Header Reklam
Header Reklam

Isıtma Sistemlerinde Ekonomi

17 Ağustos 2008 Dergi: Eylül 2005
Isıtma sistemlerinde kazan kapasitesini yüksek seçmek kötü bir fikirdir. Genellikle hesaplardaki hata payları, belirsizlikler ve kabuller nedeniyle emniyetli tarafta kalmak üzere emniyet katsayıları kullanmak ve kapasiteyi her ihtimale karşı büyük seçmek mühendislikte uygulanan bir yöntemdir. Aslında her emniyet katsayısı hesaptaki yetersizliğin bir işaretidir. Bir seçim veya tasarımda hesap kabiliyeti ne kadar iyi ise, seçilen veya tasarlanan sistem veya cihaz da gerçek ihtiyaca o kadar yakındır.

Gereksiz yere büyük seçilen kazan hem pahalı olacak ve hem de genel olarak işletme, bakım ve yedek parça maliyeti yükselecektir. Bu nedenle aşırı büyük cihaz ve sistem seçimlerinden mümkün olduğunca kaçınmak gerekmektedir. Sistem tasarımında eş zaman veya diversite faktörleri, mümkün olduğu kadar hesaplara dahil edilmelidir. İhtiyacın, konforu bozmadan minimum kapasiteyle karşılanması bir tasarım hedefi olmalıdır.

Büyük kazan seçilirse, dur kalk çalışan brülörlerde salt sayısı (brülörün devreye girip çıkma sayısı) ve durma süresi artar. Brülörün her devreye girişindeki eksik yanma kayıpları ve durma sırasında kazandaki ışınım kayıpları artar. Sonuçta bu da yakıt tüketimini artırıcı bir faktördür.

Binalarda kışın en soğuk günde bile su sıcaklığı 650C'yi aşmamaktadır. Bu gidiş suyu sıcaklığında yeterli ısıtma konforu elde edildiğine göre, gerçekte ihtiyaç duyulan ısı miktarı radyatörlerin 90°C'de verdiği ısıdan daha azdır. Bir başka deyişle ısı kaybı hesaplanandan az olduğundan ve radyatör miktarı emniyetli olarak konduğundan dolayı 65°C giriş suyu sıcaklığı bile binanın ısıtılması için yeterli olmaktadır. Bu nedenle kazan kapasitesini tayin ederken aşırı büyük cihaz seçmek yerine doğru projelendirme yaparak düşük gidiş suyu sıcaklıklarında ve ısıl kapasiteyi sağlayan seçimler yapmak gerekir. 90/70°C sıcak sulu ısıtma sistemleri genel olarak ihtiyaçtan daha büyük olduğu için su sıcaklıkları hiç bir zaman bu değerlere çıkamaz. Gerçek hayatta gerçekleşen sıcak su sıcaklıkları bina tiplerine göre Tablo l 'de verilmiştir.

Isı Kaybı Hesaplarında İklim Şartları:

Isı kaybı hesaplarında izlenen yöntem bir il veya bölge için belirli bir dış hava sıcaklığının ve bölgenin rüzgarlı olup olmadığı, basit kabullerden ibarettir. İklim şartlarının doğru bir yaklaşım ile ısı kaybı hesaplarına katılması ve kapasitenin belirleneceği uygulama yerinin kullanım karakteristiği (ev, iş yeri, okul, hastahane vb) en iyi sistemin seçilmesi ve sistem verimliliğinin iyileştirilmesinde en önemli faktörlerdendir.

Yakıt tüketimine etki eden esas faktör yakıcı veya ısıtıcının yıllık verimi olduğundan, öncelikle karşılaştırılacak çeşitli sistemler için yıllık ortalama verim değeri belirlenmelidir. Bunu belirleyebilmek için dış hava sıcaklıklarının belirli sıcaklık aralıklarında yılda kaç saat meydana geldiği ve kazanların bu değişen dış hava koşullarındaki verim değerleri bilinmelidir.

İstanbul'da karakteristik bir yılda dış hava sıcaklıklarının saatlik değişimi TTMD Türkiye İklim Verileri projesinden alınmıştır. Bu şehirdeki saatlik dış sıcaklık değerlerinden yararlanılarak 1 Ekim ve 31 Mayıs arasında belirli dış hava sıcaklık bandlarında kaç saat kalındığı sayılmıştır (4°CTik sıcaklık bandları kullanılmıştır). Her sıcaklık aralığı, ortasındaki sıcaklıkla temsil edilmektedir. Buna göre bu sıcaklık aralıklarında dış hava sıcaklığının ısıtma mevsimi boyunca kaç saat tekrarladığı sayılmıştır. Bu veriler aşağıdaki örnek hesap tablolarında görülebilir.

Kendinden yoğuşmalı kazanların kullanımı sayesinde yüksek verimlere çıkmak mümkündür. Bu kazanların 40/30°C sistemlerde kullanılması halinde norm kullanma verimi %109 (alt ısıl değere göre tanımlanan) değerine kadar çıkılabilir. Halbuki aynı verim değeri iyi kaliteli yoğuşmasız kazanlarda (düşük sıcaklık kazanları) %95 mertebelerinde kalmaktadır. Buna karşılık dönüş suyu sıcaklığı sınırlamalı standart kazanlarda norm kullanma verim değeri %90'ın altında kalmaktadır. Buna göre yıllık yakıt tüketimi açısından en uygun koşullarda yoğuşmalı kazanlarla düşük sıcaklık kazanları arasında %14, yoğuşmalı kazanlarla standart kazanlar arasında %20 mertebesinde tasarruf söz konusudur. Bu tasarruf 75/60°C sistemlerde daha az olmaktadır. Örnek olarak yoğuşmasız kaliteli çelik düşük sıcaklık kazanı ile buna karşı gelen kendinden yoğuşmalı çelik sıcak su kazanı için 75/60°C ısıtma sistemlerinde hesaplanan yıllık ortalama verim değerleri İstanbul için Tablo 2.A ve Tablo 2.B'de gösterilmiştir.

Bu veriler göz önünde tutulduğunda bina ısıtması tasarlanırken, kazanlardan en azından birinin yoğuşmalı seçilmesinin işletme maliyetinde oldukça yüksek tasarruflar sağlayacağı görülmektedir. Toplam kapasiteye bağlı olarak Yoğuşmalı kaskad sistem de tercih edilebilir.

2. Kaskad Sistem Kullanımı

Tek döşeme tipi yoğuşmalı kazan yerine, birden fazla sayıda duvar tipi yoğuşmalı kazanın paralel bağlanarak kaskad sistem oluşturulması belirli kapasitelere kadar yatırım maliyeti açısından daha ekonomik olabilmektedir. Kaskad sistemde 25 cihaza kadar duvar tipi yoğuşmalı kazanı birlikte çalıştırmak mümkündür.

3. Üç Tam Geçişli Kazan Kullanılması

Sistem verimini oluşturan temellerin en önemlisi kazan verimidir. Yüksek verimli kazanların kullanımı yakıt tüketimini azaltacak en önemli kriterlerden biridir. Teknoloji geliştikçe kazan verimini yüksek tutmak için bir çok teknik geliştirilmiştir. Burada seçim yapılırken dikkat edilmesi gereken nokta sadece kazanın veriminin yüksek olması değil, kazanın bu yüksek verimi ömrü boyunca koruyabilir şekilde tasarlanmış olmasıdır. Üreticilerin yüksek verim için en çok kullandıkları yöntemlerden biri üç geçiştir. Baca gazları kazan içinde üç defa suyun etrafından dolaştırılarak içlerindeki enerjiden maksimum yararlanmak hedeflenmektedir.

Dikkat edilmesi gereken nokta kazanın üç tam geçişli olmasıdır. Bypass borulu olan kazanlar bazen üç tam geçişli borulu kazanlarla karıştırılmaktadır. Ama bypass geçişli kazanların bazı dezavantajları vardır. Öncelikle bu kazanlarda 2. geçiş olarak kabul edilen aslında bybass geçişinde düşük ısı transferi olur. Çünkü duman borularına göre geniş geçişli olan bu borunun asıl görevi ısı transferi değil, cehennemlikten baca gazlarını duman borularına aktarmaktır. Bu da kapak sıcaklığını artırır. Zira baca gazları halen sıcak durumdadır.

Kazan birde türbülatörlü ise, bu sıcaklıklar, türbülatörlerin kavrulmasını ve borulara yapışmasını da hızlandıracaktır. Bu da bilindiği üzere, kazan borularının tıkanarak, kalıcı olarak performans düşümü anlamına gelmektedir. Dolayısıyla yüksek gözüken kazan verimi bir süre sonra standart kazan verimlerine düşecektir.

Diğer önemli bir nokta ise kazanın kapasitesinde kullanılmasıdır. Üretici firmanın verdiği değerlerin üzerinde yüklenen kazanlarda da benzer problemler görülmektedir. Bu yüzden kazanları üretici firmanın önerdiği değerler dışında kullanmamak gerekir. Günümüzde, globalleşen dünyamızda her türlü kazanın gerçek değerlerine üretici firmasının internet adresinden rahatlıkla ulaşılabilmektedir.

4. Türbülatörsüz Kazan Kullanılması

Çelik kazanlarda, duman borularında ısı transferini artırmak amacıyla paslanmaz, çelik türbülatörler kullanılır. Türbülatörlerle boru içindeki akışta homojen bir sıcaklık dağılımı sağlanır. Genel olarak ısı transferini, dolayısıyla da verimi artıran türbülatörler, ısıl kapasiteyle birlikte artan duman borusu sayısı nedeniyle yüksek kapasitelerde efektif olmaktan çıkmaktadır. Bu durumda kazanın temizlik ve bakım işlemi zorlaşmakta ve yüksek maliyetli bir hale gelmektedir. Türbülatörler, yoğuşmaya izin verilmeyen kazanlarda yoğuşmayı önlemek ve kazan maliyetini azaltmak için kullanılmaktadır. Yeni seri kendinden yoğuşmalı kazanlarda ise, tam tersine, olabildiği kadar yoğuşma olması istenmektedir. Bu kazanlarda türbülatör kullanılmadığı için ömür boyu çok yüksek performans sağlanmaktadır. Yoğuşmaya izin verilmeyen türbülatörsüz kazanlarda, duman borularının çapları biraz daha küçük seçilmekte ve biraz daha fazla adette duman borusu kullanılmaktadır. Böylece yoğuşma olmadan yüksek verime ulaşılmakla birlikte, işletmede duman borularında akış sürekliliği sağlanmaktadır. Boruların tıkanma ve kirlenme riski çok azaldığı için, işletmede çok daha az temizlik işlemi gerekmekte ve işletme verimi daha yüksek kalabilmektedir.

5. Kendinden Yoğuşmalı Kazanların Kullanılması Yoğuşmalı kazanları,

o Kendinden yoğuşmalı

o Yoğuşmasız kazan + yoğuşma ekonomizörü çözümleri olarak ikiye ayırmak mümkündür.

Ancak her iki çözüm arasında verim ve fiyat olarak önemli farklar bulunmaktadır.

Kendinden yoğuşmalı kazanların diğer çözüme göre önemli avantajları bulunmaktadır.

Bu avantajları:

o Verimin daha yüksek olması,
o Yer kaybının daha az olması.
o Daha düşük gövde kaybı.
o Türbülatör bulunmaması.
o Nakliyenin daha ucuz ve kolay olması.
o Yatay ve düşey taşımanın daha kolay olması,
o Yoğuşma eşanjörü için ayrıca montaj gerektirmemesi,
o Beton kaidelerin daha küçük ve dolayısıyla daha ucuz olması olarak sıralamak mümkündür.

6. İki Kazanlı Sistemlerde Alınabilecek Önlemler

Yoğuşmalı kazan sistemlerinde birden fazla (iki) kazan olması halinde iki alternatiften söz edilebilir:

o İkisi de kendinden yoğuşmalı tip
o Bir adedi kendinden yoğuşmalı kazan, diğeri düşük sıcaklık kazanı

Kazanlardan sadece biri yoğuşmalı kazan olduğunda, bu kazan kısmi yüklerde tek başına çalışırken, tam yükte ikinci kazan ile birlikte çalışmaktadır. Bu çözümde, ikinci kazanın daha ucuz yoğuşmasız kazan olması yatırım maliyetlerini düşürmektedir. Buna karşılık yıllık yakıt tüketiminde ortaya çıkacak kayıp fazla olmayacaktır.

Yoğuşmalı kazan bu ikili sistemde aynı kapasitede olmasına rağmen, yıllık ısıtma yükünün yaklaşık %86'sını karşılamaktadır. Yoğuşmasız kazan ise ancak %14 yük karşılamaktadır (Şekil 1) Bu durumda yoğuşmalı ve yoğuşmasız kazanlar arasındaki yukarıda hesaplanan ve verilen farkın amortisman süresi bu çözümde azalacaktır. Eşit büyüklükte biri yoğuşmalı diğeri yoğuşmasız iki kazanlı sistem için, Yaklaşık farkın amortisman süresi = Bir adet kendinden yoğuşmalı kazan amortisman süresi x 0,5 / 0.86 olarak bulunabilir.

7. Oda Sıcaklığı Ayar Noktasının Doğru Seçimi Bir binanın yakıt tüketimine etki eden en önemli faktörlerden biri iç sıcaklık değeridir. İç ortam sıcaklığı için genel kabul görmüş standart bir hesap sıcaklık değeri vardır. Kış şartlarında bu iç sıcaklık 20°C değerindedir.

İşletme sırasında ise bu iç ortam sıcaklık değeri, yakıt savurganlığının en önemli noktasıdır. Birincisi; bu sıcaklık başta kabul edildiği gibi 20 °C ile sınırlı tutulmaz ve kullanıcı tarafından kontrol sistemi bunun çok üzerinde değerlere ayarlanır. İkincisi; bu sıcaklık ısıtma sistemi tarafından istenilen değerde kalacak biçimde kontrol edilemez ve çok yüksek değerlere çıkar. İç ortam sıcaklığının l°C artırılması yıllık yakıt tüketiminde şehirlere göre % 8 ile % 12 arasında bir artışa neden olmaktadır. Soğuk iklimlerde dış hava sıcaklık değişim aralığı fazla olduğundan iç ortam sıcaklık değişiminin etkisi göreceli olarak daha az olmaktadır. Buna karşılık Antalya gibi dış hava sıcaklığının fazla düşmediği bölgelerde iç ortam sıcaklık değişimleri daha etkili olmaktadır.

Soğuk bölgelerde 1°C değişim, içle dış arasındaki sıcaklık farkı yüksek olduğundan daha küçük bir oran olmakla birlikte, ısıtma süresi fazla olduğu için toplam yakıt tüketimine olan etki yaklaşık sabit kalmaktadır.

İstanbul esas alındığında, yıl boyunca iç ortam sıcaklığının 22 °C yerine 20 °C değerinde tutulabilmesi halinde yıllık tasarrufu % 17 20 gibi çok büyük bir değere karşı gelmektedir. Bunun incelenen haldeki net karşılığı yoğuşmalı kazanda yılda 125.000 m'/yıl yakıt tasarrufudur. Yapılan tasarruf yaklaşık olarak kazanın satın alma bedelini karşılamaktadır.

Sonuç olarak,

a. Oda sıcaklığını daha düşük seçmek ve işletmede bu düşük sıcaklığı sürekli ve yüksek hassasiyette kontrol edebilecek kontrol sistemine sahip olmak, yakıt ekonomisi sağlar.

b. Odadaki havanın sıcaklığı arttıkça, hava daha fazla kurur. Havanın neminin azalması solunumu olumsuz etkiler ve grip olma riskini arttırır,

c. Oda sıcaklığı arttıkça enfiltrasyon da artar.

8. Hassas Oda Sıcaklık Kontrolü

Oda sıcaklığını kontrol eden termostatın sıcaklık diferansı az olmalıdır. Aksi halde konfor için termostat ayar değeri, ulaşılan en düşük sıcaklık konfor değerinin altına inmeyecek şekilde ayarlanacağından, ortalama sıcaklık yükselir ve yakıt tüketimi artar. Normal tip oda termostatlarının sıcaklık diferansı yaklaşık olarak ± 1 °C'dir. 22 °C oda sıcaklığını tercih eden bir kullanıcı, termostadı 23 °C sıcaklığa ayarlar. oda sıcaklığı 22 24 °C arasında değişir.

Halbuki daha hassas kontrol kabiliyeti olan olan bir hissedici ve kazan kontrol sistemi kullanıldığında diferansı ±0,1 °C hassasiyetle ayarlamak mümkündür. Bu durumda oda sıcaklığı yaklaşık olarak 22 °C değerinde sabit kalır. Böylece oda sıcaklığının 1 °C indirmek mümkün olur ve İstanbul için bu yaklaşık l/( 10 yakıt tasarrufu ve daha iyi bir konfor sağlar.

9. Kazanların Çalışmaya Başlama ve Durma Saatlerinin Dış Hava Sıcaklığına Göre Otomatik Belirlenmesi (AçmaKapama Optimizasyonu)

Bu kontrol şekli gelişmiş bir kazan kontrol paneli ile mümkündür. Bu tür gelişmiş bir panele ortam sıcaklığının hangi saatte (örneğin 08:30'da) kaç derece istendiği (örneğin 20 °C) girilir. Dış hava sıcaklığının düşük olduğu günlerde panel kazanı daha erken saatlerde, dış hava sıcaklığının daha yüksek olduğu günlerde ise kazanı daha geç saatlerde çalışmaya başlatır. Böylece gereksiz yakıt tüketimi önlenir. Örneğin dış hava sıcaklığı 3 °C iken kazan saat 05:40'da; dış hava sıcaklığı 14 °C iken saat 08:05'de çalışmaya başlar.

Aynı panel akşamları çalışma saatinin bitiminden önce kazanı durdurarak gereksiz yakıt tüketimini önler. İç ortam sıcaklığı çalışma süresi sonuna kadar konfor şartları altına düşmez. Ayrıca haftanın her günü için ayrı saatler ve sıcaklıklar tanımlanabilir. Aynı kontrol kullanma sıcak suyu için de yapılır. Böylece istediğimiz saatte sıcak su hazır olur ve boyler ile sirkülasyon hatlarında meydana gelebilecek kayıplar minimuma indirilir.

10. Durma Kayıplarının Azaltılması

Kazanlarda kayıplar, baca kaybı ve soğuma kaybı olarak ikiye ayrılır. Baca kaybı doğal olarak sadece brülörün çalıştığı sürelerde meydana gelmektedir.

Soğuma kaybı kazanın, belli bir sıcaklıkta tutulması esnasında, yani kazanın işletme süresi boyunca oluşmaktadır. Burada brülörün çalışması veya durması önemli değildir. Soğuma kaybı da kendi içinde ikiye ayrılmaktadır:

o Işınım kaybı: Brülörün çalıştığı süredeki soğuma kaybı
o Durma kaybı: Brülörün çalışmadığı süredeki soğuma kaybı

Kazan soğuma kaybı, ışınım ve durma kaybının toplanması ile hesaplanmaktadır.

Eğer kayıplar yüzde olarak ifade edilirse, baca kaybı ve ışınım kaybı sebebiyle meydana gelen yakıt harcaması brülörün devrede olduğu zamanda olacaktır. Örneğin %7'lik bir baca kaybı aynı zamanda c/c7'lik bir yakıt kaybı anlamına gelmektedir. Işınım kaybı için de aynı düşünce geçerlidir. Oysa durma kayıplarında durum farklıdır. Yakıt kaybı durma süresine bağlıdır. Eğer durma yoksa, durma yakıt kaybı da olmayacaktır.

Modern kazanlarda oransal brülör kullanarak baca gazı kayıplarını azaltmak, durma kayıplarını azaltmaktan daha etkilidir. Günümüzdeki modern tasarıma sahip, konıpakt, boyutları küçük, iyi ısı yalıtımlı kazanlarda durma kayıpları daha azdır. Buna ek olarak günümüzdeki bu modern kazanlarda düşük sıcaklık işletmesi yaparak, kazanlar daha düşük sıcaklıklarda çalıştırılmakta ve böylece de durma kayıpları azaltılmaktadır. Özellikle yoğuşmalı kazanlarda bu kayıplar çok daha azdır. Yoğuşmalı kazanlarda ısıtma sezonu boyunca, dönüş suyu sıcaklığı ısı ihtiyacının karşılandığı sürenin yaklaşık %90'ında yoğuşma sınırının altında seyretmektedir. Bu sayede de kazan ve dağıtım ile ilgili soğutma kayıpları %43 oranında azalmaktadır.

11. Tesisattaki Diğer Kayıpların Azaltılması

Isıtma tesisatlarının değişmez parçalarından olan ve kullanma suyu ısıtması için kullanılan boylerlerde de kayıpların az olması önemlidir. Bu yüzden boylerlerin iyi izole edilmiş olmaları gerekir. Serpantinli boylerlerde, serpantin mümkün olduğunca boylerin en altına kadar inmeli, boylerde ölü zonlar bırakmamalıdır. Bu sayede boylerin dış yüzey sıcaklığı daha düşük olacak ve böylece ısı kaybı da daha az olacaktır. Primer devrenin dışta olduğu çift cidarlı boylerlerde ise tam tersine çok daha fazla ısı kaybı vardır.

Tesisat boruları ısıtılmayan hacimlerden geçiyor ise, bu borularda ısı kaybı meydana gelecektir. Bu yüzden bu tip borular izole edilmelidir. Örneğin DN65 çapında izolasyonsuz bir boruda, I0°C ortam sıcaklığında 90/70 sistemde boru metresi başına 180 W ısı kaybı olacaktır. Aynı borunun, aynı şartlarda, 50 mm cam yünü ile izole edilmesi sonucunda ise ısı kaybı borunun metresi başına 25 W'a düşecektir. Burada 50 mm izolasyon ile %85 bir tasarruf sağlanabilir. İzolasyon kalınlığının artması ile borudan olan ısı kaybının önlenmesi değeri doğrusal değişmez; dolayısıyla ekonomik izolasyon kalınlığı belirlenmelidir. Alman normlarına göre örneğin DN40 ile DN100 arası çaplarda, izolasyonun yaklaşık çap kalınlığında olması istenir.

Borular dışında tesisatlardaki vanalar, flanşlar, pislik tutucular ve çekvalflerden de ısı kaybı meydana gelmektedir. Bu kayıpların önlenmesi için prefabrik izolasyon malzemeleri veya özel olarak yapılmış vana kutuları kullanılabilir. Bu izolasyonların kolayca sökülebilir olması işletmedeki bakımlarda kolaylık sağlayacaktır. Bu amaçla vana ceketleri kullanılabilir. Vana ceketleri yanıcı değildir; su, yağ gibi maddelere karşı dayanıklıdır, montaj ve bakım esnasında kolayca sökülüp tekrar takılabilir. Bu sebeplerden dolayı pratiktir. Vanaların ve flanşların ısı kaybı için eşdeğer boru uzunluğuna bakmak gerekir.

DNİOO'lük bir vana ve flanşlarının 100°C boru sıcaklığında ısı kaybı için eşdeğer boru uzunluğu yaklaşık 10 metredir. Böylece bu vana ve flanşlarının izole edilmeleri durumda, 10°C oda sıcaklığında ısı kaybının yaklaşık olarak 3000 W olduğunu bulabiliriz. Bu ısı kaybının bugünkü fiyatlarla karşılığı 7,5 Eurcenttir. Yılda l.500 saat ortalama çalışma varsayımı ile bu vanadaki ısı kaybı sebebiyle yıllık kayıp İl EUR'dur (ki l.500 saat çalışma vana için çok düşük bir değerdir. 3.000 saat de alınabilir.). İzolasyon yapıldığında bu kayıp yılda 3,75 EURmertebesine düşmektedir. Yani bir vanada yılda 7 EUR tasarruf yapılmaktadır. Sırf bu çapta tüm Türkiye'de milyonlarca vana olduğu düşünülürse, sadece bu çapta vanaları izole ederek milyonlarca EUR tasarruf yapılabilir. Bu çalışma başka çapta vanalar, flanşlar, çekvalfler, pislik tutucular için de yapılabilir. Toplamda bu şekilde ülkemizde yüzmilyonlarca EUR tasarruf potansiyeli bulunmaktadır. Bu sebeple boru hatlarındaki vana, flanş, çekvalf ve pislik tutucu benzeri ekipmanlar da izole edilmelidir.

Rüknettin KÜCÜKCALI

Mak. Yük. Müh. Isısan Buderus

Etiketler


Slider Altına