Hidronik Verimin Modellenmesi
Sıcak suyla çalışan ısıtma sistemleri veya soğutulmuş suyla çalışan sistemlerdeki sistem verimliliği, dengeli enerji dağılımının sağlanması için en iyisidir. Bu durumda su, enerji taşıyıcısıdır. Bundan ötürü, bina içindeki enerji dengesinin sağlanması için, güç santralinden başlayarak, suyun sisteme girdiği yerden itibaren debi kontrol edilmelidir ve ikincil borulardan, dallardan terminal birimlerinden geçen birbiriyle orantılı akışlar yönlendirilmelidir. Kalibre edilmiş akışın faydaları; bina boyunca dengeli sıcaklığın ve konforun sağlanması, suyu istenen şartlara getiren üretim tesisinde ve sistemin bütün parçaları boyunca sağlanan enerji verimliliğidir. Sıcak ya da soğutulmuş sulu sistemlerdeki enerji paylaşımı sıklıkla “hidronik dengeleme” olarak ifade edilir. Hidronik denge olmadan, boru dağılımı içindeki alt taşma ya da üst taşmalar sistemin performansını ve verimliliğini % 40’lara varan oranlarda bozabilmektedir. Dengelenmemiş akışta sıcaklıkların kontrolü zordur. Kazanlar ve soğutucular kısa çevrim yaparlar ya da daha sık çalışırlar. Sonuç olarak, bazı odalarda dikkate değer sıcaklık dalgalanmaları olurken, kazanlardan veya soğutuculardan çok uzaktaki odalarda termostatın talep ettiği enerji ihtiyacı karşılanamayabilir. Dengeleme, kazan boyutu sorununu düzeltebilir. Özellikle ilkbahar ve sonbahar gibi düşük yük şartlarının olduğu, kontrollerin ısıtma ve soğutma dengesini ayarlamak için uğraştığı dönemlerdeki düzensiz sıcaklıkları ortadan kaldırır. Sıcaklıktaki çok küçük bir dalgalanma dahi, operasyon verimlerini önemli ölçüde düşürebilir. Eğer bina içindeki ortalama sıcaklık değeri nominal değerin 2 °F üstüne çıkarsa, binanın enerji tüketimi % 6 ile % 10 arasında artmaktadır. Soğutma sistemlerinde, sıcaklıkların normal değerlerinden 2°F daha düşük olması enerji tüketiminin yaklaşık % 15 artmasıyla sonuçlanacaktır. Hidronik dengeleme, dengeleme valflerinin kullanılması ile gerçekleştirilen enerji koruyucu bir özelliktir. ASHRAE, aşağıdaki bölgelere dengeleme cihazlarının yerleştirilmesini tavsiye etmektedir:
· Pompa boşaltması
· Soğutucular
· Soğutma kuleleri ve kazanlar
· Düşey hatlar
· Dal çevrimleri
· Yayıcılar veya vantilatörlü konvektörler
Dengelenmiş dağılım baştan adamakıllı düzenlenmelidir ve incelen gidiş ve dönüş boru çapları ile inşa edilmelidir. Tasarımcı halen doğru boru çaplarıyla çalışmak zorundadır, fakat dengeleme valflerinin kullanılması sayesinde önceden ayarlama ve ölçme yapılabilmesi bütün sistem boyunca enerji dengesinin sağlanmasını mümkün kılmaktadır.
Dengelenmiş akış enerji santralinde başlar. Eğer akış debisi tasarıma göre kalibre edilmezse, kazan ya da soğutucu nominal veriminde çalışamayacak ya da istenen enerji çıkışını sağlayamayacaktır. Kazan ya da soğutuculardaki dengeleme, kısa döngüye ve performans kaybına yol açan taşma problemini ortadan kaldırır. Düzenlenmiş akış özellikle çoklu soğutucular ve kazanlar için önemlidir. Dengeleme valfleri, birleşik operasyonlarda görülen bir birimin diğerinden debiyi çalması problemini düzeltebilir. Dengeleme valflerinin olmadığı her birimde, bir cihazdaki taşma diğer cihazdaki düşük akış debisine sebep olabilir.
Hidronik verim
Bir birimdeki taşma kısa çevrime ve nominal verimin düşmesine neden olurken, ayrıca ekipmanın beklenen hizmet ömrünü de düşürmektedir. Diğer taraftan yetersiz debi kazana ya da soğutucuya zarar verebilir. Kazanın ısı değiştiricisi sıcaklık gerilmesine bağlı olarak çatlayabilir. Soğutucudaki yetersiz debi, tüplerin donması ve birime zarar vermesi olasılığını yükseltir. Güç santralindeki dengeleme akış problemlerini ortadan kaldırır ve her bir birimden suya geçecek nominal enerjinin verilmesini garanti eder. Pompanın suyu basmasından itibaren, doğru dengenin ve uygun akışın bütün boru dallarında ve her bir terminal ünitede sağlanması, akışın binanın en uzak yerlerine dengeleme valfleriyle gönderilmesi olayıdır. Hidronik dengeleme işlemi, tecrübeli işletmeye alma uzmanları tarafından organize yöntemler ile yönetilmelidir. Otomatik valfler, elle kumanda edilen kalibrasyonlu dengeleme valfleri veya çevrim ayarlayıcılar sisteme yerleştirildiğinde, uzmanın sorumluluğu hidronik sistemin tasarım özelliklerinde çalışmasını garanti etmektir. Sistemin dengeye nasıl getirileceğini anlamak, işletmeye alma uzmanının işini en iyi şekilde açıklamaktadır.Akışı en uzak dallara ve terminal birimlerine göndermek, kazana ya da soğutucuya en yakın ikincil borularda dallarda ve terminallerde direnç oluşturma işidir. Dengeleme valfi, elle çevrilen düşürme sapları ya da otomatik venturi, akışa karşı olan direnci ayarlar ve işletmeye alma uzmanına akış debisini ölçebileceği referans nokta bulmasını sağlar. İşletmeye alma uzmanı enerji santralindeki dengeleme valfleriyle başlar ve sonra ikincil borulardaki dengeleme valfleriyle çalışır. İşleme pompaya en yakın valften başlar ve en uzak valfte bitirir. Bu işlem, düşey borular, dallar ve son olarak fanlı konvektör gibi terminal birimlerindeki dengeleme valfleri için devam ettirilir. İşletmeye alma uzmanı her zaman pompa çıkışına en yakın dengeleme valfinden başlar ve her bir grubun ve alt grubun en uzak noktasındaki dengeleme valfine kadar işleme devam eder. Kalibrasyonlu dengeleme valflerinin (KDV-Calibrated Balancing valves-CBVs) işletmeye alma uzmanına ve servis teknisyenine yararlı birçok pratik özelliği vardır. KDV’ler işletmeye alma uzmanına valfi istenilen akış debisine önceden ayarlama ve daha sonra ayarlama ve valf üstünden akış debisini % 3 ölçüm hassasiyetine kadar ölçebilme kabiliyeti vermektedir. Çok dönüşlü valf sapları geniş bir aralıkta akışın ayarlanmasına olanak vermektedir. KDV’ler valf boyunca düşük basınç kaybı oluşturacak şekilde (test ve denge için 68.948x 10-3 bar minimum düşme) ve yüksek akım katsayısına (deneysel olarak belirlenen ve 1psi = 68.948x 10-3 bar basınç düşümü olan bir valfin akım kapasitesini İngiliz birim sistemiyle belirleyen bir faktör) sahip olacak şekilde tasarlanmışlardır. Bu durum, otomatik dengeleme valfleriyle çalışan pompada düşük enerji tüketimi sağlamaktadır. KDV’lere ait önemli bir servis özelliği de en üst kalibrasyon ayarına konumlandırılmış dahili hafızadır. Bu valfler pozitif kapatma valfi olarak kullanılabilir. Ayrıca ölçüm portlarının yerine rakorlar takılarak doldurma veya boşaltma yapılabilir. Bu özellikler KDV’lerin hidronik sistemde kullanılmasını sağlamaktadır. Bir yerde hafızadan dolayı kapanma olduğunda, valf çarkının sırtı açılarak hafıza resetlenir ve uzmanın ayarladığı haline döner. Aynı zamanda valf çarkları kilitlenebilir. Dengeleme valfleri özellikle vantilatörlü konvektörlerde önemlidir. Vantilatörlü konvektörlerdeki enerji çıkışı akışa, su sıcaklığına ve hava hızına bağlıdır. Konvektörün nominal değerlerinde çalışması için bu üç etken denge içerisinde olmalıdır. Bu durum özellikle değişken akışlı sistemlerde, vantilatörlü konvektörlere iki yollu orantısal kontrol valfi takıldığında önemlidir. Kontrol sinyali ile bu sinyale bağlı olarak konvektörden çıkan ısıl güç arasındaki ilişki, çevrim karakteristiği olarak ifade edilir, sistemin kontrol edilebilirliğini belirler. Değişken akışlı sistemlerde, çevrim karakteristiğinin bozulmasını engellemek için kontrol valfi boyunca fark basıncı çok fazla dalgalanmamalıdır. Basınç dengeleme valfleri olmaksızın, kontrol sinyalindeki küçük dalgalanmalar hatta ufacık değişimler, ısıl enerji çıkışının geniş dalgalanmalar göstermesine sebep olabilir.Diğer taraftan, kontrol sinyalinden gelen herhangi bir uyarı, ısıl enerji çıkışının sınır değerlerde olmasıyla sonuçlanır. Dengeleme valfleri kontrol valflerindeki fark basıncını düzenler ve çevrim karakteristiğini iyileştirir. Sonuç, orantısal kontrol valfinden konvektördeki ısıl enerji çıkışına kadar daha iyi kontroldür. Kontrollerin ne kadar üstün olduğu önemli değildir. Vantilatörlü konvektör boyunca çevrim karakteristiğini iyileştirecek etkili bir ölçüm için, kontrol valfi tamamen açıkken vantilatörlü konvektörü tasarım akış debisine ayarlayan bir araç olmalıdır. Böylece ısıl enerji çıkışı orantısal akışa daha doğrusal bir cevap verecektir. Vantilatörlü konvektör birimleri ve yüzeyden ısıtma sistemleri için üretilen dengeleme valfleri aynı zamanda kontrol valfi kombinasyonuna da sahiptir. Bu valfler linear akış karakteristiğine sahip kontrol valfinin faydasını sunar. Bu fayda, doğrusal hareket davranışına sahip orantısal aktüatör kullanıldığında avantaj sağlar. Bu kombinasyon valfleri, hava şartlandırma birimlerinde yer kazandırır ve binanın diğer ekipmanlarından daha az iş gücü fiyatıyla sisteme takılabilir. Akış aralığı kolayca gözlenir ve kilitlenebilir el çıkrığının yardımıyla ayarlanabilir. Bu valfler düzenlenmiş akışın ölçümü için test noktalarına sahiptirler.
Isıtma ve hava şartlandırma teknolojisi çok uzun bir yol kat etti. Enerji verimliliği yüksek kazanlar ve soğutucular, akıllı kontroller ve bina yönetim sistemleri, dünün ilkel ve sıklıkla normalden büyük sistemlerinin yerine geçti. Fakat bir problem hala devam ediyor; ısıtma havalandırma ve hava şartlandırma sistemleri planlanandan % 40 daha fazla enerji harcarken bile devam eden konfor ısrarı hakkındaki şikayetler... En yeni teknolojiye sahip sistem uygulandığı zaman bile, mülk yöneticileri binanın neden sıcaklık dengesini gerçekleştiremediğini belirleyememişlerdir. Hidronik dengeleme sadece iyi bir fikir değil, aynı zamanda iyi bir uygulamadır. Dengeleme valfleri, binanın ısıtılmasında ve soğutulmasında enerjiyi eşit bir şekilde dağıtan hidronik sistemin önemli bir parçadır. Pek sıklıkla, hidronik sistemin dengesine yetersiz ilgi gösterilir. Ucuz valfler seçilir, ucuz tercihler yapılır ve kazanılabilecek verimler kaybedilir. Gitmek istediğiniz yere ulaşabilmek için bir blokun etrafında daireler çizmezsiniz. Olmak istediğiniz yere ulaşmak için en elverişli rotayı bulmak istersiniz. Hidronik dengeleme, enerjiyi boru ağları ve geçitler boyunca gitmesi gereken yere verimli bir şekilde ve zamanında dağıtır.
