Soğuk Oda ve Soğutulmuş Depolar İçin LEED V4 Enerji Simülasyonunda Farklı Yaklaşım Gerekliliği Üzerine...

Dr. Duygu ERTEN,

P.E., LEED Faculty, BREEAM Fellow, DGNB Auditor

Dünya genelinde gıda sektörü tüketimlerini incelediğimizde, bu sektörün elektrik enerjisinin yüzde 16’sını kullanan bir sektör olduğunu görüyoruz (Fillipini et al., 2011). Tarımda en çok kullanılan yapılar arasında soğuk hava depoları var ve bu depoların tasarımında yapılacak iyileştirmeler, doğru ekipman seçimi, enerji tüketiminde ciddi karlılık getirebilir. “Soğuk Oda”, özel anlamı ile gıda maddelerinin normal şartlarda saklanabilir sürelerinden daha uzun süre saklanabilmesi için ihtiyaca uygun şartlarda soğutulan ve nem durumu kontrol edilen, dış atmosferden ısı ve nem kazancına karşı yalıtılmış mahaller olarak tanımlanabilir.

Elektriğin pahalı olduğu gündüz saatlerinde en fazla enerjiyi kullanan bu depolarda operasyonel enerjiyi düşürecek stratejiler geliştirmek ise tasarımcının görevidir. Enerji depolama yöntemleriyle, elektrik tüketimini elektriğin ucuz olduğu akşam saatlerine kaydırmak, elektrik tüketimini aşağı çekecektir. Enerji deposu ve batarya odalı farklı sistem yaklaşımlarını karşılaştıran bir araştırma, soğuk oda sistemlerinin enerji tüketimini azalttığını ve bataryalı sistemlerin elektrik talebini artırdığını ortaya koymaktadır (Xueqiang et al, 2017). Ancak batarya sistemleri güç tüketimini kaydırabildiklerinden, özellikle yaz aylarında enerji depolama sistemi olmayan referans depodan (%10 ve %53.7 arası bir aralıkta) daha fazla maliyet tasarrufu yaptırabilir.

Soğuk hava deposunda amaç, mümkün olduğu kadar değişmez sıcaklık ve bağıl nem sağlamak olmalıdır. Çok kısa süreli de olsa her sıcaklık artışı mikroorganizmaların gelişiminde hızlanmaya neden olur. Bu yüzden soğutma mikropsuz bir ürüne uygulanmalı ve ürünün hasatından tüketimine kadar aralıksız sürdürülmelidir. Bununla birlikte saklama süresi sınırlıdır ve üründen ürüne değişir (MEGEP, 2013).

Soğuk odalarda kimyasal enzim tepkimelerini yavaşlatıp, mikroorganizma gelişimini geciktirerek besin maddeleri ilk hallerine çok yakın halde saklanabilir. Ancak soğutma, mikroorganizma popülasyonunun çoğalmasını geciktirmekle birlikte, sınırlı sayıda bozulma yapıcı mikroorganizmanın ölmesini sağlar. Bu nedenle ürünlerin başlangıçta mikroorganizma enfeksiyonundan korunması önem kazanmaktadır.

Soğuk hava deposunda sıcaklık ve bağıl nemdeki denge durumu aşağıdaki etkenlere bağlı olarak değişim gösterir (MEGEP, 2013).
1. Soğuk Depoya Konulacak Ürünün ve Ambalajın Özellikleri
2. Soğuk Hava Deposunun Doldurulma Şekli
3. Evaporatörlerin Yüzey Alanları ve Yapıları
4. Evaporatör Yüzey Sıcaklığı ile Oda Sıcaklığı Arasındaki Fark
5. Soğuk Hava Deposunun İzolasyonu
6. Soğuk Hava Deposundaki Hava Dağılım Ortamı
7. Soğuk Oda Cihazlarının Çalışma Süresi
8. Soğuk Muhafaza Sıcaklık Aralıkları ve Muhafaza Şekilleri
9. Soğutma Yükünün Hesabı

Gerek Türkiye’deki binaların tasarım özelliklerinin birçoğunu standardize olmuş verilerle belirlemek gerekse LEED ve BREEAM gibi gönüllü bina sertifikasyon sistemlerinde tasarlanan/önerilen binanın enerji performansını hesap etmek için uluslararası standartlardan faydalanmaktayız. Bu standartlardan biri de bir Amerikan standardı olan ASHRAE 90.1’dir. Özellikle son yıllarda LEED ve BREEAM gibi önde gelen gönüllü bina enerji sertifikasyon sistemleri ile bir hayli öne çıkan bina enerji performansı kavramı, aynı zamanda referans bina tanımının da altını çizmiştir. Bu sertifikasyon sistemlerinden binanın enerji performansını iyileştirmek yoluyla kredi alabilmek için öncelikle “proposed building” yani önerilen/tasarlanan bina ile ASHRAE 90.1 – Appendix G’de tanımlanmış olan “Baseline Building” yani referans bina, detaylı dinamik enerji simülasyonu yapan modelleme programları (EnergyPlus, DesignBuilder, TRNSYS, IES, eQuest…) kullanılarak mimari, mekanik ve bina kontrol sistemleri ile modellenir (Akgüç, 2018)

LEED V4 halen ASHRAE 90.1 2010 ve ASHRAE 62.1-2010 standartlarına referans vermektedir. Bu yazının amacı, LEED V4 Soğuk Depolama ve Soğutulmuş Depo Binaları için 2013’de International Association for Cold Storage Construction (IACC) ve International Association of Refrigerated Warehouse (IARW)’nin yayınladığı yol gösterici bir yöntemden bahsetmektir. LEED/BREEAM gibi sertifika sistemlerinin ön koşulu olarak, ANSI/ASHRAE/IES standardı 90.1-2010 Appendix G Normative performans değerlendirme metodu ile enerji simülasyonu yapıyoruz. Soğuk depo ve soğutulmuş depo yapılarını 3 gurupta tanımlayabiliyoruz. (1) Ürünlerin, 0 derecenin üzerinde saklandığı depoların soğutucuları (2) Ürünlerin 0 derecenin altında saklandığı soğutucuları veya düşük-sıcaklık odaları. (3) 1 ve 2’nin herhangi bir kombinasyonu. Bunlar aynı zamanda küçük, orta ve büyük soğuk odalar/soğutucular olarak da tanımlanabiliyor.

LEED V4 yeni inşaat kategorisinde kullandığımız ANSI/ASHRAE/IES standardı 90.1-2010 Appendix G’yi az katlı rezidanslar haricindeki binaların enerji simülasyonunu yapmak için kullanıyorduk. Ancak bu standart soğuk oda veya soğutulmuş yapılar için gereken cephe gerekliliklerini ve soğutma ekipmanlarını göz ardı eden bir standart. Bu nedenle, IACC ve IARW, tasarımcılara ve soğutulmuş depo binaları veya binanın herhangi bir yerinde kontrollü depolama mekanı yaratanlara, termal yalıtım ve soğutma ekipmanları standartlarının seçimi konusunda yardımcı olmak için 2013’te bir ilkeler çalışması hazırladı.

Kullanılan enerji simülasyonu programları bahsettiğimiz depoları ve sistemleri modelleyemiyorsa, olağan dışı (exceptional) hesaplama yönteminin kullanılması gerekiyor. Modellemesi yapılacak soğuk deponun tasarım planlarıyla tutarlı olması, cephe tiplerinin hesaplarının düzgün yapılması, iç aydınlatma güç yoğunluğu ve kontrolleri, soğutma sistemi tipleri, büyüklük ve kontrolleri, servis suyu ısıtma sistemleri ve kontrollerini kapsamalıdır. Soğuk depolar için yaratılan referans binanın soğutulmamış kısımları ve servis suyu ısıtması, güç, aydınlatma ve başka güçler ANSI/ASHRAE/IES standardı 90.1-2010 Normative Appendix G Performans Değerleme Yöntemini (without exception) izlemelidir.

Referans binada, soğutulmuş depoların yalıtımı, iç mekan ayırıcı kapı seçimleri, proses yükleri, termal bloklar, referans bina soğutma sistemleri, önerilen soğutucu sistemler ve gereklilikleri, referans bina sistemlerinin seçimi, ekipman verimlilikleri ve kapasiteleri, “Unmet Load Hours”, yani zonlar için belirlenmiş set sıcaklıkların karşılanamadığı saatler, fan sistemi operasyonu, havalandırma (ASHRAE 62.1 Addenda L) ve sistem fan gücü referans bina modellerken bu kılavuzda altı çizilen parametrelerdir.

Referanslar
1. Filippini, Massimo, and Lester C. Hunt. (2011) "Energy demand and energy efficiency in the OECD countries: a stochastic demand frontier approach." Energy Journal 32.2 (2011): 59-80.
2. Xueqiang Li,Pietro Elia Campana,Hailong Li,Jinyue Yan,Kai Zhu (2017), “Energy storage systems for refrigirated warehouses” Energy Procedia, Elsevier
3. MEGEP, (2013), T.C. Milli Eğitim Bakanlığı, Tesisat Teknolojisi ve İklimlendirme
4. International Association for Cold Storage Construction
5. International Association of Refrigerated Warehouse
6. Akgüç A. (2018), ASHRAE 90.1 2010 - Appendix G'ye göre Referans Bina Tanımı ve Mekanik Sistem Seçimi, TTDM Dergisi Ek (Ocak-Şubat)
7. Yılmaz Z., Akgüç A., Gali G., Ganiç N., Ashrafian T., Binalarda Maliyet Optimum Enerji Verimliliği Seviyesi için Türkiye Koşullarına Uygun Yöntemin ve Referans Binaların Belirlenmesi, TÜBİTAK 1001 Projesi, 2013 – 2015
8. ANSI / ASHRAE / IES Standard 90.1 – 2010, Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings, American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers, Inc., Atlanta-USA (2010)
9. ASHRAE Design Essentials for Refrigerated Storage Facilities-2005