Lighting energy management for office buildings and a case study
Ofis binaları için aydınlatma enerjisi yönetimi ve bir örnek çalışma
- Tez No: 512268
- Danışmanlar: PROF. DR. ALPİN KÖKNEL YENER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mimarlık, Architecture
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mimarlık Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 205
Özet
Gün ışığı yüzyıllardır gün içinde kullanılan temel ışık kaynağıydı. Daha sonra kullanılmaya başlanan yapay ışık kaynakları, gün batımından sonra ya da günışığının yeterli olmadığı zamanlarda da aydınlatma gereksiniminin karşılanmasına olanak vermiştir. Ancak 19. yüzyıldaki elektrik lambasının icadı sonrasında mum ya da gaz lambası gibi diğer yapay aydınlatma kaynaklarının kullanımı azalmıştır. Çünkü elektrikli lamba gaz lambasına göre dışarıya az ısı verdiğinden ayrıca is ve duman yaymadığından, hem daha temiz bir ışık kaynağıydı hem de daha az yangın riski taşıyordu. Etkinliği de önceki yapay ışık kaynaklarından yüksek olmasından dolayı elektrikli lambanın kullanımı böylelikle giderek yaygınlaşmaya başlamıştır. Elektrikli aydınlatmanın kullanımının artması ile insan verimliliği ve yaşam kalitesi yeni seviyelere ulaşmış, sosyal ve ekonomik faaliyetler de paralel olarak gelişim göstermiştir. Bunun yanı sıra, elektrik üretimi esas olarak yenilenemeyen enerji kaynakları olan ve hızla tükenen fosil yakıtlardan elde edilmektedir. Elektrik üretiminde çoğunlukla petrol, doğalgaz ve kömür gibi fosil yakıtların yanması sırasında hava kirliliğine, sera etkisine ve küresel ısınma tehlikesine neden olan karbondioksit de atmosfere salınır. Karbondioksit ve salınan tüm diğer atıkların etkileri, insan sağlığına ve dünyadaki diğer populasyonlara karşı önemli risklere sahiptir. Ana enerji formlarından biri olan elektrik, yapma aydınlatma yanında ısıtma, soğutma gibi diğer bina sistemlerini çalıştırmak için de kullanılmaktadır. Fakat aydınlatma, dünyanın her yerinde bütün bina tiplerinde önemli bir elektrik tüketicisidir. Ayrıca, aydınlatma teknolojisindeki ilerlemeler de kullanımının çoğalmasında büyük rol oynamıştır. Enerji tüketimindeki hızlı artışın çevresel ve ekonomik yönleri göz önüne alındığında, aydınlatma sistemleri için tasarım stratejileri olarak bazı yaklaşımlar geliştirilmiştir. Daha tasarruflu aydınlatma teknolojilerinin yanı sıra enerji etkin aydınlatma tasarım uygulamaları ve kontrol sistemleri kullanılarak elektrik enerjisi tüketimini ve buna bağlı sera gazı emisyonlarını azaltma potansiyeli mevcuttur. Ama en önemlisi önceden beri zaten temel ışık kaynağı olan gün ışığının kullanımını daha etkin hale getirmek ve yapma aydınlatma ile bütünleşik aydınlatma tasarımını gerçekleştirmeye öncelik vermektir. Bina tipolojileri, aydınlatma enerjisi tüketim oranı için belirleyici bir rol oynamaktadır. Endüstrileşmeyle birlikte üretim, hizmet ve sonrasında iletişim sektörlerindeki büyüme nedeniyle bu gelişmelerin bir sonucu olarak ofis binalarının ilk örnekleri ortaya çıkmıştır. Sonrasında ise ticaret, mühendislik veya tasarım gibi çalışma alanları yine ofis binalarından yönetilmektedir. Aydınlatma, ofis çalışanlarının görsel gereksinimleri, verimlilik ve motivasyonunu sağlamak için gerekli bir parametredir. Elektrikli aydınlatma sistemleri, kullanıcılara gerekli aydınlatma seviyesini sağlamak yada çalışma saatlerini uzatmak gibi önemli avantajlar ve esneklik sağlamıştır. Bunların sonucu olarak, yapma aydınlatma enerjisi tüketimi diğer bütün bina tipolojileri yanında ofis binaları için de günümüze dek hızla artmıştır. Tez kapsamında örnek çalışma için, çoğunlukla gün içi kullanımından dolayı gerekli aydınlatma seviyesini gün ışığından yararlanarak sağlama olanağı dikkate alınarak ofis bina tipolojisi tercih edilmiştir. Tez çalışması altı bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde elektrik enerjisi üretimi süreci ve çevresel etkilerinden, elektrikli aydınlatmanın yaygınlaşmasından ve tüketim oranlarından bahsedilmiştir. Tezin amaç ve içeriği kısaca özetlenmiştir. İkinci bölümde ofis aydınlatma tasarım kriterleri; görsel gereksinim parametreleri, uluslararası standartlar ve aydınlatmanın psikolojik etkileri başlıkları altında ele alınmıştır. Üçüncü bölümde ofisler için aydınlatma sistemleri; yapma aydınlatma sistemleri (elektrikli ışık kaynakları, armatürler ve yardımcı ekipmanlar), gün ışığı sistemleri (gün ışığı özellikleri, güneş kontrol sistemleri ve gelişmiş gün ışığı sistemleri) ve aydınlatma kontrol sistemleri (kontrol stratejileri, kontrol cihazları ve standart kontrol protokolleri) gibi alt bölümlerle incelenmiştir. Aydınlatma için enerji etkin stratejiler Bölüm 4'te açıklanmıştır. Bu bölümde enerji etkinliğinin öneminden bahsedilmiş, aydınlatmaya enerji etkin yaklaşım ve sonrasında bunu sağlayacak stratejiler anlatılmıştır. Aydınlatma sistemlerinin enerji yönetimi, gün ışığından yararlanma, gün ışığının ve yapay ışığın entegrasyonu, lokalize aydınlatma ve aydınlatma sistemlerinin bakımı enerji etkin aydınlatma stratejileri olarak detaylandırılmıştır. Stuttgart'daki 'Elektror' Ofis Binası, Bölüm 5'teki örnek çalışma olarak incelenmiş, son bölümde ise sonuçlar ve öneriler sunulmuştur. Örnek çalışma kapsamında, yerleşim yeri ve Elektror binasının detayları hakkında bilgi verildikten sonra, örnek çalışma için seçilen ofis alanı tanımlanmıştır. İlk olarak, mevcut aydınlatma sistemi görsel konfor ve enerji tüketim kriterleri açısından değerlendirilmiştir. DIALUX aydınlatma tasarımı yazılımında, aydınlık düzeylerini ve enerji tüketimini optimize edecek yeni bir aydınlatma sistemi hazırlanmıştır. Önerilen aydınlatma sistemi için ışık kaynağı tipi ve montaj tipi seçimi değiştirilmiştir. Tüp floresan ve kompakt floresan lambalar yerine yüksek verimli olması nedeniyle ışık kaynağı olarak LED lamba tercih edildi. Doğrudan-dolaylı aydınlatma yerine, ışık akısının doğrudan görev alanına yönlenmesinden dolayı sarkıt tip aydınlatma seçilmiştir. Bu sayede, mevcut sistemdeki dolaylı aydınlatmanın gri beton tavanın ışık yutuculuğu sebebiyle gerçekleşen faydalı ışık akısı kaybının önlenmesi amaçlanmıştır. Önerilen aydınlatma sistemi planlanırken; iç yüzeylerin yansıtma katsayıları, oturma planı ile pencerelerin konumu arasındaki etkileşim dikkate alınmıştır. Gün ışığı katkısı olmaksızın tüm ofis alanı için gerekli aydınlık düzeyleri elde edilmiş olup, önerilen aydınlatma sisteminin mevcut sisteme göre tüm yıl boyunca % 70 daha az elektrik enerjisi tüketecek şekilde olduğu görülmüştür. Daha sonra, DIALUX programında seçilen ofis alanının belirlenen örnek günler ve saatler için gün ışığı analizleri yapılmıştır. Günışığı simulasyon sonuçlarına göre ofis alanının kullanım farklılıkları da göz önünde bulundurularak aydınlatma zonlaması yapılmıştır. Gün ışığı analizlerinin sonuçlarına uygun olarak, tüm alanda gerekli aydınlık düzeyini sağlayacak şekilde önerilen aydınlatma sisteminin lambaları her bir aydınlatma zonunda belirlenen zamanlar için gün ışığı uygunluğuna bağlı olarak kapalı veya % 50 dimmerlenmiş olarak hesaplanmıştır. Gün ışığına duyarlı önerilen aydınlatma sisteminin yıllık aydınlatma enerjisi tüketimi, bu varsayımlara uygun olarak bulunmuştur. Armatürlerin çalışma alanlarında pencereye paralel olarak yerleştirilmesi ile, gün ışığından yararlanılan zamanlar için ofisin derin alanlarına doğru kademeli olarak çalışması sağlanarak daha verimli bir entegrasyon gerçekleştirilmiştir. Bu durumda, gün ışığına duyarlı önerilen aydınlatma sistemi, seçilen ofis alanında mevcut aydınlatma sistemine göre tüm yıl boyunca %85,5 daha az elektrik enerjisi tüketerek gerekli aydınlık düzeylerini elde edeceği görülmüştür. Sonuç olarak, yapma aydınlatma sistemi elektrik tüketiminin, görsel konfor koşullarından ödün vermeden, çalışma süresi ve gücünün azaltılması yoluyla yıl içinde minimize edilebileceği görülmektedir. Bunu gerçekleştirmek için, verimli ışık kaynakları ve diğer yapma aydınlatma bileşenlerinin yanı sıra gün ışığının etkin kullanımı da büyük önem taşımaktadır. Günışığındaki miktar ve dağılımın gün içinde ve günden güne değiştiği göz önüne alındığında, seçilen bir alanın belirlenen zamanlar için gün ışığı performansı bu süreç için bir gerekliliktir. Gün ışığı simülasyon araçları mekanlara gün ışığı dağılımını analiz etmek için kullanılabilir. Simülasyon sürecinde alandaki gün ışığı dağılımını etkilediği için; binanın konumu ve yönelimi, pencere ve iç yüzeylerin özellikleri, mekanın organizasyonu gibi parametreler de girdi verileri olarak tanımlanmalıdır. Gün ışığı analizi, alan kullanım fonksiyonlarını da dikkate alarak aydınlatma zonlamasının belirlenmesine olanak verir. Böylece, elektrikli aydınlatma için daha hassas anahtarlama yapılarak, gün ışığı ve yapma ışığın verimli bir şekilde entegrasyonu sağlanır. Ayrıca simülasyon sonuçları gerçekleştirilecek olan tasarımın yaklaşık olarak aydınlatma enerjisi tüketimini hesaplamayı da mümkün kılmaktadır. Elektrik enerjisi tüketimi ile ekonomik büyüme arasındaki ilişki doğru orantılı olarak kabul edilmekle birlikte, bu tüketimin istenmeyen çevresel etkileri ve artan işletme maliyetleri açısından en aza indirgenmesi gerekmektedir. Binalarda aydınlatma için doğal bir ışık kaynağı olan gün ışığının kullanımı, kullanıcılar için iyi bir atmosfer yaratarak, enerji ve maliyet tasarrufu sağlamak açısından da önemli avantajlar sunmaktadır. Bunların yanı sıra, sürdürülebilir bina tasarımını gerçekleştirmeye katkıda bulunur. Ofis binaları, ticari binalar arasında ikinci büyük aydınlatma enerjisi tüketicisidir. Enerji etkin bir aydınlatma tasarımı sağlamak için; aydınlatma teknolojileri ve tasarım araçlarının yanı sıra bina tipolojilerinin mimari özellikleri ve günışığı karekterisliğinin de bilinmesi gerekmektedir. Bu nedenle, ofis ve diğer bina türleri için aydınlatma enerjisi yönetimini başarılı bir şekilde gerçekleştirmek amacıyla bu yaklaşımı disiplinler arası bir çalışma ile yürütmek gerekmektedir. Bu çalışma, enerji verimli ve çevreye duyarlı bir aydınlatma tasarımı sağlamak için gelişmiş yapma aydınlatma sistemlerinin yanı sıra; coğrafi parametrelerin ve bina parametrelerinin de bütüncül olarak değerlendirilmesinin önemini vurgulamaktadır.
Özet (Çeviri)
Together with industrialization, the need of offices has been increased due to growing of manufacturing and service sector afterwards, communication. The first examples of modern office buildings have emerged as a result of these developments. For office employees, lighting is an essential parameter to ensure visual requirements, productivity and motivation. Invention of the electric lamp provides considerable benefits and flexibilities to users such as; supplying required illumination level when sufficient daylight is not available, or enabling working hours' extension after the sunset. Furthermore, making progress of lighting technology has resulted in widespread of electric lighting. As a consequence of these, lighting energy consumption has increased continuously until now. Functioning of artificial lighting systems in buildings is mostly based on electrical energy. Electricity is generated from mainly gains through burning fossil fuels which are nonrenewable energy resources and rapidly being depleted. Moreover, during the generation of electricity from fossil fuels, CO2 as one of the greenhouse gases releases into the atmosphere and that causes global warming. When taken into account environmental and economical aspects, reducing the amount of lighting energy consumption has a great importance on the global scale. The energy load of artificial lighting system has a significant proportion within the other building systems nevertheless, this energy demand can be minimized with energy efficient design strategies. When considered that office buildings are used mostly in the daytime, requirement of artificial lighting can be reduced by taking advantage of daylight as much as possible. Lighting simulation tools help to evaluate daylight sufficiency which is variable depending on sky conditions and sun position for chosen times. Another important step is choosing of artificial lighting systems with less energy losses. In addition to these, lighting control systems can be utilizable for integration of daylight and artificial light to provide sophisticated lighting design. In the scope of this thesis, parameters of lighting energy management for office buildings were investigated. Office lighting design criteria were explained, and lighting systems were detailed as artificial lighting, daylighting and lighting control systems. Energy efficient lighting strategies for offices were defined as in the manner of design approaches which can be carried out to minimize lighting energy loads without sacrificing visual comfort conditions. As a case study, Elektror Office Building in Stuttgart, Germany was examined. After evaluation of existing lighting system for chosen office space in DIALux lighting design software, an alternative lighting design that optimizing existing system was proposed. Daylight analyzes of chosen office space for determined days and hours were performed. Regarding this, a working methodology of the luminaires in proposed system was prepared to provide the integration of daylight and artificial light throughout the year. Probable annual lighting energy consumptions of proposed lighting system together with its daylight responsive version were calculated. Afterwards, comparisons of visual comfort conditions and energy consumption for both lighting systems were summarized. Finally, conclusions and recommendations with respect to the thesis were presented.
Benzer Tezler
- Aydınlatma tasarımının kullanıcı üzerindeki fizyolojik ve psikolojik etkileri açısından incelenmesi
The assessment of the physiological and psychological effects of lighting design on occupants
DİLEK ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPİN KÖKNEL YENER
- The social dimension of sustainability: A case study on indoor environmental quality in Türkiye
Sürdürülebilirliğin sosyal boyutu: Türkiye'de iç mekan çevre kalitesi üzerine bir vaka çalışması
DARYA AMINI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
İşletmeİstanbul Teknik Üniversitesiİşletme Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ÖZGÜR KAYALICA
- Bina simülasyon programları ve enerji performans değerlendirmesi
Building simulation programs and energy performance analysis
GÜLSU ULUKAVAK
- Ofis binalarının enerji-etkin yenilenmesi (retrofit) sürecinde kullanıcı memnuniyetinin değerlendirilmesi
Retrofitting office buildings and post occupancy satisfaction evaluations
CEREN ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DENİZ İLTER
- İşyerlerinde enerji tasarrufu ve etüd işlemleri
Başlık çevirisi yok
SEZAİ UYSAL
Yüksek Lisans
Türkçe
1992
Makine MühendisliğiAnadolu ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEMAL TANER