Maliyet Tasarrufu ve Optimum Performans için Fan Sistemlerini Analiz Etmenin Yeni Yolu
Hazırlayanlar: Christian Radulescu / Western Integrated Technologies ve Gavin Kaleta, PE, LEED AP / SSOE Group
Çeviren: Meriç Noyan Karataş
Bu makale, bir mahal için en uygun fanı seçmek, sistem etkilerini azaltmak ve sistem kayıplarını saptamak için bir yöntem sunmaktadır. “Dünyada sadece iki nitelik vardır” demiştir oyun yazarı ve eleştirmen George Bernard Shaw; “verimlilik ve verimsizlik”. Fakat endüstri dünyasında bunların sadece birine yer vardır. Endüstriyel çevrelerde verimlilik başarı için önemlidir; duruşlar ve gereksiz enerji kullanımından her daim kaçınılmalıdır. Yapım öncesi tasarım kusurlarına dikkat çekmek, riskten kaçınmak ve enerji tüketimini azaltacak stratejiler uygulamak; giderleri en aza indirmenin, zaman planlarına olan etkileri kısıtlamanın ve nihayetinde verimliliği yakalamanın en akıllıca yollarıdır.
Sistem Etkisi
Yüksek performanslı fan sistemleri verimli endüstriyel süreçlerin olmazsa olmazıdır. Hava hareketi ve kontrol endüstrisinde, laboratuvarlar, otomotiv ve yarı iletken tesisleri gibi ticari ve endüstriyel tesislerde havalandırma sağlamak için tasarlanmış çoğu fan, endüstriyel standartlara uyumlu hale getirilmesi için üretici firma tarafından dikkatlice test edilmektedir. Fakat bu özenli testlere ve tam hesaplanmış değerlere rağmen, birçok fan monte edildikten sonra beklendiği gibi çalışmamaktadır ve üreticinin performans eğrisi tarafından belirtilen akış ve statik basıncı tutturamamaktadır. Bu da muhtemelen üretimi etkileyecek ve neredeyse her zaman giderleri arttıracak olan sistem verimsizliklerine ve bir an önce müdahale gerektiren verimi düşük bir sisteme yol açacaktır.
ASHRAE tarafından “Akışkan sistemlerinde (fanlar, pompalar ve dağıtım sistemleri) meydana gelen, sistemin tamamında veya bir kısmında kapasite düşüşüne yol açan ve istenilmeyen durumlar yaratabilen bir olay” olarak tanımlanan sistem etkisi, laboratuvar ortamında üst performansta çalışan bir fanın neden bir tesiste aynı şekilde çalışmadığının açıklanmasına yardımcı olmaktadır. Performanstaki bu fark büyük oranda kendini gösterir, çünkü aktif tesis ortamında bir fanın çalıştığı sayısız ayar ve şartlar bir laboratuvarda tekrarlanamaz. Aynı şekilde, bir laboratuvar ortamının sıkı çevresel kontrol özelliği sahada tekrarlanamaz.
ANSI/AMCA Standard 210/ANSI/ASHRAE Standard 51, Laboratory Methods of Testing Fans for Certified Aerodynamic Performance Rating fanların laboratuvar ortamındaki testleri için gereklilikleri tanımlamaktadır. Doğru ve tekrarlanabilen fan performans sınıflandırmalarına erişmek bu yayının ana hedefidir. En dikkatli biçimde kontrol edilmiş testler bile sistem etkisini doğru öngöremediği için, sınıflandırma sistemi bir performans sözünden ziyade fan alternatiflerini kıyaslamanın bir yolu olarak görülmelidir.
ANSI/AMCA Standard 210/ANSI/ASHRAE Standard 51 giriş ve çıkış bağlantılarının fan performansı üzerine etkisini tartışmaktadır. Maksimum etki için hava fana eş dağılımlı olarak girip çıkmalıdır, fakat bu gerçek dünya uygulamalarında her zaman meydana gelmez (Şekil 1). Kanal bağlantılarındaki eksiklikler, ufak olanlar bile, fan performansını ve çalışma verimliliğini etkileyebilir. Pervane kanatlarındaki aşınma – hava akış basıncını arttırmaya ve azaltmaya yarayan rotorlar – hasara veya yatak veya fan yapı bozukluklarına yol açan titreşimlere sebep olabilir. Fan girişindeki koruyucular veya damperler (veya birlikte) gibi engeller de bazen kayıplara yol açabilir (Şekil 2). Birbirlerine çok yakın konumlandırılan dirsekler veya “T” bağlantılar, kötü yerleştirilmiş damperler ve giriş spini gibi kanal tasarımına yönelik etmenlerin sistem etkisine katkısı bulunabilir.
Şekil 1: Bir plenum içerisine sert geçişli kurulumda hava beslemesi
Şekil 2. Yatay kanal ve fan girişinin hemen önündeki dirsek ve damperin yarattığı sistem etkisi
Performans sorunlarına, enerji verimsizliklerine ve mali kayıplara yol açan kanal kaçakları sistem etkisine bir katkı olarak genellikle görmezden gelinir veya hafife alınır. ASHRAE’nin Kaliforniya’da devlet binaları için başlattığı bir araştırma; binaların çoğunda kanal kaçaklarının tasarlanan hava debisinin % 20’sinden fazla olduğunu ortaya çıkarmıştır.
Sistem etkisi en becerikli makine mühendislerine ve hava hareket ve kontrol uzmanlarına bile görünmez olabilir. Örneğin, bir tasarımcı veya mühendis kanallarda, filtrelerde, damperlerde ve fanın biraz uzağındaki dirseklerde oluşan direnci belirleyebilir, fakat fanın tam yanındaki engelleri gözden kaçırabilir. Bu da hesaplarının belli bir oranda yanlış çıkmasına sebep olacaktır.
Air Movement and Control Association (AMCA) International, laboratuvar fan değerleri ve asıl saha performansı arasındaki açığın farkındadır ve bu açığı kapatmak için yollar aramaktadır. Bu doğrultuda, hava sistemlerinin verimliliğini ve performansını nihayetinde arttırabilecek 4 eylem önerir;
- Hava emiş engellerinin nasıl ele alınacağını güncellemek için ANSI/AMCA Standard 210/ANSI/ASHRAE Standard 51’i yeniden yazmak.
- Bir statik geri kazanım kanal tasarım programı oluşturmak.
- Akış hacmini ve güç çekişini ölçmek için hava sistem ürünlerine sensörler eklemek.
- Ürünlerin en iyi şekilde uygulanması için müşterilere rehberlik etmek.
En dikkatli şekilde uygulanmış kurulumlar bile iletişim eksikliği gibi basit bir sebepten dolayı maksimum performanstan yoksun kalabilirler. Diyelim ki bir tasarımcı verilen alan için en iyi tahliye pozisyonlu fanı seçti. Kurulum öncesinde, mahalde tadilatlar yapıldı fakat değişiklikler tasarımcıya aktarılmadı. Bu durumda fan bu alan için artık uygun olmaktan çıktı. Daha en başından fan performansı tehlikeye atılmış ve sistem etkilerine zemin hazırlanmış oldu. Sistem operatörü sistemin tasarım mühendisi tarafından belirtilen maksimum performans kapasitesine sahip olduğunu düşünürken, sistemin asıl performans kapasitesi düşük olacaktır. Bu da beraberinde üretimin durması, sistem verimsizlikleri ve parça hasarları gibi öngörülmeyen riskleri getirecektir.
Sistem etkilerini telafi etmek ve istenen hava akışını yakalamak için, operatörler genellikle fanların hızını artırırlar. National Environmental Balancing Bureau’ya göre, fan hızında yüzde 20’lik bir artış yaygındır. Bu da, enerji tüketimini ve fan motorlarında ve diğer elemanlarda aşınmayı tetikleyen yüzde 70’ten daha fazla bir fan gücü artışını gerektirir.
Yeni Metot
Yakın bir zamanda tüm dağıtım bileşenlerini kapsayan doğru ve açık bir şekilde fan sistemini simule eden bir metot doğrulandı ve uygulamaya kondu. Bu metot fan sistem performansını etkili bir biçimde öngören bir yazılım kullanmaktadır. Tüm dağıtım sistemlerinde akış değerlerini ve basınçları hesapladığı için, bu yazılım varsayımlara dayanmak yerine doğası gereği geleneksel analiz metotlarından daha güvenilirdir.
Anında anlamlı bilgi sunumu sağlamak için güçlü ve esnek modelleme yazılımı bilgisayar destekli çizim yazılımı ile birlikte çalışmaktadır. Tasarımcılar; (sistem dar boğazları dâhil olmak üzere) asıl sistem performansından birden çok sayıda yapılandırma altındaki sistem performansı ve iyileştirmelere kadar her konuda bilgiye erişim sağlayabilmektedirler.
Modelleme yazılımı aşağıdaki yollarla güçlendirilebilir:
- Tasarım sırasında modelleme yazılımı alternatiflerin analizi için kullanılabilir. Maksimum akış ve basınç gibi işletime özel değişkenler düşünülen herhangi bir fan için modelleme programına yüklenebilir ve bu değişkenler doğrultusunda program çalıştırılabilir. Bu, müşterilere belli bir fanın çalışma esnasındaki performansı hakkında bilgi verir. Eğer fan düşük bir performans gösterirse, müşteri hemen başka bir tane seçebilir. Eğer fan neredeyse yeterli bir performans gösterirse, ideal performansa erişmek için yazılım sistem detaylarının kanal sistem planı ve damper yerleştirilmesi gibi ince ayarlarını yapmak için kullanılabilir.
- Modelleme yazılımı fan sistem performansının zaman içindeki durumunu değerlendirmek için kullanılabilir. Bu, bir müşteriye performansı arttırmak için var olan sisteme yeni bir fan ekleyip eklememe veya yeni bir sisteme yatırım yapıp yapmama konusunda karar vermesine yardımcı oldu. Bu müşterinin hali hazırda 9-inç statik basınçla 10,000 ft3/dakika da çalışan dört fanı vardı. Modelleme yazılımına yüzde yüz taleple bakıldığı zaman, fanlar var olan sistem etkileri ve dağıtım darboğazları yüzünden 9-inçlik statik basınçla sadece 6,000 ft3/dakika ya erişebildi. Bu bilgi müşterinin fanlardan birinin yetersiz kalıp kalmayacağı ve statik basınç koşullarını azaltmak için kanal-bazlı çözümler içeren ne tür düzeltici önlemlerin alınacağı konusunda karar vermesine ve işlemin tüm riskleri değerlendirmesine yardımcı oldu.
- Müşterilerin öngörülen işletimsel taleplere dayalı bir fan sistemine yatırım yapmak ve zaman içinde belli seviyede bir performans elde etmek arasındaki dengeyi en iyi şekilde kurabilmeleri için, modelleme yazılımını fan yerleşimi, boyutu ve sistem planı gibi sistem detaylarını değerlendirmek için de kullandığı olmuştur.
Endüstrinin en büyük enerji kullanıcılarından olan fanlar için modelleme yazılımı; düşük maliyetli ve enerji tasarruflu kararlar almaya yarayan vazgeçilmez bir araçtır.
