSTRACT

According to the data from ministry of public education there are 60000 schools, 480000 classrooms and approximately 3500000 students in elementary, guidance and high school levels. Also it is stated that there is need for an additional 50000 schools. On the other hand, a major part of existing schools does not meet the required standards and there is significant need for enhancement. Though resources are limited and enhancement of the buildings with minimum costs should be aimed. If enhancement costs were high rebuilding options could also be evaluated. The criteria for evaluating these costs at the ministry of public education is that renovation costs should not exceed 40% of rebuilding costs of the building. In this study possible enhancements to an earthquake resistant building, are explained through a case study. In this paper in order to create a model for improving existing school buildings the case study carried out under financing of GIZ in Erdoğan Şahinoğlu elementary school are summarized. All studies and measurements are listed below:

In order to assess energy consumption behaviors and energy costs of the building after enhancements, energy model of the building is developed.

Measurements are carried out to determine Lux values and CO2 levels in all spaces.

U-value of the walls and windows are determined using thermal imaging and surface temperatures.

All of the parameters in the plant room that could affect energy efficiency

Natural gas, electric and water consumptions are investigated.

Indoor environment quality measurements are carried out in the classrooms. It was observed that about 15 minutes after start of the class air quality starts to decrease. Ventilating the classrooms is compulsory in many countries. In this study it is assumed that ventilation is present in the buildings.

Firefighting and plumbing systems are studied.

Parameters affecting the lighting efficiency are investigated.

Initial investment costs and compensation periods for enhanced cases are calculated using the energy model.

The very same study is carried out by Dr.Kiefer and results are compared to the this study. As it will be explained later, despite using different energy modeling soft wares there is no significant difference between the results in two studies. This shows that there is little difference between approved energy modeling software.

With the aim of implementing renovations related to energy efficiency, comfort and conformation to regulations in Turkey following measures should be taken.

Developing an energy model for the existing and renovated cases, energy conservation potential should be determined and optimized. (Insulation, ventilation system design etc.)

Accurately calculating initial investment costs and compensation periods. (Enhancements with a compensation period below 10 years could be considered for implementation)

Highly priced systems should not be considered for renovations.

Requirements regarding Firefighting regulations, Earthquake regulations, Electrical system regulations and accessibility of disabled people regulations should be met.

As a second stage; following the approval of the ministry of public education, for the suggestions put forward in the study report, construction drawings (architectural, static, mechanical, electrical, etc.)

GİRİŞ

Genel

Milli Eğitim Bakanlığı’nın verilerine göre Türkiye’de mevcutta ilkokul, ortaokul ve lise olarak yaklaşık olarak 60000 okul, 480000 derslik ve 3 500 000 civarında öğrenci bulunmaktadır. Ayrıca 50000 yeni okula daha ihtiyaç olduğu ifade edilmektedir. Öte yandan mevcut okulların  büyük bir çoğunluğu gerekli standartları sağlayamamaktadır. Özellikle 2000 yılından önceki okulların durumu deprem yönetmeliği, elektrik iç tesisat yönetmeliği, yangın yönetmeliği, binalarda enerji performans yönetmeliği, engelli insanların ulaşımı yönetmeliği şartlarına uymamaktadır. İç mekan kalitesi (sıcaklık, hava kalitesi, aydınlatma seviyesi, gürültü seviyesi vb.) de günümüz ihtiyaçlarını karşılamamaktadır. Dolayısıyla tüm bu okullar renonasyona (iyileştirme) ihtiyaç duymaktadır. Buna karşın kaynaklar kısıtlıdır. Bu nedenlerle yapılacak renovasyonların hem standartları ve iç mekan koşullarını sağlaması hem de uygun maliyetlerle gerçekleştirilmesi gerekmektedir.

Bu okulları temsil edebilen yapıdaki Ankara Çankaya’da bulunan Erdoğan Şahinoğluk ilköğretim okulunda GIZ – Deutsche Geselschaft für Internationale Zusammenarbeit GmbH finansmanı ile birlikte yapılan  çalışmayı özetlenmiştir. Almanya’daki durumdan da yararlanmak için bu çalışmaya paralel olarak Almanya’dan enerji uzmanı Dr. Kiefer’de benzer çalışmalar yapmıştır. Aşağıda karşılaştırma için söz konusu çalışmaya da değinilmiştir. Bu bina ile ilgili bilgiler Çizelge 1’de verilmiştir.

Çizelge 1. Erdoğan Şahinoğlu İlköğretim Okuluna Ait Bilgiler

Okulda yaklaşık olarak 400 öğrenci, 46 öğretmen, 4 görevli vardır. Ayrıca halk eğitimde 10-15 kişi, Cumartesi günü ise Halk oyunları için 20 kişi bulunmaktadır. Okulda günlük eğitim süreci 9:00-16:00 saatleri arasındadır. 15 Haziran 15 Eylül yaz tatili, 1 Şubat – 15 Şubat sömestri tatili söz konusudur.

Performans Hedefleri

Mevcut okul binalarının performansın artırılması kapsamında aşağıdaki hususların sağlanması hedeflenir:

Deprem Yönetmeliği gereklilikleri (dayanıklılık, gazın kesilmesi vb.),

Yangın Yönetmeliği gereklilikleri (yangın algılama, kaçış, söndürme sistemi, yanıcılığı düşük malzeme kullanımı, kaçak akım rölesi, topraklama vb.),

Elektrik İç Tesisat Yönetmeliği gereklilikler (kablolar, panolar vb.),

Binalarda Enerji Performans Yönetmeliği gereklilikleri,

Termal konfor (ısıtmada 21-22 C, varsa soğutmada 25-26 C),

Aydınlatma konforu (sınıflarda 300 lüx, parlama sorunları vb.),

İç hava kalitesi (düşük hava kalitesi sağlık sorunları ve öğrenme güçlüğü gibi olumsuzluklara sebep oluyor, en az öğrenci başına 20 m3/h taze hava gerekli),

Gürültünün düşük olması,

Hijyen (fotoselli batarya, pisuvar ve hela yıkayıcılar kullanımı),

Engelli insanların ihtiyaçlarının karşılanması.

Zorunlu hususların yerine geitirilmesi kaydı ile daha az enerji ve su tüketimi de hedeflenir. Bunun sağlanmasında kullanılacak sistemlerin bir kısmı iklime bağlı olarak değişir. Örneğin Ankara, Erzurum gibi soğuk iklimlerde okulların yazın tatil olması nedeniyle soğutmaya ihtiyaç duyulmaz. Samsun, Zonguldak gibi ılıman iklimlerde soğutma gölgeleme ve/veya doğal havalandırma gibi basit önlemlerle soğutma ihtiyacı karşılanabilir. İzmir, Antalya, Gaziantep gibi sıcak iklimlerde soğutma sistemi kurulması gerekir. Okullarda havalandırma yapılması bir zorunluluktur. Bu sistemlerin tasarım  ve seçiminde de dış iklimsel şartlar dikkate alınır. Isıtma, soğutma, havalandırma sistemlerinin kapasiteleri konfor koşullarını sağlayacak nitelikte ve verimli olmalıdır. Örneğin ısıtma sistemlerini kısmak, tamamen kapatmak (konfor sıcaklığını düşürmek) verimlilik değildir, verimlilik konforun sağlanması şartı ile olabilecek bir şeydir. İyileştirme yapılırken kurulacak sistemlerin ilk yatırım maliyetleri de dikkate alınmalıdır. Ancak bu gibi yenilemelerde 3-5 yıllık geri dönüş süreleri beklenmemelidir. Bu süreler genellikle 10 yılın üstündedir. Dolayısıyla yenilemelerde düşük maliyet tek kriter olamaz. Ayrıca sınıflara ısı geri kazanımlı havalandırma ünitesi ve binadaki ısıtma tesisatı işletmede bakım konusunu (filtre değişimi, arıza, kazan bakımı vb.) gündeme getirir.

Yukarıda açıklanan yönetmeliklerin gerekliliklerinin yerine getirilmesinin yanısıra enerji verimliliği, hijyen, sağlık çerçevesinde aşağıdakilerin yapılması uygun olacaktır.

Bina dış cephelerinde, kolon ve kirişlerde dahil olmak üzere 10 cm taş yünü (+file+sıva) ısı yalıtımı yapılması,

Çatı arasının 16 cm ısı yalıtılması (bina çatısının kullanılabileceği değerlendirilmiştir),

Toprak temaslı bodrum duvarlarının dıştan en az 6cm XPS ısı yalıtımı yapılması (zeminde döşemenin yükselmesi nedeniyle ısı yalıtımı yapılmayabilir),

Tüm pencerelerin güneş kontrollü düşük ısı transfer katsayısına sahip camlarla (örneğin ISICAM KONFOR veya benzeri) değiştirilmesi, doğramaların ısı yalıtım özelliğinin olması,

Dış kapıların ısı yalıtım özelliğinde cam ve doğramalar (yangın nedeniyle alüminyum olması gerekir) ile değiştirilmesi,

Radyatör sistemine termostat ve kombine kontrol vanaları takılması,

Kazanın yoğuşmalı kazan ile değiştirilmesi ve dış hava kompanzasyonu yapılması,

Kontrol vanaları, kazan kontrolü vb. için bir kontrol paneli kullanılması,

Açık genleşme depolarının iptal edilerek kapalı genleşme deposuna geçilmesi,

Pompaların frekans invertörlü olarak yenilenmesi,

Kazan dairesi borulamalarının ve izolasyonlarının  yenilenmesi,

Aydınlatma armatürlerinin ve balastlarının yenilenmesi,

Sınıflarda  ısı geri kazanım cihazları ile havalandırma yapılması,

Çatıya 20 kW solar PV panel konulması,

İşletmenin sağlıklı yapılabilmesi için teknik personel ve servis hizmetleri sorunlarının çözülmesi vb.

Su tüketiminin azaltılması ve hijyenin artırılması için lavabo bataryalarının ve fotoselli bataryalar ile değiştirilmesi, alaturka hela temizleme vanalarının fotoselli pisıvar muslukları ile değiştirilmesi.

Bina Enerji Performansı

Binaların enerji performansının belirlenmesinin yolu “enerji modellemedir”. EDSL TAS, Energy Plus, Design Builder, CARRIER HAP, EnerCalc (DIN 18599 based) gibi uluslararası laboratuvarlar ve kurumlar tarafından onaylanmış herhangi bir simülasyon programı bu amaçla kullanılabilir. Burada önemli olan “sınır şartlarının” ve bina bilgilerinin programlara doğru girilmesidir. BEP-tr yazılımı sonuçlari güvenilir olmadığı için böylesi çalışmalarda kullanılamayacağı değerlendirilmektedir.

Commissioning ve Retro Commissioning Çalışmaları Yapılması

Mevcut durum ve eğer yenileme yapılırsa yeni durum için Commissioning (Test, Ayar, Dengeleme) çalışması ile işletme personelinin eğitimi gibi çalışmaların yapılması işletmede enerji verimliliğinin artırılmasına katkı sağlayacaktır.

Sınıflarda Havalandırma Yapılması

Öğrenme performansının artırılması ve sağlık açısından sınıflarda havalandırma yapılması önemlidir. Bu nedenle buradaki enerji modelleme çalışmalarında havalandırma yapılacağı dikkate alınmıştır. Isı geri kazanımlı avalandırma sistemleri konfigürasyonu bütçe ve iklime bağlı olarak değişebilir (ısıtma serpantinli, soğutma serpantinli, serpantinsiz vb.). ,,.

Sınıflarda Soğutma Sistemi Yapılması

Antalya gibi sıcak iklimlerde okulların açık olduğu dönemlerde soğutma yükleri çıkmaktadır. Bu nedenle 1. iklim bölgesi ile 2. İklim bölgesinin bazı bölgelerinde (yapılacak simülasyon sonuçlarına göre) bütçe ve işletme olanakları ölçüsünde soğutma sistemleri yapılması uygun olacaktır. Ankara gibi iklim bölgelerinde de yararlı olur, ancak pahalı olacağı

için gölgeleme gibi önlemlerle bahar ayları geçiştirilebilir.

KONFOR GEREKSİNİMİ VE BİNANIN ENERJİ TÜKETİMİ

Binalarda enerji verimliliği çalışmaları konforun bozulmaması kaydı ile yapılır. Sistemleri kapatarak veya konfor sıcaklıklarını düşürerek konfor sağlanamaz. Çoğu binada olduğu üzere okul binalarında da konfor aşağıdakilerden oluşmaktadır.

Termal Konfor

İç Hava kalitesi

Gürültü

Can güvenliği (yangın, deprem)

Aydınlatma

Gürültü vb.

İç çevre kalitesinin artmasının; iş verimliliğinin artması, kullanıcı memnuniyeti ve sağlıklı ortamlar gibi yararları vardır. Şekil 1’de, iç ve dış sıcaklığa bağlı olarak ASHRAE konfor grafiği görülmektedir. Görüldüğü üzere, insan sağlığı ve üretkenlik için en uygun sıcaklık kşın 20 - 22ºC, yazın 24-26 civarındadır. (Parasal tasarruf amacıyla sistemlerin kapatılması veya kısıntıya gidilmesi enerji tasarrufu olarak değerlendirilmez). Bu binadaki enerji modellemede ve geri dönüş süreleri hesaplarında uygun iç sıcaklık koşullarının sağlandığı kabul edilmiştir.

Şekil 1. ASHRAE Konfor Grafiği.

Konfor açısından önemli kriterlerden birisi de yukarıda açıklandığı üzere iç hava kalitesi ve dolayısıyla havalandırmadır.. Her binada olduğu üzere okullarda da diğer bir konfor kriteri de gürültüdür. Bu konuda standartlar esas alınır, ancak sınıflarda cihaz veya çevre kaynaklı gürültü seviyesi 37 dB’yi geçmemesi sağlanmalıdır.

Bina Enerji Performans Yönetmeliği

Bu binanın enerji performansı (enerji, su verimliliği, ulaşım, konfor, çevresel etkiler vb.) göreceli bir kavramdır ve aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir.

Yönetmelik ve standartlara göre minimum kabul edilebilir performans,

Yönetmelik ve standartlara göre iyi bir performans,

Yönetmelik ve standartlara göre en iyi performans.

Türkiye Binalarda Enerji Performans (BEP) Yönetmeliği’nde enerji performans sınıflandırmaları Çizelge 2’de, bina enerji sınıfları Çizelge 3’de verilmiştir.

Çizelge 2. Birincil Enerjiye Göre Referans Gösterge (RG) Değerleri.

RG’nin tanımı EN standartlarında ve Binalarda Enerji Performans Yönetmeliğinde bina enerji sınıfını tanımlamak üzere oluşturulan referans değerlerdir. İnceleme konusu bina bu değerlere göre ne düzeyde enerji tüketiyorsa Çizelge 3’deki gibi bina enerji sınıfına girebilmektedir.

Çizelge 3. BEP Yönetmeliğine Göre Bina Enerji Sınıfları.

Gerekli veriler bulunuyor ise bir binanın enerji performansı yukarıdaki değerlere göre belirlenebilir.

Bu Okulun Elektrik Gaz ve Su Tüketimi

Binanın tüketimleri İdareden talep edilmiştir. Ancak kWh olarak herhangi bir bilgi edinilememiştir. Sadece Çizelge 4’deki parasal değerler elde edilebilmiştir. Bu parasal değerleri elektrik tüketimine çevirirken okullara satılan yaklaşık maliyet esas alınmıştır. (İşin doğrusu enerji kWh değerleri ile suyun m3 miktarlarının da bilinmesi sağlıklı olurdu ancak bu bilgiler elde edilememiştir).

Çizelge 4. Bu  Okulun Elektrik Tüketimi (TL olarak ve hesapla kWh).

Çizelge 5. Bu Okulun Doğalgaz Tüketimi (TL ve hesapla kWh).

1m3 doğalgaz=10,76 kWh

Yukarıdaki değerler gerçek tüketimleri yansıtmamaktadır. (Örneğin yazın okul tatil olmasına rağmen tüketim varmış gibi gözüküyor ki, bunun doğru olmadığını biliyoruz. Bunun sebebi sayacın kartlı olması ve farklı dönemlerde doğalgaz satın alınmış olmasıdır. Bu sebeple gerçek aylık bir dağılım grafiği oluşturmak mümkün olamamıştır. Yukarıda “ortalama” olarak işaretlenen kısım diğer sütunların ortalaması şeklinde oluşturulmuştur. Binanın spesifik primer tüketimleri Çizelge 6’da verilmiştir.

Çizelge 6. Bu Okulun Tüketimlerine Göre Spesifik Enerji Tüketimi Hesabı.

Buna göre binada spesifik doğalgaz tüketimi 54,2 kWh/m2.yıl, elektrik spesifik tüketimi ise 14,2 kWh/m2.yıl’dır. Bu değerler böyle bir bina için çok düşüktür. Öte yandan Çizelge 2.2’de, görüldüğü üzere okullarda gösterge spesifik primer enerji tüketimi 300 kWh/m2.yıl’dır. Primer enerjiye dönüşüm katsayıları dikkate alındığında, bu binanın spesifik primer enerji tüketimi (45,4/0,85+11,9/0,30=) 93 kWh/m2.yıl olarak hesaplanır. Gösterge değerine göre katsayı (93/300=) 0,30 olmaktadır. Buna göre binanın enerji performansı çok iyi gibi gözükmektedir. Ancak bu mümkün değildir ve açıklaması aşağıda verilmiştir.

Yukarıda açıklandığı üzere enerji verimliliğinde ön şart, konforun sağlanmış olmasıdır. Bu olmadan yapılan enerji tasarrufu ile değerlendirme yapılamaz. (ASHRAE’de ısıtmada maksimum 150 saat-7 gün-, soğutmada 150 saat-7 gün- konforun sağlanmaması kabul edilmektedir). Binadaki enerji maliyetlerinin düşük olması binada tüketilen doğalgaz ile konforun sağlanamadığını göstermektedir. Bu bağlamda 28.03.2017 tarihinde (mevsim geçişi) kazan akşamdan 70ºC’de yaktırılmıştır. Sabah gelindiğinde mahal sıcaklıklarının 21-23ºC civarında ölçülmüştür. Duvar ve pencere iç yüzey sıcaklıkları termal kamera çekimlerinde görüldüğü üzere 16-20ºC civarında ölçülmüştür. Öğretmenler ve öğrencilerle yapılan görüşmelerde genelde sınıfların soğuk olduğu bilgisi alınmıştır.

Referans değeri olarak verilen Çizelge 4 ve Çizelge 5’de verilen toplam primer enerji tüketiminin içerisinde soğutma, havalandırma ve sıcak su tüketimi de vardır. Halbuki bu binada bu tüketim cinsleri bulunmamaktadır.

Sonuç olarak; burada mevcut doğalgaz tüketimleri değerlendirme kriteri olarak alınamamıştır. Bunun yerine güvenirliliği dünyada kanıtlanmış enerji modelleme programları kullanılmıştır.

Bu okulun yıllık su tüketimi Çizelge 7’de verilmiştir.

Çizelge 8’deki tüketimler WC’lerde, lavabolarda, temizlikte vb. kullanılmaktadır. Duş, mutfak gibi su tüketimi alanları bulunmamaktadır. Burada yıllık bazda kişi başına yaklaşık olarak (4045 m3/yıl*1000 lt/m3/450 kişi=) 8990 litre/kişi.yıl su tüketimi görülmektedir. Okulun yılda 200 gün civarında açık kaldığı kabul edilir ise günlük kişi başına su tüketimi (8990/200=) 45 litre/gün olmaktadır. Literatürde okullar için günlük ortalama su tüketimi öğrencilerin seviyesine bağlı olarak 20-45 litre/kişi.gün civarında verilmektedir. Bu nedenle bu okulda gerçekleşen tüketim değerlerinin literatüre uygun olduğu değerlendirilmiştir. Öte yandan yeni sıhhi tesisat teknolojileri kullanılarak ve ayrıca öğrencilere eğitim verilerek su tüketimi elbette azaltılabilir. Örneğin bataryaların ayarlı fotoselli yapılması, alaturka bas vanalarının da fotoselli yapılması durumunda, hem hijyen artar hem de %30-40 civarında su tasarrufu sağlanabilir. Buradaki yıllık tasarruf miktarı 6000 TL civarında olacaktır.

        Çizelge 7. Bu Okulun Su Tüketimi.

BİNA ENERJİ MODELLEMESİ

Genel

Binalarda sağlıklı bir enerji analizinin yapılabilmesi için mutlaka enerji simülasyon olanaklarından yararlanılması gerekir. Geri dönüş süreleri, konforun sağlanıp sağlanmadığının kontrolü vb. enerji simülasyonu olmadan yapılamaz. Onaylı simülasyon programlarının sonuçları arasında ciddi farklar bulunmamaktadır. Örneğin aşağıda görüleceği üzere Dr. Kiefer tarafından yapılan simülasyon sonuçları ile bu çalışmadan elde edilen sonuçlar, yaklaşık aynı sınır şartları kullanıldığında benzer sonuçlar göstermektedir. Bu gibi çalışmalarda  EDSL TAS, Energy Plus (ASHRAE based), Design Builder (ASHRAE based),CARRIER HAP (ASHRAE based), EnerCalc (DIN 18599 based) gibi onaylanmış herhangi bir program kullanılabilir. Burada önemli olan gerçek kullanımı ve yenilemede hedeflenen performansı temsil edebilecek “boundary conditions- sınır şartlarının” programlara doğru biçimde girilmesidir. Yeni binalarda ve mevcut binalarda enerji performansının tahmini ve kontrol edilmesinde en büyük yardımcı araç bina enerji simülasyon programlarımdır. Bu programlar ile;

Yeni binalar konforlu ve enerji verimli biçimde tasarlanabilir,

Mevcut binaların enerji tüketimlerinin kontrolünde benchmark oluşturulabilir,

Mevcut binalarda yapılması önerilen retrofit ve enerji verimliliğini artırıcı öneriler ile birlikte binanın yıllık enerji tüketimi hesaplanarak, önerilecek sistemin ne kadar yarar sağladığı ortaya konulabilir.

Bilgisayar simülasyon programları, yeni bina tasarımı, mevcut binaların renovasyonu esnasında binaların enerji performanslarının ortaya konulmasında olmazsa olmaz araçlarındandır. Enerji simülasyonu işi tasarım aşamasında bir danışmanlık maliyeti getirse de binanın yıllık enerji tüketiminin optimize edilebilmesi ve konfor performansının tasarım aşamasında çözümlenmesi mümkün olabilmektedir. Simülasyon programlarının genel veri akışı Şekil 2’de gösterilmiştir. Bina geometrisi, hava durumu, bina makina sistemleri, bina yükleri, bina işletim stratejileri ve diğer birtakım simülasyon parametrelerinin simülasyon motorunda işlemden geçirilmesi ile gerek duyulan sonuçlar elde edilir. 

Şekil 2. Bina Enerji Simülasyonu Programlarının Genel Yapısı.

Tasarım geliştikçe bina sistemleri daha detaylı şekilde tanımlanır. Bu aşamada makina sistemlerinin boyutlandırılması, taşıyıcı sistemin hesaplanması yapılır. Bu şekilde yapılan detaylandırma için geniş teknik bilgiye ihtiyaç vardır. BIM uygulamaları, klasik analiz metotlarına oranla bilgi girimini kolaylaştırır ve daha kısa süre içinde analiz sonuçlarını oluşturabilir. Bina analiz programları bina geometrisi, kullanılan malzeme özellikleri ve yükler hakkındaki bilginin ön işlemlerden geçirilmesini gerektirmektedir.

Simülasyon programına bina mimarisi, dış hava verileri, iç iklimse koşullar, çalışma saatleri, zonlar, cam cephe, duvar, tavan, taban U değerleri, aydınlatmadan ısı kazançları, insanlardan ısı kazançları, kazan, teknik özellikleri, varsa diğer HVAC sistemleri veri olarak girilir. Yeni veya mevcut bir binada, iç mahal konforunu sağlamak, ekipman boyutlandırması yapmak, ve enerji talebini belirlemek için bina simülasyonu, meslek adamlarının değişik ısıtma/sooğutma alternatiflerini karşılaştırma olanağı veren ve değişik cephe tasarımı yapmaya olanak sağlayan tam bir süreçtir.

Bu Okulun Enerji Modellemesi

u okulun mevcut durumu için ve olası iyileştirmeler için Carrier HAP programı enerji simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Yapılan simülasyonlara ilişkin dokümanlar elektronik klasör olarak ekte verilmiştir. Şekil 3’de bu okulun mimari modeli görülmektedir.

Şekil 3. Okul Binasının EDSL TAS Mimari Mimari Modeli.

Bu çalışmada ve Almanya’da Dr. Kiefer tarafından yapılan çalışmada kullanılan sınır şartları Çizelge 4’de verilmiştir.

Çizelge 4-1a. Bu Okulun Mevcut Durumu İçin Sınır Şartları (Boundary Conditions).

Çizelge 4-1b. Bu Okulun İyileştirilmiş Durumu İçin Sınır Şartları (Boundary Conditions).

Mevcut Durum İçin Simülasyon Sonuçları

Mevcut durumun simülasyon sonuçları Çizelge 8’de verilmiştir.

                   Çizelge 9. Simülasyon Neticesinde Mevcut Durumda Aylık Elektrik

                   Ve Doğalgaz Tüketim Sonuçları.

İyileştirilmiş Duruma Ait Simülasyon Sonuçları

Tarafımıza iyileştirme seçeneklerinin üç paket halinde düzenlenebileceği değerlendirilmiş ve simülasyon sonuçları bu şekilde elde edilmiştir. Bu senekler aşağıda verildiği şekildedir.

PAKET 1: Çatı arasının cam yünü şilte izolasyonu + aydınlatma sisteminin yenilenmesi.

PAKET 2: Tüm binanın ısıl mantolamasının yapılması (duvarlar, çatı, camlar dahil) + aydınlatma sisteminin yenilenmesi.

PAKET 3: Tüm binanın ısıl mantolamasının yapılması (duvarlar, çatı, camlar dahil) + aydınlatma sisteminin yenilenmesi + ısıtma sisteminin yenilenmesi.

                     Çizelge 9. PAKET 3 Aylık ve Yıllık Elektrik Ve Doğalgaz Tüketim

                      Simülasyon Sonuçları.

Burada aydınlatma fizibilitesi ayrıca hesaplanmış olup Çizelge 10’da gösterilmiştir. Simülasyon programına bu değerler tutturulacak şekilde veri girişi yapılmıştır.

 Çizelge 10. Aydınlatma Sisteminin Fizibilitesi.

Yukarıda görüldüğü üzere 30W LED esaslı aydınlatma önerilmiş olup, geri dönüş süresi 13 yıl civarındadır. Burada mahallerde standartların gerektirdiği aydınlık seviyelerinin sağlandığı kabul edilmiştir.

Enerji Simülasyon Sonuçlarının İcmali

Çizelge 11’de CARRIER HAP modelleme programı ile elde edilen yıllık tüketimlerin icmali verilmiştir.

  Çizelge 11-a. Carrier HAP İle Hesaplanan Yıllık Tüketim İcmal Tablosu.

              Çizelge 11-b. Carrier HAP İle Hesaplanan Yıllık Tasarruf Tablosu.

Bu çalışma ve Dr. Kiefer’in Sonuçlarının Karşılaştırılması

Bu çalışma ve Dr. Kiefer’in simulasyon çalışmalarının sonuçları Çizelge 12’de özetlenmiştir. Her iki çalışmada da binada havalandırma yapıldığı kabul edilmiştir.

Çizelge 12. Bu Çalışma ve Dr. Kiefer’in Çalışması İçin Spesifik Enerji Tüketimi:

Görüldüğü üzere bu çalışmanın sonuçları ile Dr. Kiefer’in çalışmasının sonuçlarının arasında büyük bir fark bulunmamaktadır. Var olan farklar yukarıda, sınır şartları tablosundaki farklardan kaynaklanmaktadır.

Farklı İklim Bölgeleri İçin Simülasyon Sonuçları

Bu  da eğer bu bina farklı iklim bölgelerinde yapılmış olsaydı tüketimler nasıl olurdu sorusuna cevap aranmıştır. Bu amaçla Ankara’nın yanında Bursa, Antalya, Erzurum ve Samsun dış hava verileri kullanılarak;

a) mevcut durum,

b) önerilen tüm iyileştirmelerin yapıldığı durum,

için simülasyonlar yapılmıştır.

Şekil 5’de TSE 825’de verilen Türkiye iklim bölgeleri haritası görülmektedir. Bu şehirler bu iklim bölgelerini temsil edecek şekilde seçilmiştir.

Şekil 5. Türkiye İklim Bölgeleri Haritası.

Farklı iklim bölgeleri için toplam enerji tüketimlerinin icmali Çizelge 13’de verilmiştir.

Çizelge 13. Farklı İller İçin CARRIER HAP Yıllık Tüketim Sonuçları.

Simülasyon programı sonuçlarından görüldüğü üzere ısıtma ağırlıklı iller olan Erzurum ve Ankara’da iyileştirmelerin etkisi daha fazladır. Sıcak iklim bölgesinde bulunan Antalya’da ise ısıtma ağırlıklı iyileştirmelerin etkisi en azdır. Ancak binada soğutma sistemi de dikkate alınmış olsaydı, iyileştirmenin etkisi burada da fazla olurdu. Ilıman iklim bölgeleri olarak kabul edilebilecek Bursa ve Samsun’da da ısıtma ağırlıklı iyileştirmelerin etkisi düşüktür.

BİNA CEPHELERİ (BİNA KABUĞU)

Genel

inalarda duvarlar, tavan ve döşemedeki yalıtım yeterli olmadığı durumlarda ve cam cephelerde kışın cephe iç yüzey sıcaklıklarının düşük kalmasına sebep olmaktadır. Bu durum mahal ortalama radyant sıcaklığın (hissedilen sıcaklık) düşmesine ve konforsuzluğa sebep olmaktadır. Konforsuzluk hissedildiğinde ilk yapılan işlem termostat sıcaklık değerinin yükseltilmesi olmaktadır. Yazın ise güneş radyasyonu sebebiyle dış cepheler ısınır ise bu kez de hissedilen sıcaklık yükselmekte ve mahalde bulunanlar termostat sıcaklığını düşürmektedir. Bu durum ise enerji kaybı oluşmaktadır. Örneğin Ankara şartlarında ısıtmada iç sıcaklık set değeri 1ºC artırıldığında o mahal işin enerji tüketiminin %6 artmasına sebep olmaktadır. Bu nedenle set değerlerinin 21-22ºC gibi sınırlanması ve ısı yalıtımı yapılması uygun olur. Set değerlerinin sınırlanması radyatörlerin üzerindeki termostatik vanalar ile, fan coil termostatları ile yapılabilir. Çizelge 14’de TS 825 Isı Yalıtım Standardında Ankara (3. Bölge) için öngürlen maksimum ısı transfer katsayıları verilmiştir.

Çizelge 14. TS 825’de Bölgelere Göre Müsaade Edilebilir Maksimum Isı Transfer Katsayıları.

Burada,

U_D : Dış duvar toplam ısı geçiş katsayısı,

U_T : Tavan toplam ısı geçiş katsayısı,

U_t : Döşeme toplam ısı geçiş katsayısı,

U_p : Pencere toplam ısı geçiş katsayısıdır.

Mevcut Bina Cephesi Termal Kamera Çekimleri

termal Kamera ile binanın dış yüzeyinde yapılan çekimler bize ısı kaçaklarını görme kolaylığı sağlamaktadır. Bina cephesi arada 2 cm yalıtım olan sandviç tuğla duvar, beton duvar, ısı camlı ve bodrumda tek camlı pencerelerden oluşmaktadır. Çekimleri Çekimlerin sağlıklı olabilmesi için kazan akşamdan 70ºC’de su sıcaklığı olacak şekilde çalışır vaziyette bırakılmıştır. Çekimler 28/03/2017 sabahı güneş binayı etkilemeden yapılmıştır. Yapılan çekimlerden bazı örnekler aşağıdaki resimlerde görülmektedir. Yapılan çekimlerin tümü eklerde verilmiştir. Termal kamera çekimlerinin yapıldığı sıcaklıklar; dış ortam sıcaklığı Tdış = 3ºC, iç ortam sıcaklığı Tdış = 21-22ºC şeklindedir.

Şekil 6-a. Dıştan Termal Kamera Çekimlerinden Örnekler.

Resimlerde görüldüğü üzere tuğla duvar olan kısımlarda yüzey sıcaklıkları daha düşüktür. Bunu pencere camları izlemektedir. Pencere doğramalarında infiltrasyon kaçakları görülmektedir ve bu durum bazı pencerelerde bariz durumdadır. Ayrıca ısı doğramalarda kayıpları camlara göre daha yüksektir. Cephede ısı kayıplarının daha olduğu kısımlar kat betonları ve kolonların olduğu bölgelerdir. Bodrum kat pencerelerinde ve demir doğramalı kapılarda tek cam bulunmaktadır. Buralardaki ısı kayıpları en fazladır. Bina içinden yapılan çekimler ve kısa bir değerlendirme aşağıda verilmiştir.

Şekil 6-b. İçeriden Termal Kamera Çekimlerinden Örnekler.

İçten çekimlerde de dıştan çekimlerdeki duruma benzer sonuçlar görülmektedir. Buna karşın iç yüzey sıcaklıkları düşük olduğunda (iç sıcaklık yüksek olsa bile) insanlar ortamı konforsuz ve düşük sıcaklıkta hissetmektedir. Bu durum ortalama radyant sıcaklığın iç sıcaklık olan 21-22ºC’nin altında olmasından kaynaklanmaktadır. Bu durumda ise ya kalın giysiler giyilmek durumundadır ya da termostat set değerlerini 24-25ºC gibi yüksek değerlere getirmek gerekmektedir. Kaldıki bu binada radyatörlerde termostat yoktur. Ayrıca kazan sabah saat 8:00 gibi yakılıp 16:00 gibi kapatılmaktadır (çok soğuk Ocak ve Şubat aylarında gece 40ºC civarında kapatılmadan bırakıldığı ifade edilmiştir, ki bu uygulamanın tüm ısıtma sezonunda yapılması uygun olur. Daha iyisi ise bina yalıtımı ile birlikte otomatik kontrol ile birlikte kazan için yanma kontrol programı da ayarlanabilir).

Mevcut Durumda Binanın Cephe Enerji Performansı

Pencere doğramaları PVC, tek odacıklı, camlar 4+12+4 ısıcamdır. Bodrum katta tek camlı pencereler bulunmaktadır. Koridor başlarındaki kapılar tek cam demir doğramadır. Ana giriş kapısı rüzgarlıklı dışta PVC ısı cam içeride tekcam+demir doğrama şeklindedir. Duvarlar; a) 3 cm sıva+8,5 cm delikli tuğla+2 cm strafor+19cm delikli tuğla+3 cm sıva, b) kolon ve tabliye betonlarının olduğu bölgeler ise beton+3cm sıva şeklindedir. Çatı arasında 5 cm serme şilte cam yünü yalıtım bulunmaktadır ama kalınlık homojen değildir. Bodrum katta toprağa basan yerlerde izolasyon bulunmamaktadır.

Hesaplanan ısı transfer katsayıları aşğıdaki gibidir.

Dış duvarlar U,dd =1,06 W/m2K, toprak temaslı dış duvarlar U,ttdd =3,47 W/m2K, tavan U,tavan=0,75 W/m2K , toprak temaslı taban U,taban=2,21 W/m2K, çift camlı pencereler U,penc=3,2 W/m2K, dış kapılar U,dk=3,50 W/m2K

Önerilen İyileştirmeler Sonucu İyileştirilmiş Bina Cephe Enerji Performansı

İyileştirmede hedeflenen ısı transfer katsayıları aşğıdaki gibidir.

Dış duvarlar U,dd =0,36 W/m2K, toprak temaslı dış duvarlar U,ttdd =0,39 W/m2K, tavan U,tavan=0,25 W/m2K , toprak temaslı taban U,taban=0,36 W/m2K, çift camlı pencereler U,penc=1,80 W/m2K, dış kapılar U,dk=2,50 W/m2K

Değişik İklim Bölgeleri İçin Bina Kabuğu Isıl Performans Önerisi

TS825 standardına göre yapılan binaların cephe performansı, Almanya’daki standartlar ile karşılaştırıldığında oldukça düşüktür. Ayrıca bu standart ile Türkiye’de C sınıfı bir bina elde edilebilmektedir. Daha yüksek enerji verimliliğine sahip bina elde edebilmek için Çizelge 15’de gösterilen U değerlerinin kullanılması uygun olacaktır.

Çizelge 15. Enerji Verimliliği Çalışmaları İçin Önerilen Cephe U değerleri.

Burada,

U_D: Dış duvar toplam ısı geçiş katsayısı,

U_T: Tavan toplam ısı geçiş katsayısı,

U_t: Döşeme toplam ısı geçiş katsayısı,

U_p : Pencere toplam ısı geçiş katsayısıdır.

Camlarda gölgeleme katsayısı SC<0,4 hedeflenmelidir. Ayrıca parlama vb. önlemek için olabilirse dış gölgeleme elemanları kullanılması, bu yapılamaz ise içte perdeler kullanılması gerekir.

Çizelge 15’deki değerler TS825 standardı değerlerinin yaklaşık yarısı kadardır. Bir başka ifade ile enerji etüt çalışmaları kapsamında iyileştirilmiş durum için (Bölgelere göre) TS825’deki değerlerin yarısına denk gelen yalıtım kalınlıklarının esas alınması uygun olacaktır.

MEKANİK TESİSAT SİSTEMLERİ

Isıtma Tesisatı

Binada mekanik tesisat olarak ısıtma tesisatı, yangın tesisatı, sıhhi tesisat bulunmaktadır. Soğutma ve havalandırma tesisatları bulunmamaktadır. Toplantı salonunda 1 adet split klima bulunmaktadır. Bu bölümde tesisat sistemlerinin mevcut durumu, ölçümler ile değerlendirmeler verilmiştir. Burada önerilen iyileştirme seçeneklerine ilişkin maliyet analizleri, Geri Ödeme Süreleri ve değerlendirmeler 9. Bölümde verilmiştir. İyileştirme önerilerine geçilmeden önce sistemlerin genel durumu incelenmiştir.

Isıtma Tesisatı

Binada kazan ve radyatör sisteminden oluşan ısıtma tesisatı bulunmaktadır. Kazan 2005 imalatı 485 kW kapasitede standart kazandır. Brülör on/off çalışmaktadır. Binalarda Enerji Performansı (BEP) Yönetmeliğine göre bu kapasitede oransal olması gerekiyor. (600 kW ve ustu zorunlu- anacak yeni brülörlerin tamamı küçükler dahil oransal) ancak elbette eski bir kazan sistemi olduğu için böyle değildir. Isıtma sistemi açık genleşme depoludur. Bu durum enerji kayıplarına ve sisteme oksijen girerek korozyona sebep olmaktadır. Bu nedenle günümüzde artık açık genleşme depoları kullanılmamaktadır. Sistemde otomatik kontrol veya dış hava kompanzasyon sistemi bulunmamaktadır, kazan manual olarak açılıp kapatılmakta ve sadece kazandaki su sıcaklığı ayarlanabilmektedir. Daha önce de açıklandığı üzere kazan 8:00-16.00 çalıştırılmaktadır, çok soğuk havalarda ise kapatılmıyor ve gece 40ºC’de yakılıyor. Radyatörler eski olmasına rağmen sağlam ve dökümdür.

Kazan dairesinden görünüş-1.

Kazan dairesinden görünüş-2.

Çatı arası açık genleşme deposu.

Şekil 7. Bu Okuldaki Mevcut Isıtma Tesisatları.

Havalandırma Tesisatı

Binada havalandırma tesisatı bulunmamaktadır. Aşağıda iç hava kalitesi ölçüm kısmında açıklandığı üzere sınıflarda derslerde yarım saat sonrasına doğru CO₂ ppm değerleri 1800 ppm üzerine çıkmaktadır. Bu değerler dikkate alındığında öğrencilerde algılama ve sağlık problemleri oluşabilmektedir. Bu nedenle simülasyonlar havalandırma varmış gibi gerçekleştirilmiştir.

Yangın Tesisatı

2002 Yılında Türkiye’de Yangından Korunma Yönetmeliği yayınlanmış, zaman içinde de revize edilmiştir. Bu yönetmelik hem yeni binaları ve hem de eski binaları kapsamaktadır ve uyulması zorunludur. Bu binada yönetmelik hükümleri de dikkate alındığında durum aşağıdaki gibidir.

Yangın dolapları ve hortumları eski tiptir, değiştirilmesi gerekir,

Yangın pompası bulunmamaktadır, 1 adet hidrofor ile idare edilmektedir,

Yangın merdiveni, kaçış yolları, depremde gaz kesme vanası konuları eksiktir,

Duman detektörü ve alarm sistemi bulunmamaktadır,

Yangın suyu deposu 16 m³ olup, yangın dolapları için yeterlidir.

Kablolar halojenfree değildir.

Şekil 8. Bu Okuldaki Yangın Dolabı ve Yangın Pompası (uygun değil).

Sıhhi Tesisat

WC’ler 2016 yılında yenilenmiştir. Ancak bataryalar ve alaturka hela küresel vanaları su tasarruflu tipte değildir. Bunlar fotoselli yapıldığı takdirde hem su tasarruf sağlanır hem de hijyen artar.

Şekil 9. Bu Okuldaki Sıhhi Tesisat Sistemleri.

Soğutma Tesisatı

Bu okulda soğutma tesisatı bulunmamaktadır. Simülasyon açıklandığı üzere, öğretim sezonu dikkate alındığında Ankara’da okullarda soğutma sistemi yapılması gerekli değildir. (1. İklim Bölgesi (Antalya) ve 2. İklim Bölgelerinin bazı kısımları (Bursa gibi) gibi sıcak yerlerde ise soğutma sistemi kurulması ihtiyacı ortaya çıkmaktadır. Bu bağlamda 1. İklim bölgesinde soğutma sistemi yapılması, 2. İklim bölgesinde ise yapılacak simülasyon sonuçlarına göre gerekmesi halinde ve bütçe olanakları ölçüsünde soğutma sistemi yapılması uygun olacaktır.. Diğer bölgelerde ise soğutma sistemi yapılmasına gerek olmayacağı değerlendirilmektedir.

Mevcut Mekanik Tesisat Sistemlerinde Performans Ölçümü

Bu kısımda mekanik tesisat sistemlerine ait ölçümler verilmiştir.

Burada kazan dairesi termal kamera çekimleri, kazan ölçümü, aydınlatma sistemi ölçümü, iç hava kalitesi ölçümleri ve elektrik tesisatı ölçümleri yapılmıştır. Bunlara ilişkin değerlendirme aşağıda verilmiştir.

Kazan Ölçümü

Aşağıda gösterildiği üzere kazanda baca gazı ölçümü yapılmıştır. Kazan yanma verimliliği %90 civarındadır. Ancak kazan yüzeylerinden, yalıtımsız vana ve pompalardan olan ısı kayıpları ve açık genleşme deposundaki kayıplar da dikkate alındığında ısıtma sisteminin toplam verimi %80-85 civarında kalmaktadır). Öte yandan binada ısı yalıtımı yapılacaktır. Pencereler değiştirilecektir. Radtatörlere termostatik vana takılacaktır. Bunlar yapıldığı takdirde mevcut durumdaki aynı harcama düzeyi ile binada tam konfor sağlanabilecektir. Radyatörler düşük sıcaklıkta (55 C ve altında) çalıştırılabilecektir. Bu durumda kazanda yoğuşma mümkün olacaktır. Kazan dairesi komple yenilendiği takdirde ısıtma sistemi verimliliği %98 civarına çıkacaktır. Bu ise ısıtmadan yaklaşık %15 civarında tasarruf anlamına gelmektedir. Radyatörlere termostatik vana takılması ve dış hava kompanzasyonu da dikkate alındığında ısıtma sisteminin kendisinden %25 civarında tasarruf sağlanacaktır (bu hesaba bina cephelerinin yalıtımı ve pencere değişiminden elde edilecek tasarruflar dahil değildir). Hem de binada konfor tam olarak sağlanacaktır.

Isıtma Tesisatı Termal Kamera Çekimleri

Kazan, tesisat ve vanaların ısı yalıtımları termal kamera ile görüntülenmiştir. Yapılan çekimlere ait örnekler şekil 10’da verilmiştir. Çekimlerin tamamı ise eklerde verilmiştir. 

Şekil 10. Kazan Dairesi Termal Kamera Görüntüleri.

Yalıtımsız vana ve pompalardan ısı kayıpları (ayrıca pompaların emişinde pislik tutucu, çıkışlarda check valf de yok). Görüldüğü üzere yalıtımsız vanalardan, pompalardan ve kazan yüzeylerinden ısı kayıpları söz konusudur. Diğer yandan Bir adet yalıtımsız vana bağlantısından kaybedilen ısının, aynı çaptaki 2,5 metre boyundaki yalıtımsız borudan kaybolan ısıya eşdeğer olduğu bilinmektedir. Bu sebeple yalıtımsız borular, vanalar, pislik tutucular ve check valflerin yalıtılması enerjinin verimliliği açısından önem arz etmektedir. Kazan dairesindeki yalıtımsız armatür ve sirkülasyon pompalarından ısı kaybı oluşmaktadır. Bunların vana ceketi ile yalıtılması neticesinde tasarruf sağlanacağı aşikardır.

AYDINLATMA VE ELEKTRİK SİSTEMLERİ

Binanın ana elektrik tüketimini gerçekleştiren Aydınlatma sistemi ile elektrik tesisatının ölçüm ve incelemesine ilişkin değerlendirmeler verilmiştir. Eğitim alanlarında kullanılan aydınlatma sistemleri eğitimin kalitesini, kişinin görme konforu ve konsantrasyonunu doğrudan etkileyebilmektedir. Dolayısıyla bu alanlarda uygulanacak aydınlatma sistemlerinin tasarımında ilgili standartların tanımladığı performans ve konfor limitlerinin sağlanması gerekir. Elektrik tüketiminde büyük pay sahibi olan aydınlatma ile ilgili mahallerde lüxmetre ile aydınlık düzeyi ölçümleri alınmıştır. Burada dengesiz bir aydınlatma olduğu ama fazla aydınlatma yapılmış alanlar azınlık teşkil etmektedir. Bina iç mekan aydınlatmasında genel olarak mekanik balastlı floresan lambalar kullanılmaktadır.

Bu çalışmada, yapının EN 12464-1 standardı içerisinde tanımlı olan ortalama aydınlık seviyesi ve renksel geriverim kriterlerine uygunluğu denetlenmiş olup, ek olarak kullanılan malzemelere ilişkin ekonomik ve teknik analizler yapılmıştır. Yapılan ölçümlerde yapı ortak mahalleri,

Aydınlık seviyeleri

Aydınlık düzgünlüğü

Renk sıcaklığı

Renksel geriverim

Armatür tipi ve sistem verimliliği açısından değerlendirilmiştir.

Değerlendirme kapsamında öncelikle kullanım alışkanlıkları ve malzeme özellikleri esas alınarak sistemin mevcut durumu özetlenmiştir.

Şekil 11. Binadaki Çalışır Durumdaki Armatür Sayısı.

EN12464-1 içerisinde sınıflarda aydınlık seviyesi 300 lüx, Kamaşma (UGR) değeri 19 ve renksel geriverim (Ra) 80 civarındadır. Buna karşın mevcutta kullanılan armatürlerin CRI (Renksel Geriverim), CCT (Renk Sıcaklığı) değerleri de ölçülmüş olup Çizelge 16’da verilmiştir.

Çizelge 16. Kullanılan Işık Kaynaklarının Renksel Geriverim ve Renk Sıcaklığı Değerleri

Yapının hemen hemen her mahallinde kullanılan 36 W Floresan tüp armatürlerin, kullanıldıkları mahale göre renksel geriverim değerleri standartların çok altındadır. Mevcut durumda aydınlık seviyesi değerleri çizelge 17’de görülmektedir.

Çizelge 17.a. Sınıf Yatay Aydınlık Seviyesi Değerleri.

Yapıda bulunan sınıf ve koridor mahalleri mimari ve aydınlatma bakımından birbiri ile aynı olduğu için çalışmalar örnek olarak alınan 5A Sınıfı, 5C Sınıfı ve tip koridorda yapılmıştır. Yapılan çalışmalarda sınıflar için hem zemin hem çalışma düzlemlerinde yatay aydınlık seviyeler hem de sınıf tahtası üzerindeki dikey aydınlık seviyeleri incelenmiştir.

Sınıflar: tek cepheden günışığı almaktadır. Saat 15.30 ile 16.10 arasında yapılan çalışmada günışığı potansiyelinin bu mahallerde yüksek olduğu tespit edilmiştir. EN 12464-1 aydınlatma standartlarına göre sınıflarda çalışma düzleminde (sıra üstü) olması gereken aydınlık seviye minimum 300 Lükstür. Bu değer sınıfların kullanım amaçlarına göre artmaktadır. Alanlarda kullanılan yapay aydınlatmanın ortama etkisi çalışma düzlemlerinde ortalama 175 ile 182 Lüks arasında değişmektedir. Doğal aydınlatma potansiyelinin yüksek olduğu takvim ve zaman dilimlerinde her ne kadar aydınlık seviye yüksek olsa da yeterli günışığı katkısının bulunmadığı vakitlerle sadece yapay aydınlatma ile sağlanan değerler standartların oldukça altındadır,

Koridorlar: bu mahallerde kayda değer doğal aydınlatma potansiyeli mevcut değildir. Koridorlarda standartlara göre olması gereken limit değer zemin düzleminde 100 Lükstür. Bu alana yapay aydınlatmanın etkisi sadece 67 Lüks olup, yeterli değildir.

Şekil 12. 5A, 5B, 5C Sınıfları ve Koridor.

Bina içerisinde armatür yapılarının içerisinde en fazla kullanılan ışık kaynağı 36 W T8 Floresan’ dır. Yapı içerisindeki tüm mahallerde düşük verimli, kısa ömürlü ve düşük CRI değerine sahip halofosfor ışık kaynakları kullanılmaktadır. Bu ışık kaynaklarının trifosfor alternatifleri arasındaki kıyaslama tablosu aşağıdaki gibidir. (Yüksek etkinlik faktörü; yüksek verim anlamına gelmektedir). Öte yandan binada kullanılan floresan armatürlerin tümü mekanik balastlıdır.

Mevcut aydınlatma sisteminin durumu ve iyileştirmelerle ilgili özet değerlendirme aşağıda verilmiştir.

Sınıflarda doğal aydınlatma potansiyeli genel olarak yüksektir. Bazı sınıflarda sadece günışığı etkisiyle bile yeterli aydınlık seviye sağlanmaktadır. Fakat doğal aydınlatma potansiyelinin zayıf olduğu takvim ve zaman dilimlerinde aydınlık seviye; hem gündüz çocuk eğitimi hem de akşam eğitimleri için oldukça düşük seviyededir.

Koridorlarda günışığı etkisi yok denecek kadar azdır. Yapay aydınlatma ile sağlanan aydınlık seviye ise, yine standartların çok altındadır.

Yapılan değerlendirmelerde yapı içerisinde kullanılan armatür yapılarının çok düşük verimlilikte olduğu ve ürünün ışık dağılım özellikleri ve projelendirme detayları nedeniyle konforsuz bir aydınlatma yapıldığı görülmüş ve ölçülmüştür.

Mevcut sistem içerisinde kurulu gücün ve tüketimin önemli bir kısmını 1x36W halofosfor floresan bant tipi armatürler oluşturmaktadır. Bu tip armatürler günümüzde; ne performans ne de konfor açısından okul yapılarında kullanılmaya uygun değildir. Bu noktalarda konforlu bir hacim aydınlatması sağlayacak tipte, düşük UGR değerine sahip yayınık ışık dağılımlı armatürler tercih edilmelidir.

Yapının genelinde kullanılan armatürlerin renksel geriverim değeri; 74 olup, kullanıldığı sınıf ve koridor gibi mahaller için uygun değildir.

Yapıların eski olması nedeniyle armatürlerin çok büyük bir kısmında kullanımı regülasyonlar ile sınırlanmış olan elektromanyetik balast devreleri kullanılmaktadır. Oldukça yüksek termal kayıpları olan bu balast devreleri nedeniyle 36 W armatürler yaklaşık; 45 W güç tüketmektedir. Güncel elektronik balastlı devreler için bu değer; 37 W mertebelerindedir.

Yapıda bulunan armatürlerin bazılarının sökülmüş, patlak veya arızalı olduğu tespit edilmiştir.

Yapının bazı odalarında, aydınlatma anahtarlarının üzerinin dikkatsizce boyandığı tespit edilmiştir. Bu alanlarda armatürleri açmak oldukça çaba gerektirmektedir.

36 W T8 bant tipi armatürlerde difüzör veya reflektör yapısı bulunmaması nedeniyle ışık kaynağı açıktadır. Bu da zamanla kirlenen ve temizlenemeyen armatürlerin ışık çıkışlarının büyük oranda azalmasına neden olmaktadır.

Korumasız bir şekilde ışık kaynağının kullanılması aynı zamanda oldukça tehlikelidir. Bu tip ürünlerin kullanıldığı alanlarda; ışık kaynağı, kendisini tutan bir kapağa sahip olmadığı için yerinden düşme veya kırılma durumunda istenmeyen sonuçlar doğurabileceği unutulmamalıdır. Buna ek olarak floresan ışık kaynakları yaklaşık 5 mg cıva içermektedir. Cıva, sahip olduğu buhar basıncı sebebiyle oda sıcaklığında uçucu hale gelir ve hemen cıva buharı oluşturur. Cıva buharının solunum yoluyla yahut deriden geçişi ile insan vücuduna nüfuz etmesi sonucunda merkezi sinir sistemi, akciğerler, böbrekler, deri ve üreme sistemi üzerinde olumsuz etkileri görülebilmektedir.

Yapılması düşünülen revizyon çalışmaları için aydınlatma simülasyonları yapılarak gerekli yeterlilik kriterlerinin sağlandığından emin olunması gerekmektedir. Simülasyon süreçlerinde gerekli minimum ortalama aydınlık seviyelerinin ötesinde, düzgünlük faktörü ve aydınlatmanın yatayda ve dikeyde dağılımları da değerlendirilmeye alınmalıdır.

Tüm alanlar için geçerli olan renksel geriverim değeri (80) ise, günümüzde trifosfor kaplı floresan ışık kaynaklarının veya yüksek CRI (≥80) LED ışık kaynaklarının kullanılması durumunda kolaylıkla yerine getirilebilen bir kriterdir.

UGR konusu ise; hem projelendirmeye hem de kullanılan armatür tipine bağlı bir unsurdur. Dolayısıyla aydınlatma hesaplamaları dahilinde belirli gözlemci noktaları için UGR değerlendirmelerinin de yapılması gerekmektedir.

Genel olarak görsel konfor açısından yapı içerisinde hacim aydınlatması yapılması önerilir. Yanlış bir alışkanlık olarak parabolik reflektörlü ürünlerle yapılan direkt aydınlatma uygulamalarının yerine; yayınık ışıma yapan difüzörlü armatürler veya endirekt ve hem direkt hem de endirekt ışıma yapan armatürlerle genel hacim aydınlatması yapılması önerilmektedir.

Mevcut sistemin revizyon önerileri için 5A Sınıfı aydınlatma simülasyon programı ile birebir modellenmiştir.

Mevcut aydınlatmanın iyileştirilmesi amacıyla 7 farklı alternatif hazırlanmıştır. Mevcut 36 W halofosfor floresan armatürler yerine, yüksek verimli trifosfor kaplı floresan ışık kaynaklarının veya yeni nesil LED ışık kaynaklarının kullanılması önerilmektedir.

Aydınlatma sisteminin yenilenmesinde dikkate alınabilecek alternatifler Çizelge 18’de verilmiştir.

Çizelge 18. Alternatif Çalışmaların Hesap Sonuçları.

Yapılan ölçüm ve değerlendirmeler neticesinde aydınlatma ile ilgili öneriler aşağıdaki gibidir.

Sonuçlardan anlaşılacağı üzere alternatif çalışmalarla mevcut durumun iyileştirilmesi mümkündür.

Genel olarak 35 W ve 49 W floresan armatürlerin reflektörlü ve bant tipi modelleri ile istenen aydınlık değerlere ulaşılmıştır. Fakat reflektörlü yapılar, yansıtıcı yüzeyleri sayesinde yüksek ışık çıkışı sağlasalar da ışık dağılımları nedeniyle eğitim kurumları için çok uygun ürünler değillerdir.

Armatürlerde difüzörlü yapılar ışığı düzgün dağıtmaları nedeniyle tercih edilebilir. Fakat 35 W difüzörlü armatürler, hem ışık çıkışlarının düşük olması itibariyle hem de yapının yüksek tavanlı (3.15 m) ve geniş hacimli olmasından dolayı yeterli aydınlık seviyeyi sağlamaya yetmeyecektir.

49 W difüzörlü armatürler ile yeterli aydınlık seviye sağlanmaktadır. Fakat mevcut sistemdeki 36 W halofosfor floresan armatürler manyetik balastlı olup; 45 W güç tüketmektedirler. Bu ürünlerin 49 W difüzörlü armatürler ile birebir değişiminde, her ne kadar aydınlık seviye standartları sağlansa da revizyon sonucunda; yaklaşık %20 daha fazla enerji tüketileceği dikkate alınmalıdır. (49 W T5 difüzörlü floresan armatürler kayıplar dahil 54 W enerji tüketmektedirler.)

30 W LED armatürler ile yapılan çalışmada; hem ışık dağılımı düzgün hem de aydınlık seviye standartların üzerindedir. LED armatürler trifosfor armatürlere göre daha verimli, daha tasarruflu ve optik performans olarak daha başarılı ürünlerdir.36 W halofosfor floresan armatürler yerine 30 W LED armatürlerin kullanımı ile aydınlık seviye yaklaşık 2 katına çıkarken, aynı zamanda yaklaşık %33 enerji tasarrufu sağlamak mümkündür.

Özellikle bu okul-diğer okullarda ve yeni yapılacak okullarda, dünyada giderek yaygınlaşan; insan odaklı aydınlatma (HCL) kullanılmalıdır. Gün ışığını simule eden, aydınlatma otomasyonuyla hem tasarruf hem de güneşin döngüsünü-konforunu sağlayan “dinamik aydınlatma” sistemleri kullanılmalıdır. Öğrencilerin öğrenmesini, dikkatini, verimliliğini artıran bu yapay günışığı sisteminin faydaları üzerine çok fazla bilimsel çalışma mevcuttur.

Aydınlatma sisteminin yenilenmesi ile elde edilebilecek tasarruf miktarları daha önce verilmişti. Buna göre aydınlatmadaki parasal tasarruf miktarı 8800 TL/yıl, elektrikteki tasarruf oranı ise %45 civarındadır.

OKULLARDA YENİLENEBİLİR ENERJİ KULLANIMI

Bu binadaki enerji tüketimi doğalgaz ve elektriktir. Binanın yapısı da dikkate alındığında uygulanabilecek yenilenebilir enerji teknolojileri solar PV sistemleri (elektrik üretimi) ile solar termal (sıcak su üretimi) sistemlerdir. Solar PV sistemleri ana elektrik barasına elektrik verecektir. İhtiyaç olduğunda binada kullanılacak, ihtiyaç olmadığı durumlarda ise çift yönlü sayaç ile şebekeye satılabilecektir. Uygun zamanlarda ise elektrik sağlayıcı şirket ile mahsuplaşma yapılarak parasal tasarruf sağlanabilecektir. Bu nedenle bu sistemler okulun tatil olduğu dönemlerde de kullanılabilecek ve okula yarar sağlayabilecek bir sistemdir. Solar termal sistemler, PV sistemlerinde olduğu üzere güneş radyasyonunun fazla olduğu dönemlerde en fazla verimli olmaktadır. Ancak okul 15 Haziran 15 Eylül arasında tatil olduğu için ve ayrıca binada sıcak kullanım suyu tesisatı bulunmadığı için bu sistem verimli biçimde kullanılamayacaktır. Doğalgaz dikkate alındığında geri dönüş süresi 25 yılı geçecektir. Bu nedenle bu çalışma solar termal sistem kullanımını uygun bulmamaktadır. Buraya yapılması muhtemel bir yatırımın da solar PV sistemine aktarılması uygun olacaktır. 

Şekil 13. Solar PV Kurulum Örnekleri.

Bu sistemlerde kapasite için temel karar parametreleri;

Yaklaşık olarak 10 m²’ye 1kW PV sistemi kurulabilir.

1 kW PV sistemi kurulum maliyeti menşe, kurulacak yerin durumu, şebeke bağlantısı gibi çok değişik parametrelere bağlı olarak 900 EU/kW – 1100 EU/kW civarında değişmektedir.

Bu binada üretilecek elektriğin şebekeye satılabilir olması gerekmektedir (yukarıda açıklandığı üzere okul yazın tatil olduğu için). Binanın Batı yönüne bakan 200 m²’lik bir çatı alanında 20 Kw,e gücünde bir PV sistemi kurulabilir. Ancak burada ilk yatırım maliyeti nedeniyle binanın nominal tüketim değeri olan yaklaşık 20 kW’lık bir sistem kurulmasının yeterli olacağı değerlendirilmiştir.

Binanın çatısına kurulması önerilen 20 Kw’lık sistem 25000 kWh/yıl civarında elektrik üretmektedir. 2017 yılı itibarıyla devletin PV elektriğini satın alma birim fiyatı 13 USD cet/kWh (0,13 USD/kWh*3,7 TL/USD=) 0,48 TL/kWh’dır. Bu birim fiyat esas alındığında bunun parasal değeri (25300x0,48=) 12144 TL/yıl olmaktadır. Sistemin kurulum maliyeti ise yaklaşık olarak (1000 EU/kW x 20 kW=) 20000 EU veya (20000 EU x 3,9 TL/EU=) 78000 TL+KDV olmaktadır. Geri Ödeme Süresi (GÖS) (78000 TL / 12144 TL/yıl=) 6,4 yıl olarak hesaplanmaktadır. Öte yandan bu sistemlerin binaya entegrasyondaki zorluklardan birisi bürokratik işlemlerdir. Bir başka ifade ile sistemin şebekeye bağlanması için izin alınması süreci çok zahmetlidir. Okullların kendi enerjisini üretebilmeleri ve konforun artırılması için bu sorunların çözülmesi gerekir.

SINIFLARDA HAVALANDIRMA YAPILMASI

İç Hava Kalitesi Ölçümü

28/03/2017 tarihinde bazı sınıflarda yapılan iç hava kalitesi ölçümleri Çizelge 19’da verilmiştir.

Çizelge 19. Bu Okulun Bazı Sınıflarında İç Hava Kalitesi Ölçüm Değerleri.

Not: Bu çizelgede iç sıcaklıkların 20-23ºC olduğu görülmektedir. Ancak bu, binadaki genel kullanımı yansıtmamaktadır. Burada, akşamdan kazan yaktırıldığı için sıcaklıklar normal değerlerdedir.

Çizelge 19’daki ölçüm esnasında sınıfta 20 öğrenci vardır ve CO2 değerleri sarı zeminde işaretlendiği üzere 1800-2200 ppm arasındadır. (ASHRAE’ye göre uygun üst sınır 1000 ppm’dir). Öte yandan bu çizelgede iç sıcaklıkların 20-23ºC olduğu görülmektedir. Ancak bu, binadaki genel kullanımı yansıtmamaktadır. Burada, akşamdan kazan yaktırıldığı için sıcaklıklar normal değerlerdedir.

Havalandırma Standartları

Almanya‘da okullarda İç Hava kalitesi üzerine bir standart bulunmakta ve öğrenci başına 20 m3/h taze hava verilmektedir. Benzer şekilde ASHRAE 62.1 standardında sınıflarda 5 l/s.kişi+0,6 l/s.m2 taze hava verilmesi öngörülmektedir. 40 m2 sınıf ve maksimum 35 öğrenci için bu iki değer 700 m3/h civarında olmaktadır. Türkiye’de zorunlu değildir. Yeni okullarda bu durumun dikkate alındığı bilgisi alınmıştır. Mevcut okullarda da bunun sağlanması hedeflenmektedir. Aşağıda bu konudaki alternatifler incelenmiştir. Türkiye’de sınıflarda hava kirliliği ile ilgili olarak Prof. Dr. Macit Toksoy ve Makine Mühendisleri Odası İzmir Şubesi tarafından bir çalışma yürütülmüş ve sınıflardaki C02 konsantrasyonunun hesaplanması ile ilgili olarak bir software geliştirilmiştir (http://www.iccevrekalitesi.net/ ). Bu software kullanılarak değişik durumlar için sınıftaki CO2 konsantrasyonları hesaplanmış olup aşağıda grafikler halinde verilmiştir.

Durum 1: Sınıfta havalandırma yok,      Durum 2: Sınıfta havalandırma yok,

öğrenci sayısı 10.                        öğrenci  sayısı 25.

Şekil 14. Sınıflarda Havalandırma Olmadığı Durum İçin İç Hava Kalitesi Simülasyonu.

Yukarıdaki grafik de bu durumu temsil edecek değerlere göre yapılmıştır. Burada görüldüğü üzere aynı süre sonunda CO2 seviyesi 2000 ppm civarıbda hesaplanmıştır. Buradan ölçümlerle simülasyon sonuçlarının uyumlu olduğu söylenebilir. İlerleyen derslerde durum sürekli kötüleşmektedir. Aşağıdaki grafikte görüldüğü üzere Öğrenci sayısı 25,30 olduğunda durum çok daha kötü olmaktadır. Simülasyon da sınıflarda havalandırma yapılması gerektiğini göstermektedir. Aşağıdaki grafiklerde değişik öğrenci sayılarında ve Almanya ve ASHRAE’de tanımlanan taze hava debilerindeki CO2 seviyeleri görülmektedir.

Durum 3: Sınıfta 30 öğrenci var, öğrenci başına verilen dış hava

miktarı 20 m3/h (Almanya ve ASHRAE standardı).

Şekil 15. Sınıflarda Havalandırma Olduğu Durum İçin İç Hava Kalitesi Simülasyonu.

Görüldüğü üzere düzenli olarak kişi başına 20 m3/h taze hava verildiğinde sınıfta 30 öğrenci olsa bile sınıf havası temiz olmaktadır. Yukarıdaki simülasyonlar öğrencilerin daha iyi öğrenebilmeleri ve daha sağlıklı olabilmeleri için havalandırma yapılması gereklidir.

Tarafımızca yapılan enerji modelleme çalışmalarında, başından beri, Almanya’da olduğu üzere sınıflarda havalandırma yapılacağı esas alınmıştır. Yaptığımız çalışma; ilk yatırım ve işletme maliyetleri (enerji tüketimi, bakım ve bakım kolaylığı), iklim bölgelerine uyarlanabilirlik,  renovasyonun kolay yapılabilmesi gibi yönlerden nasıl bir havalandırma sistemi seçilebileceğinin araştırılması şeklinde olmuştur.

Sınıflarda Olası Havalandırma Yöntemleri

Okullarda yapılacak havalandırma için teorik olarak kullanılabileceği düşünülebilecek seçenekler (bazıları pratikte uygun olmasa da teorik olarak mümkün olan alternatifler) aşağıda özetlenmiştir.

Doğal Havalandırma

Isı Geri Kazanım Cihazları İle Havalandırma

Egzos Fanı Yardımı İle Havalandırma

Klima Santralı İle Merkezi Havalandırma.

Doğal Havalandırma

orik olarak pencereler ders aralarında açılarak yapılabilecek bir havalandırmadır. Uygun iklimlerde uygulandığında (örneğin TS825’de belirtilen 1. Ve 2. iklim bölgeleri) basit, ilk yatırım ve işletme maliyeti gerektirmeyen bir havalandırma yöntemidir. Ancak ılıman olmayan iklim koşullarında veya dönemlerde uygulanabilecek bir yöntem değildir. Örneğin kışın soğuk bir iklimde veya yazın sıcak bir iklimde doğal havalandırma sınıfların ısıl konforunu bozar, enerji tüketimini artırır. Ayrıca doğal havalandırmada dış havadaki kirliliğin kontrolü  zordur, gürültü gibi olumsuzluklara sebep olabilir.. Böyle bir uygulamada ders aralarında 5-10 dakika pencerelerin açılması şeklinde doğal havalandırma (bu esnada ısıtma kesiliyor, pencereler kapandıktan sonra hızlı bir rejime sokma ısıtması yapılabilmektedir. Aşağıdaki tablolarda doğal havalandırmada sağlanabilecek debiler ve yeterlilik durumu görülmektedir.

Doğal havalandırma ile ilgili olarak vurgulanabilecek önemli konulardan bir tanesi de sınıflara iç hava kalitesi gösterge cihazı (yeşil-normal, sarı-kirleniyor, kırmızı-aşırı kirli) bulunan CO₂ sensörleri konulmasıdır. Bu şekilde solunumdan kaynaklı kirlilik örneğin 900 ppm’i aştığında sistem yeşilden sarıya ve sonrasında kırmızıya dönerek ikaz verir. Böylece pencerelerin ne zaman açılacağına ve ne zaman kapatılacağına karar verilebilir.

Doğal havalandırma infiltrasyondan kaynaklanan ACH değerleri ile temsil edilebilir. 50 Pa referans değerinde doğramaları fazlaca sızdıran bir binada ACH=3 (en fazla), pasif binalarda (minimum) ACH=0.6 alınabilmektedir. Normal atmosfer basıncında bu değerler 0.2-0.4 değerlerine geldiği kabul edilebilir.

Otomatik açma mekanizmaları vb. düşünülebilirse de pahalıdır. Doğal havalandırma sadece destekleyici mekanizma olabilir. Yaz ve kış sürekli konforu sağlayacak bir mekanizma değildir. Proje bazında kısmen eklenmesi düşünülebilir.

Egzos Destekli Doğal Havalandırma

Burada kirli hava egzos fanları ile veya doğal olarak bacadan dışarı atılırken, pencere önüne açılmış uygun bir hava alış ağzından içeri dış hava alınır, bir fan coil cihazından geçirilerek içeri verilir. Şekil 16’da buna ilişkin bir örnek verilmiştir. Tekrarlamak gerekirse burada egzos bacalarına ve duvarlarda uygun deliklere ihtiyaç vardır. Bu sistemlerde üst üste sınıflarda şönt baca uygulanabilir. Isı geri kazanım olanağı olmadığı için enerji verimlilikleri düşüktür (Ankara şartlarında 25 sınıf için 70 kW civarında bir kurulu ısıtma gücü kaybı anlamına gelir). Ayrıca donmayı önlemek için dış hava bölümüne otomatik damper konulmalıdır. Dış havalı fan coilin ve varsa egzos fanının çalıştırılması sınıfa konulacak CO2 sensörü ile sağlanabilir. Bu sistemler ucuz olabilir anca enerji verimli değildir, soğutma ihtiyaçlarına da cevap veremez. Bu çalışma önermemektedir.

Şekil 1. Egzos Fanı Destekli Doğal Havalandırma.

Isı Geri Kazanım Cihazları İle Havalandırma (ısıtma, soğutma olanağı eklenebilir)

Her sınıf 35 kişi esas alınarak yaklaşık  700 m³/h taze hava kapasitesinde bir ısı geri kazanım cihazı kullanılabilir. Bu cihazlar sınıfların tavanına konulup dışarıdan taze hava alabilen yapıda, dışarıya ise ısısı geri kazanıldıktan sonra kirli havayı atabilen bir yapıda olur.F7 tipi bir filtre ve 2 adet fan bulunduran basit bir ünite olabilir. Yer  problemi ve hava dağıtımının verimliliği (V,e) gibi sebeplerle filtreler kanala da konulabilir). Fanların her biri yaklaşık olarak 250 W civarında elektrik harcar. Bu cihazlar dış havaya taze hava ve kirli hava bağlantısı yapılarak çalışırlar. Cihazlarda soğuk iklimler için sulu ısıtıcı batarya konulmalıdır. Şekil 2’de ısıtıcısız bir örnek görülmektedir.

Şekil 16. Isı Geri Kazanım Havalandırma Cihazları.

Bu cihazların kendi yazılımı olan, okulun çalışma şeklinin (günlük, haftalık çalışma saatlari ve yıllık tatilleri), sınıflarda istenen CO2 seviyesine göre cihazın çalışma şeklinin (örneğin 600 ppm’de durma, 1000ppm’de fanların %100’de çalışma), filtre kirlilik gibi alarmların alınabildiği, gürültü seviyesi 38 dB’yi geçmeyen, ısı ger kazanım verimliliği %80’in üzerinde olan (örneğin altıgen –cross conter flow cross tipi metal-plastik-kağıt ısı geri kazanım üniteli, maksimum debinin %73’ünde minimum ısı geri kazanım verimi ErP2018’e göre minimum %80 ısı geri kazanım veriminde) bir ısı geri kazanım eşanjöerüne sahip (piyasada %30 ısı geri kazanım verimliliğine kadar düşük verimli çapraz ısı geri kazanımlı cihazlar  vardır. Ancak bunların kullanılması tarafımızca önerilmemektedir), EC motorlu plug fanlı, uygun dış hava şartlarında bypass yapabilmesi de programlanmış tak-çalıştır paket bir cihaz olması okullar için en uygun seçenektir. Böyle bir cihazda işletme ve bakım maliyeti ve işlemi filtre değiştirilmesinden (filtre kirliliği için ışıklı bir uyarı alınabilir) ibaret olacaktır. Mevcut okulların elektrik alt yapısı uygun olmadığı için elektrikli ısıtıcı, kompresörlü vb. sistemler okul yenilemelerinde uygun seçenekler değildir. Burada kazandan beslenen sıcak sulu bir son ısıtıcı çoğu iklimde daha uygundur. Burada 35 kişilik bir sınıf için 700 m3/h yeterli gözükmektedir. Ancak ısı geri kazanım cihazının verimliliğinin artırılması ve ek bir ısıtıcı veya soğutucuya gerek kalmaması için 800 m3/h kapasitede bir cihazın seçilmesi uygun olacaktır.

Soğutma yükü oluşan Mayıs ve Eylül gibi aylarda ısı geri kazanım ünitesi bypas yapılarak  ile gece soğutması yapılarak sınıfların duvarları soğutularak ısıl depolama yapılabilir. Bunun için H/R ünitelerine iç ve dış sıcaklık sensörü eklenebilir ve yazılıma bu özellik eklenebilir.

Merkezi Mekanik Havalandırma Sistemi

Yeni okul binalarında ilk yatırım, işletme maliyetleri baştan planlanarak fizibil çıkması halinde klima santralı ile merkezi mekanik havalandırma sistemi yapılabilir. Bu sistemlerde ilk yatırım ve işletme maliyetleri yüksektir. Bu nedenle mevcut okullarda bu sistemlerin kullanılmasının uygun olmadığı değerlendirilmektedir. (Klima santralı, hava kanalları, ısıtma ve soğutma enerji kaynağı gereksinimi, profesyonel işletme personeli gereksinimi vb. vardır).

Sonuç ve Değerlendirme

Çizelge 20’de yukarıda açıklanan havalandırma sistemlerin avantaj ve dezavantajları verilmiştir.

Çizelge 20. Havalandırma İçin Alternatifler.

Özetlemek gerekirse;

Doğal havalandırma yapılması. Sadece ılıman iklimlerde (uygun dış hava şartlarında) ve çevresel kirlilik ve gürültünün az olduğu yerlerde uygulanabilir. Türkiye için sadece destekleyici bir seçenek olarak almak daha uygun olur.

Dış havalı fan coil+ bacadan egzos yapılması. Bu sistem Isı Geri Kazanım Cihazlarına göre daha ucuz bir sistemdir. Ilıman ve sıcak iklim bölgelerinde faydalı olur. Bacadan egzos, fan destekli veya doğal biçimde yapılabilir.

Isı Geri Kazanım Cihazları kullanımı. Bu sistemler Türkiye’nin tüm iklim bölgelerinde kullanılabilir. Tüm Türkiye’de mevcut okullarda havalandırma için standart bir uygulama arzu edilirse bu cihazlar tek seçenek olarak öne çıkmaktadır. Filtre, akustik ziolasyon, sulu ısıtıcısı, çok hızlı fanları, dönüşe konulacak CO2 sensörü ile paket ve ekonomik sistemler yerli veya yabancı firmalarda bulunmaktadır.

Merkezi sistem. Mevcut okul renevasyonlarında uygulanabilir bir sistem olarak görülmemektedir. (Klima santralına hava kanalı çekilmesi fizibil değildir.

Çizelge 21’de bu okul için enerji simülasyon programından elde edilen enerji maliyetleri verilmiştir.

Çizelge 21. Değişik Havalandırma Sistemlerinin Yıllık Enerji Tüketimleri ve Maliyetleri.

Öneri

Bu çalışma, Türkiye’nin tüm iklim bölgeleri için sınıflara konulabilecek bağımsız ısı geri kazanımlı havalandırma cihazlarının uygun olacağını değerlendirmektedir.

Öte yandan iyi yalıtılan binalarda iç ısıl yüklerin ve güneşten kazanılan ısının dışarı atılaması gibi sebeplerie (örneğin pasif binalarda olduğu üzere) bahar aylarında iç sıcaklıklar yükselmektedir. Bu nedenle sınıflara konulacak cihazların soğutma özelliğinin olması uygun olur. Ayrıca Ankara, Erzurum gibi soğuk iklimlerde donma önleme için elektrikli ısıtıcı, son ısıtıcı (sulu, elektrikli) gibi ilave fonksiyonlar da olmalıdır. Yukarıda açıklandığı üzere İzmir, Antalya gibi sıcak yerlerde havalandırma cihazlarına havalandırma imkanı eklenmesi, gece havalandırması yapılması gibi  olanaklar eklenmelidir. 700 m3/h hava miktarı ile 3-4 Kw’lık ısıtma/soğutma enerjisi elde edilebilir. Bu ise sınıftaki ısı kazançlarının önemli bölümünü karşılayabilir. Aşağıda bir firmaya ait bir cihazın bilgileri verilmiştir. Bu konuda yerli ve ithal çok sayıda firma ve marka vardır. Bazı yabancı fimalar özellikle okullar için paket sistemler geliştirmişlerdir.

(tavan cihazı yerleşim kesiti örneği-Trox).

Tavan tipi cihazlr sınıf tavanına iki kiriş arasına yerleştirilebilir. Böylece hava dağıtımı ve emişi tavandan yapılabilir. Menfez ölçüleri ve yeri sınıftaki insanları rahatsız etmeyecek ve sirkülasyonu sağlayacak şekilde gerçekleştirilebilir.

Pencere önü yerleşimi.

Şekil 17. Sınıflarda Isı Geri Kazanımlı Havalandırma Cihazı Yerleşim Alternatifleri.

Bu cihazlar, elektrik bağlantıları katlara konulacak ve yetkililerin haricinde müdahale edilemeyecek elektrik panolarından kontrol edilebilir. Panolarda her cihazın off/auto/manual konumları olacak, istenirse programlandığı gibi otomatik olarak istenirse manual pozisyonda kullanıcıların tercihlerine göre çalıştırılabilirler.

Diğer Bazı Hususlar

Solar Wall veya benzeri pasif sistemler de sembolik olarak kullanılabilir ama genel bir seçenek değildir. Yenilenebilir enerji anlamında okullarda uygulanabilecek en iyi seçenek alan olanağı ölçüsünde maksimum düzeyde güneş PV elektrik sistemi kullanılması, çift yönlü sayaç ile mahsuplaşmasıdır. Böylece örneğin ısı geri kazanın  havalandırma cihazı fanlarının tüketeceği elektrik buradan kazanılabilir, aydınlatma tüketimine ve CO2 emisyonu azaltımına da destek olur.

İLK YATIRIM MALİYETLERİ VE GERİ ÖDEME SÜRELERİ

Genel

Binada yapılacak iyileştirme ve renovasyonlara ilişkin değerlendirmeler önceki bölümlerde verilmiştir. Bu bölümde ise yapılması önerilen işlerin ilk yatırım maliyetleri tasarruf miktarları, geri ödeme süreleri incelenmiştir.

9.2. Enerji Verimliliği Çalışmaları İlk Yatırım Maliyetleri, Enerji Tasarruflar ve Geri Ödeme Süreleri

Yatırımların fizibilite hesaplarında ilk yatırım bedelleri, sağlanacak parasal tasarruflar, faiz oranları gibi bilgilere ihtiyaç olmaktadır.

İlk yatırım bedeli hesabı: Çevre ve Şehircilik Bakanlığı Birim Fiyat Rayiçleri kullanılmıştır. Pozu bulunmayan imalatlar için ise piyasa fiyatları kullanılmıştır.

İyileştirmelerle sağlanacak tasarruflar:  enerji modelleme programlarından elde edilmiştir.

Geri ödeme süresi: bir yatırımın ekonomik değerini ölçmede en çok kullanılan ve basit olan bir yöntemdir. Özellikle ikame yatırımlarında en çok kullanılan yöntemdir. Yöntemin temel ilkesi, bir proje için yapılacak yatırımın (masrafın), bu proje için sağlanacak faydalarla tamamen ödeneceği yıl sayısının bulunmasıdır. Burada en kısa sürede yatırımı geri ödeyen iş kalemleri veya proje tercih edilir. Burada yatırımcının kabul edeceği maksimum bir süreyi geçen projeler ret edilebilir, yatırımcı tarafından belirlenmiş sürenin altında kalan projeler kabul edilebilir.

Geri ödeme süresi, yıllık faydaların eşit olması varsayımına dayanılarak aşağıdaki eşitlik ile gösterilebilir.

GÖS = I / F

GÖS = Geri Ödeme Süresi, I = Toplam Yatırım, F = Yıllık fayda şeklindedir.

Bu eşitlik enerji tasarrufu projelerine uygulandığında aşağıdaki gibi olmaktadır.

Geri Ödeme Süresi (Yıl) = Toplam İlk Yatırım Maliyeti  /  Yıllık Tasarruflar

Geri ödeme süresi ne kadar kısa ise, yatırım da o derece iyi bir performansa sahip demektir. Her bir proje açısından bir sınır geri ödeme süresi vardır. Örneğin, enerji tasarrufu projeleri için 5 yılın altındaki geri ödeme süreleri makul olarak değerlendirilir.

Okul Kabuğunun İyileştirilmesi

Binanın opak yüzeylerine ısı yalıtımı yapılması, pencerelerin değiştirilmesi, bodrum katta toprak temaslı duvarlarda ısı yalıtımı yapılması, bodrum zemininde ısı yalıtımı yapılması, bozulmuş bulunan çatı arasındaki mevcut cam yünü izolasyonun kaldırılarak şilte cam yünü serilmesi işlerine ilişkin maliyetler, tasarruflar ve geri ödeme süreleri aşağıda verilmiştir.

Bina Cephesinde Isı Yalıtımı (Mantolama) Yapılması

Binadaki en büyü tasarruf potansiyeli cepheler, çatı ve bodrum zeminine ısı yalıtımı yapılmasıdır. Binanın kamuya ait hizmet binası olması nedeniyle maliyette fark olmasına karşın, A1 yanma sınıfı (yanmaz) malzeme olan taş yünü tercih edilmiştir. 3. Bölümde (enerji modelleme) Binanın mevcut durumu ile her bir iyileştirme önerisi için oluşan yıllık enerji maliyetleri gösterilmiştir. Bu bağlamda Binanın yüzey alanları ile güncel birim fiyatlar kullanılarak Binanın yalıtım maliyetleri Çizelge 22’de verilmiştir.

Çizelge 22. Isı Yalıtımı Yapılacak Cephe Alanları Ve İlk Yatırım Maliyetleri.

Yalıtım enerji tasarrufunun yanında ortalama radyant sıcaklığını yükselttiği için hissedilen sıcaklığı da iyileştirmektedir. Dolayısıyla yalıtım konfor, yoğuşmalı kazan kullanım olanağı getirmesi gibi yönlerden faydalıdır. Öte yandan, sağlık ve psikolojik açıdan gerçekleşen faydaların ve ısıtmada ortalama radyant sıcaklığın yükselmesinden (soğutmada tersi) dolayı elde edilen iyileşmenin hesabı bu çalışmanın kapsamı dışındadır. Ancak şu söylenebilir: Ankara şartlarında termometre sıcaklığının ısıtmada her 1ºC yükseltilmesinin yaklaşık %6’lık bir kayba sebep olmaktadır.

Pencerelerin Yenilenmesi

Bu okulda cam alanları duvar alanlarına nazaran daha düşüktür. Ancak pencereler eski ve ısıl performansı düşüktür. Geçen yıl fitilleri değiştirilmiştir ve pencerelerin tümü ile yenilenmesinin düşünüldüğü bilgisi alınmıştır. Bina pencere alanları toplamı 338 m² civarındadır. Trakya Cam “ısıcam konfor” camlar ile değiştirilmesi halinde sağlanan iyileştirme etkileri mevcut pencere için çerçeveler dahil U=3,2 W/m²K, değiştirilmesi düşünülen camlar için çerçeveler dahil U=1,8 W/m²K alınmıştır.

 Çizelge 23. Bina Kabuğu Isı yalıtımı Yaklaşık Maliyeti.

Isıtma Tesisatının İyileştirilmesi

Mevcut kazanın ve ısıtma sisteminin toplam verimliliği % 85 civarındadır.  Mantolama yapılıp, camlar değiştirilince binanın ısı kayıpları azalacağı için kazanda yoğuşmadan da enerji tasarrufu yapmak mümkün olacaktır. Kazan sistemi ile ilgili olası alternatifler aşağıdaki gibidir.

Çizelge 24. Kazan İçin Alternatifler.

Binada mevcut kazanın değiştirilmesi uygu olacaktır. Bina kabuğunun iyileştirilmesi ve termostat takılması ile ısıtma ihtiyacı 225 KW civarına inmektedir. Öte yandan sınıflarda havalandırma artık zorunlu olduğu için her bir ısı geri kazanım cihazı için 4 Kw sulu ısıtıcı ve 31 sınıf için yaklaşık 100 Kw havalandırma yükü kazan yüküne ilave edilecektir. Bu şekilde 350 kW kapasitede, oransal premix brülörlü ve yoğuşmalı bir kazan kullanılması uygun olur.

Kazan değişimi ile birlikte kazan dairesindeki tüm borulama sökülerek yenilenmesi uygun olacaktır. Açık genleşme deposu iptal edilerek kapalı genleşme deposu kullanılacaktır. Pompalar yeni kazana uygun olarak frekans invertörlü olarak yenilenecektir. Vanalar, check valfler, pislik tututuculara ve pompalara vana ceketi takılacaktır. Mantolama nedeniyle binanın ısıtma ihtiyacı düşeceği için içleri kısmen kireç bağlamış olsa bile mevcut boruların ve radyatörlerin yenilenmesine gerek olmayacaktır. Ancak flushing ile yıkanıp olabildiğince temizlenmesi yararlı olacaktır. Sınıflara termostat ve kontrol vanaları (veya İdarelerin tercihine göre termostatik vana) kullanılması da bu çerçevede değerlendirilebilir. Ayrıca kazan dairesinde, dış hava sıcaklığına göre kazan çıkış suyu sıcaklığını ayarlayan ve bu şekilde enerji tasarrufu sağlayan dış hava kompanzasyon sistemi uygulaması yapılacaktır. Bu sistem ile en az %10 enerji tasarrufu sağlamak mümkündür.

Aydınlatma Tesisatının İyileştirilmesi

Bu konu ile ilgili değerlendirme yukarıda verilmiştir. Yatırım fizibilitesi ise Çizelge 25’de verilmiştir.

Çizelge 25. Aydınlatma Sistemi Fizibilite Hesabı.

Yapılması Önerilen İşlerin Geri Dönüş Sürelerinin Hesaplanması

Enerji verimliliği çalışması kapsamındaki işlerde iyileştirmelerle elde edilebilecek tasarruf miktarları, parasal karşılıkları ve geri dönüş süreleri ise Çizelge 26’da verilmiştir.

Çizelge 26. Yapılması Önerilen İşlerden Oluşan Geri Dönüş Süreleri.

İlk yatırım maliyetleri uygulama projeleri yaptırıldıktan sonra kesinleşebilir. Aşağıda yapılması önerilen işlerin bağıl masraf durumları verilmiştir.

Yapılması önerilen işler kısa, orta ve uzun geri dönüş süreleri şeklinde sınıflandırılmıştır.

MASRAF GEREKTİRMEYEN İŞLER

Radyatör termostatlarının 21-22ºC üst limitte tutulması için öğrencilere eğitim verilmesi.

AZ MASRAF GEREKTİREN İŞLER

Radyatörlere termostatik vana takılması,

Vanalara vana ceketi uygulaması yapılması,

YÜKSEK MASRAF GEREKTİREN İŞLER

Bina cephelerine mantolama yapılması,

Pencerelerin yenilenmesi,

Isıtma sisteminin (kazan dairesi) yenilenmesi,

Aydınlatma sisteminin yenilenmesi,

20 kW solar PV sistemi kurulması.

PROJELENDİRME

Bir sonraki aşama olarak; oluşturulan önerilerden Milli Eğitim Bakanlığı tarafından onaylanacak olan iş kalemlerinin uygulama projeleri (mimari, statik, mekanik tesisat, elektrik tesisatı, varsa diğer konular) yapılmasıdır. Bu süreç ise proje firmaları tarafından gerçekleştirilir.

KAYNAKLAR

Burada yararlanılan kaynaklardan bazıları aşağıda verilmiştir.

[1] Wulfinghof,  “Energy Efficient Manual”, 2001, U.S.A.

[2] Çakmanus, İ, 2011, “Yaklaşık Sıfır Enerjili Binalar”, Yeşil Bina Dergisi, Mayıs-Haziran Sayısı.

[3] Kılkış, B., 2009, “What Is A High Performance Building and What Is Not? Description,  Definitions And Basic Functions”, TTMD Journal, March-April 2009.

[4] Çakmanus İ., Toprak G., Künar A, Gülbeden A., “A Case Study In Ankara For Sustainable  Buildings” REHVA World Climate Congress, 9-12 May Antalya.

[5]  Wiggington, M., and Harris, J., 2002, “Intelligent Skins”,  Butterworth-Heinamann, Oxford.

[6] ASHRAE Uygulamalar El Kitabı, 2004, “Havalandırma Sistemleri,” Türk Tesisat Mühendisleri Derneği Yayını.

[7] ASHRAE Advanced Design Guide for K-12 School Buildings.

[8] GIZ – Deutsche Geselschaft für Internationale Zusammenarbeit GmbH ile birlikte yürütülen proje çıktıları.