Sistemde Yapılacak Değişikliklerle Pompa Veriminin Arttırılması
İngiltere (UK) hükümetinin enerji sarfiyatını azaltma hedefinin altında, BPMA danışmanı olan John Veness, HVAC ve basınç arttırmalı sistemlerde kullanılan, açık ve kapalı çevrimli pompa sistemlerindeki enerji verimliliğinin, sistemde yapılacakdeğişikliklerle nasıl iyileştirilebileceğini açıklamıştır.
Pompa sistemleri tarafından harcanan enerji, bütün İngiltere içerisinde harcanan enerjinin % 13?üdür. Yapılan çalışmalar, pompa sistemlerinin daha iyi tasarlanması ve daha iyi çalışma şartlarında çalıştırılması ile yılda 1 milyon ton civarında daha düşük karbon emisyonunun açığa çıkacağını göstermiştir. Bu da İngiltere Hükümetini, 2020 yılına kadar, enerji tüketimini 6 TWh/yıl?a düşürme hedefine yönlendirmiştir.
Geçen dört yıl sonrasında, İngiltere Pompa Üreticileri Birliği (BPMA), pompalardaki ve sistemlerdeki enerji tüketiminin azaltılması konusunda, etkin bir konuma gelmiştir. BPMA, pompa sistemlerinin gelişimi konusunda, Future Energy Solution (şimdiki adıyla AEA Environmental) ile birlikte çalışmaktadır.
Pompalar tarafından tüketilen enerji, toplam enerji tüketiminin % 49?unu oluşturmaktadır. Bu değerin bu kadar fazla olmasının temel nedeni, günlük hayatta birçok alanda pompa kullanımının fazla olmasıdır. Bu kadar yüksek oranda kullanılan bir teknolojide elde edilebilecek enerji kazancı, tasarım üzerinde yapılacak yenilikler ile % 41, sistem üzerinde yapılacak değişiklikler ile % 50 değerinde olabilmektedir.
Açık ve kapalı çevrim
Günümüzde açık ve kapalı çevrimli olmak üzere iki tip pompa sistemi bulunmaktadır. Kapalı çevrimli sistemlerde sıvı, başlangıç ile bitiş noktaları belirli olan bir yol boyunca dolaşır; bu sebeple boru sürtünmesi ve bağlantılardan gelen kayıplar ilave edilerek sistem hesabı yapılır. HVAC sistemleri kapalı çevrime bir örnektir.
Açık çevrimli sistemlerde ise sıvı, bir noktadan diğerine sürtünme direnci ile birlikte hareket etmektedir. Burada direnci yenebilmek için belirli bir basınca ihtiyaç duyulmaktadır. Basınç arttırmalı uygulamalarda açık çevrime bir örnektir.
Pompa sistemlerindeki enerji verimsizliğine neden olan en büyük etkenlerden birisi, yanlış boru çapı seçimidir. Bu durum, fabrika yerleşiminin kötü planlanması ve verimsiz boru yerleşiminin sonucunda daha da kötüleşmektedir. Yanlış seçim sürtünme direncini arttıracağı için gerekli pompa büyüklüğü de artmaktadır.
Boru ve bağlantı parçalarının oluşturduğu toplam başlangıç maliyeti her zaman büyük bir sorun oluşturmuştur. Ancak, enerji fiyatlarının öneminin arttığı bu günlerde, başlangıç maliyeti yüksek olan boru işlerinin geri ödemesi çok kolay olmaktadır.
Pompalar genel olarak küçük boru ölçülerinde ve son çıkış hızı yüksek olacak şekilde tasarlanırlar. Böylece üretim maliyeti azalmakta ve standart ölçüler tutturulabilmektedir. Ebatların uygun seçilmemesi çoğunlukla sürtünme direncinin büyük olmasına neden olmaktadır. Borulardaki tavsiye edilen akış hızı; dağıtım borularında 1.5 - 2 m/s, emme borularında ise 0.75 - 1.25 m/s olmaktadır.
Pompa sistemi tasarlanırken en önemli unsur uygun pompanın seçimidir. Binalarda kullanılan pompalar genellikle klasik santrifüj pompalardır. Bu pompalar üzerinde uzun yıllardır iyileştirme çalışmaları yapılmaktadır. Bu çalışmalar pompa üreticilerinin yüksek verimli tasarımlar oluşturmalarını sağlamıştır. Örnek olarak Europump, pompaların seçimini ve değerlendirilmesini sağlayan bir rehber yazılım geliştirmiştir. Sistem için seçilen pompa ne olursa olsun, kullanılacağı sistemdeki spesifik debi ve basınç değerine göre dizayn edilmiş olmalıdır. Ancak bu şekilde o pompadan maksimum verim elde edilebilir. Tasarımda baz alınan bu spesifik debi ve basınç değerleri "best efficiency point (BEF)" olarak isimlendirilmektedir. Pompa eğer kendi BEF noktasından başka şartlarda çalıştırılıyorsa, bu verimin düşmesine, mekanik hasarlara ve işletme ömrünün azalmasına neden olmaktadır. Burada önemli olan husus, pompanın kendi BEF noktasına yakın veya bu noktada çalıştırılması gerekliliğidir.
Binalarda birçok farklı pompa uygulamaları mevcuttur. Bunlardan basınç arttırmalı su desteği ve yangın koruma sistemleri açık çevrim olurken; ısıtma, havalandırma ve klima sistemleri ise kapalı çevrime örnek gösterilebilir.
Kapalı çevrim ısıtma ve HVAC sistemleri, farklı bölgeleri besleme ve sıcaklık kontrolünü de sağladıkları için debi oranları çok büyük bir aralıkta değişmektedir. Bu tür sistemlerde pompa tarafından karşılanması istenen basınç, genellikle sistemdeki sürtünme kayıplarından kaynaklanan basınç kaybıdır. Gerekli olan basınç akışın karesiyle orantılı olduğu için, bu oranda yapılacak küçük değişiklikler büyük basınç değeri artışlarına karşılık gelmektedir.
Sistemlerin kontrollerinde kısılma ve denge valfleri veya on / off (açma / kapama) kontrolü bulunmaktadır. Bu sistemlerin hepsi de verimsiz ve enerji tüketimi fazla olan sistemlerdir. Kısılma vanasıyla akış azaltılırken, motor tam devirde çalışmaya devam etmektedir. Bu da verimsizliğe ve motorun aşırı yüklenmesine neden olmaktadır. Bunun yerine değişken hız kumandası kullanılarak hızın düşürülmesi ve gerektiğinden fazla enerji harcanması engellenebilmektedir. Bir santifüj pompanın yarı hızda çalışması, tam hızda çalışmasına göre, belli oranda enerji kazancı sağlamaktadır. Bu olay pompanın çalıştırılması için gereken torkun, uygulanacak hacmin karesiyle orantılı olmasından kaynaklanmaktadır.
Bu tip sistemlerde akış kontrolü için en uygun sistem, değişken hız kumandalı sistemlerdir. Pompa hızındaki düşüş, sistemde hem hız hem basınç düşümüne neden olur. Akıştaki % 30?luk azalma, enerjide % 60?lık azalmaya sebep olmaktadır. Hız kontrol kumandası, sistemdeki boru hattında herhangi bir değişiklik yapılmadan sisteme kolayca monte edilebilmektedir.
Motorların geliştirilmesi
Sisteme değişken hız kumandası eklemeye göre yüksek verimli bir motorla takviye etmek daha doğru bir yoldur. Bu uygulama, işletme maliyetlerinden % 3-5 oranında tasarruf edilmesine olanak sağlamaktadır. 90 kW?lık yüksek verimli bir motor, standart modelden 1.200 pound daha yüksek fiyata sahip olmasına karşın, 10 yıllık garanti süresince 12.000 pound kazanç sağlanmaktadır.
Örnek olarak bir otelin klima sistemi verilirse: Sistemde büyük, tek bir pompa kullanılmıştır. Bu sistem, enerji sarfiyatı fazla olan bir bypass sistemi ile kontrol edilmektedir. Bu pompa değişik zamanlarda çalışan üç pompa ile değiştirilmiştir. Bu değiştirme işlemi 11.780 pound ek maliyet getirmektedir. Fakat bu işlem yılda 57.000 kWh enerji tasarrufu olarak geri dönmektedir. Bu da yılda 4.569 pound?a tekabül etmektedir. Ayrıca bunun yanında bakım masraflarından da yılda 800 pound tasarruf edilmiş olup, sistem kendisini 2.2 yılda amorti etmektedir.
Basınç arttırmalı açık çevrim sistemlerinde, hidrolik basınç değerleri çok iyi olduğundan çok kademeli dikey pompalar tercih edilmektedir. Öyle ki; normal pompaların emme gücü 20 m3/h?e yakın bir değer iken, bu pompalarda 50 m3/h?e yaklaşmaktadır. Bununla birlikte bu pompalarda kullanılan küçük motorlar sayesinde enerji tüketimi de düşmektedir.
HVAC kullanan sistemlerde, değişken hacim gereksinimlerinden ötürü pompaların ayrılmasına gidilmektedir. Örnek olarak; dört adet pompa kullanılan bir sistemde pompaların biri esas pompa olup ikisi destek, sonuncusu ise yedek pompadır. Hacim gereksinimine göre, çalıştırılan pompa sayısı arttırılmaktadır. Düşük gereksinimlerde küçük pompalar çalıştırılmakta, böylece enerji tüketiminde büyük oranda kazanç sağlanmaktadır. Sistemin stabil olduğu -hacmin fazla değişmediği- yapılardaki pompalarda uygulanan kontrol sistemi sayesinde kullanılan bütün pompaların eşit zamanlı çalışması sağlanmaktadır. Basınç arttırmalı sistemlerde sabit basınçta değişken hızda çalışan pompaların sabit hızda çalışan pompalara göre enerji sarfiyatı daha düşüktür. Bunun nedeni bu pompaların optimum hız eğrisini daha iyi bir şekilde tutturabilmeleridir. Bu da istenilen basınca daha iyi uyum gösterebilmelerini sağlamaktadır. Bu sistemlerde en önemli nokta; basınç gereksinimi olmadığı zaman, bunun algılanıp, pompanın durdurulabilmesidir. Eğer durdurulmazsa, pompa sıcaklığı yükselmeye başlamakta ve mekanik zararlara yol açmaktadır.Yapılan araştırmalarda, sistemlerde değişken hız kumandaları ve yüksek verimli motorların kullanımının, toplamda 74 milyon pound tasarruf sağladığı belirlenmiştir.
Yüksek verimli sistemler
Pompa üreticileri, pompa tasarımında yapılan yenilikleri birleştirerek, günümüzde birçok binada kullanılan sirkülasyon pompasını üretmişlerdir. 1995 yılından başlayarak günümüze kadar gelen enerji etiketi oluşturma sistematiğine bu pompalar da eklenmiştir. Günümüzde pompa satıcılarının en çok sattığı ürün olan sirkülasyon pompalarının, üzerlerinde gerçekleştirilecek değişikliklerle daha verimli olmaları ve daha düşük miktarlarda enerji tüketmelerinin sağlanması mümkündür.
BPMA, kuruluşların dikkatini enerji tüketimine çekmek için çalışmalarına devam etmektedir. İnternet sitelerinde, kullanıcıların pompa sistemlerini daha verimli şekilde kullanabilmelerine yardımcı olacak bir çok program da mevcuttur.
