Enerji Analizi Dersi 1. Ünite Özet

Giriş

Bu ünitede enerji kaynakları ve yönetimi için gerekli kavramlar tanıtılmıştır. Öncelikle enerji terminolojisinin temel kavramları, ardından geleneksel ve yenilenebilir enerji kaynakları terminolojilerinden bahsedilmiştir. Son olarak ise enerji analizi ile enerji üreten-tüketen cihazlar terminolojisi verilmiştir.

Enerji Terminolojisi ile İlgili Temel Kavramlar

Enerji terminolojisi ile ilgili temel kavramlar başlığında enerji, ekserji ve termodinamik yasalarına yer verilmiştir.

Enerji ve İş: Enerji sistemin kendisi dışında etkinlik üretme yeteneği olarak tanımlanabilir. Sistemse analizi yapılan kütle ve uzaydır. İşte bir kuvvetin etkisi ile yol boyunca çalışmadır.

Enerji Birimleri: 1960’da kabul edilen SI Birim Sistemi (System International d’Unites) yaygın olarak kullanılmaktadır.

Enerji Çeşitleri: Genel olarak ısıl, mekanik, kinetik, potansiyel, elektrik, manyetik, kimyasal ve nükleer enerji olarak ele alınabilir.

Sistemin birim kütlesi (m) başına düşen enerjisine özgül enerji (e) denir ve birimi kJ/kg’dir.

E=m.e

Belirli bir hız (V) ve kütle (m) ile hareket eden cisimlerin kinetik enerjileri mevcuttur.

Sistemin yüksekliği (z) ve yerçekimine (g) bağlı olarak sistemin potansiyel enerjisi vardır.

Ayrıca sistemler moleküler yapılarına bağlı olarak mikroskobik enerjiye sahiptir ve bu enerjinin toplamına iç enerji (U) denir.

Yaygın olarak bu üç enerji görülür ve sitemin toplam enerjisi (E) bu üçünün toplamıdır.

Ekserji , bir sistemden elde edilebilecek ve kullanılabilir maksimum enerjidir. Ekserji sistemin kinetik, potansiyel, ısıl ve kimyasal enerjilerinin toplamıdır

Termodinamik yasaları ; sıfırıncı, birinci, ikinci ve üçüncü yasalardır. En yaygın kullanılanları sıfırıncı, birinci ve ikinci yasalardır.

Sıfırıncı yasa , ısıl dengede olan iki sistem bir diğer üçüncü sistemle etkileşirse yine ortak bir ısıl dengeye ulaşılacaktır. Kısacası ısı her zaman yüksekten düşüğe geçer ve sonuçta ısıl denge sağlanır.

Birinci yasa , enerjinin yoktan var edilemeyip yok olanında var edilemeyeceğini ifade eder ve enerjinin korunum yasası olarak ifade edilir.

İkinci yasa , farklı yorumlara sahipse de genel olarak %100 verimlilikle ısıl enerjili bir sistemin var olamayacağını ifade eder.

Isıl verim , bir makinadan alınan net işin verilen enerjiye oranıdır. Net iş ise sisteme verilen enerji ile çıkan enerjinin farkıdır.

Geleneksel Enerji Kaynakları Terminolojisi

Genellikle yer altındaki değişimler sonucu oluşan fosil yakıtlar akla getirilir. Bunlar; katı, sıvı ve gaz yakıt başlıkları altında incelenebilir. Genel terminolojisi ise aşağıdaki şekilde ele alınabilir:

• Yakıt , değişim sonucu enerji açığa çıkaran çeşitli maddelerdir. Asıl maddeleri hidrokarbonlardır. Bu maddenin oksijen ile reaksiyonu sonucu ısı açığa çıkar.
• Yanma , yakıt ile oksitleyicinin ısı verici tepkimesidir.
• Yakıtların ısıl değerleri , birim miktardaki yakıtın yanması sonucu oluşan ısı miktarıdır. Alt ısıl değer yanma sonucu ürünlerin suyun gaz halde bulunması; üst ısıl değer ise yanma sonucu ürünlerin sıvı halde bulunmalarıdır.
• Katı yakıtlar , fosil kömürleridir. Anrasit, taş kömürü, esmer kömür, linyit, turb sıralarını takip ederler. Odunda bu gruptadır.
• Sıvı yakıtlar , ham petrol yada fosil kömür katmanında bulunan sıvı hal yakıtıdır. Damıtma (destilasyon) rafinelerde gerçekleştirilir ve sıvıyı saf maddelerine ayırma işlemidir. Sıvılaştırılmış petrol gazı da (LPG) bu grupta yer alır.
• Gaz yakıtlar , doğrudan doğalgaz olarak var olabileceği gibi fosil yakıtların destilasyonu sonucu da elde edilebilir

Yenilenebilir Enerji Kaynakları Terminolojisi

Yenilenebilir enerji kaynakları olan güneş enerjisi, rüzgar enerjisi, jeotermal enerji, biyoenerji, çevre enerjisi, hidroelektrik enerjisi, dalga ve gel-git enerjisi, hidrojen enerjisi, nükleer enerji , bir gün tükenecek olan geleneksel enerjilere alternatiflerdendir.

Güneş enerjisi, güneşteki iki atomun birleşerek daha ağır bir atom oluşturmaları olan füzyon esnasında ortaya çıkan enerjidir. Güneş kolektörleri yardımıyla güneş ışınlarının absorbsiyonu sağlanır ve ısı enerjisine dönüştürülür.

Rüzgar enerjisi , havanın ısınıp yükselmesi ve ardından gelen soğuk havanın bu boşluğu doldurmasıyla oluşan bir hava akımının kinetik sonucudur. Buna dünyanın hareketi de eklenince ciddi bir kinetik enerjiden söz edilebilir

.Rüzgar türbinleri ise bu kinetik enerjinin mekanik enerjiye daha sonrada elektrik enerjisine dönüşümünü sağlar.

Jeotermal enerji, magma ve kayaçlardaki radyoaktivite sonucu oluşan sıcaklığın ürünüdür. Bu sıcaklıkla ısınan sular doğrudan kullanılabilir. Ayrıca ısınan bu sular jeotermal santrallerde buharın türbinleri döndürmesi ve mekanik enerjinin yine elektrik enerjisine dönüşümü ile kullanılmış olur.

Biyoenerji, şu tanımlar altında toplanabilir: •

• Biyodizel ; kolza, ayçiçeği, soya ve aspir gibi yağlı tohumların veya hayvansal yağların alkol ile reaksiyonu sonucu meydana gelir. Bir tür yakıttır. •
• Biyogaz ise biyometanlaşma süreci olup organik maddelerden ve oksijensiz ortamlarda farklı mikroorganizmalarca gerçekleştirilir. •
• Biyokütle enerjisi de en genel manada atıkların işlenmesi ile ortaya çıkarılır.

Çevre enerjisi, ısı geçişlerinin kullanımı ile enerji üretimidir. Kullanılan kaynağa göre hava, toprak ve su olmak üzere üç şekilde sınıflandırılabilir.

Hidroelektrik enerji, akan suyun kinetik enerjisinin türbinleri yardımıyla önce mekanik enerjiye daha sonra ise elektrik enerjisine dönüştürülmesidir.

Dalga ve gel-git enerjisi, güneşin, rüzgarın ve çekim kuvvetinin etkisinde oluşur. Dalga enerjisi güneş ve rüzgarın etkisiyle su taneciklerindeki potansiyel ve kinetik enerjinin elektrik enerjisine; benzer olarak gel-git enerjisi de çekim kuvvetlerinin etkisinde yine su taneciklerinde oluşan potansiyel ve kinetik enerjilerin elektrik enerjisine dönüştürülmesidir.

Hidrojen enerjisi , hidrojenin işlenmesi temelli olup hidrojenin evrendeki alanı ve kimyasal yatkınlığı göz önünde tutulunca geleceğin enerjisi olarak görülmektedir. Ancak göz ardı edilmemelidir ki sudaki hidrojenin ayrıştırılması da bir tür enerji kullanımı gerektirmektedir.

Nükleer enerji, ağır atomların küçük atomlara bölünmesi (fisyon) ya da daha ağır atomlar oluşturması (füsyon) sonucu büyük miktarda enerjinin açığa çıkarılmasına dayanır.

Enerji Analizi Terminolojisi

Termodinamiğin birinci yasasına dayanan analizdir. Sistemlere giren ve sistemlerden çıkan enerjilerin irdelenmesidir. Ayrıca termodinamiğin ikinci yasası gereği sistemlerin reel enerji potansiyellerini inceleyebilmek için ekserji analizinin yapılması gerekmektedir.

Enerji analizi, termodinamiğin birinci yasası temellidir. Enerjinin sistem içinde nasıl dağıldığının tespitidir. Ayrıca sistemin buna bağlı verimliliğinin iyileştirilmesi için kayıp noktalarının tespiti gerçekleştirilir.

Sankey diyagramı , enerji analizi sonuçlarının diyagram üzerinde incelenmesidir.

Ekserji analizi , termodinamiğin ikinci yasası gereği sistemin maksimum potansiyelini tespit eder ve buna bağlı olarak sistem iyileştirilmesi gerekli noktalarını ortaya koyar.

Grossman diyagramı , ekserji sonuçlarının görselleştirildiği diyagramlardır.

Ölçme ve kontrol , basınçölçer, sıcaklıkölçer, debiölçer, akışkanölçer, kuvvetölçer , baca gazı analizörü gibi araçlarla ölçme ve kontrolün yapılmasını sağlar. Performansın görülmesi aşamasında da kullanılır.

Enerji yönetimi , ciddi bir gider kalemi olan enerji giderlerinin taramalar, denetlemeler ve hedef belirleme çalışmaları ile düzenlenmesini içerir. Enerji ön tahmini, enerji taraması, amortisman, geri ödeme süresi ve ekonomik analiz yöntemlerinin sürece dahil edilmesi ile irdelenir.

Enerji ve Çevre Terminolojisi

Enerji tasarrufu da bir tür enerji kaynağı olarak görülmektedir. Tasarruf yalnızca mali faydalar değil çevrenin korunması konusunda da ciddi faydalar sağlamaktadır.

Sanayide enerji tasarrufu , aynı üretimi daha az enerji kullanımı ile sağlamayı hedefler.

Binaların enerji tasarrufu , ortam konforundan taviz vermeden daha az enerji kullanımını hedefler.

Isıl konfor , dört ana faktörden etkilenmektedir:

• Ortam sıcaklığı (20°C-22°C),
• Ortamın nemi (% 40- % 65),
• Ortamdaki hava hızı (2,5 m/s),
• Dışa bakan duvarın iç yüzey sıcaklığı ile ortam sıcaklığı arasındaki sıcaklık farkı (2-3°C).

Binalarda yalıtım, ortamların ısıl konforlarının sağlanması sürecinde daha az enerji kullanımının ve daha az çevresel zararın oluşmasında ciddi kazanımlar sağlayan uygulamadır.

Tesisatta yalıtım , tesisatın problemsiz çalışması, mali ve çevresel fayda gibi artıların kazanılmasını sağlar.

Akıllı bina , ek donanımları ile ısıl konforu korumak koşulu ile enerji harcamalarının en aza indirgenmesini sağlar.

Enerji etkin bina, doğal ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını ön plana çıkarır ve bunu henüz binanın mimarı tasarımının planlanması evresinde gerçekler.

Ekolojik bina , ihtiyaç duyulacak enerjiyi bulunduğu araziden elde etme amaçlıdır.

Sıfır enerjili ve sürdürülebilir binalar , kısaca şöyle tanımlanabilir: Enerjisini alternatif kaynaklardan sağlayan ekolojik binalar sıfır binalar; atık oranını azaltarak enerji tasarrufu sağlayan ve geri dönüşüme önem veren binalar ise sürdürülebilir binalar olarak isimlendirilir.

Enerji Üreten ve Tüketen Cihazlar

Cihazların verimliliği ve amaçlarına uygun kullanımları dikkat edilmesi gereken noktalardır.

Sıcak su kazanı, suyun ısıtıldığı noktadır. Çelik ve döküm olmak üzere iki ana tipte üretilmektedir.

Yoğuşmalı cihazlar , yakıtın gizli ısısını kullanırlar. Üst ısıl enerjinin kullanılmasından dolayı verimlilik daha yüksektir.

Buhar kazanı, buharın taşıyıcı akışkan olarak kullanıldığı araçlarda buhar üretici cihazdır.

Brülör, su ve buhar kazanlarının kullanıldığı sistemlerde hava ile yakıtın birleştirildiği böylelikle yanmanın gerçekleştiği cihazlardır. Yakıtlara göre farklılık gösteren brülörler kontrollü ve verimli yanmanın sağlanacağı karışımı oluşturur.

Radyatör, döküm ve panel olarak ikiye ayrılır. İçinde sıcak su dolaşımı gerçekleşir ve böylece ortam ısınır.

Pompa, sıvının taşınması için gerekli etkiyi basıncı arttırmak suretiyle gerçekleştirir. Yaygın olarak santrifüj pompalar kullanılır.

Su ısıtıcıları, boyler, sofben, termosifon gibi türlere ayrılır. Değişik güçlerde ve depolama hacimlerinde üretilirler.

Klima , soğutucu akışkanın düşük sıcaklıklarda buharlaştırılması için dışardan ısı alınması prensibine dayanmaktadır.

Klasik ısıtma sistemi, kazandan çıkan suyun sıcaklığının 90°C dönüş suyu sıcaklığının 70°C olduğu cihazdır.

Düşük ısıtma sistemi , klasik ısıtma sistemlerine paralel bir sistem olup çıkış sıcaklığı 70°C, dönüş suyu sıcaklığı ise 50°C’dir. 70/55, 65/45, 55/40 gibi farklı türleri talep, verim ve tasarruf göz önünde bulundurulmak koşuluyla kullanılmaktadır.

Bireysel ısıtma , kombi, kat kaloriferi ve soba gibi örnekleri akıllara getirir. Kişilerin kullandıkları ve talep ettikleri seviyelerde ısınma arzusu, bireysel ısıtma seçeneklerinin kullanılmasını arttırmaktadır.

Kombi , bireysel ısıtma cihazlarından olup doğalgaz ya da LPG’yi yakıt olarak kullanır.

Kat kaloriferi, bireysel ısıtma cihazlarından olup boylerle kullanılması sıcak su talebini de karşılar.

Merkezi ısıtma, bir ve ya birkaç binanın tek bir merkezi kazana bağlı olarak ısıtılmasıdır. Kazanın yerine, tipine, kapasitesine, kolektör uygulamasına göre farklılıklar ve tercih seçenekleri içerir.

Yerden ısıtma, yere döşenen borulardan sıcak suyun geçirilmesiyle etkin ve verimli bir kullanım seçeneği sunar.

Duvardan ısıtma, yerden ısıtmaya paralel olarak duvarın iç yüzeyine monte edilen serpantin boruları sayesinde oluşturulan sistemdir. Ülkemizde yaygın olmamakla beraber sağladığı faydalar göz önünde tutulunca geleceği olan bir sistemdir.

Isı pompası , bir ortamdan diğer ortama ısı transferi sağlayan sistemdir. Kışın ısıtma yazın soğutma amaçlı kullanılır.

Dolaşım pompası , kazanın sisteme su vermesini ve sistemden su almasını sağlayan pompadır.

Hidrofor , debi ve basıncın düzenlenmesini sağlar. Bu aracın sayısı arttırıldıkça debi artar.

Kojenerasyon, ısı ve güç enerjilerinin beraber üretildiği sistemlerdir. Ekonomiktir ve enerji fiyatlamalarının yüksek olduğu kısa süreli dönemlerde önemi artmıştır.

Trijenerasyon , elektrik, ısıtma ve soğutma enerjilerinin üçünün de aynı anda üretildikleri sistemlerdir.

Termik santral , gaz türbini veya buhar türbini kullanımına göre ikiye ayrılan elektrik enerjisi üretim noktalarıdır.