Bireysel Sistemlerde Enerji Ekonomisi...

1. BİREYSEL ISITMA SİSTEMLERİNDE ENERJİ EKONOMİSİ

Yakıt fiyatları gün geçtikçe artmakta, ısınma sistemlerinin işletme maliyetleri de buna bağlı olarak yükselmektedir. Toplam maliyete bakıldığında günümüzde işletme maliyeti toplam maliyetin önemli bir kısmı olmuştur. Örneğin Isıtma Kazanlarına bakıldığında, ilk yatırım maliyeti, yıllık yakıt tüketimi maliyetinden daha az olmakta, hatta kapasite arttıkça küçük bir oranı seviyesine düşmektedir. Bu durumda yakıt tasarrufu her zamankinden daha önemli hale gelmiştir.

Projede, uygulamada ve işletmede sistem seçimiyle başlayıp, detaylarda %5, %1, %0,5, %0,01 gibi önemsenmeyen rakamların (kayıpların) toplamı çok büyük değerlere ulaşmaktadır. Çok iyi planlanan bina ile kötü planlanan bina arasında enerji tüketimlerinde 4-5 misli farklar oluşabilmektedir. Merkezi ısıtma sistemlerinde de maalesef görünmeyen veya bir başka deyimle göremediğimiz enerji kayıpları çok ciddi boyutlardadır.

Bunun yanı sıra kullanıcıların konfor açısından sistem kontrolünün bireysel olarak kendilerinde olmalarını istemeleri ve yakıt giderlerini bireysel olarak ödeme istekleri son dönemlerde bireysel sistemleri ön plana çıkartmıştır. Bireysel ısıtma sistemlerin tercih edilme sebebi oda sıcaklığının ve ısıtma saatlerinin kullanıcının kendi isteğince bağımsız olarak ayarlanabilmesi ve yakıt gideri paylaşımı gibi bir konunun bulunmamasıdır. Ayrıca sıcak su teminin de gene aynı cihazla yapılabilmesidir. Bireysel ısıtma sistemini planlarken en temel konuların başında kullanıcının evindeki baca sisteminin uygunluğudur. Mevcut baca sistemi bireysel ısıtma cihazının çalışmasını sağlayacaksa veya buna uygun yeni baca sistemi yapılacaksa bacalı tip bir cihaz kullanmak mümkündür. Baca yapmak toplam maliyette daha pahalı olmasına rağmen uygulamanın daha doğru olmasını sağlayacaktır.

Bu mümkün değil ise geriye kalan alternatif hermetik tip bir cihazdır. Bu uygulamada cihaz yanma havasını bir boru ile dışarıdan kendi alır ve yanma ürünü olan duman gazlarını başka bir boruyla içindeki fan yardımıyla dışarı atar.

1.1 Kombilerin Yakıt Tüketimleri

Kombilerin yakıt tüketimlerini değerlendirebilmek üzere, öncelikle bir kombinin yıllık yakıt tüketimine etki eden ana faktörler incelenmelidir :

 Kombilerin kullanma verim değerleri

 Oda sıcaklığını kontrol kabiliyeti

 Oda sıcaklığını kontrol hassasiyeti

 Şalt sayısı (brülörün durup-kalkma sayısı)

 Kullanma sıcak suyunun ekonomik ısıtılması

Görüldüğü gibi, bireysel ısıtma sistemlerinde de enerji ekonomisini gerçekleştiren cihazların çalışma prensibidir.

Genelde standart kombilerin çalışma prensibi on-off çalışmadır. Bu tip cihazlar ısıtma veya sıcak su ihtiyacı için tam kapasite ile çalışıp durur. Bu tip cihazın biraz daha gelişmişi iki modülasyonlu cihazlardır. Birinci modülasyon kullanma suyu sıcaklığına göre yapılır. İkinci modülasyon ise kombi üzerindeki ısıtma termostatının ayarlandığı değere göre yapılır. Örneğin termostat 60 ûC ayarlanmış ise, ısıtma devresi su sıcaklığı bu değere yaklaştığında, oransal yanma ile su sıcaklığı kontrol edilerek alev kısılır veya açılır.

Üç modülasyonlu kombiler ise iki modülasyonluya ek olarak oda sıcaklığı oda sıcaklığı istenilen değere yaklaştığında alevi kısarak oda sıcaklığının sabit kalmasını sağlar. Böylece hem konfor, hem de düşük yakıt tüketimi birlikte sağlarlar.

Kullanma sıcak suyu günlük ortalamada bir saatten daha kısa sürelerde kullanılır. Oysa evin ısıtılması 24 saattir. Bu nedenle en yararlı kontrol oda hissedicisinden yapılır. Sonuç olarak üç tam modülasyonun da olması konfor ve ekonomik işletmeyi birlikte sağlar, yakıt tüketimini çok azaltır.

Yakıt tüketiminin azaltan ve günümüz teknolojisinde gittikçe yaygınlaşan bir diğer bireysel kombi uygulaması da yoğuşmalı tip cihazlardır. Cihazlarda yanma sonucu oluşan baca gazları içindeki su buharının yoğuşturulması sonucu yanma ürünlerinin gizli ısısı açığa çıkmakta ve yoğuşmalı cihazlar sayesinde bu enerjiden faydalanılmaktadır.

Kombilerde üç tam modülasyon özelliği sayesinde düşük gaz basıncında da (1,5 mbar) çalışmak mümkündür. Cihaz düşük ısıtma kapasitesi ihtiyaçlarında dahi oransal kontrol yaparak yüksek performansta çalışmaya devam eder.

Kombiler için diğer bir önemli konu ise genleşme deposunun hacmidir. Özellikle su hacmi daha çok olan plastik boru kullanılan tesisatlarda genleşme deposu hacmi çok önemlidir. Genleşme deposunun ilk görevi ısınınca genleşen su için hacim sağlamaktır. Sistem soğuyunca ise genleşme deposundaki su sisteme geri döner. Diğer bir görevi ise sistemde oluşabilecek su eksilmelerine karşı depo görevidir. Sistemde su eksildikçe genleşme deposundaki ekstra su kullanılacaktır. Eğer böyle bir rezerv yoksa, sisteme ilave su takviyesi yapılması gerekir. Her su takviyesinde ise, suyla beraber sisteme hava (yani oksijen), pislik, tortu ve kireç ilavesi demektir. Bu ilaveler sistem ömrünü olumsuz ekleyecektir. Uzun ömürlü bir sistem için mümkün mertebe minimum su takviyesi yapılmalıdır. Bu yüzden büyük genleşme deposu olan kombiler tercih edilmelidir.

1.2 Duvar Tipi Yoğuşmalı Kazanlar

Bireysel ısıtmada 25.000 kcal/h kapasitenin yeterli olmayacağı daha büyük konutlarda ise daha büyük kapasiteli duvar tipi yoğuşmalı kazanlar kullanılabilir. Yoğuşmalı kazanlarda baca gazındaki su buharının yoğuşturulması için gazların kazan içerisinde temas ettikleri yüzeylerin sıcaklıkları baca gazı yoğuşma sıcaklığı değerinin altında olmalıdır. Yoğuşma enerjisinden faydalanılan bir uygulamada yakıtın alt ısıl değerine göre tanımlanan klasik verim, yoğuşmalı tip kazanlarda %100’ün üzerine çıkmaktadır. Yoğuşmalı kazanlar aşağıda belirtilen özellikleri ile ön plana çıkmaktadır:

 Modülasyonlu kapasite kontrolü (havayı ve gazı birlikte oransal olarak ayarlayabilme) imkanına sahiptirler. 

% 0-100 aralığında kapasite kontrolü yapılabilmektedir. Bu kontrol %30’a kadar alev modülasyonu ile, daha altında ise kazan çalışma süresini ayarlayarak gerçekleştirirler.

 Ön karışımlı seramik brülör sayesinde düşük sıcaklıkta tam yanma sağlarlar. Bu sebepten zararlı gaz emisyon değerleri de çok düşüktür.

 Oda sıcaklığı kontrol hassasiyetleri ± 0,1ûC değerindedir.

Sonuç olarak; yoğuşmalı kazanlar sadece yoğuşmadan değil oda sıcaklık kontrol hassasiyeti ve oransal kapasite kontrolü ile de klasik tip cihazlara göre bazı koşullarda %25’leri aşan yıllık yakıt ekonomisi sağlayabilir.

1.3 Kaskad Sistem (60 kW Ğ 480 kW)

Birden fazla sayıda duvar tipi yoğuşmalı kazanın paralel bağlanarak kaskad sistem oluşturulması halinde, belirli kapasitelere kadar yatırım maliyeti daha ekonomik olabilmektedir.Kaskad sistemde özel kontrol panelleriyle sekiz cihaza kadar duvar tipi yoğuşmalı kazanı paralel çalıştırmak ve tek bir kazan gibi kullanmak mümkündür. Kaskad sistemde bütün kazanlar modülasyonlu olarak çalıştırılmaktadır ve kazanlara otomatik olarak rotasyon uygulanmaktadır. Bugün için ulaşılan kapasite 480 kW’dır.

Yoğuşmalı duvar tipi kazanlardan oluşturulan kaskad sistemler ilave çok sayıda avantaja sahiptir. Bu avantajları aşağıdaki gibi maddeler halinde sıralamak mümkündür:

1. Bu sistemler tam modülasyonlu brülörlere sahiptir. Hava ve yakıt birlikte oransal olarak ayarlarlar.

2. Oransal kontrol yanında aynı zamanda sıra kontrol avantajına da sahiptir. Böylece toplamda kapasite %4 ile %100 arasında sürekli kontrol edilebilmektedir.

3. En alttaki %4’e kadar olan dilimde ise pompa start-stop ile modülasyon sağlanır.

4. Oda sıcaklığı kontrol hassasiyeti 0,1 ûC değerindedir.

5. Primer pompaları çok küçüktür. Dolayısıyla elektrik tüketimleri çok azdır.

6. Çok az yer kaybı söz konusudur.

7. Gövdeleri küçük olduğundan ışınım kayıpları çok azdır.

8. Tek zonlu ısıtma sistemlerinde ve tek zon ısıtma + boyler sistemlerinde 3 yollu vana ve aksesuarlarına ihtiyaç duymazlar.

9. Alev sıcaklığı çok düşüktür. Bu nedenle NOx emisyonları 20 mg/kWh değerinin altında kalmaktadır.

10.Duman gazlarında yoğuşan su nötralizasyona gerek olmadan kanalizasyona verilebilir.

Yoğuşmalı Kaskad Sistemler, yoğuşmadan faydalanma, oransal kapasite kontrolü ve oda sıcaklık kontrol hassasiyetine ek olarak sıra kontrol avantajına da sahiptir. Kazanlar ihtiyaca göre sırayla devreye girer çıkarlar. Toplamda kapasite %4 ile %100 arasında sürekli kontrol edilebilmektedir. Böylece Yoğuşmalı Kaskad Sistemler, klasik tip cihazlara göre bazı koşullarda %30’ları aşan yıllık yakıt ekonomisi sağlayabilir.

1.4 Termostatik Radyatör Vanası Kullanılması

Termostatik radyatör vanasının kullanılmasının birçok avantajı vardır:

a. Eğer oda ısıtıcılarında termostatik kontrol imkanı varsa, güneşten gelen enerji yakıt tasarrufuna dönüşür. Bu durumda termostatik vanalar kısarak odaya beslenen yakıt enerjisini azaltacaklardır.

b. Benzer şekilde insanlardan, aydınlatmadan, ocak-fırın, ütü, bilgisayar gibi cihazlardan olan iç ısı kazancı, termostatik vanalarla yakıt tasarrufuna dönüşür.

c. Kullanılmayan odalardaki ısıtıcıların kapatılması yakıt tasarrufuna katkı sağlar.

d. Farklı odaları farklı sıcaklıklara ayarlamak imkanı verir. Salon 20-22 ûC, yatak odası 16-18 ûC ve banyo 22-24 ûC gibi farklı sıcaklıklara ayarlanabilir.

e. Dubleks daireler veya müstakil evlerde iç merdivenin baca etkisi ile yukarı kaçan ısı üst katları daha fazla ısıtabilir. Bunun önlenmesi yine termostatik vanalarla yapılabilir. Termostatik vanalar merdivenin baca etkisini azaltır ve bina içinde sıcaklığı dengeler. Böylece yakıt tasarrufu sağlar.

2. BİREYSEL SOĞUTMA SİSTEMLERİNDE ENERJİ EKONOMİSİ

Duvar Tipi Split Klima

ABD’de uzun yıllar pencere tipi klimalar kullanıldı. Daha sonra bu cihazlar iç ve dış ünite olarak ayrıldı ve Split (ayrık) klima cihazları ortaya çıktı. Ancak çok kısa bir süre sonra hava kanallı split klimalara geçildi. Bugün ABD’de duvar, yer, tavan tipi, salon tipi split klima pazarı 100 bin adet/yıl iken hava kanallı split klima pazarı 8 milyon adet/yıl’dır.

Hava kanallı split klimalarda iç ünitelere bağlanan kanal sistemi ile şartlandırılan hava farklı hacimlere taşınabilir ve çok noktadan üfleme yapılarak oda içinde homojen dağılım sağlanır. Aynı zamanda dışarıdan alınan taze hava da verilebildiğinden yaşam mahallerinin taze hava ihtiyacı karşılanır.

Yapı elemanlarının kalitelerinin gün geçtikçe daha da artması ve bunun sonucunda pencere ve kapı sistemlerinin neredeyse hiç hava sızdırmaması, infiltrayon (sızıntı) sayesinde sağlanan doğal havalandırmanın yeni kaliteli binalarda yeterince gerçekleşmemesini beraberinde getirmiştir. ‘’Nefes alamayan’’ bu binalarda havalandırma sistemi yok ise, oksijen yetersizliği oluşmakta; ortamda bakteri ve virüs konsantrasyonu artarak hastalıkların bulaşma riski ve hızı artmakta; insanlardan, eşyalardan ve yapı malzemelerinden yayılan koku ve gazlar, sigara dumanı ve toz oluşumu gibi olumsuz etkiler sonucunda iç hava kalitesi çok düşerek sağlıksız bir ortam oluşmaktadır.

Binalarda havalandırma iklim ve mevsim şartlarından bağımsız olarak, yani ısıtma ve soğutma ihtiyaçlarından da önce gelen 12 ay boyunca süren en birincil ihtiyaçtır. İşte kanal tipi cihazların en büyük avantajı bu özelliğe sahip olmalarıdır. Çünkü bu cihazlar dışarıdan aldıkları taze havayı filtre edip (tozdan arındırıp); kışın ısıtarak, yazın ise soğutarak en iyi konfor şartlarında ortama vermekte ve böylece soğutma için zaten kullanılan klima sistemi ile havalandırmayı da gerçekleştirmektedirler. En iyi konfor en ucuz maliyetle bu sayede sağlanabilmektedir.

Öte yandan iç hacimlere beslenen taze hava nedeniyle bina içinde pozitif basınç oluşur. Yani iç basınç dış basınçtan daha yüksek olur. Bu durumda enfiltrasyon önlenir. Yani kontrolsüz olarak binaya hava girişi olmaz. Bu binaya toz girişini de önler. Dolayısıyla temizlik gereksinimi azalır, daha hijyenik bir ortam oluşur.

Havalandırma yeteneğinin yanında ortamda havanın homojen dağıtılabilmesi, sessizlik, iç ünitenin komşu hacimlere konularak servis işlemlerinin yaşam mahali dışında gerçekleştirilmesi, yüksek kapasite, uzun ömür, iç-dış ünite montaj mesafesinin uzunluğu ve optimum maliyet kanal tipi klimaların diğer önemli avantajlarıdır.

Hava kanallı split klima kullanılan ofis binalarında ve evlerde statik ısıtma varsa (İstanbul’da) kışın taze havayı ısıtmaya ihtiyaç olmaz. Tavan seviyesinden ortama verilen karışım havası (taze hava + iç hava karışımı) sıcaklığı (en soğuk havada bile) ~17ÜC ve üzerindeki ortama verildiğinde aydınlatmadan ve iç ısı kaynaklarından gelen ısı ile ısınır ve üflenen hava, oda sıcaklığına yakın bir değerde yaşam mahallerine ulaşır. Bu, bina ısıtma ihtiyacından ortalama %30 mertebesinde tasarruf anlamına gelebilir.

Değişken yüklü uygulamalarda klima sistem seçiminde bireysel ve merkezi sistemleri karşılaştırmak üzere otelleri ele almak mümkündür.

Otel odalarında soğutma yükleri ve klimanın kullanım süreleri çok değişkendir ve merkezi soğutma cihazları önemli oranda kısmi yükte çalışırlar:

 Otel tam kapasite dolu olduğunda dahi odalardaki cihazların tamamının çalıştırılmadığı bilinmektedir.

Müşteriler gece uyurken genellikle (ses, vb nedenlerle) klima cihazlarını genellikle çalıştırmazlar.

 Gündüz odadan çıktıklarında ise enerji programı (energy saving program) varsa oda anahtarını yanlarına aldıkları için klimalar çalışmaz veya temizlik yapan kişiler odaya girdiklerinde genellikle cihazları kapatırlar.

 Ayrıca oteller her zaman % 100 dolu da değildir.

 Isıtma veya soğutma ihtiyacının

çok az olduğu ara mevsimlerde ise kapasite kullanımı çok daha azalmaktadır.

Yukarıdaki nedenlerle otel odalarında klima cihazlarının kullanımı (otelin dolu veya boş olmasına ve iklim şartlarına bağlı olarak) yıllık ortalamada çok düşük oranlarda gerçekleşmektedir.

Bu yüzden otellerde kullanılan merkezi fan-coil ve klima sistemlerinin enerji ve işletme maliyetleri sistemin kısmi yüklerdeki performansına çok bağlıdır. Buna alternatif olarak kullanılabilecek bireysel soğutma cihazlarından biri otel odası klimalarıdır.

Otel odası klima cihazları otel odaları için özel imal edilmektedir. Soğutma, ısıtma ve havalandırma yapabilir. 120-135m3/h taze hava alma kapasitesi mevcuttur. İşletme maliyeti ve kuruluş maliyeti merkezi sistemlere göre yaklaşık %50 mertebelerinde daha ucuz olabilir. Cihaz COP değeri 2,84 olarak verilmektedir. Dış hava sıcaklığı, -29 ûC ile +52 ûC arasında olduğunda bile sorunsuz çalışabilmektedirler.

Otel odası klima cihazları paket tipi klima cihazlarıdır. Kompresör, kondenser, evaporatör, borulama, kontrol elemanları ile cihaz bir paket halinde bütündür. Oda dış duvarında oluşturulan özel kör kasa içine yerleştirilir. Kompresör ve kondenserin olduğu bölüm ses geçirmez bir bölme ile ayrılmıştır. Dışta bulunan kondenser kısmı kendi fanı ile aldığı dış havaya yoğuşma ısısını atarken, oda içinde bulunan evaporatör kısmı üzerinden bir başka fanla geçirilen oda havasından ısı çekilir ve her iki fan aynı motor ile çalıştırılır. Defrost anında devreye girerek cihazın soğuk üflemesini engelleyen veya çok soğuk havalarda heat pump sistemine ısıtma takviyesi yapabilen elektrikli ısıtıcısı mevcuttur. Cihaz kendi yoğuşturduğu drenaj suyunu buharlaştırabilmektedir. Cam altına dekoratif serbest yerleştirilebilirler ya da ön kapağı çıkartılarak kaj içine de monte edilebilir. Elektrik kesintisinden sonra elektrik tekrar geldiğinde her bir otel odası kliması farklı sürelerde devreye girer (demeraj akımını aynı anda çekmezler) ve kaldığı yerden devam ederler. Böylece ani voltaj düşmesi ve aşırı akım çekilmesi önlenir.

Merkezi sistemlerde kısmi yüklerde çalışmada hatlarda sürekli dolaşan suyun ısı kayıpları, pompaların enerji tüketimi, havalandırma fanlarının enerji tüketimi ve kanallardaki ısı kazançları nedeniyle enerji maliyeti çok yüksektir.

Buna karşılık bireysel cihazlar bu koşullara daha iyi adapte olurlar.

Örneğin Antalya’da kurulu orta ölçekli bir otel için bireysel otel odası sistemi yıllık enerji tüketimi, merkezi fan-coil sisteminin %35’i mertebesinde olduğu gözlenmiştir. Doğaldır ki işletme maliyeti işletme koşullarına da bağlıdır. Bu nedenle işletme şartlarının da önemli olduğu göz önüne alınmalıdır.

Mehmet KAYKI

Isısan A.Ş.