Büyük Ticari Binalarda Basınçlandırma Kontrolü
Sistem iyileştirilmesinde dış hava statik basınç ölçümünün iptal edilmesinin ve kontrol dizisinin rolü
Büyük ticari binaların birçoğunda, merkezi hava şartlandırıcılar çalışanların konforunu sağlamak için kullanılırlar. Bu üniteler ekseriyetle, oturulan hacimlerden havayı çekip geri dönüşe ya da egzoza basan geri dönüş fanları bulundururlar. Yaygın olarak bu geri dönüş fanları, hız sinyalini binanın statik basınç farkından iç hacimdeki statik basınçla dış hacimdeki statik basıncın farkı - alan değişken frekanslı sürücülerle kontrol edilirler.
Binaların statik basınç farkı yaygın olarak iki girişi olan yüksek basınç girişi ve alçak basınç girişi - bir sensör ile ölçülür. Her iki girişten de borular uzanır. Genellikle, düşük basınç giriş borusu binanın dışına ulaşacak kadar uzatılırken, yüksek basınç giriş borusu iç hacimde kalacak kadar uzatılır. Sensör iki girişi arasındaki statik basınç farkını ölçer ve bu farkı binanın otomasyon sistemine rapor eder. Genellikle bu işlem iç hacimdeki basıncın dış ortamdaki basınca göre bir miktar yüksek tutulması için yapılır. Basınçtaki bu küçük fark, konforda ve iç ortam hava kalitesinde soruna yol açan sızıntıyı azaltır.
Son zamanlarda California?da, tekrar işletmeye alınan (İngilizce'de "retro-commissioning" terimi halihazırda var olan binalardaki sistemlerin birbiriyle etkileşimli çalışmasının sağlanması, bu sayede binanın çalışma kontratındaki ve tasarım amacındaki kriterlere ulaşılmasıdır. Metinde bu terim tekrar işletmeye alma olarak çevrilmiştir.) Değişken hava hacimli hava şartlandırıcıları olan merkez istasyona sahip iki ofis binası " biri 46 451.52 m2 büyüklüğünde 25 odalı, diğeri 18 580.608 m2 büyüklüğünde 24 odalı " büyük ticari binalardaki basınçlandırma kontrol sistemlerindeki iyileştirmelerin görülmesi için önemli fırsatlardır. Bu yazı söz konusu iki yöntemi tartışacaktır: dış hava statik basınç ölçümünün iptal edilmesi ve kontrol dizisi.
Dış hava basınç borusunu iptal edilmesi
Her iki yeniden işleme alınan binada da, basınç sensörlerinin düşük basınç girişleri, sensörlerin yerleştirildiği kontrol panellerine açılmıştır ve borularla dış ortama uzatılmamıştır.
Binalardan bir tanesinde kontrol paneli, çatı katında kazanın dış hava emme kafesi sayesinde dış ortama açık mekanik odasının içindedir. Kontrol panelinin bulunduğu yer rüzgar etkisini minimize etmek ve sensörü yağmurdan korumak için iyi olsa da, panelin hacim içerisindeki basınca önemli etkisi olabilecek ekipmanların (kazan, yakıcı fan, egzoz fanları v.b.) olduğu bir odada olması nedeniyle, okunan basınçlar gerçek dış hava statik basıncını temsil edememiştir.
Diğer binada ise, basınç sensörünü içeren kontrol paneli hava geri dönüş plenumunun içinde geri dönüş fanının tahliye tarafına yerleştirilmiştir. Bu mahalde, panele ve bu suretle plenuma açılan düşük basınç girişiyle ölçülen basınç, yüksek basınç girişiyle ölçülen basınçtan daha yüksektir. Kontrol panelindeki basınç ölçüm ucunu dışarıya kadar uzatma niyeti olsa da, bitişik dış duvardaki delik buna kanıt olarak gösterilebilir, boru hiçbir zaman takılmamıştır .Binaların her ikisinin de aslında işletmeye alınmadığına da değinmek gerekir.
Düşük basınç borusunun iptal edilmesi, rüzgarın ölçülen dış hava basıncı üzerinde büyük bir etkiye sahip olması nedeniyle, önemlidir. Örneğin, 4.47 m/s?lik dış esinti Bernoulli Denklemi vasıtasıyla 1.27 mm rüzgar basıncına dönüşür. Bu hafif esintinin basınç kontrolü üzerinde önemli bir etkisi vardır, çünkü binanın basınçlandırma sistemi devredeyken iç hava statik basıncını dış hava statik basıncından bir miktar yüksek tuttuğu çalışma aralığı da aynıdır (1.27mm).
Dış hava basıncı algılayan cihazların birçoğu düşük basınç giriş borusu iptal edilmiş halde takılıp kullanılmaya hazırdır. Rüzgar hızının etkilerinin en aza indirilmesi için tasarlanan bu cihazlar genel olarak, plakalardandan birisinin iç yüzeyinin ortasında algılayıcı eleman bulunan iki adet plakadan meydana gelmektedir. Birçok üretici ve ASHRAE (1) mühendisleri, rüzgar etkilerinin en aza indirilmesi için bu cihazların binanın 3.05 m ile 4.57 m arasında yukarısına takılmasını önermektedirler.
Bina basınçlandırma kontrol şeması
Yeniden işletmeye alınan iki binaya ait basınçlandırma kontrol şeması, birçok binada kullanılan merkez istasyonlu hava şartlandırma sistemlerindekine benzer şekildedir. Geri dönüş fanının hızı, iç hacim ve dış hava arasında oluşturulan basınç farkını korumak için değişkendir. Her iki binada da ayrıca oldukça yaygın olan ekonomizörlü damper kontrol şeması kullanılmaktadır. Ekonomizörlü damper kontrol merkezi (kontrolörü) dış hava damperini, dış hava ve egzoz (relief) havası damperlerine zıt çalışan geri dönüş hava damperini ve egzoz havası damperini sinyal göndererek kontrol eder
Bu kontrol şemaları, kontrol dizilerinin bir dereceye kadar üst üste binmesi nedeniyle performans problemlerine sebep olabilir. Egzoz havası damperi ekonomizör damper sinyaline (sıcaklık veya entalpi merkezli kontrol) dayanarak çalışır, fakat bu damper bina basınçlandırma kontrol şemasının (basınç merkezli kontrol) tamamlayıcı kısmıdır. Örneğin, önceden yapılan yeniden işletmeye alma projesinde, ana hava şartlandırıcıya ait hava karışım odasındaki basınç minimum dış hava faaliyeti esnasında pozitifti ve (normalde, hava karışım odasındaki basınç, dış havayı içine çekmesi için negatif olmalıdır) dış havanın içeri çekilmesi yerine, dönüş havası dış hava damperinden dışarı atılmaktaydı. Bir başka deyişle, sistem % 100 geri dönüş havasıyla çalışıyordu. Bu problem fazla büyütülmüş geri dönüş havasının damperlerine, ? genellikle geri dönüş fan sistemlerinde geri dönüş havasının damperleri, dış hava ve egzoz havası damperlerinden daha küçük olmalıdır (2) ? sıcaklık ve basınç kontrol planlarındaki üst üste binmelere atfolunabilir.
Daha iyi bir yöntem ise, binanın basınç farkının korunması için egzoz damperinin, geri dönüş hava kanalındaki basıncın korunması için ise geri dönüş fanının kontrol edilmesi olabilir (3). Bu yöntemle, egzoz havası damperi ekonomizör çevrimi yerine doğrudan basınçla kontrol edilir ve geri dönüş fanı, hava geri dönüş kanalının içinde, havayı egzoz havası damperinden yada geri dönüş damperinden itmeye yetecek miktarda basıncı sağlamak için çalışır. Dış hava ve hava geri dönüş damperlerinin ekonomizör döngüsüne bağlı olarak kontrolüne devam edilebilir (1). Ekonomizörün olmadığı çalışmalarda, yeterli miktarda dış hava alımının sağlanmasına yardımcı olmak için dış ortam, geri dönüş ve egzoz havası damperlerinin uygun boyutlarda olmasının gerekliliği not edilmelidir.
Kontrol sistemini Şekil 1?de görülen durumdan Şekil 2?de görülen duruma dönüştürmek için gerekli maliyet küçüktür. Çünkü basınç sensörünün ve ilgili noktaların eklenmesi ve gerekli olan kontrol dizisinin değiştirilmesinden başka büyük sistem değişikliği yapılmamaktadır. Sistemin kurulum performansına bağlı olarak böyle bir dönüşüm, geri dönüş fan hızının azalması ile enerji kullanımının azalması ve uygun dış hava alımı ile iç ortam hava kalitesinin artması ile sonuçlanır.
Diğer bir olası geliştirme ise geri dönüş fanının yerine egzoz fanının kullanımını gerektirmektedir. Egzoz fanı hava geri dönüş kanalının akış yönünde yerleştirilmiştir ve geri dönüş hattından havayı emerek egzoz havası damperinden itmektedir. Egzoz fanı bina basınçlandırmasını sağlamak için, ekonomizör kontrol şemasının bir parçası olarak kullanılmadan, kontrol edilebilmelidir. Genellikle, minimum dış hava modunda çalışması gerekmeyecektir (3). Değişken frekanslı sürücüye sahip egzoz fanı için, egzoz havası damperi fan çalışmazken kapalı ve fan çalışırken açık konumdadır. Geri dönüş fanı kullanılan binalarda, egzoz fan sistemine geçmek, hacim sınırlamalarından ve maliyetten ötürü uygun değildir. Geri dönüş fanı yerine egzoz fanı düzenlenmesi uygulanmış binalarda, sistem performansının incelenmesi faydalıdır, düşük basınç borusunun iptali ve kontrol dizisi denetlenmelidir.
Bina basınçlandırma kontrolü için bir diğer metot dolaylı metottur. Bu yöntemde, iç hacim ve dış ortam basıncının ölçülmesi yerine, iç ortama basılan ve geri dönen hava hacmi veya dışarıdan alınan ve egzozdan atılan hava hacmi ölçülür. Hali hazırda doğrudan ölçüm kontrol sistemi olan binalarda, hava akışı ölçüm istasyonlarının uygun olarak yerleştirilmesi için hacim gereksinimi olması nedeniyle, bu yöntem uygun olmayabilir.
Genel İpuçları
Aşağıdaki durumlar, doğrudan ölçümle bina basınçlandırma kontrol sisteminin çalışması durumundaki olası problemlerin belirtileridir:
· Geri dönüş veya egzoz fanları çalıştıkları sürenin çoğunda % 100 hızla çalışırlar.
· Binanın statik basınç farkı geniş çapta ve/veya süratle dalgalanır.
· Geri dönüş veya egzoz fanlarının hızları geniş çapta ve/veya süratle dalgalanır.
· Dış kapılar zor kapanır veya güvenli bir şekilde kapanmaz. Eğer yukarıdakilerden birisi farkedilirse:
Düşük ve yüksek basınç girişlerine bağlı boruların iptali kontrol edilir. Yüksek basınç girişine ait borunun kapılardan uzak, bulunduğu hacmin basıncını gösterebilecek bir yerde olması ve düşük basınç girişine ait borunun erişilebilir bir yerde ve rüzgar etkilerini minimize edebilecek biçimde olması sağlanmalıdır. Rüzgar etkilerini yumuşatmak için düşük basınç girişine dış ortam hava basıncı ölçen bir cihaz takılması düşünülebilir.
Fark basınç sensörleri kontrol edilmelidir ve gerekliyse kalibrasyonu yapılmalıdır.
Sensörle iç ve dış hacimler arasındaki boruların bütünlüğü kontrol edilmelidir.
Kontrol dizileri gözden geçirilmelidir. Eğer binanın basınç farkı dönüş fanlarını kontrol ediyorsa, geri dönüş fan hızını kontrol etmek için egzoz havası damperi yerine geri dönüş kanalının içine yerleştirilen basınç sensöründen gelen sinyalin kullanılması düşünülebilir. Ekonomizör damper kontrol dizisinin de bu duruma göre düzenlenmesi gerekebilir.
Dış ortam, geri dönüş ve egzoz havası damperlerinin büyüklüklerinin uygunluğu sağlanmalıdır (2).
Hava dönüş yolu iç hacimden fana kadar takip edilmelidir. Hava dönüş menfezlerinin/açıklıklarının yeterliliği sağlanmalı ve dönüş yolunun yukardan aşağıya kadar uzanan iç duvarlarla (hava dönüş hattı için), kapalı yangın/duman damperleriyle veya zarar görmüş kanal içi yalıtımlarıyla engellenmesi önlenmelidir.
Bina basınçlandırma kontrol sistemleri hakkında daha fazla bilgi için, problem tanımlanmasını ve performans testlerini de içeren, "Functional Testing Guide: From the Fundamentals to the Field (4)" isimli kaynağa bakılabilir.
Sonuç
Birçok büyük ticari bina, doğrudan ölçümlü bina basınçlandırma kontrol sistemlerini kullanmaktadır. Yeniden işletmeye alma projesinin bir parçası olarak bu sistemlerin performanslarının iyileştirilmesi, enerjiden kar ettirmekte ve düşürülmüş geri dönüş/egzoz fan hızları, düşürülmüş sızıntı ve uygun dış hava alımı vasıtasıyla iç hava kalitesini artırmaktadır.
ASHRAE Başkanı Gordon V.R. Holness, PE, FASHRAE, ASHRAE üyelerini mevcut binalardaki enerji verimliliğini artırmaları yönünde teşvik etmektedir (5). Bina basınçlandırma sistemlerinin performanslarının iyileştirilmesi enerji verimliliğini artırmada kullanılacak düşük maliyetli metotlardan birisi olabilir.
Kaynaklar
1. ASHRAE. (2007). 2007 ASHRAE handbook - HVAC applications (ch. 46). Atlanta: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers.
2. Lizardos, E., & Elovitz, K.M. (2000, April). Practical guide: Damper sizing using damper authority. ASHRAE Journal, pp. 37-43.
3. Taylor, S.T. (2000, September). Comparing economizer relief systems. ASHRAE Journal, pp. 33-40, 42.
4. PECI. (n.d.). Functional testing guide: From the fundamentals to the field. Portland, OR: Portland Energy Conservation Inc. Available at http://www.peci.org/ftguide/ftg/index.htm
5. Holness, G.V.R. (2009, August). Sustaining our future by rebuilding our past: Energy efficiency in existing buildings Our greatest opportunity for a sustainable future. ASHRAE Journal, pp. 16-21.
