VENCO, 400 °C 2 Saat Yangın Dayanımlı Fanlar İçeren İlk Siparişinin Üretimini Tamamladı SANAYİDE SU KULLANIMINA DİKKAT DOMESTİK SOĞUTMA GRUBU TÜRKİYE’NİN EN BÜYÜK GES’LERİNDEN BİRİ YILDIZ ENTEGRE MERSİN TESİSİ’NDE FAALİYETE GEÇTİ Marmara Üniversitesi Recep Tayyip Erdoğan Külliyesinin Yapımımda ALDAĞ Ürünleri Tercih Edildi Kombi alırken bu özellikleri mutlaka bayinize sorun ATIK SU TERFİ İSTASYONLARINDA BAYMAK FARKI FORM’DAN PANDEMİ İLE MÜCADELEDE GÜVENİLİR ÇÖZÜMLER YÜKSEK VERİMLİLİK, KUSURSUZ SİSTEM: LOWARA SMART POMPA SERİSİ ÇEVRE DOSTU ŞOFBEN BAYMAK BH 12 KONFORDAN ÖDÜN VERMİYOR ALDAĞ’DAN TÜRKİYE’NİN EN İYİ EUROVENT TB1 SINIFI KLİMA SANTRALİ KATI YAKITLI KAZANLARDA VERİM VE GÜVEN İÇİN BAYMAK LİNYİT COMFORT FOUR ECRH –ÇATI TİPİ PAKET KLİMA CİHAZI (ROOFTOP) İMBAT HASSAS KONTROLLÜ KLİMA ÇEVRİMSEL (RUN-AROUND) ISI GERİ KAZANIM BATARYALARI

Prof. Dr. Hasan A. Heperkan

POMPALAR, VANALAR VE ENERJİ VERİMLİLİĞİ

 

Avrupa Komisyonu'na göre, binalar AB'deki enerji tüketiminin yaklaşık %40'ından ve CO2 emisyonlarının %36'sından sorumludur. Yenileme ve iyileştirilmiş enerji verimliliği, komisyonun “Bina Yenileme Dalgası” stratejisi ve hedefleri doğrultusunda önemli ölçüde enerji ve CO2 emisyonu tasarrufu sağlama potansiyeline sahiptir. Avrupa Birliği Araştırma Merkezi verilerine göre 27 üye ülkede tüketilen toplam elektrik enerjisinin yaklaşık %11 i HVAC sistemlerinde kullanılmaktadır.

 

Isıtma ve soğutma sistemlerinde, enerjinin mahaller arasında taşınması akışkanlar tarafından gerçekleştirilir. Bu sistemlerde tüketilen enerjinin önemli bir kısmından da bu akışkanları hareket ettiren pompa ve fanlar sorumludur. Pompaların doğru kontrol edilmesi, pompa gücü ile yük arasındaki dinamik uyumun sağlanması, enerji verimliliği açısından önemli bir konudur. Akış kontrolünde en önemli husus arz ve talep arasındaki dengenin en düşük basınç kaybında yakalanmasıdır.  

 

Enerji tüketiminde iyileştirmeler birçok yolla sağlanabilir, ancak özellikle hidronik sistemlerin optimizasyonunun oldukça hızlı bir yatırım getirisi sağladığı kanıtlanmıştır. Bununla birlikte, nihai enerji performansı yalnızca tüm hidronik sistemde akıllı ürünler ve bileşenler kullanılarak elde edilir. 

 

Tasarım etkinliği her zaman, tasarım hedeflerini gerçekleştirmek için kurulması gereken bileşenlerin ve cihazların kapasitelerini belirleyen "boyutlandırmayı" içerir. Boyutlandırma, beklenen en kötü durum koşullarına göre yapılır ve kriter, sistemin her şartta istenen konfor şartlarını sağlamasıdır. Bir olumsuzluk olması endişesiyle, birçok güvenlik faktörü kullanılır, potansiyel olumlu faktörler göz ardı edilir, tüm rakamlar bir üstüne yuvarlanır ve son olarak, mevcut ticari ürünler sınırlı kapasite aralıklarına sahip olduklarından cihaz seçiminde yine bir üst ürün tercih edilir. Böylece kurulan sistem ihtiyaca göre aşırı büyüktür. Her zaman yapılmayan diğer bir tasarım aşaması da, seçilen (boyutlandırılan) bileşenlerin günlük çalışma koşullarında nasıl davrandığının kontrol edilmesidir [1]. 

 

Burada özellikle iklimlendirme sistemlerinde iki risk vardır:

 

• Boyutlandırma aşamasının bir sonucu olarak, bileşenler ve cihazlar, nadiren meydana gelecek bir çalışma koşulu (beklenen maksimum yük) için seçilir; bu nedenle neredeyse her zaman tasarım şartları dışında bir durumda çalışırlar.

 

• Kısmi yük çalışması çoğu cihaz ve bileşen için bir sorundur.

 

Enerji kullanan ürünler hakkındaki Avrupa Komisyonu Direktifinin (2005/32 / EC Direktifi) eko-tasarım gereklilikleri çok iddialıdır ve çok çeşitli ürünlerin enerji tüketimini azaltma konusunda kararlıdır. Avrupa'da tüm elektrik enerjisi tüketiminin % 10'unun pompaları çalıştıran motorlar tarafından kullanılması ilginçtir [2].

 

Büyük tasarruf potansiyelinin arkasında, tüm pompaların yaklaşık 2/3'ünün her zaman tam hızda çalışması ancak tam hıza duyulan gerçek ihtiyacın sadece % 4-5 olduğu gerçeği yatmaktadır. Su pompası kullanan sistemler optimize edilerek %60'a varan enerji tasarrufu sağlanabilir. Isıtma için su sirkülasyonu için modası geçmiş sirkülasyon pompaları yerine değişken akışa otomatik olarak adapte olan yenileriyle değiştirerek %75'e varan enerji tasarrufu mümkündür. Bu tasarruflar, nispeten düşük bir yatırımla elde edilebilir. Aslında, yatırımın geri dönüşü genellikle 1-3 yıl kadar kısadır. Yalnızca yüksek verimli pompalara geçerek, dünyanın toplam elektrik tüketiminin % 4'ü tasarruf edilebilir; bu miktar, yaklaşık 1 milyar insanın konut elektrik tüketimine eşittir.

 

Akış kontrolünde klasik türlerin dezavantajı, hiçbirisinin elektrik tüketimine yönelik doğrudan etki etmemesidir. Örnek olarak Aç/ Kapa kontrolü, artan başlatma ve durdurmalar ile elektrik kaynağındaki oynamalara bağlı olarak çok daha fazla mekanik gerilme ve basınç artışları yaratır. Şekil 1 hız kontrolü ve kısma kontrolünün güç tüketimlerini karşılaştırmaktadır.

 

hashoc1

Bir pompanın çektiği güç ile devir/hız arasındaki ilişki kübiktir. Pompanın devri %10 azaltılırsa, çektiği güç %27 azalır. Debi kontrolü vanalar, ya da by-pass hatlarıyla değil frekans değiştiriciler ile yapılmalıdır. Bu durum özellikle değişken debili sistemler kullanıldığında öne çıkar. Aslında sabit debili sitemlerde bile işletme şartlarında zaman içerisinde oluşabilecek debi farklılıkları nedeniyle değişken devirli sitemlerin kullanılması yararlıdır. 

 

Binalarda istenen şartların sağlanabilmesi, elektro-mekanik tesisatın doğru projelendirilmesi ve uygulanması yanında, sistemin işletilmesi sırasında, tasarım değerlerine uyumunun da garanti altına alınmasına bağlıdır. Bir sistemin verimli çalışabilmesi için arz ve talebin dinamik ve eşzamanlı olarak eşleştirilebilmesi gerekir. Örneğin, bir binanın ısıtılmasında ısı kaynağının toplam kayıpları karşılayacak kapasitede olması yeterli değildir. Aynı zamanda üretilen ısıl enerjinin, binanın anlık talebiyle de uyumlu olması ve yönetilmesi gerekir [1].

 

Klima sistemleri tasarımında sıcaklık, nem ve hava kalitesi değerleri temel alınarak bu değerlerin belirli sınırlar içerisinde kalmasına özen gösterilir. Bu değerler hem endüstriyel hem de konfor klima uygulamalarının temel tasarım parametreleridir. Belirli bir fonksiyonu yerine getirmek üzere bir araya getirilen bileşenler bir sistem oluştururlar. Standartlar genelde bileşenleri ve performanslarını belirlerler. Ancak sistemin çok iyi bileşenlerden oluşması sistemin performansının da iyi olacağı anlamına gelmez. Sistem performansı, kendisini oluşturan elemanların kaliteli olması yanında, bunların birbirleriyle uyumlu olmaları, doğru kurulmaları ve monte edilmeleri, sistemin doğru işletilmesi ve bu durumun zaman içerisinde de değişmemesi için nasıl kontrol edildiğine de bağlıdır. 

 

Burada en önemli konulardan birisi sistemin dengelenmesidir. Bunu yapmadan sistemin performansını tayin etmek mümkün değildir. Bu ise sistemin devreye alınmasından sonra TAD, test, ayar dengeleme süreciyle sağlanabilir. Özellikle, yeni pandemi şartlarına göre değiştirilen ayarların kontrol edilmesi gerekir. Dengeleme hazırlık aşamalarından biridir, çünkü projede verilmiş olan yeni debilerin gerçekten istenilen miktarda mahallere gidip gitmediği ölçülür [4].

 

Balans vanaları; ısı transferi beklediğimiz cihazlar ve ünitelerden tasarım debisinin üstünde bir akışı engellemek, sistemi sağlıklı ve dengeli bir şekilde çalıştırmak amacıyla kullanılır. Böylece tasarlanan sıcaklıklara ve istenen konfor şartlarına en ekonomik şekilde ulaşılır. Balans vanası kullanılarak; enerji maliyetleri azaltılır, daha iyi konfor sağlanır, sistemin tasarlanan şekilde çalışması garanti altına alınır ve en önemlisi enerjinin istenen yere istenen miktarda ulaşması temin edilir.

 

Balans vanalarının çoklu fonksiyon özelliği vardır. Debiler ölçülebildiği gibi, istenen set değeri yakalanabilir, üzerinden fark basınç ve sıcaklık değerleri kolayca okunabilir. Balans vanaları genelde statik, dinamik ve debi sabitleme olmak üzere 3 tiptir.

 

Statik vanalar işletme sırasında oluşabilecek dolaşım sorunlarının tespit edilerek çözülmesinde kullanılır. Sabit debili, fark basıncın frekans değiştiricili pompalarla sabit tutulduğu sistemler için uygundur. Tesisat ve üzerindeki tüketim noktaları değiştiğinde yeniden ayarlanmalıdır.

Dinamik vanalar, akışın kısılma veya kesilmesinin söz konusu olduğu, değişken debili, ancak sabit devirli pompalı sıcak sulu ısıtma ve soğuk sulu soğutma sistemlerinde gidiş ve dönüş hatlarında fark basıncı ve hidrolik dengeyi korumak için kullanılır. Debinin tasarım değerini aşmamasını sağlar. Tesisat ve üzerindeki tüketim noktaları değiştiğinde yeniden ayarlanmaları gerekmez.

 

Debi sabitleme vanaları ise sistemin bazı noktalarında akışın kısılması (termostatik vana) ile yükselen basıncı dengeleyerek hattaki debinin artmasını önler. Bir orifis ve yay ile çalışırlar. Farklı bir debi kontrol edilecekse orifis veya yay değiştirilir.

 

Tesisat armatürleri zaman içerisinde gelişme göstermiştir. Üretilen yeni ürünler birden fazla görevi üstelenmeye başlamıştır. Devreleri hidrolik olarak dengelemek için kullanılan balans vanaları, kontrol vanaları ve hat kesme vanaları birleşmiştir. Dinamik balanslama kontrol vanaları, kontrol hassasiyeti de getirmiştir. Üretim teknolojilerindeki dijitalleşme etkisi burada da görülmektedir. Akışın miktarı sınırlanmak, değiştirmek, anlık debiyi ölçmek, ısı değiştiricisi önüne ve sonuna eklenen iki sıcaklık duyargasını vana motoruna bağlayarak akan enerjiyi hesaplamak, haberleşme fonksiyonu ile sonuçları kablosuz olarak aktarmak mümkündür.

 

Merkezi bina otomasyon sistemi üzerinden kontrol ekipmanları ile bağlantı kurularak (IoT uygulamaları) tüm ısıtma-soğutma sisteminin tasarım değerlerine en yakın şartlarda çalışması sağlanmaktadır. Örneğin sıcaklık sensörleri ile sistem dönüş suyu sıcaklığının kontrolü sağlanıp, soğutma grubunun etkinlik katsayısı işletme sırasında en yüksek seviyede tutulabilmektedir. Böylece, mekanik tesisat daha verimli hale getirilirken enerji maliyetleri, arıza ve bakım süreçleri de izlenebilmektedir.

 

hashoc3hashoc2Şekillerde su tesisatıyla ilgili dengeleme vanaları ve bir ölçüm cihazı görülüyor (Şekil 2 ve 3). Sistem, daha başında istenen ayarların yapılması için uygun tasarlanmamışsa çok büyük sorunlar çıkar. Eğer sonunda bu tip işleri yaptırmak istiyorsak, bunu daha başından dikkate almamız ve bu işi bilen bilinçli kişileri mutlaka o projeye dahil etmemiz gerekir. Dengelemenin düzgün olmadığı anlaşılınca bir kumanda vanası takmak istenir, ancak sistem kurulmuşsa bu kolay olmayabilir. 

 

 

Klima santralleri, binalarda ısıtma, soğutma, nem alma, nemlendirme yapabilmek için elektrik enerjisinin yanı sıra ısıl enerji de kullanırlar. Isıl enerji havaya çoğu durumda, hidronik devreler kullanılarak sağlanır (soğutucu, ön ısıtıcı, vb.). Bu hidronik ağlar, tam yük durumu için boyutlandırılmış pompalar, borular ve vanalardan oluşur. Tam yük durumuna yakın operasyon noktaları gerçek operasyonda nadirdir. Bu nedenle, sistemler genellikle verimsiz kısmi yük modunda çalışır [6].

 

Gereksinimlere bağlı olarak, standart hidronik devreler olarak adlandırılan ısı eşanjörleri, pompalar, vanalar ve boru şebekeleri oluşturabiliriz (Şekil 4) [7].  Örneğin, karışım devresi ve enjeksiyon devresi, ısı değiştiricinin çıkışında homojen bir hava sıcaklığı dağılımı için çok uygundur. Enjeksiyon ve karışım devresi, aniden ortaya çıkan termal yükler durumunda (örneğin donma koruması için) faydalıdır. Bu devreler ya sabit bir besleme sıcaklığında (Şekil 4 sistem 1 ve 4) su debisini, ya da sabit bir debi ile ısı değiştirici su giriş sıcaklığını (Şekil 4 sistem 2 ve 3) değiştirir. Valf piminin hareketi, devrelerdeki harekete geçirici değişkendir ve ısı değiştiricinin çıkışında havanın kontrol değişkenini (sıcaklık, nem, entalpi) kontrol eder. Bu durumda, pompa maksimum hızında çalışır (eski pompalar) veya debiye bağlı olarak basıncını değiştirir (daha yeni pompalar), bu da gereksiz şekilde yüksek pompa enerji tüketimine neden olur [8].

 

Kısmi yük durumlarında iyi kontrol için vanalar, vana otorite kriterlerine göre 0,3 ile 0,5 [8] arasında üretilir. Vana otoritesi, tamamen açık vana üzerindeki basınç kaybının, tasarım noktası koşullarında kapalı vananın basınç kaybına oranı olarak tanımlanır. Bu durum, tamamen açık vanalar üzerindeki basınç kaybının neredeyse hidronik devrenin geri kalanının tüm basınç kaybına eşit olmasına yol açar. Ancak günümüzde yüksek valf otoritesine sahip sistemler bile düşük kontrol kalitesine sahip olabilir. Bu nedenle, bu sistemlerin tüm yük durumları için sabit PID parametreleriyle kontrol edilmesi çok zordur.

 

Hidronik sistemlerin verimsiz çalışmasının bir nedeni, geçmişte sabit hızlı pompaların, daha sonra, örneğin maksimum/minimum pompa hız oranı (frekans oranı) iki gibi küçük bir değere sahip pompaların kullanılmasıdır. Bununla birlikte, pompa endüstrisindeki son gelişmeler nedeniyle, bu oran10'a kadar çıkmış, milisaniyeler içinde pompa hızının değişmesi sağlanmıştır.

 

hashoc4Pompa enerji tasarrufu sağlamak ve kontrol kalitesini iyileştirmek için, "pompa hızını" ve "valf pimi hareketini" düzenleyen değişkenleri dikkate alan üç çalışma şekli düşünülebilir.

Kısma devresi: Önce pompa sonra vana kontrolü (Şekil 4 devre 1)

Valf yok: Yalnızca pompa kontrolü (Şekil 4 devre 5)

Karışım devresi: küçük yükler için sabit karıştırma oranı ve pompa kontrolü (Şekil 4 devre 2)

 

Üç çalışma şekli de kısmi yüke bağlı olarak iki farklı modda çalışır [7].

 

İlk çalışma şeklinde, büyük yüklerde valf tam açık kalır ve pompa ile kontrol sağlanır. Minimum pompa hızına ulaşılınca valf devreye girer ve kontrolü alır.

 

İkinci çalışma şeklinde, kontrol amacıyla sadece pompa kullanılır, enerji tüketiminde maksimum azalma sağlanır. Bir vanaya ihtiyacımız olmadığından, devrede % 50'ye varan direnç düşüşü olur; daha küçük bir pompa kullanılabilir. Düşük kısmi yük durumunda minimum pompa hızı çok yüksekse, pompa darbeli çalışmaya geçer, yani belirli aralıklarla açılır ve kapanır; sadece iyi tasarlanmış hidronik sistemler için uygundur.

 

Üçüncü çalışma şeklinde, kısmi yüklerde, 3 yollu vana sabit bir ortam karıştırma konumunda (örneğin %65 açık) kalır ve pompa kontrol eder. Daha yüksek yüklere çıkıldığında, pompa hızı %80'i aşar aşmaz, vana %100 açık konuma ulaşana kadar yavaşça açılmaya başlar.

 

KAYNAKLAR

[1] Heperkan, H., “Isıtma sistemlerinin tasarımı, seçimi ve verimliliği”, TermoKlima, Sayı 146, sayfa 14-16, Aralık 2020.

[2] http://www.rehva.eu

[3] Heperkan, H. A., Bilge, M., FTK Sunumu, ISKAV Fonksiyon Test Kontrol Tanıtım Toplantısı, Pera Müzesi, İstanbul, 2 Kasım 2010

[4] Heperkan, H., “Covıd-19 Mücadele Sürecinde  Test Ayar Dengeleme”, TermoKlima, Sayı 144, sayfa 12-16, Ekim 2020.

[5] https:/google.com/balans vanaları görseller

[6] Teichmann, J. et. al: Reducing energy consumption of air handling units by optimized pump control. Roomvent & Ventilation 2018, Helsinki; 06/2018.

[7] Jens Teichmann, Alexander Kümpel, Paul Mathis, Dirk Müller, “Improving control quality and reducing pump energy consumption of AHU”, REHVA European HVAC Journal, Vol. 55, Issue 5, pp. 30-34, Ekim 2018.

[8] Roos, H.: Hydraulik der Warmwasserheizung. Oldenbourg Industrieverlag, pp 71, 138-1, 2002.

 


Pnosan-36