Oda İklimlendirme ve Sıcaklık Kontrol Sistemleri

Bu tür iklimlendirme ve kontrol sistemleri genellikle otel, hastane ve iş merkezleri gibi çok odalı binalarda uygulanmaktadır.

Bir primer hava santralı vasıtasıyla önceden şartlandırılan hava, oda iklimlendirme ünitesinde (fan-coil, endüksiyon cihazı veya VAV box) oda havasıyla karıştırılarak veya doğrudan, odadaki isteğe göre yeniden şartlandırılarak veya debisi değiştirilerek odaya gönderilir. Oda sıcaklığını istenilen değerde tutmak için, seçilen iklimlendirme ünitesine göre çeşitli kontrol sistemleri kullanılır. Bunlardan en çok kullanılan sistemler aşağıda anlatılmıştır.

1) Pencere veya split tip klima cihazları:

Soğutma ve ısıtma (ısı pompası veya elektrikli ısıtıcı) gücünü kendisi üreten bu cihazlar bir termostat vasıtasıyla durdurulup çalıştırılarak oda sıcaklığı kontrol edilir.

2) Elektrikli veya sıcak sulu radyatör veya yerden ısıtma sistemleri:

Yalnız ısıtma için kullanılır. Termostatik vana veya termostata bağlı motorlu vana vasıtasıyla sistemden geçen su miktarı iki konumlu veya oransal olarak kontrol edilerek odanın istenilen sıcaklığa kadar ısıtılması sağlanır. Elektrikli ısıtıcılar da termostat veya kontrol cihazlarıyla iki konumlu veya oransal olarak kontrol edilebilir (Şekil 1).

Şekil 1

3) Fan-coil üniteleri (FCU):

Devri seçilebilen bir fan vasıtasıyla oda havasının bir serpantin üzerinden geçirilerek odanın iklimlendirilmesidir.

3.1) 2-borulu, vanasız FCU sistemi:

FCU'nun serpantininden dış havanın soğuk veya sıcak olmasına göre sıcak veya soğuk su geçirilir. Odadaki bir termostat vasıtasıyla istenilen sıcaklık, devir ve ısıtma veya soğutma modu seçilir. Fan çalıştırılıp durdurularak oda istenilen sıcaklıkta tutulur. Bu sistem FCU'larla oda sıcaklık kontrolü için en basit ve en ucuz kontrol sistemidir. Sakıncası, odanın iklimlendirilmesinin istenmediği zamanlarda da FCU serpantininden su geçişi olacağından fan çalışmasa da konveksiyonla ısı transferinden dolayı enerji kaybına neden olmasıdır (Şekil 2).

3.2) 2-borulu, vanalı FCU sistemi:

FCU'nun serpantininden dış havanın soğuk veya sıcak olmasına göre sıcak veya soğuk su geçirilir. Isıtma veya soğutma modu oda sıcaklık kontrol cihazı üzerindeki bir seçme anahtarıyla belirlenir. FCU fanı seçilen devirde oda havasını sirküle ettirirken odadaki ısı istemine göre kontrol vanası -iki konumlu veya oransal olarak- serpantinden geçen suyu kontrol ederek oda sıcaklığını istenilen değerde tutar. Oransal kontrol ile iki konumlu sisteme göre daha hassas bir sıcaklık kontrolü sağlanır. Vana kapandığında fan da durdurulabilir veya fan istenilen devirde sürekli çalışır.

2-borulu sistemlerde, dış hava sıcaklığının gece ve gündüz çok farklı olduğu ve kuzey-güney zonlarındaki ısıtma/soğutma istemlerinin birbirleriyle farklı olduğu uygulamalarda işletmede zorluklarla karşılaşılabilinir (Şekil 3).

3.3) 4-borulu, vanalı FCU sistemi:

FCU'da sıcak ve soğuk su için iki ayrı serpantin ve her serpantin için bir kontrol vanası vardır. 2-borulu sistemde olduğu gibi iki konumlu veya oransal kontrol cihazı ve vanası kullanılabilir. Odadaki ısı istemine göre ısıtma veya soğutma vanasıyla serpantinlerdeki su geçişi kontrol edilerek odanın istenilen sıcaklıkta olması sağlanır. Vananın birisi açıkken diğeri mutlaka kapalıdır. Isıtma ve soğutma set noktaları arasındaki ölü bölgede iki vana da kapalıdır. Oransal kontrol ile odada daha hassas bir sıcaklık kontrolü sağlanır.

Yatırım maliyeti yüksek olmasına rağmen FCU'lar odalarda istenilen sıcaklıkları sağlamak için en ideal sistemdir (Şekil 4)

Şekil 4

4) Endüksiyon cihazları:

Yüksek hızdaki primer havanın sürükleme etkisinden yararlanarak, oda havasının emilip primer hava ile karıştırıldıktan sonra hızı düşürülerek şartlandırılarak odaya verilmesiyle odanın iklimlendirilmesidir.

4.1) 2-borulu, vanalı endüksiyon sistemi:

Primer hava ile sürüklenilen oda havası bir serpantin üzerinden geçirilerek şartlandırılır. Serpantinde dış hava sıcaklığının soğuk veya sıcak olmasına göre sıcak veya soğuk su dolaşır. Isıtma veya soğutma modu oda kontrol cihazı üzerindeki bir anahtar vasıtasıyla belirlenir. Odadaki ısı istemine göre serpantinden geçen su miktarı kontrol vanası vasıtasıyla -iki konumlu veya oransal olarak- kontrol edilerek oda istenilen sıcaklıkta tutulur. FCU'larda olduğu gibi oransal kontrol ile daha hassas bir sıcaklık kontrolü sağlanır.

2-borulu FCU sistemleri için belirtilen işletme zorlukları bu sistem için de geçerlidir (Şekil 5).

Şekil 5

4.2) 4-borulu, vanalı endüksiyon sistemi:

Yüksek hızdaki primer hava tarafından sürüklenen oda havası sıcak ve soğuk su serpantinlerinin üzerinden geçirilir. Odadaki ısı istemine göre ısıtma veya soğutma vanalarıyla -iki konumlu veya oransal olarak- serpantinlerden geçen su miktarı kontrol edilerek oda sıcaklığı istenilen değerde tutulur (Şekil 6).

4.3) 4-borulu damper kontrollü endüksiyon sistemleri:

Diğer 4-borulu sistemler gibi ısıtma ve soğutma için iki ayrı serpantin mevcuttur. Primer hava tarafından sürüklenen oda havasının ısıtma veya soğutma sarpantinlerinin üzerinden geçmesi damperlerle kontrol edilir. Enerji tasarrufu için iki damper öyle kilitlenir ki hiçbir zaman ikisi birden açık olmaz. Isıtma ve soğutma set noktalarının arasındaki ölü bölgede damperlerin ikisi de kapalıdır. Bu durumda odaya sadece primer hava verilir. 4-borulu endüksiyon sistemleriyle, 4-borulu FCU sistemlerinde olduğu gibi, her türlü dış hava şartında odalarda istenilen sıcaklık değerleri sağlanabilir (Şekil 7).

Şekil 7

5) Çift kanallı, ayırıcı damperli, sabit debili sistemler:

Merkezi çift zonlu klima santralı tarafından sıcak ve soğuk olarak iklimlendirilen hava çift kanalla odaya kadar gelir ve odadaki ısıtma veya soğutma ihtiyacına göre karıştırıcı damper tarafından karıştırılarak odaya verilir. Odada bulunan bir kontrol cihazıyla damper motoru oransal olarak kontrol edilir.

Bu sistemle oda kullanılmadığında, odanın iklimlendiril-mesi durdurularak enerji tasarrufu yapmak mümkün değildir (Şekil 8).

Şekil 8

6) Tek kanallı, değişken debili (VAV) sistemler :

Değişken debili (VAV) sistemlerde merkezi klima santralında iklimlendirilerek odalara gönderilen hava genellikle soğutulmuş havadır. Isıtma ihtiyacı olan sistemlerde soğutma isteminde soğuk hava doğrudan, ısıtma isteminde bu hava oda iklimlendirme ünitesinde (VAV box) -elektrikli veya sıcak sulu- bir ısıtıcıyla ısıtılarak odanın ısı istemine göre debisi değiştirilerek gönderilir. Isıtıcısız sistemlerde (Şekil 9) soğutma, ısıtıcılı sistemlerde (Şekil 10) ısıtma ve soğutma ihtiyacına göre odaya üflenen havanın debisi VAV box ile değiştirilerek oda sıcaklığı istenilen değerde tutulur. Minimum ve maksimum hava debileri ümitlenebilir.

Şekil 9

7) Çift kanallı, değişken debili (VAV) sistemler :

7.1) Ayırıcı damperli, tek debi kontrollü sistemler :

Odanın ısıtma ve soğutma ihtiyacına göre hem odaya üflenen havanın debisi değiştirilerek, hem de ayırıcı damper ile sıcak ve soğuk kanallarla üflenen hava karıştırılıp sıcaklığı değiştirilerek oda sıcaklığı istenilen set değerinde tutulur. Ayırıcı damper iki konumlu veya oransal olarak çalıştırılabilir. Minimum ve maksimum hava debileri limitlenebilir (Şekil 11).

7.2) Sıcak ve soğuk hava kanalları için ayrı debi kontrollü sistemler :

Odanın ısıtma veya soğutma ihtiyacına göre sıcak ve soğuk hava kanalları üzerinde ayrı ayrı bulunan debi kontrol cihazlarıyla (VAV box) odaya üflenen sıcak ve soğuk hava debileri değiştirilerek oda istenilen sıcaklıkta tutulur. Minimum ve maksimum hava debileri ümitlenebilir. Isıtma ve soğutma set noktaları arasındaki ölü bölgede sıcak ve soğuk havanın debileri minimum değerdedir. Enerji tasarrufu için bir damper tamamen kapanmadan diğerinin açması söz konusu değildir (Şekil 12). Oda sıcaklıklarının kontrolü yukarıda anlatılan prensiplerle lokal olarak her odadan ayrı ayrı yapılabileceği gibi, birbirleriyle haberleşebilen sistemlerle (Integrated Room Control) merkezi olarak da yapılabilir. 

Şekil-12

Bu sistem bina otomasyonunun bir parçası olabileceği gibi kendi içinde bağımsız çalışan bir sistem de olabilir. Bu sistem aşağıdaki 3 modda çalışır;

- "Konfor" modu : Kullanılan odalarda konforu sağlamak için operasyon modudur. Isıtma (XKH) ve soğutma (XKK) set noktaları merkezi olarak kontrol cihazına programlanır. Odayı kullananlar isterlerse odadaki bir potansiyometre vasıtasıyla bu set noktalarını belirli limitler dahilinde (örneğin +/- 3°C) değiştirebilirler (Şekil 13).

Şekil-13

-"Stand-by" modu : Kontrol cihazı konfor modundaki ısıtma set noktasının birkaç derece altında, soğutma set noktasının birkaç derece üzerinde çalışır ve odayı kullanılmaya hazır, kısa sürede konfor şartlarının sağlanabileceği bir sıcaklıkta tutar. (Örneğin otellerde satılmış fakat o anda içinde müşteri bulunmayan odalar). Oda kullanılmaya başlandığında sistem verilen bir komutla hemen "konfor" moduna döner.

"Stand-by" modundaki set noktaları, binanın tipine ve sistemin ataletine göre "konfor" modu ısıtma ve soğutma set noktalarından eksi ve artı fark olarak sisteme girilir (Örneğin -/+ 0-7.5°C). (Şekil 14)

-"Energy hold-off" modu : Bu modda kontroİ cihazı set noktalarını "energy hold-off set noktalarına dönüştürür, (örneğin bu set noktaları ısıtma için (XKHE) 12-19.5°C .arasında* soğutma için (XKKE) sabit bir sıcaklık, 4.5°C " olabilir). {Şekil 15).

Uzun süre kullanılmayacak odalar (otellerde satılmamış odalar, katlar vs.) bu modda tutulurlar. Odaların kullanılma durumuyla ilgili sisteme çeşitli biçimlerde bilgi gönderilebilir. Bunlar şu şekillerde olabilir;

- Odada bulunan bir insan sensörü (occupancy sensor) vasıtasıyla odanın "stand-by" modundan "konfor" moduna -veya tersi- geçişi sağlanabilir.

- Oda kontrol cihazının üzerinde bulunan bir anahtar vasıtasıyla modlar değiştirilebilir. Örneğin, mesai bitim saatinde "energy hold-off" veya "stand-by" moduna otomatik olarak geçmesi planlanmış bir ofis odasında kullanıcı mesai bitiminden sonra da çalışacak ise, bu anahtarı kullanarak odayı birkaç saat daha "konfor" modunda tutabilir.

- Bu işlemler merkezi bilgisayardan -örneğin otel resepsiyonundan veya teknik ofisten- tek tek odalar, bölgeler veya katlar için yapılabilir. 

Kolayca görülebileceği gibi, haberleşebilen oda kontrol sistemlerinin lokal kontrol sistemlerine göre enerjinin verimli kullanılması, konfor şartlarının kullanıcının istekleri doğrultusunda yönlendirilmesi, büyük binalarda zonlamaların kolaylıkla yapılabilmesi, arızalardan anında haberdar olunması gibi bir çok avantajları vardır.

Mak. Yük. Müh. Uğur AYKEN

1953 doğumlu. 1976'da ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümünden mezun oldu. 1985'te yine aynı bölümde mastırını bitirdi. 1986'dan beri Staefa Control System AG-lsviçre'nin Türkiye temsilcisi olan SCS Tesisat ve Taahhüt Ltd. Şti.'inde çalışmaktadır.