Kurumsal Kullanım için Absorpsiyonlu Chiller’lar

Yazan: Marcia Karr / ES Magazine
Çeviren: Meriç Noyan Karataş
Oteller, tatil yerleri, gıda işleme ve soğuk hava tesisleri, bira işletmeleri, süpermarketler, sağlık tesisleri gibi değişik tipteki binalar için mal sahipleri absorpsiyonlu chillera sahip merkezi santral tasarımlarını sunabilen mühendisleri seçeceklerdir. Buna ek olarak, merkezi mekanik santrali olan hastaneler, üniversiteler, veri merkezleri ve diğer kurumsal alanlar absorpsiyonlu chiller için eşsiz bir fırsat sunmaktadır.
Geleneksel soğutma ekipmanının elektrik yükü, absorpsiyon chiller yolu ile ısıl yük olarak bağlanır ise, kurumsal bir bina yıl boyunca ısıl ve elektrik yükleri arasında güzel bir denge kurar. Ayrıca absorpsiyonlu chiller teknolojisini kendi merkezi santrallerinde kullanarak işletme giderlerini önemli ölçüde azaltmasına yardımcı olan harika stratejiler ve teknolojiler bulunmaktadır. Absorpsiyonlu chiller mevcut merkezi mekanik santral işletimine birçok şekilde dahil edilebilir ve bu makalede 4 başlıca yoldan bahsedilmektedir:
- Atık ısı uygulaması
- Birleşik soğutma, ısı ve güç (Combined Cooling Heat and Power’ın kısaltması olarak makalenin devamında CCHP olarak kısaltılacaktır) uygulamasının kısmı olarak (CCHP veya trijenerasyon)
- Bağımsız gaz yakıtlı absorpsiyonlu chiller uygulaması
- Soğutma çevrimi için ısı kaynağı olarak yenilenebilir güneş enerjisi kullanımı
Bu uygulamaların dördü de elektrik faturalarındaki miktarları aşağı çekmektedir, özellikle elektrik ücretlerinin yüksek olduğu yaz aylarında. Son yıllarda absorpsiyonlu chillerlar öyle bir noktaya geldi ki bu soğutucuları merkezi santralleri için belli bir kapasitede kullanmayan kuruluşları ihmalkâr olarak addetmek yanlış olmaz. Bu sonuca yönlendiren faktörleri aşağıdaki gibi sıralayabiliriz:
- Doğalgaz bolluğu
- Doğalgaz altyapısının elektriğe kıyasla güvenilirliği
- Elektriğe kıyasla doğalgaz maliyeti
- Son 10 yıl içerisinde absorpsiyonlu chiller teknolojilerindeki önemli gelişmeler
- Çevresel hususlara verilen yüksek önem ve bunun sonucunda merkezi santral faaliyetlerinde ozon tüketmeyen teknolojilerin kullanımına olan istek
Absorpsiyonlu chillerlar elektrikli chillerlerden daha sessizdir. Absorpsiyonlu chiller ayrıca elektrikli soğutucunun tükettiği elektrik enerjisinin sadece % 10’unu tüketir ve bu da elektrik harcamalarına olumlu olarak yansımaktadır. Diğer taraftan, absorpsiyonlu chillerlar mekanik soğutuculardan daha az etkili oldukları için, en ideal kullanımları absorpsiyonlu chiller olmadığı durumda atmosfere atılacak ısının var olduğu binalarda ve elektrik ücretlerinin nispeten yüksek olduğu yerlerdedir. Ayrıca, birleşik ısı ve güç sistemi olan bir tesis merkezi santrallerinde absorpsiyonlu chiller kullanarak daha geniş kapsamda fayda sağlayabilir.
Atık Isı Uygulaması
Kurumsal yerlerin yazın genellikle buhar kazanlarını kısması gerekmektedir ve yaz ayları mahal soğutmasına / soğutulmuş suya ihtiyaç duyulan bir zamandır. Fakat yük hiçbir zaman sıfır olmayacağından kazanlarını tüm yıl belirli bir oranda çalıştırmaları gerekebilir. Tam kapasitesinin altında bir kazanı çalıştırmak kazan verimliliğini riske atmaktadır; kazan minimum ateşleme oranında çalıştırılır ve buhar fazlası atmosfere atılır. Diğer tarafta, eğer biz kazandan çıkan bu buharı veya sıcak suyu elektrikli soğutucu yerine absorpsiyonlu chillerda kullanırsak, kazanlarımızı yaz aylarında bile daha verimli bir seviyede çalıştırabiliriz. Bu kapasitede bir absorpsiyonlu chiller kullanmanın önemi Carnegie Mellon tarafından bir örnek olay incelemesinde vurgulanmıştır; www.cmu.edu/iwess/components/steam_absorption_chiller/.
Bu uygulama daha yüksek verimli, absorpsiyon döngüsü için buhara ihtiyaç duyan çift etkili absorpsiyonlu chillerlar için oldukça elverişlidir. Eğer yeriniz minimum buhar yükü ve minimum kazan ateşleme oranı arasındaki uyumsuzluk yüzünden yaz aylarında buharı dışarı atmak zorundaysa, buhar yakan absorpsiyonlu chiller kesinlikle düşünülmelidir. Bu sayede elektrik enerjisinden önemli ölçüde tasarruf sağlanacak ve kazanın ömrü uzayacaktır.
Birleşik Soğutma, Isı ve Güç Uygulaması
Absorpsiyonlu chillerı merkezi santrale dâhil etmek, günlük enerji için kullanılan yedek doğalgaz jeneratörlerini kurmaya ve jeneratörden çıkan atık ısıyı yazın ‘serbest’ soğutma ve kışın sıcak su için kullanmaya fırsat sunmaktadır. Nihayetinde bu yol insan kaynaklı hatalarda veya doğal felaketlerde tesisin işler durumda kalabilmesinde önemli bir rol oynamaktadır ve aşağıda sıralanan kazançları sağlamaktadır:
- Enerji maliyetlerini azaltır
- Dalgalanan enerji maliyetleriyle alakalı riskleri dengede tutar
- Ekipman dayanıklılığını artırır
- Üretilen enerji için sera gazı emisyonunu % 50’ye kadar azaltır
- Şebeke tıkanıklığını azaltır
- Elektrik giderlerini azaltır
- Güvenilir güç kaynağı sağlar
Dahası, absorpsiyonlu chillerlar ASHRAE, EPA, DOE ve GSA gibi LEED sertifikasyon programları tarafından desteklenen, R717 (NH3) ve R744 (CO2), su ve hava gibi küresel ısınmaya düşük etkisi olan ve ozon dostu doğal soğutucu akışkanlar (doğada var olan) kullanmaktadır. (Bakınız: www3.epa.gov/chp/documents/treatment_of_chp_in_leed_building_design.pdf.)
Absorpsiyonlu chillerları CCHP uygulamasında kullanan üniversiteler, hastaneler, veri merkezleri ve askeri işletmeler gibi kurumsal alanlarda bu potansiyelin erişildiği sayısız durum incelemesi bulunmaktadır. ICF International bu eğilimi örneklemek için bazı durum incelemelerinden oluşan harika bir belge yayınladı.
(www1.eere.energy.gov/manufacturing/distributedenergy/pdfs/chp_critical_facilities.pdf).
Tipik ticari bir binanın ısıl ve elektik yük profili Şekil 2 ve 3’te gösterilmiştir. Isıl enerji yük profili yazın termal ısı ihtiyacındaki önemli düşüşe işaret etmektedir. Fakat soğutma için ısıyı kullanan bir teknoloji ile soğutma yükünü eklersek, ısıl yük profilimiz yıl boyunca daha sabit seyredecektir. Yıl boyunca ne kadar CCHP santrali kullanılırsa, daha çok enerji tasarrufu gerçekleşir, sahada daha az kirlilik oluşur ve daha çok tasarruf edilir.
CCHP sistemleri absorpsiyonlu chiller/ısıtıcı kullanımı için olanak sağlamaktadır. Bu teknoloji taban alanından tasarruf edip kazan sayısını azaltarak ve böylece sermaye ve bakım maliyetlerini düşürerek tek bir parça ekipmanda hem soğuk su hem de sıcak su sağlar. Mühendisler nem gidermenin istendiği veya gerektiği yerlerde bu konsepti tercih etmektedirler.
Gaz Yakıtlı Absorpsiyonlu Chiller Uygulaması
Gaz yakıtlı absorpsiyonlu chiller yazın elektrik giderlerinin arttığı yerler için harika bir seçenektir. Bu teknoloji soğutma yüklerine hizmet etmek için elektrik yerine daha sabit yakıt gideri olan doğal gazın kullanımına imkân vermektedir.
Gaz yakan absorpsiyonlu chillerın finansal değerini vurgulayan ve New York’taki bir hastaneyi konu alan iyi bir örnek olay incelemesine linkten ulaşılabilir: www.nyhq.org/oth/Page.asp?PageID=OTH001604
Bu çalışma, merkezi santral faaliyetlerine absorpsiyonlu chiller’ları dahil ederek yatırımın yaklaşık 5 yıl içindeki geri dönüşünü konu alıyor. Tek bir gaz yakıtlı absorpsiyonlu chiller sayesinde bu devasa kurumsal sahanın karbon emisyonu %7 oranında azalmıştır.
Güneş Enerjili Adsorpsiyonlu Chiller Uygulaması
Ülkede; mahal soğutmasına ihtiyaç olduğu saatlerde güneş enerjisinin oldukça güvenilir olduğu birçok yer bulunmaktadır. Bu sahalar için güneş enerjili adsorpsiyonlu chiller idealdir. Güneş enerjili adsorpsiyonlu chiller global 3 veya 4 üretici tarafından üretilmiş ve başarılı bir şekilde kurulmuştur. Bu chillera sadece 140˚F’ile 176˚F arasında (CCHP’de veya güneş kolektörü ile bir motoru soğutmak için gereken ideal sıcaklık) sıcak su girişi olması gerekiyor ve bu chillerdan 41˚F soğutulmuş su çıkışı sağlanabiliyor ki bu da HVAC soğutması için mükemmel bir durum. Adsorpsiyonlu chillerlar 0,5 ile 0,68 arasında COP değerlerine sahiptir. Pistonlu motorlu bir itici güç veya güneş enerjili sıcak su panellerinden gelen serbest ısı gibi düşük ısı kaynağı mevcutsa, en iyi seçenek budur. (Şema 1)
Şema 1’deki elektrik talep profiline baktığımızda, 3,400 kW üzerindeki elektrik yükünü soğutma yüklerine atfedebileceğimizi görüyoruz. Bu soğutma yükleri; kazandan veya gaz türbini ile bir jeneratör düzeneğinden çıkan atık ısının bir absorpsiyonlu chillerın kullanımına sunularak karşılanabilir ve böylece, kWh bazında elektrik kullanımından tasarruf sağlanır (ve daha önemlisi, talep cezalarından). Bu sahada talep cezaları sene başına rahatlıkla 200,000 doların üzerine çıkmaktadır. Bu cezanın bir kısmı absorpsiyonlu chiller itfa analizinde kaçınılan bir maliyet olarak düşünülebilir. Kazandan veya jeneratörden gelen ısıyı kullanan absorpsiyonlu bir chiller ile soğutma yükünün karşılanması sayesinde talep maliyetleri / cezaları düşürülebilir veya yok edilebilir, kirlilik azaltılabilir ve yıl boyunca enerji tasarrufu sağlanabilir.
Devreye Alma ve Bakım
Absorpsiyonlu chiller tipinin doğru seçimi karmaşık olabilir. Tecrübeli bir mühendislik firması, kimin chillerı devreye almak ve sorunsuz bir şekilde santrale entegre etmek için gereken eğitimi aldığını bildikleri için chiller üreticisinden tavsiye almalıdır.
Üretici temsilcileri ‘birinin elektrikli chillerlerden anlaması absorpsiyonlu chiller teknolojisini anlaması demek olmadığı’ fikrini yansıtacaklardır. Fakat elektrikli chillerlerden anlayan birinin kesinlikle absorpsiyonlu chillerın işleyişi ve bakım ihtiyaçlarını öğrenmeye de yatkınlığı olduğunu ekleyeceklerdir. Aynı şekilde, birinin karbüratörler üzerinde çalışması yakıt enjeksiyonu üzerinde de çalışabildiği anlamına gelmez, ama bu yakıt enjeksiyonu sistemlerini öğrenmeye yatkın olduğunu da göstermez.
Absorpsiyonlu chillerlar nispeten basit makinelerdir. Hareketli parça sayısı azdır ve çalışma sıcaklıkları ve basınçları nispeten düşük olabilir. Bu özellikleri ile merkezi santralin emektar parçasıdırlar. Fakat üretici temsilcileri herhangi bir anormallik karşısında eğitilmiş kişileri harekete geçirmek amacıyla uzaktan takip özelliklerini güçlü bir şekilde savunmaktadırlar.
Absorpsiyonlu chillerlari merkezi santralinize dâhil etmek için üretici ve mühendislik uzmanlarının merkezi santralin bir sistem olarak çalıştığını garanti etmesi gerekir. Genellikle merkezi santraldeki her bir ekipman bağımsız bir ünite olarak çalıştırılır. Fakat atık ısı ve CCHP absorpsiyonlu chiller uygulamaları diğer birçok ekipmanla etkileşim gerektirir.
Birbirine bağımlı operasyonların optimum çalışması için emisyon miktarları, jeneratörler, şebeke bağlantıları, atık ısı geri kazanımı, hava kurutucular, bina sistemlerine entegrasyon vb. konuların göz önünde bulundurulması gereklidir. Bunun sağlanabilmesi için çok komplike bir kontrol mantığı oluşturulması gereklidir. Birçok özellik tesis içerisindeki dinamik şartlara göre kontrol edilmelidir. Absorpsiyonlu chillerları, önceden mevcut olan bir merkezi santrale entegre ederken çeşitli girdi şartlarına göre gereken ayarlamaların tanımlanması için, devreye alma ekibinin tasarım mühendisinden santral geneli için kapsamlı hususlar içeren listeyi temin etmesi gerekmektedir. Gelişmiş bir merkezi santralin üzerindeki ekipmanların üreticileri her soruna anında ve etkili bir şekilde cevap verebilmek için 24 saat takibi ve önleyici hata bulma hizmetlerini tavsiye etmektedirler.
Şekil 1. Düşük sıcaklıklı adsorpsiyonlu atık ısı chillerı
Şekil 2. Elektrik talep profili
Şekil 3. Isıl talep profili