Akıllı Yapılar - (Semih Çalapkulu)

Bulunduğumuz yüzyıl; İklim değişikliği, günümüzde insanoğlunun karşısındaki en önemli tehdittir. Küresel ısınma sorununu mümkün olduğunca hafifletmek için ekonomik gelişme ile enerji tüketimini birbirinden ayrıştırmalı ve bu ayrıştırmanın global çapta gerçekleştiğinden emin olmalıyız.

(Smart Buildings / Intelligent Structures) Akıllı yapıların önceliği doğayla bütünleşmekten çok, gelişmiş teknolojilerden yararlanarak enerjiden tasarruf etmek ve yenilenebilir enerjilerden yararlanmak olarak öne çıkmaktadır.   Demografik değişim ve hızla artan şehirleşme; Enerji maliyetlerinin hızla artmasına, su dahil tüm doğal kaynaklarda kıtlığa, mevcut altyapıları fazlasıyla zorlanmış şehirlere neden olmaktadır.   Projelerimizde enerji verimliliği, en yüksek düzeyde konfor sunarken, binaların enerji maliyetlerinin azaltılması konusunda da kapsamlı çözümler ve yenilikçi teknolojiler sağlamalıdır. Çevreye duyarlı özellikleriyle bu çözümler, binaların güvenilirliğini ve işletme performanslarını da artırmalıdır.   Maalesef enerji üretilmesi, doğaya her gün zarar vermekte, enerji kaynaklarının en büyük maddi ve manevi zararı, yapılaşmadır. Yenilenemeyen enerji kaynaklarının maddi tasarruf sağlamak ve bu işlemde akıllı ev ve/veya yapı yapımında, iklimden yardım almaktır.   “Akıllı Ev Sistemi” konfor ve güvenilirlik haricinde, enerji masrafında büyük oranda tasarruf yapar,  enerji kullanımını en azar indirgemeyi sağlamaktadır.   Yapıların enerji kullanımı azaltmasının nedenlerden birisi de dünyada iklim kuşaklarından yararlanmaktır.  Gezegenimiz de  farklı iklim kuşakları mevcuttur.   Bizler yaşadığımız binaları iklim koşullarına göre tasarlamak zorundayız. En ince ayrıntısına kadar düşünüp, hayata geçirmekle mükellefiz.   Binanın enerji sistemini en masrafsız, tasarruf sağlayacak şekilde inceler, aynı kriterleri mimaride de uygulamamız gerekmektedir.   TÜİK verilerine göre, 2040 yılında ülkemizin nüfusu 100 milyon olacak, hane büyüklüğü 3,03 düşeceği ön görüldüğünden koşulların uygun olduğu taktirde; Önümüzdeki 20 yılda 10 milyon yeni konut yapılacak potansiyele sahip olduğunu bize vermektedir.   Üretilecek yeni yapıların “Akıllı Yapı” konseptiyle yapmak ülkemizin geleceği açısında önem arz etmektedir.     21. yüzyıl iyi işleyecek yapıların özellikleri şu şekilde şekillenecek;  Enerji verimliliği, konfor, güvenlik ve sürdürülebilirlik kavramları arasında doğru sinerjiyi yakalamaya bağlıdır. Ülkemizde bu hassasiyetle yapılar üretmemiz, elzem görünmektedir.   Dünya enerji tüketiminin yaklaşık yüzde 42'si binalara aittir.   Binalar ayrıca, yeryüzündeki su harcamalarının yüzde 21’sin den, kesilen ağaçların yüzde 28’in den, elektrik tüketiminin yüzde 72’sinden, küresel sera gazı emisyonlarının ise yüzde 16’ın dan doğrudan sorumludur. Günümüzün bina sahipleri küresel olarak enerji tüketiminin azaltılması ve bu tüketimin çevreye etkisinin minimize edilmesi sorumluluğunu taşımaktadır. Bir binadaki en büyük enerji tüketicileri toplam enerji maliyetlerinin, yüzde 45 ile yüzde 55’ine denk gelen mekanik teknik donanımlar ve aydınlatma elemanlarıdır.   Binalar aklıyla, ağ yapısıyla, duyarlılığıyla ve adapte olabilirliğiyle yaşayan birer organizmaya dönüştürülmelidir.   Genelde, “Akıllı Yapılar” daha çok prestij amacıyla yapılmaktadır.   “Bina Teknolojileri” ve “Akıllı Evler” olarak iki farklı bakış açısı olarak ele alınan bağlı binalar ya da akıllı binalar; Kurumsal ve bireysel müşteri olarak da kendi içerisinde ayrılmaktadır.   Enerji tüketimi en düşük noktada tutularak en yüksek performansın elde edilmesi gerekmektedir.   Akıllı yapıların diğer yapılardan ayıran en önemli özelliklerinde biri enerji verimliliğidir.   İnsanoğlu ilk çağlardan beri mahremiyetini koruyan, güvenli, rahat yaşanabilecek, iklimsel ve kültürel koşullara uyum sağlayan yapılar inşa etme çabasında olmuştur.   Diğer yandan nüfusun artması, doğal kaynakların azalması, uluslararası rekabet, enerji maliyetlerinin artması, çevre kirliliği ve konfor şartlarını iyileştirme gibi sebepler bina tasarım yaklaşımına yeni boyutların dahil edilmesini zorunlu kılmıştır.   Akıllı yapıların özelliklerine değinecek olursak;   Bina otomasyon sistemi, enerji yönetimi ve kontrolü sistemi, aynı zamanda merkezi kontrol ve izleme sistemleri de yine genel bir merkez kapsamında gerçekleştirilerek büyük bir avantaj getirmektedir.   Akıllı yapılar kapsamında otomasyon sisteminin var olduğu, elektrik ve elektronik sistemlerinin istenilen düzeyde kullanılabildiği ve çevre etkenlerine uyum sağlayarak belirli zamanlarda pasif hale gelebilecek ve bunu otomasyonel makineler ile tamamen uyumlu bir şekilde yapabilecek etkileşim olarak da dile getirilebilir.   Günümüzün akıllı yapıları, daha iyi enerji verimliliği, daha fazla konfor ve daha düşük işletme maliyetleri gibi daha iyi iş sonuçları için endüstriyel interneti kullanmaya başlıyor.   Aydınlatma, sıcaklık, nem, doluluk, enerji kullanımı, anahtar kart okuyucular, park alanı dolumu, yangın, duman, sel, güvenlik, asansörler ve hava kalitesi gibi çeşitli bina işletme parametrelerini ölçen binlerce sensör içerebilir.     Bu sensörler, gerçekten akıllı bir yapı deneyimi sağlamak için, çoğu zaman gerçek zamanlı olarak iletilmesi, depolanması, analiz edilmesi ve kullanılması gereken büyük miktardaki verileri toplu olarak toplar.   Bu eylemler, aydınlatma, çevre, güvenlik, bina sistemleri üzerinde hassas ayrıntı kontrolü yapabilen binlerce aktüatör gerektirir.   Bu işlemlerin ve hareketlendirmelerin bazıları son derece zamana duyarlıdır. Ancak bazı uygulamalar binanın fiber erişim bant genişliğini basmak üzere yoğun bant yoğunluğuna sahiptir.   Akıllı yapılar konsepti, 1980’li yılların başlarında ABD’de doğmuştur   Bu konsepte göre akıllı yapılar; Bina içinde ve dışındaki koşulların algılanması, tüketilen kaynak ve enerjinin en aza indirilerek en verimli, rahat ve güvenli bir ortamın oluşturulması ve binadaki nesnelerin insanlarla kullanımı kolay araçlarla etkileşiminin sağlanmasını sağlar.   Akıllı yapıların temel özellikleri şunlardır: Isıtma ve soğutma sisteminin konforlu ve ekonomik kullanılması HVAC sistemlerinin optimize edilmesi Elektrik kullanımının azaltılması Bina güvenliğinin en üst seviyeye çıkarılması Aydınlatma için akıllı sensörler Uzak lokasyonlardan takip ve kontrol edilebilen araçlar vb   Akıllı yapı teknolojisi birçok bileşenden meydana gelmektedir. Günümüzde uzaktan erişimle klima, panjur, kombi gibi çeşitli aygıtların açılıp kapatılabildiği evler için de “akıllı ev” deniliyor olsa da akıllı ev teknolojisinin bunlarla sınırlı olmadığı bilinmektedir. “Akıllı ev” denince, bilgisayar ve teknoloji ile donatılmış, kullanıcının konforunu ve güvenliğini sağlarken tasarruf etmesini de sağlayan bir yapı akla gelmelidir. Global olarak yapılan farklı tanımlar temel olarak bu çerçeveyi esas almaktadır.   Endüstri 4.0 ile birlikte esnek ve yenilikçi çözümlerin ortaya çıkması, minimum enerji ile maksimum performans alımına odaklanılması, dijitalleşmenin yaygınlaşması “akıllı yapı teknolojileri” nde etkili bir rol oynamaktadır.   Akıllı Ev Türleri : 1. Kontrol Edilen Evler; Evdeki iç mekanlarda konfor sağlayan araç ve gereç insan eliyle yönetiliyorsa "kontrol edilen evler" denilir. 2. Programlanabilir Evler; Evdeki araç ve gereçler hazırlanan programı ile yönetiliyorsa "programlanan ev" olarak tanımlanır. 3. Yapay Zekaya Sahip Evler ( Zeki Evler ); Evdeki araç ve gereçler yönetimi için hazırlanan programı değişen şartlara göre karar veriyorsa “yapay zeka / zeki ev" olarak tanımlanır. 4. Engelli İnsanlar İçin Akıllı Evler; Akıllı binalar fiziksel engelli insanlar ve yaşlı insanların bağımsız yaşaya bilmesi için düşünülmüş bir imkandır. Eve yerleştirilmiş birçok akıllı cihaz, ev sakininin hem 24 saat sağlık kontrolü altında tutabilir hem de hareket etmesinde yardımcı olur. 5. Vücut Hareketlerini Kullanarak Akıllı Ev Kontrolü; Akıllı evdeki kontrolün sağlanmasının başka bir yolu da insanın vücut hareketlerini kullanmaktır. Burada vücut hareketinden kasıt ise vücudumuzun bir kısmı, ellerimizle ve yüzümüz yaptığımız bir maksadımızı açıklayan bir harekettir.     İki çeşit vücut hareketi vardır: yapay ve doğal hareketler.   Günümüzde artık birçok projede ‘’Isıtma ve Soğutma Sistemlerinde’’ otomatik kontrolü kullanmaktayız;   Otomatik sıcaklık kontrolü akıllı ev içindeki sıcaklığın optimum koşullarda tutulması ile temiz hava akışını kontrolünde tutar. Otomatik sıcaklık kontrolü gündüz ve gece sıcaklık ayarları ile optimum sıcaklığı muhafaza eder. Akıllı yapılar, dış mekanı sıcaklığına göre iç mekan iklimini ayarlayabilmelidir. Böylece uygun ve konforlu ortam sağlanırken, aynı zamanda enerjiden de tasarruf sağlanacaktır.   Evi soğutma ve ısıtmak için akıllı ev sistemini kullanarak istediğimiz gibi kolaylıkla kontrol altında tutabiliriz. Bu sisteme program ve senaryo eklemekle çalıştırıp ve ev istenilen sıcaklık derecesinde tutabiliriz. ( İdeal sıcaklık 22°C, ideal nem ise yüzde 50 dir)   Bu sistemin bir başka özeliği de ev dışından da kontrol altında tutulmasıdır. Sistemi internete bağlı bilgisayarla yada cep telefonu vs. ile rahat bir şekilde ayarlanabilir.   Akıllı evlerde termostatlar yardımıyla evin tüm kısımlarını ölçüm yapılır. Otomasyon sistemine yapılan ayarlarla gereken tepkiyi verip ve makineleri gerektiği miktarda ve gerektiği zaman ısıtıp, soğutur ve havalandırır.  Bu işlem evin havasının her zaman homojen olmasını sağlar.  Bu işlemde enerji masrafında ve bununla beraber ekonomik giderlerde tasarruf sağlanır.   Eski sıcaklık kontrol sistemleri ile evin sadece bir noktasının sıcaklık derecesini kontrol edilirdi. Belirli noktanın verdiği referansa göre sistem çalışmaya başlardı.   Yeni sıcaklık kontrol sistemi binalarda bölgesel kontrol sağlıyor yani odaları ve katları birbirinden farklı kontrol edip ve her oda istenen sıcaklıkta tutulur.   Bu sistem enerji giderlerinde yaklaşık 33 oranında tasarruf sağlar. Sonuç olarak; Yapının toplam enerji etkinliği diğer birçok faktöre de bağlıdır. Bu faktörler arasında; Isıtma, soğutma ve havalandırma alanlarında kusursuz işlev gören zamanlama programları, optimize edilmiş açma ve kapama işlevleri, ihtiyaca bağlı olarak hazır bulundurulan enerji, kusursuz ayar parametreleri, optimum tesis boyutlandırması, kusursuz hidrolik ayarlama ve düzenlemesi ve daha birçok faktör bulunmaktadır.   EPDK raporlarına ve sektörel verilere göre yapılan hesaplamaya göre 2019 yılında net doğalgaz ithalatı 44,5 milyar m3 civarında gerçekleşti.   Türkiye’mizin gaz talebinin yüzde 99,3’ü ithalatla karşıladığını bilerek, tüm yaptığımız sistemlerin optimize şekliyle tasarlayıp, enerji tüketmesinde uluslararası standartlarla yapmak, bizlerin toplumumuza karşı görevlerinde biridir. ( Magic Mechanic Meetings© yazı dizisi devam edecek… ) KAYNAKÇA: 1-) Termodinamik Yayınları, https://www.termodinamik.info/dunyanin-en-akilli-binalari 2-) e-Akıllı Evler Yayınları, https://e-akilliev.com/ulkemizde-ve-dunyada-akilli-bina-ornekleri/ 3-) Turkisshtime yayınları, http://www.turkishtimedergi.com/teknoloji/artik-binalar-sasirtiyor/ 4-) KARADENiZ TEKNiK ÜNiVERSiTESi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği (AKILLI EV OTOMASYONU) http://www.eee.ktu.edu.tr/bitirme.dosyalar/bitirme_projeler_archive/06_2013-2014_Bahar/24340320Mehmet20YILMAZ/243403-20Mehmet20YILMAZ.pdf 5-) FIRAT ÜNİVERSİTESİ (Akıllı Evlerde Güvenlik Sistemleri ve Eğitimsel Bir Uygulama) http://web.firat.edu.tr/iats/cd/subjects/Electrical&Electronics/EAE-56.pdf 7-) AKADEMİK BİLİŞİM KONFERANSLARI, https://ab.org.tr/ab16/bildiri/117.pdf Semih ÇALAPKULU Makina Mühendisi