İnşaat Tedarik Dergisi

İnşaat – Yatırım – Proje – Ulaştırma – Mimarlık – Enerji – Maden

Akıllı Binalar ve Otomasyon Sistemleri

Makale: Semih ÇALAPKULU / Makina Mühendisi

AKILLI BİNALAR ( Smart Buildings & Intelligent Structures ) ve OTOMASYON SİSTEMLERİ ( Automation Systems ) Yaşamakta olduğumuz 21. yüzyıl iyi işleyecek yapıların özellikleri şu şekilde şekillenecektir.
Enerji verimliliği, konfor, güvenlik ve sürdürülebilirlik kavramları arasında doğru sinerjiyi yakalamaya bağlıdır. Binalar aklıyla, ağ yapısıyla, duyarlılığıyla ve adapte olabilirliğiyle yaşayan birer organizmaya dönüştürülmelidir.
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 Binalar
Akıllı binaları diğer binalardan 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 binanın 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 binalar 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.


Akıllı binalar, daha iyi enerji verimliliği, daha fazla konfor
Günümüzün akıllı binaları, daha iyi enerji verimliliği, daha fazla konfor ve daha düşük işletme maliyetleri gibi daha iyi iş sonuçları için endüstriyel interneti kullanmaya başlıyor.
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 bina 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 bina konsepti 1980’li yılların başlarında ABD’de doğmuştur. Bu konsepte göre akıllı binalar; 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 binaların temel özellikleri şunlardır:
• 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 bina 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.
Ayrıca endüstri 4.0 ile birlikte esnek ve yenilikçi çözümlerin ortaya çıkması, minimum enerji ile maksimum performans alımına odaklanılması, dijitalleşmenin yaygınlaşması “akıllı bina teknolojileri”nde etkili bir rol oynamaktadır.


Akıllı bina konsepti 1980’li yılların başlarında ABD’de doğmuştur
‘’Akıllı Ev’’ olabilmesi için ihtiyaç duyulan kriterler;
1- İnsanin Biyolojik İhtiyacı
“Akıllı ev” insanın biyolojik yapısına uygun olmalıdır. İnsan vücudu 36°C derece sıcaklıkta nemi faaliyet türüne bağlı olarak yayarak yaşar. Bunlara göre insanın rahat yaşaması için ortam sıcaklığı 18°-24°C arasın da olmalı ve nem oranının da %40 ve %70 arası olmalıdır.
İnsanın sağlıklı yaşaması için gereken sağlıklı mimari yaratılmalıdır. Bu sağlıklı mimari “Akıllı ev” ler deki otomasyon sistemiyle desteklenir.
2- İç Mimarlıkta İnsan İçin Konfor
Konutlar, insanı doğal iklim şartlarından korumayı amaçlar. Bu amacın gerçekleşmesi için, konutların iç mekan iklimi de sağlıklı olmalıdır. Sağlıklı iç mekanda ısı, nem, ışık oranları dengeli ve hava hareketi uygun olmalıdır.
Burada belirleyici etken konutun konumu, iç mekan organizasyonu çeşididir. Her zaman refah da olmak için, konutun yeteri kadar büyük ve yerinde olan pencereler, ısıyı koruyan bir yapı biçimine, yeterli ısınma, odalara uygun mobilyalara ve gerekli havalandırma düzenine sahip olması gerekir.
•Hava İhtiyacı
İnsan hava ile oksijeni solumakta, su buharını ve karbondioksit dışarı atmaktadır. Bunlar insanın ağırlığına, hareketine, beslenmesine ve doğasına göre değişmektedir. Ortalama olarak bir insan, saatte 0.020 m3 karbondioksit ve 40 kg su buharı üretmektedir.
•Oda Sıcaklığı
Dinlenme halindeki bir insan için en uygun oda sıcaklığı 18-25°C arasında değişirken, çalışan bir insan için bu sıcaklığın 15-18°C arasında olması yeterlidir. Bütün bunların yanı sıra, aynı zamanda insan, gıdayla ısıtılan ve kendi kilosunun her biriyle 1.5 WE/h üreten soba olarak nitelendirilebilir. Ortalama 70 kilo olan bir yetişkin, saatte 105 WE/h, günde 5220 WE/h, 25 litre su kaynatmaya yetecek kadar ısı üretir, ısı üretimi şartlara göre değişir. Oda ısısının düşmesi ve hareketle artan odanın ısıtılmasında yumuşak bir ısının, odanın en soğuk kısımlarındaki oda havasını bile ısıtmasına dikkat edilmelidir.
•Oda Nemi
Oda havası %50-60, değişkenli hava nem oranı içermelidir. Nemli oda havası, gereğinden fazla ise mantar, soğuk algınlığı, halsizlik ve terleme gibi çeşitli rahatsızlıklara yol açar. İnsanın su buharı üretmesi şekilde gösterildiği gibi içinde bulunduğu şartlara göre değişir. Su buharı üretimi, insanın önemli soğutma biçimlerinden biridir ve oda sıcaklığı 37°C `nin üzerine çıktığında yükselir.
Akıllı bina teknolojisi birçok bileşenden meydana gelmektedir
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 ev dış mekanı sıcaklığına göre iç mekan iklimini ayarlayabilmelidir. Böylece ortam sağlanırken, aynı zamanda enerjiden de tasarruf sağlanacaktır.
    Akıllı Binalar
    Akıllı binalar, pasif bina tasarım önlemleri ile yaz aylarında güneşten gelen ışığa gölge yapıp bina içine giren aşırı ışığı engelleyip havalandırma ve soğutma sistemiyle beraber binada etkilerini birleştirebilir eğer bu işlemler için iklime uygun malzemeler kullanılırsa hem iklimlendirme sorunu hem de bu iş için ödenen maliyette en az miktara iner.
    Pasif ve Aktif olarak adlandırılan iki tip solar sistem vardır. Pasif solar sistemi güneş enerjisini kullanarak radyatördeki suyu ısıtır. Aktif solar sistemi ise binaya giren güneş ısısını denetler ve mekanizma sistemlerinin yardımı ile ısıyı dengede tutar böylelikle tasarruf da yapılmış olur.
    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.
    Bu sistemin bir başka özeliği de ev dışından da kontrol altında tutulmasıdır. Sistemi internete bağlı bilgisayarla 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.
    Isıtma ve Soğutma Sistemi Kontrolü;
    Soğutma ve ısıtma sistemi akıllı evlerde her zaman isteğe göre kontrol edilir. Zamana göre ısı sisteminin açılıp kapanmasını ve sıcaklık derecesinin senaryosu çok rahat bir şekilde sisteme verilir ve sistem bu senaryoya göre işlemlerini yapar aynı zaman da ev dışından bile internet ya telefon vasıtasıyla kontrol edip ay program verme imkanı vardır. Bu programlar ve zamanlamaya ayarlamak büyük oranda enerji kaybını engelleyerek elektrik masrafında tasarruf yapar ve bu da maliyetin azalmasına sebep olur.

Sonuç olarak;
Akıllı binaların önceliği, doğayla bütünleşmekten çok, gelişmiş teknolojilerden yararlanarak enerjiden tasarruf etmek ve yenilenebilir enerjilerden yararlanmak olarak öne çıkmaktadır.
Bu tür binalar daha çok prestij amacıyla yapılmaktadır.
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 yapımda iklimden yardım almaktır.
Akıllı ev sistemi konfor ve güvenilirlik haricinde, enerji masrafında büyük oranda tasarruf yapar, enerji kullanımını en azar indirgeniyor.
Binanın enerji kullanımı azaltmasının nedenlerden birisi de dünyada iklim kuşaklarından yararlanmaktır.
Dünyada farklı iklim kuşakları vardır. Bizler yaşadığımız binaları iklim koşullarına göre tasarlamak zorundayız. En ince ayrıntısını düşünür hayata geçirmekle aslen mükellefiz.
Binanın enerji sistemini en masrafsız tasarruf sağlayacak şekilde inceler, mimaride uygulamamız gerekir.
Bizden sonra gelecek nesillere yani çocuklarımıza, yaşanabilecek bir dünya bırakmak, onlara borcumuzdur. Emanetlerine ihanet etmemek adına, hepimizin duyarlı olması gerekmektedir.
«Bizler yaşadığımız bu güzel gezegeni, çocuklarımızdan emanet aldık.»

KAYNAKLAR:
1-) ProEnte Otomasyon Yayınları,
https://proente.com/akilli-bina-nedir/
2-) Termodinamik Yayınları,
https://www.termodinamik.info/dunyanin-en-akilli-binalari
3-) e-Akıllı Evler Yayınları,
https://e-akilliev.com/ulkemizde-ve-dunyada-akilli-bina-ornekleri/
4-) Turkisshtime yayınları,
http://www.turkishtimedergi.com/teknoloji/artik-binalar-sasirtiyor/
5-) 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/243403%20Mehmet%20YILMAZ/243403-%20Mehmet%20YILMAZ.pdf
6-) 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
😎 HARRAN ÜNİVERSİTESİ (AKILLI EV OTOMASYON SİSTEMİ)
http://web.harran.edu.tr/assets/uploads/other/files/elektronik/files/ak%C4%B1ll%C4%B1_ev_otomasyonu.pdf
9-) DÜZCE ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ (AKILLI EV OTOMASYONU)
https://www.academia.edu/37978964/AKILLI_EV_OTOMASYONU
10-) Dokuz Eylül Üniversitesi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü (AKILLI EV VE EV OTOMASYON SİSTEMLERİNİN GÜVENLİK VE KORUMA AMAÇLI OLARAK KULLANILMASI)
http://www.emo.org.tr/ekler/fa0245c3521aebe_ek.pdf
11-) http://ecotherm.com.tr/v2/endustriyel-otomasyon/
12-) İSTANBUL AYDİN ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTiTÜSÜ MİMARLIK ANABİLİM DALI MİMARLIK BİLİM DALI (ENERJİSİNİ İKLİMDEN ÜRETEN AKILLI EVLER )
https://acikarsiv.aydin.edu.tr/handle/11547/1906
13-) Dünyanın En Akıllı Binaları,
https://www.termodinamik.info/dunyanin-en-akilli-binalari
14-) Teknoyo Yayınları,
http://teknoyo.com/turkiyenin-hay-aklini-seveyim-dedirten-11-binasi/