1. GiriÅŸ

Ülkemizde mekan ısıtması çoÄŸunlukla kömür (sobalarda, kat veya bina kazanlarında yakılarak) veya doÄŸalgaz (kombi, soba veya kazanlarda yakılarak) gibi yakıtların direkt olarak yine mekan bünyesinde yakılması ile saÄŸlanmaktadır. Isınma amaçlı kullanılan kömür sobalarında yanma verimi % 60 civarındadır. Yakıtlardan maksimum oranda faydalanmak için en uygun yöntem, bu yakıtların birleÅŸik ısı ve güç santrallerinde deÄŸerlendirilmesidir. Bu santrallerde yakıtın verimli bir ÅŸekilde yakılması ile açığa çıkan ısı enerjisi, öncelikle daha nitelikli bir enerji türü olan elektrik enerjisi üretiminde, geriye kalan düÅŸük kalitedeki ısı enerjisi (atık ısı enerjisi) ise konut, sanayi, sera vb. alanlarda ısıtma ve/veya proses amaçlı deÄŸerlendirilir. Böylece yakıtın sahip olduÄŸu enerjinin yaklaşık % 80’inden faydalanmak mümkün olabilmektedir. Bölge ısıtma sistemleri, konut, iÅŸyeri vb. gibi mekanların ya da turizm, tarım gibi sektörlerin gerekli ısıtma ve sıcak kullanım suyu ihtiyaçlarını (sıcak su veya proses ısısı vb.) bir veya birkaç deÄŸiÅŸik kaynaktan (termik santral atık ısıları, atık arıtma ve sanayi atık ısıları, jeotermal, güneÅŸ enerjisi vb. gibi) saÄŸlayabilen sistemlerdir.

 

Dünyadaki uygulamalar incelendiÄŸinde, ÅŸehirlerde kurulan bölge ısıtma sistemlerinin birçoÄŸunun ısı kaynağı olarak termik santrallerin atık ısısını kullandıkları görülmektedir. Bu uygulamalara benzer bir uygulama ülkemizde AfÅŸin Belediyesi tarafından planlanmaktadır.

 

Kurulacak bölge ısıtma sistemi, AfÅŸin Elbistan B Termik Santrali tarafından üretilen ısı enerjisi ile beslenerek konut, iÅŸyeri vb. gibi kullanıcıların ısıtma ve sıcak kullanım suyu ihtiyaçlarını karşılayacaktır (Åžekil 1). TÜBÄ°TAK MAM bünyesinde, AfÅŸin Belediyesi tarafından yatırımı planlanan bölge ısıtma sisteminin yapılabilirlik analizleri gerçekleÅŸtirilmiÅŸtir. Bu çerçevede, AfÅŸin’e kurulması planlanan bölge ısıtma sisteminin çevresel, ekonomik ve sosyal etkileri deÄŸerlendirilmiÅŸ ve yatırımın ekonomik açıdan yapılabilirliÄŸi analiz edilmiÅŸtir. 

 

AfÅŸin Ä°lçesi’nde konut ısıtmasında yaygın olarak kömür sobası kullanılmaktadır. Ä°lçedeki konutların yaklaşık % 30’unda ise kalorifer sistemi mevcuttur. Bölge ısıtma sistemleri ise hem bireysel sobalı ısıtmaya hem de merkezi kazan ısıtmaya göre çok daha konforlu, güvenli ve ekonomik bir ısıtma sistemidir. Bölge ısıtma sisteminde binalarda yakıt yakılmaz, binalara iletilen sadece sıcak sudur. Bu nedenle binada kazan ve bacaya da gereksinim bulunmamaktadır. Bölge ısıtma sistemlerinde kullanıcılar, kalorifer kazanına nazaran daha küçük ebatlardaki bina alt istasyonları ile ÅŸebekeye baÄŸlanabilmektedir. Ayrıca bu sistemde yakıt besleme, kül ve baca temizliÄŸi, kalorifer sorumlusu gibi iÅŸletme gereksinimleri bulunmamaktadır. Sıralanan sebepler göz önünde bulundurulduÄŸunda, AfÅŸin’de kurulacak bölge ısıtma sisteminin oldukça fazla raÄŸbet göreceÄŸi tahmin edilmektedir. Kurulması planlanan bölge ısıtma sisteminin genel özellikleri Tablo 1’de verilmektedir.

 

2. Talebin Belirlenmesi

AfÅŸin ilçesinde 10.000 konutluk bir bölge ısıtma sistemi kurulması öngörülmektedir. Yatırım kapsamında kurulacak bölge ısıtma ÅŸebekesi, ilçedeki konutların yıl boyunca ısınma ve sıcak kullanım suyu ısı ihtiyaçlarını karşılayacaktır. Åžebekenin boyutlandırılmasında öncelikle ilçedeki toplam ısı talebinin belirlenmesi çalışmaları gerçekleÅŸtirilmiÅŸtir. 

 

AfÅŸin ilçesinde, konutların yıl boyunca ısıtma amaçlı enerji ihtiyacını en doÄŸru biçimde tahmin edebilmek için Devlet Meteoroloji Ä°ÅŸleri Genel MüdürlüÄŸü’nden, AfÅŸin ilçesindeki ölçüm istasyonuna ait son 10 yılın (2001-2010) saatlik bazda sıcaklık ve güneÅŸlenme ölçüm deÄŸerleri temin edilmiÅŸtir. Isı yükü hesaplamalarında, ilçedeki konutları temsilen, her bir konutu 100 m2’lik 10 konutlu bir model bina belirlenmiÅŸ ve binanın özgül ısı kaybı; yapı elemanlarının fiziksel özellikleri (yapısı, boyutları, iletkenliÄŸi vs.), binanın yönlere göre konumu ve havalandırılması dikkate alınarak hesaplanmıştır. Konut ısı kayıplarının hesaplanmasında kullanılan temel deÄŸerler Tablo 2’de verilmektedir. Ardından, özgül ısı kaybı, meteorolojik veriler ve güneÅŸlenme deÄŸerleri ile konutun yıl boyunca saatlik bazda ısı yükü belirlenmiÅŸtir. Isı yükünün hesaplanması için kullanılan parametreler TS825 standardına uygun olarak seçilmiÅŸtir. Buna göre 15 °C’lik dış ortam sıcaklığının üstündeki sıcaklıklarda ısıtma yapılmayacağı kabul edilmiÅŸtir. Ayrıca, ısı yükü hesaplanırken konutların saat 12:00 ile 06:00 arasında ısıtma yapmadıkları öngörülmüÅŸtür.

 

Bölge ısıtma sisteminin kurulumu planlamasın-da, hem bölge halkının mevcut ısı tüketim alışkanlıklarını belirlemek hem de öngörülen mali yükümlülükler doÄŸrultusunda kurulacak bölge ısıtma sistemine katılım taleplerini tespit etmek önemlidir. 

 

Bu amaçla TÜBÄ°TAK MAM tarafından bir anket formu hazırlanmış ve AfÅŸin Belediyesi görevlileri tarafından Haziran 2011’de bölge ısıtma sistemi kapsamında planlanan kesimlerdeki 440 haneye anket uygulanmıştır. Anket sonuçları da yine TÜBÄ°TAK MAM tarafından analiz edilmiÅŸtir. Anketlerde esas olarak hane sakinlerine;

• Konutlarındaki mevcut ısıtma sistemi türü,

• Yıl içi ve gün içi ısıtma yapılan zaman aralıkları,

• Isınma amaçlı yıllık yakıt harcamaları,

• Bölge ısıtma sistemine katılım talepleri,

 

Bölge ısıtma sistemine katılmaları için bina içinde gerekli olan yatırımları karşılayıp karşılayamayacakları sorulmuÅŸtur. Yıllık ısı talebinin belirlenmesi ile ilgili hesaplamalar bölge halkından edinilen ortalama tüketim bilgileri ile karşılaÅŸtırılarak kontrol edilmiÅŸtir. Ayrıca ilçede bulunan okul, hastane, hizmet binası gibi kamu kurum ve kuruluÅŸlarına ait binalar ile spor salonu, cami vb. gibi tesislerin mevcut kazan kapasiteleri ve yıllık yakacak tüketimleri temin edilerek hesaplamalarda göz önünde bulundurulmuÅŸtur.

 

3. Yatırımın Teknik Analizi ve Tasarım

Bölge ısıtma ÅŸebekesinin temel tasarımı, AfÅŸin Belediyesi Kentsel DönüÅŸüm ve Ä°mar Ä°ÅŸleri Birimi ile koordineli olarak yürütülen bir çalışma sonucunda gerçekleÅŸtirilmiÅŸtir. Belediyenin mevcut nazım imar planı baz alınarak her cadde ve sokaktaki konut sayıları ve tahmini ısı yükleri bulunmuÅŸ, buna baÄŸlı olarak da BIS iletim ve dağıtım hatları boyutlandırılmıştır. Boru ÅŸebekesinin termal ve hidrolik analizleri TERMIS yazılımı ile gerçekleÅŸtirilmiÅŸtir.

 

Boru ÅŸebekesi tasarımı üç ana kısımdan oluÅŸmaktadır. Bunlar, santralden ÅŸehir giriÅŸine kadarki boru ÅŸebekesi (Ä°letim Hattı), ÅŸehir içinde cadde ve sokaklardaki boru ÅŸebekesi (Dağıtım Hattı) ve dağıtım hattından konutlara giden boru ÅŸebekesidir (BaÄŸlantı Hattı).

 

Ä°letim hattının iki aÅŸamada kurulması planlan-mıştır. Ä°letim hattı, yatırımın büyük bir kısmını oluÅŸturmaktadır. Bu nedenle ilk yıllarda yatırımın az olmasını saÄŸlamak amacıyla ilk aÅŸamada 5.200 konut eÅŸdeÄŸer (KE) ısı yükünü karşılayacak ÅŸekilde gidiÅŸ dönüÅŸ olarak küçük çaplı (DN 350) tasarlanması ve talebin artması ile birlikte ikinci aÅŸamada daha büyük bir hattın (DN 500) mevcut iki hattın yanına kurulması öngörülmüÅŸtür. Bu ikinci aÅŸamada DN 350’lik hatların dönüÅŸ hattı olarak, DN 500’lük hattın ise gidiÅŸ hattı olarak kullanılması planlanmıştır (Åžekil 2a ve Åžekil 2b). Böylece AfÅŸin Bölge Isıtma Sistemi yatırımı yıllara yayılarak 10.000 KE’ye çıkarılacaktır. 

 

AfÅŸin BIS iletim hattı ile taşınan ısı enerjisi, dağıtım hatları ile konutlara ulaÅŸtırılacaktır. Dağıtım hatlarının tasarımında girdi olarak kullanılan her bir cadde ve sokaÄŸa ait mevcut konut sayıları AfÅŸin Belediyesinden temin edilen nazım imar planı yardımıyla belirlenmiÅŸtir. Ayrıca imar planı doÄŸrultusunda ileriki dönemde inÅŸası muhtemel konut sayıları da tasarımda dikkate alınmıştır. Dağıtım sisteminin hepsinin aynı yılda kurulması pratikte zor bir iÅŸtir. Bundan dolayı dağıtım hattı yatırımının 3 farklı bölgeye ayrılarak, toplam 3 yılda tamamlanması planlanmıştır (Åžekil 3). Åžehir nazım imar planı üzerinde ÅŸebeke boru hatlarının güzergâhları belirlenmiÅŸ; buna göre boru ÅŸebekesinin termal analizleri gerçekleÅŸtirilmiÅŸ ve ısı kayıpları hesaplanmıştır. Santralin bölge ısıtma sistemine vermesi gereken ısı enerjisi, yapılan bu analizler doÄŸrultusunda belirlenmiÅŸtir. BIS ÅŸebekesinde oluÅŸabilecek azami ısı kaybının belirlenmesi amacıyla yapılan termal analizlerde, termik santralden 110°C olarak saÄŸlanan sıcak suda, ÅŸebeke içerisindeki ısı kayıpları neticesinde oluÅŸan sıcaklık dağılımı boru ÅŸebekesi üzerinde Åžekil 4’te verilmiÅŸtir. Åžekilde de görüldüÄŸü gibi ısı, ÅŸehrin en uzak noktasına 5°C’den de az bir sıcaklık kaybı ile ulaÅŸmaktadır. 

 

Hesaplamalarda farklı durumlardaki ısı kayıp deÄŸerlerinin bulunabilmesi için TERMIS yazılımı ile termal yükler, gidiÅŸ-dönüÅŸ sıcaklıkları deÄŸiÅŸtirilerek ÅŸebeke boyunca ısı kayıpları hesaplanmış ve buna göre de santralin üretmesi gereken ısı miktarları bulunmuÅŸtur. 10.000 konuta ısı saÄŸlanması durumunda ÅŸebekede meydana gelen ısı kayıplarının kısmi yüklerdeki deÄŸiÅŸimleri de hesaplanmıştır. 

 

Bölge ısıtma sistemlerinde sıcak suyun konutlara ulaÅŸtırılması ve ÅŸebekede su sirkülasyonunu saÄŸlamak için santrifüj pompalar kullanılmaktadır. Bu pompaların hat üzerinde konumlandırıldığı yerlere ise pompa istasyonu adı verilmektedir. Pompa istasyonlarında yer alan santrifüj pompalar ÅŸebeke ve bina alt istasyonlarında oluÅŸan basınç kayıplarını yenecek ÅŸekilde tasarlanmıştır. Bölge ısıtma sistemi ÅŸebekesi tasarımında, en uzak kullanıcının gidiÅŸ-dönüÅŸ baÄŸlantı hatları arasındaki basınç farkı en az 100 kPa olacak ÅŸekilde yapılarak, en son kullanıcıya kadar ısının iletilmesi garanti altına alınır. Kullanıcıların sorunsuz olarak bölge ısıtma sisteminden yararlanabilmeleri için bina alt istasyonundaki basınç kaybının azami 100 kPa olarak tasarlanması gereklidir. AfÅŸin Bölge Isıtma Åžebekesinde basınç sınıfı; iletim, dağıtım ve baÄŸlantı hatları için 25 bar’dır. Åžebeke içinde suyun buharlaÅŸmasını engellemek için minimum basınç, sıcak gidiÅŸ suyunun buharlaÅŸma basıncından fazla olmalıdır. Ayrıca, boru ÅŸebekesinin tamamen su ile dolması ve ÅŸebekenin hiçbir yerinde suyun buharlaÅŸmaması için ÅŸebekedeki statik basıncın belli bir seviyede tutulması gerekir. Statik basınç, su sirkülasyonun durması halinde dahi en yüksek kottaki borularda buharlaÅŸma olmayacak ÅŸekilde seçilmiÅŸtir. 1, 2 ve 3. bölgelerdeki arazilerin kapsadığı bölgeler için, ilçenin en alçak noktası ile en yüksek noktası arasında yaklaşık 60 m’lik kot farkı vardır. Basıncın en düÅŸük olduÄŸu ve suyun buharlaÅŸma riskinin en fazla olduÄŸu yerler pompa giriÅŸleri ve ÅŸebekenin en yüksek yerindeki bina alt istasyonlarının giriÅŸleridir. 

Bu noktalardaki basınçlar, su buharlaÅŸması dikkate alınarak en az 100 kPa olacak ÅŸekilde hesaplanmıştır. Åžebeke boyunca basınç regülâsyonunun frekans konvertörlü pompalarla saÄŸlanacağı öngörülmüÅŸtür. Yapılan hesaplamalar sonucunda AfÅŸin bölge ısıtma sisteminde biri santralde olmak üzere üç adet pompa istasyonunun 10.000 KE kapasitedeki ÅŸebeke için yeterli olduÄŸu görülmüÅŸtür (Åžekil 5). En uzun ve kritik hat da Åžekil 5’te yeÅŸil renkli olarak verilmiÅŸtir.

 

4. Yatırım ve İşletme Giderleri

GerçekleÅŸtirilmesi planlanan yatırım ile AfÅŸin ilçesindeki 10.000 konutun ısınma ve sıcak kullanım suyu ısı ihtiyaçları kesintisiz biçimde karşılanabilecektir. Yatırım kapsamında alınacak ekipman ve gerçekleÅŸtirilecek çalışmalar Tablo 3’te sıralanmaktadır. Sistemin iÅŸletilmesi sırasında ortaya çıkacak iÅŸletme maliyet kalemleri ise Tablo 4’te verilmektedir.

 

5. Ekonomik ve Sosyal Analiz

Genel olarak bakıldığında; enerji verimliliÄŸi saÄŸlaması, enerjide dışa bağımlılığı azaltması, ısınma harcamalarında tasarruf saÄŸlaması, bölgeye ek istihdam olanakları sunması ve emisyon kaynaklı masrafları (saÄŸlık, temizlik vb.) azaltması sistemin saÄŸlayacağı ekonomik yararlar olarak görülmektedir.

 

AfÅŸin ilçesinde kurulacak BIS’ın ülkemize saÄŸlayacağı en önemli katkı ÅŸüphesiz, santral atık ısılarının faydaya dönüÅŸtürülerek santralin yakıttan faydalanma oranındaki artıştır. Åžekil 6’da kazana beslenen 100 birimlik ısı enerjisinin dağılımları görülmektedir. Santralin iki ısı üretim kaynağından maksimum ısı üretimi saÄŸlandığında, kondenserden atılan atık ısının bir kısmı kullanılan atık ısı miktarına baÄŸlı olarak faydaya dönüÅŸmektedir. Ä°lerleyen yıllarda BIS’ın daha da büyümesi durumunda faydalı ısı payı giderek artarak, kondenser atık ısı miktarı minimuma inecektir. Bu sayede santralin soÄŸutma kulelerinden her gün atmosfere salınan ısı enerjisi azaltılacaktır.  BIS sayesinde ilçe halkının ısıtma için yaptığı harcamalarda önemli oranlarda tasarruf saÄŸlanacaktır. Konutların BIS ile ısıtılması ile insanların konfor ÅŸartlarında da artış saÄŸlanacaktır. AfÅŸin ilçesinde bulunan konutların çoÄŸu henüz tek odada bulunan bir soba ile ısınmaktadır. Konutlarda soba kullanımı; konut içerisinde eÅŸit derecede ısınma saÄŸlayamamasının yanında kömürün ve çıkan külün taşınması gibi çeÅŸitli sorun ve zorluklara neden olmaktadır. BIS ile konutlarda yaÅŸanan benzeri sorunlar ortadan kalkacaktır. DiÄŸer bir sosyal fayda da insan saÄŸlığı yönünden, emisyon kaynaklı hastalıkların azalmasıdır. Bu sayede saÄŸlık giderleri ve iÅŸ gücü kayıpları da azalacaktır. Ayrıca ÅŸehirde yakılan yakıtın nakliyesi ve bu nakliyenin getirdiÄŸi etkiler, yakıtın kül gibi çeÅŸitli atıklarının oluÅŸturduÄŸu problemler ve masraflar ortadan kalkacaktır.

 

6. Sonuçlar

Yapılabilirlik analizleri kapsamında elde edilen bazı sonuçlar ÅŸu ÅŸekilde özetlenebilir:

• Bölge ısıtma sistemi için yapılacak yatırımlar düÅŸünüldüÄŸünde masrafların en önemli kısmını boru yatırımları oluÅŸturmaktadır (Åžekil 7). Bu nedenle bölge ısıtma sistemi ÅŸebekesini tasarlarken düzenli yapılaÅŸma içinde olan ve konut yoÄŸunluÄŸu fazla olan bölgelerin tercih edilmesi konut başına yapılacak boru hattı maliyetini önemli ölçüde azaltacaktır.

 

Yapılabilirlik analizleri kapsamında, konutlara yapılacak ısı satış miktarı ve birim ısı satış fiyatının yatırımın geri ödeme süresine etkisi incelenmiÅŸtir (Åžekil 8). 

 

Konutlara satılacak ısı miktarı ne kadar artarsa yatırımın geri ödeme süresi o kadar kısalmaktadır. Bu nedenle bölge ısıtma sistemi kapsamında konut yoÄŸunluÄŸu fazla bölgelerin öncelikli olarak planlanması, yatırımın ekonomikliÄŸini artıracaktır. 

 

Ayrıca konut ısı satış fiyatındaki yıllık artış oranının deÄŸiÅŸmesi durumunun da yatırım geri ödeme süresine etkisi göz önünde bulundurulmuÅŸtur (Åžekil 9). Yatırımın ekonomikliÄŸi için yatırım geri ödeme süresi ile ısı satış miktarını artıracak cazip bir ısı satış fiyatının belirlenmesi gerekmektedir.