AKILLI BİNALARA AKADEMİK BİR MÜHENDİSLİK YAKLAŞIMI

 AKILLI BİNALARA AKADEMİK BİR MÜHENDİSLİK YAKLAŞIMI

Hızla gelişen teknolojinin kaçınılmaz etkileri elbette ki Türkiye’mizde de yansıma bulacaktır. Akıllı Bina da bu teknolojik gelişmelerden biridir.  Söz konusu yansımalara akademik düzeyden örnek olarak, İnönü Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü’nden Doç Dr. Asım Kaygusuz ve Olcay Karataş’ın Nisan 2013 tarih ve “Akıllı Bina Sistemi ve Akıllı Şebeke ile Entegrasyonu” başlıklı çalışmasını aktarıyoruz.
Şöyle deniliyor çalışmanın “Giriş”inde:
 
“Gelişen teknoloji sayesinde bugün birçok yapı akıllı bina olarak dizayn edilmekte ve hem enerji verimliliği hem de kullanıcılar için büyük kolaylıklar sağlamaktadır. Akıllı binalarda genellikle aydınlatma otomasyonu, iklimlendirme otomasyonu, yangın sistemi otomasyonu, network altyapı otomasyonu, hastaneler için hemşire çağrı otomasyonu, tıbbi cihaz kontrol ve izleme otomasyonu uygulanmaktadır. Akıllı bina teknolojisi birçok alanda faaliyet göstermesine karşın yapmak istediğimiz sistemin tam akıllı olabilmesi için sadece yapı tarafında değil enerji kısmında da akıllı sistemler kullanmamız gerekmektedir. Bu konuda teknolojinin son geldiği nokta ise akıllı şebekedir.
 
Bu çalışmada akıllı binaların akıllı şebeke ile bina entegrasyonunu sağlamak için akıllı binanın enerji merkezinde yapılabilecek sistem çalışması önerilmektedir.
 
Önerilen çalışma enerji merkez hücrelerine giriş yapacak olan farklı kaynaktan gelen enerjilerden en verimli ve en ucuz enerjiyi sisteme verip, sistemden geri besleme yoluyla belirli aralıklarla rapor almaktır.
 
2. AKILLI BİNA UYGULAMASI
Akıllı bina uygulamalarından biri olan aydınlatma otomasyonunda armatürler arasına 2x1.5 Lihch otomasyon kablosu çekilir ve ilgili tali tablo içerisinde ki router modülüne bağlanır. Bu routerlar Cat-6 veri kablosu ile seri toplanarak merkezi otomasyon bilgisayarından kontrolü yapılabilmektedir. Binanın 4 farklı cephesine yerleştirilen gün ışığı sensörleri vasıtasıyla bilgi alan aydınlatma otomasyon sistemi armatürleri ışık seviyesine göre ayarlar. Ortak kullanım mahallerinde 1-10V elektronik balastlı armatürler kullanılırken kişisel kullanım alanları için dali balastlı armatürler kullanılır. Dali balastlı* armatürler light butonlar sayesinde manüel olarak ta çalışabilir.
 
İklimlendirme otomasyonunda gereken ayarlamalar klima santrallerinin yönetildiği DDC panoları sayesinde çalışır. İstenilen oda sıcaklığına bağlı olarak ilgili santral çalıştırılır ve arıza tespiti ile kapasite kontrolü yapılır. Yangın ihbar-senaryo sistemi için aşağıdaki çalışma sistemi sağlanır.
 
Asansörlere komut verilir. Örneğin herhangi bir yangın durumunda asansörler zemin kata çağrılır. Deprem anında ise en yakın kata açılır. Binadaki yangın kapılarına ve sensörlü kapılara komut verilerek yangın çıkar çıkmaz tüm yangın kapıları ve sensörlü kapılar otomatik olarak açılır. Anons sistemi direk aktive edilir. İtfaiye otomatik arama emri verilir. Yangın söndürme sistemindeki vanalarda su akışı olup olmadığı kontrol edilir. Acil aydınlatma tetiklenerek enerji kesintisi olsa dahi bina aydınlanır.
 
Network altyapı otomasyonunda bu altyapıyla tümleşik diğer otomasyonlar birleştirilebilir. Yani aynı rack kabin içerisinde data prizleri ile bağımsız sistemler izlenebilir. Sadece merkezi izlemenin bağımsız olması gerekmektedir.
 
Hastanelerde ayrı olarak hemşire çağrı ve tıbbi cihazların kontrol ve izlemesi de akıllı bina teknolojisine girmektedir. Bir hasta odasında yatarken hemşire çağrı butonu vasıtasıyla hemşireye bir veri gönderir. Veri hemşire çağrı pagerlarına ulaşır ve hemşire bilgilendirilir. Sonrasında hemşire hasta odasına gider ve kendisine ait olan kartını hemşire çağrı paneline okutur. Böylece hastaya hangi hemşirenin hangi zaman diliminde ve ne kadar sürede ulaştığı belirlenir. 
 
Yine hastanelerde uygulanan sistemlerden biri de tıbbi cihazların kontrol ve izlenmesidir. Bu sistemde IT sistemi (İZOLELİ ŞEBEKELER), Ameliyathane Kontrol Panoları ve UPSler kullanılmaktadır.
 
Akıllı binalarda ekonomik olarak tasarrufu düşünecek olursak kojenerasyon sistemini de ele almamız gerekir. Kojenerasyon, bileşik ısı-güç üretim sistemleri CHP (Combined Heat and Power), elektrik ve buharın aynı enerji kaynağından, aynı anda üretildiği modüler yapılı santrallerdir. Elektrik üretiminde açığa çıkan atık ısı değerlendirilerek enerji verimliliği artırılır ve konvansiyonel sistemlere göre enerjiden daha fazla yararlanılması sağlanır. 
 
Enerji tüketildiği yerde üretildiğinden, iletim ve dağıtım hatlarında oluşan kayıplar ortadan kalkar, şebekeden etkilenmeden, kesintisiz ve kaliteli bir elektrik arzı işletmede kullanıma sunulur. Arıza ve bakım maliyetleri düşer. Elektrik, sıcak su ve buharın tümünün kullanılması halinde yatırım maliyeti kısa süre içinde karşılanmaktadır.

3. AKILLI BİNA SİSTEMİNİN AKILLI ŞEBEKEYE ENTEGRASYONU
Akıllı şebeke teknolojisini akıllı bina uygulamalarında kullanmak için, birden fazla enerji temini yapabilecek tesisin her enerji noktasına ait yüksek gerilim şalt ekipmanına (hücreler ve/veya trafolar) ve bu ekipmanların oto kontrolünü yaparak en verimli ve en ucuz enerjiyi sisteme kesintiyi hissettirmeden sağlayacak (dinamik UPS* yardımıyla) bir modüle ihtiyaç vardır. Bu durum için 2 tasarım belirlenmiştir. İlk tasarımda farklı gerilim beslemeleri ele alınmıştır.
 
 
Şekil-1 Farklı enerji kaynaklarından farklı seviyede gerilim beslemeli akıllı şebeke sistemi
 
Bu tasarımda farklı firmalardan çeşitli enerji temini söz konusu olacak şekilde her enerji noktası için bağımsız Yüksek Gerilim Hücre donatımı ve bu hücrelerin beslediği trafolar ile Binaya enerji sağlayan bir sistem düşünülmüştür. Trafoların gerilim dönüştürme oranları enerjinin alındığı sistemin Gerilim kademesine göre seçilmelidir. Bu trafoların bağlandığı transfer panosu enerji otomasyon panosu ile anahtarlanmaktadır. Transfer panosunun çıkışına Binanın yük kapasitesine uygun Dinamik Kesintisiz Güç Kaynağı konulmalıdır.
 
Akıllı şebeke, enerji temin noktalarından en verimli ve en ucuz enerjiye sahip olanını seçecek ve ilgili hücreleri devreye alıp sistemin beslenmesini sağlayacaktır. Bu temin noktalarından geçiş esnasında meydana gelecek kısa süreli kesintinin sisteme yansımaması için dinamik UPS* kullanılmalıdır. Bu sayede sistem enerji kesintilerinden zarar görmeyecektir.
 
Akıllı şebeke modülü sürekli olarak tüm enerji temin noktalarından ve hücre çıkışlarından bilgileri alıp analiz sonuçlarına göre seçim yapmaktadır. Bu sistem sayesinde tasarım içerisinde meydana gelebilecek arızaların takibinin yapılması da sağlanmaktadır. Akıllı şebeke modülü, LAN bağlantı sayesinde uzaktan erişim sağlanabileceği gibi ara yüzdeki yetkilendirmeye bağlı olarak sisteme müdahale şansı da verebilecektir. Mevcut şartlarda LAN bağlantısı yeterli olabilmektedir fakat hastane ve üniversite gibi kompleks binalarda gelecekte BAN(building area network) bağlantısının uygulanması akıllı şebekenin yüksek performans göstermesi için daha uygun olacaktır. Bunun sonucu olarak sistem merkezi bir birimden takip edilerek gerekli analizler sonucu uygun işlemlerin yapılmasına olanak sağlanacaktır.
 
 
Şekil-2 Farklı enerji kaynaklarından aynı seviyede gerilim beslemeli akıllı şebeke sistemi
 
Şekil-2 de gösterilen tasarımda yine farklı firmalardan enerji temini sağlanırken gerilim seviyelerinin eşit olduğu varsayılmıştır. Bu durumda tek trafo ile sistem çalışmaktadır. Fakat bununla ilgili tek sorun akıllı şebekenin hücrelerin kesicilerini ayrı ayrı kontrol etmesidir. Sistemin sorunsuz çalışabilmesi için hangi firmadan enerji alınacaksa sadece o enerjiye bağlı hücrenin çalışması gerekmektedir. Geri kalan çalışma planı Şekil 1 ile aynıdır.
Her iki tasarımda da akıllı şebeke ile faturalandırma, tarife bilgileri yükleme ve güncelleme, Enerji durum raporu ve açma / kesme kontrolü yapılabilmektedir.
 
*Faturalandırma: Bağımsız Ölçü hücrelerinde bulunan akıllı sayaçlardaki harcama miktarlarına göre sistem otomatik olarak faturalandırma yapabilecek ve firmaya bildirebilecektir. Böylelikle otokontrol uzaktan erişim ile sağlanabilecektir.
*Tarife Bilgileri Yükleme ve Güncelleme: Enerji temin firmalarına akıllı şebeke üzerinden veya bağımsız internet bağlantıları ile akıllı sayaçlara enerji kullanım şekline ve zamanlarına göre tarife bilgileri oluşturma ve kampanya şeklinde oluşabilecek indirim tarife oranlarını akıllı sayaca güncel olarak yükleyebilme olanaklarının sağlanabilecektir.
*Enerji Durum Raporu: Akıllı şebeke sürekli olarak enerji temin noktalarını takip edecek ve zaman dilimlerine göre kullanılan enerji noktasındaki enerjinin verimliliği takip edilerek, firmalar tarafından oluşabilecek yüksek gerilim, gerilim salınımı ve darbeler gibi arıza oluşturabilecek riskler kayıt altına alınabilecektir. Sistemin bu tür durumlardan zarar görmesi durumunda sistemin kaydettiği bu rapor kanıt olarak gösterilebilecektir.
*Açma / Kesme Kontrolü: Günümüzde sayaç açma kesme işlemleri manüel olarak yapılarak büyük zaman ve iş gücü kayıplarına neden olmaktadır. Akıllı şebeke sayesinde Ölçü hücrelerinde oluşturulacak basit bir modül aracılığı ile firmalar faturaların ödenmemesi halinde otomatik olarak uzaktan erişim ile enerjiyi kesebilecek, gerek görüldüğünde enerjiyi tekrar verebilecek kontrol mekanizmasına sahip olacaklardır.
 
Akıllı bina sisteminde kojenerasyon söz konusu ise enerji temin edilecek firmaların enerji maliyet analizine göre akıllı şebeke sistemi kojenerasyonu sisteme dahil edebilmektedir. Kojenerasyon sistemi akıllı şebeke teknolojisi ile tam bir bütünlük sağlayacak niteliktedir. Mademki enerji tasarrufuna ihtiyacımız var, bunu akıllı bir sistemle daha yararlı hale getirmek yine bizim elimizdedir. Kojenerasyon sistemi doğalgaz, fuel-oil, biyogaz ve biyo-yakıt ile çalışabilme seçeneklerine sahiptir. Şekil-3 teki tasarımda akıllı binamızda doğalgazla çalışan bir kojenerasyon sistemini düşünürsek akıllı şebeke doğalgaz fiyat verilerini de analiz ederek diğer enerji seçeneklerinden daha uygun olduğu anda kojenerasyonu devreye sokabilir. Hatta ürettiği enerjinin fazlasını şebekeye verip daha karlı bir sisteme geçebilir.
 
Elektrik üretiminin tüketimi karşılamadığı durumlarda şebekeden elektrik çekerek, fazla üretim halinde de şebekeye elektrik satarak sistemin tam yük ve maksimum verimde çalışması sağlanırsa, en yüksek kazanç sağlanır. Kojenerasyonda yakıt olarak ilk önce doğalgaz akla gelmekte fakat atık arıtma tesislerinden kanalizasyon gazı (Sewage gas), çöp depolama tesislerinden çöplük gazı (Landfill gas) ve benzer şekilde biyogaz, kok gazı vb. gibi yakıtlarda kullanılabilmektedir. Atıklardan elde edilen bu gazlar da doğalgaz gibi elektrik ve ısı üretmek için direkt olarak kullanılabilir.
 
 
Şekil-3 Kojenerasyon sisteminin akıllı şebeke ile entegrasyonlu akıllı bina sistemine uyarlanması
 
SONUÇ
Geleceğin şebekelerinde, statik tüketicilerin aksine aktif kullanıcılar tercih edilecek ve bu nedenle şebekelerdeki güç akışının dinamik tüketici ve yerel yenilenebilir enerji sağlayıcıları arasında geçiş yeteneğine sahip olması gerekir. Yapılan bu çalışmada, akıllı şebekenin akıllı bina teknolojisiyle nasıl entegre edilebileceği ve bu entegrasyonun alternatifleri üzerinde durulmuştur. Akıllı binaların farklı enerji(Rüzgar,güneş..vs) temin olanağı söz konusu ise akıllı şebeke ile akıllı bina için en uygun enerjiyi seçmesi ve bunu uygun koşullarda takibinin yapılması mümkün olacaktır. Şekil-1 deki yapıda trafo sayısının artmasından dolayı trafo üzerinde oluşacak olan ısı ve bakır kayıpları artacağından, enerji tasarrufu hususunda olumsuz bir durum teşkil edecektir.
 
Çalışmamızda farklı enerji temini olarak yenilenebilir enerji kaynakları olan rüzgâr ve güneş enerjisi vurgulanmıştır. Akıllı bina diğer bir anlamıyla doğa dostu bina anlamını çağrıştırır.
Rüzgâr ve güneş gibi yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı elektrik üretiminin, küresel iklim ve çevre kirliliği üzerinde daha az olumsuz etkiye sahip olması, enerji üretimi için yakıt gerektirmemesi gibi önemli avantajlara sahip olmasından dolayı toplam enerji üretimindeki payı gün geçtikçe artmaktadır. Hastane gibi büyük yapılarda yenilenebilir enerjinin kullanılması şebekeden çekilen enerji yükünü azaltırken, işletme için de kullanılabilir enerji çeşitliliğini artırıp, akıllı şebeke vasıtasıyla maddi olarak ta kazanç elde etmesini sağlar. Sisteme kojenerasyon eklendiğinde işletme enerji ve maddi yönden yüksek kar elde edecektir. Çünkü kojenerasyon sistemlerinde %30 elektrik verimi ve %60 ısıl verim elde edilirken toplamda %90lara varan bir verimlilik söz konusudur.
 
Dinamik UPS* : Herhangi bir arıza durumunda yükü hareketli parçalarla besleyen UPS sistemleridir. Şebekede kesinti olması durumunda aküden aldığı enerjiyi yüke zaman kaybı olmadan aktarır.
Dali balast*: Adreslenebilir elektronik balast
 

Öne Çıkanlar

Endüstri Otomasyon Eksen Yayincilik hizmetidir.