Soğutma Gruplarının Seçiminde Sistem Kısmi Yük Değeri (SPLV) Hesabının Önemi

Yazan: Mustafa Nafiz Üstüner, Alarko Carrier San.ve Tic.A.Ş. İthal Ticari Klimalar Ürün Yöneticisi

Soğutma gruplarının kısmi yük verimliliği, genellikle basit bir yöntem olan IPLV/NPLV veya ESEER hesaplanarak değerlendirilmektedir. Avrupa ve ABD’de çıkarılan yasalar ve yönetmelikler ile her geçen gün enerji tüketimine daha fazla odaklanılmakta ve tüketimin ölçümle doğrulanması istenmektedir. Ölçülen performans değerlerinin öngörülen değerlerden düşük olması, danışmanları açıklamalar aramak durumunda bırakmaktadır. Buna sebep olan birçok nedenden tasarım aşamasında daha doğru verilerin sağlanması ile kaçınılabilir. Özellikle değişken frekans sürücülerin kullanımının artması ile endüstri, soğutma gruplarının kısmi yüklerde veya tasarım koşulları dışında oluşan çalışma saatlerinin büyük çoğunluğunu tanımlayan “IPLV”ye (tümleşik kısmi yük değeri)yönelmiştir.

IPLV, Amerikan Soğutma Enstitüsü (AHRI) tarafından iyi tanımlandığı için tedarikçiler arasında tutarlılığı garanti etmektedir. Ayrıca tek bir değer olması sebebiyle üreticiler ve cihazlar arasındaki enerji tüketimini kıyaslamak için kullanılması kolaydır. Fakat tüm kolaylığına karşın IPLV’ nin kullanımı, enerji performansı tahminlerindeki hataların yaygın ve önemli bir kök nedeni olabilir. Daha yüksek IPLV değerine sahip olan soğutma grupları, fiili çalışmada daha fazla enerji tüketebilir.

AHRI, buhar basınçlandırma çevrimi kullanan paket tip su soğutma gruplarına yönelik 550/590 standardını tekrar gözden geçirmiştir. Gözden geçirilmiş standart; çalışma koşullarını daha genel anlamda kapsarken, yine de birçok yerde ve uygulamada karşılaşılabilecek koşulları içermeyebilir. Ayrıca, tek bir soğutma grubu gösteriminin de kesinlikle eksik yönleri vardır. Bunlardan bir tanesi IPLV formülüdür. Bu, bir soğutma grubunun ortalama kısmi yük verimliliğini göstermek için geliştirilmiş verimlilik sayısıdır.

IPLV şu şekilde hesaplanır:

IPLV = (EER1 x 0,01) + (EER2 x 0,42) + (EER3 x 0,45) + (EER4 x 0,12)

Hava soğutmalı kondenserli soğutma grupları için:

Su soğutmalı kondenserli soğutma grupları için:

IPLV değerinin hesabı, en yaygın bina tiplerinin ağırlıklı ortalaması ve hava tarafı ekonomizeri olsun olmasın Amerika’daki 29 şehrin ortalama hava verilerini kullanan tekli soğutma grubu uygulamasına dayalıdır. Belirli bir coğrafi bölge, uygulama veya kontrol düzeni için fiili kısmi yük performansını temsil etmez. Ayrıca IPLV, bir adet soğutma grubunun çalıştığını öngörerek paralel ya da seri kullanılan çoklu soğutma gruplarının yüksüzleştirilme karakteristiğini değerlendirmeye almaz ki bu, su soğutma tesislerinde çok kullanılan bir kurulum şeklidir. Aslında AHRI buna 550/590 standardında özellikle işaret eder.

Hava şartları, bina kullanımı ve çoklu soğutma grubu yük dağılımındaki farklılıklar, fiili soğutma grubu işletme şatlarını büyük oranda etkileyecektir. Daha da kötüsü, soğutma grupları yük veya basınç oranlarındaki değişikliklere verdiği yanıtlar açısından evrensel değildir. Soğutma gruplarının en etkili noktalarının tip ve üreticiye göre değiştiğini anlamak kolaydır. Yani belirli bir soğutma grubunun çalışma şartları tipik tek soğutma gruplu bir bina ile iyi ayarlanmışsa, onun aynı zamanda birden fazla soğutma grubu kullanılan bir bina için en verimli çözüm olduğunu varsayabilir miyiz? Cevap, uygulamalar arasındaki farklılıkları hesaba katan daha ileri bir analiz yapılmadan açıkça evet olamaz. Ancak bu analiz için tek başına bir standart mevcut değildir ve IPLV/NPLV  hesabı gibi kolay olmadığı da bir gerçektir.

Kullanılan enerjinin kapsamlı analizi, su soğutma sistemi alternatiflerinin çok daha doğru değerlendirilmesini sağlar. Bu analiz aşağıdaki kriterleri yansıtmalıdır:

• Gerçek hava durumuna ilişkin bilgi

• Binanın yük karakteristikleri

• Sistem oluşturmak için tek ya da çok sayıda soğutma grubunun kullanımı

• Sistemdeki her soğutma grubunun çalışma saatleri

• Sistemin yüksüzleştirilmesi ve kontrol mantığı

• Pompaların ve varsa soğutma kulelerinin performansı

Bu yazıda, IPLV değeri ve fiili işletme koşulları arasındaki üç anahtar farklılığın çözümü hedef alınmaktadır. Bu çözüm, IPLV yaklaşımını yansıtacak şekilde ve farklılıkları belirli bir sisteme uyarlayarak değerlendiren “SPLV” (sistem kısmi yük değeri) olarak adlandırılmıştır.

1) Hava Şartları: İşletme sahibi tipik koşullardaki değil, binanın gerçek konumundaki performans ile ilgilenir. Sıkıştırma oranları havanın yaş termometre sıcaklığından yüksek derecede etkilenen su soğutmalı kondenserli soğutma gruplarının performansında hava şartlarının önemli bir etkisi vardır. IPLV, yerel havayı hesaba katmamaktadır. Yerel havayı gözardı etmek, soğutma gruplarının enerji tüketimlerinin değerlendirilmesinde belirgin bir hata kaynağı olabilir ve IPLV değerine göre optimal cihaz alınması, fiili performansın öngörülen seviyelerin çok altında kalmasıyla sonuçlanabilir. Tarafsız kaynaklardan temin edilebilen yerel hava verileri mevcuttur ve enerji değerlendirmesinin hassasiyetini artırmak için kullanılabilir. SPLV yönteminde, sistemin enerji tüketimi hesaplanırken yerel hava verileri kullanılır.

2) Soğutma Grubu Yük Profili: Bir soğutma grubunun % 100, 75, 50 ve 25 yüklerde çalışma süresi bina yükünü karşılamak üzere kullanılan soğutma gruplarının sayısıyla belirgin olarak değişir. Sistemdeki cihaz sayısı artarken, soğutma gruplarının düşük yükteki çalışma süreleri azalır. Örnek olarak; üç cihaz kullanılan bir sistemde çalışan en son soğutma grubunun kapasitesi % 50’ ye inmeden önce bina yükü % 17’den daha az olmalıdır. IPLV ise sistemde tek soğutma grubu kullanımına dayalı bir yöntemdir ve % 50 veya daha az yüklerde çalışma sürelerinin % 57’sini dikkate alacaktır. Tabii ki bir tesisin % 17 yükte veya zamanın % 57’sinden daha az çalışmasını beklemeyiz. Tek soğutma grubu ile çalışan tesisler için uygun olan IPLV/NPLV hesabındaki yük ve zaman ağırlıklandırmasını çoklu soğutma grubu kullanılan tesislere uygulamak, enerji tüketimi değerlendirmelerinde büyük bir hata kaynağı olabilir. SPLV yönteminde, sistemin enerji tüketimi hesaplanırken kullanılan soğutma gruplarının çalışma karakteristiği de dikkate alınır.

3) Ekonomizer Kullanımı: IPLV/NPLV formülü, hava veya su tarafı ekonomizerlerinin kullanımına bağımlı değildir. Ancak ekonomizerler, su soğutmalı kondenserli soğutma gruplarının soğuk hava şartlarına maruz kaldığı zamanlarda düşük yük sayısını belirgin şekilde azaltabilir. Çalışma karakteristiği gibi ekonomizerler de her bir soğutma grubunun yük ağırlıklarına etki edebilir. Bir soğutma grubu % 25 yük ve soğuk kondenser suyu ile çok iyi bir performans gösterebilir; fakat eğer sistem su tarafı ekonomizeri kullanıyorsa, gerçekte o şartlarda hiç çalışmayabilir. Eğer aynı soğutma grubu daha yüksek yüklerde zayıf performans gösteriyorsa; IPLV/NPLV’ye dayalı bir değerlendirme, sıklıkla değerlendirilen diğer soğutma gruplarından daha fazla enerji tüketen bir cihaz alınması ile sonuçlanabilir. Diğer soğutma grupları daha yüksek IPLV/NPLV değerine sahip olsa bile…

SPLV de IPLV gibi spesifik kondenser su giriş sıcaklıklarındaki çalışma sürelerini dört yük aralığına bölerek (% 100, 75, 50 ve 25) tek bir verim değeri hesaplar. Fakat IPLV’den farklı olarak; soğutma gruplarının miktarına, yük profiline, yerel hava şartlarına ve ekonomizer kullanımına bağlı dört yük aralığının her birine atanmış ağırlıkları hesaplamak için basit bir program kullanır. Aynı zamanda SPLV, dört yük aralığının her birine ortalama kondenser su sıcaklıklarını atamak için AHRI’nın önceden belirlenmiş standart kondenser sıcaklıklarını kullanmak yerine yerel hava verilerinden faydalanır. Sonuç olarak SPLV, IPLV’nin belirli bir proje için özelleştirilmiş halidir.

Aşağıda, Carrier Chiller System Optimizerprogramı ile İstanbul’daki bir bina için IPLV değerleri farklı iki ayrı model su soğutmalı kondenserli frekans invertörlü santrifuj soğutma grubu kullanılarak yapılan simülasyon çalışmasının sonuçları bulunmaktadır.

Simülasyonda şu kriterler dikkate alınmıştır:

Çalışma saatleri (Pazartesi – Cuma)...................... 07:00 – 18:00

Çalışma saatleri (Cumartesi).................................. 07:00 – 13:00

Bina Yükü (Max.).................................................... 5.130 kW (30,8 ^oC’de)

Bina Yükü .............................................................. 1.540 kW (16,9 ^oC’de)

Bina Yükü (Min.)..................................................... 770 kW (14,2 ^oC’de)

Cihaz Kapasitesi ve Miktarı.................................... 1.800 kW, 3 adet

- İstanbul’un dış hava koşulları için ASHRAE’de belirtilen değerler baz alınmıştır.

- Maksimum ve minimum yükler arasındaki soğutma ihtiyacının lineer olarak değiştiği varsayılmıştır.

Grafik 1. Aylara Göre Yıllık Enerji Tüketimi

Grafik 2. Dış Hava Sıcaklığına Göre Soğutma Sisteminin Verimi

Sonuç olarak, daha yüksek IPLV (kW/ikW) değerine sahip olması sebebiyle daha verimli olduğu düşünülen soğutma gruplarının; yerel hava ve öngörülen fiili işletme şartlarını dikkate alarak sistemin kısmi yük değeri (SPLV) hesaplandığında, aslında daha fazla enerji tüketimine sebep olabildikleri görülmektedir. Özellikle birden fazla soğutma grubu kullanılan projelerde, yüksek IPLV/NPLV yanılgısına düşmemek için mutlaka SPLV değeri de hesaplanmalıdır.