Havuzlardan Enerji Geri Kazanımı

İçinde yüzme havuzlarının bulunduğu eğlence ve ticaret sektörlerine ait binalarda, genelde yüksek miktarlarda enerji ihtiyacı duyulur. Uygulama kılavuzu ECG 078?e göre yüzme havuzunun yer aldığı sıradan bir eğlence merkezinde, günlük enerji kullanımı 1579 kWh/m²'dir. Karşılaştırma yaptığımızda sıradan bir spor tesisinde bu değer sadece 448 kWh/m² olmaktayken, iklimlendirme sisteminin kullanıldığı ofis binalarında ise 404 kWh/m² olmaktadır. Yüzme havuzlarının bulunduğu binalarda, enerjinin tüketildiği yerler: Büyük oranda, enerji; mevcut mekânların ısıtılmasında ve dâhili sıcak su sağlanmasında kullanılırken, spor salonları ve egzersiz alanlarının olduğu yerlerde de soğutma amacıyla kullanılır. Bunun yanında yüzme havuzunun yer aldığı binalarda belli başlı kullanımları şöyledir;

1. Müşterilerin havuza girebileceği kabul edilebilir sıcaklığa kadar havuz suyunu ısıtmak için. Genellikle bu sıcaklık ana havuz için 28-30°C civarındayken, çocuklar ve yeni öğrenenler için olan havuzlarda 30-32°C'ye kadar çıkabilir.
2. Havuzun bulunduğu binanın sıcaklığını, havuz suyu sıcaklığından 1 veya 2°C daha fazla olacak şekilde genellikle 30-31°C'ye kadar ısıtmak için. Eğer havuzun üzeri örtülemiyorsa ki bu alışılmış bir durumdur, bu yüzden sıcaklığın korunması için sistem günde 24 saat, yılda 365 gün bu koşulu sağlayacak şekilde çalışmalıdır.
3. Bina içerisinden nem alarak, nem kontrolünü sağlamak için. Havuzdan buharlaşan nemi almak, binanın dokusunu ve duvarlarını oluşabilecek hasarlardan korumada başlıca yoldur.
4. İnsanlar için taze hava sağlamak ve havuzdan kaynaklanan çeşitli kimyasal kokuları seyreltmek için.

Bunlarla birlikte beşinci gereksinim ise en az diğerleri kadar önemli olan ve artan enerji kullanım ücretleriyle bugünlerde tartışılan, ısı geri kazanımıdır.

Isı geri Kazanım Zorunluluğu

Danışmanlık yapan mühendislerin hiçbiri yukarıda bahsedilen bu önemli faktörleri dikkate almadan havuzun bulunduğu binanın hizmet alanlarını tasarlamamalı ve havalandırma sistemlerini belirlememelidir. Bu tip binalarda enerji tüketimini azaltmak için bir şeyler yapılmalıdır. Danışmanlık yapan mühendislerin birçoğu havuz suyunu göz önünde bulundurur ve suyun ısıtılması için ihtiyaç duyulan gereksinimleri hesaba katar. Havuz suyu yüksek ısı yüküne sahiptir. Danışmanlık yapan mühendislerin birçoğu gerekli olan ısı yükünü sağlamada CHP sistemini, solar sistemi veya yeraltı kaynaklı ısı pompasını kullanarak suyun yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılması gereksinimini ortadan kaldırırlar. Bununla birlikte kapasitesi 200-300 kW olan ısı değiştiricisi ile suyun sıcaklığını 48 ile 72 saat arasında, hızlı bir şekilde yükseltecek havuz suyu kalorifer sistemi boyutlandırılır. Havuz suyunun istenilen sıcaklıkta tutulması sırasında meydana gelen sürekli sıcaklık kaybı ise 55 kW civarındadır, bu değer de yaklaşık olarak 200 kW'ın % 30'udur. İşletme sırasındaki ısı kaybının çoğu, havuz yüzeyinden havaya suyun buharlaşmasından kaynaklanmaktadır. Sıradan bir 6 kulvarlı 25m'lik bir havuzdan ortalama olarak saatte 65 litre su buharlaşır. Tüm bu nemin sahip olduğu enerji, 2258 kJ/kg'lık suyun gizli ısısıdır. Diğer bir deyişle 65 l/h nem, bize 41 kW enerji verir ve bunun yanında geri dönüştürülebilmeyi bekler. Bilhassa geçmişte kullanılan birçok geleneksel havalandırma sistemi kullanılabilir gizli enerjiyi boşa harcar. 1960-1970 yılları arasında tasarlanıp inşa edilen birçok bölgesel havuz, nem almayı sağlamak için % 100 taze hava ile çalışarak tüm enerjisini kaybetmekteydi. Genelde bu havuzların birçoğundan ısı geri kazanımı yapılmadığı gibi bunların büyük bir bölümü günümüzde de kullanılmaktadır. Böylece de enerjinin önemli bir kısmı egzoz havasıyla dışarı atılmaktadır.

Havuz bulunan binaların havalandırma sisteminin tasarımı ile ilgili birçok prensip nem almayı sağlamak için % 100 taze havanın kullanılmasıyla oluşmuştur. Fakat o zamanlar enerji fiyatları şu ana göre çok daha ucuzdu ve günümüzdeki gibi fiyatları hızla yükselmiyordu. CIBSE, ISRM veya ILAM'ın tavsiyeleri saatteki hava değişiminin 4 ile 10 arasında olması ya da nemli alanda 10 ile 15 l/s/m² olmasıdır. Bunun yanında nem alma işleminin taze hava ile gerçekleştirilmesi gerekmemekte ve geri dönüşüm havası da nem almak için kullanılabilmektedir. Günümüzdeki havuz projelerine danışmanlık yapan mühendisler, çapraz plakalı ısı değiştiricilerinin kullanıldığı klima santrallerinde fanın hız kontrolünden yararlanarak, ısı geri kazanımlı en iyi çözümleri tasarlayabilir ve uygulayabilirler. Bunun için en iyi yol, egzoz havasındaki duyulur ısıyı ve varsa az miktardaki gizli ısıyı geri kazanmaktır. Soğuk hava üzerinden egzoz havası geçirilerek ısı geri kazanımının yapıldığı klima santrallerinde, ısı geri kazanım veriminin % 80'e kadar çıkabileceği tahmin edilir. Kış dizayn koşullarında dış havanın -5°C, egzoz havasının ise 30°C olduğu durumda hiç şüphesiz bu durum gerçekleşebilir, peki ya herhangi bir yaz sezonunda sıcaklığın 5°C ya da günlük ortalama sıcaklığın (UK) 10°C olduğu durumda verim düşer mi? Tabii ki ısı transferi için önemli olan ∆T sıcaklığının 35°C'den 20°C'ye düşmesiyle aynı oranda verim de düşer. Isı pompalı nem alıcı kullanımıyla, belirgin bir şekilde avantaj sağlanabilir. Sadece havalandırma sistemlerinde değil havuzun bulunduğu bölgede re-sirkülasyon yapmış hava da karışım havasına sahiptir, fakat ısı pompası kullanımı havuzlarda daha uygun olmaktadır. Isı kaynağı olarak kullanılan yaklaşık 30°C?de olan hava, soğutucu sıcaklığına çok yakındır. Termodinamik prensipler ısı pompasının, havanın 30°C yada suyun 28?30°C olduğu durumda optimum verimlilikte çalışacağını destekler. Böylece de kompresörün kullandığı enerjiden 5 kat daha fazla enerji, geri kazanım ile elde edilebilir.

Merkezde Isı Pompası

Soğutma sisteminin ana elemanı olarak kullanılan ısı pompaları, elektrikle çalışan kompresörler aracılığıyla basınçlı gaz çevrimini gerçekleştirirler. Örneğin yüzme havuzlarında ısı pompalı soğutma çevrimi ile evaporatör içerisinde, havuzun bulunduğu yerden gelen sıcak nemli havadan ısı absorbe edilir. Evaporatör içerisindeki soğutucu akışkan, evaporatör üzerinden geçen havanın sıcaklığını absorbe ederek sıvı halden gaz haline geçer. Bazı soğutucuların düşük sıcaklıkta kaynamak gibi kendine has özellikleri vardır. Bundan dolayı evaporatörde havanın soğukla temas etmesi ile içerisindeki nemin bir kısmı, ısı değiştiricisinin yüzeyinde yoğuşur. Böylece havadaki nemin yoğuşmasıyla, tutulan gizli ısı akışkana transfer olur. Gaz halindeki akışkanın kompresöre gelmesiyle birlikte burada basıncı ve sıcaklığı yükselir. Sıcak ve yüksek basınçlı gaz daha sonra buradan kondansöre geçer. Kondansör, su veya hava ısı değiştiricisi olarak kullanılabilir. Düşük sıcaklıktaki su veya hava, ısı değiştiricisinden geçerken soğutucu akışkan ısısını kaybederek gaz fazından sıvı fazına geçer. Isı pompası, ısı transferinde elektrik enerjisiyle çalışan kompresöre göre daha kullanışlı olduğu için avantajlıdır. Atık veya serbest ısı kaynaklarından enerji elde edilmesinde, ısı pompasına kompresörün eklenmesiyle de daha fazla enerji absorbe edilebildi ve ortalama bir ısı transferi bu şekilde gerçekleştirilebilir oldu. Performans katsayısı (COP) ısı pompasının verimini ifade eder ve cihazın ürettiği ısı enerjisi miktarının cihazın tükettiği enerjiye oranıdır. Genellikle 1?den büyük olan bu sayı çalışma koşullarına ve hangi tür ısı pompasının kullanıldığına bağlıdır. Örneğin yüzme havuzlarının bulunduğu yerdeki nemli havanın sahip olduğu gizli ısı, geri kazanım ile tekrar kazanılarak havuz suyuna aktarılabilir veya ortam havasının ısıtılmasında kullanılabilir. Calorex HRD 30 gibi nem alabilen ısı pompalı havalandırma sistemleri, içerisinde havuz bulunan binaların ihtiyaçlarını karşılayacak nem alma, suyun ve havanın ısıtılması gibi tüm fonksiyonları geri dönüşüm enerjisiyle yapabilir ve gerektiğinde ilave olarak dış kaynaklı LPHW kaynağını kullanabilir. Bunun yanında taze hava sağlayabilir, insanların ihtiyacı olan minimum hava miktarını kontrol edebilir, kimyasalları seyreltebilir ve nem miktarını tekrardan ayarlayabilir. Bu sayede ortam havasının ısıtılması için ihtiyaç duyulan enerjiyi minimumda tutabilir. Sistemin 2,5-3 arasında değişen COP değeri, havuz suyuna ve ortam havasına gönderilen geri kazanılmış enerjinin kompresörlerin ve fanların kullandığı enerjiye oranıdır. Böylece verimin % 250-300 arasında olduğu görülür bu değer çok uygun gibi görünen çift recuperatorlü AHU?lar ile elde edilen maksimum % 80'lerdeki ısı transferi verimi ile karşılaştırılır. 325 m² ana havuz ve 110 m² eğitim havuzuna sahip bir eğlence merkezinin tükettiği enerji miktarını ele aldığımızda AHU'nun işini yapan ısı pompası, iyi bir uygulama olduğuna inanılan çift recuperatorlü AHU'ya göre 1.100.000 kWh daha az enerji tüketir. Enerji tüketimiyle birlikte CO₂ emisyonu da yıllık 160 ton azalır. Kıyasladığımızda bu değer % 40'ın üzerinde bir azalmaya karşılık gelir. Northampton's Oundle okulunda kurulu olan sistemin verdiği ampirik veriler bu görüşü destekler niteliktedir. Daha önce kurulmuş olan Calorex HRD sisteminin modernleştirilmesiyle sisteme soyunma odalarının havalandırılması ile yüksek verimli yeni kazanlar ilave edildi. Okulda yapılan bu uygulama ile enerji tüketiminin üçte birine ve yıllık işletme maliyetinin yarıya düştüğü (£22k'den £11k'e) görüldü. Umarız biran önce enerji kullanımına dikkat eden mühendislerle ve müşterilerle birlikte, öncelikle artan enerji giderlerinin ve CO₂ emisyonunun azaltılması için sistemler yenilenirken ısı pompalı çözümler tercih edilir.