Dekarbonizasyon: HVAC Sistemlerinin Düşük Karbonlu Bir Gelecek için Tasarlanması
İnşaat sektöründe bir projenin kapsamlı tasarım hedeflerine ulaşmak hayati önem taşır. Sürdürülebilir bir bina yaratmak, şirket taahhütleri, yerel yasal düzenlemeler tarafından yönlendirilen hedeflerden biri olabilir. Ancak, en önemli tasarım hedefleri genellikle ilk sermaye yatırımı ve uzun vadeli işletme maliyetlerinin yanı sıra proje teslim sürelerini en aza indirmek etrafında döner.
Sektörde sıklıkla, bu önceliklerin (özellikle maliyetin) binaların karbonsuzlaştırılmasına yardımcı olan tasarım ve teknolojilerle uyumsuz olduğu algısı hakimdir.
Ancak, ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme sistemleri konusundaki deneyimler, emisyonları azaltmanın ve maliyetleri optimize etmenin birbirini dışlayan unsurlar olmadığını göstermiştir.
Emisyonları azaltmak, birçok yolu olan süreklilik gerektiren bir süreçtir. Kuruluşlar, maliyetten ödün vermeden kademeli bir yaklaşım benimseyebilir. Doğru dengeyi bulmak, proje önceliklerini, binanın çevresini, kısa ve uzun vadeli tesis planlarını ve mevcut teknoloji çözümlerini değerlendirmeyi gerektirir. Bu dengeyi sağlamak için enerji modellemesi önemli bir araçtır.
Tasarım Hedeflerini Değerlendirme
HVAC sistemlerinde sürdürülebilirlik ve karbonsuzlaştırma söz konusu olduğunda, üç temel kaldıraç vardır: Isı pompaları kullanarak ısıtmanın elektrifikasyonu, enerji verimliliğinin artırılması ve daha düşük küresel ısınma potansiyeline (GWP) sahip soğutucu akışkanların kullanılması. Her projenin fiziksel ortamı ve çerçeve koşulları, bu üç kaldıracın birleşimini belirleyecektir. Maliyet öncelikleri, genellikle düşünüldüğünden daha kolay sürdürülebilirlik hedefleriyle uyumlu hale getirilebilir.
Örneğin, yerel iklim; elektrifikasyonu önemli ölçüde etkiler. Daha sıcak iklimlerde, elektrifikasyon, ısı pompalarının ısıtma sırasında çok daha fazla elektriğe ihtiyaç duyduğu ve aşırı sıcaklıklarda devrede kalamadığı soğuk iklimlere göre çok daha kolaydır. Bunun nedeni, dış havayı ısı kaynağı olarak kullanan ısı pompalarının hava sıcaklığı düştükçe daha fazla çalışmak zorunda kalması ve verimliliklerinin, kapasitelerinin ve emisyon avantajlarının önemli ölçüde azalmasıdır. Sonunda, aşırı soğuk koşullarda ısıyı daha verimli, ucuz ve daha düşük emisyonla sağlayabilen doğal gaz gibi bir desteğe ihtiyaç duyarlar.
Ek ısıtma için doğalgaz ile elektrikli bir ısı pompasını birleştiren hibrit bir sistem, farklı iklim koşulları için mümkün olan en iyi yakıt kaynağının kullanılmasını sağlayarak maliyet ve karbonsuzlaştırmanın yanı sıra esneklik ve yedeklilik sağlar.
Doğalgazı ısı pompasına yedek olarak kullanmak, nadiren görülen en aşırı koşullarla başa çıkmak için ısı pompasının aşırı boyutlandırılmasını da önler.
Hibrit Isıtma Sistemleri Başarıya Ulaşıyor
Hibrit sistemler, özellikle güneş fotovoltaik santralleri, rüzgâr çiftlikleri ve hidro veya jeotermal kaynaklardan ucuz yenilenebilir elektriğe erişimi olan bölgelerde, yalnızca fosil yakıtlı ısıtma sistemlerine kıyasla emisyonları önemli ölçüde azaltabilir ve maliyet tasarrufu sağlayabilir. Sıcaklıklar çok düştüğünde veya yeterli yenilenebilir elektrik bulunmadığında doğalgaza geçerek, bina sahipleri yalnızca maliyet tasarrufu sağlamakla kalmaz, aynı zamanda yılın en soğuk aylarındaki şebeke kesintilerine karşı da önlem alabilirler.
Hibrit sisteminizin bir yakıt kaynağından diğerine geçişi için doğru zamanı seçmek çok önemlidir. Herhangi bir zamanda en düşük tarifeye - elektrik veya gaz fiyatlarına - geçerek, önemli miktarda CO2 tasarrufu sağlarken paradan da tasarruf edilebilir. Alternatif olarak, geçiş zamanı yalnızca enerji maliyetlerine değil, aynı zamanda emisyon azaltımlarına da bağlı olabilir ve bu da tasarımcının farklı tasarım hedefleri doğrultusunda optimizasyon yapmasına olanak tanır.
Gerçekten de, ısı pompalarının hâlâ verimli bir şekilde çalıştığı daha ılıman ve güneşli kış günlerinde, güneş enerjisiyle elektrik üretimi yüzdesi daha yüksek olma eğilimindedir; bu da gerçek zamanlı şebeke emisyon faktörünü iyileştirir ve iyileştirilmiş emisyonlar ve daha düşük maliyet gibi çifte fayda sağlar.
Sürdürülebilirlik Kesinlikle Paraya Bağlanamaz
Bu örnek, karbonsuzlaştırma ve daha geniş kapsamlı sürdürülebilirlik hedeflerine diğer tasarım hedeflerinin yanı sıra ulaşılabileceğinin altını çiziyor. Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı'nın bir çalışması bunu doğruluyor. Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı (NREL), geleneksel okul binalarını, faaliyet göstermek için ihtiyaç duydukları kadar yenilenebilir enerji üreten sıfır enerjili okullarla karşılaştırdığında, ikincisinin birçok avantaj sunduğunu tespit etti. Sıfır enerjili okullar daha az enerji gerektirir ve yerinde yenilenebilir enerji kullanarak talebi karşılar.
Çalışma, sıfır enerjili okul binalarının geleneksel bütçeler dahilinde tasarlanıp inşa edilebileceğini ve daha düşük maliyetli olabileceğini gösteriyor. Tasarım ve inşaata entegre bir yaklaşım uygulanarak, sıfır enerjili sistemlerin ek maliyeti, sağladıkları daha yüksek verimlilikle telafi edilebilir. Çalışma, sermaye ve işletme giderlerini azaltmaya yardımcı olan avantajlar arasında ısıtma, havalandırma ve klima sistemlerinin küçültülmesini de sıralıyor.
Ancak, gördüğümüz gibi, her binanın kendine özgü karmaşıklıklarını dengelemek, bu avantajlara ulaşmanın anahtarıdır. İşte tam bu noktada enerji modellemesi devreye giriyor.
Sürdürülebilirlik ve Tasarım Hedeflerinin Dengesi
Enerji modelleri, HVAC tasarımını ve kurulumunu etkileyen tüm faktörleri bir araya getirir. Projenin tasarım hedeflerine en uygun çözümü bulmak için birçok tasarım alternatifini hızlı ve uygun maliyetli bir şekilde karşılaştırmak için bir araçtır.
Enerji modellemesi, elektrikli ısı pompası gibi farklı ekipman türlerinin geleneksel bir HVAC sistemiyle karşılaştırılmasının etkisini göstermek için çeşitli sistem konfigürasyonlarını simüle edebilir. Modelleme ayrıca, önerilen bir sistemin ekonomikliğini ve uygulanabilirliğini etkileyebilecek karbonsuzlaştırma politikası teşviklerini de hesaba katabilir.
Ayrıca, farklı çözümlerin yaşam döngüsü analizleri, daha net bir uzun vadeli finansal tablo sağlayabilir. Modeller, çeşitli sistem tasarım seçeneklerinin uzun vadeli maliyetlerini, performansını ve yatırım getirisini tahmin edebilir ve bu da yatırımcılardan proje onayı almayı kolaylaştırabilir.
Veri odaklı yaklaşımıyla enerji modellemesi, bir projenin maliyetlerini etkileyebilecek aşırı kaçan mühendislik uygulamalarını da önleyebilir. ABD Enerji Bakanlığı tarafından yapılan bir araştırma, enerji modellemesi kullanan projelerin daha iyi performans gösterdiğini ve enerji modellemesi kullanmayanlara göre daha kısa yatırım getirisi sağlayabildiğini göstermiştir.
ABD genelinde sürdürülebilirlik kodları, standartları ve yönetmelikleri geliştikçe, enerji modellemesi çevresel öncelikleri temel tasarım hedefleriyle uyumlu hale getirmek için hayati bir araç olarak ortaya çıkmaktadır. Bu sayede binalar, işletmeler ve gezegen için daha yeşil ve daha dayanıklı sonuçlar sağlayan dengeli ve etkili çözümler mümkün olmaktadır.
Örnek Analiz
ASHRAE 90.1 standartlarına uygun 54.000 ft²'lik bir ofis binası prototipi, ABD Enerji Bakanlığı'nın EnergyPlus simülasyon motoruyla desteklenen Daikin Applied EA Pro yazılımı kullanılarak Denver, Colorado'da modellenmiştir. Binaya Rebel® ısı pompası çatı üniteleri yerleştirilmiştir. Isı pompaları için iki HVAC alternatifi analiz edilmiştir: elektrik yedekleme ve gaz yedekleme.
Çevre Koruma Ajansı'nın (ÇED) Denver bölgesel şebekesini temsil eden eGRID emisyon faktörleri, emisyonları hesaplamak için bölge için ortalama elektrik ve gaz kullanım ücretleriyle birlikte kullanılmıştır.
Sonuçlar, toplam enerji kullanımının elektrik yedekleme senaryosunda daha düşük olduğunu (elektrikli rezistanslı ısıtmanın gaz yakmaya kıyasla daha yüksek verimliliği nedeniyle) ancak yıllık kullanım maliyetlerinin ve eşdeğer karbon emisyonlarının gaz yedekleme senaryosunda daha düşük olduğunu göstermektedir. Bu durum, öncelikle daha yüksek elektrik kullanım ücretlerinden ve bölgesel elektrik şebekesinin elektrik emisyon profilinden kaynaklanmaktadır.
Bu örnek, gösterim amaçlı belirli bir senaryoyu temsil etmektedir ancak müşteri hedeflerine ulaşmak için tasarım alternatiflerini değerlendirirken bütünsel, projeye özgü değerlendirmelerin önemini vurgulamaktadır.
Kaynak: Daikin
