HAVA SOĞUTMALI SU SOĞUTMA GRUPLARI ve ISI GERİ KAZANIMI. Isı Geri Kazanımlı Soğutma Grupları İçin Uygulamalar. Carrier Corporation, Syracuse, New York

Transkript

1 Haziran 2013 Sayı 49 Sayın Okurumuz, Bu bültenle, çalışma alanımızda Alarko Carrier ve iş ortaklarımızın teknik ve geliştirme çalışmalarımızın açıklandığı makaleleri sizlerle paylaşmak istiyoruz. Amacımız bir süre sonra okurlarımızın bilgisayarlarında her zaman başvurabilecekleri bir Alarko Carrier kütüphanesi oluşturmaktır. Bülten konusundaki düşünceleriniz bizler için yol gösterici olacaktır. Haberleşme adresimiz aşağıda verilmiştir. Yararlı görürseniz bültenimizi çevrenizde duyurmanızdan memnun oluruz. Bültenin gönderilmesini istemiyorsanız aşağıdaki adresimize tıklamanız yeterlidir. Saygılarımızla... Carrier Su Soğutma Grupları ve Su Soğutma Kulelei Bkz. ALARKO CARRIER BÜLTENLERİ - Yeni Ürün - Haberler - Gerçek Konfor Bu bültenleri e-bülten olarak ile almak isterseniz, lütfen adresinden abone olunuz. Bu bülteni almak istemiyorsanz lütfen ebulten@ alarko-carrier.com.tr adresine boş e-posta gönderiniz. Haberleşme Adresi: info@alarko-carrier.com.tr Isı Geri Kazanımlı Soğutma Grupları İçin Uygulamalar HAVA SOĞUTMALI SU SOĞUTMA GRUPLARI ve I Carrier Corporation, Syracuse, New York

2 TEKNİK BÜLTEN Sayfa 2 Haziran Sayı 49 Hava Soğutmalı Su Soğutucular ve Isı Geri Kazanımı Uygulamalar Ofis Donanımları, 69 Trilyon BTU Bilgisayarlar 156 Trilyon BTU Mutfak, 190 Trilyon BTU Buz Dolabı, 381 Trilyon BTU Havalandırma, 436 Trilyon BTU Su Isıtma, 501 Trilyon BTU Soğutma, 516 Trilyon BTU Diğer 569 Trilyon BTU Aydınlatmna, Trilyon BTU Ortam Isıtma, Trilyon BTU SUNUŞ Isının Geri Kazanılması Niçin Önemlidir? ABD deki birincil enerji tüketiminin %40 ı binalarda gerçekleşir (1). Ticari binalarda tüketilen enerjinin %43 ü ise ortam ve su ısıtmak için (2) kullanılır (Şekil 1). Eğer ısı sağlamanın daha verimli bir yolu bulunabilseydi binalardaki enerji tüketimini azaltmak için muazzam bir fırsat olurdu ve böylece ABD deki toplam enerji tüketimi azalırdı. Biliyoruz ki bu mümkün değil. Ancak, yine biliyoruz ki, konfor koşullarını etkilemeden daha az enerji tüketmek, yani tüketilen enerjiden tasarruf etmek mümkün... Bu makalede binalardaki enerji tüketimini azaltmak için, ısıyı geri alabilen hava-soğutmalı soğutma grupları sistemlerinin uygulanmasıyla sıcak su elde etmenin daha verimli yollarını araştırılyor. SICAK SU ÜRETMENİN VERİMİNİ EN YÜKSEK DEĞERLERE ÇIKARMAK Sıcak su yıllardır aynı yöntemlerle ve benzer teknolojilerle üretiliyor. En yaygın yöntem, çok iyi bilinen su dolu bir ka- Şekil 1- Ticari Binalarda Enerji Tüketim Araştırması (2003). Tüm binalarda değişik kullanımların enerji tüketimindeki payları bın altında fosil yakıt yakılarak suyun ısıtılmasıdır. Başka bir su ısıtma yöntemi elektrikli dirençlerin su kabına batırılarak gerçekleştirilir. Fosil yakıtlarla ısıtımada verimlilik yoğuşmalı tip kazanlarda %90 ın üstüne (3), elektrik dirençli su ısıtıcılarda ise %100 e ulaşır. Bu verimlilikler sırasıyla 0,90 ve 1,0 ifade edilir ve Başarım Katsayısı- Coefficient of Performance (COP) olarak tanımlanır. 1,0 den daha yüksek COP değeriyle sıcak su üretmek mümkün müdür? Bu sorunun cevabı EVET tir. Isı geri kazanımının esası sistemden atmosfere atılan enerjiyi sistemde tekrar kullanmak, bu enerjiyi faydalı ısıya dönüştürmektir. Şekil 2 de görüldüğü gibi, yoğuşturucudan atmosfere atılan, yani sistemden çıkan ısıyı tutup sıcak su üretmek için kullanmak mümkündür. Yok olacak bu ısıyı tekrar kullanmakla toplam sistem verimliliği önemli ölçüde artırılır. ISI ÇIKIŞI TOPLAM TÜKETİM Trilyon BTU Hava Soğutmalı Yoğuşturucu İŞ GİRİŞİ (Elektrik) Buharlaştırıcı Kompresör ISI GİRİŞİ Şekil 2- Bir hava koşullandırma sisteminde ısı ve iş ilişkisi

3 TEKNİK BÜLTEN Sayfa 3 Haziran Sayı 49 Fosil yakıtlı veya elektrikli su ısıtıcıların ısı üretme süreçlerinden farklı olarak, yoğuşturucudan gelen atık ısıyı tutmak sistem veriminin %100 ün üzerine çıkmasını sağlar. Bu başarı, yoğuşturucudan sağlanan atık ısıyı kullanmanın ve buna ek olarak buharlaştırıcının soğutma etkisinin sonucudur. Her iki ısı kaynağı kullanıldığında %100 ün üstünde verimlilikler gerçekleştirilebilir. Hatta bir soğutma sisteminden su ısıtmak ve soğutmak amacıyla ısı geri kazanımı ile toplam COP değeri 5,0 ın üzerine çıkabilir. ISI Çıkan ISI Giren COP Toplam = + İŞ Çıkan İŞ Çıkan Denklem 1- Isı geri kazanımı + Soğutulmuş su için toplam COP Anma değeri 120 ton (423 kw) olan ve ısı geri kazanımlı hava-soğutmalı bir su soğutucunun başarımına bakarsak, toplam COP değeri ve enerji verimliliği daha iyi görülebilir. Buharlaştırıcısının akış kapasitesi 2,5 gpm/ton (0,064 m 3 /h. kw), ısı geri kazanım suyunun giriş sıcaklığı 121 o F (50 o C), çıkış sıcaklığı 131 o F (55 o C) ve soğutulmuş suyun çıkış sıcaklığı 44 o F (6,7 o C) olan ısı geri kazanımlı bir su soğutucunun soğutma kapasitesi 93,7 ton (329,6 kw), giriş gücü 159,9 kw ve ısıtma çıkışı MBH- MegaBTU/h (480,7 kw) ise su soğutucunun COP değeri Denklem 1 den aşağıdaki gibi hesaplanır: 480,7 kw + 329,6 kw COP Toplam = = 5,07 159,9 kw Denklem 2- Isı geri kazanımlı bir su soğutucuda Isı geri kazanımı + Soğutulmuş su için toplam COP LI HAVA-SOĞUTMALI SU SOĞUTUCU Hava-soğutmalı bir soğutucu soğuk su üretirken, aynı zamanda hava soğutmalı yoğuşturucu bataryasından miktarda ısıyı havaya aktarır. Eğer bu ısı tutulup, su soğutmalı bir yoğuşturucuya yönlendirilirse, sistem sadece kontrollü bir soğuk su kaynağı üretmekle kalmaz sıcak su üretmek için de önemli miktarda yararlı ısı da üretir. Carrier in ısı geri kazanımlı hava-soğutmalı soğutma grupları tam da bunu yapıyor; kontrollü olarak gerekli sıcaklıkta soğutulmuş su üretirken aynı zamanda soğutulmuş su sisteminin bir yan ürünü olarak sıcak su da üretiyor. NASIL ÇALIŞIR? Yalnız soğutma konumunda soğutma grupları, normal olarak hava-soğutmalı yoğuşturucusunu kullanarak kontrollü bir soğutulmuş su kaynağı üretir. Bu konumda, sistem tipik bir hava-soğutmalı soğutucu olarak çalışır ve belirlenmiş ısı ayarına göre kontrollü bir soğutulmuş su kaynağı üretirken, hava-soğutmalı yoğuşturucusu vasıtasıyla çevreye ısı vermez (Şekil 3). Sıcak Su Sistemi 3 Yollu Oransal (Modülasyonlu) Kontrol Vanası Kapalı Kapalı Hava Soğutmalı Yoğuşturucu Genleşme Donanımı Buharlaştırıcı Kompresör Soğuk Su Sistemi Şekil 3- Isı Geri Kazanımlı Hava Soğutmalı Su Soğutma Grubu: Sadece soğutma konumunda

4 TEKNİK BÜLTEN Sayfa 4 Haziran Sayı 49 Hava-soğutmalı bir su soğutma grubu Isı Geri Kazanım konumunda çalışırken, sistemde eşzamanlı olarak soğutulmuş suyla birlikte sıcak suya da ihtiyaç olmalıdır. Isı geri kazanımlı bir sistemde su soğutma grubu için soğutulmuş su koşullarını sürekli sağlamak esastır. Buna ek olarak, soğutulmuş suyun ısısını kontrol ederken üretebileceği kadar çok sıcak su da üretir. Yani sıcak su soğutma döngüsünün bir yan ürünüdür. Sıcak su üretmek için, sıcak su giriş sıcaklığı sıcak su ayarı ile karşılaştırılarak giriş sıcak su sıcaklığını koruyabilmek için gerekli çevrim sayısı belirlenir; bu ayar aynı zamanda ısı geri kazanım ayar noktası olarak da tanımlanır. Eğer giren suyun sıcaklığı kullanıcı tarafından ayarlanan değerden düşükse, soğutma grubu devresi otomatik olarak, Şekil 4 te gösterildiği gibi Isı Geri Kazanım konumuna döner. Soğutma grubu bu durumda bir devresiyle su su soğutmalı su soğutma grubu, diğer devresiyle hava-soğutmalı su soğutma grubu gibi çalışır. Giriş sıcak su sıcaklığına ve ayar noktasından sapmasına bağlı olarak, ikinci devre de entegre kontroller vasıtasıyla Isı Geri Kazanım konumuna çevrilebilir. Sıcak su giriş sıcaklığı, soğutmada Isı Geri Kazanım konumunda her soğutma grubu devresinin çevrimi ile kontrol edilir. Sıcak su ayar noktasına ulaşıldığında, soğutma grubu Yalnız Soğutma konumuna geri döner, standart hava-soğutmalı bir soğutma grubu olarak çalışır. Sıcak su çıkış sıcaklığı sıcak su giriş sıcaklığının, sıcak su akışının ve su soğutuma grubu kapasitesinin bir fonksiyonudur. Sıcak Su Sistemi 3 Yollu Oransal (Modülasyonlu) Kontrol Vanası Kapalı Hava Soğutmalı Yoğuşturucu Kapalı Genleşme Donanımı Buharlaştırıcı Kompresör Soğuk Su Sistemi Şekil 4- Isı Geri Kazanımlı Hava Soğutmalı Su Soğutma Grubu: Isı Kazanım Konumu

5 TEKNİK BÜLTEN Sayfa 5 Haziran Sayı 49 UYGULAMA ESASLARI Isı geri kazanım yoğuşturucusu, su soğutma grubunun attığı toplam ısının %100 ünü sıcak su çevrimine aktarabilir. Çıkış su sıcaklığı, dengeli ve sabit sıcak su akışı koşullarında en fazla 55 o C (131 o F) değerine ulaşabilir. Çıkış sıcak su sıcaklığında izin verilen sıcaklık aralığı 20 o C (68 o F) ile 55 o C (131 o F) arasındadır. Sıcak su çevrimi, doyma sıcaklığının altında sıvının içindeki soğutkanı yoğuşturmak için kullandığından, giriş suyu sıcaklığı 15 o C (59 o F) ile 40 o C (104 o F) değerleri arasında ise, dengeli soğutuma işlemi sağlamak için yüksek basınç kontrolü gerekebilir. Giriş suyu sıcaklığı bu arada ise, üç yönlü kontrolü olan bir orantılı (modülasyon) vana kullanılması gerekir. Bu uygulamalar için boru hatlarının düzenlenmesi Şekil 5 te gösterilmiştir. Üç yönlü vana, soğutucu yüksek basınç kontrolünün gereksinimlerine cevap vermek zorunda olduğundan, soğutma grubunu dengeli çalıştırmak amacıyla, üç yönlü vana ile soğutma grubu arasındaki mesafe en aza indirilmeli, tepki süresinin yeterli olması sağlanmalıdır. Sonuç olarak, bu mesafe ve en düşük çevrim hacmi, üreticinin tavsiyelerine göre doğrulanmalıdır. BİNALARDA SICAK SU UYGULAMALARI Bina tipini veya işlemi ve geri kazanılan ısının veri bir uygulamada nasıl kullanılacağını anlamak önemlidir. Sıcak su, alan (zone) yeniden ısıtma bataryasını, havuz ve evsel kullanım suyunu, bir binayı ısıtmak veya havalandırmadan verilecek havaya ön ısıtma uygulamak için kullanılabilir. Bu uygulamaların her biri için, eşzamanlı olarak soğutulmuş su ve sıcak su gereksinimi üzerinde yoğun düşünmek gerekir. Bu gereksinim, aşağıda listelenen her bina tipi için söz konusu olabilir. Bütün uygulamalarda soğutulmuş su, ortamı soğutmak için ve hava koşullandırma amaçlı kullanılabilir: Oteller, Moteller, Yazlık Evler - İçmek için veya içme dışında çamaşır yıkama, mutfak, banyo ve yüzme havuzu gibi işlemler için sıcak su takviyesi. Spor Tesisleri - Duş ve yıkanma mekanları için takviye sıcak su ve yüzme havuzunu ısıtma. Öğrenci Yurtları - Duşlar, çamaşır yıkama, mutfak ve yemek salonları için takviye sıcak su. Ticari Çamaşırhaneler Sıcak su takviyesi. Hastaneler ve Huzur Evleri - Hasta odası, çamaşırhane ve mutfak tesisleri için takviye sıcak su. Apartmanlar ve Meskenler Banyolar, çamaşırlar, mutfak ve yemek tesisleri için takviye sıcak su. Su ısıtıcı ile ılıtılmış su 3 Yollu Oransal (Modülasyonlu) Kontrol Vanası (Kompresör ile yoğuşturucu girişi arasındaki basıncın -head pressurekontrolü için) Soğuk Su Sabit Hızlı Dolaşım (Sirkülasyon) Şekil 5- Kompresör ile yoğuşturucu girişi arasındaki basıncın (head pressure) kontrolü için 3 yollu oransal (modülasyonlu) vana

6 TEKNİK BÜLTEN Sayfa 6 Haziran Sayı 49 ÖZEL UYGULAMALAR Ek Isıtma Bataryası ASHRAE , eşzamanlı ısıtma ve soğutmanın yasak olduğunu bildiriyor (4). Fakat bu standartta, aynı zamanda, bu sınırlamanın istisnaları olduğu da belirtiliyor. Bu istisnalardan birinde aşağıdaki ifade ile soğutulmuş su sistemlerinden ısı geri kazanımının kapısını açıyor: Tekrar ısıtmak veya karıştırıcı sistemlere sıcak hava sağlamak için kullanılan enerjinin en az %75 i yerinde geri kazanılan bir enerji kaynağı ise (yoğuşturucu ısısı dahil olmak üzere), veya yerinde elde edilen güneş enerji kaynağı ise. Bu nedenle, tekrar ısıtma yükünün en az %75 i için, ısı geri kazanım sistemi tasarlamak, aynı zamanda standardın ruhuna uyum sağlamak, tümüyle mümkündür. Ayrıca, ısı geri kazanımı nedeniyle mevcut çıkış sıcak suyu sıcaklığı, ek ısıtma bataryasının başarım (performans) yetenekleri dahilindedir. Bir çok değişken hava hacimli (VAV) tekrar ısıtma uygulamalarında, basit olarak 1-sıralı ek ısıtma bataryası yerine, 2-sıralı ek ısıtma bataryası kullanılarak, 40,5 o C (105 o F) ile 55 o C (131 o C) değerleri arasında sıcak su verimli olarak üretilebilir. Bu uygulamalarda geri kazanılan ısı kullanımı, uygun tasarım dikkate alınarak ve uygun miktarda yerinde geri kazanılan enerji sağlanarak mümkündür. Eğer 40,5 o C (105 o F) ile 55 o C (131 o C) değerlerinden daha yüksek sıcaklıklarda sıcak su gerekiyorsa, ısı geri kazanım çevrimine sıcak su kazanı gibi yardımcı bir ısıtma aygıtı eklenebilir (Şekil 6). Evsel Kullanım Sıcak Suyu Geri kaznılan ısı, evsel kullanım sıcak suyunun ön-ısıtması Ek Isıtma Donanımı (Isı aktarıcılı su ısıtıcı Boiler) Yeniden Isıtma Bataryasına 3 Yollu Oransal (Modülasyonlu) Kontrol Vanası (Kompresör ile yoğuşturucu girişi arasındaki basıncın -head pressurekontrolü için) Yeniden Isıtma Bataryasından Isı Geri Kazanım Şekil 6- Isı geri kazanımı ile ısıtılan suyun sıcaklığı ile çalışan Ek Isıtma Donanımı (boiler)

7 TEKNİK BÜLTEN Sayfa 7 Haziran Sayı 49 için kullanılabilir. Ancak bazı bina yönergelerinde, kullanım su kaynağının zehirli ısı aktarım akışkanları tarafından kirletilmesi tehlikesine karşı korunmasını gerektiği belirtilir. Örneğin; New York Şehri Sıhhi Tesisat Yönergesi diyor ki, Zehirli ısı aktarma akışkanı kullanan ısı değiştiriciler (heat exchanger), kullanım suyundan çift duvarlı bir yapı ile ayrılmalı ve iki duvar arasında atmosfere açılan bir hava boşluğu olmalıdır (5). Yerel kurallara uyum sağlamak profesyonel tasarımcının sorumluluğundadır. Çift duvarla havalandırılmış bir ısı değiştiricinin belirlenmesi, bu konudaki düzenlemelerin gereklerini yerine getirmenin bir yoludur. Bu tip ısı değiştiriciler bazı ısı geri kazanımlı soğutma grupları da vardır. Isı aktarım akışkanlarını içilebilir su kaynağından ayırma amacına uygun başka bir yöntem de, içilebilir su kaynağı ile geri kazanılan sıcak su arasına yerleştirilmiş bir ısı değiştirici kullanmaktır (Şekil 7). Yüzme Havuzu ve Banyo Isıtması Bazı kurallarda (6) banyo su sıcaklığı 40 o C (104 o F) ile sınırlıdır. Yüzme havuzları için istenen ısı ise 27 o C (80 o F) tır. Bu sıcaklıklar birçok ısı geri kazanım sisteminin çalışma sınırları içindedir. Bu uygulamanın özgün tasarım sorunlarından biri, ısı geri kazanım yoğuşturucusunu havuz veya banyo sularının çürütücü etkilerinden korumaktır. Yüksek yoğunlukta klor, bromür ve sodyum klorit gibi dezenfektanlar, ısı geri kazanım yoğuşturucusunun metal parçalarını aşındırabilir. Bu sorun Şekil 8 deki gibi, aşınmaya karşı dirençli uygun bir ısı değiştirici kullanılarak çözümlenebilir. Çamaşır Suyu Isıtması Ticari çamaşırhaneler, aynı zamanda açık çamaşır yıkama Kullanım (İçme) Su Beslemesi Su Isıtıcı için Sıcak Su Ara Isı Değiştirici Depolama Tankı Dolaşım (Sirkülasyon) Isı Geri Kazanım Şekil 7- Isı geri kazanım yoğuşturucusu ile kullanım (içme) suyu arasında ara ısı değiştiricili sistem Soğuk Su Havuz veya Banyo Ara Isı Değiştirici Dolaşım (Sirkülasyon) Isı Geri Kazanım Şekil 8- Isı geri kazanım yoğuşturucusu ile Havuz/Banyo arasında ara ısı değiştiricili sistem

8 TEKNİK BÜLTEN Sayfa 8 Haziran Sayı 49 diye de bilinir ve sanayi çamaşırhanelerinde, çamaşır yıkama ve durulama için önemli miktarda su kullanılır (7). Moteller, oteller, huzur evleri, tutukevleri, üniversiteler ve hastaneler dahil olmak üzere, içinde çamaşırhane bulunduran çok tesis vardır. Bu tesislerin kullandığı çok büyük miktarlardaki şehir şebeke suyu önceden ısıtarak önemli miktarda enerji tasarrufları sağlanabilir. NOT: Çoğu çamaşırhaneler kendi içlerinde ısı geri kazanım sistemlerine sahipler. Çünkü atık suy, besleme suyuna ön ısıtma uygulayacak kadar yeterli ısıya sahiptir. Isıyı geri kazanımlı su soğutma grupları uygulanması, çamaşırhane sistemi birleşik bir ısı geri kazanım sistemine sahipse sınırlı olacaktır. Tasarımcı mühendis projesinin ve uygulamanın başarılı olması için üreticinin önerdiği su soğutma grubunun giriş suyu sıcaklığı çalıştırma sınırlarını mutlaka doğrulamalıdır. Örneğin; Carrier in ısı geri kazanımlı 30RB hava-soğutmalı su soğutma grubunun giriş suyu sıcaklığı, soğutma sistemlerinde kompresör ile kondenser girişi arasındaki basıncın (yoğuşturucu basıncı- head pressure) kontrolü kullanıldığı zaman, sürekli olarak 15 o C (59 o F) ile sınırlıdır. Ana şehir suyu şebekesinden veya su kuyusundan gelen kullanım suyunun sıcaklığı 10 o C (50 o F) olabilir. Hatta bazı iklimlerde bu sıcaklık daha da düşük olabilir. 10 o C (50 o F) giriş suyu sıcaklık değeri, Carrier 30RB serisi ısı geri kazanımlı su soğutma grubunun en düşük giriş suyu sıcaklık sınırının altındadır. Isı geri kazanım yoğuşturucusu sadece fazlasıyla yararlı ısı sağlamakla kalmaz, aynı zamanda soğutma sürecinde çok önemli bir rol oynar. Yoğuşturucu giriş suyu sıcaklığı, soğutucunun yoğuşturucu basıncının kontrol sistemini etkiler: Eğer giriş suyu çok soğuksa, soğutma sisteminde yoğuşturucuda oluşan yüksek basınç su soğutucunun doğru çalışmasını etkiler. Eğer giriş suyu sıcaklığının 15 o C (59 o F) ile 40 o C (104 o F) arasında olması bekleniyorsa, su soğutma grubunun yoğuşturucusunda uygun basıncın sağlanabilmesi için su akış hızının kontrol edilmesi gerekir. Bunun için Şekil 9 da gösterildiği gibi üç yollu kontrolü olan bir oransal vana kullanılır. Giriş suyu sıcaklığı 15 o C (59 o F) ile 40 o C (104 o F) arasında olduğu zaman, su soğut grubunun yüksek basınç kontrol sistemi 3 yollu vanaya bir analog kontrol sinyali gönderir ve vananın %20 ile %100 arasında açılarak yoğuşturucudaki su akış hızını ayarlamasını ve uygun yoğuşturucu basıncının korunmasını sağlar. Hiçbir durumda üç yollu vana tam akışın %20 sinden daha az akışa izin vermemelidir. Soğuk Su Beslemesi Su Isıtıcı için Sıcak Su Depolama Tankı 3 Yollu Oransal (Modülasyonlu) Kontrol Vanası (Kompresör ile yoğuşturucu girişi arasındaki basıncın -head pressurekontrolü için) Su Soğutucudan 0-10V DC Kontrol Sinyali Sabit Hızlı Isı Geri Kazanım Dolaşım (Sirkülasyon) Şekil 9- Kompresör ile yoğuşturucu girişi arasındaki basıncın -head pressure- kontrolü için 3-Yollu Oransal (Modülasyonlu) Vanalı Soğuk Su Sistemi

9 TEKNİK BÜLTEN Sayfa 9 Haziran Sayı 49 Kar Eritme Az ile orta arası kar yağışı olan hafif soğuk iklimlerde, soğutma amacıyla yıl boyu soğutulmuş su gerektiren inşaat faaliyetleri, ısı geri kazanımlı su soğutma grubunun ürettiği sıcak sudan yararlanabilir ve bunu karı eritmek amacıyla kullanabilir (8). Bu uygulamanın en büyük sorunu, giriş suyu sıcaklığının 15 o C (59 o F) ın altına düşmemesini sağlamaktır. Kar eritme sistemi ilk etkinleştirildiğinde, bu sınırın altında kalan sıcaklıklarda akışkan olabilir. Bu nedenle, giriş suyu sıcaklığının su soğutma grubu için kabul edilebilir sınırlar içinde korunabilmesini sağlamak amacıyla, kar eritme akışkan sıcaklığının kontrol edilmesi gerekir. Bundan önceki Çamaşır Suyu Isıtma sisteminde (bkz. Şekil 9) açıklandığı gibi giriş suyu sıcaklığının 15 o C (59 o F) ın altında olduğu zaman, 3-yollu oransal vana ile yoğuşturucu basınç kontrolü yapılmalıdır. Akışkan sıcaklıklarının giriş suyu sıcaklığının 0 o C (32 o F) ın altına düşebildiği, soğuk dış hava şartlarından etkilenen bir sistem uygulamasında uygun bir antifriz kullanılmalıdır. Soğuk iklimlerde kışın toprak sıcaklığı giriş suyu sıcaklığının 15 o C (59 o F) ın epeyce altına düşebilir. Bu sıcaklık, ısı geri kazanımlı su soğutma grubunun gerekli çalışma sınırlarının dışındadır. Bu uygulamalarda, gerekli çalışma sınırlarının Kar Eritme Sistemine 3 Yollu Oransal (Modülasyonlu) Kontrol Vanası (Kompresör ile yoğuşturucu girişi arasındaki basıncın -head pressurekontrolü için) karşılanması için, kazan veya benzeri yardımcı bir ısıtma aygıtı ile ek ısıtma yapılması gerektirecektir. Şekil 10 da, ısı geri kazanımlı su soğutma grubunun çalışmasına izin vermesi amacıyla giriş suyu sıcaklığının yeteri derecede sıcak olmasını sağlamak için yerleştirilen yardımcı ısıtma aygıtı gösterilmiştir. İşlem (Proses) Isıtması Isı geri kazanımlı su soğutma grubunun sağladığı işlem için gereken çevrim hızının ve sıcaklık gereksinimlerinin tam olarak anlamak önemlidir. İşlem ısıtması, genellikle içilmez su uygulamalarıyla ilişkilendirilir. Fakat işlem suyu içme amaçlı ise uygun önlemler alınmalıdır. Bu uygulama, ısı geri kazanım yoğuşturucusu ile içilebilir su kaynağı arasına, daha önce tanımlandığı şekilde ara bir ısı değiştirici vasıtasıyla, bir ayırım gerektirir. İşlem ısıtması yüklerinin çevrimsel özellikleri eğer doğru belirlenmezse dengeli ısı geri kazanımlı su soğutma grubunun çalışmasında sorunlar yaratabilir. Isı geri kazanım çevriminin hacmi, ısı geri kazanım çevriminde dolaşan akışkanın hacmiyle tanımlanır. İşlem ısıtma yükleri dalgalandıkça bu surum daha önem kazanır. Bu dalgalanmaları önlemek için, üreticinin belirlediği en düşük çevrim hacmine mutlaka uyulmalıdır. Şekil 9 da gösterilen depolama tankı ile sisteme etkili çevrim hacmi eklenebilir ve Kar Eritme Sisteminden Isı Geri Kazanım EK ISITMA CİHAZI Şekil 10- Kar Eritme Sistemi İçin Ek Isıtma Cihazlı Sistem

10 TEKNİK BÜLTEN Sayfa 10 Haziran Sayı 49 çıkış suyu sıcaklığı dengelenebilir. Mutfak / Bulaşık Yıkama Suyu Isıtması Mutfak ve bulaşık yıkama suyu temiz su uygulamalarıdır. Bu nedenle ısı geri kazanımlı yoğuşturucu ile temiz su kaynağı arasında ara bir ısı değiştirici vasıtasıyla uygun bir ayrım yapılması gerekir. Ticari bulaşık yıkama, yerel sıhhi tesisat ve sağlık düzenlemelerine göre yüksek sıcaklıkta, 65 o C (150 o F) ın üstünde sıcak su gerektirir (9). Bu nedenle, besleme suyunun önceden ısıtılması gerekir. Bunun için en uygun yöntem Şekil 7 de gösterildiği gibi ısı geri kazanımlı su soğutma grubudur. PROJE DEĞERLENDİRİLMESİ Aşağıdaki sorular bir projenin Carrier in ısı geri kazanım çözümü için uygun olup olmadığını belirlemek için bir rehber olarak kullanılabilir. Bu ilk değerlendirme ile, ısı geri kazanım uygulama ölçütleri veri alınarak projenin uygunluk olasılığı belirlenebilir. - Soğuk ve sıcak su için eşzamanlı gereksinim? EVET-HAYIR - Isıtma sisteminden gelen sıcak su 15 o C (59 o F) ile 55 o C (131 o F) arasında mı? EVET-HAYIR - Soğuk su yükü 60 ile 190 ton arasında mı? EVET-HAYIR - Sıcak su yükü MBH arasında mı? (tek soğutucu uygulaması için) EVET-HAYIR - Su soğutma grubu için dış ortamda yer? EVET-HAYIR Yukarıdaki soruların cevapları EVET ise, Carrier ın ısı geri kazanımlı su soğutma grubu proje için uygun bir adaydır. Eğer soğutma ve ısıtma yükleri yukarıda verilenlerden büyükse, çoklu ısı geri kazanımlı su soğutma grupları kullanılabilir. ENERJİ TASARRUFU ANALİZİ 30RB Isı Geri Kazanımlı Su Soğutma gruplarından geri kazanılan ısı için çok sayıda kullanım alanı vardır. Fakat sistemin finansal uygulanabilirliğini belirlemek için ekonomik bir değerlendirme yapılmalıdır. Bir ısı geri kazanım sisteminin uygulanabilirliğini belirlemenin basit bir yolu, geleneksel bir sıcak su kazanı ile ısı geri alma soğutma grubu arasındaki potansiyel enerji maliyet tasarrufunu karşılaştırmaktır. Bu kartşılaştırmanın temeli, üretilen ısı miktarı, yakıt gideri ve seçeneklerin işletme verimlilikleri olmalıdır. Analizi basitleştirmek için, ısı geri kazanımlı su soğutucusu ile değişik birkaç sıcak su kazanı sistemi arasında Btu ısı çıkışının enerji maliyet tasarrufunu düşünelim. Şekil 11 de, bu iki sistemi karşılaştırarak olası enerji maliyet tasarrufunu belirlemek için basit bir analiz yöntemi gösterilmiştir. Şekil 11 deki tablo olası enerji maliyet tasarrufu için basit bir tahmin olanağı sağlıyor. Enerji tasarrufunu daha hassas tahmin etmek için ısı makinesinin planlanan koşullarda çalışır, soğuk ve sıcak su üretirken kısmi yük performansını da içermelidir. Carrier in Saatlik Analiz Programı (HAP v4.4 veya daha yenileri) gibi enerji analiz programları, yıllık enerji maliyet değerlendirmelerine yardımcı olur ve Enerji ve Çevre Tasarımında Önderlik (LEED ) sertifikası için USGBC ye (U.S. Yeşil Bina Konseyi) müracaatta yararlı bilgiler sağlar. Carrier ın HAP yazılımı (v 4.4 veya daha yenileri), U.S. Yeşil Bina Konseyi nin on-line kredi şablon formuna göre formatlanmış LEED Enerji ve Atmosfer Kredisi şablon verilerini Elektrikli Isıtıcı Fuel Oil (2 no) Isıtıcı ISITMA SİSTEMİ Doğal Gazlı Isıtıcı ISI GERİ KAZANIMI Isı Çıkışı MBH* Yakıt Maliyeti - Elektrik - Fuel Oil (2 no) - Doğal Gaz Enerji Geri Dönüş Etkeni - Elektrik - Fuel Oil (2 no) - Doğal Gaz ($/kwh) $/gal) $/1000 ft 3 ) kwh/mbh MBH/gal MBH/1000 ft 3 $ 0,10 0,2928 $ $ $ 12, $ 12, $ 0,10 0,2928 Verimlilik Isıtma COP Verim % 100 % 65 % 80 % 70 % 95 3, MBH için Enerji Maliyeti $ 29,28 $ 32,97 $ 26,79 $ 16,64 $ 12,26 $ 8,37 Isıtıcılardaki vb Kazanım %71 %75 %69 %50 %32 Şekil 11- Enerji Tasarrufu Analizi: Sıcak su ısıtıcılı ve ısı geri kazanımlı su soğutuculu (*MGH- Mega BTUH) -

11 TEKNİK BÜLTEN Sayfa 11 Haziran Sayı 49 oluşturma yeteneğine sahiptir. Bu özellik, LEED (v 3.0) EAc1 kredi formlarını geliştirirken ciddi bir zaman tasarrufu sağlar. EKİPMAN SEÇME KILAVUZU Isı geri kazanımlı su soğutma grubu seçerken, mutlaka üreticinin önerdiği yöntemini izlenmelidir. Carrier ın Paket Tip Su Soğutma Grubu Oluşturuma Programı (v 3.29h veya daha yeni) soğutma grubu ve ısı geri kazanım seçimlerini çok kolaylaştırır. SİSTEM TASARIMINDA DİKKATE ALINMASI GEREKENLER Bina Isıtması için Isı Geri Almalı Çoklu Soğutma Grubu Sistemleri Bütünleşik bina soğutma ve ısıtma sistemlerine, uygulama sınırlarına ve sistem bileşenlerinin kontrol koşullarına dikkat ederek erişimek mümkündür. Isı geri kazanım çevriminden ısı almaya çalışırken, eşzamanlı soğutma ve ısıtma ihtiyacı söz konusudur. Şekil 12 de gösterilen sistem, binanın HVAC yükünü karşılamak için Sadece soğutma, ısı geri kazanım veya Isıtma konumlarında çalışabilir. Bu sistem, yararlı amaçlar için ısı geri kazanımlı su soğutma grubundan ısı kazanmanın birçok potansiyel yolundan biridir. Değişken akışlı bir ana su soğutma grubu sistemi aşağıda tanımlanmıştır. Fakat ana-tali soğuk su sistemi gibi alternatif sistemler de mümkün olabilir. İki sistem için de, ısı geri kazanım pompaları, öncü ısı geri kazanım soğutma grubu tarafından başlatılmalıdır. Ayrıca, binanın ısıtma sisteminden geri gelen sıcak suyun sıcaklığı, kazanılan ısının etkili olabilmesi için, ısı geri kazanım noktasından düşük olmalıdır. Depolama tankı karışık su sıcaklığı 15 o C (59 o F) ile 40 o C (104 o F) arasında ise, soğutma grubu yoğuşturucusunda yüksek basınç kontrolü gerekir. Her iki soğutma grubunun çıkış tarafına yerleştirilmiş bir iki-yollu oransal kontrol vanası, soğutma grubunun yoğuşturucusunun yüksek basınç kontrol sinyali ile kontrol edilmelidir. Değişken Frekanslı Sürücü (VFD) ısı geri kazanım pompası, sistem fark basıncı tarafından kontrol edilir. İki-yollu vana ve değişken frekanslı pompa sistemi, pompa enerji tüketimini düşürürken gerekli yoğuşturucuda yüksek basınç kontrolü sağlamanın en iyi yoludur. Her soğutma grubuna uygulanmış üç-yönlü vanalar kullanılabilir, ancak pompa enerji tüketimi daha yüksek olur. Aşağıda verilen sistemde (Şekil 12) değişik çalışma konumlarında çeşitli sistem bileşenlerinin işlevlerini tanımlanmıştır. Bu sistem binaları soğutmak amacıyla soğutulmuş su üretmek, depolama tankındaki karışık suyu yumuşatmak için ısı geri kazanımı ve bina ısıtmak amacıyla sıcak su üretmek üzere planlanmıştır. Sadece Soğutma Konumu Soğutma çağrısı geldiği zaman, öncü soğutucuya hizmet veren 2-yollu soğuk su vanası açılacak ve soğuk su pompası akışı sağlar. Değişken ana soğutulmuş su akışı o zaman, soğuk su çevrimi boru hatlarından gelen fark basınç sinyaline cevap olarak kontrol edilen, değişken frekanslı sürücü tarafından çalıştırılan soğuk su pompası tarafından sağlanır. Soğutma grubu, ayar noktaları koşullarını esas alarak, çıkış soğuk suyunun sıcaklığını kontrol eder. Soğutma grubunun hava-soğutmalı yoğuşturucuları soğutma gazını yoğuşturur ve ısı geri kazanım yoğuşturucular kapalı kalır. Bunun sonucunda, ısı geri alma döndürecine hiç ısı eklenmez. Bina ısıtması bu konumda devre dışıdır. Eğer, ana soğuk su sıcaklığı bir soğutma grubu ile sürdürülemiyorsa, ikinci soğutma Bina Isıtma Sisteminden BİNA ISITMA ÇEVRİMİ ÇEVRİMİ Isı Geri Kazanımlı Su Soğutucular BİRİNCİL SOĞUTULMUŞ SU ÇEVRİMİ Bina Isıtma Sistemine Depolama Tankı Ek Isıtıcı Sıcak Su Değişken Frekanslı Sürücülü (VFD) Isı Geri Kazanım Değişken Frekanslı Sürücülü (VFD) Soğutulmuş Su Hava İşleme (AHU) veya Fan-coil Üniteleri Şekil 12- Bina Isıtması için ısı geri kazanımlı çoklu su soğutucu sistemi

12 TEKNİK BÜLTEN Sayfa 12 Haziran Sayı 49 grubundaki 2-yollu soğuk su vanası açılır soğuk suyun ikinci soğutma grubuna akmasına izin verilir. O zaman ikinci soğutma grubu devreye girer kontrollü bir soğuk su kaynağı sağlar. Üçüncü 2-yollu vana açılır ve onun soğutma grubunun gerektiği zamanlarda, ana soğuk su çevrim sıcaklığını sürdürmek için soğuk su sağlar. Isı Geri Kazanım Konumu Soğutma çağrısı geldiği zaman, 2-yollu soğuk su vanası, soğuk su pompası değişken frekanslı sürücü ve soğuk su sıcaklığının kontrolleri, yukarıda Sadece Soğutma konumunda anlatıldığı şekilde işlev görür. Aynı zamanda, öncü soğutma grubu, ısı geri kazanım 2-yollu oranlama vanasını asgari açık konumunda açar ve ısı geri kazanım pompasını etkinleştirerek ısı geri kazanım çevrimine ısı eklenip-eklenmeyeceğini belirlemek için giriş ısı geri kazanım suyu sıcaklığının kontrol edilsini sağlar. Isı geri kazanım suyunun akışı, ısı geri kazanım çevrim boru hatlarından gelen fark basınç sinyali ile kontrol edilen değişken frekanslı sürücünün çalıştırdığı pompa tarafından sağlanır. Soğutma grubu, girilen ısı geri kazanım ayar noktası sıcaklığından sapmayı temel alarak, ısı geri kazanım çevrimine ne miktarda ısı eklenmesi gerektiğine karar verir. Giriş suyu sıcaklığı ayar noktası koşulları yerine getirildiğinde, soğutma grubu, ısı geri kazanım çevrimine eklenen ısı miktarını azaltır. Artan soğutma yüklerine cevaben diğer soğutucular devreye girince, ısı geri kazanım 2-yollu vanaları, ısı geri kazanım çevrimine ek ısı yüklemesine izin vermek için açılırlar. Eğer giren ısı geri kazanım suyunun sıcaklığı 15 o C (59 o F) ile 40 o C (104 o F) arasındaysa, ısı geri kazanım 2-yollu oranlama vanası, uygun yoğuşturucu basınç kontrolünü sürdürmek için, soğutma grubundan vana konumunu ayarlamak üzere bir analog sinyal alır. Aynı zamanda, değişken frekanslı sürücünün yürüttüğü ısı geri kazanım pompaları, sistemin fark basıncını korumank için suyun akışını ayarlar. Binanın ısı kontrol sistemi, binanın ısıtma çevrim sıcaklığını korumak için gerektikçe sıcak su pompalarını ve yardımcı ısıtıcıyı çalıştırır. Isıtma Konumu Binanın ısı kontrol sistemi ve yardımcı ısıtıcı, tipik bir kazan sistemi, binanın bütün ısınma ihtiyacını karşılayabilir. Soğutulmuş suya gereksinim olmadığından, ısı geri kazanım soğutma grubu bu konumda kapalıdır ve ısı geri kazanım çevrimine hiç ısı eklenmez. SONUÇ Yükselen enerji maliyetleri, artan enerji tüketimi ve sonucunda ekonomi ve çevreye olan etkileri konusunda giderek artan kaygılara, soğuk su sisteminden ısı geri kazanımı mükemmel bir çözüm seçeneğidir. Aksi halde atılacak ısıyı geri kazanmak ve bunu yararlı enerjiye dönüştürmek, işletme giderlerini asgariye indirir, enerji tüketimini düşürür ve sistemi sürdürebilirliğe doğru ilerletir. Profesyonel tasarımcı, planlanan hedeflere ulaşmak amacıyla bir sistem geliştirmek için uygulama ihtiyaçlarını, sistem gereksinimlerini ve bileşenlerin yeteneğini tam olarak anlamalıdır. Bir kere bu ihtiyaçlar tam olarak anlaşılıp, uygun bir şekilde uygulandı mı, enerji verimliliği ve işletme yararları tümüyle gerçekleşebilir. Carrier in ısı geri alma soğutma grubunu kullanarak ısı geri kazanımı, çevresel sorumluluğa uygun bir enerji tasarrufu çözümü arayanlar için mükemmel bir seçimdir. Otellerden hastanelere, gazinolara veya üniversitelere, kullanım suyunu ısıtmaktan bina ısıtmaya, havuz ısıtmaya veya evsel su kaynaklarına ön ısıtma uygulanmasına, ısı geri kazanım sadece mümkün değil, aynı zamanda potansiyel olarak enerji maliyet ve tüketimini düşürmenin çok etkili bir yoludur. Isı geri kazanım soğutma grubu, fosil yakıtı kullanan su ısıtma sistemlerinin mükemmel bir tamamlayıcıdır; LEED-NC Enerji ve Atmosfer kredisini 1 puan artırır ve ASHRAE gereksinimleri karşılar veya geçer. Bir tesisin işletme giderlerinin asgariye düşürülmesi veya binanın karbon ayak izi azaltılmaya isteniyorsa, Carrier in 30RB Isı Geri Kazanımlı Su Soğutma grubu ile soğuk su sisteminden ısı geri kazanımı tümüyle mümkündür ve uygulanabilirdir. Kaynaklar: 1. Department of Energy, Buildings Energy Data Book, Buildings Share of U.S. Primary Energy Consumption, 2007, aspx?table= Energy Information Administration, 2003 Commercial Buildings Energy Consumption Survey, Table E1A. Major Fuel Consumption (Btu) by End Use for All Buildings, James B. Rishel and Benny L. Kincaid, Reducing Energy Costs with Condensing Boilers and Heat Recovery Chillers, ASHRAE Journal, (March 2007) 4. ASHRAE Standard - Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings, ANSI/ASHRAE/IESNA Standard , Section New York State Plumbing Code, P Heat exchangers (2006) 6. New York State Health Code, Compilation of the Rules and Regulations of the State of New York (NYCRR) Title 10, Volume A, Sub Part Swimming Pools, Section Swimming pool design standards, sub-section J. Riesenberger and J. Koeller, Commercial Laundry Facilities (2005) ASHRAE Handbook HVAC Applications, Chapter 50, Snow Melting and Freeze Protection, Table 5, Steady State Surface Heat Fluxes and Average Fluid Temperatures for Hydronic Snow-Melting System in Figure 3, page ASHRAE Handbook HVAC Applications, Chapter 49, Service Water Heating, Table 3, Representative Hot- Water Temperatures, page 49.10

13 TEKNİK BÜLTEN Sayfa 13 Haziran Sayı 49 CARRIER 30RB HAVA SOĞUTMALI SU SOĞUTma Grubu- AQUAS- NAP Carrier tarihi içinde Aquasnap serisi su soğutma grupları ve ısı pompaları kendine özgü standartları belirler. Yeni Aquasnap 30 RB serisi hava soğutmalı su soğutma grupları daha da güçlü bir performans ve enerji verimliliği hedefleyerek bu miras üzerine inşa edildi. Aquasnap 30RB yüksek kaliteli ve özel tasarlanmış bileşenlerinin mükemmel bütünlüğü ile dünya üzerinde daha az "ayak izi" bırakıyor. Carrier günümüzde hava koşullandırma sistemlerinin üretim ve işletme süreçlerinde dünya üzerindeki olumsuz etkilerini en aza düşürmek hedefini en önemli amaç haline getirmiştir. Aquasnap 30RB soğutma grupları "sıfır ozon" zararlı, çevre dostu Puron R- 410A soğutkan kullanır. Ayrıca yeni Aquasnap 30RB hava soğutmalı soğutma grupları, diğer modellere göre daha az soğutkan kullanır. Eurovent sertifikalı A sınıfı 30RB, Avrupa Bina Enerji Verimliliği (EPBD) nin amaçları doğrultusunda daha az enerji tüketir ve bir önceki nesile göre daha az CO 2 emisyonu üretir. 30RB'nin sahip olduğu maksimum esnekliğe sahip sofistike "Pro- Dialog+ Dijital Kontrol Sistemi", enerji tasarrufunu en üst düzeye çıkarır ve her zaman ideal konfor koşullarının elde edilmesi için tüm soğutma bileşenlerinin hassas olarak ayarlanmasını sağlar. Prodiyalog+ kontrol sisteminin arayüzünün grafiği ergonomi uzmanları tarafından çalışmayı kolaylaştıracak şekilde yeniden tasarlandı. Aquasnap 30RB hava soğutmalı su soğutucu grupları bu özellikleri ile yoğun sezon ya da iklim ayrımı olmaksızın ve hatta aşırı koşullarda, geniş bir çalışma (+48 C ila -15 C) aralığında güvenilir performans sunar. Defrost işleminde de performans ve enerji tasarrufu esastır; işlem kesinlikle gerektiğinde gerçekleşir ve sadece gerektiği kadar sürer, sistem fazladan defrost işlemi için enerji harcamaz. Değişken Su Akışı (İsteğe Bağlı): Değişken hızlı su pompaları sistemin talebine göre su akışına uyum sağlayan otomatik uyum algoritması tarafından izlenir. Böylece pompalar sisteme sadece gerektiği kadar su pompalar, fazla çalışmaz. Kompresörün Akıllı Kontrolü: Otomatik-uyum kontrol sistemi kompresörün çalışmaya başlama (start-up) sürecinin akıllı kontrolünü sağlar ve komple ünite fabrikada test edilir. Pompa ve genleşme tankı ile hidronik modülü tamamen bütünleştirilmiştir. Böylece sistemin kurulumun daha hızlı yapılabilir ve yerden tasarruf sağlanır. Klima Santrali Aquasnap Hava Dağıtıcı Fan Coil Sistem Yönetici Aquasnap 30RB hava soğutmalı su soğutma grupları yüksek verimli scroll kompresör ve eksenel fanlar kullanılır. Bu nedenle enerjiden tasarruf sağlanırken aynı zamanda gürültü seviyesi de en düşük düzeydedir. Aquasnap 30RB hava soğutmalı su soğutma grupları mevcut Bina Yönetim Sistemi (BMS) ile kolayca bütünleşebilir. Kontrol seçenekleri JBUS, BACnet gibi en yaygın iletişim protokolleri ile uyumludur. Tutarlı enerji tasarrufu ile etkin kontrol sağlayan ısıl genleşme vanası soğutma performansı maliyetini düşürür. Aquasnap 30RB soğutma grubu 3,4'e kadar çıkan EER ve 3,8'e ulaşan ESEER değerleri ile piyasadaki en iyi verimliliğe sahiptir. Isı pompası versiyonunda, Aquasnap ünitesi 3,3 COP değeri ile geleneksel ısıtma sistemlerine göre rekabetçi bir çözüm sunar. 1. Düşük sesli fan 2. ProDialog + Dijital kontrol sistemi 3. Yoğuşturucu 4. Yüksek verimli scroll kompresör 5. Değişken hızlı pompalı hidronik modül (opsiyonel) 6. Buharlaştırıcı ProDialog Fan Coil Kaset Tip Ünite DEĞİŞKEN SU AKIŞI