Çok Yönlü Kullanımlı ve Çok Katlı Binalardaki Kondenser-Su Sisteminin Yenilenmesi
Yazanlar: Troy Ganson, PE, Thornton Tomasetti
D. Michael Dowdall, PE, Thornton Tomasetti
Çeviren: Meriç Noyan Karataş
Dikkatli bir planlama ve uygulama ile Town Pavilion binasındaki kondenser-su sisteminin yenilenmesi başarıyla sonuçlanmakla kalmayıp aynı zamanda kayda değer bir tasarruf sağlamıştır.
Eski binalardaki HVAC sistemlerini değiştirmek veya iyileştirmek, mekanik parçalara erişim zorluğu ve değişecek boru tesisatı için sınırlı alan gibi birçok çeşitli sorunu beraberinde getirmektedir. Kansas City’deki en yüksek binalardan birindeki kondenser-su sisteminin yenilenmesini içeren yakın zamanda yapılmış bir projede, mekanik, elektrik ve sıhhi tesisat (MEP) ekibi bunun gibi birçok zorlukla karşılaştı. Fakat proje, dikkatli planlama ve uygulama sayesinde başarıyla sonuçlanmakla kalmayıp bina sahibi için de kayda değer bir maliyet tasarrufu sağladı.
Bina
Town Pavilion Kansas City şehir merkezinde 1987 yılında açılan 38 katlı ve çok amaçlı kullanıma sahip bir binadır. 7. ve 36. seviyelerdeki mekanik katlarda soğuk su serpantinleri, hava tarafı ekonomizleri ve fanlı VAV kutularını içerirken, su basmanı seviyesinde R-11 soğutucu kullanan 1985 model santrifüj chiller bulunmaktaydı. Soğuk su ve kondenser suyu hatları dahili mekanik boru kanalı içinden dikey olarak geçirilmiştir. 20 inçlik kondenser besleme ve geri dönüş boruları chiller santralinden, 4 adet tahta iskeletli çapraz akışlı soğutma kulesinin ısıyı atmosfere geri çevirdiği 35. kattaki mekanik çatı katına; dahili mekanik bir boru kanalı içinden dikey biçimde geçirilmiştir.
Ahşap iskeletli çapraz akışlı soğutma kulelerinden biri
Bilgisayar Odası İklimlendirmesi (CRAC) için atılması gereken ısı, soğutma kulesindeki kondenser suyunu kullanan ve binanın çeşitli katlarına konuşlandırılmış 11 adet su soğutmalı üniteyi dolaşan bir su devresi sayesinde yapılmaktaydı. CRAC hattındaki boru tesisatı geçen 5 yıl içindeki boru duvarı korozyonu yüzünden sökülüp yenilenmişti. CRAC hattı ve soğutma kulesi kondenser suyu sistemi arasındaki su bağlantısı sebebiyle soğutma kuleleri tüm yıl boyunca çalışır durumda kalmak zorundaydı. Bu da ahşap soğutma kulesi havuzlarını kış boyunca donmaktan korumak için hatırı sayılır bir ısı gerektirmekteydi. Bina planlanıp inşa edildiğinde birçok farklı veri merkezli soğutma uygulamasının kullanılması beklenmekteydi ama hiçbiri kullanılmadı.
Mevcuttaki CRAC hat bağlantısı ve bileşenleri
MEP ekibi ASME B31.9, Building Services Piping ile uyum sağlandığına emin olmak için boru-gerilim analiz yazılımı kullanmıştır. 6, 7, 33 ve 34. katlarda yatay borulama için yivli esnek kaplinler kullanılırken, dikey borulamada ise yivli sabit kaplinler kullanılmıştır. Yaylı kaide tasarımı yaylı kaide tedarikçisine delege edilmiştir. Boru hareketini ve gerilmelerini içeren tedarikçinin hesap sonuçları, MEP ekibinin gerilme analizi ve öngörülen boru hareketleri ile kıyaslanmıştır. Bu karşılaştırmanın sonuçları esnek kaplinlerin miktarını ve en son konumlarını belirlemek için daha sonra kaplin üreticisi ile birlikte incelenmiştir.
Mekanik asma kat Revit Modeli
Kötüleşen Koşullar
Kondenser-su sistemi boru duvarlarında şiddetli korozyon belirtileri göstermekteydi. Ultrasonik incelemeler bazı bölgelerde boru tesisatındaki et kalınlıklarının 1/8 inç inceliğinde olduğunu göstermekteydi ki bu değer yeni 20 inçlik standart duvarlı boruların 3/8 inçlik kalınlığına nazaran oldukça azdır. Çeşitli bakım ve onarım seçeneklerini değerlendirdikten sonra, bina sahibi sistemi yenilemeye karar verdi. Yeni kondenser-su sistemi; soğutma kulesi ile chiller santrali arasında, yeni soğutma kulesi hücreleri ile yeni bir boru hattına sahip olacaktı. CRAC sisteminin ayrılması, kış süresince soğutma kulelerinin kapatılmasına izin verecekti. CRAC sistemi propilen-glikol antifriz çözeltisi ile doldurulacak, bilgisayar odasının iklimlendirilmesi kış boyunca kuru soğutucular vasıtasıyla yapılacak ve yaz boyunca soğutma kulelerini bir plakalı ısı eşanjörü vasıtasıyla kullanacaktı. Yeni CRAC-çevrim hattı ekipmanı eklenecekti.
Sınırlı Erişim
Soğutma kuleleri binanın inşası sırasında 35. kata kurulmuştu. Yeni parçaların mekanik odaya taşınması ve eskiyen parçaların mekanik odadan alınması için tek yol servis asansörünün kullanılmasıydı. Malzemelerin vinç veya helikopter ile kaldırılması için çatıyı sökmek mümkün değildi. Tamamen yeni ve tahrip olmuş parçalar servis asansörü ile mekanik odaya ve odadan taşınmak zorundaydı. Servis asansörünün açıklığı 4 ft 6 inç genişliğinde ve 9 ft boyunda iken asansörün kendisi 5 ft 6inç genişliğinde, 9 ft 9 inç boyunda ve 9 ft 4 inç derinliğindeydi. Kuru soğutucuları ve soğutma kulesi kızaklarını içeren ekipmanlar genellikle bu ölçülere göre yapılmak zorundaydı.
Soğutma-Kulesinin Boyutlandırılması
Soğutma kuleleri, faydalı ömrünü tamamlamaya yakın halihazırdaki chiller’lar ve yeni yüksek verimli ve düşük sıcaklık farklı chiller’lar ile beraber düzgün çalıştığından emin olmak için dikkatli bir şekilde boyutlandırıldı ve seçildi.
Chiller santrali 12°F’lık sıcaklık farkına göre tasarlanmıştı ve ton başına 0.632 kW güç tüketmekteydi. Yeni tasarım, 10°F veya daha az bir sıcaklık farkında çalışacak ve ton başına 0.23 kW güç tüketecekti. Binanın mevcut soğutma kulelerinin modern versiyonları da dâhil birçok soğutma kulesi düşünüldü. En nihayetinde, performansları ve boyutları sebebiyle paslanmaz çelik soğutma kuleleri seçildi.
Yeni soğutma kuleleri
Boru Yıkımı / Sökümü ve Uygun Olan Yeni bir Boru Kanalı
Bina sahibinin anlaşmadaki koşulları arasında dikey boru kanalında kaynak yapılmaması ve mevcut sistemin sökümünde şaloma ile kesme uygulanmaması vardı. Chiller santrali ile soğutma kuleleri arasındaki bağlantının sadece 15 Aralık ve 15 Şubat arasında kesik olabilmesi, kondenser suyu boru hattı üzerine çalışılacak zaman dilimini önemli ölçüde daralttı. Tabii ki bu durum, 2 adet 20 inçlik boruyu söküp yenilerini takmak için yer olmadığından aynı kanaldaki kondenser-suyu boru sisteminin direkt değişimini engelledi. Bu durum boru kanalı için yeni bir yer arayışı başlattı.
Eksenel ısıl genleşme için esnek mekanik kaplin kullanılmış 20 inçlik kondenser suyu dönüş hattının üstü.
Bina sahibi artık kullanılmayan posta/kargo konveyör sisteminin kanalını bir ihtimal olarak düşündü. MEP ekibinin konveyör sistemini kanaldan ayırması, yeni boru tesisatının mevcut kat giriş kısıtları dâhilinde uygun olup olmadığını ve mevcut inşaat çeliğinden zemin çerçevesinin yeni boru yüklerini kaldırabilir olduğunu doğrulaması gerekiyordu. Neyse ki, konveyör sistemi neredeyse birbirine tamamen geçmeliydi ve bu da söküm işini nispeten kolaylaştırdı.
Yeni kanal sadece 6. ve 34. katlar arasında uzanmaktaydı. Mevcut sistemin kısmi olarak sökümü ve sökülen dikey bölüm için yeni boru hattına yatay boru bağlantıları gerekliydi. Chiller santralinden 7. kata kadar eski boru hattının kullanımı gerekiyordu. Çatı katındaki yeni boru hatlarına bağlanmak ve soğutma kulesi karter bağlantılarına ulaşabilmek için, 33. ve 34. katlarda yeniden eski dikey boru hattının kullanılması gerekliydi. Eski boru tesisatının yukarıda bahsedilen bölümleri dışındaki kısmı, mevcut kanaldan sökülmek zorundaydı. Bu da kıvılcımsız 7 ¼ inç metal kesme testereleri kullanılarak başarıya ulaştı. Parçalar kesildikçe binanın zemin katına indirildi ve oradan dışarıya çıkarıldı.
Mevcut boru hattını değiştirmek yerine, dikey posta konveyörünün kanalını kullanma kararı proje planını tahmini 4 yıllık bir süreçten 2 yıldan az bir süreye düşürdü. Bu süreçteki azalma, mevcut boru hattını çalışır vaziyette bırakırken yeni dikey kanalda paralel bir boru hattı döşeyebilme becerisine atfedildi. Yeni ve paralel bir boru hattı döşendiği için eski boru hattının sadece 33. kat üstündeki ve 7. kat altındaki bölümleri söküldü. Bu sayede oldukça zor ve maliyetli bir işlem olan borunun parça parça yük asansörüne sığacak ve mevcut köşelerden rahatlıkla döndürülerek taşınabilecek kadar küçük parçalara kesilip sökülmesine gerek kalmayarak yaklaşık olarak 300.000 $’lık bir tasarruf yapıldı.
Yeni kanalda yay tutuculu yeni kondenser-suyu boru tesisatı
Mevcut Servis Çekirdekleri
Binanın mevcut servis çekirdek duvarı dayanıklı çelik takviye ile inşa edilmişti ve bu durum çekirdek duvarlarını delmeyi veya kesmeyi imkânsız kılmıştı. Bu durum zor bir işlem olan borunun beton çekirdek duvarların ve diğer boruların etrafından geçirilmesini gerekli kılmıştır ve boru dirseklerindeki düşük noktaların oluşumunu engellemiştir. Neyse ki, bina sahibi boru-alt yüksekliği mevcut asma tavanın altında olan hizmet alanlarında üst eşik kullanımına izin vermişti. Bitmiş döşemenin üzerindeki mevcut yükseklik, en düşük noktada 7 ft 6 inçti ve bu da çekirdek duvarını engellerken yine de binanın tüm alanlarına erişime izin vermekteydi.
Mevcut Sistem Enerji Kullanımı
Mevcut sistem; CRAC sisteminin sistemden ayrılması, soğutma kulelerinin yenilenmesi ve CRAC-çevrim pompalarının değişimi ile kolaylıkla daha fazla enerji verimli hale getirildi. CRAC-hattının sistemden ayrılması kışın soğutma kulelerinin kapatılmasına, CRAC-hattı sistem pompalarında değişken frekans sürücülerinin kurulumuna ve soğutma kulesi fan beygir gücünün düşürülmesine olanak sağlamıştır. Buna ek olan bir özellik de ilkbahar ve sonbaharda CRAC hattından soğutma kulesi havuzlarına ısı atımını sağlayabilmesidir.
Bina sahibi, elde ettiği hatırı sayılır enerji tasarrufu sayesinde, yerel kamu hizmeti şirketinin sunduğu enerji tasarrufu için iskonto sağlayan teşvik programından faydalanabilmişti.
Güç-Gerekliliğinin Azaltılması
Sistemdeki her bir yeni ekipmanın anma ve işletim motor beygirgücü değerleri, yerini aldığı ekipmandan daha düşüktür. Binanın ek veri merkezi mahalleri hiçbir zaman kullanılmadığı için soğutma kulesi fan motorlarından her biri 60 hp’den 30 hp’ye düşürüldü. CRAC-hattı pompaları, mevcut sistemin analiz edilmesinden sonra ve gelecekteki olası kiracı değişiklikleri göz önünde bulundurulması ihtimaline karşı birtakım büyümelere izin vererek 40 hp’den 10 hp’ye düşürüldü. Soğutma kulesi havuz hattı ısıtıcısı (180 kW) kışın soğutma kulelerini kapatabilme imkânı sayesinde bütünüyle kaldırıldı.
Soğutma Kulelerinden Kuru Soğutuculara
CRAC hattı 60-hp soğutma kulesi fanları ve 180 kW’lık soğutma kulesi havuz ısıtıcısı da dâhil olmak üzere soğutma kulesinin tüm yıl boyunca çalıştırmasını zorunlu kılmıştı. Bu çalışma yapısı sadece 4 adet 2-hp fan ve 1 adet 10-hp CRAC hattı pompası gerektiren 2 paralel kuru soğutucu ile değiştirilmiştir. Bu sayede bina sahibi olabilecek en büyük enerji tasarrufunu sağlamış, yerel kamu hizmeti şirketinden $358,000 iskonto elde etmiştir.
CRAC-Hattından Soğutma Kulesi Havuzlarına Isı Atımı
Kansas City’de günlük sıcaklık ilkbahar ve sonbaharda hızlı bir şekilde değişmektedir. Gündüz çalışma soğutma gerektirirken, gece sıcaklıkları donmaya yakındır. Bu yüzden, soğutma kulelerini ısıtmak için gerektiğinde CRAC hattından ısı kullanımı önerildi. CRAC-hattı ısı eşanjörünün kule tarafına CRAC hattından atılan ısıyı direkt olarak soğutma kulesi havuzlarına aktarmak için ek boru tesisatı ve vanalar kuruldu. Bu sayede soğutma kulesi havuzlarını ısıtmak için kullanılan elektrik dirençli ısıtıcıların kullanım gerekliliği ortadan kalkmıştır.
Sonuç
Projenin kendine has zorlukları bazı yaratıcı çözümler ve başarılı bir sonuç doğurdu. Bu daha etkili sistemle, enerji maliyetleri yıllık $48,000 azaltılırken, kamu hizmet kuruluşunun yaptığı iskontolar sayesinde yeni ekipman maliyetinin yüzde 10’u bina sahibi tarafından geri alınmıştır. Sistem işleyişi basitleştirildi ve soğutma kuleleri ve bağlantılı borulara ilişkin bakım maliyetleri azaltıldı. En önemlisi de müşteri mutluydu.
Kaynak: http://www.hpac.com/piping-pumping/replacement-condenser-water-system-mixed-use-high-rise
