Su Soğutma Cihazlarında Enerji Verimliliği ve Isı Geri Kazanım
1--Otel, AVM, iş merkezi, hastane, fabrika, okul gibi soğutma esnasında kullanım sıcak suyu ihtiyacı olan tesislerde kullanım suyu depolama sıcaklığı 70 ºC kullanım suyu sıcaklığı ise 45 ~ 50 ºC civarındadır.
1.1--Su soğutma cihazından atılan ısının sıcaklığının da 35 ~ 60 ºC olduğu bir gerçektir. Üstelik bu atılan ısı
soğutmadaki enerjiden daha fazladır. Bu ısı kullanılabildiği durumda tesisin toplam enerji maliyetinde önemli azalmalar olacaktır.
2--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.
2.1--Bu sıcak su için gerekli enerji, soğutma kapasitesinin %15 ile %100 arasında istenilen koşulda soğutma sisteminin ısıtma özelliğinden yararlanılabilir.
3--Enerji harcamadan ısıtma yapılması durumunda, kullanılan enerjile-rin azaltılması sonucunda soğutma sisteminde enerji verimliliği değeri artmaktadır
4--Soğutma sitemlerinde ısı geri kazanımı iki şekilde gerçekleştirilir:
1--%100 ısı geri kazanımlı (paralel eşanjörlü) sistemler
2--Kısmi ısı geri kazanımlı (seri eşanjörlü) sistemler
%100 Isı Geri Kazanımlı (Paralel Eşanjörlü) Sistemler
Soğutma ile birlikte çok yüksek miktarda ısıtma enerjisine ihtiyaç olan tesislerde ön ısıtma amaçlı kullanılır.
4.1--Soğutma sisteminin verimliliğini, ısıtma suyunun sıcaklığı tayin eder. Sistemde mevcut kon-densere paralel ikinci bir sulu eşanjör vardır. Isıtma ihtiyacı olduğu sürece ısıtma eşanjörü çalışır. Isıtma ihtiyacının ortadan kalkması durumunda normal kondenser devreye girer.
4.2--Su soğutma cihazlarının verimliliği kondenserde oluşan kondenzasyon (yoğuşma) sıcaklığına bağlı-dır. Kondenzasyon sıcaklığı dış hava sıcaklığının fonksiyonu olarak oluşur. Dış hava sıcaklığı artıkça kondenzasyon sıcaklığı artar ve cihazın enerji tüketimi de artar.
4.3--Su soğutma cihazlarının yıllık kullanım süreleri (konfor kliması için) 750~1750 saat arasında bir değerdedir. Bu çalışma ömrünün ancak %5 civarında bir bölümünü yüksek kondenzasyon şartlarında çalışmaktadır. Bu sürede toplamda 25~100 saat civa-rındadır. %100 Isı geri kazanımlı sistemlerde su soğutma cihazları genellikle yüksek kondenzasyonda çalışırlar.
4.4--Bu durumda normalde daha az enerji tüketen cihaz daha fazla enerji tüketmeye başlar.%100 ısı geri kazanımında kazanılan enerjinin bir maliyeti vardır.Bu maliyet ısı geri kazanımda kullanılan suyun sıcaklığı ile alakalıdır. Sıcaklığın düşük tutulması durumunda ısı geri kazanım enerji maliyeti azalır. Bu kazanım ile ilgili optimizasyon kullanılan bölge-nin iklim koşulları ve sistemin çalışma süreci dikkate alınarak yapılmalıdır
4.5--% 100 ısı geri kazanımlı sistemlerin ısı geri kazanım esnasında ısıtılan suyun sıcaklığının yüksekliği soğutma kapasitesini olumsuz yönde etkilemektedir.
4.6--Bu nedenle soğutma sisteminin gerek ilk yatırımında gerekse işletmesi esnasında bir maliyet artışı getir-mektedir. Bu durum ısı geri kazanımında meydana getirdiği işletme maliyeti ile ısı yüklerinin ihtiyacı az olduğu durumlarda ekonomik olmayabilir.
4.7--Bu enerji kondenserin attığı enerjinin %10 ~ %25 arasında bir değerdedir. Burada kazanılan enerjinin sıcaklığı %100 ısı geri kazanımdaki maksimum sıcaklıktan 5~10 K yüksek olabilir. Kısmi ısı geri kazanım sıcaklığın yükselmesi ısı geri kazanım kapasitesinin azalmasına neden olur.
5--Hava soğutmalı kondenserli cihazların kolay işletim ve bakımları düşük verimliliklerine rağmen küçük ve orta ölçekli sistemlerde tercihlerine neden olmaktadır.
5.1--Büyük soğutma kapasitelerinin ihtiyaç gösterdiği tesislerin vidalı ve santrifüj kompresörlü cihazlar olması ve bunların su soğutmalı kondenserli cihazlar olması önemli verimlilik avantajı yaratabilir.
5.2--Ancak su soğutmalı kondenserli cihazın işletme maliyetlerine kule enerji giderleri ve kondenser sirkülasyon pompası enerji giderlerinin de dahil edilmesi gerekir
6--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.
6.1--Bu yöntemde dış hava sıcaklığının soğutma suyu sıcak-lığından 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.
7--Soğutma cihazı seçiminde yüksek EER ve ESEER değeri olan cihazlar tercih edilmelidir.ESEER değeri yüksekliği EER değeri yüksekliğinden daha önemlidir.
8--Kısmi ısı geri kazanımlı sistemler yan ürün olarak sıcak su üretmekte ve sıcak su üretiminin kullanıp kullanılmaması soğutma sistemine herhangi bir tesiri olmamaktadır.
8.1--Bazı hallerde küçük soğutma ihtiyaçlarının karşılanması enerji verimlili-ği açısından uygun olamayabilir. Bu durumda soğut¬ma ihtiyacını bir soğutma cihazı yerine birkaç soğutma cihazı ile karşılamak daha uygun olur.
9--Su soğutma cihazlarının motorlarının bazı hallerde kurulan mahaldeki en büyük enerji tüketen aygıt olması muhtemeldir. Bu durumda kalkınma esnasın-da elektrik şebekesinde olumsuzluklar yaşanabilir Bu olumsuzlukları en aza indirmenin yolu ihtiyacı güçlü tek cihaz yerine birkaç cihaz ile sağlamak gerekir
10--Büyük soğutma kapasitelerinde enerji verimliliğini artırmak ve şebeke problemlerini en aza indirmek için cihazların çalıştırılması ve durdurulmasında belirli bir sıralamaya uyulması gerekir. Bu işlem başarılı yapılırsa enerji verimliliğini artırır.
11--Akıllı Uyarlanabilir Kontroller bu kontroller ile soğutma cihazı ile soğutma sistemi arasındaki optimizasyon sürekli olarak kontrol edilir ve soğutma cihazının en verimli şekilde çalışması sağlanır. Bu tür kontroller ile soğutma durumunda %20 ısıtma durumunda %40’lara varan enerji tasarrufları sağlayabilmek mümkün görülmektedir
12--Kısmi ısı geri kazanımının çok sıcak havalarda kul-lanılması sistemin bu havalardaki kapasite kayıplarını da kısmen veya tamamen ortadan kaldırmaktadır
12.1--Soğutma sezonu boyunca yüksek kapasitede ısı ener-jisine ihtiyaç duyulan projelerde de %100 ısı geri kazanımlı cihazlar değerlendirilmelidir
13—Örnekler:
13.1--Örnek 1:
1--Ankara’da bir fabrikanın yaz aylarında soğutma ihti¬yacı 1600 kW’tır. Isıtma suyu ihtiyacı (40 ºC) 2100 kW’tır. Fabrikanın yoğunluğu %80’dir.
2--Fabrikada kullanılan enerjinin birim elektrik fiyatı 0.13 TL/kWh doğal gaz birim fiyatı 0.06 TL/kWh’dir. Bu tesiste ısı geri kazanımlı soğutma sistemi kullanıla-bilir mi? Optimizasyon sıcaklığı kaç derece olmalı?
3--Ankara dış hava sıcaklığı yaz ayları için. 35 ºC--Ankara soğutma sezonu 750 saat kadardır.--Su soğutma cihazının çalışma sıcaklığı aralığı 7-12 ºC--Ankara için ortalama dış hava sıcaklığı 26 ºC.
4--Cihazın soğutma kapasitesi 2173 kW’tır-Cihazın tüketeceği enerji 578 kW’tır.
4.1--Aynı cihazı ısı geri kazanımlı olarak tasarladığımızda; Cihazın soğutma kapasitesi 1936 kW’tır Cihazın ısıtma kapasitesi 2200 kW Cihazın tüketeceği enerji 726 kW’tır.
5—Yapılan hesaplamalar göre Isı geri kazanım maliyeti 50000 €’dur
5.1--Yapılan sistemin geri dönüşümü 50.000*2.5/59.520 = 2.10 yıldır.
5.2--Ancak tüketilen ısı enerjisinin azalması durumunda soğutma maliyetleri artmakta veya sıcak su ihtiyacının 40 ºC yerine 45 ºC çıkması durumunda sistemin geri dönüş süresi 4 yıla çıkar.
13.2--Örnek 2:
1--Ankara’da bir fabrikanın yaz aylarında soğutma ihti¬yacı 1250 kW’tır. Isıtma suyu ihtiyacı (45 ºC) 750 kW’tır. Fabrikanın yoğunluğu %80’dir. Fabrikada kullanılan enerjinin birim elektrik fiyatı 0.13 TL/kWh doğal gaz birim fiyatı 0.06 TL/kWh’dir. Bu tesiste ısı geri kazanımlı soğutma sistemi kullanıla-bilir mi? Optimasyon sıcaklığı kaç derece olmalı?
2--Ankara dış hava sıcaklığı yaz ayları için. 35 ºC--Ankara soğutma sezonu 750 saat kadardır.--Su soğutma cihazının çalışma sıcaklığı 7 -12 ºC--Ankara için ortalama dış hava sıcaklığı 26 ºC--Cihazın soğutma kapasitesi (26ºC temp) 1345 kW’tır.
3--Cihazın Tüketeceği enerji (mks temp) 397.7 kW’tır.Cihazın Tüketeceği enerji (26ºC temp) 329 kW’tır.Birim Soğutma Kapasitesine Karşılık Tüketilen
Enerji 0,24 kW/Kw
4--Aynı cihazı ısı geri kazanımlı olarak tasarladığımızda;Cihazın soğutma kapasitesi 1345 kW’tır.Cihazın ısıtma kapasitesi 250 kW--Cihazın Tüketeceği enerji 329 kW’tır
5—Yapılan hesaplara göre Isı geri kazanım maliyeti 7500 €’dur.Yapılan sistemin geri dönüşümü 7.500*2.4/9.000=2 yıldır
6--ESEER değeri yüksekliğinden dolayı bir bedel ödenecek ise bu bedelin geri dönüşümü 0~5 yıl arasında olmalıdır.
Kaynak:Su Soğutma Cihazlarında Enerji Verimliliği ve Isı Geri Kazanım-Erhan BUDAK-Bekir CANSEVDİ-Ali GÜNGÖR-Tesisat Mühendisliği - Sayı 139 - Ocak/Şubat 2014
Su Soğutma Cihazlarında Enerji Verimliliği-2:
1—Birimler:
1—Isı pompası bir ünitenin ürettiği soğutma kapasitesinin harcanan enerjiye oranı EER diye ifade edilir.
1.1-- COP =Isı Pompası Isıtma Modu İçin EER = Enerji Etkinlik Oranı= Bir ünitenin ürettiği ısıtma kapasitesinin harcadığı enerjiye oranıdır. 1EER = 3.412 COP’dir.
1.2-- 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.
1.2.1-- ESEER değerinin ARI normlarında karşılığı ise IPLV değeridir
2-- Su soğutma cihazlarındaki EER ve ESEER değerlerinin cihaz tipine ve kompresör tipine göre yaklaşık değerleri:
2.1—Cihaz Yapılarına göre ESEER değeri:
1—Çift kompresör kontrol………..3.85
2—Çift kompresör farklı kontrol….4.25
3—Farklı bir serpantin devrelemesi...4.26
2—Soğutma sistemlerinde cihaz tipine göre yaklaşık verim-EER ve ESEER değerleri:
1—Su soğutmalı kondenser:
1---Scrool ve Pistonlu…EER=3-4….ESEER=3.5-5.5
2---Vidalı……………EER=3.5-4.5….ESEER=4-6
3---Santrifüj Klasik……EER=4-5….ESEER=4.5-7.0
4---Santrifüj Manyetik Yataklı…EER=4-5.5….ESEER=6-10
2—Hava soğutmalı kondenser:
1---Scrool ve Pistonlu…EER=2-3….ESEER=3.5-5.5
2---Vidalı……………EER=2.5-3.5….ESEER=4-5.5
3---Santrifüj Klasik………EER=3.5-4….ESEER=4-6
4---Santrifüj Manyetik Yataklı-EER=3.5-4…ESEER=4-6.5
3--Doğal Soğutmalı (Free Cooling) Sistemler :
3.1--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(yaklaşık 2 C) düşük olduğu sıcaklıklarda
%100 mekanik soğutma yerine doğal soğutmaya geçmek %40’lara varan enerji tasarrufu sağlamaktadır.
Buna kısmi doğal soğutma denir.
3.1.1--Dış hava sıcaklığının soğutma suyu sıcaklığından 13 Kelvin düşük olduğu süreçte ise %100 doğal soğutmaya geçilir. Mekanik soğutma çalıştırılmaz
3.2—Örnek:
3.2.1--Örnek tesis 1000 kW soğutma kapasitesinde olup minimum yük maksimum yükün %60’ı kadardır.Tesis 24 saat çalışmaktadır. Bu tesis de klasik soğutma sistemi ile doğal soğutmalı sistem ayrı analiz edilmiştir.
Klasik cihazın ilk yatırım maliyeti……………… 83.000 Euro doğal soğutmalı cihazın ilk yatırım maliyeti……103.000 bin Euro ön görülmüştür.
Kullanım suyunun sıcaklığı 15 °C olarak alınmıştır.
3.2.1—Yapılan çalışmaya göre illere göre tasarruf edilen enerji miktarının bedeli(Euro) ve yatırımın geri dönüş süresi(yıl)
Ankara………….53823 Euro………0.4 yıl
İstanbul………….25595 Euro………0.8 yıl
İzmir….…………17081 Euro………1.17 yıl
Gaziantep……….26435 Euro………0,75 yıl
Kayseri………….50929 Euro………0.39 yıl
Manisa……….....21784 Euro……….0.9 yıl
Konya………….43703 Euro………..0.47 yıl
3.2.2-- Yıl boyu soğutma yapan tesislerde üzerinde doğal soğutma ekipmanı da bulunan soğutma cihazı kullanılması durumunda yapılan ilave yatırımlar kendisini 5 ila 15 ay arasında amorti edebilmektedir.
4-- Isı Geri Kazanımlı Sistemler:
4.1--Otel, AVM, iş merkezi, hastane, fabrika, okul gibi soğutma esnasında kullanım sıcak suyu ihtiyacı olan tesislerde kullanım suyu depolama sıcaklığı 70 ºC kullanım suyu sıcaklığı ise 45 ~ 50 ºC civarındadır.
4.1.1--Su soğutma cihazından atılan ısının sıcaklığının da 35 ~ 60 ºC dır. Üstelik bu atılan ısı soğutmadaki enerjiden daha fazladır.Bu ısı kullanılabildiği durumda tesisin toplam enerji maliyetinde önemli azalmalar olacaktır.
4.1.2--Soğutma sitemlerinde ısı geri kazanımı iki şekilde gerçekleştirilir:
1--%100 ısı geri kazanımlı (paralel eşanjörlü) sistemler
2--Kısmi ısı geri kazanımlı (seri eşanjörlü) sistemler
4.2—Örnek:Ankara’da bir fabrikanın yaz aylarında soğutma ihtiyacı 1600 kW’tır. Isıtma suyu ihtiyacı (40 ºC) 2100 kW’tır.
Fabrikanın yoğunluğu %80’dir. Fabrikada kullanılan enerjinin birim elektrik fiyatı 0.13 TL/kWh doğal gaz birim fiyatı 0.06 TL/kWh’dir.
Bu tesiste ısı geri kazanımlı soğutma sistemi kullanılabilir mi
4.2.1-- Bu cihazı klasik soğutma cihazı olarak tasarladığımızda;
1--Ankara dış hava sıcaklığı yaz ayları için. 35 ºC--Ankara soğutma sezonu 750 saat kadardır.
Su soğutma cihazının çalışma sıcaklığı aralığı 7-12 ºC--Ankara için ortalama dış hava sıcaklığı 26 ºC-- Cihazın soğutma kapasitesi 2173 kW’tır.--
Cihazın tüketeceği enerji 578 kW’tır.Birim Soğutma Kapasitesine Karşılık Tüketilen Enerji 0,27 kW/kW
2--Aynı cihazı ısı geri kazanımlı olarak tasarladığımızda;
2.1--Cihazın soğutma kapasitesi 1936 kW’tır.Cihazın ısıtma kapasitesi 2200 kW-Cihazın tüketeceği enerji 726 kW’tır.
2.1.1-- Birim Soğutma Kapasitesine Karşılık Tüketilen--Enerji 0,32 kW/kW-- (0,37-0,27)*1600= 160kW--160*750*0.8 = 96000 kWh ısı geri kazanım için fazladan tüketilen enerjidir.96000*0,13 = 12.480 TL
ısı geri kazanım için harcanan sezonsal enerji bedelidir.2000*750*0,8 = 1200000 kWh doğal gaz kullanılması durumunda sarf edilecek enerjidir.
1200000*0,06 = 72.000 TL doğal gaz kullanılması durumunda sezonsal enerji bedelidir.Kazanım 72.000-12.480 = 59.520 TL/yıl--Isı geri kazanım maliyeti 50000 €’dur.Yapılan sistemin geri dönüşümü 50.000*2.5/59.520 = 2.10 yıldır.
2.2—Örnek:
2.2.1-- Ankara’da bir fabrikanın yaz aylarında soğutma ihtiyacı 1250 kW’tır. Isıtma suyu ihtiyacı (45 ºC) 750 kW’tır. Fabrikanın yoğunluğu %80’dir. Fabrikada kullanılan enerjinin birim elektrik fiyatı 0.13 TL/kWh doğal gaz birim fiyatı 0.06 TL/kWh’dir. Bu tesiste ısı geri kazanımlı soğutma sistemi kullanılabilir mi
2.2.2-- Ankara dış hava sıcaklığı yaz ayları için. 35 ºC--Ankara soğutma sezonu 750 saat kadardır.--Su soğutma cihazının çalışma sıcaklığı 7 -12 ºC--Ankara için ortalama dış hava sıcaklığı 26 ºC--Cihazın soğutma kapasitesi (mks temp) 1250 kW’tır.Cihazın Tüketeceği enerji (mks temp) 397.7 kW’tır--Birim Soğutma Kapasitesine Karşılık Tüketilen Enerji 0,24 kW/Kw
2.2.2.1--Aynı cihazı ısı geri kazanımlı olarak tasarladığımızda;Cihazın soğutma kapasitesi 1345 kW’tır.Cihazın ısıtma kapasitesi 250 kW--
Cihazın Tüketeceği enerji 329 kW’tır.Birim Soğutma Kapasitesine Karşılık Tüketilen Enerji 0,24 kW/kW--
ısı geri kazanım için ekstra bir enerji harcaması yoktur.250*750*0,8=150000kWh--150000*0,06=9.000 TL--Kazanım 9.000 TL/yıl-Isı geri kazanım maliyeti 7500 €’dur.--
Yapılan sistemin geri dönüşümü 7.500*2.4/9.000=2 yıldır.kısmi ısı geri kazanımlı sistemler yan ürün olarak sıcak su üretmekte ve sıcak su üretiminin kullanıp kullanılmaması soğutma sistemine herhangi bir tesiri olmamaktadır.
3--Soğutma Sistemlerinde Diğer Enerji Verimliliği Çalışmaları:
1-- İşletme Düzenleyici (Sequancer)
2-- Akıllı Uyarlanabilir Kontroller (Logic Control- Adaptiv Function Control): Bu tür kontroller ile soğutma durumunda %20 ısıtma durumunda %40’lara varan enerji tasarrufları sağlanabilir.
4-- Soğutma cihazı seçiminde yüksek EER ve ESEER değeri olan cihazlar tercih edilmelidir.ESEER değeri yüksekliği EER değeri yüksekliğinden daha önemlidir.
Kaynak: Tesisat Mühendisliği - Sayı 139 - Ocak/Şubat 2014--Su Soğutma Cihazlarında Enerji Verimliliği ve Isı Geri Kazanımı--Erhan BUDAK--Bekir CANSEVDİ-Ali GÜNGÖR