Design strategies for harnessing the solar energy potential for positive energy districts: An optimization method based on evolutionary algorithms
Pozitif enerji bölgeleri için güneş enerjisi potansiyelini kullanmaya yönelik tasarım stratejileri: Evrimsel algoritmalara dayalı bir optimizasyon yöntemi
- Tez No: 915322
- Danışmanlar: PROF. DR. İPEK GÜRSEL DİNO, DOÇ. DR. ONUR TAYLAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mimarlık, Architecture
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mimarlık Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 163
Özet
Binalar, dünya genelinde enerji tüketimi ve sera gazı emisyonlarının önemli bir bölümünü oluşturmaktadır ve bu durum, temiz enerji kaynaklarına geçişi zorunlu kılmaktadır. Pozitif Enerji Bölgeleri (Positive Energy Districts - PEDs), enerji pozitif ve iklim-nötr kentsel çevreler yaratmak için dönüştürücü bir strateji olarak ortaya çıkmıştır. PED'ler, tüketimlerinden daha fazla enerjiyi yerel olarak üretmeyi hedeflemekte ve bu doğrultuda güneş teknolojileri gibi yenilenebilir enerji sistemlerinden yararlanmaktadır; bu sistemler, kolay bulunabilmeleri ve çok yönlü kullanımları nedeniyle tercih edilmektedir. Bu tez, fotovoltaik (PV) sistemler ve güneş enerjisiyle çalışan su ısıtıcılarının (SWH) entegrasyonu yoluyla güneş enerjisi üretiminin optimizasyonunu incelemektedir. Genetik optimizasyon yöntemlerinden NSGA-II'nin kullanıldığı bir hesaplamalı tasarım yöntemi önerilmiş olup, bu yöntem enerji taleplerine, bina çatı alanlarına ve yönelimlerine dinamik olarak uyum sağlamaktadır. Temel olarak, simülasyon tabanlı veri üretimi yapay mahallelere uygulanarak enerji talepleri simüle edilmiş ve güneş enerjisi sistem çıktıları hesaplanmıştır. Optimizasyon çerçevesi, (1) elektrik talebi açığını en aza indirmek ve (2) sıcak su talebi açığını en aza indirmek olmak üzere iki temel zıt hedefle değerlendirilmiş ve sonuçlar, maliyet değerlendirmelerini içeren Pareto grafikleriyle görselleştirilmiştir. Bulgular, test edilen binaların tümünün yıllık sıcak su ihtiyaçlarını başarıyla karşıladığını, ancak yalnızca %8'inin yıllık elektrik ihtiyaçlarını karşılayabildiğini ortaya koymuştur. Bu durum, özellikle elektrik talepleri açısından, pozitif enerji hedeflerine ulaşmanın mekânsal ve mimari sınırlamalar altında ne denli zorlu olduğunu göstermektedir. Araştırma, PED'lerde güneş teknolojilerinin birleştirilmesine dair değerli içgörüler sunmakta ve güneş radyasyonu değişkenliğini azaltırken kentsel çevrelerde istikrarlı ve sürdürülebilir bir enerji arzını güvence altına alma potansiyelini ortaya koyan ölçeklenebilir bir metodoloji sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Buildings account for a significant portion of energy consumption and greenhouse gas emissions worldwide, emphasizing the critical need for a transition to clean energy solutions. Positive Energy Districts (PEDs) have emerged as a transformative strategy to achieve energy-positive and climate-neutral urban environments. PEDs aim to locally generate more energy than they consume, primarily through renewable energy systems such as solar technologies, which are favored for their abundance and versatility. This thesis investigates the optimization of solar energy production by integrating photovoltaic (PV) systems and solar water heaters (SWH). A computational design method employing genetic optimization, specifically NSGA II, is proposed, which dynamically adjusts to varying energy demands, building roof areas, and orientations. As a foundation, simulation-based data generation is applied to artificial neighborhoods to simulate energy demands and calculate solar energy system output. The optimization framework is evaluated with two conflicting objectives: (1) minimizing the electricity demand gap and (2) minimizing the hot water demand gap, with results visualized through Pareto fronts incorporating cost considerations. The findings reveal that while all tested buildings successfully fulfilled their annual hot water demands, only 8% were able to meet their annual electricity requirements. This highlights the significant challenges in achieving positive energy goals, especially for electricity demands, within the limitations of spatial and architectural constraints. The research offers valuable insights into coupling solar technologies for PEDs and presents a scalable methodology that showcases their potential to mitigate solar radiation variability while ensuring a stable and sustainable energy supply in urban environments.
Benzer Tezler
- Mesken elektrik aboneleri için enerji yönetimi sistemi kullanımı
Utilization of energy management systems for residential electricity consumers
HÜSNÜ ALAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BELGİN TÜRKAY
- Design & development of autonomous beach cleaning vehicle
Otonom plaj temizleme aracının tasarımı ve geliştirilmesi
MAHDI ALLAOUA SEKLAB
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiAltınbaş ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SÜLEYMAN BAŞTÜRK
- Investigation of green buildings towards net zero carbon: example in itu ayazağa campus
Net sıfır karbon hedefi doğrultusunda yeşil binaların incelenmesi: İTÜ ayazağa kampüsü örneği
MERVE MAÇİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL TORÖZ
- Net sıfır emisyon hedefinde yenilenebilir enerji destekli sürdürülebilir kampüs tasarımı: TBMM örneği
Renewable energy powered sustainable campus design for net zero emission target: GNAT case
ÜMİT ÖZMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜZİN ÖZMEN
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜL NİHAL GÜĞÜL
- Investigation of cyanide-based catalysts and hybrid assemblies for artificial photosynthesis
Yapay fotosentez için siyanür bazlı katalizörler ve hibrit düzenlemelerin incelenmesi
SINA SADIGH AKBARI
Doktora
İngilizce
2022
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FERDİ KARADAŞ