Yapay Sinir Ağları Tabanlı Sayısal Tasarım Modeli İle Atölye ve İmalat Mekanlarında Enerji Performansı Tahmini

Abstract

Mevcut veya yeni tasarlanan yapıların ısıtılması için gereken enerji miktarının belirlendiği ısıtma enerjisi tüketiminde, mevcut yapılar için enerji tasarrufu tedbirleriyle elde edilebilecek tasarrufun belirlenmesi bu minvalde yenileme projesinin hazırlanıp uygulanması, yeni tasarlanan yapılar için ise optimum mimari tasarım yapılarak ısıtma enerjisi tüketiminde tasarruf sağlanması bu kapsamda çalışan kişilerin bağlı kalması gereken en temel ilkelerdir. Böylece hem ısıtma enerjisi ihtiyacının hem de binalarda gerçekleşmesi muhtemel ısıtma enerjisi kayıp miktarlarının belirlenmesiyle yapının ihtiyaç duyduğu aylık ve buna bağlı olarak da yıllık ısıtma enerjisi ihtiyacı hesaplanır. Bu hesaplamalarda, yapıda kullanılan/kullanılacak olan malzemelerin ısı iletkenlik katsayıları ve malzeme kalınlığı en temel girdi parametreleridir. Bunun yanı sıra yapının güneş enerjisinden faydalanmasına olanak sağlayacak olan pencere toplam alanı ve bunların yapıda yönlendirildiği cepheler de girdi parametresi olarak hesaplamalarda kullanılmaktadır. Ayrıca binanın iç ısı kazançları (yemek pişirme, sıcak su elde etme, aydınlatma, ortama ısı veren cihaz ve insanlar gibi), binanın ısıtılan brüt hacmi ve ısı kaybını yaşayacak olan yüzeylerin toplam alanı yıllık ısıtma enerjisi ihtiyacını belirlemede kullanılan parametrelerdir. Bu kapsamda, ülkemizde yapıların yıllık ısıtma enerjisi ihtiyacını hesaplamakta hali hazırda kullanılmakta olan standartlar mevcuttur. Genel olarak bu amaçla kullanımı en yaygın olan standart ise TSE 825 olup çok çeşitli yapılar kapsamı dahilindedir. Ancak standart incelendiğinde görüleceği üzere herhangi bir yapının yıllık ısıtma enerjisi ihtiyacının hesaplanması çok fazla işlem gerektirmekle beraber sıklıkla çeşitli formül, tablo ve standartlara atıflar yaparak işlemleri zorlaştırmaktadır. Bundan ötürü hesaplamalarda kullanılmak üzere en yaygın yumuşak hesaplama yöntemlerinden biri olan yapay sinir ağları yöntemi tabanlı kullanıcı dostu bir tasarım modelinin geliştirilmesi bu çalışmanın hedefini oluşturmaktadır. Bu bağlamda ülkemizde hali hazırda kullanılmakta olan bu standart kullanılarak malzeme çeşidi, pencere miktarı, yapı yönelimi gibi çeşitli özelliklere sahip küçük, orta ve büyük ölçekli atölyelerin yıllık enerji ihtiyacı belirlenmiş ve bu enerji ihtiyacını etkileyen temel parametreler kullanılarak bu tip yapıların yıllık enerji ihtiyacının hesaplanmasında kullanılmak üzere bir sayısal tasarım modeli geliştirilmiştir. Geliştirilen tasarım modelinin tahmin performansı dikkate alındığında, belirtilen yöntemle bu standart kapsamındaki tüm yapı çeşitleri ve malzeme özellikleri ile oluşturulacak bir veri havuzu kullanılarak yapay sinir ağları tabanlı bir sayısal tasarım modelinin geliştirilmesinin de olanaklı olduğu anlaşılmıştır.

In heating energy consumption, in which the amount of energy need for heating the existing or newly designed buildings is determined, preparation and implementation of the renovation project based upon the determination of saving that can be achieved by energy-saving measures for existing buildings and achieving saving in heating energy consumption by making an optimum architectural design for newly designed buildings are the most basic principles that people working on in this context should adhere to. Thereby, the monthly and accordingly the annual heating energy need of the building is calculated with determining both the heating energy need and the possible heating energy loss amounts in the buildings. In these calculations, the thermal conductivity coefficients and thickness of the materials used (or to be used) in the building are the most basic parameters. On the other side, the total area of windows that will allow the building to benefit from solar energy and their directions in the building facades are also used in the calculations as input parameters. Besides, the internal heat gains of the building (by cooking, obtaining hot water, lighting, device and people heating the environment), the gross volume of the building that is heated, and the total area of facades that will experience heat loss are the parameters employed in the determination of the annual heating need. In this context, there are standards that are currently used in calculating the annual heating energy need of buildings in our country. In general, the most common standard used for this purpose is TSE 825, which covers a wide variety of buildings. However, as it can be seen when the standard is examined, the calculation of the annual heating energy need of any building requires a lot of processing, and also, it often makes the processes difficult by referring to various formulas, tables, and standards. Therefore, the aim of this study is to develop a user-friendly design model based on artificial neural networks, one of the most common soft computing methods, to be used in calculations. In this context, the annual energy needs of small, medium, and large-scaled workshops with various features such as material type, amount of windows, and building orientation have been determined by using this standard, which is currently employed in our country, and a numerical design model was developed to be used in calculating the annual energy need of such buildings using the basic parameters influencing this energy need. Considering the estimation performance of the developed design model, it is understood that it is possible to develop an artificial neural networkbased numerical design model using a data repository that is constituted by all building types and material properties within the scope of this standard.