Toyota-Sa Acil Yardım Hastanesinde Cıat Soğutma Grupları ile ALDAĞ Klima Santral ve Fancoilleri Tercih Edildi KANATLARDAKİ UFAK BİR HASAR VERİMLİLİĞİ %3-4 ORANINDA AZALTIYOR DIŞ CEPHE YANGINLARI İLE İLGİLİ İZODER’DEN AÇIKLAMA PA-FLEX KAUÇUK PROJELERDE İZODER Başkanı Levent Gökçe: “Yalıtım uygulamaları devlet tarafından teşvik edilmeli” Masdaf Pompa Sistemlerinde “Performans Test” Güvencesi Bosch Termoteknik, Türkiye’nin 500 Büyük Sanayi Kuruluşu arasında 71. oldu HT Solar’dan rekor üretim DemirDöküm WhatsApp Hattı ile Tüm Hizmetlerini Tek Tıkla Erişilebilir Hale Getirdi İzocam, dijital yatırımlarına hız kesmeden devam ediyor Buderus Star Club’ın Kat Kat Puan Kampanyası 31 Temmuz’a kadar devam ediyor Çatı Çıkış Sızdırmazlık Elemanı : “Master Flash “ Borusan Mannesmann’da eğitim treni artık bu istasyondan kalkıyor: Techstation Termo Teknik LOGIC Premix Yoğuşmalı Kombi yıl sonuna kadar 5 yıl garantili Kipaş Tekstil, Mimsan’ın Kojenerasyon Sistemi ile Enerjide %30 Tasarruf Sağlayacak

Prof. Dr. Hasan A. Heperkan

KLİMA SANTRALİ VE ENERJİ VERİMLİLİĞİ

 

Binalar ülkelerin toplam enerji tüketimlerinin tahminen % 30 – 40 ını oluştururlar, bu oranın yaklaşık üçte biri de havanlandırma ile ilgilidir. Bina sektörü için konulan enerji kriterlerini yerine getirirken iç hava kalitesine özellikle dikkat etmemiz gerekir. Avrupa Birliği tarafından belirlenen hedefleri, sağlıklı ve konforlu iç ortam şartlarını bozmadan tutturabilmenin yolu kaliteli havalandırma sistemlerinden geçer; klima santralleri de bu sistemlerin en kritik bileşenidir.  İklimlendirme sistemi, bir bina yapısında yer alan birçok sistemin kalbidir; binayı kullanan kişilerin mutluluğu ile doğrudan ilgilidir. Yaz aylarında soğutma sağlarken, kış aylarında olumsuz dış hava şartlarından korur, bina içerisinde oluşabilecek kirleticileri kontrol altında tutarak insanların sağlıklı ve güvenli bir ortamda bulunmalarına katkıda bulunur. Günümüzse kullanılan karmaşık sistemlerde birbiriyle ilişkili yüzlerce parametreyi bilgisayar yardımı olmadan denetlemek ve idare etmek çok zordur.

 

Binalar için konulmuş olan çok sıkı enerji tüketim değerleri, binaların gittikçe daha hava sızdırmaz şekilde inşa edilmelerine neden olmuştur. Artık binalarda sağlıklı bir iç ortamın tesisi için havalandırmanın rolü hayati önem arz eder. Eskiden hesaplarda sızdırmazlık payı olarak adlandırdığımız ısı kaçakları, kontrolsüz de olsa taze hava ihtiyacını karşılayabiliyordu. 1970 lerde ortaya çıkan petrol krizinden sonra gelişen malzeme teknolojisine paralel olarak bu kayıplar en aza indirilmiştir. Sızdırmaz binalar bazı durumlarda o kadar abartılmıştır ki, Avrupa’da bir huzur evinde hafta sonu ziyaretçisi gelmediğinden oda kapısı açılmayan iki yaşlı insan havasızlıktan hayatını kaybetmiştir. Modern binalarda günümüzde, yeterli hava değişimi, iyi iç hava kalitesi ve enerji verimliliği vazgeçilmez gereksinimler olmuştur.

 

İstenen şartları ancak yüksek kaliteli, sızdırmaz havalandırma sistemi bileşenleri, talebe dayalı kullanım, düzgün tasarım ve bakım ile sağlayabiliriz. Birbiriyle çelişen enerji performansı, sağlık ve üretkenlik kavramlarına çözüm getirecek malzemeler ve teknoloji piyasada mevcuttur. Kuzey Avrupa ülkelerindeki yeni bina inşaatlarında ve renevosyanlarda, gerek ticari ve gerekse konutlarda artık ısı geri kazanımlı mekanik havalandırma sistemleri kullanılmaktadır. Günümüzde konuyla ilgili teknikler arasında, az enerji tüketen, sessiz fanları, talep kontrollü havalandırma, yüksek verimli taze hava filtrelerini ve değişik sistem (ısıtma – soğutma – havalandırma) entegrasyonlarını sağlayan kontrol senaryolarını sayabiliriz. Buradaki rekabetçi hedef, sağlık, üretkenlik, konfor ve güvenliğin en az enerji tüketimiyle nasıl sağlanacağıdır.

 

Şekil 1 de modern bir klima santralinin içi görülmektedir. Buradaki cihaz iç ve dış ortam arasında hava alış verişini sağlayan, eksoz ve üfleme fanları ile donatılmış bir santraldir. Taze hava alt bölümden emilerek şartlandırılmakta ve üst bölümden eksoz edilmektedir. İki akım arasında ısı aktarımını sağlayan tekerlekli bir geri kazanım ünitesi bulunmaktadır [1]. Klima santralinin özelliği emiş tarafında yer alan ısıtma ve soğutma ünitelerindedir. Gürültüyü azaltmak için susturucu kullanılmış, hava hızları düşük tutulmuştur. Fan susuturucu direncini de yenmelidir; enerji tüketimini artırır, fan gücünü artırır ve gürültüyü artırır. Isıtıma ve soğutma bataryalarını korumak için filtreler kullanılmıştır. Fan, filtrelerin neden olduğu basınç kaybını da yenmelidir; enerji tüketimini artırır, fan gücünü artırır ve gürültüyü artırır. Alt bölmede ısıtma sırasında gerekecek nemlendirme ünitesi yer alır. Havayı dışarı atmak için ikinci bir fan ve ilave bir susturucu gerekir. Isı geri kazanım tekerleği enerji tüketimini biraz azaltır, ancak korunması için bir filtre daha kullanılır; enerji tüketimini artırır, fan gücünü artırır ve gürültüyü artırır. Susuturucular, ses spektrumunda yer alan yüksek frekansları emerken, düşük frekanslar için etkisiz kalır ve bu ses birçok kişiyi rahatsız eder. 

 

Hava filtreleri tozu tutar, ancak peryodik olarak değiştirilmediğinde kirlenir, hem direnç yaratır hem de kötü kokulara neden olabilir. Böylece iç hava dış havaya göre daha kirli olur. Isı geri kazanım tekerleği de benzer nedenlerle koku oluşturabilir. Sonuç olarak, klima santralinin 3 temel işlevi olan ısıtma, soğutma ve havalandırma dışında, yan etkileri önlemek için birçok ekipman bulunur ve santralin boyutlarını büyültür, enerji tüketimini artırır.

 

hasan1

 

Mahal ısıtma ve soğutma sistemi bileşeni olarak klima santrali (AHU, Air Handling Unit), hem konut hem de ticari binalarda enerji tüketiminin en etkili unsurlarından biridir. Klima santralinin enerji verimliliği, iklim koşullarıyla yakından bağlantılı olduğundan, farklı coğrafi konumlarda değişen yıllık iklim koşullarına özellikle dikkat edilmelidir. Son yıllarda yapılan bir çalışmada, santralin farklı işlevleri için psikrometrik diyagramı beş bölgeye ayrarak enerji verimliliğini hesaplamanın uygun bir yaklaşım olacağı belirtilmektedir. Her farklı iklim bölgesinde, sistemin çalışmasına etki edecek yıllık ağırlık oranları belirlenmektedir. Bu amaçla, dış ortam iklim parametrelerinin (kuru ve yaş termometre sıcaklığı, nem oranı, entalpi) farklı kombinasyonları bölgelerin tanımlanması için kullanılmaktadır. Klima santralinin ilgili ağırlık faktörüne bağlı olarak farklı aralıklardaki enerji tüketimlerinin toplamı, toplam yıllık enerji tüketimini vermektedir.hasan2

 

Gerekli enerji miktarı dış hava koşullarındaki dalgalanmalara, binanın doğal hava sızdırmazlığına, ısı değiştiricilerine, yardımcı ekipmanların verimliliğine ve klima sistemlerinin çalışma modlarına bağlıdır [3]; enerji kullanan ana unsurlar olarak fanlar, ısı değiştiriciler ve ısıtıcılar, bir binanın enerji ihtiyaçları ve bir sistemin enerji verimliliği üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Klima santralinin enerji tüketimi iki şekilde hesaplanabilir. Çalışan üniteler söz konusu olduğunda, gerçek tüketim verileri tam olarak ölçülerek belirlenebilir. Ancak binaların enerji performansına ilişkin 2002/91 / EC Direktifine göre (EPBD) [4] tasarım aşamasında da beklenen enerji tüketiminin belirlenmesi önemlidir. Bununla birlikte, klima santrallerinin enerji tüketiminin hesaplanması, özellikle iklim durumu farklı olduğunda hala sorunludur.

 

İklimlendirme için farklı operasyonlara dayalı psikrometrik diyagramın kullanılması ve buna göre yıllık enerji verimliliğinin hesaplanması fikri yeni değildir. Isıl konforu tanımlamak için ilk çalışmalardan biri 1963 yılında Victor Olgyay tarafından önerilen “Biyoklimatik Şema” dır. Ancak orada tarif edilen ısıl konfor alanı ASHRAE 55 ısıl konfor alanına uymamaktadır. Givoni, bu şemayı daha sonra, psikrometrik diyagram esaslı bir görünüme dönüştürdü (Şekil 2) ve pasif ısıtma ve soğutma stratejileri hakkında kurallar ekledi [5].

 

 

 

Klima santrallerinde havanın şartlandırılması, kullanılan belirli sistemlere ve bileşenlere bağlı olarak farklı enerji türleri gerektirir. Isıtma için, ısıl enerji (sıcak su ile beslenen ısı değiştiricileri) veya elektrik enerjisi (elektrikli ısıtıcılar), soğutma için elektrik enerjisi kullanan sıkıştırma çevrimleri, ısıl enerji kullanan absorbsiyonlu soğutucular veya adyabatik soğutma yapan evaporatif soğutma sistemleri kullanılır. Nemlendirme, su (buharlaşma ve püskürtme) veya doğrudan buharla, nem alma, hava akımı soğutma serpantininde çiğ noktası sıcaklığına kadar soğutularak, havalandırma, elektrik enerjisi kullanan fanlar vasıtasıyla gerçekleştirilir. Ayrıca, pompaları, damper motorlarını, kontrol ekipmanlarını, aydınlatma sistemlerini ve yardımcı üniteleri çalıştırmak için elektrik enerjisi gerekmektedir. Bu nedenle, toplam enerji talebi iki tür enerji, elektrik enerjisi ve ısıl enerji olarak özetlenebilir. Tüm yıl boyunca gerçekçi bir enerji verimliliği göstergesi, AHU'nun tüm soğutma veya ısıtma sezonunda ne kadar verimli çalıştığını gösteren Performans Katsayısı (COP) kullanılarak elde edilebilir [6]. Isıl kapasite Watt ve elektrik besleme değerleri Watt cinsinden ifade edilir. 

 

COP = Q / P

 

Burada, Q, değerlendirilen sistem tarafından sağlanan veya alınan faydalı ısıyı (W), P, değerlendirilen sistemin gerektirdiği işi (elektrik) (W) temsil eder. Bu nedenle COP bir verimlilik ölçümüdür; sayı ne kadar yüksekse, sistem o kadar verimlidir. Giriş gücü ve çıkış gücü Watt cinsinden ölçüldüğünden COP boyutsuzdur; zamana bağlı olarak ölçülebildiğinden anlık bir ölçümdür.

 

Elektrik enerjisi için, problemi sadeleştirmek adına, sadece fanın elektrik tüketimi düşünülebilir. Şebekeden her bir fana beslenen güç;

 

Pel = qV · Δpfan / ηe

Burada, Pel şebekeden çekilen elektrik gücü (W), qV fandan geçen hava hacmini (m³ / s), Δpfan fan girişinden çıkışına (Pa) toplam basınç artışını, ɳe fan ve motor sisteminin toplam verimliliğini, 

(ɳ mil . ɳtr . ɳm . ɳaceq) temsil eder.

 

Isıtma / soğutma serpantininin ve ısı değiştiricinin duyulur ısıl enerji tüketimi;

 

QS = qV . ρ . cp . (tçıkan – tgiren)

 

Burada, QS duyulur ısıl enerji tüketimi, qV m³ / s cinsinden hava akış debisi, ρ havanın kg / m³ = 1,2 kg / m³ olarak yoğunluğu, cP havanın özgül ısısı kJ / kg · K = 1,00 kJ / (kg · K), tçıkan çıkan havanın ° C cinsinden sıcaklığı, tgiren giren havanın ° C cinsinden sıcaklığıdır.

 

Havanın nemi değişiyorsa ısı değiştiricinin ısıl enerji tüketimi;

 

QS = qV . ρ . (hçıkan – hgiren)

 

Burada, QS ısıl enerji tüketimi, qV m³ / s cinsinden hava akış debisi, ρ havanın kg / m³ = 1,2 kg / m³ olarak yoğunluğu, hçıkan çıkan havanın kJ / kg cinsinden entalpisi, hgiren giren havanın kJ / kg cinsinden entalpisidir.

 

Isıtma / soğutma serpantininin ve ısı değiştiricinin (soğutma serpantininde havanın neminin alınması / nemlendirilmesi) anlık gizli ısıl enerji tüketimi;

 

Ql = qV . ρ . (xgiren – xçıkan) . 2500

 

Burada, Ql gizli ısıl enerji tüketimi, qV m³ / s cinsinden hava akış debisi, ρ havanın kg / m³ = 1,2 kg / m³ olarak yoğunluğu, xçıkan çıkan havanın kg / kg cinsinden mutlak nemi, xgiren giren havanın kg / kg cinsinden mutlak nemi ve 2500, kJ / kg cinsinden su buharının yoğuşma (buharlaşma) gizli ısısıdır.

 

Bir soğutma / ısıtma serpantininin toplam ısıl enerji (Qt) tüketimi, duyulur ve gizli soğutma / ısıtma için enerji tüketiminin toplamıdır.

 

Qt = Ql + QS

 

İklimlendirme sistemlerinde sıcaklık tek başına ısıl konforun bir ölçütü olarak kullanılamaz, nemin de mutlaka dikkate alınması gerekir. İklimlendirme teknolojisi açısından, gün içerisinde ve mevsimsel olarak değişen dış hava (kuru termometre sıcaklığı, yaş termometre sıcaklığı, nem oranı, bağıl nem ve entalpi) iklim parametreleri, etkili bir planlama ve işletme için birlikte ele alınabilir, ancak her bir parametrenin kendi katı ayar noktası olduğunda faktörleri kontrol etmek zor olur.

 

Bir klima santrali iki ana eleman grubu içerir: besleme ve egzoz üniteleri. Bu grupların ana parçaları arasında, farklı iklim koşullarında havalandırma, soğutma, soğutma ve nemlendirme, soğutma ve nem alma, ısıtma, ısıtma ve nemlendirme gibi farklı işlemleri yerine getiren, filtre, ısı geri kazanım ünitesi, soğutma ve ısıtma serpantinleri, by-pass hattı, adyabatik nemlendirici ve fanlar gibi bileşenler sayılabilir. Bu parametrelerin hesaplanması, dış ortam koşullarının dalgalanması ve santralin değişen verimlilik noktalarında çalışması nedeniyle gerçekten karmaşıktır. Klima santrallerinin çalışma koşullarına ilişkin farklı senaryolara dayalı olarak enerji verimliliğinin hesaplanması süreci basitleştirilmelidir; farklı senaryolar, psikrometrik diyagramı beş alt bölgeye bölerek  (Şekil 3) gerçekleştirilebilir [2].

 

Yaz iç mahal konfor koşulunu referans koşul olarak seçerek (konfor bölgesi, Şekil 3), psikrometrik diyagram, sıcaklık ve nem oranına göre beş bölgeye ayrılabilir. Isıl enerji hesaplarında, konfor bölgesi (kuru termometre sıcaklığı 22 ° C ve % 50 bağıl nem) referans iç mahal koşulu olarak seçilir. Konfor bölgesinden (bölge 1) daha yüksek dış sıcaklık ve nem oranına sahip bölge, santralin soğutma ve nem alma olarak çalışması gereken yıllık saatleri, daha yüksek sıcaklık ve aynı nem oranına sahip bölge (bölge 2) sadece soğutulması gereken yıllık saatleri, daha yüksek sıcaklık ve daha az nem oranına sahip bölge (bölge 5) soğutulması ve nemlendirilmesi gereken yıllık saatleri gösterir. Ayrıca, konfor bölgesinden daha düşük dış sıcaklıklara sahip kısım da iki bölgeye ayrılabilir; ısıtma (Bölge 3), ısıtma ve nemlendirme (Bölge 4). 

 

GCOP = ΣCOPi Wi

 

Burada, GCOP coğrafi performans katsayısı, COPi her bölgenin performans katsayısı ve Wi her bölgenin ağırlık oranıdır.

 

Her bölgede santralin işlevine bağlı olarak, COP değeri farklı olabilir. Her bir bölgenin COP'sini bir yıl boyunca saatlik verilerin ağırlığıyla çarpmak, santralin gerçek enerji verimliliğini ölçmenin yeni bir yolu olan coğrafi COP ile sonuçlanır. Bu yeni yöntem, bir sistemin enerji verimliliğini ve çevresel etkisini daha gerçekçi bir şekilde göstermektedir.

 

hasan3

 

Bölge 1; Soğutma - Nem alma (Mutlak nem ≥ 13 g / kg, Yaş Termometre Sıcaklığı ≥ 18.5 ° C)

Hava çiğ noktası sıcaklığının altına soğutulduğunda, yoğuşma meydana gelir ve hava akımından nem alınır. Çıkan hava akımı, gelen hava akımından daha düşük bir sıcaklık ve mutlak neme sahiptir. Suyu havadan yoğuşturmak için yapılan soğutmaya gizli soğutma veya nem alma denir. Bir noktanın bu bölgeden konfor bölgesine gelebilmesi için hem duyulur hem de gizli ısı almak gerekir.

 

  COPZ1 = [(QCC + QDHU + QHRS) / Pel] . W1

 

Burada, QCC soğutma bataryası duyulur ısıl enerjisi, QDHU nem alma ısıl enerjisi, QHRS duyulur ve gizli ısı için birlikte gerçekleşen ısıl enerjidir.

 

Bölge 2; Soğutma (Mutlak nem < 13 g / kg, Mutlak nem ≥ 3 g / kg, Kuru Termometre Sıcaklığı ≥ 24 ° C)

Psikrometrik diyagramda, çıkan hava gelen havadan daha düşük bir sıcaklıktadır, havadaki nem yoğuşmadığı için mutlak nem sabit kalır. Havadaki su miktarını değiştirmeden hava sıcaklığını düşürmeye duyulur soğutma denir. Bir noktanın bu bölgeden konfor bölgesine gelebilmesi için duyulur ısı almak gerekir.

 

COPZ2 = [(QCC + QHRS) / Pel] . W2

 

Bölge 3; Isıtma (Mutlak nem ≤ 13 g / kg, Mutlak nem ≥ 3 g / kg, Kuru Termometre Sıcaklığı < 20 ° C)

İklimlendirme sistemlerinde hava tipik olarak bir ısıtma serpantininin üzerinden geçirilerek veya elektrikli tel ısıtıcıların kullanılmasıyla ısıtılır. Mutlak nem değişmeden kaldığından, bu prosesi temsil etmek için psikrometrik diyagramda yatay bir çizgi kullanılır. Isıtma daha düşük bağıl nem ile sonuçlanacaktır.

 

COPZ3 = [(QHC + QHRS) / (Pel + PAux)] . W3

 

Burada, QHC ısıtma bataryası ısıl enerjisi ve PAux ısıtma bataryası için elektrik enerjisi (elektrikli ısıtıcı kullanılması durumunda) tüketimidir. 

 

Bölge 4; Isıtma - Nemlendirme (Mutlak nem < 3 g / kg, Kuru Termometre Sıcaklığı < 20 ° C) 

Isıtma ve nemlendirme, havanın hem kuru termometre sıcaklığını hem de mutlak nemini aynı anda artırma işlemidir. Başlangıçtan son duruma kadar kazanılan toplam ısı (Q), duyulur ve gizli ısı olarak ayrılabilir. Mutlak nem yatay hareket için (duyulur), kuru termometre sıcaklığı dikey hareket için sabit (gizli ısı) kalır. Nemlendirme işlemi, buhar ve / veya su püskürtme çalışma prensibine göre sınıflandırılan nemlendiriciler tarafından yapılır. Isıtma için elektrik kullanılması durumunda, PAux elektrik enerjisi hesabına katılır. 

 

COPZ4 = [(QHC + QHU + QHRS) / (Pel + PAux)] . W4

 

Burada, QHU nemlendirme ısıl enerjisi ve PAux nemlendirme için gereken elektrik enerjisi (elektrikli buhar üreticisi kullanılması durumunda) tüketimidir.

 

Bölge 5; Soğutma - Nemlendirme (Mutlak nem <3 g / kg, Kuru Termometre Sıcaklığı ≥ 20 ° C) 

Soğutma ve Nemlendirme, kuru termometre sıcaklığının düşürülmesi ve havanın mutlak neminin artırılması işlemidir. İlk durumdan son duruma geçerken kazanılan toplam ısı (Q), duyulur ve gizli ısı olarak ayrılabilir. 

 

COPZ5 = [(QCC + QHU + QHRS) / (Pel + PAux)] . W5

 

Her bölge için COP değerlerinin hesaplanması ve bunların toplamı, klima santralinin enerji verimliliğinin temeli olan her coğrafi konum için belirli bir GCOP sonucunu verir. Santralin COP değeri GCOP değerine ne kadar yakınsa o kadar verimlidir. 

 

Burada amaç, farklı nem oranlarına sahip, hem soğuk hem de sıcak iklim bölgelerinde kullanılabilecek bir yöntem geliştirmektir; klima santralinin enerji verimliliği için endeks olarak kullanılabilecek bir sayının farklı iklim durumları için belirlenebileceğini ortaya koymaktır.

 

Her bir coğrafi konum için bir yıl boyunca saatlik iklim verilerini çizmek için, termal konfor hesaplamaları yapan üç hesaplama aracı vardır; ikisi konfor koşullarını da görüntüleyebilmektedir. Bunlar, İklim Danışmanı [7], Autodesk Ecotect İklim Aracı ve ASHRAE Isıl Konfor Aracı. 

 

Kaynaklar

[1] Bronsema, B., van Luijk, R., Swier, P., Veerman, J., Vermeer, J., “Natural air conditioning: what are we waiting for?”, REHVA European HVAC Journal, Volume:55, Issue: 2 Nisan 2018, pp 21-26.

[2] Vadoudi, K., Marınhas, S., “Development of Psychrometric diagram for the energy efficiency of Air Handling Units”, REHVA European HVAC Journal, Volume: Rehva Acrex India 2019 özel sayısı, pp 5-13.

[3] Misevičiūtė, V., Kęstutis V., Violeta M., and Genrika R., “Analysis of Exergy Demand for Air Heating of an Air Handling Unit.” Energy Efficiency 10(4):989–98 (2017).

[4] “Directive 2009/28/EC of the European Parliament and of the Council of 23 April 2009 on the Promotion of the Use of Energy from Renewable Sources and Amending  and Subsequently Repealing Directives 2001/77/EC and 2003/30/EC.” Official Journal of the European Union 5:2009.

[5] Givoni, Baruch., “Comfort, Climate Analysis and Building Design Guidelines.” Energy and Buildings 18(1):11–23 (1992).

[6] Ertesvag, Ivar S., “Uncertainties in Heat-Pump Coefficient of Performance (COP) and Exergy Efficiency Based on Standardized Testing.” Energy and Buildings 43(8):1937–46 (2011).

[7] Milne, M. (2016). “Climate Consultant v6. 0.”


Pnosan-36