Havalandırma Sistemlerinde Enerji Verimliliği / Klima Santralleri…

Havalandırma mekanik veya doğal olarak iki şekilde yapılabilir. Isıl ve konfor şartlarının korunması bağlamında Ülkemizin birçok yerinde doğal havalandırma kesin çözüm değildir, ancak mekanik havalandırmada enerji tasarrufuna destek sağlayabilir. Bu nedenle konfor ve miktar olarak gereksinimleri tam olarak yerine getirebilen sistemler mekanik havalandırmadır. Isıtma ve soğutma mevsimsel olarak yapıldığı halde havalandırma tüm yıl boyunca yapılmak durumundadır. Hem hava debilerinin artırılması hem de tüm yıl boyunca çalışma zorunluluğu, havalandırma sistemlerinde enerji tasarrufuna azami dikkat etmek gerektiği anlamına gelmektedir. Bu yazı ve bunu takip edecek bazı yazılarda bu konudaki enerji verimliliği incelenecektir.

Konforun tam olarak sağlanması bir zorunluluktur. Bu koşulu sağlamak kaydı ile havalandırma sistemleri verimli biçimde kurulup işletilmelidir. Havalandırma sistemi bileşenleri; hava kanalları, kanallar üzerindeki menfez, damper, susturucu vb. ile klima santralinden oluşmaktadır. Verimli bir havalandırma sisteminde her bir bileşenin önemi vardır. Burada verimlilik açısından ele alınması gereken başlıca konular;

a. Klima santrali,

b. Fanlar,

c. Filtreler,

d. Isı geri kazanım sistemleri,

e. Talep esaslı havalandırma (Demand Controlled Ventilation –DCV)

f. Hava kanallarının tasarımı ve balanslanması,

g. Kazanlar, chillerler ve ısı pompaları,

h. Pompalar ve hidronik sistemler,

i. Elektrik motorları ve değişken devirli sistemler,

Şeklinde özetlenebilir. Bu yazı ile birlikte yukarıdaki sıra ile bu sistemlerdeki enerji verimliliği incelenecektir. Her ne kadar mekanik tesisat konusu olsa bile verimlilik yeşil bina sürecinin bir parçası olduğu için ilgili okuyucuların ilgi alanına gireceğini umuyoruz.

Diğer yandan sağlanması gereken iç çevre koşullarına ilişkin bilgiler daha önceki yazılarda verilmişti. İlave bilgiler ASHRAE Standart 62.1’den ve ASHRAE Standart 90.1’den ve REHVA Yayınlarından vb. edinilebilir.

2. Klima Santralleri

2.1. Genel

Havalandırma sistemlerinde en önemli enerji tüketen bileşen klima santralleridir. Bu cihazlar, mahallere verilecek havanın koşullandırılmasını (ısıtma, soğutma, nemlendirme, nem alıma, filtreleme vb.)  gerçekleştirirler. Klima santrali içindeki fanlar kanallardaki basınç kayıplarının yanında santral içi kayıpları da yenecek kapasitede olmalıdır. Fanlardaki enerji tüketiminin azaltılması için klima santrali seçim prosesine özen gösterilmelidir. Genel olarak klima santrallerinde enerjinin verimli kullanılması için;

• Klima santrallerinde alın hızı 1.5 m/s’nin altında olmalıdır.

• Ofis tipi bir klima santralinde toplam basınç kaybının 250 Pa civarında olmasına gayret edilmelidir.

• Klima santralleri EUROVENT A Class seçilmelidir.

• Gürültü seviyesinin kontrol edilmesi gerekir. Özellikle sönümlemesi en zor olan 250 Hz değeri kontrol edilmelidir.

• Fanlarda spesifik enerji tüketimi 1.3 kW/(m3/s) değerinin altında olmasına dikkat edilmelidir.

• Verimliliği eşit olan iki fandan oktav bandı 250 Hz altında olanı seçilmelidir.

• Klima santrali içinde kontrolsüz yoğuşmaya meydan verilmemelidir.

• Taze hava emiş ağızlarında kar ve yağmurun girişine engel olunmalıdır.

• Taze hava alış ve egzos atış ağızları kuş, sinek vb. girişine karşı tel kafesi ile donatılmalıdır.

Verimli bir klima santrali konfigürasyonu oluşturmada ilk adım düşük alın hızı seçmektir. Bu, ilk yatırım maliyetini artırmakla birlikte ömür boyu maliyette önemli tasarruflar sağlamaktadır. Geleneksel klima santrallerinde alın hızı 2-3 m/s arasında alınmaktadır. Bu, santral içinde 1000 Pa veya daha fazla basınç kaybı anlamına gelmektedir. Şekil 1’de ofis binalarında fanlarda ömür boyu maliyet bileşenleri görülmektedir.

Fakat günümüzde, enerji verimliliğinin gerekliliğinin farkında olan mühendisler santralde alın hızını 1.5 m/s altında ve toplam basınç kaybı 250 Pa veya daha düşük seçmelidir. Tablo 1, alın hızına bağlı olarak spesifik santral içi bileşenlerdeki basınç düşümleri verilmektedir. Tablo Standard EN 13779; 2007’ye dayanmaktadır. İyi bir klima santralinde spesifik fan gücü (SFP – Spesific Fan Power) aşağı yukarı 1.3 kW/(m3/s) civarında tutulmaya çalışılmalıdır.

Eğer ihale dokümanlarında alın hızı ve basınç düşümü konusunda bir değer yoksa, Yüklenici, doğal olarak en ucuz (alın hızı en yüksek- EUROVENT F,G) klima santralini tercih edecektir. Bu, işletme maliyetlerinin dikkate alınmaması anlamına gelir. Bu durum ilk yatırım bedeli düşük, küçük ve basınç kaybı yüksek bir klima santrali demektir. Bu durumdan düşük alın hızı seçilerek kaçınılabilir. Küçük alın hızı tesisat dairesinde daha fazla yer ihtiyacı gerektirir. Ancak ömür boyu maliyeti, CO2 emisyonları düşüktür. İyi bir tasarımla geleneksel tasarım farkı tablo 1’de açıkça görülmektedir.

Eurovent Sertifikasyon sistemi, üretilen ve montajı yapılan ürünler için gönüllü bir sertifikasyon sistemidir. Bu sistem mühendisler, üreticiler, tasarımcılar, danışmanlar için güvenilebilir bir sertifikasyon markasıdır. Bu sertifikayı alan ürünler Şekil 2.’deki ürün performans logosunu kullanırlar.

Bu sertifikasyon sistemi klima santralleri ve filtreler için çok sayıda kategoriden oluşmaktadır. Klima santrallerinin mekanik özellikleri prEN 1886:1997 standardı ve prEN 13053:1999 standardına göre sınıflandırılır. Bu kısım gövde mukavemeti, gövdedeki hava kaçakları, filtrelerdeki bypass kaçakları, gövdeden olan ısı kayıpları, ısı köprüleri ve gövdenin akustik yalıtımını kapsamaktadır. Sertifikasyon ayrıca santralin hava debisi, fanın statik basıncı ve elektrik tüketimi, kanal içindeki gürültünün oktav bandı, gövdeden yayılan gürültü, ısıtma ve soğutma kapasitesi, ısı geri kazanım, su ve hava tarafındaki basınç kayıpları gibi performans özelliklerini de kapsamaktadır. Test edilen santralların enerji performansları da belirlenmektedir. Test sonuçlarına göre santral, enerji sınıfı etiketi almaktadır.

Bu sertifikasyon tasarımcı ve danışmanlar için enerji verimli santral seçiminde kolaylık sağlamaktadır. Burada A’dan E’ye kadar 5 enerji verimliliği sınıfı söz konusudur. E en düşük sınıftır. Yukarıdaki etiketteki F ve G artık dikkate alınmamaktadır. Etiket filtre kısmındaki alın hızı, diğer bölümlerdeki basınç kayıpları ile standartlardaki diğer sınıflandırmalara göre verilmektedir. E’den düşük olan sınıflarda herhangi bir alt limiti yoktur. A’dan E’ye kadar olan sınıflandırmadaki teknik özellikler Tablo 2’de görülmektedir.

Diğer sistemlerde olduğu gibi klima santralleri de genel olarak ilk yatırım tutarına bakılarak seçilmektedir. Küçük santrallerde (düşük enerji sınıfı) alın hızı ve dolayısıyla enerji tüketimi yüksektir, buna karşın ilk yatırım bedeli düşüktür. Yüksek Class santrallerde ise alın hızı ve enerji tüketimi daha düşük ilk yatırım maliyeti daha yüksektir. Klima santrallerinde kullanılan fanlarda enerji tüketimi sınırlaması SFP tanımlaması ile sağlanmıştır. SFP değerinin 1.3 civarında veya en fazla 2’nin altında kW/(m3/s) olması gerekmektedir. Bu durum tasarımcıyı daha düşük alın hızında santral seçmeye zorlamaktadır. Bu ise santrallerin klima santralleri ömür boyu maliyete (Life Cycle Cost – LCC) seçilmesini gerektirmektedir.

Yüksek Class klima santrallerinde (örneğin class A, B) ömür boyu maliyet daha düşüktür. Öte yandan LEED sertifikasyonu, enerji verimliliği için fosil tabanlı enerji tüketiminin azaltılmasını şart koştuğundan Class A ve B tipi santraller LEED sertifikasyonu için de bir gerekliliktir. Bu nedenle tasarımcıların EUROVENT A veya enve SFP<2 olmasına özen göstermesi yararlı olur. Ayrıca işletmede de gerekli özen gösterilmelidir. Modern santraller, cihaz içi sıcaklık, basınç, nem vb. sensörlerle donatılıp Bina Otomasyon Sistemine bağlanmaktadır. Bu bağlamda işletme ve bakım personelinin daha iyi kontrol yapabilmesi için lokal izlenebilir sensörlerin de kullanılması yararlı olur.

[1Brelih, N., Seppanen O., vd.,2013, “Design of energy efficient ventilation and air conditioning system”, Romania.

[2]Wahlström, A, “Is it possible to achieve zero energy demand while rebuilding multı-dwelling buildings?”, Rehva Journal, August 2011.

Yazan: Dr. İbrahim Çakmanus / Çakmanus Mühendislik Enerji San. ve Tic. Ltd. Şti.

Kaynak: Yeşil Bina