HVAC Sistemlerinde Enerji Tasarrufu

16 Ağustos 2008 Dergi: Kasım 2005

Binalarda kullanılan toplam elektrik enerjisinin yaklaşık %515'i sirkülatörler tarafından tüketilmektedir. Güç kontrollü ve yüksek verimli pompa sistemlerinin kullanılması ile ısıtma sistemlerinde tasarruf potansiyeli %2580arasındadır. Binalarda sirkülatörlerin kullandığı elektrik enerjisi miktarı evlerdeki buzdolabı, çamaşır ve bulaşık makinalarımn tükettiği elektrik enerjisi miktarlarıyla kıyaslanabilir.

Bilindiği gibi ısıtma sistemlerinde, sirkülasyon pompalan ısıtma periyodunun sadece çok küçük bir bölümünde tam kapasite çalışmak mecburiyetindedir. Isıtma periyodunun %94'ünde kısmi kapasiteyle çalışmakta ve işletme ömrünün önemli bir bölümünde tesis edilmiş azami gücün ortalama %30'undan daha az güç gerekmektedir. Pompanın elektrik şebekesinden çektiği gücün devir hızıyla olan ilişkisi, pompa kullanımında gerçekleştirilebilecek elektrik potansiyelinin boyutunu vurgulamak açısından önemlidir. Örneğin devir hızı %30 düşürüldüğünde, elektrik sarfiyatı %66 oranında azalmaktadır. Sağlanan elektrik tasarrufuyla, otomatik regülasyonlu sirkülasyon pompaları kendilerini çok kısa süre içinde amorti ederler.

Tüm kapalı devrelerde kullanılan pompa sistemlerindeki tasarruf potansiyeli

■ Pompa sistemlerinin tükettiği elektrik, HVAC cihazlarının toplam elektrik tüketiminin %312'si kadardır.

■ Isıtma devrelerinde kullanılan sirkülasyon pompalarındaki tasarruf potansiyeli %25 %80 arasındadır.

■ Soğutma kulesi devrelerinde kullanılan sirkülasyon pompalarındaki tasarruf potansiyeli %5 %30 arasındadır.

■ Primer (ehiller) soğuk su devrelerinde kullanılan sirkülasyon pompaları sabit debili seçilmelidir, tasarruf potansiyeli %5 %10 arasındadır.

Sekonder (kullanıcı) soğuk su devrelerinde kullanılan sirkülasyon pompalarındaki tasarruf potansiyeli %20 %70 arasındadır.

Bir soğutma grubunun bir soğutma mevsiminde tükettiği elektrik enerjisinin bedeli, kendi satın alma maliyetinin % 20 40'ı mertebesindedir.

Açık devrelerde kullanılan pompa sistemlerindeki tasarruf potansiyeli

■ Hidroforlarda tasarruf potansiyeli, kullanım yerinin debi gereksinimindeki değişkenliğe bağlı olarak %25 %80 arasındadır.

■ Depolar arası transfer pompalarında tasarruf potansiyeli %5 %30 arasındadır.

■ Atık su ve drenaj pompalarında tasarruf potansiyeli %5 %20 arasındadır.

■ Kule devreleri pompalarında tasarruf potansiyeli, akışkan sıcaklığı baz alınan uygulamalarda %10 %30, sabit basınç gereken uygulamalarda %25 %80 arasındadır.

■ Proses pompalarının genelinde ise tasarruf potansiyeli proses gereksiniminin değişkenliğinden bağımlı olarak %5 %.. arasındadır. Pompa sistemlerinin ömür boyu maliyetleri

■ Arıza durumunda oluşacak üretim kaybı maliyeti

■ Faydalı ömrün sonunda pompa sisteminin değeri

Tesisat mühendisleri kendilerinden istenen standartlara uygunluk, güvenilirlik, konfor gibi şartları sağlarken, sistemin kurgusunda ve tesisat ekipmanlarının seçiminde, ömür boyu maliyetleri asgariye indirecek çözümleri bulmalıdır. Yılda 5000 saat çalışan bir pompanın ömür boyu maliyetinin %85'i tükettiği elektrikten kaynaklanmaktadır. Satın alma maliyetinin ömür boyu maliyet içerisindeki payı %5 civarındadır.

Uzun ömürlü ve problemsiz bir işletim

Bir pompa sisteminin bakım gerektirmeden uzun süre çalıştırılabilmesi (işletim maliyetinin düşürülebilmesi) için alınması gereken tedbirler şunlardır:

■ Çalışma noktalarının, pompa karakteristik eğrisinin uygun bölgelerinde olmasının sağlanması,

■ Paralel ve seri çalışan birden çok pompanın bulunduğu sistemlerde pompaların birbirlerine negatif etkilerinin engellenmesi,

■ Tesisatta su koçlarının oluşmasının engellenmesi,

■ Akışkanın fiziksel ve kimyasal özelliklerinin uygunluğunun temin edilmesi,

■ Elektrik tesisatının ve besleme şebekesinin uygunluğunun temin edilmesi,

■ Çevre şartlarının yaratabileceği olumsuzluklara izin verilmemesi,

 

■ Mekanik tesisatın ve tesisat ekipmanlarının doğru seçilip, iyi uygulanmış olmasının temin edilmesi.

Tanımlar ve formüller

Santrifüj pompanın transfer ettiği akışkana çalıştığı işletme şartlarında belli bir debi ve basınç verebilmesi için gereksinim duyduğu mekanik enerjiye, pompanın elektrik motorundan çektiği güç denir. Devir hızının etkisi Pompanın debisi devir hızıyla doğru orantılıdır.

Q = f(n) =* Ql/Q2 = n,/n2

Pompanın basma yüksekliği devir hızının karesiyle doğru orantılıdır.

H = f(n2) Ş H,/H2 = (n2/n2y

Pompanın gereksinim duyduğu güç ise, veriminin devir hızından bağımlı olması sebebiyle devir hızının kübüyle yaklaşık olarak doğru orantılıdır.

P«f(n3)=* P,/P2 ^ (n,/n2)'

Devir hızının etkisi

Frekans konvertörlü pompa sisteminin kullanım sebebi Pompaların debilerinin aslında mevsimler, iklim şartları, gündüzgece çalışma saatleri, zonlar arasındaki farklılıklar, proses şartları vb. gibi bir dizi dış etkene bağlı olarak değişken olması gerekmektedir.

Dolayısıyla tesisatlarda kullanılan pompaların aslında gücünü, yani debi ve basıncını, tesisatın o anki gereksinimine uygun olarak ayarlayabilmesi gerekmektedir. Sabit debili pompa sistemlerinde, pompalar her zaman nominal devir hızlarında çalışarak, en yüksek değerde elektrik tüketmekte ve işletme giderlerinin gereksiz yere yükselmesinin yanı sıra, pompa ve diğer tesisat ekipmanlarının da en yüksek mertebede aşınmasına sebep olmaktadır.

Frekans konvertörü ile devir hızı kontrolü uygulamalarında pompamotor ve kontrol cihazının şekli ve konumu itibariyle iki değişik seçenekte sistem vardır:

1. Frekans inverter entegrasyonlu kontrol cihazının ve senzör donanımının direkt motorun üzerine yerleştirilmiş olduğu pompa sistemi.

2, Frekans inverter entegrasyonlu kontrol panosunun pompadan bağımsız olduğu sistem. Regülasyon seçeneklerinin kullanma yerine göre seçimi Frekans konvertörlü pompa sisteminde hangi regülasyon tipinin uygulanacağının seçimi tesisatın karakteristiğinden ve pompanın çalıştığı devredeki görevinden bağımlıdır. Isıtma devrelerinde kullanılan pompa sistemlerindeki tasarruf potansiyeli

Frekans inverterli kontrol panosunun pompadan bağımsız olduğu sistem

1. Isıtma devrelerinde yer alan sirkülasyon pompaları

a. Termostatik vana ve/veya servomotorlu vanaların yer aldığı devrelerde Ap bazlı regülasyon kullanılabilir.

Apc : Ventil otorite katsayısı

0.50.7 arasında olan devreler, iki borulu ısıtma devreleri, basınç kayıpları düşük primer devreler.

Apv : Ventil otorite katsayısı

0.30.5 arasında olan devreler, boru basınç kayıpları yüksek iki borulu ısıtma devreleri, ozon ventilli yerden ısıtma devreleri, basınç ka Regülasyon seçeneklerinin kullanma yerine göre seçimi

b. Üzerinde termostatik vana veya servomotorlu vana gibi otomatik debi değiştirici bir ekipman bulunmayan sabit debili devrelerde ise devir hızı ayan veya ApT bazlı regülasyonlar kullanılabilir. Devir hızı ayan: Pompanın devir hızı kendi üzerinden veya uzaktan kontrollü olarak haricen değiştirilebilir.

ApT : Pompanın basma yüksekliği akışkanın sıcaklığından bağımlı olarak değiştirilebilir. Bu yapılırken ya artan akışkan sıcaklığına bağlı olarak basma yüksekliği de yükseltilir, ya da artan akışkan sıcaklığına bağlı olarak basma yüksekliği düşürülebilir.

2. Klima (soğutma) devrelerinde yer alan sirkülasyon pompaları Klima sistemlerinde genelde üç değişik devrede sirkülasyon pompaları kullanılmaktadır.

a. Kule pompası (Kondenser pompası): Bu pompalarda kule dönüş suyu sıcaklığından bağlı olarak ApT regülasyon seçeneği kullanılmaktadır.

b. Çiller primer devre (soğutulmuş su) pompası: Bu pompalara genelde devir hızı kontrolü uygulanmamakta ve pompalar sabit debili olarak kullanılmaktadır. Ancak çok pompalı sistemlerde, akışkan sıcaklığından bağımlı olarak ApT regülasyon seçeneği kullanılması da mümkün olmaktadır,

c. Çiller sekonder devre (fan coil/santral) pompaları: Bu pompalara (soğuk su zon pompalarına) tesisatın özelliğine uygun olarak iki yollu servo vanaların kullanıldığı durumlarda Apc, üç yollu servo vanaların kullanıldığı durumlarda ise ApT regülasyon seçenekleri uygulanmak tadır.

Enerji tüketimi optimizasyonu

■ Pompaların güç gereksinimleri (Q ve H değerlerinin bileşkesi), kullanım ömürleri boyunca değişkendir.

■ Sistem kurgusu, debi gereksinimi (Q) optimum olacak şekilde tasarlanmalıdır.

■ Mekanik tesisat uygulaması, basınç kayıpları (H) asgari olacak şekilde yapılmalıdır.

■ Toplam kapasite tek pompa yerine, küçük güçlü çok pompayla sağlanmalıdır.

■ Pompalar, motorlar ve kablolar ömürleri boyunca en çok çalışacakları Q/H çalışma noktasında en yüksek verimle çalışabilecek tarzda seçilmelidir.

■ Pompalar güç kontrollü ve otomatik regülasyonlu düzen içinde çalıştırılmahdır.

■ Bir pompayı yüksek hızda çalıştırmak yerine, çok pompa düşük hızlarda çalıştırılmahdır (enerji tüketimi optimizasyonlu pompa grubu kontrolü).

■ Elektrik şebekesi yüksek kaliteli olmalıdır.

Almanya'da yapılan hesaplamalara göre lkWh elektrik enerjisi üretebilmek için atmosfere 0,6 kg karbondioksit gazı atılmaktadır.[2] Bu oran Türkiye'de daha fazladır. Başta C02 olmak üzere atmosfere salınan emisyonlar, küresel ısınmaya yol açan sera etkisi oluşturmaktadır. Birleşmiş Milletler'e göre atmosferdeki CC^'in %80' i enerji kaynaklarının ulaşım, ısınma ve sanayi alanlarında kullanılmasından kaynaklanıyor. Sanayileşmiş ülkelerde sera gazı emisyon düzeyinin indirilmesini hedefleyen Uluslararası Kyoto İklim Protokolü 16 Şubat 2005'te yürürlüğe girdi. Bu protokol, taraf ülkelerin sera etkisine yol açan gazların havaya karışmasını önleyecek ya da azaltacak önlemler almasını gerektiriyor. Tüm bu gelişmelerin ışığında enerji kullanımında tasarruf yapmak, emisyon artışını azaltmak anlamına gelmektedir.

Enerji tasarrufunun çok önemli olduğu günümüzde başta buzdolabı olmak üzere beyaz eşyalarda kullanma zorunluluğu olan enerji etiketleri, tüketiciyi kullandıkları ürünlerin enerji verimliliği hakkında bilgilendirmektedir. Wilo, ısıtma sistemlerinde kullanılan ıslak rotorlu sirkülasyon pompalarının enerji tüketimlerini sınıflandıran 'Enerji Sınıfı Etiketleri' kullanmaya başlamıştır. Bu etiketlere göre sadece ECM teknolojisi ile üretilmiş daimi mıknatıslı senkron motorlu, frekans kontrollü ve yüksek verimli sirkülasyon pompaları 'A Sınıfı'na giriyor.

Klasik pompalara nazaran %80'e varan oranlarda daha az elektrik harcayan WiloStratos, yeni enerji verimliliği sınıflandırılmasında da referans olarak rol oynamıştır. Avrupa'daki milyonlarca ev ve ticari binaların ısıtma sistemlerinde kullanılan sabit devirli, regülasyonsuz klasik sirkülasyon pompaları, tüm ısıtma sezonu boyunca azami güçte, dolayısıyla en yüksek elektrik tüketimiyle 'E Enerji Sınıfı'na girmektedir.

Şekil'de (Resim: Enerji verimlilik indeksinin sınıflandırılması) hidrolik performansları aynı olan pompaların sınıflarına göre enerji tüketim oranları gösterilmektedir. Buradaki değerlere göre A sınıfı bir sirkülasyon pompası, E sınıfı bir pompanın harcadığı enerjinin %20'sinden daha az enerji tüketerek aynı işi yapmaktadır. Avrupa Birliği yolunda Türkiye'nin de bu yeni küresel harekette yerini alması gerekmektedir. Üreticilerin enerji tasarrufu açısından verimli ürünler sunmalannın yanında, tüketicinin de bilinçli olarak aldıkları ürünlerin enerji verimliliğine dikkat ederek hem çevreye, hem ülke ekonomisine hem de kendi bütçelerine katkıda bulunmaları gerekmektedir.

Mak. Müh. Saadet ÖZKAN

Wilo Pompa Sistemleri A.Ş.

Etiketler


Söyleşi