Su Soğutmalı VRF Sistemleri Leave a comment

 

Su Soğutmalı VRF Sistemler ve Proje Tasarımı Boru Çapı Hesabı

SU VE TOPRAK KAYNAKLI VRF SİSTEMLER

ÖZET

İstenilen konfor şartlarını en az maliyetle sağlayabilmek için tüm yeni ısıtma ve soğutma sistemleri birkaç ana nedene göre çeşitlilik göstermektedir; Düşük enerji tüketimi, düşük kurulum maliyeti, doğaya en az zarar veren ve kurulumdan sonra daha az yer kaplaması gibi. Enerji talebi ve buna bağlı artış üreticileri, ısı pompası ve ısı geri kazanımlı sistemler gibi yenilenebilir ve daha verimli sistemler üretmeye zorlamıştır. Bu yazıda su ve toprak kaynaklı gelişmiş değişken soğutucu akışkan debili sistemlerinin çalışma prensipleri, enerji transfer  mekanizmalarını ve diğer sistemlerle olan mukayese çalışması özetlenecektir.

GİRİŞ

Isı pompaları, kışın gereken ısıtma, yazın ise gereken soğutma miktarını sağlayacak biçimde tasarlanan, ters carnot çevrim esasına dayalı sistemlerdir. Kışın dış ortamdaki düşük sıcaklıktaki enerji rezervuarından aldığı enerjiyi, yüksek sıcaklıktaki mahale iç ortama aktarır. Yaz şartlarında ise iç mahaldeki enerjiyi tam tersi biçimde dış ortama transfer eder. Dış ortam tabirimiz hava (atmosfer), su (göl,akarsu, yüzey suları vb) yada toprak (yer altı kaynağı) olabilir. Yaygın olarak kullanılan VRF, Multi ve Split sistemler kışın dış havayı kullanarak ısıtmayı sağlayan hava kaynaklı ısı pompaları ısınıfına girmektedir.Isı pompalarının tasarımı ve kullanımında dikkat edilen husus, çalıştıkları rezervuarların sıcak değerleridir. Isı pompalarının verimleri, çalıştıkları dış ortam sıcaklığına bağlı olarak değşim gösterir. Birçok standarda göre insanların yaz ve kış aylarında istediği sıcaklık konforu değişmez ve 24°C’nin 2 derece üzerinde yada aşağısındadır. Kışın çok ısıya ihtiyacımız olduğunda dış hava sıcaklığı en düşük seviyelere iner. Yazın ise tam tersi içerden dışarı ısı atmak isteriz, bu sefer dış hava sıcaklığı en yüksek seviyelere çıkmaya başlar. Yani her iki durumda da iç ortam ile dış ortam arasındaki sıcaklık farkı büyük değerlere ulaşır, bu da ısı pompaları için düşük verim demektir. Hava sıcaklığı tüm yıl boyunca diğer doğal ortamlara göre çok büyük değişim gösterir, diğer bahsi geçen toprak, yer altı ve yer üstü sularının sıcaklığı havaya göre daha az dalgalanırlar. Buna göre havaya göre daha verimli olan su ve toprak kaynaklı VRF sistemler kullanarak daha verimli iklimlendirme sistemi tasarlanabilir.

SU KAYNAKLI VRF SİSTEMLER

Havadan soğutucu akışkana soğutucu akışkandan havaya tip VRF sistemler dışında en çok sudan havaya veya sudan suya ısı pompalayan tip ısı pompası kullanılmaktadır. VRF sistemlerin tasarım talepleri doğrultusunda gelişmesi sonucu su kaynaklı VRF ısı pompaları üretilmiştir. Temel çalışma prensibi, konvansiyonel ısı pompalarına benzer olup, enerjiyi aktarma biçimi ve sistem elemanları açısından farklılık gösterir. Her iki sisteminde aynı performansta ve verimlilik göstermemektedir.

Su kaynaklı VRF sistemleri yapıları itibariyle sahip oldukları yüksek teknoloji ürünü verimli kompresörleri, gelişmiş ısı transfer yüzey elemanı (plakalı ısı değiştirici), kullanılan soğutucu akışkan (R410a), gelişmiş çalışma algoritmaları ve özelleştirilmiş akışkan çevrimleri ile  diğer su kaynaklı sistemlere göre daha verimlidir.

Hava kaynaklı VRF sistemlerinin performans değişim parametrelerinin başında dış ortam sıcaklığı gelmektedir. Bu nedenle projelendirme sırasında maksimum dış ortam sıcaklığı ve bu sıcaklığın değişimi nedeniyle kapasitedeki düşüm göz önünde bulundurulmalıdır. Fakat aynı proje su kaynaklı VRF sistemle çözümlendiği taktirde rezervuar kaynağımız olan su tarafında sıcaklık sabit olduğu için sezon boyunca performans sabittir ve sistemin verimlilik değerleri hava kaynaklı sistemlere göre % 30 daha verimlidir. Ekserji analizine göre su kaynaklı VRF sistemlerinin diğer sistemlere göre daha avantajlı olmasını şu noktalardaki gelişmeler belirlemiştir; Özel tasarlanmış yüksek sıkıştırma oranına sahip Brushless DC inverter kompresör, daha kompakt yapıya sahip yüzey alanı ve verimi arttırılmış plakalı ısı değiştirici ve subcooling eşanjörü, geniş pulse aralığına sahip elektronik kısılma vanası, iç ünitelerde ısıyı daha iyi transfer edecek şekilde geliştirilmiş slit ve louver kanat yapısı ve son olarak tüm bu gelişmiş teknolojileri kontrol edebilen kontrol algoritması ile diğer su kaynaklı ve hava kaynaklı sistemlere göre daha verimlidir. Dış sıcaklığın her iki sistem çalışma performansı üzerine etkisiniDış sıcaklığa göre hava ve su kaynaklı VRF sisteminin performans değişimSu kaynaklı VRF sisteminde dış ünite soğutma sırasında su hattına enerjisini atarken, ısıtma sırasında su hattından ısı çeker. Amaca göre bağlanan çoklu su kaynaklı VRF dış ünite grubu, soğutma sırasında su devresinden 30°C~35°C’deki suyun enerjisini almakta ve bu suyu 35°C~40°C’a yükselterek boru devresine geri vermektedir. Soğutma kulesi’de ısınan su soğutularak çevrimini tamamlamaktadır. Kışın ise tam tersi biçimde kazandan gelen 20°C~30°C’lik sıcak suyu 20°C civarında bir değere düşürerek su hattından ısı çeker. Çekilen ısı gelişmiş plakalı ısı değiştirici aracılığıyla soğutucu akışkana (R410a gazına) aktarılır ve bu noktadan sonra ters carnot çevrimi prensibine dayanarak algoritmasına göre biçimde soğutucu akışkan basınçlandırılarak yada direkt iç ünitelere gönderilerek mahallerin iklimlendirilmesi sağlanıristem tasarımı açısından konvansiyonel ısı pompası sistemlerine göre daha az borulama ve alan kaybı maliyetleriyle cazip görülsede, asıl iklimlendirme tasarımlarında tercih edilmesinin sebebi performansını güvenilir biçimde sezon boyunca korumasıdır. 50 metre gibi yüksek kot farklarında kullanılabilen bu sistem toplamda 300 metre mertebelerinde bakır borulama yapılmasına ve kritik hatta 150 metre ilerlemeye olanak sağlamaktadır.Enerjinin taşınması maliyetlerini düşünürsek chiller sistemlerinde su ile taşınan enerji 5kcal/kg iken, VRF sistemde 49kcal/kg dır. Bu nedenle aynı enerji ihtiyacını yaklaşık 10 kat daha az akışkan ile Su soğutmalı VRF sistemde sağlanabilmektedir. Bir m3 suyun sıcaklığını 1ºC düşürerek çekilen enerji bir m3 havanın sıcaklığını 1ºC düşürerek çekilecek enerjiden 3000 defa daha fazladır, havanın yoğunluğu düşük ise 4000 katına varan bir üstünlüğe sahiptir.Soğutucu akışkanın mahaller içerisinden geçmesi, tasarım kriterlerinden biri olan kritik gaz konsantrasyon sınırlaması normuna (ISO5149, EN378-1 normları) uyulması gerektiğini hatırlatır.(Maksimum sınır şartı 0,3 Kg/m3 R410a) Fakat aynı kriteri klasik bir su kaynaklı bir ısı pompası için düşündüğümüzde aynı soğutma kapasitesine sahip mahalde su+gaz miktarının çok fazla olduğundan klasik tip ısı pompasının riski daha yüksektir. Aynı şekilde yaşanılan mahalde ve mekanik oda çevresindeki gürültü seviyeleri VRF sistemlerde iç ünitelerde 23 dB(A) seviyelerinde ve dış ünitelerde ise 51dB(A) mertebelerinde iken klasik su kaynaklı ısı pompası sistemlerinde ses seviyeleri kompresöründe aynı mahalde olduğu dikkate alındığında çok daha fazladır.Su kaynaklı VRF sistemlerin bir diğer avantajı ise, soğutucu akışkan dağıtım kontrol kutusu kullanarak ısı geri kazanımlı biçimde tasarlanabilir olmasıdırBu dağıtım kutusu içerisinde barındırdığı selonoid vanalar yardımı ile homojen ve bağımsız bir ısı geri kazanım sağlarken, free cooling methoduna göre kule veya kazan sistemleri çalışmadan dış üniteler arasında senktronize çalışmabilmektedir. Özelikle geçiş mevsimlerinde bu çalışma algoritması ile sadece sirkülasyon pompası aracılığıyla dış üniteler birbirlerinin evaporatörü ve kondenseri gibi çalışarak sistemin minimum elektrik tüketimi ile istenilen konfor sağlanmaktadır.

ÖRNEK PROJE ÇALIŞMASITablo-1 Proje işletme detayları

YÜK (%)

YILLIK ÇALIŞMA SÜRESİ (SAAT)

TOPLAM YÜK (KW)

10%

10

3,48

20%

20

13,92

30%

40

41,76

40%

160

222,72

50%

240

417,6

60%

360

751,68

70%

600

1,461,600

80%

480

1,336,320

90%

60

187,92

100%

10

34,8

1,980

4,471,800

1. Yer: Sao Paolo’da 10 Katlı bir ofis binası,

2. İklimlendirilecek Alan: 14,000㎡

3. Bina Yüksekliği: 45m

4. İklimlendirme Tipi: Soğutma& Havalandırma

5. Cihaz Toplam Soğutma Yükü :

yaklaşık 2,600,000 kcal/h (860 RT)

 

İklimlendirme Çözümleri;

 

1. Su kaynaklı VRF sistem

2. Su soğutmalı vidalı chiller sistemi

3. Su soğutmalı turbo chiller sistemi

4. Hava soğutmalı vidalı chiller sistemi

Proje için en uygun sistemin belirlenmesi kurulum ve işletme maliyetleri kritelerine göre yapılacak olan mukayese sonucunda belirleneceğinden, kısmi yükler ve bu yüklerde çalışma süreleri belirlenir. Her bir sistemin kısmi yüklerdeki tüketim değerleri esas alındığında karşımıza deki gibi sistemlerin kısmi verim eğrileri bulunur.

ÖRNEK PROJE SONUCU

Son grafikten de kolaylıkla anlaşılacağı üzere bu proje için su kaynaklı VRF sisteminin yıl boyunca tüketimi diğer 3 chiller sistemine göre çok daha azdır. Bu fark kullanılarak yatırım sırasında VRF sistemin aradaki farkı geri ödeme süresi uzun olmayacağından NBD metoduna göre hesaplanabilir. Diğer sistemler %50 ila %100 oranında daha yüksek enerji sarfiyatına sahip olduklarından durumu Sankey diyagramında (Şekil-7) 100 birim enerji ihtiyacı için irdelersek çıktı olarak her bir sistemin küresel ısınmaya olan etkisini şu şekilde analiz edebiliriz; Birim kWh enerji oluşturmak için 2 g/kWh UE CO2 salınır. İlk enerji girişlerine bakarak su kaynaklı VRF sistemi tarafından salınan CO2 miktarı 106 g/kWh iken aynı değer diğer sistemlerde (Sezonluk COP değerleri göz önüne alındığında) Su kaynaklı Chillerde; 171,7 g/kWh UE, su kaynaklı turbo chillerde 147,3 g/kWh UE, hava soğutmalı chillerde 210 g/kWh UE mertebelerinde salınım değerlerine ulaşmaktadır. Bu da doğanın daha yaşanabilir olması adına su kaynaklı VRF sisteminin tercih sebeplerinden biri olduğunu gösterir. Aynı sistemi, Marine Type diye adlandırabileceğimiz gemilerde deniz suyunu kullanarak iklimlendirme sağlanabilmektedir (bknz RMK Gemi Müzesi Projesi)

SONUÇ

Su ve Toprak Kaynaklı VRF sistemlerinin ülkemizde yaygın olarak kullanılması enerji tasarrufu açısından önemli olacaktır. Kyoto Protokolünün imzalanmasının ardından hükümetlerin sağladığı/sağlayacağı teşvikler de göz önüne alındığında işletme maliyetleri chiller sistemlerine ve konvansiyonel ısı pompası sistemlerine göre çok daha düşük olduğundan geri ödeme süreleri çok kısadır. Tasarım kolaylığı, yüksek verimliliği ve düşük riskleri, daha az yer kaplayarak yüksek alan maliyetlerinden tasarruf sağlaması, bakım ve servis kolaylıkları bu sistemlerin tercihini daha cazip kılmaktadır.

 

REFERANSLAR:

1. ASHRAE Handbook 1993 Fundamentals Chapter 28 “ Energy Estımatıng methods”

2. Hepbaşlı Arif “Geleceğin Teknolojisi : Yer Kaynaklı Isı Pompaları” IV. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi ve Sergisi 1999 – İZMİR

3. Doğan Veli “Isı Geri kazanım ve Sudan Suya Isı Pompası Uygulaması” IV. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi ve Sergisi 1999 – İZMİR

4. Arçelik-Lg MultiV Water II ürün kataloğu, 2008

5. MultiV Water II Engineering PDB 080418″, 2008

6. American Society of Heating, Refrigerating and Air – Conditioning Engineers, Inc. “Ground Source Heat Pump” 1997 – ATLANTA

Bir cevap yazın

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Translate »