Su Soğutma Cihazlarında Enerji Verimliliği ve Isı Geri Kazanım

Fosil yakıtların rezervlerinin azalmaya başladığı bu dönemde fosil yakıtlara ihtiyaç da her geçen gün hızla artmaktadır. Bundan dolayı birim enerji maliyetleri de son 25 yıldır sürekli artan bir evre geçirmektedir. Enerjinin önemi her geçen gün, her alanda olduğu gibi su soğutma sistemlerinde de hızla artmaktadır. Bu çalışmamızda su soğutma sistemlerinde artan verimlilik çalışmaları hakkında dünyadaki bazı gelişmeler incelenmiştir.

Soğutma sistemlerinin ağırlıklı kullanıldığı mekanlar iş merkezleri, alış veriş merkezleri, oteller, konut (rezidans) gibi mekanlardır. Bu mekânlarda soğutma esnasında ciddi miktarda kullanım amaçlı sıcak su ihtiyaç vardır.

Bilindiği üzere kullanım sıcak suyu depolama sıcaklığı ~70 °C civarındadır. Kullanım amaçlı tesisatta dönen kullanım suyun sıcaklığının ise 45~50 °C civarında olması gerekmektedir. Soğutma çevriminde de 35~55 °C sıcak su üretiminin kolaylıkla sağlanabilme imkânı vardır. Bu sıcak su için gerekli enerji, soğutma kapasitesinin %15 ile %100 arasında istenilen koşulda soğutma sisteminin ısıtma özelliğinden yararlanılabilir.

Bu nedenle enerji harcamadan ısıtma yapılması durumunda, kullanılan enerjilerin azaltılması sonucunda soğutma sisteminde enerji verimliliği değeri artmaktadır.

Soğutma sistemleri enerji verimliğinde kavramlar birkaç kez değişmiş olsa da temel mantık aynıdır. Bu kavramların tanımı yapılıp konunun devamında EUROVENT standartları referans alınacaktır.

EER (Energy Efficiency Ratio=Enerji Etkinlik Oranı) (ARI Normuna Göre): Bir ünitenin ürettiği soğutma kapasitesinin harcanan enerjiye oranıdır.

Soğutmanın ilk döneminden yakın zamana kadar ARI normuna göre kullanılan COP (Coefficient Of Performance = Performans Katsayısı) da Amerika’da yaygın kullanılan bir birimdir.

Bu kavramlara göre EER = 3.412 COP’dir. Isı pompası (heat pump) teknolojisindeki gelişmelere paralel olarak bu cihazlarda da enerji verimliliği uzun yıllar EER kavramı ile belirtilmesine rağmen EUROVENT tarafından kullanıma alınan bir tanımlama ile bu kavram kargaşası ortadan kaldırılmıştır.

COP (Isı Pompası Isıtma Modu İçin EER = Enerji Etkinlik Oranı): Bir ünitenin ürettiği ısıtma kapasitesinin harcadığı enerjiye oranıdır.

Bu kavramlar cihazın %100 kapasitede cihazın çalış- tığı durumlarda geçerlidir. Ancak uygulamada soğutma cihazlarının %100 kapasitede çalıştıkları süre çok azdır. Aşağıdaki tabloda kuzey yarım küredeki ve Akdeniz iklim bandındaki soğutma cihazının farklı kapasitelerdeki çalışma sürelerinin toplam çalışma zamanına oranları verilmiştir. Şekil 1’de görüldüğü üzere soğutma sistemi çalışma ömrünün çok büyük bir bölümünü kapasitenin %20- 70 arasında değerde soğutma yaparak geçirmektedir. Soğutma cihazlarında yapılan tasarım özelliklerine bağlı olarak bu kısmi yüklerdeki performanslar çok değişiklik arz etmektedir.

calisma-orani

 ESEER (European Seasonal Energy Efficiency Ratio= Avrupa Mevsimsel Enerji Etkinlik Oranı): Bir ünitenin kısmi yüklerdeki meydana getirdiği soğutma kapasitelerinin bu kapasitelerdeki harcanan enerjilere orantılarının bileşkesidir.

Bu bileşke dış hava sıcaklığı ve kullanım alışkanlıklarına yapılaşma özelliklerine bağlı olarak değişen katsayı ile hesaplanması sonucu elde edilen bir bileşke değerdir. Yukarıdaki formülde belirtilen ESER değerleri hesaplamasında kullanılacak dış hava sıcaklıklarına bağlı katsayılar aşağıdaki Tablo 1’de verilmiştir.

Örnek 1 Aynı komponentler (kompresör, serpantin, kondenser fanı, eşanjör, expansion valf) kullanılan gazı ve devrelemesi aynı olan su soğutma cihazında çift kompresör olması durumunda, iki farklı kontrol durumunda ve farklı serpantin devrelemesi durumunda ESEER değerleri irdelenmiş ve sonuçları aşağıdaki Tablo 2’de verilmiştir. Yukarıda tanımlanan her üç tipteki cihazların hepsinde EER değerleri 2.8’dir.

Bu açıklamalardan görüleceği üzere EER değeri kısmen komponentlere bağlı bir tasarım (cihazın kompresör, serpantin büyüklüğü, vb.) parametreleri sonucu iken ESEER değeri farklı mühendislik ve uzmanlık gerektiren tasarım özellikleri sonucudur. Yukarıdaki tanımlamalardan da anla- şılacağı üzere enerji etkinlik oranı ve cihazın kullanımı esnasında harcanan enerji giderini EER değeri, değil ESEER değeri belirlemektedir. ESEER değerinin ARI normlarında karşılığı ise IPLV değeridir.

Su soğutma cihazlarındaki EER ve ESEER değerlerinin cihaz tipine ve kompresör tipine göre yaklaşık değerleri aşağıdaki Tablo 3’deki gibidir. Tablo 3’den su soğutmalı cihazların verimleri, hava soğutmalı cihazlara göre daha yüksektir. Yine tablodan vidalı ve santrifüj kompresörlü cihazların verimlilikleri diğer scroll ve piston kompresörlere göre çok fazladır.

tablolar

Hava soğutmalı kondenserli cihazların kolay işletim ve bakımları düşük verimliliklerine rağmen küçük ve orta ölçekli sistemlerde tercihlerine neden olmaktadır. Büyük soğutma kapasitelerinin ihtiyaç gösterdiği tesislerin vidalı ve santrifüj kompresörlü cihazlar olması ve bunların su soğutmalı kondenserli cihazlar olması önemli verimlilik avantajı yaratabilir. Ancak su soğutmalı kondenserli cihazın işletme maliyetlerine kule enerji giderleri ve kondenser sirkülasyon pompası enerji giderlerinin de dahil edilmesi gerekir.

Soğutma Sistemlerinde Verimlilik Artırıcı Uygulamalar Yukarıdaki açıklamalardan anlaşılacağı üzere EER değişmeleriyle cihaz enerji sarfiyatında %50 civarında azaltma sağlatmak mümkündür. Ancak bu kazançlara rağmen soğutma sistemlerin işletim maliyetleri oldukça yüksektir. Bundan dolayı soğutma cihazlarının işletme maliyetlerini azaltmak için arayışlar sürekli devam etmektedir.

Soğutma sistemlerinde işletme maliyetini azaltıcı uygulamalarından bir kaçını aşağıda bahsedeceğiz. Doğal Soğutmalı (Free Cooling) Sistemler Yıl boyu soğutma ihtiyacı olan tesislerde mekanik soğutma yapmak yerine iklim şartlarının müsait olduğu dönemlerde dış hava sıcaklığının kullanım suyu sıcaklığından(soğutma cihazı giriş sıcaklığı) takriben 2 Kelvin düşük olduğu sıcaklıklarda %100 mekanik soğutma yerine doğal soğutmaya geçmek, %40’lara varan enerji tasarrufu sağlamaktadır.

Bu yöntemde dış hava sıcaklığının soğutma suyu sıcaklığından 2 Kelvin düşük olduğu süreçte mekanik soğutma ile birlikte doğal soğutma başlatılır. Buna kısmi doğal soğutma denir. Dış hava sıcaklığının soğutma suyu sıcaklığından 13 Kelvin düşük olduğu süreçte ise %100 doğal soğutmaya geçilir. Mekanik soğutma çalıştırılmaz. Şekil 2’de hava soğutmalı kondenserli cihazda doğal soğutmanın çalışma şeması gösterilmiştir. Bu doğal soğutma işlemi hava soğutmalı kondenserli cihazlarda uygulandığı gibi su soğutmalı kondenserli cihazlarda da uygulanabilir.

Hava soğutmalı doğal soğutma sistemi
Hava soğutmalı doğal soğutma sistemi

Benzer yazılar

Yanıt verin.

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir