Soğutma Grubu Verimliliğini Belirlemek için NPLV’nin Önemi

24 Şub 2017

Soğutma Grubu Verimliliğini Belirlemek için NPLV’nin Önemi

Çeviri: Evren Efe, Uzman Proje Mühendisi, Johnson Controls Türkiye

Tasarımcılar, soğutma grubu verimliliğine ilişkin teknik özelliklerin, ihale sürecindeki isteklerine (en iyi yatırım maliyetinde yıllık enerji tüketimi eşit olan soğutma grupları) engel teşkil etmesi halinde, müşterileri için katma değer sağlama fırsatını kaçırabilmektedir. Bu sorun, şartnamede soğutma grubu verimliliğinin her iki ölçümü de (Tasarım Verim Değeri (COP) ve Standart Olmayan Kısmi Yük Değeri (NPLV) oranı) kullanıldığında ortaya çıkmaktadır. HVAC & R Mühendislik tarafından yayımlanan bu güncellemede, tasarımcıların soğutma grubu verimliliği açısından en etkili şartnameyi yazmasına yardımcı olmak için bu oranların uygulama alanları netleştirilmektedir.

Tasarımcılar, müşterilerine katma değer sunma fırsatını kaçırmış olabilir

NPLV IQ’nuzu test edin

İlk olarak, NPLV oranının anlamını açıklığa kavuşturmaya yardımcı olur. Bu oranın uygulanabilirliğini anlamak için, üzerinde durulması gereken üç varsayım bulunmaktadır:

1. Doğru veya Yanlış: Bir soğutma grubunun NPLV oranı, yalnızca tasarım dışı verimliliğini ölçmektedir.

Cevap: Yanlış. NPLV oranı hem tasarım dışı etkinliği hem de tasarım verimliliğini içermektedir.

2. Doğru veya Yanlış: IPLV oranı, NPLV oranının bir alt kümesini teşkil eder. Cevap: Doğru. NPLV oranı, Mevcut proje koşullarındaki sezonsal verimlilik ölçümlerini mümkün kılar. Tümleşik Kısmi Yük Değeri (IPLV) oranı, projenin tasarım koşullarının, ARI standart koşullarına eşit olmasını hedef alır. Yazımızı fazla uzatmamak adına bu güncellemede yalnızca NPLV oranından bahsedeceğiz.

3. Doğru veya Yanlış: Hem tasarım yükü hem de tasarım soğutma kulesi suyu sıcaklığının (ya da eğer hava soğutmalı soğutma grubu kullanılıyorsa, tasarım dış mekan sıcaklığı) eş zamanlı olarak hesaplandığı proje koşullarında iyi bir verimlilik sergilemesi halinde soğutma grubunun NPLV oranı da otomatik olarak iyi çıkacaktır.

Cevap: Yanlış. Soğutma gruplarının tasarım verimlilikleri aynı olabilmekle birlikte NPLV oranları, sezonsal tüketimlerine bağlı olarak geniş bir aralıkta değişiklik göstermektedir. Örneğin, tasarım verimliliği 6,10 olan soğutma gruplarının NPLV oranları, 6,39 ile 10,04 arasında değişebilmektedir. Bu durum, soğutma grubu seçimlerinin farklı tasarım dışı verimliliklerinden kaynaklanabilir. Elbette, birden fazla soğutma grubuna sahip tesisler de dahil olmak üzere soğutma gruplarının, çoğu zaman soğutma kulesindeki kısmi yüklerde ve/veya hesaplanan değerlerin dışında su sıcaklık derecelerinde (ya da hesaplanan değerlerin haricinde dış ortam sıcaklıkları) çalışmasından dolayı tasarımın dışında kalan performansı oldukça önemli bir husustur.

nplv johnson sekil

6,10 'lik tasarım verimliliği oranına sahip bir soğutma grubu seçiminde, NPLV oranı 6,39 ila 10,04 arasında olabilir.

1.NPLV oranı kW/TR, COP veya EER cinsinden ölçülebilir. Bu güncellemede COP birimi kullanılmaktadır.

Hem tasarım verimliliğinin hem de NPLV oranının iyi olduğu bir soğutma grubunun üretilmesi mümkün olmakla birlikte, bunun bir maliyeti olacaktır. Neyse ki tasarımcılar, soğutma grubu verimliliğini farklı şekilde ifade ederek müşterileri için para tasarrufu sağlayabilmektedir.

İstenmeyen sonuçlar

Hem NPLV oranını hem de tasarım verimliliği oranını içeren bir soğutma verimliliği özelliğinin yazılması, istenmeyen sonuçlar doğurabilmektedir. Bunun sebebini anlamak için, her iki verimlilik oranlarının belirtildiği bir örneğe göz atalım. İki adet 3.516 kW soğutma grubunu karşılaştırarak başlayalım (bkz Tablo 1).

 

Şartnamedeki Soğutma Grubu

Soğutma Grubu A

NPLV Oranı

        7,54

         7,54

Tasarım Verimliliği (COP)

         6,25

         6,10

Yıllık Enerji

Taban

Taban

Sermaye maliyeti*

250.000 $

240.000 $

Tablo 1: 3,516 kW kapasiteli soğutma grubuna ait karşılaştırmalar

*Tablodaki sermaye maliyetleri örnek olarak verilmiştir.

Bu örnekte, Şartnamedeki Soğutma Grubunun NPLV oranı 7,54 tasarım verimliliği 6,25 ve maliyeti ise $250.000'dır. Maliyeti sadece $240.000 olan Soğutma Grubu A’nın NPLV oranı 7,54 olmakla birlikte tasarım verimliliği ise 6,10 olup şartnamedeki soğutma grubundan daha düşüktür. Her iki soğutma grubunun da NPLV oranları eşit olduğundan, yıllık enerji tüketimleri birbirine oldukça yakın çıkacaktır (NPLV oranının, hem tasarım dışı hem de tasarım verimliliğini içerdiğini unutmayınız). Şayet teknik özellikte sadece NPLV oranı yer alıyorsa, Soğutma Grubu A epey cazip bir tercih olarak görülebilir. Ancak, şartnamede bir soğutma grubunun hem NPLV oranını hem de tasarım verimliliğini karşılaması gerekiyorsa, Soğutma Grubu A her iki oranı da karşılayamayacağından teklif sunulması mümkün olmamaktadır.

 

Şartnamedeki Soğutma Grubu

Soğutma Grubu A

 Soğutma Grubu B

NPLV Oranı

7,54

7,54

7,85

Tasarım Verimliliği

6,25

6,10

6,25

Yıllık Enerji

Taban

Taban

-4%

Sermaye maliyeti*

250.000 $

240.000 $

271.000 $

Tablo 2: Hem NPLV hem de Tasarım Verimliliği Belirtiminin Etkisi

*Tablodaki sermaye maliyetleri örnek olarak verilmiştir.

Bu, kompresör büyüklüğünün, pervane çapının ya da çevresel dönüş hızının bir fonksiyonu olarak karşımıza çıkabilir. Her halükarda, Soğutma Grubu A’nın üreticisi genellikle tasarım verimliliği oranını karşılamak için daha fazla ısı eşanjörü yüzeyi ekleyerek bunu değiştirmek zorunda kalacaktır. Bu yeni soğutma grubunun  performansı, Tablo 2'de Soğutma Grubu B olarak gösterilmektedir.

Fazladan ısı eşanjörü yüzeyi nedeniyle, Soğutma Grubu B, 7,85'lik geliştirilmiş bir NPLV oranına sahip olacak ve bunun neticesinde Yıllık Enerji tüketimi de, Şartnamedeki Soğutma Grubuna kıyasla %4 oranında daha düşük çıkacaktır. Ancak, tasarım verimliliğine ilişkin teknik özelliklerin karşılanması bakımından daha pahalı hale gelecektir. Örneğimize göre, Soğutma Grubu A’dan $31.000 daha yüksek bir maliyetle karşılaşılmaktadır.

Tasarım verimliliğinin belirtilmesi, sorunları daha karmaşık hale getirmektedir. Maliyeti karşılaştırmak üzere enerji tüketiminin eşitlenmesi yerine, artık hem yıllık enerji tüketimi hem de fiyatlandırma eşit değildir. Teknik özelliklerde amaçlanan şey bu değildir.

İhalede iki farklı üretici tarafından Şartnamedeki Soğutma Grubunun ve Soğutma Grubu B’nin teklif verildiğini düşünün. Şartnamenin ihale üzerine etkisi nasıldır? Şartnamedeki Soğutma Grubu üreten firmanın, fiyatını $270,.00'ın altına çekmek için herhangi bir neden olmadığından bu rakam, soğutma grubunun en düşük fiyatını oluşturur. Bu durum, açık ihalenin istenmeyen sonuçlarından birisidir.

Daha özel bir ifadeyle, Soğutma Grubu A’nın tasarım verimliliği teknik özelliklerini karşılamamasından ve teklif verilemeyeceğinden dolayı, örneğimizdeki proje sahibi,  büyük ihtimalle Şartnamedeki Soğutma Grubun satın alacaktır, ancak yaklaşık $20.000 daha fazla ödeme yapacak ve ilave bir enerji tasarrufu da elde edemeyecektir. Bu durum, Tablo 3'te gösterilmektedir. Bu örnek, tasarım etkinliği belirtiminin, niçin müşteriye en iyi faydayı sağlayamayacağını göstermektedir.

 

Şartnamedeki Soğutma Grubu

Soğutma Grubu A

 Soğutma Grubu B

 Satın Alınan    Şartnamedeki Soğutma Grubu

NPLV Oranı

7,54

       7,54

          7,85

        7,61

Tasarım Verimliliği

6,25

6,10

       6,25

        6,25

Yıllık Enerji

Taban

Taban

-4%

       Taban

Sermaye maliyeti*

250.000 $

240.000 $

271.000 $

270.000 $

Tablo 3. İhale Sonuçları

*Tablodaki sermaye maliyetleri örnek olarak verilmiştir.

Tasarım verimliliği niçin belirtilmeli?

Tasarım verimliliği oranının dahil edilmesi, ürün sahibinin belirlemiş olduğu değeri düşürebilmesine rağmen, yine de bu oranın kullanılmasına yönelik bir eğilim söz konusudur. Bunun iki nedeni bulunmaktadır. Tasarımcılar, tasarım verimliliği oranının elektrik gereksinimi masraflarını etkileyeceğini düşünmektedir. Diğerleri ise bunun, enerji kablolarının uzunluğuna etkisi olup olmayacağıyla ilgilenmektedir. Tasarım verimliliği oranının gerçekten de kullanılması gerekip gerekmediği ve şayet zorunlu ise bunun ne ölçüde kısıtlayıcı olduğunu görmek için bu nedenlerin her birinin incelenmesi yararlı olacaktır.

Bir soğutma grubunda tasarım verimliliği oranının, elektrik gereksinimine bağlı masraflar üzerine etkisi mevcut mu?

Yukarıda bahsedilen ve tasarım verimliliği 6,10 olan Soğutma Grubu A’yı ele alalım. İlk bakışta, bu soğutma grubunun elektrik gereksinimine bağlı masrafı, tasarım verimliliği 6,25 olan Şartnamedeki Soğutma Grubuna kıyasla daha yüksek görünecektir. Peki gerçekten de durum böyle mi?

Soğutma grubunun en yüksek kW değeri, ısıtma yükü süresinden dolayı genellikle binadaki gereksinim üzerinde çok az etkiye sahiptir. Binanın ve soğutma grubunun kW değerleri, genellikle günün farklı zamanlarında en yüksek değere çıkmaktadır. Bu olay, soğutma grubunun gereksinimine karşılık binanın gereksiniminde "volan etkisi" olarak da isimlendirilmekte olup Şekil 1'de gösterilmektedir.

İklimlendirme sistemine sahip binaları çoğu, en yüksek elektrik gereksinimine saat 10:00 ile 15:00 arasında ulaşmaktadır. Bu aralık, genellikle "insan" yükünün en fazla olduğu zaman dilimine tekabül etmektedir. Doluluk oranının yüksek olması aynı zamanda aydınlatma, asansör, kafeterya, ofis ekipmanı vb. tarafından üretilen ısının daha fazla olması demektir. Bu faktörler bir araya getirildiğinde, binanın maksimum kW harcaması sabahın geç saatlerinden akşam üstüne kadar olan zaman diliminde meydana gelmektedir.

İlginçtir ki soğutma gruplarının çoğu, saat 15.00 ile 19.00 arasında en yüksek elektrik gereksinimine ulaşır. Peki ama neden bu kadar geç? Saat 12:00 civarında, güneş ışınları yeryüzüne en az açıyla ulaşmaktadır. Saat 14:00 civarında, konveksiyon yoluyla topraktan ortam havasına ısı transferi gerçekleşerek ortamdaki hava ısınmakta ve en yüksek kuru hava sıcaklığına ulaşmaktadır. Hava sıcaklığı maksimum dereceye ulaştığı andan itibaren, ısı yavaşça binaların yüzeyinden yayılmakta olup bu süreç, saat 16:00 civarında bina içindeki ısının en yüksek dereceye çıkmasına neden olmaktadır.

Buna paralel olarak, ortam havasının yaş sıcaklığı da günün ilerleyen saatlerinde maksimum değere ulaşmaktadır.

Islak termometre sıcaklığının artması, soğutma kulesindeki suyun sıcaklığını yükseltmekte olup soğutma gruplarının çalışması gereken ana basıncı artırarak enerji verimliliğini düşürmektedir. Bu faktörler bir araya geldiğinde, soğutma grubundaki yükün, basınç yüksekliğinin ve dolayısıyla kW değerinin öğleden sonra en yüksek düzeylere çıktığı görülür.

nplv johnson sekil 1

Şekil 1. Binanın gereksinimi ile soğutma grubunun gereksinimi arasında karşılaştırma

Soğutma Grubunun, bir prosesin soğutulmasında kullanılması halinde, güç profili genellikle Şekil 1'de gösterilenden daha düz olacaktır ve gereksinimi ise toplam gereksinimi etkileyecektir. Soğutmanın en yüksek düzeye çıktığı bir ya da iki ay boyunca, Soğutma Grubu A’nın gereksinim masrafı biraz daha yüksek olabilmektedir. Ancak, her iki soğutma grubuna ait NPLV oranlarının aynı olması, Soğutma Grubu A’nın daha iyi bir tasarım-dışı verimliliğe sahip olması gerektiğini göstermektedir. Dolayısıyla, tasarım-dışı çalıştırılan birkaç ay boyunca, Soğutma Grubu A’ya ait gereksinim masrafının daha düşük çıkması ihtimali yüksektir. Bu yüzden, yıllık gereksinim masrafı da daha az olabilmektedir. Soğutma Grubunun, bir prosesi soğutması ve gereksinimin yıl boyunca devam etmesi halinde, soğutma grubunun kW değeri bina gereksinimini etkileyebilecektir. Bununla birlikte, bu durumdaki uygulamaların sayısı nispeten daha azdır.

Soğutma grubu verimliliğini belirtmek için yalnızca NPLV değerlerini kullanın

Tasarım verimliliğindeki ufak farklar, enerji kablolarının kesitini etkiler mi?

Tasarım verimliliği ile kablolama uzunluğu arasındaki bağıntı, belli bir kablo uzunluğunun bir dizi amper aralığında kullanılabilmesinden ötürü genellikle herhangi bir sorun teşkil etmemektedir. Bu sebeple, NPLV değeri daha yüksek tasarlanan bir soğutma grubunda, kablolamanın daha uzun olmasına gerek duyulmamaktadır. Aslına bakılırsa, zamanın yaklaşık %90'ında buna karşı bir ihtiyaç söz konusu değildir çünkü kablolama kesiti zaten bir dereceye kadar yüksek amper değerlerinde çalışabilmektedir.

Her halükarda, uygun kablo uzunluğunun sağlanması için soğutma grubunun kontak devresinde tam yükleme durumunda maksimum amper değerlerinin ve minimum enerji faktörünün belirtilmesi daha iyi olacaktır.

Sonuç

Şartnamede, benzer yıllık enerji için en düşük sermaye masrafına ulaşılması amaçlandığında, hem NPLV oranını hem de tasarım verimliliği oranını belirten soğutma verimliliği özellikleri, ürün sahibinin hedeflerini karşılama konusunda tasarımcının hareket alanını kısıtlayabilmektedir. Bunun nedeni, bu iki oranın da yıllık enerji tüketimi karşılaştırmalarında eşitsizlikleri doğurması ve aynı zamanda ürün sahibi açısından daha yüksek sermaye masraflarına yol açmasıdır. Ayrıca, tasarım verimliliği oranının genellikle elektrik gereksinimine bağlı masraflar ve kablolama uzunluğu üzerinde büyük bir etkisi yoktur.

Her iki oranı da kullanmak yerine, en iyi soğutucu verimliliği şartnamesinde bizzat NPLV oranı kullanılmaktadır. Enerji kablosunun boyutlandırılması için, tam kapasiteli yüklemede maksimum amper değerlerinin ve minimum güç faktörünün belirtilmesi, gerçek kesit gereksinimleriyle ilgili tüm belirsizlikleri ortadan kaldırmaktadır. Enerji kodları veya şebeke, şartnamede tasarım etkinliği oranının bulunmasını zorunlu kılıyorsa, izin verilen maksimum kW değeri belirtilmelidir.

Soğutma grubu verimliliğini belirtmek için yalnızca NPLV oranını kullanın. Bu oran, sermaye masraflarını ve enerji giderlerini en aza indirmektedir.

* Johnson Controls Teknik Bülten