FBE- Meteoroloji Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/7109

Gözat

Konu "aydınlatmanın psikolojik yönleri" ile FBE- Meteoroloji Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma
  • Öge
    Perez Dış Ortam Gün Işığı Aydınlık Modelinin Adaptif Ağ Tabanlı Bulanık Çıkarım Sistemi (ANFIS) Temelinde Geliştirilmesi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2018) Durna, Bihter ; Şahin, Ahmet Duran ; 10222381 ; Meteoroloji Mühendisliği ; Meteorological Engineering
    Günümüzde, aydınlatmadan havalandırmaya, cep telefonlarından bilgisayarlara ve evlerden fabrikalara kadar kullandığımız cihazlar için elektrik enerjisi gerekmektedir. Başka bir ifadeyle, hayatımızda elektrik enerjisi vazgeçilmezdir. Enerji üretimi çoğunlukla fosil yakıt yanması ile elde edilmektedir. Bununla birlikte, fosil yakıtların yakılması, küresel ısınmaya ve iklim değişikliğine neden olan CO2, SO2 ve NO2 emisyonlarını arttırmaktadır. Fosil yakıtların olumsuz etkilerinden dolayı, enerji tüketiminde tasarruf sağlamak ve üretim için doğal enerji kaynaklarını kullanmak daha büyük önem kazanmıştır. Güneş tüm canlılar için temel, sınırsız ve en önemlisi en doğal kaynaktır. Gün ışığı ile aydınlatma, konforlu ve yüksek yaşam standartlarının sağlanması için en önemli parametrelerden biridir. Özellikle aydınlatma mühendisleri şehirlerdeki dış ortam koşullarını iyi bilmelidir. Bunun yanında binalardaki elektrik tüketimleri de önemli bir oranı oluşturmaktadır. Yapılarda doğal aydınlatma yerine, genellikle yapay aydınlatma araçları kullanılmakta ve bu durum çok daha fazla elektrik tüketimine neden olmaktadır. Doğal aydınlatma teknolojilerinin geliştirilmesi enerji tasarrufu sağlayacak ve ek katkı olarak insan yaşamına uygun olan sağlıklı koşulların oluşmasını sağlayacaktır. Son zamanlarda doğal gün ışığı birçok bina ve ilgili yapılara uygulanmaktadır. Gün ışığı aydınlık düzeyleri sadece bina tasarımcıları için değil aynı zamanda enerji analizi ile ilgili çalışan herkes için önemlidir. Genellikle meteoroloji birimleri tarafından global güneş radyasyonu ölçümleri rutin olarak yapılmaktadır. Global güneş radyasyonunun bilinmesinin gerekli olduğu kadar aydınlık düzeylerine de ihtiyaç bulunmaktadır. Dünyada ve özellikle ülkemizde malesef yeteri kadar aydınlık düzeyi ölçümü bulunmamaktadır. Dolayısıyla uygulamada bu eksiklik yeterince giderilememektedir. Bu çalışmada, bahsedilen açığın giderilmesi amaçlanarak İstanbul geneli için aydınlık düzeyi kestirimi yapılmıştır. Çalışma 2015-2017 yılları arasında İstanbul'da ölçülen yatay global gün ışığı aydınlık düzeyi verilerini ve İstanbul ve çevresinde ölçülen yatay global güneş ışınımı verilerini incelemektedir. Bu kapsamda ilk aşama olarak İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ) meteoroloji gözlem parkına aydınlık düzeyi ölçüm sensörü kurulmuştur. Kurulan aydınlık düzeyi ölçüm sensörü ile birlikte aynı istasyonda daha önceden kurulmuş olan piranometreden eş zamanlı alınan güneş ışınımı ölçümleri değerlendirilmiştir. Sonraki aşamada, İTÜ istasyonu referans alınarak, İstanbul ve çevresinde yer alan 7 istasyonda daha güneş ışınımı ölçümleri yapılmış ve belirlilik katsayısına bağlı olarak aralarındaki bağlantılar ilişkilendirilmiştir. Tüm istasyonlarda ölçülen global güneş ışınımı ve İTÜ istasyonunda ölçülen aydınlık düzeyleri arasında, R2 değerinin zaman zaman 1.0 a yaklaştığı bir ilişki bulunmaktadır. Sonuçlardan yansıyan bu güçlü korelasyon, diğer istasyonlarda ölçülen güneş ışınımı değerlerinin İTÜ'de yapılan aydınlık düzeyi ölçümleriyle karşılaştırılmasına olanak sağlamaktadır. Bir sonraki adımda, bulunan ilişkiler esas alınmak suretiyle, İTÜ istasyonunda ölçülen aydınlık düzeyleri kullanılarak diğer istasyonlar için aydınlık düzeyi değeri hesaplanmaya çalışılmıştır. Ölçüm alınan bölgede veya bölgeden uzak olan alanlar için güneş radyasyonu değerleri Kriging ile interpolasyona tabi tutulmuştur. Bulunan sonuçlar itibari ile İstanbul geneli ve çevresi için aydınlık haritaları oluşturulmuştur. Özellikle İstanbul'un güney kısımlarında gün ışığının makul seviyelerde olduğu değerlendirilmektedir. Sonuç olarak, güneş ışınımı ile dış aydınlık düzeyleri arasında oldukça yüksek bir ilişki vardır. Dolayısıyla güneş ışınımına bağlı olarak aydınlık düzeyi hesabı yapılabilecektir. Günümüzde dış ortam gün ışığı aydınlık düzeyi bilgisi dünyada birçok ülke tarafından araştırılmaktadır. Bunun için uluslararası gün ışığı ölçüm programı çalışmaları yapılmış ve birçok araştırmacı tarafından gün ışığı aydınlık düzeyi modelleri geliştirilmiştir. Bugüne kadar birçok aydınlık düzeyi modeli geliştirilmesine karşın günümüzde en çok bilinen ve sıklıkla referans alınan modellerden biri olan Perez ve ark. tarafından geliştirilmiş aydınlık düzeyi modeli oldukça başarılı bulunmaktadır. Çalışmanın diğer bir adımında, ölçümü yapılan aydınlık düzeyi verileri ile Perez model sonuçları karşılaştırılmış ve ilk bakışta uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Hesaplanan istatistiksel hata sonuçlarında ise başarılı bir modelden beklenenden daha yüksek hata değerleri elde edilmiştir. Bunun için ölçüm değerleriyle gayet uyumlu olan bu model, birtakım iyileştirmeler vasıtasıyla geliştirilmiştir. Meteorolojik değişkenlerden biri olan yağışa geçebilir subuharı miktarının bilinmesi, dış ortam gün ışığı aydınlık düzeyi hesaplamaları için önemli bir adımı oluşturmaktadır. Yukarıda bahsedildiği üzere literatürde en çok kullanılan modellerden biri olan Perez gün ışığı aydınlık düzeyi hesaplama modelinde temel olarak dört atmosferik değişkenden biri olarak yağışa geçebilir subuharı miktarı kullanılmaktadır. Modelde kullanılan yağışa geçebilir subuharı ifadesi yerine daha önce yapılan bir çalışmada İstanbul için özel olarak türetilmiş olan denklem kullanılmıştır. Bu sayede model bölgeye özgü hale getirilebilmiş ve ölçümlere daha yakın sonuçlar elde edilmiştir. Bunun yanında Perez aydınlık modelinde hesaplanan gökyüzü açıklığı ε ifadesinin aldığı değerlere göre gökyüzü kapalılık oranı sekiz kategoride incelenmiştir. Bu ayrık sınıflandırma sonucunda belirlenen modelde kullanılan katsayıların da yine bir sınıftan diğerine atlarken önceki ve sonraki aldığı değer arasında herhangi bir geçiş söz konusu olmamaktadır. Tez çalışmasında aradaki keskin sınıf geçişlerini yumuşatmak için bulanık mantık temelli bir yapay zeka yöntemi olan Adaptif Ağ Tabanlı Bulanık Çıkarım Sistemi (Adaptive-Network Based Fuzzy Inference Systems- ANFIS) yaklaşımı benimsenmiştir. Sonuçta Perez modelinde kullanılan sabit katsayılar yerine, her sınıfta komşuluk ağırlığına göre değişen katsayılar hesaplanmış ve süreklilik konseptini içeren bir bulanık model oluşturulmuştur. Son olarak Perez modelinde kullanılan sekiz ayrık sınıfa alternatif 15, 7 ve 3 sınıflı bulanık modeller ve yine 4 ve 2 ayrık sınıflı bulanık olmayan (klasik) modeller oluşturulmuştur. Bununla birlikte sabit katsayılı ve sabit sınıflı olarak oluşturulan klasik Perez modeli yerine alternatif modellerden istenilenin kulllanılması seçeneği öne çıkmıştır. Tüm modellerden elde edilen sonuçlar, ölçüm değerleri ve klasik Perez ile karşılaştırılmış ve model hatalarına göre değerlendirmeler yapılmıştır. Hata karşılaştırmasında istatistikte en çok kullanılan Yüzde Bağıl Hata (Percentage Relative Error, RE), Yüzde Karesel Ortalama Hatanın Karekökü (Percentage Root Mean Square Error, RMSE) ve Yüzde Ortalama Sapma Hatası (Percentage Mean Bias Error, MBE) değerleri karşılaştırılmıştır. Bunlara ek olarak, hesaplanan sonuçları değerlendirmede "yakalama olasılığı" (probability of detection, POD) ve "yanlış uyarı oranı" (false alarm ratio, FAR) istatistiksel yaklaşımları da kullanılmıştır. Modele yapılan katkılar, olumlu sonuçlar elde edilmesini sağlamıştır. Günümüzde enerji verimliliği konusu oldukça önemli bir yere sahiptir. Bu çalışmanın özellikle enerji verimliliği ve gün ışığı tasarımı konularıyla ilgilenen araştırmacılar için faydalı olacağı düşünülmektedir. Tezde önerilen metot ile ülkemiz menfaatine olarak günümüzde yapılmak istenen enerji tasarrufuna katkı sağlanacaktır.