Hava soğutmalı chiller uygulamaları için sistem · ŞEKİL 1: HVAC SİSTEMİ BİLEŞENLERİ 2 • Chiller • Pompalar • Hidrolik kolektörler • Inertial tanklar • Fan coiller

Hava soğutmalı chiller uygulamaları için

sistem optimizasyonu

UYGULAMA

BÜLTENİ

UYGULAMALAR VE ENERJİ OPTİMİZASYONUIsıtma, havalandırma ve klima (HVAC) sistemleri bir yapının termo-higrometrik koşullarını düzenlediklerin dolayı kritik bir rol oynarken, aynı zamanda en çok enerji tüketen sistemlerdir.Termo-higrometrik kontrolün aşağıdaki gibi bazı parametrelerin kabul edilebilir bir aralıkta tutulmasına dayalı olduğunu hatırlatmakta yarar var:

1. iç ortam ortalama hava sıcaklığı2. bağıl hava nemi3. hava hızı ve kalitesi (COx, NOx, SOx konsantrasyonuna bakınız)4. sınır yüzeyden yansıyan ortalama sıcaklık5. HVAC sistemiyle ilgili sistemlerin ürettiği ses

Sesin, termo-higrometrik koşullarla sıkı bağlantılı bir parametre olmamasına karşın, tüm insanların çevresel konforuna büyük katkı sağladığına dikkat edilmelidir.

Bu zor işlevi gerçekleştirmek amacıyla HVAC sistemlerinin, endüstriyel otomasyon cihazları ve elektronik kontrollerle de ilgili olan mekanik ve elektrikli parçalardan oluşması gerekiyor (şek. 1).

Bu sistemin, çevre ve enerji verimliliği sorunlarının üstesinden gelmek için karşılaması gereken standartların çok yüksek olduğunu belirtmeliyiz. Günümüzde HVAC sistemlerinin, kullanıcıların çevre konforunu sağlarken aynı zamanda yüksek profilli enerji verimliliği seviyeleri sunması gerekiyor.

ŞEKİL 1: HVAC SİSTEMİ BİLEŞENLERİ

2

• Chiller• Pompalar• Hidrolik kolektörler• Inertial tanklar• Fan coiller• Klima santralleri• Üç yollu vanalar• Su filtreleri• Genleşme tankları

Bu gereksinimleri karşılamak amacıyla Daikin, her biri çok sayıda tesis uygulamasına uygun farklı enerji özelliklerine sahip geniş bir ünite portföyü sunuyor. Bu nedenle: a) maksimum yükte çalışacak şekilde optimize edilmiş; b) kısmı yükte çalışacak şekilde optimize edilmiş; c) seri kurulum için tasarlanmış veya d) paralel hidronik kurulum için ideal chiller çözümleri mevcuttur.

Daikin katalogunda aşağıdaki özelliklerde çeşitli üniteler sunulmaktadır (şek. 2):

• %100 yükte A Sınıfı EER değerine sahip olan ve vidalı kompresör yükünün boşaltılmasıyla ilgili patentli teknolojik çözümler sayesinde kısmi yükte bile mükemmel sonuç sağlayan YÜKSEK VERİMLİLİK SERİSİ.

• %100 yükte EER değerleri piyasadaki en yüksek değerlerden olan PREMIUM VERİMLİLİK SERİSİ. Yüksek profilli vidalı kompresör uygulamalarında tam yük verimliliği gerektiren tesis çözümlerine uygundur.

• Chiller yükü boşaldıkça EER değeri yükselen INVERTER SERİSİ. Ünitenin kısmı yükte çalışmasının gerektiği uygulamalar için mükemmeldir.

Soğutma Yükü (%)

EE

R

102

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

6,5

20 30 40 50 60 70 80 90 100

DOS 20°C - Premium verimlilikDOS 20°C - Inverter serisi

DOS 30°C - Premium verimlilik DOS 30°C - Inverter serisi

DOS 40°C - Premium verimlilik DOS 40°C - Inverter serisi

DOS: dış ortam sıcaklığı

ŞEKİL 2: PREMIUM VE INVERTER ÜNİTELER ARASINDA ENERJİ VERİMLİLİĞİ KARŞILAŞTIRMASI (2 KOMPRESÖR)

3

TESİS KONFİGÜRASYONUTesis çözümünü optimize etmek için, bazı olası hidronik tesis konfigürasyonlarını analiz etmek ve değerlendirmek önemlidir. Enerji verimliliği hedeflerine sadece, hidronik tesis tasarımıyla ilgili olarak seçilen chiller türlerini tesis konfigürasyonlarıyla eşleştirmek yoluyla ulaşılabilir.Teknik kurulum ayrıntılarına girmeden, iki veya daha fazla chiller seçmenin iki farklı hidronik çözümünden seçim yapılabileceği anlamına geldiğini hatırlatmakta fayda var.

SERİ KONFİGÜRASYON

ŞEKİL 3: İKİ CHILLER'IN SERİ KONFİGÜRASYONU

4

Ayar noktası 7°C

Chiller 1 AÇIK %100 Chiller 2 AÇIK %0-100

15°C 11°C 11°C 7°C

7°C

Ayar noktası 7°C

Ayar noktası 7°C

Chiller 1 AÇIK %100 Chiller 2 KAPALI

11°C 7°C

7°C

TEMEL ÖZELLİKLER

• ayar noktası değeri chiller 2 ile aynı olduğunda öncelikli yük (chiller 1) (soğutulan su üretimi açısından)

• evaporatörlerden geçen su debisindeki ilgili artış

• ısı eşanjörlerinin basınç düşüşü artışını kısıtlamak için sistemdeki ΔT'yi standart ΔT=5K yerine en az ΔT=8÷10 olarak değiştirme gerekliliği

• kısmi yük koşullarından dolayı bekleme nedeniyle chiller 2'ye hidronik bypass sistemi kurulumu

• hem sistem güvenilirliğini arttırmak açısından yedeklemeye hem de işlenen debinin kademeli kontrolüne imkan tanımak için genellikle inverter kontrollü olarak sağlanan veya paralel pompalardan oluşan tek bir soğutulmuş su pompalama sistemi

5

PARALEL KONFİGÜRASYON (ters geri dönüşlü paralel - şek. 5)

TEMEL ÖZELLİKLER

• her cihaz için besleme ve dönüş boruları

• her bir chiller için bağımsız pompalama sistemleri

• her bir üniteye doğru su beslemesi için hem tahliye hem dönüş başlığı ihtiyacı

Bir yandan bu sistem konfigürasyonu (şüphesiz en yaygın olanı) her bir chiller'ın tamamen bağımsız yönetilmesini ve daha fazla esneklik sağlarken, öte yandan daha büyük boru sistemleri ve daha fazla su pompalama istasyonu gerektirdiğinden dolayı kurulum maliyetlerinin optimizasyonuna imkan tanımaz.

Ancak üniteler (iki veya daha fazla) aynı boyuttaysa bu tür bir konfigürasyonu optimize etmek mümkündür. Bu sayede aynı evaporatör basınç düşüşüne izin verilebilir.

Bu optimizasyonda, aşağıdaki avantajları sağlayan ’paralel ters geri dönüş’ boru düzeni tasarımından (şek. 5) yararlanılır:

• eşanjörleri bağlamak için boru uzunluğunun düşürülmesi

• genellikle inverter ayarıyla sağlanan bir soğutulmuş su pompalama istasyonu kurulumu

Aynı basınç düşüşü için tasarlanan aynı boyutlu eşanjörlere sahip olduğunda bu hidrolik konfigürasyonu, kurulu chiller'lar arasındaki tesisin farklı branşmanları arasında doğal dengeli bir su debisi dağılımına imkan tanır. Seri bağlantıda olduğu gibi bu konfigürasyonda, bekleme modundayken tesisten uygun chiller'ı kapatmak amacıyla her bir branşmana bir kesme vanası yerleştirilmesi gerektiğine dikkat edilmelidir. Bu, pompalama maliyetlerini düşürür.

açıkT

inverter pompalar

açıkT

ŞEKİL 4: PARALEL KONFİGÜRASYON ŞEKİL 5: TERS GERİ DÖNÜŞLÜ PARALEL KONFİGÜRASYON

SİSTEMİ

ŞEKİL 6: AYNI BOYUTTA 3 ÜNİTEDE PARALEL KADEMELİ TAHSİS ÖRNEĞİ

6

ENERJİ YÖNETİMİHidronik tesis yapılandırmasına ek olarak, her bir tesis ünitesinin özel enerji yönetim yöntemini henüz görmedik. Enerji yönetimi, tesisin ihtiyaç duyduğu toplam soğutma kapasitesinin tahsis stratejisi olarak görülmelidir.

Enerji yönetimi veya ‘soğutma gücü tahsis’ yöntemleri aşağıdaki şekilde özetlenebilir:

Paralel kademeli tahsisBu stratejide ilk etkinleştirilecek ünite, daha düşük çalışma saatine sahip ünitedir. Chiller başlatıldıktan sonra, maksimum %100 kapasitede kararlı hale gelene kadar tesisin ihtiyaç duyduğu yük artışını takip eder. Diğer tesis kullanıcıları tarafından talep edilen ek chiller yükü artışı, başka bir chiller etkinleştirir ve bu chiller birinciye paralel çalışmaya başlar.Bu çalışmanın sonucu, birinci üniteye tahsis edilen soğutma gücünün azaltılmasıdır ve bu da, iki eşdeğer kapasiteli chiller paralel kurulduğunda her bir işletim ünitesine aynı yükün uygulanmasına neden olur.

açık

Tesis Yükü%1-33

AÇIK%0-100

KAPALI KAPALI

T

AÇIK%50-100

AÇIK%50-100

KAPALI

açık

Tesis Yükü%33-66

T

AÇIK%66-100

AÇIK%66-100

AÇIK%66-100

açık

Tesis Yükü%66-100

T

A: İlk aşamada minimum yükten %100 değere çıkan sadece bir chiller çalışmaktadır.

B: İki chiller talep edilen aynı miktarı paylaştıktan sonra, her biri minimum yük olarak %50'den başlatılır.

C: Son olarak tüm chiller'lar paralel olarak yükü ayarlamaya ve daha yüksek bir minimum yükten başlayarak çalışmaya çağrılır.

A

C

B

7

Öncelikli yükleme ile seri kademeli tahsisBu yöntem, ‘çalışma saati’ değerinden bağımsız olarak enerji özelliklerinin öncelikli yüklemeye sahip olduğu belirli bir ünite gerektirmektedir. Aslında, diğer ünitelere kıyasla (‘öncelikli’) ilk üniteden dolayı bu parametrenin daha yüksek olmasını bekleriz.Bu enerji tahsisinin kritik yönü, tesis toplam yükünü gerçekleştirmek için birden fazla chiller gerektiğinde bile ilk üniteyi %100 yüklü tutmaya dayanır. Bu koşulu gerçekleştirmek için, (‘öncelikli’) ilk üniteyi ‘sistem girişine’ kurarak bir hidrolik öncelik de vermek gerekir.

Bu hidrolik koşulu aşağıdaki şekilde gerçekleştirmek mümkündür:

• iki chiller için tüm sistem debisinin her zaman öncelikle chiller 1'den geçtiği bir ‘seri’ konfigürasyon (şek. 7) kullanarak.

• ikiden fazla ünite bulunduğunda (ve buna bağlı olarak tesisin ana devresi üzerindeki yük, aşırı evaporatör basınç düşüşlerinden dolayı seri chiller gruplarına uygulanamayacak kadar yüksek olduğunda) ‘öncelikli’ üniteleri dönüş ana borusuna ve sistem girişine yakın kurmak (şek. 8).

Birinci ünite kurulumu (chiller 1 - şek. 8) öncelikle ve bağımsız olarak kullanıcılardan dönen su debisinin işlenmesine imkan tanır. Aslında tesisten ana dönüş borusuna paralel kurulum:

• chiller 1 kapasitesine ve ilgili birinci su debisine eşit veya daha düşük olduğunda tüm yükün karşılanmasını sağlar.

• kullanıcılardan tüm su dönüş debisi sıcaklığında ön soğutma yapılmasını sağlar. Bu sıcaklık, ‘paralel konfigürasyona’ kurulan ve enerji yönetim yönteminin ‘seri kademeleri’ne göre kontrol edilen diğer chiller'ların seri olarak etkinleştirilmesi yoluyla ayar noktası değerine getirilir (bkz. şek. 6). Bu ön soğutma, ayar noktası ana devredeki tüm diğer chiller'lar ile aynı olduğu sürece (‘öncelikli’) ilk üniteye %100 yük sağlar.

ŞEKİL 7: İKİ CHILLER'IN SERİ KONFİGÜRASYONU

Ayar noktası 7°C


15°C 11°C 11°C 7°C

7°C

Ayar noktası 7°C

Ayar noktası 7°C


11°C 7°C

7°C

ŞEKİL 8: DİĞER CHILLER'LAR İLE ANA DEVREDEKİ ÖNCELİKLİ ÜNİTE (#1)

Chiller 1öncelikli

Ayr

ıcı b

ypas

s ha

ttı

Dağıtım pompa sistemi

Soğutma Yükleri

Dönüş

Besleme

Chiller 4 Chiller 3 Chiller 2

Tüm ünitelerde paralel tahsisBu yönetim yöntemi, yedek üniteler hariç kurulu her bir chiller'ı eşzamanlı kullanıma çağırır. Toplam soğutma yükünün bunların her birine eşzamanlı paralel tahsisini gerektirir (şek. 9).

Bu yük tahsisi modunda, hem enerji türü hem nominal soğutma kapasitesi açısından chiller'ların hepsinin aynı olması gerekir.

ŞEKİL 9: PARALEL YÜK TAHSİSİ İLE PARALEL KONFİGÜRASYON

açık

Tesis Yükü%0-100

AÇIK%0-100

AÇIK%0-100

AÇIK%0-100

T

8

Bir HVAC tesisinin yıllık yönetiminde en yüksek enerji verimliliği standartlarının yakalanması, planlama, nihai tasarım, tesis kurulumu ve devreye alma, yönetim ve bakım gibi her aşamada ayrı bir zorluktur.

Bir HVAC tesisinde yüksek enerji verimliliği seviyelerini elde etmek için planlama aşaması önemlidir çünkü sistemin gelecekteki enerji yapısı bu anda tasarlanır. Bu aşamada doğru seçimleri yapmak için, aşağıdaki analiz türlerinin gerçekleştirilmesi önemlidir:

• kullanıcılar tarafından talep edilen, takvim yılında 8.760 saatin her biri için ifade edilen chiller yük analizi;

• genel tesis yükünü karşılaması gereken ve her zaman çalışma koşullarının saatlik ayrıntılarını içeren chiller'ların enerji analizi.

1. YIL BOYUNCA TESİS YÜKÜNÜN SAATLİK ANALİZİ.

Şüphesiz enerji optimizasyon işlemi buradan başlıyor. Analiz ne kadar doğru ve ne kadar etkin olursa, sonuçlar o kadar iyi olur. Çoğu uygulamada, beklenen soğutma yükünü belirlemek zordur. Az çok doğru prosedürlerle yıllık maksimum yük tahmin edilebilse bile, soğutma yükünün saatlik dağılımını tahmin etmek son derece zordur ve söz konusu uygulamayla ilgili çok fazla bilgi gerektirir. Ancak bir HVAC tesisinin soğutma kapasitesi üretimiyle ilgili kısmında maksimum enerji verimliliğine ulaşmak amaçlanıyorsa, bunun gerçekleştirilmesi gerekir.

Çoğu ülkede, standart ısı hesaplama prosedürlerinde yararlanılan çeşitli enerji hesaplama programları bulunmaktadır ve simüle edilen binanın yazın en yüksek soğutma talebini ve kışın en yüksek ısıtma talebini tanımlayabilmektedir. Tek bir uluslararası termal simülasyon programı bulunmadığına dikkat edilmelidir. Her ülkede, belirli hesaplama ulusal standardını belirlemek ve yayınlamak üzere bir yerel kurum görevlendirilmektedir. Örneğin Amerikan DOE (Enerji Bakanlığı) ABD topraklarında geçerli bir standart hesaplama prosedürü yayınlamıştır. Avrupa'da ise her ülkenin kanunen bir minimum hesaplama standardı alması gerekmektedir ancak her bir ulusal organizasyon hesaplamayı daha özel ve ‘ayrıntılı’ hale getirecek şekilde ayarlayabilir.

Uluslararası kabul görmüş bir referans değer olarak, (DOE tarafından yayınlanan) ‘EnergyPlus’ yazılımını belirtebilir. Yapı tasarımı programa girildikten sonra program yapıyı hem ‘endojen’ hem ‘eksojen’ yük özellikleri açısından simüle etmektedir.

9

TESİS ENERJİ OPTİMİZASYONU

10

Onaylı veya onaysız tüm yapı termal yük simülatörlerinin sadece aşağıdaki bilgileri sağladığına dikkat edilmelidir:

• maksimum soğutma kapasitesinin yaz değeri (yaz pik kW değeri)• maksimum ısıtma kapasitesinin kış değeri (kış pik kW değeri)• yılın her bir ayı için ayrıntılandırılan hem ısıtma hem soğutma için tahmini enerji gereksinimi (kWs).

Bu programlardan hiçbiri, chiller'ların doğru bir enerji analizini gerçekleştirmek için ihtiyaç duyduğumuz bilgileri, yani yıl boyunca tesis tarafından talep edilen soğutma kapasitesinin saatlik profilini gerçekten sağlayamamaktadır. Yukarıda belirtilen yazılımlarla tahmin edilen aylık enerji gereksinimlerinden başlangıç noktasını tanımlamak ve yapının haftalık kullanımı, endojen yüklerin (saatlik doluluğu da kapsar - şek. 10) saatlik oran profilini ve tesis tasarımcısının bildiği veya tahmin edebildiği diğer önemli değişkenler gibi parametrelere dayalı olarak varsayımda bulunmak oldukça kolaydır.

Bu değişkenler arasında, bölgenin saatlik hava durumu, yani dış sıcaklık (Tkuru term.

) ve bağıl nem (%BN) bilgileri bulunmaktadır. Çok sayıda hava durumu web sitesi sayesinde bu bilgiye internetten kolayca ulaşılabilmektedir.İstenen saatlik soğutma kapasitesi ve chiller'ların saatlik EER değeri ile ilgili veriler, tesisin doğru ve etkin bir yıllık enerji simülasyonunun gerçekleştirilmesine imkan tanımaktadır. Özellikle diğer çözümlerle karşılaştırıldığında önerilen HVAC tesisi konfigürasyonunun enerji performanslarını değerlendirmek için bu son derece faydalıdır.

2. CHILLER'LARIN SAATLİK ENERJİ ANALİZİ

Chiller'larla ilgili incelenecek ayrıntılı ve doğru, saatlik enerji performansı verileri bulunmaması halinde yılın 8.760 saatinin her biri için soğutma kapasitesinin saatlik profilinin tahmin edilmesi neticesiz kalır. Herhangi bir chiller'ın enerji performansının bağlı olduğu aşağıdaki ana değişkenlere göre chiller'ların saatlik EER değeriyle ilgili bu bilgilerin bulunması gerekir:

• faydalı etki olarak üretilen soğutulan su sıcaklığı

• hava soğutmalı chiller'lar için dış ortam hava sıcaklığı veya su soğutmalı chiller'lar için kondenser giriş suyu sıcaklığı

• chiller'ın %100 değerine göre üniteden gereken yük yüzdesi

İki farklı yük ve dış sıcaklık koşulunun bulunduğu hava soğutmalı bir ünitemizin bulunduğu şek. 11'deki gibi veri sorgulamaları göndermek için chiller'lar hakkında performans bilgilerine sahip olmak önemlidir. Hem yük hem dış sıcaklık koşulları için ayrı sorgulama gönderilmesi gerektiği için farklı chiller'ları karşılaştırmamız ve simüle etmemiz gerekiyorsa büyük miktarda veriye ihtiyaç duyarız.

ŞEKİL 10: SAATLİK DOLULUK ORANI ÖRNEĞİ

Saat

0-10

%25

%50

%75

%100

1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-0

%0 %0 %0 %0 %0%5

%10 %15 %15

%30

%55

%90%100%100

%85 %85

%100 %100 %100%90

%50

%25%15

%0

Dol

uluk

11

Enerji analizinin amacının, farklı chiller türlerinin farklı yük tahsis stratejileriyle karşılaştırılması olduğunu göz önünde bulundurursak bu veri miktarı artar.

Temel olarak enerji analizi gerçekleştirmek için gereken veri miktarı (EER değerleri) o kadar açıktır ki, makul bir sürede hesaplamak için sadece bir hesaplama programı kullanılabilir ve gelecekte daha ayrıntılı değerlendirme için kullanılabilecek bir biçimde (Excel tabloları gibi) kaydedilebilir. Bu nedenle, satılan herhangi bir chiller'ın doğru enerji haritasının üretilmesine imkan tanıyan bir yazılım (sadece yerel satış temsilcilerine yönelik olsa bile) geliştirdiği için chiller üreticisinin endüstriye sağladığı ek değerin (enerji danışmanları, uzmanlar, tasarımcılar, nihai müşteriler veya HVAC sistemi uzmanları) ifade edilmesi önemlidir.

Chiller'ların enerji performansı (her bir yük için, evaporatörün termal profili ve dış ortam hava sıcaklığı durumu) ve aynı ünitelerden ihtiyaç duyulan saatlik soğutma kapasitesiyle ilgili mevcut veriler, belirli bir tesis konfigürasyonunun saatlik enerji simülasyonunun doğru şekilde gerçekleştirilmesini sağlar. Bu simülasyon, tesis konfigürasyonu tarafından tüketilen enerji miktarı ve dolayısıyla verimlilik seviyesiyle ilgili ayrıntılı bilgi sağlamaktadır.

Uygulama ihtiyaçlarına en uygun çözümü bulmayı amaçladığından dolayı bu, etkin bir prosedürdür. Amacı, kurulu farklı chiller türleri arasındaki en iyi hidronik yapılandırmayı seçmek için kullanılabilecek bir verimlilik tablosu üretmektir.

Soğutma Yükü (%)

DOS 20°C

DOS 25°C

DOS 30°C

DOS 35°C

DOS 40°C

EER

152,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

6,5

20 30 40 50 60 70 80 90 10025 35 45 55 65 75 85 95

DOS: dış ortam sıcaklığı

ŞEKİL 11: CHILLER ENERJİ PERFORMANSI ÖRNEĞİ

ŞEKİL 12: DAIKIN CHILLER TERMODİNAMİK SİMÜLASYON YAZILIMI

HVAC tesisinin soğutma kapasitesi sağlamakla ilgili kısmını optimize etmeyi amaçlayan bir enerji çalışmasının her zaman özgün ve etkin bir analiz yaklaşımı gerektirdiğini belirtmemiz önemlidir. Bu yaklaşım için teknik beceri, çalışma, zaman ve veri gerekir. Bazı verilerin bulunmaması veya henüz tasarımda tanımlanmamış olması halinde, tasarımcının becerileri ve ‘sağduyusu’ sayesinde karşılaştırmalı analiz amacıyla tahmin edilecektir.

Aşağıda, inceleyeceğimiz bütün örnekler için aynı olan bu yaklaşımın ana adımları açıklanmıştır. Optimizasyona yönelik ilk adım, değerlendirilen konumun saatlik detaylarını içeren hava durumu verilerinin toplanmasıdır. Bu veriler, önceki yılların ortalama zaman değeri olarak veya son 2/3 yılda yapılan ölçümlere dayalı olarak hesaplanacaktır. Genellikle ücretsiz olan hava durumu web siteleri sayesinde bu verilerin toplanması o kadar zor değildir.

Gereken chiller enerji simülasyon verileri:

1) hem Klima Santralindeki (AHU) havanın işlenmesi için entalpi değerini hem de suyla soğutulan üniteler için soğutma kulesindeki yaş termometre sıcaklığını (TYT) hesaplamak için faydalı olan dış ortam havasının

saatlik bağıl nemi (%BN)

2) saatlik dış ortam kuru termometre sıcaklığı (TKT)

BAZI ENERJİ ÇÖZÜMÜ ÖRNEKLERİ

12

SAATLİK DIŞ ORTAM KURU TERMOMETRE SICAKLIĞI

SAATLİK BAĞIL NEM

% BN

Ardından simüle edilen yapı için bazı parametreler belirlenmelidir:

• yapının genel hacmini ve ısının aktarıldığı genel dış yüzeyi hesaplamak için dış geometri;

• genel beton ve cam dış yüzey miktarı ve saydamlık seviyeleri;

• değerlendirilen yüzeyin genel ısı iletim katsayısını (W/m2 K) belirlemek ve gerekirse hesaplamak için hem beton hem cam dış yüzey (örneğin çift veya üç katlı cam) detayları.

Genel doluluk oranı, kişi başına hava miktarı, aydınlatma ve elektrikli cihazlar veya diğer yük türleri için özel iç yükler (W/m2) gibi daha fazla veri daha sonra doğrulanmalıdır. Son olarak yapının yıllık ve haftalık zaman profilini, tahmin edilen yük dağılım yüzdesi profiliyle birlikte belirlemek gerekir.

Daha fazla ayrıntıya girmeden tipik iş günleri, Cumartesi ve Pazar günleri için saatlik dağılımın (günlük 24 saat) tahmin edilmesi tavsiye edilir. Ayrıca günlük profillerin geçerli olduğu yılın haftalarının belirlenmesi ve gerekirse (yılın 52 haftası içinde) bazı haftaların yüzdesinin ayarlanması da önemlidir. Doğalgaz (veya fueloil) gibi ana enerji kaynağının ücreti, elektriğin kWs ücreti ve suyun metreküp ücretinin belirtilmesi de önemlidir.

Yukarıda bahsedilen uygulamaları inceleyelim. Başlangıçta, enerji simülasyonundan kaynaklanan soğutma kapasitesi yıllık profiline en uygun olduğunu düşündüğümüz tesis konfigürasyonlarını seçeceğiz.

Ardından bu konfigürasyonlar, teorik olarak en yüksek yıllık enerji verimliliği düzeyini sağlaması gereken konfigürasyonu seçmek için yılın 8.760 saatinin her saati için saatlik bir analizle simüle edilecektir.

Bu modeli daha iyi açıklamak ve tesisin potansiyel faydalarını vurgulamak amacıyla, üç farklı Avrupa şehrinde yer alan üç uygulama örneğine odaklanacağız:

MADRİD ALIŞVERİŞ MERKEZİ

ATİNA OFİS BİNASI

LONDRA HASTANE

13

14

1. MADRİD'DEKİ ALIŞVERİŞ MERKEZİ

Şekilde (şek. 13) mağazaları geniş bir alana dağılmış tipik bir ticari yapı görülmektedir. Konumda güney Akdeniz iklimi hakimdir ve Madrid'in merkezi konumundan dolayı oldukça karasaldır.

Soğutma kapasitesi saatlik dağılımının termal simülasyonu için gereken endojen yüklerle ilgili bazı verilerle birlikte ana geometrik özellikler tablo 1'de verilmiştir.

Yapı son derece hafif olduğundan ve başlıca ticari amaçlarına kullanıldığından dolayı, dış duvarların genel ısı iletimiyle ilgili değerler tablo 2'ye eklenmiştir:

Madrid

ŞEKİL 13: SİMÜLE EDİLEN MADRİD'DEKİ ALIŞVERİŞ MERKEZİ KONUMU

TABLO 1: YAPI ÖZELLİKLERİ

Açıklama DeğerBina taban alanıÇatı yüzey alanıBina yüksekliğiSaydam olmayan yüzey alanıSaydam yüzey alanı(çatı+yan duvarlar)Alışveriş alanlarıAlışveriş yüzey alanıIsı yükü (aydınlatma)Isı yükü (insanlar)Birincil havaMaks. bina doluluğu

16.50016.500168.5001.300

35.0005140103.500

Birimm2

m2

m2

m2

m2

m2

W/m2

W/kişil/(s kişi)insan

2 kat-zemin kat (kısmen)

TABLO 2: DIŞ DUVAR ISI ÖZELLİKLERİ

Açıklama DeğerBeton yüzey genel ısı iletimiCam yüzey genel ısı iletimi

0,73,5

BirimW/(m2 K)W/(m2 K)

15

Son olarak hem saatlik hem haftalık kullanım ve doluluk açısından simülatöre, binanın kullanımıyla ilgili aşağıdaki veriler girilmiştir:

• günlük 18 saat: 12 saat halka açık ve 6 saat hizmet tedariği• en yüksek doluluk oranı Cumartesi ve Pazar günleri (şek. 13)• en yüksek doluluk günün öğlen vakitlerinde, öğlen yemeği arasında hafif azalarak (şek. 12 ve 13)• yapının önemli işlevi göz önünde bulundurulduğunda, doluluk ve kullanım profillerinde mevsimsellik

eklemeye gerek yoktur, bu nedenle yıl boyunca aynıdır.

ŞEKİL 12: BİR İŞ GÜNÜNDE GÜNLÜK KULLANIM VE DOLULUK ORANI

ŞEKİL 13: HAFTA SONLARI GÜNLÜK KULLANIM VE DOLULUK ORANI

Pazartesi - Cuma

Hizmet tedariği saatleri

Saat

Dol

uluk

0-10

%25

%50

%75

%100

1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-0

%0 %0 %0 %0 %0 %0%5

%10 %10 %15

%55

%40

%60 %65

%35

%15%5 %5

%25

%55 %55%65 %65 %65

Halka açık

Cumartesi ve Pazar

0-10

%25

%50

%75

%100

1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-0

%0 %0 %0 %0 %0 %0%5

%10 %15

%40

%60

%100

%30

%15%5

%25

%85 %85%90

%60

%90%100 %100 %100

Hizmet tedariği saatleri

Dol

uluk

Halka açık

Saat

16

ŞEKİL 14: BİR YILDA TALEP EDİLEN SOĞUTMA KAPASİTESİNİN ZAMAN FREKANS DAĞILIMI

0

250

500

750

1.000

1.250

1.500

1.750

2.000

2.250

2.500

2.750

3.000

3.250

kW -

Soğu

tma

gücü

Yıllık çalışma saati

0 730 1.460 2.190 2.920 3.650 4.380 5.110 5.840 6.570 7.300 8.030 8.760

Tüm bu verileri göz önünde bulundurarak ve Madrid'deki saatlik hava durumunu göz önünde bulundurarak, saatlik bazda (yıllık 8.760 saat) tüm yıl için gerçekleştirilen simülasyon, şekil 14'te gösterilen soğutma kapasitesi zaman dağılımını sağlamaktadır.

‘Soğutma kapasitesinin zaman frekans dağılımı’ ile, bir HVAC tesisinin ikincil kullanıcıları tarafından belirli bir soğutma yükünün talep edildiği (bir yıldaki 8.760 saatten) toplam saati kastediyoruz.

Bu dağılım eğrisinin yakından analizi (Madrid'deki alışveriş merkezi için şek. 14) ve tasarımcının pratik deneyimi, dikkatleri belirli tesis çözümlerine ve enerji verimliliği ünitelerine odaklamaya ve diğer olası seçenekleri elemeye imkan tanır.

Daha ayrıntılı olarak şemada aşağıdakiler görülmektedir:

• bir yılda talep edilen en yüksek soğutma kapasitesi 3.100 kW

• yılda 6.570 saat (binanın klima sistemi yıllık yaklaşık 9 ay çalışıyor) minimum kullanıcı yükü 200 kW üzerine çıkmadığı için bir yıllık ‘temel yük’ (kW) bulunmaması

• istenen soğutma kapasitesi frekansı, tüm kapasite dağılımında düzenli bir parabolik profile sahiptir

• kullanıcılar tarafından talep edilen en yüksek soğutma kapasitesi yıllık yaklaşık bir düzine saat gerçekleşmekte ve 3 MW civarındaki yükler durumunda daha da azalmaktadır

Bu frekans dağılımı, bir yıldaki çalışma süresinin (yaklaşık 6.570 saat/yıl) büyük kısmı için tesisin nominalden daha düşük yüklerde (yaklaşık 3.100 soğutma kW) çalıştığını göstermektedir).Bu nedenle kısmı yükte çalışmak üzere optimize edilmiş endüstriyel chiller'lara odaklanmak ve soğutma kapasitesinin inverter kontrolüne sahip chiller'ları değerlendirmek önemlidir.

17

Şimdi, talep edilen yük tesis tasarım değerinden %50 daha yüksek olduğunda ilk chiller tarafından üretilen soğutulmuş su sıcaklığının en yüksek değerini göz önünde bulundurarak ‘seri’ kurulumun klasik ‘paralel’ kurulumdan daha iyi enerji performansı sağlayıp sağlamadığını araştırmamız gerekiyor. Aslında aynı boyutta iki ünitenin ‘seri’ kurulumunda, yük nominal soğutma kapasitesinin %50'sinden düşük olduğunda, tüm soğutma yükünü ilk chiller'ın karşılaması gerektiğini belirtmemiz gerekiyor. Bu nedenle chiller'ın soğutulmuş su için istenen ayar noktası değerini karşılaşması gerekir (şek. 16). Evaporatör içindeki daha yüksek bir soğutucu akışkan buharlaşma sıcaklığından dolayı ilk ünite için herhangi bir enerji avantajı olamaz.

Bu sürecin bir sonraki adımı, en verimli HVAC tesisi çözümünün nihai tasarımına ulaşmayı amaçlamaktadır. Talep edilen nominal soğutma yükü bizi, aynı boyuta sahip olması önerilen en az 2 chiller seçmeye zorladığından dolayı chiller gruplarının hidronik konfigürasyonunu göz önünde bulundurmaktadır (şek. 15).

ŞEKİL 15: HİDRONİK KONFİGÜRASYONLAR

PARALEL

SERİ

ŞEKİL 16: SOĞUTMA YÜKÜ NOMİNAL SOĞUTMA KAPASİTESİNİN %50'SİNDEN KÜÇÜK ≤ OLAN SERİ KONFİGÜRASYON

açıkT

Ayar noktası 7°C


15°C 11°C 11°C 7°C

7°C

Ayar noktası 7°C

Ayar noktası 7°C


11°C 7°C

7°C

Ayar noktası 7°C


15°C 11°C 11°C 7°C

7°C

Ayar noktası 7°C

Ayar noktası 7°C


11°C 7°C

7°C

18

Mümkün olan en iyi çözümü seçmek için, saatlik ayrıntılarla ve soğutma kapasitesinin üretildiği tesis bölümüne değinerek her iki sistemde bir enerji simülasyonu gerçekleştirmemiz gerekir (şek. 17).

Simülasyon sonuçları net. Zaten açıklanan kademeli yönetim ile paralel hidronik konfigürasyonun (şek. 6), seri hidronik konfigürasyona kıyasla %6 tasarruf sağladığını göstermektedir.

Chiller'ları yönetmek için daha az para harcanması, bir yılda boşa harcanan kW/s elektriğin de azalacağı anlamına gelmektedir. Bu enerjinin genellikle karbondioksit (CO2) açığa çıkaran geleneksel ısıl tesisler tarafından üretildiğini göz önünde bulundurduğumuzda, daha az enerji kullanılması atmosfere daha az CO2 emisyonu anlamına gelecektir. Bu açıdan ‘paralel’ konfigürasyonun avantajları, sonraki her çalışma yılı için 30,6 ton CO

2 emisyonu azaltılması veya daha iyisi önlenmesini sağlamaktadır.

Paralel kurulumun ekonomik avantajları belirlendikten sonra, proje optimizasyonuna doğru dev bir adım atarak tesis yönetimine odaklanalım. Paralel konfigürasyonda kurulan iki ünitedeki toplam yük tahsisi için en iyi yöntem hangisidir?

Önceki analizimize göre (şek. 6, 9), ana devreye (şek. 9) kurulan tüm chiller'lar üzerinde eşzamanlı olarak paralel yük tahsisi ve seri kademeli yönetim (şek. 6) yoluyla, paralel hidronik konfigürasyonda kurulan tüm üniteleri yönetmek mümkündür.

ŞEKİL 17: KARŞILAŞTIRMALI ENERJİ SİMÜLASYONU SONUÇLARI

Aylar

Kademeli

Euro

OcakŞubatMartNisanMayısHaziranTemmuzAğustosEylülEkimKasımAralık

4.6034.3555.5108.27718.87723.65623.33620.61313.3968.7715.6274.727142.748

kg CO2

17.53816.85721.84531.73174.11791.61887.89178.58552.11333.81721.90618.289546.308

Kademeli

EuroİŞLETME MALİYETİ İŞLETME MALİYETİ

4.6034.3555.5108.13018.16421.36721.26419.43812.9098.6975.6274.727134.792

kg CO2

17.53816.85721.84531.03267.69683.09480.23573.79850.03433.37521.90618.289515.700

SIRALAMA

Seri Paralel

TÜMÜ INVERTERKURULUM

19

Daha önce olduğu gibi bu noktada seçim yapmamıza sadece bir bilgisayar simülasyonu yardımcı olabilir. Bu tür karmaşık simülasyonların sadece çeşitli çalışma koşullarında çalışan chiller'lar hakkında kesin ve doğru verilerle gerçekleştirilebileceği akılda tutulmalıdır. Bu nedenle, sadece üniteleri için bir enerji analiz yazılımı sunan bir chiller üreticisi, HVAC sistemi tasarımcısının bültenin bu bölümünde açıklanan yaklaşımı uygulayarak tesisi optimize etmesine imkan tanıyan etkin araçları sağlar.

Enerji simülasyonunun sonuçları, iki inverter ünitesine dengeli ve eşzamanlı yük tahsisi yoluyla chiller'ların yönetilmesinin, ‘kademeli yönetim’e kıyasla yıllık enerji maliyetlerinin %6 azaltılmasını sağladığını göstermektedir. Enerji tasarrufu demek ‘çevreyi korumak’ demektir. Chiller'larda bu yük tahsisi yönetim stratejisi, sonraki her çalışma yılı için 28.364 kg CO

2 emisyonundan kaçınılmasını sağlamaktadır.

Bu ilk uygulamanın analizini sonlandırmak için, enerji optimizasyon işleminin bizi aşağıdaki türden bir ana tesis seçmeye yönlendirdiğini ifade edebiliriz:• aynı boyut ve verimlilik düzeyine sahip 2 veya 3 chiller'ın hidronik paralel kurulumu• inverter tahrikli kompresöre sahip chiller'lar• ana devreye kurulan (varsa) yedek ünite hariç her bir ünitenin toplam soğutma kapasitesinin dengeli ve eş

zamanlı dağılımını sağlayan bir yük tahsis stratejisi

ŞEKİL 18: PARALEL BİR KURULUMDA KADEMELİ VE EŞZAMANLI YÖNETİM ARASINDAKİ SİMÜLASYON SONUÇLARI

Aylar

Kademeli

Euro


4.6034.3555.5108.13018.16421.36721.26419.43812.9098.6975.6274.727134.792

kg CO2

17.53816.85721.84531.03267.69683.09480.23573.79850.03433.37521.90618.289515.700

Eşzamanlı

Euro

4.4404.2025.3077.75417.02620.47319.85017.70711.9678.2125.3884.561126.886

kg CO2

16.93916.27921.00829.63763.68979.95175.31167.82746.56131.52820.93517.669487.336

SIRALAMA

Paralel

TÜMÜ INVERTERKURULUM

Atina

TABLO 4: DIŞ DUVAR ISI ÖZELLİKLERİ


0,52,8


2. ATİNA'DAKİ OFİS BİNASI

Yapı (şek. 19) ofisler ve hizmet şirketleri ile tipik bir iş merkezi görünümündedir.

Soğutma kapasitesi saatlik dağılımının termal simülasyonu için gereken endojen yüklerle ilgili verilerle birlikte yapının ana geometrik özellikleri tablo 3'te verilmiştir.

Dış duvarların genel ısı iletimiyle ilgili değerler tablo 4'te verilmiştir:

ŞEKİL 19: ATİNA'DAKİ OFİS BİNASI KONUMU


Açıklama DeğerBina taban alanıÇatı yüzey alanıBina yüksekliğiSaydam olmayan yüzey alanıSaydam yüzey alanı(çatı+yan duvarlar)Alışveriş alanlarıAlışveriş yüzey alanıIsı yükü (aydınlatma)Isı yükü (insanlar)Birincil havaMaks. bina doluluğu

16.50016.500168.5001.300

35.0005140103.500

Birimm2

m2

m2

m2

m2

m2

W/m2


2 kat-zemin kat (kısmen)

20

Sonunda, yapının saatlik ve mevsimlik kullanımı ve doluluk profili açısından simülatöre yapının kullanımıyla ilgili aşağıdaki bilgiler girilmiştir:

• günlük 11 saat, sabah 8'den akşam 7'ye• en yüksek doluluk noktası iş günlerinde (şek. 20)• hafta sonu tatillerinde sıfır doluluk (şek. 21)• klima sisteminin kullanımı Mayıs'tan Eylül'e sadece 5 ay

ŞEKİL 20: İŞ GÜNLERİNDE GÜNLÜK KULLANIM VE DOLULUK ORANI


0-10

%25

%50

%75

%100

1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-0

%0 %0 %0 %0 %0 %0 %0 %0 %0 %0%0 %0 %0

%50

%100

%50

%100%100%100 %100%100%100%100

%50

Pazartesi - Cuma

Saat

Dol

uluk

Halka açık

0-10

%25

%50

%75

%100

1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-0

%0 %0 %0 %0 %0 %0 %0 %0 %0 %0 %0 %0 %0 %0 %0 %0 %0 %0 %0 %0 %0 %0 %0 %0

Cumartesi ve Pazar

Dol

uluk

Saat

Halka açık

21

22

Bu verilere göre ve Atina'daki hava durumunu göz önünde bulundurarak, saatlik bazda yıl için (yılda 8.760 saat) gerçekleştirilen termal simülasyon, şek. 22'deki gereken soğutma kapasitesi frekans dağılımını sağlamaktadır.

Yaz boyunca yapıdaki soğutma kapasitesi dağılımı grafiğinin analizi şunu göstermektedir:

• yıllık talep edilen en yüksek soğutma kapasitesi değeri olarak 2.500 kW

• çoğunlukla Klima Santralleri (AHU) tarafından havanın işlenmesinden dolayı minimum yük olarak 800 kW

• yılın neredeyse tüm çalışma saatleri için HVAC sisteminin kapasite dağılımında temel yük olarak 800 kW (şek. 22)

Bu frekans dağılımı, HVAC tesisinin en az 800 kW sağlaması gerektiğini ve bu nedenle ‘temel soğutma yükü’nü karşılamak için tek bir chiller kurulmasının olası en iyi seçenek olabileceğini göstermektedir. Bu tür bir ünite asla kısmi yükte çalışmayacak, tam yükte çalışacaktır.

Bu nedenle, bu uygulamanın özel enerji verimliliği profili, kısmi yük yerine tam yükte çalışacak şekilde tasarlanmış ve optimize edilmiş bir chiller seçmemize neden olacaktır.

ŞEKİL 22: BİR YILDA TALEP EDİLEN SOĞUTMA KAPASİTESİNİN ZAMAN FREKANS DAĞILIMI

0

250

500

750

1.000

1.250

1.500

1.750

2.000

2.250

2.500

2.750

kW -

Soğu

tma

gücü


0 730 1.460 2.190 2.920 3.650 4.380 5..110 5.840 6.570 7.300 8.030 8.760

EWAD-C-P

800 kW Temel soğutma profili yükü

23

Tam yükte çalışacak şekilde optimize edilen bu tür bir ünitenin hidrolik kurulumu açısından, “temel yükü” karşılamak üzere seçilen chiller'a (sistem girişi ünitesi) öncelik verilerek bir seri konfigürasyon (şek. 23) tavsiye edilmelidir. Ardından kısmi yükte çalışacak şekilde optimize edilen farklı bir chiller türü gelmelidir. Bu ikinci ünite, zaten %100'de çalışan ilk ünitenin sağlayamadığı soğutma kapasitesini sağlayarak soğutulmuş su ayar noktasını karşılamalıdır.

‘Temel yük’, 2.500 kW pik yükün sadece %32'si olduğundan ve yılın kalan saatlerinde chiller'ların kısmi yükte çalışması gerektiğinden dolayı, belki de bir EWAD-C-P ünitesinin kullanımı daha etkin sonuçlar garanti edebilir. Bu durumda, EWAD-C-P ünitelerinin paralel hidrolik kurulumu (şek. 24), ‘kademeli’ yük tahsis stratejisiyle birlikte uygun bir çözüm olabilir.

ŞEKİL 24: AYNI BOYUTTAKİ İKİ EWAD-C-P ÜNİTESİNİN TERS DÖNÜŞ BORUSU DÜZENİ

800 kW 1.700 kW

EWAD-C-P %100 EWAD-CZ %0-100

inverterpompalar

1.250 kW

1.250 kW

EWAD-C-P%0-100

EWAD-C-P%0-100

Taçık

ŞEKİL 23: BİR EWAD-C-P CHILLER VEYA EWAD-CZ CHILLER'IN SERİ KONFİGÜRASYONU İLE ENERJİ SEÇENEĞİ

Bir kez daha seçimimize yön verebilecek tek şey, saatlik ihtiyaç duyulan soğutma gücü ve hava durumu verileri ile karşılaştırılacak chiller'ların enerji performansıyla ilgili doğru ve güvenilir bir veri tabanını temel alan bir saatlik enerji simülasyonudur.

Enerji simülasyonu sonucu, yılın en sıcak saatlerinde yoğunlaşan (5 yaz ayında gündüz saatleri) önemli bir temel yük (800 kW) bulunmasının, tam yükte çalışan bir “Premium” ünitenin enerji verimliliği seviyelerine mükemmel uygunlukta olduğunu göstermektedir. Bu üniteler, tam yükte, inverter ünitelere kıyasla %15 daha yüksek EER değeri sağlayan chiller'lardır.Kalan saatlik güç dağılımı frekansı profili (şek. 22), düzenli parabolik profili ile, inverter ünitelerin enerji özelliklerini geliştirmektedir.

Simülasyonda, temel yükü karşılayan ve çoğu zaman %100'de çalışan 800 kW Premium ünitelerin ve fazla güç için seri bağlanan inverter ünitelerin kullanımının, %11'e varan tasarruf sağladığı görülmektedir. Böylece, her yıl atmosfere salınan 14.500 kg CO

² önlenir.

ŞEKİL 25: PARALEL / EŞZAMANLI VE SERİ / KADEMELİ KONFİGÜRASYONDA BİR YIL SÜREYLE SAATLİK ENERJİ SİMÜLASYONU

Aylar


Eşzamanlı

Euro

----14.06413.88215.08313.2169.815---66.060

kg CO2

000046.88046.27250.27844.05332.717000220.201

SIRALAMA

Paralel

TÜMÜ INVERTER

Kademeli

Euro

----13.14712.81613.98512.3479.468---61.763

kg CO2

000043.82442.71946.61641.15831.560000205.877

SeriPREMIUM +

INVERTERKURULUM

24

25

Londra

Bina taban alanıÇatı yüzey alanıBina yüksekliğiSaydam olmayan yüzey alanıSaydam yüzey alanı(çatı+yan duvarlar)Alışveriş alanlarıAlışveriş yüzey alanıIsı yükü (aydınlatma)Isı yükü (insanlar)Birincil havaMaks. bina doluluğu

27.00027.0002020.00010.000

4100.0007120129.000

m2

m2

m2

m2

m2

m2

W/m2


Açıklama Değer Birim

3. LONDRA'DAKİ HASTANE

Londra'daki bir hastaneyle ilgili üçüncü uygulamayı inceleyelim. Yapı (şek. 26) yeterli doğal ışık sağlayan çok sayıda pencereye sahip paralel yüzlü bir bina görünümdedir.

Tablo 5'te, soğutma gücü talebinin saatlik dağılımının enerji simülasyonu için gereken endojen yüklerle ilgili bazı verilerle birlikte yapının ana geometrik özellikleri verilmiştir.

Çatının ve dış duvarların genel ısı iletimi açısından, değerlendirilen binan önemi ve kalitesinden dolayı öncekilerden daha kısıtlayıcı olan tablo 6'da ifade edilen değerleri kullandık.

ŞEKİL 26: LONDRA'DAKİ HASTAN BİNASI YERLEŞİMİ


TABLO 6: DIŞ DUVARLARIN VE ÇATININ ISI ÖZELLİKLERİ


0,42,4


Temel olarak işlevinden dolayı binanın yılın 8.760 saati doluluk oranı yüksektir ve rutin hastane bakım hizmeti dışında halk için diğer tıbbi hizmetlerin de sunulduğu iş günlerinde gündüz saatlerinde doluluk tepe noktaya ulaşmaktadır.

ŞEKİL 27: İŞ GÜNLERİNDE GÜNLÜK KULLANIM VE DOLULUK ORANI


Pazartesi - Cuma

Dol

uluk

Saat

0-10

%25

%50

%75

%100

1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-0

%85

%40 %40 %40 %40 %40 %40 %40 %40%40%50

%85%80 %80

%90 %90%100%100%100%100 %100%100%100%100

Açılış

Cumartesi ve Pazar

Saat

Dol

uluk

0-10

%25

%50

%75

%100

1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-0

%40 %40 %40 %40 %40 %40 %40 %40%40 %40%45

%50

%75%65 %65

%50%60 %60

%70%75 %75 %75 %75 %75

Açılış

26

Son olarak, saatlik ve sezonluk kullanım ve doluluk profili açısından binanın işleviyle ilgili aşağıdaki bilgiler (şek. 27 ve 28) simülatöre girildi:

• günün 24 saati binanın kullanımı• tüm yıl boyunca her gün yılın 8.760 saati çalışan klima sistemi• maksimum doluluk, iş günlerinde gündüz saatlerinde

27

Sağlanan verilere, Londra'daki saatlik Tyt ve %BN değerlerine göre gerçekleştirilen yıllık termal simülasyon, yıllık 6,3 MW pik soğutma kapasitesi ve şek. 29'a uygun bir yük dağılımı frekansı göstermektedir.

Şema, yapının işleviyle ilgili olarak zaten ifade edileni doğrulamaktadır: hastane yıl boyunca yüksek doluluk oranına sahiptir (tek başına koğuşlar yeterli olacaktır). Bu nedenle, havayı işlemek ve hem metabolik yükleri hem de cihazlar ve lambaların ürettiği elektrik yüklerini gidermek için 8.760 saat soğutma gücünün tamamına ihtiyaç duymaktadır.

Ancak sonuçları şek. 29'da görülen yapıda gerçekleştirilen termal simülasyonun sadece soğutma açısından termal yüklerle ilgili olduğuna dikkat edilmelidir. Bu nedenle, kış aylarında endojen termal yükleri genellikle azaltan, iptal eden veya hatta aşan şekilde dış duvarlar ve pencerelerden ısı kaybı göz önünde bulundurulmamıştır. Bu kayıpların göz önünde bulundurulması, en azından kış geceleri ihtiyaç duyulan soğutma gücünün azaltılmasını gerektirecektir.

Bununla birlikte, ana devre konfigürasyonuyla ilgili enerji çözümleri üzerinde bazı varsayımlarda bulunalım. Bu devre, pik soğutma kapasitesi üretimi olarak 6.300 kW'ya kadar güç sağlayabilmelidir.

Saatlik frekans şemasında önemli bir ‘temel soğutma yükü’ bulunması (şek. 29) Atina'daki ofis bloğu açısından yüksek profilli (%100'de çalışan) bir nominal verimli ünite gerektirir. Bu tür bir standart sadece bir EWAD-C-P ile karşılanabilir. Bu ünite ‘öncelikli’ yüklenmelidir, bu nedenle diğerlerine göre seri olarak kurulmalı ve ikincil ünitelerden geri dönen su akışını soğutacak ilk ünite olması için ‘sistem girişine’ yerleştirilmelidir (şek. 30).

ŞEKİL 29: YILLIK ÇALIŞMA SAATİNE GÖRE SOĞUTMA KAPASİTESİ FREKANS DAĞILIMI

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

4.500

5.000

5.500

6.000

6.500

7.000

kW -

Soğu

tma

gücü


0 730 1.460 2.190 2.920 3.650 4.380 5.110 5.840 6.570 7.300 8.030 8.760

1.100 kW Yıllık soğutma talebi profili büyük temel yükü

1.100 kW üzerindeki soğutma kapasitesi değerleri açısından, şek. 29'daki şemada saatlik frekansta düzenli bir parabolik profil görülmektedir. Bu profil, kısmi yükte çalışmak üzere optimize edilmiş chiller, yani inverter üniteleri kullanımını gerektirir.Temel talebi aşan soğutma kapasitesi kısmı 5.200 kW (6.300-1.100) olduğundan dolayı, paralel konfigürasyonda her biri 1.700 kW güç sağlayacak 3 inverter chiller kurulması tavsiye edilir.

Uygulamanın önemi ve kritik olduğu göz önünde bulundurarak, kurulu bileşenlerin yedeklenmesi için her biri 1.300 kW soğutma gücü sağlayabilecek 4 daha küçük inverter chiller bulunması gerekebilir (şek. 31).

Ana devre ünitelerine soğutma kapasitesinin tahsisi açısından aşağıdaki özelliklerde olmalıdır:

• ‘Premium’ chiller'ın seri kurulumu açısından sıralı ‘kademeli’ ve ardından inverter ünitesinin paralel hidrolik (şek. 30);

• yedekleme fonksiyonlu üniteler (varsa) hariç paralel hidronik konfigürasyonda kurulan tüm chiller'larda ‘paralel’ eşzamanlı (şek. 31).

Sonuçları şek. 32'de görülen iki olası çözümde gerçekleştirilen enerji simülasyonu, hidronik paralel konfigürasyonda kurulan birden fazla inverter chiller'da soğutma kapasitesinin eşzamanlı paralel tahsisinin tercih edilebilir olduğunu göstermektedir.Sonuçları şek. 32'de görülen iki olası çözümde gerçekleştirilen enerji simülasyonu, hidronik paralel konfigürasyonda kurulan birden fazla inverter chiller'da soğutma kapasitesinin eşzamanlı paralel tahsisinin tercih edilebilir olduğunu göstermektedir.

ŞEKİL 30: SERİ-PARALEL KURULUM

ŞEKİL 31: INVERTER ÜNİTESİ PARALEL KURULUMU

Chiller 1öncelikli

Ayı

rıcı b

ypas

s ha

ttı

HastaneSoğutma YükleriChiller 4 Chiller 3 Chiller 2

DağıtımPompalama

Sistem

Dönüş

Besleme

Ayı

rıcı b

ypas

s ha

ttı

HastaneSoğutma YükleriChiller 4 Chiller 3 Chiller 2

DağıtımPompalama

Sistem

Dönüş

Besleme

Chiller 1

28

29

ŞEKİL 32: İKİ OLASI ÇÖZÜMÜN ENERJİ SİMÜLASYONU

Aylar

Kademeli

kW/s elekt.


148.643135.443158.158188.428376.957448.407514.633476.475310.542210.614155.601150.2813.274.182

Euro

18.86017.04119.69224.07349.39857.89567.79562.51939.91127.13719.64218.862423.115

kg CO2

74.32167.72279.07994.214188.478224.204257.317238.238155.271105.30777.80175.1401.637.091

Eşzamanlı

kW/s elekt.

132.797120.971141.825170.028332.070400.451466.030429.179273.829188.221139.545134.2342.929.181

Euro

16.96915.32917.78021.87043.61751.54661.34856.26135.10224.38417.73416.979378.919

kg CO2

66.39960.48670.91285.014166.035200.225233.015214.589136.91594.11169.77367.1171.464.591

SIRALAMA

Paralel

TÜMÜ INVERTERPREMIUM +

INVERTERKURULUM Seri

Tabloda görüldüğü gibi, paralel hidronik konfigürasyonda kurulan inverter üniteleri ile yıllık %11, yani yıllık 350.000 Euro'ya varan tasarruf mümkündür. Böylece her yıl 173 ton CO

2 emisyonu önlenir ki bu da büyük bir

çevresel avantajdır.Bu sonuç, daha önce incelediğimiz Atina örneğine zıt görünebilir. Bu kurulumda, temel yükü karşılamaya ayarlanan Premium ünitenin enerji açısından en karlı olduğu görülmüştür. Ancak burada zıt bir durum bulunmamaktadır. Aslında dış sıcaklık değiştiğinde bir Premium ve inverter chiller'in performans eğrisini karşılaştırdığımızda bu sonuç büyük ölçüde anlaşılabilir (şek. 33). Daikin enerji simülasyon yazılımına (CSS) girilen performans verileriyle üretilen şema, inverter ve Premium ünitelerin önemli bir özelliğini karşılaştırmaktadır. Daha iyi EER değerleri açısından Premium üniteler, dış ortam sıcaklığı arttığında daha iyi enerji verimliliği sağlamaktadır. Dış ortam sıcaklığı 15°C olduğunda iki ünite nominal kapasitelerinin yaklaşık %90'ı civarında aynı EER değerine sahiptir, 45°C'de nominal kapasitelerinin %65'inde aynı verimlilik değerine sahiptir.

Yıllık soğutma kapasitesi dağılımında bir temel yük mevcut durumdayken Premium gibi yüksek tam yük verimlilik ünitelerinin avantajı, sıcak iklimlerde (Atina'daki ofis binası ile Londra'daki hastane karşılaştırması) ve uygulamaların günün en sıcak saatlerinde çalışması gerektiği durumlarda açıkça belirgindir. Endüstriyel uygulamalar veya proses uygulamaları gibi chiller'ın nominal yükte (%100-%85) çalışması gerektiği durumlarda Premium ünitelerin inverter ünitelerden daha iyi olduğu açıktır.

Chiller kapasitesi (%)

EER

101,5

2,5

2

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

6,5

7

7,5

20 30 40 50 60 70 80 90 1002515 35 45 55 65 75 85 95

EWAD-C-P

EWAD-CZ

T. ortam

45°C

35°C

25°C

15°C

ŞEKİL 33: PREMIUM VE INVERTER ÜNİTELER ARASINDA KARŞILAŞTIRMA

SONUÇ

Bu uygulama bülteni, en iyi olarak görülebilecek bir chiller, hidronik tesis veya enerji yönetimi çözümü bulunmadığını vurgulamayı amaçlamaktadır. Bunun nedeni alandaki ihtiyaç sayısının çok fazla olmasıdır ve bu yüzden bu önemli tesis uygulamalarını tasarlamayı ve her bir ünite türü ve hidronik düzen için farklı çözümler ve fikirleri geliştirmeyi bir tutku haline getirdik.Her bir ünite türünün özel enerji analizi, genel enerji verimliliği ve tabi ki çevrenin korunması açısından mümkün olan en iyi çözümü öne çıkaracaktır.

30

NOTLAR

Naamloze Vennootschap - Zandvoordestraat 300, B-8400 Oostende - Belçika - www.daikin.eu - BE 0412 120 336 - RPR Oostende

Daikin ürünlerinin dağıtıcısı:

ECPT

R13-

451

• CD

•04/

14 •

Telif

hak

kı D

aiki

nKl

orsu

z ka

ğıda

bas

ılmış

tır. H

azırl

ayan

: Will

iam

Pie

ters

-Ver

bie

st

Soru

mlu

Edi

tör:

Dai

kin

Euro

pe

N.V

., Za

ndvo

orde

stra

at 3

00, B

-840

0 O

oste

nde

Bu broşür yalnızca bilgilendirme amaçlıdır ve Daikin Europe N.V.’yi bağlayıcı bir teklif niteliği taşımaz. Daikin Europe N.V. bu broşürün içeriğini bilgisi sınırları dahilinde derlemiştir. Burada belirtilen içeriğin, ürünlerin ve hizmetlerin belirli bir amaca uygunluğu, bütünlüğü, doğruluğu ve güvenilirliği ile ilgili açık veya dolaylı herhangi bir garanti verilmez. Teknik özellikler önceden uyarı yapılmaksızın değiştirilebilir. Daikin Europe N.V., bu broşürün kullanımı ve/veya yorumlanmasından doğan veya bununla ilişkili doğrudan yada dolaylı herhangi bir hasar için en geniş anlamıyla herhangi bir sorumluluk kabul etmemektedir. Tüm içeriğin telif hakkı Daikin Europe N.V.'ye aittir.

Daikin Europe N.V şirketi Sıvı Soğutma Grubu Paketleri (LCP), Hava işleme üniteleri (AHU) ve Fan coil cihazları (FCU) için Eurovent Sertifikasyon Programına dahildir. Sertifikaların devam eden geçerliliklerini online olarak www.eurovent-certification.com veya www.certiflash.com adresinden kontrol edebilirsiniz.

Documents

Hava soğutmalı chiller uygulamaları için sistem · ŞEKİL 1: HVAC SİSTEMİ BİLEŞENLERİ 2 • Chiller • Pompalar • Hidrolik kolektörler • Inertial tanklar • Fan coiller