KLİMA SİSTEMLERİNDE ENERJİ EKONOMİSİ

Tesisatta enerji ekonomisine bakarken; ısıtma, soğutma ve havalandırma konuları birlikte incelendiğinde, ısıtmadan sonraki en önemli kriterin havalandırma olduğu görülecektir.

Isı yalıtımı, enerji tasarrufu için bir ilk adım olarak tanımlanabilir. Burada, yapılardaki ısı kayıplarının azaltılmasına çalışılmıştır. Bunun en önemli yansıması, bina dış kabuklarının ısıl izolasyonunun arttırılması olmuştur. Çatı, döşeme ve dış duvarlar, yalıtım kabiliyeti yüksek malzemelerden oluşturulmaya başlanmıştır. Zaman içinde izolasyon değerleri artırılarak, binaların dıştan yalıtım malzemeleriyle mantolanarak izole edilmesi noktasına gelinmiştir. Mantolama, binanın dış yüzeyinin yalıtım malzemesi ile tamamen kaplanmasıdır.

Enerji tüketen cihazlar, enerji verimliliklerine göre sınıflandırılırlar. Verimi en yüksek cihaz A sınıfı ve en düşük verime sahip cihaz G sınıfı cihaz olmak üzere bu sınıflandırma şu şekilde yapılır:
• A sınıfı
• B sınıfı
• C sınıfı
• D sınıfı
• E sınıfı
• F sınıfı
• G sınıfı

Optimizasyon, bir uygulama sırasında belirli koşullar altında mümkün olan seçenekler arasından en iyisini seçmektir. Bu kavram, enerji tasarrufu fikri yerine, enerji ekonomisi, enerjinin doğru kullanımı fikrini getirmektedir. Özellikle ulusal yönetmeliklerin bakış açısı, enerji tasarrufu değil, enerjinin doğru kullanımını sağlamaktır. Yani ne pahasına olursa olsun enerji tasarrufu yerine, akılcı ve enerjinin en ekonomik şekilde kullanımı, birinci önceliğe sahiptir; çünkü ekonomi aynı zamanda optimizasyonu içermektedir. Bütün kaynakların sürdürülebilirliği anlamında ekonomik çözüm, optimum çözümdür ve bu çözüm dinamiktir.

Kompresörler, sıkıştırma şekillerine göre volumetrik (hacimsel) sıkıştırma ve santrifüj (merkez kaç etkisini kullanarak bir döner çark ile) sıkıştırma olarak sınıflandırılırlar. En çok bilinen ve yaygın olarak kullanılan kompresör tipleri aşağıda sıralanmıştır:
• Pistonlu kompresörler
• Döner (rotary) kompresörler
• Spiral (scroll) kompresörler
• Vidalı kompresörler
• Santrifüj kompresörler
Yapılarına göre kompresörler üçe ayrılmaktadırlar:
• Açık tip kompresörler
• Yarı hermetik tip kompresörler
• Hermetik tip kompresörler

Doğru akımı (DC), alternatif akım (AC) biçimine dönüştürebilen, frekansı ve gerilimi birbirinden bağımsız ayarlanabilen cihazlara dönüştürücülü (İnverter) sistemler adı verilir.

Oda sıcaklığını, ayar sıcaklığına göre 0,1°C hassasiyetle sabit tutarak rahatsız edici ısı
dalgalanmalarını ve nem sorunlarını ortadan kaldırır. Yüksek verim ve konfor sağlar.

Taze havayı alt kotlardan, yani kuranglez içinden, toprağa yakın seviyelerden aldığımızda hava ile birlikte klima santrali filtresine doğru, daha fazla toz sürüklenir. Bu nedenle taze havayı mümkün olduğu kadar üst kottan almak gereklidir. Başka kısıtlamalar yoksa taze havanın çatıdan alınması idealdir. Bu durumda;
• Dış hava üst seviyelerde daha tozsuz ve daha az kirli olacak,
• Filtreler daha geç tıkanacak,
• Filtre ömrü daha uzun olacak,
• Enerji tüketimi daha az olacak,
• İç hava kalitesi ve konfor daha iyi olacaktır.

Sürekli yaşanan hacimlerde (ofis vb.) yaz aylarında 24°C oda sıcaklığı idealdir. Enerji ekonomisi için 25°C insanlar için ideal kabul edilebilir. Yaşam mahallerinde yazın sürekli oturulmuyorsa, girip-çıkılıyorsa (şantiye ofisleri, hatta bahçeli evlerde bahçeye sık çıkışlar vb) oda sıcaklığının dış hava sıcaklığının yaklaşık 6-8°C altında olması; önce sağlık (nezle olmamak için), sonra da enerji ekonomisi için
daha uygundur.

Isı enerjisinin taşınmasında iki önemli konu vardır:
• Enerjinin taşındığı mesafe,
• Enerji taşınım şekli (su veya hava gibi)

Sonuç olarak mekanik sistemlerin merkezi dağıtım avantajlarına karşın,
• Enerjiyi uzak noktalara taşıma,
• Taşırken oluşan ısı kayıp ve kazançları,
• Pik yük dışındaki düşük kapasite ihtiyaçlarındaki verim düşümü,
• Farklı çalışma saatlerine uyum sağlama zorlukları gibi dezavantajları da vardır.

Gereksiz yere büyük seçilen cihaz veya sistem hem pahalı olacaktır hem de genel olarak işletme, bakım ve yedek parça maliyeti daha fazla olacaktır. Çünkü büyük cihaz veya sistem, daha çok kısmi yüklerde çalışacaktır ve genellikle termik sistemler, kısmi yüklerde daha düşük verim değerlerine sahiptir. Günümüzde geliştirilen cihazlardaki mükemmel kapasite kontrol sistemleri, kısmi yüklerdeki verim düşümlerini azaltmış olsalar da bu genel doğru, kazan, soğutma grubu, fanlar, pompalar gibi pek çok cihaz için geçerli değildir. Bu nedenle aşırı büyük cihaz ve sistem seçimlerinden mümkün olduğunca kaçınmak gerekmektedir. İhtiyacın minimum kapasiteyle karşılanması (konforu etkilemeden) bir tasarım hedefi olmalıdır.

Havalandırmadan olan ısıl kazançları önleme amacıyla belli başlı yöntemler vardır. Bunlar iç ortamdaki enerji tüketen cihazlarından kaynaklanan ısıl kazançları azaltmak, havalandırma sistemi ile ilişkili olan ısıl kazançlar ve iç ortama bağlı olan ısıl kazançlardır.

Aydınlatmadan Olan Kazançları Azaltma Önlemleri
• Verimli aydınlatma armatürleri kullanmak (elektronik balastlı),
• Aydınlatmadan oluşan ısı kazancını armatür üzerinden doğrudan dışarı atmaya imkân veren armatürler ve sistem kullanmak,
• Mümkün olduğu kadar doğal aydınlatmadan yararlanmak veya aydınlatma otomasyonu kullanmak.

Fan seçerken, değişen hava debilerindeki verim eğrisi dikkatle kontrol edilmelidir. Azalan hava debisinde elektrik tüketiminin nasıl değiştiği ve dağıtım kanallarındaki balansın nasıl etkilendiği de kontrol edilmelidir.

Havalandırma Sistemlerinde İlave Enerji Tasarrufu Önlemleri
• Havalandırma fanlarının gereksiz çalışması durdurulmalıdır.
• Taze hava miktarı, iç hava kalitesini düşürmeden minimize edilmelidir.
• Klima santrallerinde entalpi kontrolü yapılarak hava tarafına ekonomi çevrimi uygulanmalıdır.
• Gece soğutması ve havalandırması yapılmalıdır.

Soğutulmuş su borularında da (aynen hava kanallarında olduğu gibi) boru çapı ne kadar büyük seçilirse,
• Su akışına karşı olan direnç azalır.
• Pompalama enerjisi azalır.
• Pompa küçülür, maliyeti azalır.
Buna karşılık,
• Boru maliyeti artar.
• Vana, fittings ve armatür maliyeti artar.
• Boru yalıtımı maliyeti artar.
• Isı kazancı artar.
Ancak optimizasyonda enerji kayıplarını minimumda tutmak ön planda tutulmalıdır.

Avrupa standartlarında hava kanallarında üç sızdırmazlık sınıfı tarif edilmektedir. Bu sızdırmazlık sınıfları;
• A (düşük) sınıfı : 400 Pa’da 1,32 l/s.m2 kaçak
• B (orta) sınıfı : 400 Pa’da 0,44 l/s.m2 kaçak
• C (yüksek) sınıfı :400 Pa’da 0,15 l/s.m2 kaçak

Özellikle tam sulu klima sistemlerinde, yıllık elektrik enerjisi tüketiminde pompalar önemli paya sahiptir. Bu tür klima sistemlerinde, pompaların HVAC cihazlarının toplam elektrik tüketimleri içinde payı %3-12 mertebesindedir.

Tek bir dış üniteye (veya dış ünite grubuna) tek bir bakır boru hattı ile bağlanabilen çok sayıda iç ünite ile tüm bağımsız mekanlarda ısıtma ve/veya soğutma ve kısmi havalandırma yaparak istenilen iklim koşullarını sorunsuz sağlayan bir klima teknolojisidir. Son yıllarda enerji tasarrufunun, konforun, işletme maliyetlerinin ve hassas kontrolün ön plana çıkmasıyla VRV (Variable Refrigerant VolumeDeğişken Soğutucu Akışkan Debisi) sistemler HVAC sektöründe önemli bir yer almıştır. Modüler, kompakt ve esnek yapıları ile çok katlı binadan tek bir villaya kadar tüm yapılarda esnek uygulama imkânı sunmaktadır. Bu sistemler bir tek gidiş ve dönüş bakır boru hattı ile birden çok iç üniteyi çalıştırabilen sistemlerdir. Bu özellik VRV sistemler ile çoklu sistemleri birbirinden ayıran en temel özelliktir.

Öte yandan VRV sistem ünitelerinin gelişmiş elektronik özellikleri sayesinde;
• Toplam enerji harcaması,
• Her iç ünitenin çalışma süresi,
• Ünite başına harcanan enerji miktarı,
• İç ünitelerin çalışma eğrileri
kolayca grafik halinde elde edilebilmekte ve bu sayede enerjinin eşit paylaşımı sağlanabilmektedir. Bu enerji dağılımı oransal olarak yapılmakta olup %100 bir ölçüm gerçekleştirilememektedir.

Yapı elemanlarının kalitelerinin gün geçtikçe daha da artması ve bunun sonucunda pencere ve kapı sistemlerinin neredeyse hiç hava sızdırmaması, enfiltrasyon (sızıntı) sayesinde sağlanan doğal havalandırmanın yeni kaliteli binalarda yeterince gerçekleşmemesini beraberinde getirmiştir. Nefes alamayan bu binalarda havalandırma sistemi yok ise oksijen yetersizliği oluşmakta; ortamda bakteri ve virüs konsantrasyonu artarak hastalıkların bulaşma riski ve hızı artmakta; insanlardan, eşyalardan ve yapı malzemelerinden yayılan koku ve gazlar, sigara dumanı ve toz oluşumu gibi olumsuz etkiler sonucunda iç hava kalitesi çok düşerek sağlıksız bir ortam oluşmaktadır.

Soğutma sırasında, uygun dış ortam şartları mevcutken, dış hava - dönüş havası karışım damperi kullanılarak taze hava oranı arttırılabilir ve böylece kompresör kullanılmadan soğutma yapılabilir. Bu şekilde karışım havası damperlerinin kontrol edilmesi durumu ekonomizör olarak adlandırılır. Bu işlem; sıcaklık kontrolü ve entalpi kontrolü olmak üzere iki biçimde gerçekleştirilebilir.

Zon kontrolünün faydaları aşağıdaki gibi sıralanabilir:
• Gün ve mevsimlere göre değişen ısıtma/soğutma ihtiyaçlarına göre sistemin kendisini uyarlaması,
• Bölgelerin ayrı ayrı sıcaklıklara ayarlanabilmesi,
• Binanın her yerinde homojen konfor şartlarının sağlanması,
• %30’a varan enerji tasarrufu.

Oda sıcaklığı ayar noktasını yükseltmek: Oda sıcaklığı ayar değerini 1°C yükseltmek suretiyle soğutma yükü yaklaşık %7-10 mertebesinde azaltılabilir.

Değişken devirli pompalar kullanmak: Merkezi sulu klima sistemlerinde değişken debili sistem ve değişken devirli pompalar kullanarak pompa enerjisinde % 60-70 oranında ve toplam HVAC sisteminin kullandığı enerjide de %7-12 oranında tasarruf potansiyeli vardır.