Termostatik ve Hidrolik Kontrollü Isı İstasyonlarının Yapısal ve Enerji Verimliliği Bakımından Mukayesesi 2012
Giriş 2007 yılı itibariyle yürürlüğe giren Enerji Verimliliği Kanunu kaynakların verimli kullanımı bakımından bir milat olmuştur. Kanunun yürürlüğe girmesi yalnızca yaşam alışkanlıklarımızı değiştirmekle kalmamış aynı zamanda dünyada yıllardır kullanılagelen birçok teknolojinin ülkemize taşınmasına vesile olmuştur. Enerji verimliliği bakımından ciddi avantajlar sunan ısı istasyonları da bu vesileyle ülkemiz tesisat sektöründe yerini bulmuştur. Bu çalışmada farklı kontrol mekanizmalarıyla üretilen ısı istasyonlarının yapısal özelliklerini, tesisata uygunluklarını ve en önemlisi Enerji Verimliliği Kanunu nun çıkış felsefesine uygunluğu esas alındığında enerji verimliliği bakımından mukayeseleri yapılmıştır. Basit Kontrol Teorisi ON/OFF Kontrol Bilinen en basit kontrol metodudur. Vana ani açılmalar ve kapanmalar yaparak çalışır. Ara noktalarda kontrol sağlanamaz. Vana ya tamamen açık ya da tamamen kapalıdır. Kontrolü sağlayabilmek için termostata aç emrini veren bir alt ayar noktası ve kapa emrini veren bir üst ayar noktası belirlemek gerekir. Sıcaklık bu iki değer arasında salınım yapar. Oransal Kontrol Oransal kontrolde vana ani açılma ve kapamalar yapmaz. Bunun yerine vana ihtiyaç oranında açılarak kontrolü sağlar. Aşırı ısınma ve sapmaların önüne geçilir. Belirli oranlar içerisinde offset (sapma) değerleri vardır. 1
Termostatik Kontrollü Isı İstasyonları 1. Termostatik Kontrollü Isı İstasyonlarının Çalışma Prensibi Termostatik kontrollü ısı istasyonlarında eşanjörde hazırlanan kullanım sıcak suyu çıkışına termostatik vananın sensörü daldırılmıştır. Bu sensör ısı ısı istasyonuna göre eşanjör içerisinde ya da eşanjör dışarısında sensör hızlandırıcı adı verilen bir parça içerisinde bulunabilir. Daire içerisinde sıcak su musluğunun açılmasıyla birlikte sensör sıcaklığı düşer ve eşanjörün kazan dönüşü üzerinde bulunan termostatik vana açılarak geçişe izin verir. Böylece kullanım suyu sıcaklığı istenilen değere ulaştığında ısı kaynağından gelen sıcak suyun eşanjöre yönlendirilmesi sonlanır. Burada kullanılan termostatik vananın son derece hızlı olması önem kazanır. Aksi halde kullanım sıcak suyunda sıcaklık dalgalanmaları gözlenir ve sistemin çalışma maliyeti yükselir. Termostatik kontrollü ısı istasyonlarında üreticilerin termostatik vana kapatma sürelerini vermelerinin nedeni hangi vananın ne kadar gecikme yaptığını belirtmek amacıyladır. Daire ısıtma hattı ve kullanım sıcak suyu hattı arasında her hangi bir kontrol mekanizması yoktur. Kazandan gelen besleme suyu termostatik vananın konumuna göre radyatöre ya da eşanjöre yönelir. 2
2. Termostatik Kontrollü Isı İstasyonlarında Sıcaklık Dalgalanmaları Oluşur Mu? Termostatik kontrollü ısı istasyonlarında özellikle düşük debilerde kontrol on/off olduğundan kullanım sıcak suyunda dalgalanmalar vardır. Bu dalgalanma değeri ısı istasyonu üzerindeki emre amade basınç değeri arttıkça buna paralel olarak artar. Bu durum ısı istasyonu öncesi ikinci bir fark basınç vanası kullanımına ihtiyaç doğurur. 3. Sistem Kullanılmadığı Zamanlarda Gereksiz İşletme Maliyeti Yaratır Mı? Termostatik kontrollü ısı istasyonları -çalışma prensipleri gereği- besleme suyunun, sıcak su kullanımı olmaması halinde eşanjöre girişini engelleyen her hangi bir mekanizmaya sahip değildir. Termostatik vana sensörünün içerisinde gömülü olduğu kullanım sıcak suyu çıkışı soğuduğunda vana açılır ve hat tekrar ayarlanan sıcaklığa erişinceye kadar eşenjör üzerinden besleme suyu geçişine neden olur. Bu süre 70 C kazan giriş sıcaklığında ortam koşullarına bağlı olarak 60 ila 90 saniyedir ve 10 C ortam sıcaklığında kendini saatte 7,5 kez tekrar eder. Bu esnada meydana gelen enerji kayıpları önemli değerlere ulaşır. Bu kayıp güncel doğal gaz fiyatlarıyla istasyon başı: 12.9 TL/ay 4. Termostatik Kontrollü Isı İstasyonlarının Aşırı Isınma, Haşlanma ve Kireçlenme Bakımından Durumu Nedir? Isı istasyonlarında kullanılan plakalı eşanjörler akışkanların karşılıklı akışı sırasında enerjilerini birbirlerine aktarması prensibine dayanırlar. Bu çalışma koşulları içerisinde sıcak olan akışkan eşanjör içi sıcaklığının artmasına neden olurken soğuk akışkan ısınırken aynı zamanda eşanjör içi sıcaklığın düşmesinde etkili olur. Böylece eşanjör sıcaklıkları iki akışkan sıcaklığı arasındaki noktalarda kalır. Termostatik kontrollü ısı istasyonlarında kullanım sıcak suyu akışı olmasa dahi eşanjör üzerinden kazan suyu geçtiği için eşanjör sıcaklığı ve içerisinde durağan halde olan kullanım sıcak suyu ( yaklaşık 2 litre) kazan sıcaklığına eşitlenir. Böylece musluk açıldığında eşanjör içerisinde bekleyen yüksek sıcaklıktaki su boşalana kadar tüketicinin hiçbir kontrol mekanizması olmadan bu sıcak suya doğrudan temas etmesi muhtemeldir. Buna ek olarak on/off kontrolün çalışma mekanizması gereği özellikle kullanım sıcak suyunu ilk açma ve kapamalarda yüksek sıcaklıklar meydana gelir. (Overshoot) 3
5. Termostatik Kontrollü Isı İstasyonlarında Balanslama Termostatik kontrollü ısı istasyonlarında P fark basınç vanası kullanım sıcak suyu ısıtma sisteminin çalışabilmesi için daire ısıtma hattı üzerine konulması bir zorunluluktur. Eşanjör ve daire ısıtma hattı arasında her hangi bir kontrol mekanizması olmadığı için kazandan gelen besleme suyu kullanım sıcak suyu üretimi esnasında basınç kaybı düşük olan radyatör hatlarına yönelebilir. Bunu engellemek amacıyla daire ısıtma hattı üzerinde fazladan kayıp yaratılır. Böylece kullanım sıcak suyu üretiminde de oldukça önemli olan fark basınç kontrolü termostatik kontrollü ısı istasyonlarında ya yapılamamış olur ya da projede ısı istasyonu önünde ikinci bir P fark basınç vanasına ihtiyaç duyulur. Termostatik kontrollü ısı istasyonlarını tercih eden pek çok projede ikinci P fark basınç vanası kullanılmıştır. 6. Termostatik Vana Ömrü Nedir? Termostatik kontrollü ısı istasyonlarının sadece bekleme konumundayken ısı kayıplarından kaynaklanan açma kapama sayısı yılda yaklaşık 65 000 dir. Buna sistem kullanımı da eklendiğinde sayı yüz binleri bulabilmektedir. Hiçbir termostatik vana üreticisi daldırma sensörlü vanaların kullanım ömrüyle ilgili bilgiyi paylaşmamaktadır. 7. Termostatik Kontrollü Isı İstasyonları By-Pass Olarak Çalışır Mı? Termostatik kontrollü ısı istasyonlarında termostatik vanaların ayar sıcaklığı genellikle 70 C ye kadar çıkabilmektedir. Bazı tüketiciler bilindiği gibi alışkanlık gereği evlerindeki tüm cihazları yüksek ayar değerlerinde kullanma eğilimdedirler. Kullanım sıcak suyu sıcaklık ayarının tüketiciye bırakıldığı durumlarda termostatik vanalarını yüksek sıcaklıklara ayarlanması sonucu (özellikle kazan sıcaklığından daha yüksek sıcaklıklara) termostatik vana sistem bekleme konumundayken işlevsiz hale gelir ve ısı istasyonunu by-pass hattından faksız çalışır. Bu diğer dairelerin ısınma ve kullanım sıcak suyu tüketim konfrorunu ciddi şekilde etkiler. Bu risk özellikle kazan sıcaklıklarının düşük seçildiği projelerde, yaz aylarında ve dış hava kompanzasyonuna bağlı olarak kazan sıcaklıklarının düştüğü durmlarda ortaya çıkar. 8. Termostatik Kontrollü Isı İstasyonlarında Kontrolörün Sızıntı Yapmaması Riski Var Mıdır? Isı istasyonlarında kontrolör olarak kullanılan pek çok termostatik vana önündeki fark basınç değeri 1 bar üzerine çıktığında basıcı yenemeyerek sızıntı yapmaya başlar. Pek çok büyük projede bu basınç değerlerine rastmak ise olağandır. Bu durum yukarıda daha önce bahsedilen sistem çalışma maliyetini daha da arttırmakla beraber, sürekli olarak yüksek sıcaklığa maruz kalan ısı istasyonu ve termostatik vananın bir süre sonra işlevsiz kalmasına neden olur. 4
Hidrolik Kontrollü Isı İstasyonları 1. Hidrolik Kontrollü Isı İstasyonlarının Çalışma Prensibi Hidrolik kontrollü ısı istasyonlarında kontrol hem hidrolik hem de termostatik olarak yapılır. DF regülatör ile kullanım sıcak suyu ihtiyacıyla orantılı olarak eşanjöre giren kazan debisi ayarlanır. Bununla beraber termostatik sıcaklık kontrol vanası ile kullanım suyu istenilen sıcaklığa ayarlanabilir. Burada termostatik vananın asıl görevi güvenliktir. Sıcak su tüketimi bittiğinde bittiğinde DF regülatör eşanjöre besleme suyu yönlendirmeyi sonlandırır. Bu kontrol hidromekanik olarak sağlandığından termostatik algılama kaynaklı gecikmeler yaşanamaz, tepkiler anlıktır. Bir başka deyişle termostatik kontrollü ısı istasyonlarında olduğu gibi vananın gecikme süresinden bahsedilmez. Daire ısıtma ve kullanım sıcak suyu üretimi arasında DF regülatör vasıtasıyla yönlendirme yapıldığından P fark basınç vanası kazan giriş ve dönüş hattına bağlanarak hem kullanım sıcak suyu üretimini hem de daire ısıtma sistemini kontrol eder. 5
2. Stabil Sıcaklık Hidrolik kontrollü ısı istasyonlarında kontrol sistemi oransal çalıştığı için sıcaklık dalgalanmaları küçüktür. Fark basınç kontrolü kazan giriş ve dönüşü arasında yapıldığından sıcaklıklar pompa basıncından bağımsız hale getirilir. 3. Sistem Kullanılmadığı Zamanlarda Gereksiz Çalışma Maliyeti Yaratır Mı? Sıcak su kullanımı olmadığı durumlarda DF regülatör eşanjöre besleme suyu girişini tamamen keser. Böylece sistem çalışmazken ısı istasyonu üzerinde her hangi bir tüketim olmaz. Dolayısıyla sistemin boşta çalışma maliyeti yoktur. DF regülatör hareketini kullanım suyu tarafındaki basınç değişiminden aldığı için tepkiler anlıktır. Termostatik vanalardaki tepki süresi bir başka deyişle gecikme süresinden bahsetmek bu tip istasyonlarda anlamsızdır. Ancak ısı istasyonu kazan giriş ve çıkışı arasında kullanılan sirkülasyon köprüsü kazan suyunu ısı istasyonu önünde hazırda bekletir. Böylece kullanım sıcak suyu ihtiyacı doğduğu anda eşanjör ısınır. 4. Hidrolik Kontrollü Isı İstasyonlarının Aşırı Isınma, Haşlanma ve Kireçlenme Bakımından Durumu Nedir? DF regülatör, sıcak su kullanımı olmadığında eşanjöre giden kazan suyunu tamamen kapattığından bekleme anlarında eşanjör içerisinde su sıcaklıkları yükselmez. Böylece ısı istasyonu hem kirece karşı korunmuş olur hem de musluk ilk açıldığında gelmesi kontrol dışı aşırı ısınmış suyla tüketicinin karşılaşması engellenmiş olur. Ayrıca sistem kontrol prensibi oransal olduğundan sistem çalışırken sıcaklık yükselmeleri (overshoot) gözlenmez. 6
5. Hidrolik Kontrollü Isı İstasyonlarında Balanslama Doğru bir balanslama için P fark basınç kontrolünün yanı sıra ikincil bir debi kontrolüne ihtiyaç vardır. Balans vanaları üreticiler tarafından P fark basınç kontrolörü ve statik debi kontrolörü olmak üzere iki parçalı üretilirler. P fark basınç kontrolörü fark basıncının ayarlanan değerin üzerine çıkmasını engellerken statik debi kontrolörü debinin istenen değerin üzerine çıkmasını engeller. Hidrolik kontrollü ısı istasyonlarında besleme suyu daire ısıtma ve sıcak su üretimi arasında yönlendirilir. Bu yönlendirme sayesinde termostatik kontolde olduğu gibi kazan suyunun eşanjöre yönlenebilmesi için daire ısıtma(radyatör) hattında fazladan bir kayıp oluşturmaya gerek yoktur. Bu sayede P fark basınç vanası kazan giriş ve dönüş hatları üzerine konularak balanslama hem kullanım sıcak suyu hem de daire ısıtma hattını kontrol eder. Bu kullanım sıcak suyu sıcaklığının pompa basıncından bağımsız olarak stabil kalmasını sağlayan faktörlerden bir tanesidir. Termostatik ve hidrolik kontrollü farketmeksizin sadece P fark basınç vanaları kullanılır çünkü radyatör hattı ile kullanım sıcak suyu üretiminde gerekli olan debi değerleri arasında farklılık vardır. Hidrolik kontrollü ısı istasyonlarında daire ısıtma hattına konulan bir zon ventili ile radyatör hattına giden debi de kontrol altına alınır. Böylece eksiksiz bir balanslama sağlanmış olur. Ayrıca hidrolik kontrollü ısı istasyonlarında P fark basınç vanası kazan giriş ve dönüş hattında kullanılabildiğinden ısı istasyonu önünde ayrıca bir balans vanasına gerek yoktur. 6. DF Regülatör Ömrü Isı istasyonlarında kullanılan DF regülatörlerin çalışan yüzeyleri kireç ve pislik tutmayan özel bir seramik malzemeyle kaplanmıştır. Dolayısıyla ısı istasyonu, çalışma koşullarına son derece uygundur. Ayrıca termostatik kontrollü ısı istasyonlarındaki kadar yüksek açma/kapama sayılarına maruz kalmadığı için ömürleri çok daha uzundur ve firmamızın garantisi altındadır. 7. Hidrolik Kontrollü Isı İstasyonları By-Pass Olarak Çalışır Mı? Hidrolik kontrollü ısı istasyonları kazan debisini kullanım sıcaklığından bağımsız olarak yönlendirdiğinden bu tip ısı istasyonları için böyle bir riskten söz edilmez. 8. Hidrolik Kontrollü Isı İstasyonlarında Kontrolörün Sızıntı Yapması Riski Var Mıdır? Termostatik vanalardaki sızıntı riski DF regülatör sıcaklıktan bağımsız çalıştığı ve pompa basıncı regülatörün çalışma yönünde baskı yaptığı için yüksek basınç değerlerinde bile DF regülatör üzerinde sızıntı oluşmaz. Böylece ısı istasyonu bir by-pass görevi görmez. 7