Bu çalışmada, enerji tasarrufu konusunda önemli bir yer tutan aydınlatma sistemlerinin dünyadaki ve ülkemizdeki gelişimi, aydınlatma elemanlarının çeşitleri ve karakteristikleri ile aydınlatma tekniği dersinin daha etkin anlaşılması açısından geliştirilen kablosuz olarak kontrol edilebilen eğitim setinin detayları ayrıntılı olarak sunulmuştur.
Günümüzde hızla gelişen teknoloji ve sanayileşmeye paralel olarak enerji ihtiyacımız da gün geçtikçe artmaktadır. Enerji alanında oluşan ihtiyacı aynı şekilde sadece üretimi artırarak karşılamak mümkün olmamaktadır. Çünkü, dünya üzerinde bulunan enerji üretimi ve kullanma biçimi sürdürülebilir değildir. Yani sahip olduğumuz enerji kaynakları sınırlıdır.
Üretilen enerjinin yaklaşık %80i fosil yakıt kaynaklıdır; bu da enerji üretiminde büyük bir maliyete yol açmaktadır. Bu kapsamda önemli olan unsurlardan biri üretilen enerjinin etkin, yani yüksek verimde kullanılmasıdır. Özellikle evsel kullanımlarda ısıtma-soğutma sistemlerinden sonra gelen en büyük enerji tüketim kaynağı aydınlatmadır.
1. Giriş
Enerji kullanımının giderek artığı günümüzde, tasarruf yöntemleri oldukça önem kazanmıştır. Ülkemizde bina-konut, sanayi ve ulaştırma sektörü başlıca son enerji tüketim kesimleridir. Ülke tüketiminde bu kesimlerin payları, sırasıyla %35, %36 ve %21dir. Elektrik tüketimi açısından ele alındığında da sanayi kesimi %54lük paya sahiptir.
Bina-konut, toplam tüketimden %42 pay alırken ulaştırma sektörünün enerji tüketim oranı %1dir. Ülkemizde son enerji tüketiminin %92si bina, sanayi ve ulaştırma kesimleri tarafından gerçekleştirilmektedir. Rakamın da gösterdiği üzere, özellikle bu kesimlerde uygulanabilecek enerjinin etkin kullanımına yönelik teknolojilerin kullanılması, geliştirilmesi ve yaygınlaştırılması, gerekli tasarruf ve verimliliğe ilişkin tedbirlerin alınması çok büyük öneme sahiptir [1]
Enerji kaynaklarının etkin kullanımı, enerjide dışa bağımlılığın azaltılması, enerji güvenliğinin sağlanması açısından önemlidir. Enerji tüketiminin önemli bir kısmını oluşturan aydınlatma sistemlerinde gerçekleştirilecek enerji tasarrufu, ülkemiz için büyük önem taşımaktadır. Enerji tasarrufunun en önemli bileşenlerinden birini oluşturan aydınlatma alanında, teknolojinin ilerlemesi ve giderek artan araştırmalar sonucunda tasarruflu cihazlar oluşturulmaktadır. Tasarruflu aydınlatma cihazlarının kullanımı, dünya genelinde özendirilmeye çalışılmaktadır [2].
Aydınlatmaya harcanan enerji, dünyadaki elektrik tüketiminin yaklaşık %20sine denk gelmektedir. Ülkemizde ise bu oran %25lere çıkmaktadır. Ofis, iş merkezleri ve kamusal binalar ise bu kullanımın yaklaşık %60ını gerçekleştirmektedir. Elektriğin endüstride %10-20si, mağazalarda %30u, ofislerde %40ı aydınlatma amacıyla kullanılmaktadır. Evlerde kullanılan elektrikte ise kullanım miktarının yaklaşık %30u aydınlatmaya ayrılmaktadır [3].
Şekil 1. Ev elektriği dağılım tablosu [4].
Aydınlatma için kullanılan elektrikte %10 tasarrufa gidilmesi, dünya elektriğinde %2 tasarruf sağlanması anlamına gelmektedir [5]. Aydınlatmada etkin ışık kaynakları ve verimli armatürlerin kullanılması enerji tasarrufu sağlar. Bu aydınlatmanın kalitesini düşürmeden iyi aydınlatma şartları yerine getirilerek bir sistem bütünlüğü içinde sağlanmalıdır. Verimli aydınlatma elemanları ile daha az enerji tüketerek aydınlanmak mümkündür [2]. Örneğin dış aydınlatmada LEDli sisteme geçilmesi, hem daha sağlıklı bir aydınlık düzeyi hem de yüksek enerji kazancı sağlayabilecektir.
Fosil yakıtların giderek tükenmesi, petrol fiyatlarının artması ve küresel ısınma gibi çevresel etmenlerden ötürü enerji verimliliğinin önemi artmakta, sürekli olarak daha az enerji tüketen ve çevreye daha az zarar veren aydınlatma ürünleri teşvik edilmektedir. Bugün artık ülkemizde, aydınlatma tekniğinin önemi ve geniş olanakları anlaşılmaya başlanmış ve bununla birlikte; aydınlığın niceliği dışında ve ondan çok daha önemli olarak aydınlığın niteliği kavramı da önem kazanmış ve hem iç aydınlatma hem dış aydınlatma konularında etkin tasarruf yöntemleri geliştirilmeye başlanmıştır.
Çalışmada, dünya genelinde çok önemli bir yere sahip olan ve enerji tasarrufunun en önemli bileşenlerinden birini oluşturan aydınlatma tekniklerinin bölümümüz öğrencilerine daha etkin biçimde anlatılması ve aynı zamanda pratik uygulamasının gösterilebilmesi için bir eğitim setinin kullanıma hazır hale getirilmesi amaçlanmıştır.
Bunun yanında konu ile ilgilenecek olan öğrencilerimizin iş hayatına hazırlanması açısından endüstriyel alanda karşılaşacakları ekipmanları tanımaları ve ileriki dönemlerde bu konu da söz sahibi olabilmeleri amacıyla eğitim setinin faydalı olacağı düşünülmüş ve endüstriyel alanda kullanılan ekipmanlar birebir kullanılarak hazırlanan eğitim seti ile etkin bir öğrenme hedeflenmiştir. Yapımı tasarlanan deney seti uzaktan Android tabanlı olarak kontrol edilebilmesi ve analiz özellikleri bakımından üstün özelliklere sahiptir.
2. Aydınlatmada Kullanılan Lamba Çeşitleri ve Tasarlanan Deney Setinin Bu Konular Üzerine Sağlayacağı Faydalar
Aydınlatma alanında, teknolojinin ilerlemesi ve giderek artan araştırmalar sonucunda tasarruflu cihazlar oluşturulmakta ve dünya genelinde özendirilmeye çalışılmaktadır [2]. Ülkemizde de aydınlatma alanındaki bu gelişmelerin takibi ve tasarruflu cihazların endüstriye kazandırılması çok büyük önem arz etmektedir. Aydınlatma, verimsizlik nedeniyle uğradığımız kaybın en yüksek olduğu alanlardan biridir [4, 6].
Aydınlatmayı iç aydınlatma ve dış aydınlatma olarak iki ana başlık altında inceleyebiliriz. İç aydınlatma için kullanılan lambaları akkor lamba, LED floresan, duylu LED ampül, kompakt floresan, floresan (manyetik ve elektronik balastlı), dış aydınlatma için ise yüksek basınçlı civa buharlı lamba, yüksek basınçlı sodyum buharlı lamba, alçak basınçlı sodyum buharlı lamba, halojen lamba, LED lamba, E40 tipi floresan lamba, ****l halide alçak basınçlı lamba olarak çeşitlendirilebilir [7, 8]. Bu lambaların enerji tüketimleri ve buna bağlı olarak çalışma düzlemi üzerinde oluşturdukları aydınlık düzeyleri çok önemlidir. Az enerji ile yüksek ışık akısı sağlanmalıdır.
Bu farkı uygulamalı olarak inceleyip anlamak açısından hazırlanacak olan deney seti büyük önem arz etmektedir. Ayrıca enerji tasarrufu için kullanılan dimmerleme ve hareket sensörünün enerji tasarrufuna olan katkısı uygulamalı şekilde anlaşılabilecektir. Yaygın olarak kullanılmakta olan akkor flamanlı lambalar (ampuller), elektrik enerjisinin %95ini ısıya çevirmekte, sadece düşük bir kısmını ışığa dönüştürerek aydınlatma sağlamaktadır.
Son yıllarda geliştirilmiş olan kompakt floresan lambalar, gereksiz ısınmaya yol açmadığı gibi yaklaşık 5 kat daha verimli aydınlatma sağlamaktadır. Örneğin, 100 Watt gücünde bir ampulün sağladığı aydınlatmaya eş değerde aydınlatmayı 20 Wattlık bir verimli lamba ile sağlamak mümkündür [6, 9, 10]. Tablo 1de iç ve dış aydınlatmada kullanılan ampullerin güç ve ışık akılarının karşılaştırılması ayrıntılı olarak sunulmuştur.
Ülkemizde son enerji tüketiminin %92si bina, sanayi ve ulaştırma kesimleri tarafından gerçekleştirilmektedir. Rakamın da gösterdiği üzere, özellikle bu kesimlerde uygulanabilecek enerjinin etkin kullanımına yönelik teknolojilerin kullanılması, geliştirilmesi ve yaygınlaştırılması, gerekli tasarruf ve verimliliğe ilişkin tedbirlerin alınması çok büyük öneme sahiptir.
Tablo 1. İç ve Dış Aydınlatmada Kullanılan Lambaların Güç ve Işık Akıları
Tablo 2de lambaların etkinlik faktörleri ve ömürleri arasındaki ilişki belirtilmiş, sağlayacakları tasarrufun ışık etkinliği ve ömür parametreleri verilerek lamba çeşitlerinin kendi aralarında karşılaştırılmasına imkan sağlanmıştır.
Tablo 2. Lambaların Etkinlik Faktörleri ve Ömürleri [11]
Türkiyede tüketilen elektriğin yaklaşık %25i aydınlatma amaçlıdır. Enerji tasarruflu aydınlatma sistemlerine %20lik bir geçiş, yıllık 5,6 milyar kWhlik bir enerji tasarrufu anlamına gelmektedir. Bu değer, Afşin-Elbistan termik ya da Keban hidroelektrik santrallerinin bir yıllık üretimine denk düşmektedir [6].
Fosil yakıtların giderek tükenmesi, petrol fiyatlarının artması ve küresel ısınma gibi çevresel etmenlerden ötürü enerji verimliliğinin önemi artmakta, sürekli olarak daha az enerji tüketen ve çevreye daha az zarar veren aydınlatma ürünleri teşvik edilmektedir.
3. Bir Üniversite Kampüsünün Aydınlatma Tekniği Açısından Değerlendirilmesi ve Verimlilik Analizi
Bölge üniversitesi için düşünecek olursak, çevre aydınlatma sistemi yerleşke içi ve yol aydınlatma lambalarından oluşmaktadır. Aydınlatmalarda 250W ****l halide ve 125W cıva buharlı lambalar kullanılmaktadır. 250W ****l halide lambalardan yaklaşık 500 adet, 125W cıva buharlı lambalardan yaklaşık 900 adet bulunmaktadır. Çevre aydınlatma lambaları, günlük ortalama 10 saat çalışmaktadır. Çalışma prensipleri nedeniyle balast kullandıkları için 250Wlık lamba yaklaşık 275W, 125Wlık lamba yaklaşık 138W enerji tüketmektedir. Bir yıllık toplam çevre aydınlatma enerji tüketimi Tablo 3te verilmiştir.
Tablo 3. Bir Yıllık Toplam Çevre Aydınlatma Tüketimi
Bir yılda çevre aydınlatması için KDV dahil ödenen tutar (kWh birim fiyatı KDV dahil 0,318 TL olarak alınmıştır). Üniversitenin bir yıllık aydınlatma masrafı yaklaşık 350.000 TL civarındadır. Bu bağlamda enerjinin özellikle aydınlatma alanında etkin kullanımının hem ekonomik hem de güç kalitesinin sağlanması yönünden önemi ön plana çıkmaktadır.
Son yıllarda aydınlatma teknolojisindeki ilerlemeler sayesinde birçok yerde kullanılan LED aydınlatma sistemleri ışık etkisiyle yenilikçi ve verimli çözümler sunmaktadır. Mavi, yeşil, kırmızı, amber ve beyaz renk seçenekleri ile tasarım dünyasına sunulmuş olan, uzun ömürlü, dayanıklı ve kolay uygulanabilir LED aydınlatma sistemleri, düşük enerji tüketimi ile yüksek ışık akısı sağlamaktadır. Yüksek kurulum maliyetleri, her ne kadar dezavantaj olarak görülse de LEDler çok az elektrik tüketimleri, uzun ömürleri (100.000 saat), düşük voltaj avantajları ile önümüzdeki yıllarda çok daha sıklıkla karşılaşacağımız bir aydınlatma elemanıdır [12].
Tablo 4. Üniversite İçi Kullanılan Lamba Çeşitleri ve LED ile Değiştirilmesini Gösteren Maliyet Analizi
Tablo 4 incelendiğinde mevcut lambaların muadili olan LED lambalar ile değiştirilmesi sonucunda yıllık kazanç miktarının çok ciddi olduğu açıkça görülmektedir. Ayrıca maliyet hesabı incelendiğinde 3 yıldan kısa sürede bu değişimin kendisini amorti edebileceği görülmektedir.
4. Deney Setinin Elektriksel Özellikleri
Lisans öğrencilerine aydınlatma sistemlerinin temellerini anlatmak ve ilgili deneyleri yapmak için bir eğitim seti hazırlanması amaçlanmıştır. Bu eğitim seti ile öğrenciler temel olarak aşağıda belirtilen deneyleri yapabilecektir.
Aydınlatma eğitim setinin temel elemanlarının tanınması
Aydınlatma eğitim setinin temel elemanlarının (balast, ateşleyici, duy, lamba, vs.) bağlantı şekillerinin anlatılması
İç tesisat ekipmanları ve sayaç bağlantı şekillerinin incelenmesi. Adi, komütatör, vavien gibi çeşitli iç tesisat anahtarlarının; zil, kapı otomatiği gibi devrelerin ve sigorta, kaçak akım koruma rölesi, kompakt şalter gibi koruma elemanlarının; pako şalter, otomatik sigortaların bağlantı şekilleri ile çalışma prensiplerini tanımak
Lüks metre kullanılarak aydınlık düzeyinin ölçümü ve lm/watt değerlerinin çıkarımı ile enerji-maliyet analizinin yapılabilmesi
LED, floransan, akkor, yüksek basınçlı sodyum buharlı lamba, kompakt floransan lamba ile bunların çalışma düzlemi üzerinde oluşturdukları aydınlık düzeylerinin ölçümü ve sağladıkları enerji tasarruflarını karşılaştırma.
Işıksal ölçümlerin yanında stroboskobik olay ve alternatif aydınlatma uygulamalarının anlatılması.
Android işletim sistemi tabanlı çalışan bluetooth haberleşmeli kontrol kartının programlanması ve bu kart kullanılarak lambaların uzaktan kontrolünün anlatılması ile aydınlatma otomasyonuna girişin anlatılması
Eğitim setinde kullanılan lambaların enerji analizörü üzerinden değerlendirilip çektikleri reaktif enerji miktarına göre kompanzasyonlarının gerçekleştirilmesi
Dialux programına giriş ve Dialux programı kullanılarak örnek aydınlatma tasarımı yapılması ve eğitim setinde test edilmesi
Türkiyede tüketilen elektriğin yaklaşık %25i aydınlatma amaçlıdır. Enerji tasarruflu aydınlatma sistemlerine %20lik bir geçiş, yıllık 5,6 milyar kWhlik bir enerji tasarrufu anlamına gelmektedir.
Yukarıda belirtilen deneysel konular ile laboratuvar konuları oluşturulup öğrencilerin dersin pratik yönleriyle tanışmaları sağlanacaktır. Ayrıca laboratuvar kapsamında anlatılacak olan Dialux programı sayesinde projelendirme konusunda da öğrenciler bilinçlendirilecektir. Bu projeyle öğrenciler aydınlatma ve aydınlatma için kullanılan lambaların lm/watt değerlerinin önemini anlayacak, deneylerle elde ettiği sonuçları analiz edebilecek ve birçok deney yaparak pratik bilgilerini geliştirip bu alanda daha etkin hale gelebilecektir. Deney seti panosundaki malzemeler Şekil 2de verilmiştir.
Şekil 2. Deney seti panosundaki malzemeler.
Şekil 3. Bluetooth haberleşmeli uzaktan röle kontrol kartının görüntüsü.
Bu set proje ekibi tarafından deney seti masasına Android tabanlı bluetooth haberleşmeli uzaktan kontrol kartı, çeşitli lambalar, ignitör ve farklı boyutta duylar eklenerek geliştirilmiştir. Kurulan modüler eğitim seti üzerinde floresan lamba, kompakt floresan lamba, halojen projektör, ****l halide lamba, civa buharlı lamba, yüksek basınçlı sodyum buharlı lamba, LED floresan, kompakt LED ampül, akkor lamba ve LED projektor gibi neredeyse piyasada aktif olarak kullanılan tüm lamba çeşitleri bulunmaktadır. Set üzerinde voltmetre, ampermetre ve enerji analizörü bulunmaktadır.
Eğitim setine yerleştirilen lüksmetrede kullanılarak lambaların lümen/watt oranı rahatlıkla izlenebilecektir. Buna ek olarak set üzerinde monte edilen ve aynı güç seviyesine sahip elektronik ve mekanik balastlar arasındaki farkın incelenmesine olanak sağlanmış, balast üzerinde oluşan güç kayıplarını izleme tertibatı öğrencilere sunulmuştur.
Deney setinin lambalar aktifken görünümü Şekil 4te sunulmuştur. Eğitim setine entegre edilen Android tabanlı bluetooth haberleşmeli uzaktan kontrol kartı ile küçük bir alanda aydınlatma otomasyonu gerçekleştirilmek istenmiştir. Kontrol kartı faz ile lamba arasına bağlanılarak isteğe uygun şekilde kontrol sağlanmıştır. Şekil 5te kontrol kartının blok diagramı gösterilmiştir.
Şekil 4. Deney setinin lambalar aktifken görünümü.
Şekil 5. Kontrol kartının blok diagramı.
Bilindiği üzere aydınlatma otomasyonu da tasarruf için en önde gelen seçeneklerden birisidir. Aydınlatma otomasyon sistemlerinin ağırlıklı olarak uygulandığı alanlar; ofisler, mağazalar, okullar, kamu binaları, kütüphaneler, hastaneler, ticari binalar olarak sıralanabilir [10]. Kullanılan hareket sensörleri, zaman rölesi ve ışık şiddetine göre dimmerleme özelliği de otomasyon olarak düşünülebilir. Bluetooth kontrolü için hazır Android tabanlı geliştirilen rölelerin on/off kontrolünü sağlayan arayüz kullanılmıştır. Şekil 6da röleleri uzaktan kontrol amaçlı kullanılan Android tabanlı arayüz gösterilmiştir.
Şekil 6. Röleleri uzaktan kontrol amaçlı kullanılan Android tabanlı arayüz.
5. Sonuçlar
Elektrik enerjisinin etkin kullanılması, tüketim maliyetlerinin ekonomi üzerindeki yükünün hafifletilmesi hem maddi açıdan hem de çevresel açıdan ülkemize çok büyük yarar sağlayacaktır. Bu anlamda aydınlatma teknolojisi tasarruf potansiyellerimiz arasında ileri gelen alanlardan biri olarak sayılır. Tasarrufun sağlanabilmesi ve en az tasarruf kadar önemli parametre olan amortisman süresinin hesaplanabilmesi oldukça önemlidir.
Üniversite içi kullanılan lamba çeşitlerinin muadilleri olan LED ile değiştirilmesini gösteren maliyet analizi, örnek olarak verilmiş basit bir hesaplama sistemi kullanılmıştır. Bunun yanında aydınlatma açısından çok önemli bir parametre olan ışık etkinliği ve lamba ömürleri verilerek kullanıcıların etkin bir seçim yapabilmesine imkan sağlanmıştır. Ayrıca hazırlanan eğitim seti ile öğrencilere endüstriyel alanda iç ve dış aydınlatmada kullanılan lamba çeşitlerinin tanınması, bunların enerji tüketimleri, çalışma düzlemi üzerinde oluşturdukları aydınlık düzeylerinin ölçülmesi ve bağlantı şekilleri hakkında etkin öğretim hedeflenmiştir.
Bu eğitim seti sayesinde konu ile ilgilenecek öğrencilerin pratik anlamda bilgi sahibi olmaları sağlanacak, bağlanan Android tabanlı bluetooth haberleşmeli uzaktan kontrol kartı ile küçük bir alanda aydınlatma otomasyonu gerçekleştirebilmelerine olanak verilecektir. Eğitim seti sayesinde hareket sensörü, dimmer, dijital zaman rölesi, fotosel ve sıva altı radarlı sensör gibi otomatik kontrol elemanlarının da bağlantı şekilleri ve kullanım amaçları açısından öğrencilere öğretilmesi hedeflenmiştir.
Özgür ÇELİK
Adana Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü
Ahmet TEKE
Çukurova Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü
Teşekkür: Çukurova Üniversitesi BAP Koordinasyon Birimi tarafından FBA-2014-2738 nolu projemiz desteklenmiştir. Çalışmaya yapmış olduğu finansal desteğinden dolayı Çukurova Üniversitesi BAP Koordinasyon Birimine teşekkür ederiz. Çalışmaya destek amaçlı hibe ettiği malzemelerden dolayı Pelsan A.Şye de teşekkür ederiz.
Kaynakça
1] Serpil TÜRKMEN, 2012. Enerjide Tutumluluk ve Verimlilik Nasıl Olur?, http://www.teias.gov.tr/ebulten/makaleler/2012/ enerji%20verimlili%C4%9Fi%20serpil%20t%C3%BCrkmen/ enerji.html, (Erişim tarihi: 01/06/2015).
[2] Pelsan Aydnlatma (Erişim tarihi: 01/06/2015).
[3] http://www.limitsizenerji.com/, (Erişim tarihi: 01/06/2015).
[4] http://gazelektrik.com/faydali-bilgiler/elektriktuketimi,( Erişim tarihi: 01/06/2015).
[5] VURAL M. F., 2011. Akıllı Aydınlatma Sistemlerinin Önemi ve Geleceği, http://www.limitsizenerji.com/haberler/ makaleler/1141-akilli-aydinlatma-sistemlerinin-onemi-vegelecegi (Erişim tarihi: 01/06/2015).
[6] Kamuda Verimli Aydınlatmaya Geçiş Raporu, 2008. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı,http://www.enerji.gov.tr/File/?pat h=ROOT%2F1%2F********s%2FBelge%2FKVAG_Raporu.pdf (Erişim tarihi: 01/06/2015).
[7] T.C. Millî Eğitim Bakanlığı, Elektrik Elektronik Teknolojisi, Endüstriyel Aydınlatma Tesisatları, Ankara, 2011.
[8] ALSAT C. Aydınlatma Otomasyonu Ve Enerji Tasarrufu Sistemleri. http://www.emo.org.tr/ekler/2a546c6b4e346c4_ ek.pdf (Erişim tarihi: 01/06/2015).
[9] PERDAHÇI C., HANLI U. Verimli Aydınlatma Yöntemleri, 3e Electrotech Dergisi, 3e Electrotech Dergisi yazi/verimli-aydynlatma-yontemleri (Erişim tarihi: 01/06/2015).
[10] ONAYGİL S., GÜLER Ö., ERKİN E., CEBECİ E., 2009. Endüstride Tavan Yüksekliğine Bağlı Aydınlatma Çözümleri, Ulusal Elektrik Tesisatı Kongresi, V. Ulusal Aydınlatma Sempozyumu, s. 70- 79, 7-10 Mayıs, İzmir.
[11] Teke A., Lecture Notes on Illumination Techniques, 2014.
[12] .: YEGM :. Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü - Hakkımızda (Erişim tarihi: 01/06/2015).
Günümüzde hızla gelişen teknoloji ve sanayileşmeye paralel olarak enerji ihtiyacımız da gün geçtikçe artmaktadır. Enerji alanında oluşan ihtiyacı aynı şekilde sadece üretimi artırarak karşılamak mümkün olmamaktadır. Çünkü, dünya üzerinde bulunan enerji üretimi ve kullanma biçimi sürdürülebilir değildir. Yani sahip olduğumuz enerji kaynakları sınırlıdır.
Üretilen enerjinin yaklaşık %80i fosil yakıt kaynaklıdır; bu da enerji üretiminde büyük bir maliyete yol açmaktadır. Bu kapsamda önemli olan unsurlardan biri üretilen enerjinin etkin, yani yüksek verimde kullanılmasıdır. Özellikle evsel kullanımlarda ısıtma-soğutma sistemlerinden sonra gelen en büyük enerji tüketim kaynağı aydınlatmadır.
1. Giriş
Enerji kullanımının giderek artığı günümüzde, tasarruf yöntemleri oldukça önem kazanmıştır. Ülkemizde bina-konut, sanayi ve ulaştırma sektörü başlıca son enerji tüketim kesimleridir. Ülke tüketiminde bu kesimlerin payları, sırasıyla %35, %36 ve %21dir. Elektrik tüketimi açısından ele alındığında da sanayi kesimi %54lük paya sahiptir.
Bina-konut, toplam tüketimden %42 pay alırken ulaştırma sektörünün enerji tüketim oranı %1dir. Ülkemizde son enerji tüketiminin %92si bina, sanayi ve ulaştırma kesimleri tarafından gerçekleştirilmektedir. Rakamın da gösterdiği üzere, özellikle bu kesimlerde uygulanabilecek enerjinin etkin kullanımına yönelik teknolojilerin kullanılması, geliştirilmesi ve yaygınlaştırılması, gerekli tasarruf ve verimliliğe ilişkin tedbirlerin alınması çok büyük öneme sahiptir [1]
Enerji kaynaklarının etkin kullanımı, enerjide dışa bağımlılığın azaltılması, enerji güvenliğinin sağlanması açısından önemlidir. Enerji tüketiminin önemli bir kısmını oluşturan aydınlatma sistemlerinde gerçekleştirilecek enerji tasarrufu, ülkemiz için büyük önem taşımaktadır. Enerji tasarrufunun en önemli bileşenlerinden birini oluşturan aydınlatma alanında, teknolojinin ilerlemesi ve giderek artan araştırmalar sonucunda tasarruflu cihazlar oluşturulmaktadır. Tasarruflu aydınlatma cihazlarının kullanımı, dünya genelinde özendirilmeye çalışılmaktadır [2].
Aydınlatmaya harcanan enerji, dünyadaki elektrik tüketiminin yaklaşık %20sine denk gelmektedir. Ülkemizde ise bu oran %25lere çıkmaktadır. Ofis, iş merkezleri ve kamusal binalar ise bu kullanımın yaklaşık %60ını gerçekleştirmektedir. Elektriğin endüstride %10-20si, mağazalarda %30u, ofislerde %40ı aydınlatma amacıyla kullanılmaktadır. Evlerde kullanılan elektrikte ise kullanım miktarının yaklaşık %30u aydınlatmaya ayrılmaktadır [3].
Şekil 1. Ev elektriği dağılım tablosu [4].
Aydınlatma için kullanılan elektrikte %10 tasarrufa gidilmesi, dünya elektriğinde %2 tasarruf sağlanması anlamına gelmektedir [5]. Aydınlatmada etkin ışık kaynakları ve verimli armatürlerin kullanılması enerji tasarrufu sağlar. Bu aydınlatmanın kalitesini düşürmeden iyi aydınlatma şartları yerine getirilerek bir sistem bütünlüğü içinde sağlanmalıdır. Verimli aydınlatma elemanları ile daha az enerji tüketerek aydınlanmak mümkündür [2]. Örneğin dış aydınlatmada LEDli sisteme geçilmesi, hem daha sağlıklı bir aydınlık düzeyi hem de yüksek enerji kazancı sağlayabilecektir.
Fosil yakıtların giderek tükenmesi, petrol fiyatlarının artması ve küresel ısınma gibi çevresel etmenlerden ötürü enerji verimliliğinin önemi artmakta, sürekli olarak daha az enerji tüketen ve çevreye daha az zarar veren aydınlatma ürünleri teşvik edilmektedir. Bugün artık ülkemizde, aydınlatma tekniğinin önemi ve geniş olanakları anlaşılmaya başlanmış ve bununla birlikte; aydınlığın niceliği dışında ve ondan çok daha önemli olarak aydınlığın niteliği kavramı da önem kazanmış ve hem iç aydınlatma hem dış aydınlatma konularında etkin tasarruf yöntemleri geliştirilmeye başlanmıştır.
Çalışmada, dünya genelinde çok önemli bir yere sahip olan ve enerji tasarrufunun en önemli bileşenlerinden birini oluşturan aydınlatma tekniklerinin bölümümüz öğrencilerine daha etkin biçimde anlatılması ve aynı zamanda pratik uygulamasının gösterilebilmesi için bir eğitim setinin kullanıma hazır hale getirilmesi amaçlanmıştır.
Bunun yanında konu ile ilgilenecek olan öğrencilerimizin iş hayatına hazırlanması açısından endüstriyel alanda karşılaşacakları ekipmanları tanımaları ve ileriki dönemlerde bu konu da söz sahibi olabilmeleri amacıyla eğitim setinin faydalı olacağı düşünülmüş ve endüstriyel alanda kullanılan ekipmanlar birebir kullanılarak hazırlanan eğitim seti ile etkin bir öğrenme hedeflenmiştir. Yapımı tasarlanan deney seti uzaktan Android tabanlı olarak kontrol edilebilmesi ve analiz özellikleri bakımından üstün özelliklere sahiptir.
2. Aydınlatmada Kullanılan Lamba Çeşitleri ve Tasarlanan Deney Setinin Bu Konular Üzerine Sağlayacağı Faydalar
Aydınlatma alanında, teknolojinin ilerlemesi ve giderek artan araştırmalar sonucunda tasarruflu cihazlar oluşturulmakta ve dünya genelinde özendirilmeye çalışılmaktadır [2]. Ülkemizde de aydınlatma alanındaki bu gelişmelerin takibi ve tasarruflu cihazların endüstriye kazandırılması çok büyük önem arz etmektedir. Aydınlatma, verimsizlik nedeniyle uğradığımız kaybın en yüksek olduğu alanlardan biridir [4, 6].
Aydınlatmayı iç aydınlatma ve dış aydınlatma olarak iki ana başlık altında inceleyebiliriz. İç aydınlatma için kullanılan lambaları akkor lamba, LED floresan, duylu LED ampül, kompakt floresan, floresan (manyetik ve elektronik balastlı), dış aydınlatma için ise yüksek basınçlı civa buharlı lamba, yüksek basınçlı sodyum buharlı lamba, alçak basınçlı sodyum buharlı lamba, halojen lamba, LED lamba, E40 tipi floresan lamba, ****l halide alçak basınçlı lamba olarak çeşitlendirilebilir [7, 8]. Bu lambaların enerji tüketimleri ve buna bağlı olarak çalışma düzlemi üzerinde oluşturdukları aydınlık düzeyleri çok önemlidir. Az enerji ile yüksek ışık akısı sağlanmalıdır.
Bu farkı uygulamalı olarak inceleyip anlamak açısından hazırlanacak olan deney seti büyük önem arz etmektedir. Ayrıca enerji tasarrufu için kullanılan dimmerleme ve hareket sensörünün enerji tasarrufuna olan katkısı uygulamalı şekilde anlaşılabilecektir. Yaygın olarak kullanılmakta olan akkor flamanlı lambalar (ampuller), elektrik enerjisinin %95ini ısıya çevirmekte, sadece düşük bir kısmını ışığa dönüştürerek aydınlatma sağlamaktadır.
Son yıllarda geliştirilmiş olan kompakt floresan lambalar, gereksiz ısınmaya yol açmadığı gibi yaklaşık 5 kat daha verimli aydınlatma sağlamaktadır. Örneğin, 100 Watt gücünde bir ampulün sağladığı aydınlatmaya eş değerde aydınlatmayı 20 Wattlık bir verimli lamba ile sağlamak mümkündür [6, 9, 10]. Tablo 1de iç ve dış aydınlatmada kullanılan ampullerin güç ve ışık akılarının karşılaştırılması ayrıntılı olarak sunulmuştur.
Ülkemizde son enerji tüketiminin %92si bina, sanayi ve ulaştırma kesimleri tarafından gerçekleştirilmektedir. Rakamın da gösterdiği üzere, özellikle bu kesimlerde uygulanabilecek enerjinin etkin kullanımına yönelik teknolojilerin kullanılması, geliştirilmesi ve yaygınlaştırılması, gerekli tasarruf ve verimliliğe ilişkin tedbirlerin alınması çok büyük öneme sahiptir.
Tablo 1. İç ve Dış Aydınlatmada Kullanılan Lambaların Güç ve Işık Akıları
Tablo 2de lambaların etkinlik faktörleri ve ömürleri arasındaki ilişki belirtilmiş, sağlayacakları tasarrufun ışık etkinliği ve ömür parametreleri verilerek lamba çeşitlerinin kendi aralarında karşılaştırılmasına imkan sağlanmıştır.
Tablo 2. Lambaların Etkinlik Faktörleri ve Ömürleri [11]
Türkiyede tüketilen elektriğin yaklaşık %25i aydınlatma amaçlıdır. Enerji tasarruflu aydınlatma sistemlerine %20lik bir geçiş, yıllık 5,6 milyar kWhlik bir enerji tasarrufu anlamına gelmektedir. Bu değer, Afşin-Elbistan termik ya da Keban hidroelektrik santrallerinin bir yıllık üretimine denk düşmektedir [6].
Fosil yakıtların giderek tükenmesi, petrol fiyatlarının artması ve küresel ısınma gibi çevresel etmenlerden ötürü enerji verimliliğinin önemi artmakta, sürekli olarak daha az enerji tüketen ve çevreye daha az zarar veren aydınlatma ürünleri teşvik edilmektedir.
3. Bir Üniversite Kampüsünün Aydınlatma Tekniği Açısından Değerlendirilmesi ve Verimlilik Analizi
Bölge üniversitesi için düşünecek olursak, çevre aydınlatma sistemi yerleşke içi ve yol aydınlatma lambalarından oluşmaktadır. Aydınlatmalarda 250W ****l halide ve 125W cıva buharlı lambalar kullanılmaktadır. 250W ****l halide lambalardan yaklaşık 500 adet, 125W cıva buharlı lambalardan yaklaşık 900 adet bulunmaktadır. Çevre aydınlatma lambaları, günlük ortalama 10 saat çalışmaktadır. Çalışma prensipleri nedeniyle balast kullandıkları için 250Wlık lamba yaklaşık 275W, 125Wlık lamba yaklaşık 138W enerji tüketmektedir. Bir yıllık toplam çevre aydınlatma enerji tüketimi Tablo 3te verilmiştir.
Tablo 3. Bir Yıllık Toplam Çevre Aydınlatma Tüketimi
Bir yılda çevre aydınlatması için KDV dahil ödenen tutar (kWh birim fiyatı KDV dahil 0,318 TL olarak alınmıştır). Üniversitenin bir yıllık aydınlatma masrafı yaklaşık 350.000 TL civarındadır. Bu bağlamda enerjinin özellikle aydınlatma alanında etkin kullanımının hem ekonomik hem de güç kalitesinin sağlanması yönünden önemi ön plana çıkmaktadır.
Son yıllarda aydınlatma teknolojisindeki ilerlemeler sayesinde birçok yerde kullanılan LED aydınlatma sistemleri ışık etkisiyle yenilikçi ve verimli çözümler sunmaktadır. Mavi, yeşil, kırmızı, amber ve beyaz renk seçenekleri ile tasarım dünyasına sunulmuş olan, uzun ömürlü, dayanıklı ve kolay uygulanabilir LED aydınlatma sistemleri, düşük enerji tüketimi ile yüksek ışık akısı sağlamaktadır. Yüksek kurulum maliyetleri, her ne kadar dezavantaj olarak görülse de LEDler çok az elektrik tüketimleri, uzun ömürleri (100.000 saat), düşük voltaj avantajları ile önümüzdeki yıllarda çok daha sıklıkla karşılaşacağımız bir aydınlatma elemanıdır [12].
Tablo 4. Üniversite İçi Kullanılan Lamba Çeşitleri ve LED ile Değiştirilmesini Gösteren Maliyet Analizi
Tablo 4 incelendiğinde mevcut lambaların muadili olan LED lambalar ile değiştirilmesi sonucunda yıllık kazanç miktarının çok ciddi olduğu açıkça görülmektedir. Ayrıca maliyet hesabı incelendiğinde 3 yıldan kısa sürede bu değişimin kendisini amorti edebileceği görülmektedir.
4. Deney Setinin Elektriksel Özellikleri
Lisans öğrencilerine aydınlatma sistemlerinin temellerini anlatmak ve ilgili deneyleri yapmak için bir eğitim seti hazırlanması amaçlanmıştır. Bu eğitim seti ile öğrenciler temel olarak aşağıda belirtilen deneyleri yapabilecektir.
Aydınlatma eğitim setinin temel elemanlarının tanınması
Aydınlatma eğitim setinin temel elemanlarının (balast, ateşleyici, duy, lamba, vs.) bağlantı şekillerinin anlatılması
İç tesisat ekipmanları ve sayaç bağlantı şekillerinin incelenmesi. Adi, komütatör, vavien gibi çeşitli iç tesisat anahtarlarının; zil, kapı otomatiği gibi devrelerin ve sigorta, kaçak akım koruma rölesi, kompakt şalter gibi koruma elemanlarının; pako şalter, otomatik sigortaların bağlantı şekilleri ile çalışma prensiplerini tanımak
Lüks metre kullanılarak aydınlık düzeyinin ölçümü ve lm/watt değerlerinin çıkarımı ile enerji-maliyet analizinin yapılabilmesi
LED, floransan, akkor, yüksek basınçlı sodyum buharlı lamba, kompakt floransan lamba ile bunların çalışma düzlemi üzerinde oluşturdukları aydınlık düzeylerinin ölçümü ve sağladıkları enerji tasarruflarını karşılaştırma.
Işıksal ölçümlerin yanında stroboskobik olay ve alternatif aydınlatma uygulamalarının anlatılması.
Android işletim sistemi tabanlı çalışan bluetooth haberleşmeli kontrol kartının programlanması ve bu kart kullanılarak lambaların uzaktan kontrolünün anlatılması ile aydınlatma otomasyonuna girişin anlatılması
Eğitim setinde kullanılan lambaların enerji analizörü üzerinden değerlendirilip çektikleri reaktif enerji miktarına göre kompanzasyonlarının gerçekleştirilmesi
Dialux programına giriş ve Dialux programı kullanılarak örnek aydınlatma tasarımı yapılması ve eğitim setinde test edilmesi
Türkiyede tüketilen elektriğin yaklaşık %25i aydınlatma amaçlıdır. Enerji tasarruflu aydınlatma sistemlerine %20lik bir geçiş, yıllık 5,6 milyar kWhlik bir enerji tasarrufu anlamına gelmektedir.
Yukarıda belirtilen deneysel konular ile laboratuvar konuları oluşturulup öğrencilerin dersin pratik yönleriyle tanışmaları sağlanacaktır. Ayrıca laboratuvar kapsamında anlatılacak olan Dialux programı sayesinde projelendirme konusunda da öğrenciler bilinçlendirilecektir. Bu projeyle öğrenciler aydınlatma ve aydınlatma için kullanılan lambaların lm/watt değerlerinin önemini anlayacak, deneylerle elde ettiği sonuçları analiz edebilecek ve birçok deney yaparak pratik bilgilerini geliştirip bu alanda daha etkin hale gelebilecektir. Deney seti panosundaki malzemeler Şekil 2de verilmiştir.
Şekil 2. Deney seti panosundaki malzemeler.
Şekil 3. Bluetooth haberleşmeli uzaktan röle kontrol kartının görüntüsü.
Bu set proje ekibi tarafından deney seti masasına Android tabanlı bluetooth haberleşmeli uzaktan kontrol kartı, çeşitli lambalar, ignitör ve farklı boyutta duylar eklenerek geliştirilmiştir. Kurulan modüler eğitim seti üzerinde floresan lamba, kompakt floresan lamba, halojen projektör, ****l halide lamba, civa buharlı lamba, yüksek basınçlı sodyum buharlı lamba, LED floresan, kompakt LED ampül, akkor lamba ve LED projektor gibi neredeyse piyasada aktif olarak kullanılan tüm lamba çeşitleri bulunmaktadır. Set üzerinde voltmetre, ampermetre ve enerji analizörü bulunmaktadır.
Eğitim setine yerleştirilen lüksmetrede kullanılarak lambaların lümen/watt oranı rahatlıkla izlenebilecektir. Buna ek olarak set üzerinde monte edilen ve aynı güç seviyesine sahip elektronik ve mekanik balastlar arasındaki farkın incelenmesine olanak sağlanmış, balast üzerinde oluşan güç kayıplarını izleme tertibatı öğrencilere sunulmuştur.
Deney setinin lambalar aktifken görünümü Şekil 4te sunulmuştur. Eğitim setine entegre edilen Android tabanlı bluetooth haberleşmeli uzaktan kontrol kartı ile küçük bir alanda aydınlatma otomasyonu gerçekleştirilmek istenmiştir. Kontrol kartı faz ile lamba arasına bağlanılarak isteğe uygun şekilde kontrol sağlanmıştır. Şekil 5te kontrol kartının blok diagramı gösterilmiştir.
Şekil 4. Deney setinin lambalar aktifken görünümü.
Şekil 5. Kontrol kartının blok diagramı.
Bilindiği üzere aydınlatma otomasyonu da tasarruf için en önde gelen seçeneklerden birisidir. Aydınlatma otomasyon sistemlerinin ağırlıklı olarak uygulandığı alanlar; ofisler, mağazalar, okullar, kamu binaları, kütüphaneler, hastaneler, ticari binalar olarak sıralanabilir [10]. Kullanılan hareket sensörleri, zaman rölesi ve ışık şiddetine göre dimmerleme özelliği de otomasyon olarak düşünülebilir. Bluetooth kontrolü için hazır Android tabanlı geliştirilen rölelerin on/off kontrolünü sağlayan arayüz kullanılmıştır. Şekil 6da röleleri uzaktan kontrol amaçlı kullanılan Android tabanlı arayüz gösterilmiştir.
Şekil 6. Röleleri uzaktan kontrol amaçlı kullanılan Android tabanlı arayüz.
5. Sonuçlar
Elektrik enerjisinin etkin kullanılması, tüketim maliyetlerinin ekonomi üzerindeki yükünün hafifletilmesi hem maddi açıdan hem de çevresel açıdan ülkemize çok büyük yarar sağlayacaktır. Bu anlamda aydınlatma teknolojisi tasarruf potansiyellerimiz arasında ileri gelen alanlardan biri olarak sayılır. Tasarrufun sağlanabilmesi ve en az tasarruf kadar önemli parametre olan amortisman süresinin hesaplanabilmesi oldukça önemlidir.
Üniversite içi kullanılan lamba çeşitlerinin muadilleri olan LED ile değiştirilmesini gösteren maliyet analizi, örnek olarak verilmiş basit bir hesaplama sistemi kullanılmıştır. Bunun yanında aydınlatma açısından çok önemli bir parametre olan ışık etkinliği ve lamba ömürleri verilerek kullanıcıların etkin bir seçim yapabilmesine imkan sağlanmıştır. Ayrıca hazırlanan eğitim seti ile öğrencilere endüstriyel alanda iç ve dış aydınlatmada kullanılan lamba çeşitlerinin tanınması, bunların enerji tüketimleri, çalışma düzlemi üzerinde oluşturdukları aydınlık düzeylerinin ölçülmesi ve bağlantı şekilleri hakkında etkin öğretim hedeflenmiştir.
Bu eğitim seti sayesinde konu ile ilgilenecek öğrencilerin pratik anlamda bilgi sahibi olmaları sağlanacak, bağlanan Android tabanlı bluetooth haberleşmeli uzaktan kontrol kartı ile küçük bir alanda aydınlatma otomasyonu gerçekleştirebilmelerine olanak verilecektir. Eğitim seti sayesinde hareket sensörü, dimmer, dijital zaman rölesi, fotosel ve sıva altı radarlı sensör gibi otomatik kontrol elemanlarının da bağlantı şekilleri ve kullanım amaçları açısından öğrencilere öğretilmesi hedeflenmiştir.
Özgür ÇELİK
Adana Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü
Ahmet TEKE
Çukurova Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü
Teşekkür: Çukurova Üniversitesi BAP Koordinasyon Birimi tarafından FBA-2014-2738 nolu projemiz desteklenmiştir. Çalışmaya yapmış olduğu finansal desteğinden dolayı Çukurova Üniversitesi BAP Koordinasyon Birimine teşekkür ederiz. Çalışmaya destek amaçlı hibe ettiği malzemelerden dolayı Pelsan A.Şye de teşekkür ederiz.
Kaynakça
1] Serpil TÜRKMEN, 2012. Enerjide Tutumluluk ve Verimlilik Nasıl Olur?, http://www.teias.gov.tr/ebulten/makaleler/2012/ enerji%20verimlili%C4%9Fi%20serpil%20t%C3%BCrkmen/ enerji.html, (Erişim tarihi: 01/06/2015).
[2] Pelsan Aydnlatma (Erişim tarihi: 01/06/2015).
[3] http://www.limitsizenerji.com/, (Erişim tarihi: 01/06/2015).
[4] http://gazelektrik.com/faydali-bilgiler/elektriktuketimi,( Erişim tarihi: 01/06/2015).
[5] VURAL M. F., 2011. Akıllı Aydınlatma Sistemlerinin Önemi ve Geleceği, http://www.limitsizenerji.com/haberler/ makaleler/1141-akilli-aydinlatma-sistemlerinin-onemi-vegelecegi (Erişim tarihi: 01/06/2015).
[6] Kamuda Verimli Aydınlatmaya Geçiş Raporu, 2008. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı,http://www.enerji.gov.tr/File/?pat h=ROOT%2F1%2F********s%2FBelge%2FKVAG_Raporu.pdf (Erişim tarihi: 01/06/2015).
[7] T.C. Millî Eğitim Bakanlığı, Elektrik Elektronik Teknolojisi, Endüstriyel Aydınlatma Tesisatları, Ankara, 2011.
[8] ALSAT C. Aydınlatma Otomasyonu Ve Enerji Tasarrufu Sistemleri. http://www.emo.org.tr/ekler/2a546c6b4e346c4_ ek.pdf (Erişim tarihi: 01/06/2015).
[9] PERDAHÇI C., HANLI U. Verimli Aydınlatma Yöntemleri, 3e Electrotech Dergisi, 3e Electrotech Dergisi yazi/verimli-aydynlatma-yontemleri (Erişim tarihi: 01/06/2015).
[10] ONAYGİL S., GÜLER Ö., ERKİN E., CEBECİ E., 2009. Endüstride Tavan Yüksekliğine Bağlı Aydınlatma Çözümleri, Ulusal Elektrik Tesisatı Kongresi, V. Ulusal Aydınlatma Sempozyumu, s. 70- 79, 7-10 Mayıs, İzmir.
[11] Teke A., Lecture Notes on Illumination Techniques, 2014.
[12] .: YEGM :. Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü - Hakkımızda (Erişim tarihi: 01/06/2015).
