Yüksek performanslı binalarda enerjinin akılcı kullanımı için mekanik tasarım ve optimum kontrol algoritmasının geliştirilmesi

Abstract

Bu tezde, yüksek performans binalarında, yenilenebilir enerji sistemleri ile desteklenmiş melez elektromekanik sistemlerin optimum tasarım ve işletimi için Termodinamiğin 2.Yasası temelinde, enerjinin nitelik ve niceliğinin bir arada akılcı kullanımına yönelik bir analiz metodu geliştirilmiştir. Geliştirilen metot, değişik elektromekanik tesisat sistemlerinin o andaki bina ve dış ortam koşullarına bağlı olarak, işletim pay ve önceliklerinin dinamik ekserji ortamında optimum karar verme mekanizmasını gerçekleştirmektedir. Metodun geliştirilmesinde Akılcı Ekserji Yönetim Modeli (REMM) kullanılarak optimum tasarım ve işletim algoritması da geliştirilmiştir. Geliştirilen metot bilgisayar ortamında kullanılarak, örnek bir yüksek performans binasının mevcut tesisat ve otomasyon sistemi incelenmiş, sistemlerin çoklu/eş zamanlı performans takibi sanal ortamda yapılarak optimum sistem seçimleri belirlenmiştir. Modelin gerçek zamanlı ve fiziki olarak optimum kontrol amaçlı kullanılmasından önce seçilen tüm cihazlar aynı kalmak koşuluyla binanın ilk yıl işletiminde fark edilir bir performans gözlenmemesi sonucu sadece optimum sistem seçiminin yeterli olmadığı aynı model özelinde optimum kontrol mekanizmasının oluşturulmasının da ön koşul olduğu görülmüş, TÜBİTAK Projesi kapsamında yenilikçi ve ekserji tabanlı optimum sistem kontrol algoritması geliştirilmiştir. Bu sayede aynı model çatısı altında Tasarım ve İşletmenin tümleşmesi ile netice alınabilmiştir. Geliştirilen Model iki alanda sektöre değer katmıştır. Birincisi, belli bir bina için iklimsel ve işletimsel anlamda simülasyonlar yapılarak tekrarlamalı bir yaklaşımla tasarımın enerji ve ekserji verimliliği yanında en az CO2 salım kabiliyetlerinin optimize edilebilmesidir. İkincisi, model gerçek zamanda ve gerçek verilerle işlenerek dinamik optimum bina otomasyonu gerçekleştirilmesidir. Ekserji ve ortak iklim tabanında değerlendirilen sonuçlar, enerji tüketiminin alışılmış algoritma değerlerinin altında ortalama % 33 oranında azaldığını göstermiştir.

In this study, a method of analysis is developed for the rational use of energy in terms of quality and quantity, on the basis of 2nd Law of Thermodynamics for optimum design and operation of hybrid electromechanical systems supported by renewable energy systems in high performance buildings. This method, performs the optimum decision making mechanism, the operation proportions and priorities within dynamic exergy platform of various electromechanical installation systems, depending upon the instant building and outdoor environmental conditions. In development of the method, REMM is used to develop an optimum design and operation algorithm. The existing installation and automation system of the building is studied within computer platform multiple and simultaneous performance of the systems is monitored in virtual medium and optimum system options are determined. Upon not observing a discernible performance in the first year operation, before using the model in real time and physically in the subject building, it has been observed that optimum system selection is not the only criteria and that an optimum control mechanism is needed as a prerequisite, and an innovative exergy based optimum system control algorithm is developed within the scope of TUBITAK project. This made it possible to achieve integrating design and operation under the roof of the same model. The model developed has added value to industry in two domains. First, for a specific building by performing climatic and operational simulations, with an iterative approach in addition to energy and exergy efficiency, it is possible to optimize minimum CO2 emission. Second, by working on the model with real time obtained data a dynamic optimum building automation can be realized. The results evaluated at exergy and common climate base, showed that energy consumption decreased by 33% on average below the results of existing conventional algorithm.