EN13790 Basit Saatlik Isıtma Analizi Yöntemi

“Enerji Verimliliği Kanunu” ve “BEP”, binalar için “Enerji Kimlik Belgesi” oluşturulmasını zorunlu kılmıştır. Enerji kimlik belgesinde, binanın enerji ihtiyacı, yalıtım özellik bilgileri, ısıtma- soğutma sistem verimleri ve bunlara ilaveten enerji tüketim sınıflandırması ile ilgili bilgilerin bulundurulması zorunlu kılınmıştır (TC Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, 2007). Bu doğrultuda, BEP enerji kimlik belgesinin hazırlanmasını sağlayacak hesaplama yöntemi olarak Avrupa Birliği normlarından EN13790’ı referans döküman olarak belirlemiştir. EN13790 ise, hesaplama yöntemi olarak basit saatlik ısıtma analizi yöntemini kullanmaktadır. Basit saatlik ısıtma analizi yöntemi, dinamik ısıtma analizi yönteminin yalınlaştırılmış halidir. Aylık-mevsimsel statik ısıtma yönteminin sağladığı tekrarlanabilirlik ve sağlamlık eşit düzeyde olmakla birlikte bu yönteme göre hesap sürecinin izlenebilirliği açısından daha çok detaylandırma yapılmıştır. Statik yönteme göre üstünlüğü, saatlik aralıklarla inceleme yapmasıdır, böylelikle daha kesin bir hesap yöntemi oluşturulmuştur.

3.2.1 Direnç kapasite (RC) modeli

Yöntemin temeli RC (Direnç-Kapasitans) modeli üzerine kurulmuştur. RC model oluşturulan tablolar vasıtasıyla saatlik zaman basamaklarını kullanarak bina ve sistem girdilerini düzenlemektedir. Bu modelde, bina içi ortalama sıcaklığı ve bina dış kabuğunun bina içine bakan tarafının ortalama sıcaklığının ayrımına gidilmiştir. Bu durum, iç ısı kazançlarının ve güneşten gelen ısı kazançlarının hesaba katılmasının sonuçlar üzerindeki kesinliğini arttırmakta, böylelikle bina içi konfor denetimi daha iyi yapılabilmektedir (European Commitee for Standardization, 2008). Şekil 3.2’de, RC modelinin şematik gösterimi yer almaktadır. Bina içi bileşenler saydam bileşenler ve opak bileşenler olarak ikiye ayrılmaktadır. Bu bileşenlerin iletim ve taşınım katsayıları arasında düğüm noktaları oluşturulmaktadır. Ayrıca havalandırma ısı geçiş katsayısı da farklı bir düğüm noktası oluşturmaktadır. Düğüm noktalarına etki eden ısıl kazançlar da hesaba katılarak, saatlik aralıklar ile yapılan çözümlemelerle binaya ait ısıtma ve soğutma yükleri ortaya konmaktadır.

Şekil 3.2 : RC (Direnç-Kapasitans) modelinin gösterimi.

Hesaplamaların yöntemi için gerekli olan başlıca girdiler; iklim verileri, bina geometrisi ve buna bağlı oluşturulan bina formu, binanın havalandırma ve ısıl özellikleri, aydınlatma ve insanlardan gelen iç kazançlar ve güneş enerjisi kazançları, bina malzeme ve bileşen tanımları, bina iç konfor şartları ve bina tipolojisine bağlı bölgeleme yöntemleri ve bölge bilgileridir (Url-5).

Bina geometrisi, binanın mimari tasarımıdır. Bina formu ise hesaplamalarda kolaylığı sağlamak amacıyla oluşturulmuş bina geometrisinin basitleştirilmiş halidir. Tüm formlarda yüzeyler birbirine dik olarak kabul edilmiştir. Enerji tüketimi hesabı yapılması istenen bina Şekil 3.3’te verilen bina formlarından en yakın bina formuna indirgenerek çözümlenebilmektedir.

Şekil 3.3 : Genelleştirilmiş bina formları. 3.2.2 EN13790 ısıtma yükü hesaplama yöntemi

Isıtma yükü ihtiyacının hesaplanması için ilk olarak binanın hesaplama yapılan bölgesinde yer alan yapı bileşenlerinin toplam iletim ve taşınım katsayıları hesaplanır. Katsayılar W/K cinsinden ifade edilmekte ve hesaplanan bu değerler RC modelinde Htr sembolü ile gösterilmektedir. Bölgeyi meydana getiren farklı yapı elemanlarının ve yapı elemanlarını oluşturan yapı malzemelerinin Htr değerleri ayrı ayrı hesaplanarak toplanır. Böylelikle zonun opak yüzeylerine ait toplam ısı geçiş katsayısı (Htr,op) ve saydam yüzeylere ait ısı geçiş katsayısı (Htr,win) değerleri bulunmaktadır(Url-5).

Opak bileşenlerin ısı geçiş katsayısı (3.2)’ye benzer şekilde bulunur. Burada tek fark opak bileşenler arasındaki havanın ısıl direncinin ısı geçiş katsayısına eklenmesidir. Isıl direncin ısı geçiş katsayısı bölge tipine ve opak maddeler arasındaki kalınlığa bağlı olarak ilgili tablodan seçilmektedir.

Hesabı yapılacak olan bölgenin bütün opak bileşenlerine ait toplam ısı geçiş katsayısı, opak bileşen ısı geçiş katsayısı ve opak yüzey alanının çarpımının, doğrusal ısı köprüsü uzunluğunun, doğrusal ısı köprüsü birim uzunluk başına ısı geçiş katsayısı çarpımı ve noktasal ısı köprüsü ısı geçiş katsayısı ile toplanması sonucu bulunmaktadır. Isı köprüsü ısı geçiş katsayıları ilgili tablolardan bulunmaktadır.

Pencereye ait ısı geçiş katsayısı, tablolardan seçilen cam ve çerçeve değerlerine bağlı olarak ilgili tablodan okunarak bulunmaktadır. Toplam ısı geçiş katsayısı ise bulunan bu değerin pencere alanı ile çarpımına eşit olmaktadır. Kapılara ait toplam ısı geçiş katsayısı ise aynı şekilde hesaplanmaktadır. Bölgeye ait toplam ısı geçiş katsayısı, opak maddeler, pencereler ve kapılara ait toplam ısı geçiş katsayılarının toplamının düzeltme faktörü ile çarpımına eşittir. Düzeltme faktörü, iklimlendirilmeyen bölge ve dış ortam arasındaki bileşenin ısı geçiş katsayısının, iklimlendirilen bölge ile iklimlendirilmeyen bölge arasındaki bileşenin ısı geçiş katsayısı ile iklimlendirilmeyen bölge ve dış ortam arasındaki bileşenin ısı geçiş katsayısı toplamının oranına eşittir. Binanın dinamik etkilerinin hesaplanabilmesi için, binanın ısıl kapasitesi belli bir yaklaşıklıkla hesaba katılır. Bunun için hacmi çevreleyen yüzeylerin alanı ve yapı elemanı sınıfı değerlerinden yola çıkılarak oluşturulan tablodan yararlanılır.

Đç kazançlar ve güneşten elde edilen kazançlar oluşturulacak sistematiğe dahil edilmektedir. RC modeli için iç yüzey ile iç ortam arasındaki ısı geçiş katsayısı toplam alanın 3,45W/m2K ile çarpımına eşittir. Htr,1, Htr,2, Htr,3olarak üçe ayrılan toplam ısı geçiş RC modeldeki düğüm noktalarına dağıtılmak için hesaplanan katsayılar olmakta, böylelikle Şekil 3.2’de gösterilen RC modelinin oluşumu düğüm sıcaklıkları haricinde tamamlanmaktadır.

Toplam ısıtma-soğutma enerjisi ihtiyacını hesaplayabilmek için Crank-Nicholson yöntemi baz alınmaktadır. Bu yöntem, başlangıç ısıtma yükü için bir değer atanıp seçilen zaman aralıklarıyla yakınsama yapılması esasına dayanmaktadır. Düğüm sıcaklıkları, belirlenen zaman adımı için ortalama olarak hesaplanmaktadır. Belirlenen düğüm sıcaklıkları, kütle sıcaklığı, iç yüzey sıcaklığı, iç ortam sıcaklığı, operatif sıcaklık ve havalandırma besleme sıcaklıklarıdır.

RC model için oluşturulan hesap yöntemi, iç sıcaklığın ısıtma-soğutma ihtiyacının doğrusal bir fonksiyon olarak hesaplanması biçiminde olmaktadır. Hesaplanması istenen bölgenin operatif sıcaklığının durumuna göre ısıtma-soğutma ihtiyacı olup olmadığı araştırılmaktadır.

Şekil 3.4 : Operatif sıcaklık değerine bağlı olarak ısıtma-soğutma ihtiyacının tayini. Şekil 3.4’te görüldüğü üzere, yapılan hesaplamalarla operatif ısıtma ve soğutma sıcaklıklarına göre beş durum oluşmaktadır. Birinci durumda, bölge için ısıtma yapılmalıdır, çünkü, ısıtma sistemi güç kapasitesi ayar sıcaklığını elde etmek için yeterli olmamaktadır. Đkinci durum için yine ısıtma yapılması gerekmektedir, ancak burada ısıtma gücü yeterli olmaktadır. Üçüncü durum için bölgede herhangi bir ısıtma ya da soğutma yapılması gerekmemektedir. Hesaplanan iç sıcaklık konfor sıcaklığını sağlamaktadır. Dördüncü durum için soğutma gereklidir ve soğutma ihtiyacı soğutma sistemi gücünden daha düşüktür. Beşinci durumda ise yine soğutma gereklidir, ancak soğutma sistemi gücü soğutma ihtiyacından düşüktür (European Commitee for Standardization, 2008).