Havalandırmanın Kurulumu ve Çeşitlilik Prensibi
Toplam havalandırma gereksinimlerine çeşitlilik prensiplerinin uygulanması gözle görülür miktarda para ve enerji tasarrufu sağlar.
Binalardaki mekanik sistemlere uygulanan çeşitlilik prensibi, tasarım aşamasında, mühendisler arasında genellikle tartışılan, ama genellikle faydaları ve uygulamaları yeterince değerlendirilemeyen bir konu olmuştur. Buna benzer olarak, ne bina sahibi ne de tasarım uzmanı bu basit prensibin sağladığı maliyet ve enerji tasarrufunun değerini yeterince bilememektedir. Basite indirgemek gerekirse, çeşitlilik prensibi, bina içerisindekilerin gün içerisinde bulundukları yerlerin değişmesinden başka bir şey değildir. Bir HVAC sisteminin çeşitlilik tarafından etkilenen başlıca elemanları iç alan yükleri (soğutma/ısıtma talebi) ve taze hava yüküdür (havalandırma ve dış hava [OA] ısıtılması). HVAC yükleri ve havalandırma bina içerisinde bulunan her alan için karşılanmalıdır ve bu karşılamanın nasıl yapılacağı bina içerisinde yaşayanların dağılımları ve kullanılan HVAC sisteminin tipine bağlıdır.
Para ve Enerji Tasarrufu
Toplam bina havalandırması gereksinimlerine çeşitlilik prensibi uygulandığında, enerji tüketimi ve maliyet miktarlarında gözle görülür bir azalma olur. Bu prensibi örneklemek için, içerisinde 30 kişinin ikame ettiği bir ofis binasını ele alalım. Her bir kişi için havalandırma gereksinimi 20 cfm ise, toplam havalandırma gereksinimi 600 cfm OA?dır (tüm binanın maksimum OA ayarı, bina içerisinde yaşayanların bulundukları konumdan bağımsızdır). Diğer taraftan, bina OA gereksinimi bina içerisindeki odaların her birinin maksimum iskan miktarına göre ayarlanmış olursa, toplam OA gereksinimi çok daha yüksek olur. Yüksek bir toplam OA talebi sadece büyük bir fan motoru seçilmesine sebebiyet vermekle kalmayacak (ki bu elektrik talebini artıracaktır) OA talebini karşılayan tüm ekipmanların kapasitesini de yükseltecektir.
Karbondioksit (CO2) bazlı talep kontrollü led havalandırması (DCV) veya HVAC sistemi ile tümleşik iskan sensörleri, çeşitlilik havalandırması prensiplerinin uygulanması için kullanılabilir. Ortak bir OA ünitesinin hizmet ettiği çoklu hacimlerin bir kısmı veya tamamı iskan halinde olabileceğinden, CO2 limitleri her an uygun seviyelerde kalmalıdır. Biyolojik atıkların hafifletilmesine ek olarak, OA beslemesinin ayarlanması, yüksek CO2 seviyesinin sebebiyet vereceği baş ağrısı ve rehavet gibi yan etkileri azaltır veya ortadan kaldırır. Tüm bunlara ek olarak OA beslemesinin ayarlanması toplam konforun dengelenmesinde de rol oynamaktadır.
Birçok aydınlatma uygulaması, enerji tasarrufu için iskan sensörleri kullanmaktadır. Bu sensörler, iskan olan odalardaki OA damperlerinin açılması için de kullanılabilir. Yine aynı sensörler OA?nın iskan olmayan odalara taşınmasını engellemek için kullanılabilir. Bu uygulama çift pozisyonlu damperler (on-off) ile beraber kullanıldığında pratik olsa da, tekil bir alanda ayrıntılı bir OA dengelemesi yapılmasının zorunlu olduğu durumlarda etkisizdir. Bu yüzden, bu havalandırma kontrol metodu dikkatlice ve tekil alan OA modülasyonunun gerekli olmadığı durumlarda kullanılmalıdır.
Çeşitlilik prensipleri uygulandığında, enerji ve maliyet tasarrufunun miktarını belirtmek için, Şekil 1 düzenindeki, küçük bir bina olan bir önceki örneğimizi kullanalım. Binanın toplam maksimum iskan imktarı 30 kişi iken, Şekil 1?deki gibi her bir alanın maksimum iskan miktarları toplandığında, bu sayı 49 kişi bulunmaktadır. Dinlenme odası ve tüm tuvaletleri de dahil ettiğimizde, toplam OA gereksinimi 1.310 cfm?e düşmektedir.
Açık olarak, dinlenme odasının 200 cfm?i ve tuvaletlerin toplam 150 cfm?i ihmal edilebilir çünkü bu gereksinimler binanın standart havalandırması ile karşılanır.
Buna rağmen, 19 kişilik bir fark hala bulunmaktadır. Her bir kişinin ihtiyacı olan havalandırma baz alındığında, toplam OA gereksinimi 960 cfm?dir (standart ofis havalandırması değerlerinin işaret ettiği her bir kişi için 20 cfm değerindeki toplam havalandırmadan % 60 oranında daha fazla demektir).
Tablo 1, çeşitlilik prensibi ve uygulamalarının kullanıldığı ve kullanılmadığı durumlarda ortaya çıkan havalandırmanın ısıtılması ve soğutulması için gerekli olan enerji farkını göstermektedir. Tablo 1, çeşitlilik kullanıldığında soğutma yükünün 2.5 ton olduğunu, kullanılmadığında ise 3.5 ton olduğunu ortaya çıkarmaktadır. 3000 ft2?lik iskan olan binada, çeşitliliğin sağladığı tasarruflar, ılıman aylarda 15.000 Btuh?e ulaşabilir. Bunun ötesinde, bu tip bir uygulamanın birimsel sistemi en az 1 ton soğutmaya eş değer düşebilirken, çalışmaya başlamada ve işletimde de enerji tasarrufu sağlar. Buna benzer olarak, ısıtma için harcanan enerji de gözle görülür miktarda azaltılabilir. Bu örnekte, çeşitliliğe bağlı olan 41 mbh?lik enerji tasarrufu elektrik enerjisi ya da doğal gaz enerjisine eklenebilir. Daha büyük binalarda, sebep olduğu tasarruf oranına göre, yakıt tankı, borulama, buhar kazanları ve hidronik borulamada gözle görülür oranda boyut küçülmesi sağlar. Basit çeşitlilik prensiplerinin uygulanması ile tasarruf sağlanabilecek alanlar aşağıda sıralanmaktadır:
· Soğutma sistemleri ? birimsel ekipman boyutları ve kapasiteleri, klima santrali, chiller/soğutma kulesi boyutları, jeotermal kuyu niceliği.
· Isıtma sistemleri ? buhar kazanı ve nicelikleri, fuel-oil/gaz tüketimi, ısıtma serpantini/elemanlarının boyutları ve yakıt/gaz hattı ve regülatör boyutları
· Hidronik sistemler ? sıcak ve soğuk su pompaları, hidronik borulama boyutları ve nicelikleri, vanalar ve hidronik özellikler.
· HVAC dışı disiplinler ? ekipmanları destekleyen yapısal elemanların boyutları, mimari görüntülemenin boyutu ve miktarı, elektrik talebi, kablo boyutları.
Bunlara ek olarak, havalandırma sistemleri enerji geri dönüşüm sistemleri kullanıyorsa, ısı eşanjörü boyutları, ikincil enerji tasarrufları sayesinde küçültülebilir.
Isıl Kontrol Aracılığı ile Çeşitlilik
Çeşitlilik prensipleri, ofisler, okullar/üniversiteler, kamu binaları, kütüphaneler, spor salonları ve kiliseler gibi birçok çeşit binada uygulanabilir. Hemen hemen her binada nispeten sabit bir iskan durumu olduğundan, her bina, içerisinde ikamet eden kişilerin yer değiştirmelerinden ötürü çeşitlilik için bir adaydır.
Bu tip bir çeşitlilik, bir bina içerisindeki çeşitli zonlardaki sistemlerin ayarlanmasına olanak verebilmekte, boş ayar ve gece için azaltma ayarı gibi operasyonel planlama ve kontrol sistemleri ile başarımı sağlanabilir.
İskanın olmadığı bina bölümlerindeki ısıtma ve soğutma talebinin azaltılması enerji tasarrufu yapmak için pratik bir metot olduğundan, mühendisler, iskan yer değiştirmesinin sık olduğu hacimlerde HVAC ekipmanlarının kısa vadeli tekrarlanan döngülerini koruyabilmek için tasarım güvenlik faktörleri belirlemelidirler. Ekipmanları sürekli olarak çalıştırıp kapatarak enerji tasarrufu yapmak, bazı durumlarda, aşırı gürültüye sebebiyet verip ekipman ömrünü kısaltarak negatif bir etki yapabilir. Genellikle, değişken iskan periyotları boyunca, basit bir programlanabilir faz süresi veya gecikmiş açma kapama, aşırı ekipman döngüsünden korunmayı sağlar.
Uygun şekilde kullanıldığında, ısıl çeşitlilik prensipleri, havalandırma çeşitlilik metotları ile beraber uygulandığında ek kazanımlara neden olurlar. Bir önceki küçük ofis örneğini göz önüne alın. Binanın HVAC ünitesi, bina içerisindeki her alanın tam olarak dolu olduğu duruma göre boyutlandırıldığında, maksimum iskan değeri için, bu değere 19 kişi daha eklenmelidir. Kişi başına toplam ortalama 450 Btuh ısıl enerji çıktısı ile, toplam soğutma yükü 8550 Btuh artacaktır (neredeyse bir soğutma tonunun 3/4ü demek). Her ne kadar bu değer 3000 ft2?lik bir ofis binası için fazla olmasa da, bu farkı 30.000 ft2?lik, içerisinde iskan halinde 300 kişinin bulunduğu bir ofis binası için göz önüne getirin. Bu tip bir senaryo 7,5 tonluk soğutma kapasitesi, çeşitlilik prensibi uygulanmadığında kayıp olarak ortaya çıkacaktır.
Havalandırma ve ısıl çeşitlilik prensipleri ayrıca merkezi olarak havalandırılan çok zonlu binaların fan coillerine ve ısı pompalarına uygulanabilir.
Bireysel terminal üniteler hizmet ettikleri zonların azami yük değerlerine göre boyutlandırılıp seçildiklerinden, OA?nın ısıtılması ve taşınması için kullanılan merkezi havalandırma ekipmanları (besleme/egzoz fanları, paket enerji geri kazanım üniteleri v.b.), toplam hava yükü azalacağı için belirgin ölçüde daha küçük olarak boyutlandırılabilirler.
