Enerji ve Tesisat - Isıtma/Soğutma Derece Gün Sayıları ile Enerji Tasarruf oranının analizi Makale

Özet
Bu çalışmada, Isıtma ve Soğutma derece gün sayısı hesaplama yöntemi, tanımlanan yer ve zaman için derece gün verilerinin elde edilmesi, ısıtma/soğutma derece-gün verileri kullanılarak ısıtma sistemi güncellendikten sonra ve güncellemeden önce elde edilen enerji tüketim verilerinin karşılaştırılması ve gerçek enerji tasarrufu oranı çalışılmış, saha uygulamasından elde edilen gerçek veriler de analiz edilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Enerji Tasarrufu, Isıtma - Soğutma Derece Gün Sayıları

Abstract
In this study,Heating and Cooling degree days calculation method, obtaining the degre days datas for defined location and time , comparison of energy consumption datas obtained after and before the heating system upgraded by using the heating/cooling degree-day data and the the real energy saving rate was studied, The real data obtained from the field application were also analyzed.
Key Words:Energy Saving,Heating-Cooling Degree Days

Dünya 1950'lerden beri hızla kentleşmiş ve bunun sonucu olarak dünya nüfusunun % 55'i şu anda kentsel alanlarda yaşamaya başalmıştır; 2050 yılına kadar bu oranın % 70'e çıkması beklenmektedir(i).
Kentsel alanlar Dünya topraklarının sadece % 3'ünü işgal ederken(ii), sera gazı emisyonlarının % 70'ini oluşturmaktadır.Binalarımız sera gazı emisyonlarının ve nihai enerji kullanımının üçte birini , kentsel birincil enerji kullanımının% 40'ını oluşturmaktadır.
Yaşadığımız,uyuduğumuz ve çalıştığımız binalar büyük enerji tasarruf potansiyeline sahiptir. Revize edilen Avrupa Birliği «Binalarda Enerji Perfomans Yönetmeliği»,ısıtma sektöründeki en iyi uygulamaların değerlendirilmesi, binalarda enerji verimlilik potansiyelinin ortaya çıkarılması ve dijitilasyon için geleceğe uyumlu hale getirilmesinde kilit rolündedir.

Binalarda enerji verimliliği yatırımları / çalışmaları sonrasında enerji tüketimlerindeki iyileşmenin ve tasarrufun doğru analizi, yatırımın geri dönüş süresi ve gelecek yatırım projeleri için önem arzetmektedir.
Isıtma ve soğutma sistemlerinde; enerji verimliliği için yaptığımız yatırımların sonuçlarını analiz etmede dönemsel olarak dış hava şartlarının etkisinin önemi kaçınılmazdır.
İki dönem/ periyod arasında kullanılan enerjinin kıyaslanmasında daha soğuk dış hava sıcaklıkları daha fazla ısı enerjisi ihtiyacına,daha sıcak dış hava sıcaklıkları daha fazla soğutma enerjisi ihtiyacına neden olmaktadır. Bu nedenle iki dönem/periyod arasında doğru ve hassas kıyaslama için “Derece Gün Sayılarından faydalanılabilinir.
Isıtma ya da soğutma gün dereceleri toplamının bilinmesi binaların ısıtılması ya da soğutulması için gerekli olan enerji gereksiniminin bilinmesi açısından önemli olup bir etki göstergesidir. Dış ortam sıcaklığı 15°C’nin üzerinde ise ısıtma genellikle gereksizdir. Isıtma maliyeti yıllık Isıtma Gün Dereceleri (Heating Degree Days – HDD) ile doğrudan orantılıdır. HDD kış mevsiminin sertliğini göreli olarak önceki ve uzun yıllara göre karşılaştırmak için de kullanılır.
Türkiye’de ısıtma ve soğutma gün-dereceleri değerlendirildiğinde; Türkiye’de 129 merkezde Uzun yıllar (2007-2020) Isıtma Gün-Dereceleri 2041 Gün-Derece iken, Soğutma Gün-Dereceleri ise 362 Gün-Derecedir(iii)
Derece gün sayısı ısıtma veya soğutma sezonunda insan konforu için belirlenmiş sıcaklıktan, sapma miktarlarının toplandığı pratik bir yönetmdir.

Avrupa Birliği İstatistik Ofisi (Eurostat) tarafından önerilen denklemlere göre;
Isıtma Derece Gün Sayısı, dış hava sıcaklığının derece olarak ne kadar süreyle belirlenen bir seviyenin altında olduğunun ölçüsüdür. Binayı ısıtmak için ne kadar enerjiye gereksinim olduğunu hesaplamak için kullanılır.Daha soğuk dış hava sıcaklıkları ,daha fazla enerji ihtiyacına neden olur.

IDGS = ∑ Tref −Tgün …………(sadece Tref>Tgün olan günler hesaplanır)

Soğutma Derece Gün sayısı, Isıtma Derece Gün sayısının tersine dış hava sıcaklığının derece olarak ne kadar süreyle belirlenen bir seviyenin üstünde olduğunun ölçüsüdür. Binayı soğutmak için ne kadar enerjiye gereksinim olduğunu hesaplamak için kullanılır.

SDGS = ∑ Tgün −Tref …………(sadece Tgün>Tref olan günler hesaplanır)

Dış Hava sıcaklıkları sadece konumdan konuma değil, zamana bağlı olarak sürekli olarak değişkenlik gösterir.
Derece gün sayısının hesaplanması temel alınan referans bir sıcakla başlar.Isıtma derece gün sayısı için referans sıcaklık ,binanın ısı ihtiyacının başladığı referans dış hava sıcaklığıdır.Tüm binalar için bir referans sıcaklığı mevcuttur ve binanın termal özellikleri,ısıtma planlaması,rüzgar ve güneş gibi dış etkenler yanısıra binanın ısıtılmak istendeği sıcaklık derecesi ve ortalama ısı kazançları ile belirlenir.Enerji verimliliği analizlerinde binanın ısıtılmak istendiği sıcaklık derecesi ve ortalama ısı kazançları ilk analiz için yeterli olmaktadır.(iv)

Örneğin insanların en ideal çalışma sıcaklığı olan 20 °C de ofis binamızın iç ortam sıcaklığını tutmaya çalıştığımızı düşünelim.Isıtma sistemimizi; iç ortam ısı kazançlarını da dikkate alarak talep edilen bu sıcaklığın 2-3 °C altı olan 17 °C referans sıcaklığının altında çalıştırdığımızı üstünde kapattığımızı düşünelim.Bu temelde Tref değeri binamız için 17 °C olacaktır.

Örneklemek için dış Hava sıcaklıklarının Mart Ayında aşağıdaki gibi değiştiğini düşünelim

• 1 Mart Gün boyunca 16 °C olsun Tref-Tgün=> 17°C-16°C=1°C 1°C*1Gün=1 Isıtma Derece Gün Sayısı (IDGS)
• 2 Mart Gün boyunca 15 °C olsun Tref-Tgün=> 17°C-15°C=2°C 2°C*1Gün=2 Isıtma Derece Gün Sayısı (IDGS)
• 3 Mart Gün boyunca 17 °C olsun Tref-Tgün=> 17°C-17°C=0°C 0°C*1Gün=0 Isıtma Derece Gün (IDGS)
• 4 Mart Gün boyunca 19 °C olsun Tref<Tgün=> 0°C 0°C*1Gün=0 Isıtma Derece Gün (IDGS)

Isıtma derece gün sayılarını gecelerin gün içine göre daha soğuk olduğunu düşünerek hassaslaştırmak istersek ;

• 5 Mart 00.00-12.00 arasında sıcaklık 15 °C olsun 12.00-24.00 16 °C olsun bu durumda (17 °C -16°C )*0,5 gün+(17°C -15°C)*0,5 gün=1,5 Isıtma Derece Gün (IDGS)

• 6 Mart 00.00-06.00 arasında sıcaklık 16 °C olsun 06.00-12.00 15 °C olsun 12.00-18.00 14°C 18.00-24.00 13 °C bu durumda (17 °C -16°C )*0,25 gün+(17°C -15°C)*0,25 gün+(17°C -14°C)*0,25 gün+(17°C -13°C)*0,25 gün 2,5 Isıtma Derece Gün (IDGS)

sonuclarını buluruz.

Kıyaslama yapacağımız bu tarih aralığı için Isıtma Derece Gün Sayısı toplamı
∑ IDGS=1+2+0+0+1,5+2,5=7’dir.

Avrupa birliğinde ısıtma için kullanılan temel referans sıcaklığı 15,5°C dir.
Diğer tüm şartlar eşit olduğunda; Isıtma ve soğutma derece gün sayısı %10 daha fazla ise, %10 daha fazla ısıtma veya soğutma enerjisine ihtiyaç duyulacağı anlamına gelir.
Enerji tüketimleri ile derecegün arasında anlamlı bir ilişkinin analiz edildiği çoklu regresyon sonuçlarında anlamlı ilşki olması durumunda analizlerin doğru bir zeminde değerlendirilebileceğini göz önüne almak önemlidir.
Isıtma ve Soğutma derece gün sayıları binanın bulunduğu yere ve zaman dilimine göre http://www.degreedays.net/ gibi web sitelerinden oluşturulabilinir.

Örneğin Ataşehir ili için derece gün sayılarını iki yıllık değerler için oluşturmak istediğimizde; site içeriğinde;
Weather Station ID: Ataşehir Station Search yaparak binamıza en yakın hava istasyonlarının listesini görerek içinden istediğimiz istasyonu seçebiliriz.

Bu aramanın sonucunda;
LTFJ: Istanbul / Sabiha Gokcen, TR (29.31E,40.90N) hava istasyonu örnek olarak seçildi.
Data Type: Heating/Cooling/Regression/Temperature seçeneklerinden Heating
Temperature Units: Celsius/Fahrenheit seçeneklerinden Celsius
Base Temperature: Isıtma sisteminin çalışacağı referans sıcaklık olarak 15,5°C
Breakdown: Daily/Weekly/Monthly/Custom/Avarage seçenkelerinden Monthly
Period Covered: Last 24 months

seçip Generate Degree Days tuşu ile sonuçları indirebiliriz(download now) ,bu arama için elde edilen sonuçlar aşağıdaki gibidir;

Description:,"Celsius-based heating degree days with a base temperature of 15.5 C"
Source:,"www.degreedays.net"
Accuracy:,"No problems detected"
Station:,"Istanbul / Sabiha Gokcen, TR (29.31E,40.90N)"
Station ID:,LTFJ

Month starting,HDD 15.5
2020-12-01,147.4
2021-01-01,221.3
2021-02-01,221.6
2021-03-01,254
2021-04-01,129.7
2021-05-01,17.7
2021-06-01,4.9
2021-07-01,0
2021-08-01,0
2021-09-01,3.7
2021-10-01,44.3
2021-11-01,93.7
2021-12-01,183.1
2022-01-01,306
2022-02-01,227.5
2022-03-01,324
2022-04-01,92.9
2022-05-01,44.8
2022-06-01,0
2022-07-01,0
2022-08-01,0
2022-09-01,7.8
2022-10-01,27.9
2022-11-01,69

Yukarıdaki sonuçlara göre Ataşehir ilçesinde 2021-01-01 tarihinde Isıtma Derece Gün Sayısı 221.3 iken 2022-01-01 306 dır, yani 2022 yılı ocak ayı, 2021 yılı ocak ayına göre daha soğuk geçmiştir.

2022 yılının ocak ayında enerji tüketimini azaltmak için ısıtma sistemine termostatik radyatör vana ve oda termostatı montaj edilen bireysel bir ısıtma sisteminde; gelen doğalgaz faturalarından alınan değerler aşağıdaki gibidir.

• 2021 Ocak Isıtma Enerjisi Tüketimi:7.644 kwh
• 2022 Ocak Isıtma Enerjisi Tüketimi:7.261 kwh

Faturalara baktığımızda ilk bakışta standart fatura üzerinden %5 tasarruf edilmiş gibi görünmekle beraber, ısıtma derece gün sayılarına göre bu karşılaştırmayı yaptığımızda tasarruf oranı aşağıdaki gibi olmaktadır.

• 2021 Ocak ayı için tüketim /Isıtma Derece Gün Sayısı 7.644kwh /221,3=34,54 kwh/IDGSDanfoss Makale• 2022 Ocak ayı için tüketim /Isıtma Derece Gün Sayısı 7.261 kwh/306=23,72 kwh/IDGS

Sonuç:
Yapılan çalışmada Isıtma ve Soğutma Derece Gün sayılarının hesaplama yöntemi,belirli bir zaman ve yere göre derece gün sayılarının elde edilmesi gösterilmiş, saha verileri üzerinden Isıtma Derece Gün Sayılarına ve standart tüketim değerlerine göre tasarruf oranın karşılaştırılması enerji tüketimleri ile derecegün arasında anlamlı bir ilişkinin analiz edildiği çoklu regresyon sonuçlarının anlamlı olduğu varsayılarak yapılmış ,gerçek tasarruf oranın hesaplanan tasarruf oranın altı katı olduğu görülmüştür.

Kaynakça:
(i) United Nations, 2018
(ii) The Earth Institute Columbia University, 2005
(iii) https://cevreselgostergeler.csb.gov.tr/isitma-ve-sogutma-gun-dereceleri-i-100365#_edn1
(iv) How to Calculate Energy Savings Using Degree Days and Regression

İdris Uçardağ