VRF Sistem Altyapılarında Kaynaksız İmalat Kullanımı

04 Ağu 2015

Yazan: M. Zafer Hançer, Makine Mühendisi, Depar Mekanik Ltd. Şti., Lokring Sistemleri, zafer@deparmekanik.com

Bu çalışmada; ısıtma, soğutma ve havalandırma sektöründeki yenilikçi ve ekolojik değişimlerin en önemlilerinden biri olan ısı pompası teknolojisinin, ülkemizde ve dünyada en önemli oyuncularından biri olan VRF (Veriable Refrigerant Flow-Değişken Soğutkan Akışı) sistemlerinin altyapı çözümlerine yenilikçi bir yaklaşım ile bakacağız. VRF sistemlerinde kullanılan bakır boru altyapı elemanlarını, bu elemanların geleneksel olarak kaynak ile imalatlarını ve kaynaksız olarak imalatlarını irdeleyip, bunlar arasındaki farkları ve birbirlerine göre avantajlarını ele alacağız. Altyapılarda kullanılabilecek farklı hammaddeleri inceleyip sistemi daha efektif hale nasıl getirebileceğimizi sorgulayacağız.

Giriş

Binalarda ısıtma, soğutma ve havalandırma teknolojilerinde yaşanan gelişmeler, tasarımcıları ve imalatçıları daha yenilikçi, daha az enerji tüketen ve daha verimli çalışan sistemlerin kullanılmasına doğru yönlendirmektedir. Isı pompası teknolojisi, değişik iklim şartlarında ısıtma, soğutma ve havalandırma ihtiyaçlarını daha kolay karşılayabilir hale gelmektedir. Isı pompası teknolojisinde en dikkat çeken ve kullanılan VRF sistemleri son yıllarda düşük sıcaklarda bile yüksek performans sağlayabilir hale gelmişlerdir. Bu gelişmeler ışığında elektrik enerjisi kullanarak, fosil yakıtlara göre daha yüksek verimliliklere sahip sistemler olmaya başlamışlardır. VRF sistemlerin ısıtma amaçlı olarak da kullanılabilir bir seviyeye gelmesi; pratik ve zahmetsiz kullanım kolaylığı ile birlikte tercih edilme oranlarını artırmıştır. VRF sistemlerinin kullanımlarının artmasıyla, VRF sistemlerin doğasıyla özdeşleşen bakır boruların kullanımı da artmıştır, daha geniş ve yüksek binalarda bu sistemlerin kullanılması ciddi oranlarda malzeme ihtiyacı ve işçilik gücü gerektirmektedir. VRF sistemlerin değişmezi olan bakır boru tesisatları, ilk VRF sisteminden beri aynı sistematikle ve aynı hammadde ile yapılmaya devam etmektedir. Bakır boruların sahada imalat kaliteleri VRF sisteminin en önemli kriterlerinden birini oluşturmaktadır. VRF sistemlerinde kullanılan bakır boruların imalat usulleri aşağıdaki gibi ikiye ayrılmıştır:

-  Geleneksel Kaynaklı Bakır Boru Tesisatı İmalatı

-  Kaynaksız Bakır Boru Tesisatı İmalatı

1. Geleneksel Kaynaklı Bakır Boru Tesisat İmalatı

VRF sistemlerin başarısının bir göstergesi olan altyapı imalatı, oldukça hassas çalışma gerektiren bir konudur. Günümüzde kullanılan VRF sistemlerin hepsi soğutucu akışkan olarak R410A kullanmaktadır. R410A bir karışım gazdır ve eski soğutucu akışkanlara göre daha yüksek basınç değerlerinde çalışır, bu yüzden et kalınlıkları yüksek bakır borular kullanılmalıdır (Tablo 1).

Tablo 1: Dış çaplarına göre bakır boru et kalınlıkları

Bakır Boru Dış Çap [mm]

6.35 9.52 12.7 15.88 19.05 22.2 28.58 34.9 38.1 41.3
Minimum Bakır Boru Et Kalınlığı [mm] 0.8 0.8 0.8 0.99 0.99 0.99 0.99 12.1 1.35 1.43


Depar Mekanik LokringŞekil 1: Kaynak ile bağlantıVRF sistemin dış ve iç üniteleri arasında soğutucu akışkan iletimi sağlayan bu tesisatın birleştirilmesinde kaynaklı imalat kullanılır. Gümüş elementi ile yapılan bu birleştirme metodu, yetkin ustalık ve aşırı dikkat gerektirmektedir.

Yaklaşık 450 ˚C’de yapılan bu işlem esnasında, aşağıdaki kriterlere uyularak kaynak yapılmalıdır. Bakır boru içerisinde yüksek ısıdan yanma gerçekleşmemesi ve borunun içinde kurum oluşmaması için azot gazı geçirilmelidir. Bakır boru ısıyı ileteceğinden etrafta yanacak veya sıcaklıktan etkilenecek bir malzeme var ise ıslak bez ile emniyete alınmalıdır. Tüm kaynak işleri bitirildikten sonra, borular azot gazı ile süpürülmelidir. Kaynaklı imalatın sonunda kaçak olup olmadığını anlamak için tesisata minimum 40 bar basınçta azot gazı basılmalıdır ve minimum 24 saat sistem testte kalmalıdır. Eğer kaçak yok ise bakır boru tesisatı vakum yapılarak 12~24 saat vakum testinde tutulur eğer vakumda bozulmuyor ise sistemde kaçak yok denilir. Kaynaklı imalattan sonra da iç ve dışlar takılarak sistem komple kaçak testine alınır ve prosedür aynıdır.

2. Kaynaksız Bakır Boru Tesisatı İmalatı

VRF sistemlerde yeni bir çağ olarak gördüğümüz kaynaksız bakır boru tesisatı yapılması Lokring adı verilen sıkı geçme aparatları ile yapılmaktadır. Lokring sistemlerinin geliştirilmesi ve kullanılması için ihtiyaç, NASA tarafından ortaya çıkartılmıştır. Uzay mekiklerinin yakıt iletim hatları 250~300 bar arası yüksek basınçlara maruz kaldığından geleneksel ve ileri teknoloji kaynaklar ani basınç artışlarında yetersiz kalmış ve patlamalara ve yakıt sızlamalarına neden olmuştur. Borularda tadilat gerektiğinde de yangın riski olduğundan kaynak ile tadilat yapılamamıştır. Bunun üzerine Lokring bağlantı sistemleri geliştirilmiş ve kullanılmaya başlamıştır (Şekil 1).

Depar Mekanik Lokring 2

 Şekil 2. Lokring Aparatı

Lokring sistemi; bağlantısı yapılacak boruların içine girebildiği maşon, boruların içine tam oturan iç yüzük ve maşonun her iki ucuna takılan çelik halkalardan oluşmaktadır.

Depar Mekanik Lokring 3

 

Şekil 3. Lokring Bileşenleri

 

Lokring sistemi ile kaynaksız olarak bakır boru tesisatı şu şekilde yapılır:

1. İşlem: Bağlantısı yapılacak bakır boru kesilir ve iç kısmı raybalanarak çapaklardan temizlenir. Aşındırıcı bir bez veya sünger ile lokring maşonun takılacağı uç kısımlar temizlenir (biraz açındırılır).

2. İşlem: Anaerop sıvı ile lokring maşonun takılacağı uçlar sıvanır. Bu sıvama işlemi uniform ve tüm etrafı boyunca olmalıdır.

3. İşlem: Bağlanacak borular lokring maşonun içine takılır ve çelik halkalar maşonun ucuna getirilir.

4. İşlem: Özel sıkma makası ile çelik halkalar sırayla veya aynı anda lokring maşonun merkezine doğru ilerletilir. Bu işlem sonunda bakır boru birleştirme gerçekleşmiş olur. Bu işlem hızlı ve temiz bir işlemdir. Kaynak kullanılmadığından, borularda deformasyon yoktur. Sıkma işleminin sonunda bakır boru iç yüzük ile dış maşon arasında uniform bir şekilde sıkılmış olur. Bu bağlantı kaynaktan daha sağlamdır. 250 Bar’a kadar dayanabilmektedir.

2. işlem sırasında kullanılan sıvı dolgu maddesi bakır boruların üzerindeki mikron mertebelerindeki çatlakları ve yüzey yarıklarını kapatmak içindir. Bu sayede gaz sızıntısı önlenmiş olur.

Depar Mekanik Lokring 4

Şekil 4: Lokring Bağlantı Sonrası Boru Kesiti

Kaynaklı İmalat ve Lokring Arasındaki Farklar ve Lokring Bağlantının Avantajları

Şüphesiz bu iki sistem arasındaki en önemli fark, ısıl işlem yani kaynaktır. Kaynaklı imalat oldukça riskli ve hata affetmeyen bir sistemdir. Yangın ve yaralanma riskleri mevcuttur. Bu yüzden kaynaklı imalat yapılırken ekstra önlemler alınmalıdır. Aşağıdaki resim bu iki sistem arasındaki en önemli farkı göstermektedir.

Depar Mekanik Lokring 5

Şekil 5: Geleneksel Kaynaklı İmalatın Sahada Yapılması

 

Şekil 6: Lokring ile Kaynaksız İmalatın Sahada YapılmasıDepar Mekanik Lokring 6Bu iki resmi incelediğimizde (Şekil 5 ve 6), kaynaklı imalat esnasında alınacak önlemler ve prosedürün çok ciddi ve hataya mahal vermeyen bir işleyişi olduğu görülmektedir. Yangın riski başlı başına bir sorundur. Ancak Lokring sisteminde eleman sayısı ve emniyet ekipmanları fazlasıyla azalmaktadır. Şekil 3 ve 4’teki saatlere dikkat edilirse, lokring uygulaması kaynaklı imalata göre % 40 daha kısa sürede aynı işi gerçekleştirir. Bu da işin süresinin azalması ve maliyetlerin düşürülmesine yol açar.

Lokring’in Avantajları:

1. Lokring bağlantı ile yangın riski yoktur, bu yüzden özel izinler ve emniyet tedbirlerinin alınmasına gerek kalmaz

2. Lokring bağlantı ile tesisat daha kısa sürede ve daha ucuza çekilir.

3. Lokring bağlantı sayesinde bakır borular ısıl işleme maruz kalmaz. Bu yüzden boruda kimyasal reaksiyon, yanma, direnç kaybı yaşanmaz.

4. Lokring bağlantıda azot gazı kullanılmasına gerek yoktur.

5. Lokring bağlantı ile boruda cüruf oluşmaz bu da kompresörlere veya genleşme vanalarına zarar vermez.

6. Lokring bağlantı ile birleştirmede redüksiyon yapılması gerekmez, bu da soğutucu akışkanın basınç kayıplarına sebep olmaz.

7. Lokring bağlantıyı yapacak kişinin uzman veya sertifikalı olması gerekmez, bu sayede işçilik maliyetleri düşer.

8. Yanıcı hiçbir madde kullanılmadığından tesisat basınç testinde % 5 Helyum ve % 95 Azot gazı karışımı kullanılabilir. Bu karışım gaz ile basınçlandırılan tesisat özel detektörler ile taranarak kaçak yeri daha hızlı tespit edilir.

9. Lokring ile prosedürüne uygun bir bağlantı yapılırsa % 100 kaçak vermez, eğer kaçak var ise lokring imalatı hatalıdır ve değiştirilmelidir.

10.Lokring bağlantı elemanları bakır boru dış çaplarına göre özel üretilir, bu üretim oldukça hassastır. Bu yüzden şantiyede kullanılacak olan bakır borular Tablo 1’de gösterilen dış çap ve et kalınlıklarında olmalıdır. Daha ince et kalınlığında boru kullanılır ise iç yüzük tam oturmayacak ve sıkma işlemi (bağlantı) tam gerçekleşmeyecek ve bağlantı yerinde kaçak olacaktır. Bu yüzden sahaya inen boruları otomatik olarak kontrol eden bir sistemdir, bakır boruların et kalınlıkları ile oynamaya izin vermeyen bir sistemdir.

11. Lokring ile yapılacak bağlantılar daha az enerji gerektirdiğinden, doğa dostu bir imalat gerçekleştirilmiş olacaktır.

12. Kaynaksız imalat ile montaj maliyetleri (malzeme dahil) % 15~20 daha ucuzlamaktadır.

Kaynaksız Bağlantı ile VRF Sistem Altyapılarının Geleceği

VRF sistemler; ısıtma ve soğutmadaki performansları, markaların çok oluşundan kaynaklı teknolojik rekabetleri ve doğa dostu çalışma performansları ile daha temiz bir gelecek için oldukça ciddi bir ısıtma, soğutma ve havalandırma sistem çözümüdür. Ancak kaynaklı imalatın pahalı ve ciddi enerji harcaması bir nebze bu sistemin toplamdaki verimliliğini düşürmektedir. Bu yüzden kaynaksız imalat teknolojileri de kullanılarak bu verim düşümü giderilebilmektedir. Kaynaksız bağlantı elemanları birbirinden faklı özelliklerdeki metallerin kaynak ile bir araya getirilememesi durumunu ortadan kaldırmaktadır. Kaynaksız bağlantı ile birçok kombinasyon yapılabilir (Şekil 7).

Depar Mekanik Lokring 7

Şekil 7: Farklı Metallerin Bağlantı Olasılıkları

Şekil 7’de de görüldüğü üzere birçok farklı metal boru kaynaksız bağlantı aparatları ile birleştirilebiliyor. Bu tablodaki en önemli özelliklerden biri Bakır-Alüminyum bağlantı örneği, bilindiği üzere Bakır ve Alüminyum temas ettiklerinde birbirlerini korozyona uğratıp pil etkisi yaparlar. Bu türden bu iki metali birleştirdiğinizde uzun süreli bir tesisat elde edememiş olacaksınız. Ancak kaynaksız bağlantı aparatlarından lokring maşon içerisindeki pah yüzünden bu iki metalin birbirlerine temasını engellemektedir. Bu sayede bu iki metal birbirine temas etmez ve birbirlerini korozyona uğratmazlar.

Depar Mekanik Lokring 8

Şekil 8: Alüminyum ve Bakır Korozyonu

VRF sistemlerin altyapısında kullanılan metal tiplerinin seçimindeki en önemli kriter soğutucu akışkanın metale zarar vermesi ve yüksek basınçlardır. Bu yüzden seçilen metal hem soğutucu akışkana hem de yüksek basınca dirençli olmalıdır. Bu açıdan ele alındığında 2 tip metal bu işe uygun olarak gözüküyor: Bakır ve Alüminyum. VRF sistemlerinde ağırlıklı olarak bakır metalinin kullanılmasının nedeni kaynak yapılabilir olmasıdır. Bu yüzden tüm VRF tesisatlarının altyapısı bakır borulardan oluşmaktadır. Alüminyum, düşük sıcaklara eriyebilen bir metal olduğundan kaynağı için özel malzemeler ve bakır boru kaynağına göre daha yetenekli bir kaynak uzmanı gerektirmektedir. Ancak kaynaksız birleştirme yöntemleri sayesinde bu farklar ortadan kalmaktadır. VRF tesisatlarının altyapısında Alüminyum tercih edilebilir bir sebep olarak öne çıkmaktadır.

Depar Mekanik Lokring 9

Şekil 9: Alüminyum Bağlantı Elemanı

Alüminyum bakıra göre daha ucuz ve hafiftir. Bu sayede imalat maliyetleri oldukça düşmektedir. Soğutucu akışkan korozyonuna bakır ile aynı direnci gösteren bir metaldir. Alüminyumun VRF sistem felsefesi ile uyuşan en önemli noktası, daha çevreci bir metal olmasıdır. Alüminyum geri dönüşümü esnasında Bakır metalinin 10’da biri kadar bir işlem maliyeti ve enerji kullanılarak geri dönüştürülebilen bir metaldir. Bu sayede daha çevresi bir tesisat yapılmış olmaktadır. Alüminyum boru bakıra göre oksitlenmeye daha dirençlidir. Birçok dünya markası soğutma gruplarında kondenserlerini tamamen alüminyumdan üretmeye başladılar, bunun en önemli sebebi geri dönüşüm ve imalat maliyetleridir. Bakır boy borular (19 mm çaptan büyük borular) kesinlikle bükme işlemine izin vermezler, bunun sebebi bükme işlemi sonucunda malzemenin dayanıklılığının düşmesidir. Ancak Alüminyum boru da daha yüksek çaplara kadar bükülme işlemi yapılabilir ve Alüminyumun elastisitesi buna izin vermekte ve dayanım gücünde hiçbir azalma olmamaktadır. Alüminyum bakır boru kullanılarak yapılan bir tesisatın imalatı toplamda bakır boru ile imalata göre % 35~40 daha ucuzdur. Bu da toplamdaki maliyetleri ciddi anlamda düşürmektedir.

Depar Mekanik Lokring 10

Şekil 10: Alüminyum Bağlantı Örneği

VRF sistemlerde Alüminyum altyapı uygulaması Avrupa, Amerika ve Afrika ülkelerinde uzun zaman önce başlanmıştır. Ülkemizde de yakın bir gelecekte alüminyum borular ile VRF altyapı yapılacağını ve daha yeşil binalar oluşturulacağı aşikârdır.