Otomasyon, HVAC, Klima santrali, verim, enerji

HVAC Sistemlerinde Otomasyon ve verimlilik

İngilizce Heating, Ventilating and Air Conditioning kelimelerinin baş harflerinde oluşan HVAC sistemleri Türkçe’de ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme sistemleri anlamına gelmektedir. Sıralanmış olan bu üç fonksiyon genellikle günümüz modern yapılarında tek bir sistem içinde kombine edilir. Bu yazımızda HVAC sistemlerinin işlevlerini ve sistemlerin içerisindeki kombine edilmiş yapıların otomasyon özelliklerini göreceksiniz.

Günümüz modern binalarında gerek havalandırma sıkıntılarından gerekse hava kirliliğinin hızlı bir şekilde artmasından dolayı iklimlendirme kontrolü son derece önem arz etmektedir. Yapılarda kurulan HVAC sistemlerinin asıl amacı ise insanların bulundukları ortamlarda hava kalitesini artırarak optimum sıcaklıklarda konfor şartlarını yerine getirmektir.

HVAC sistemleri kuruldukları ortamlardan uygun sıcaklık, basınç, nem gibi verileri alarak uygun bir düzeyde havalandırma sistemlerini aktif etmektedirler. HVAC sistemlerinde sağlanabilecek en uygun kontrol sistemlerin basınç ve sıcaklıklarını otomatik kumanda ile kontrol etmektir. Sistem bu kontrolün ardından istenen değerlere, sınırlı bir enerji kullanarak ulaşmaktadır çünkü sistemin en önemli özelliği minimum enerji ile maksimum verime ulaşarak gerekli uygun şartları sağlamaktır.

HVAC Otomasyonu ve Teknik Özellikleri

Aşağıda ki şekilde, bir HVAC sisteminin ısı bazlı işleyişi yer almaktadır. Gerekli elemanlarla yapılan ölçümler sonucunda sistem, yapıya şekilde görüldüğü gibi olması gereken nem, sıcaklık gibi değerlerde hava girişi veya hava çıkışı sağlamaktadır. Şeklin sol kısmında yapıdaki hava kontrolü ve havalandırma işlemi yapılırken sağ tarafında ise su ısıtma ve soğutma işlemi yapılmaktadır. En sağdaki soğutma kulesinde suyun soğutma işlemi gerçekleştirilmektedir. Soğuyan su ile yapıdan gelen havanın soğutulması gerekiyorsa soğutulmaktadır. Eğer yapı içerisinde ısı artışı isteniyorsa ortada bulunan buhar kazanından çıkan sıcak hava mavi işaretle gösterilen pompa ve kırmızı ile gösterilen fan sayesinde yapı içerisine taşınır ve bu şekilde yapılardaki ısı kontrolü sağlanmış olur.

HVAC sistemlerinde sistemin kullanıldığı alan ve şartlar değişse bile sistem üzerindeki ana kontrol sistemleri belli başlı bazı başlıklar altında toplanabilir. Ana sistemin kontrolü sistem içerisinde bulunan belirli alt kontrollerin sağlanmasıyla oluşmaktadır. Alt kontrollerle denetim yapılarak parçalara bölünmüş bütün bir sistemin verilerini alt kontrollerden toplayıp ardından bütün alt sistemler arasındaki bağlantılar sağlanıyor ve sistemin kontrolü bu şekilde tamamlanıyor. HVAC sistemlerinin koordineli bir şekilde çalışması sistemin bütününde ve alt sistemlerinde bulunan kontrol elemanları sayesinde sağlanmaktadır. Sistemde bulunan ana kontrol elemanları aşağıdaki gibi listelenebilir;

►Valfler
►Otomatik damperler
►Sensörler

Yapılarda kullanılan HVAC sistemlerindeki su ve buhar akışını gerçekleştiren kontrol aletleri valflerdir. Sistemde hava akışının kontrolünü sağlayan elemanlar ise damperlerdir. Sistemlerin kurulduğu ortamlardaki verileri almak içinse sıcaklık, basınç, nem sensörleri gibi sensörler kullanılır. Bu yazımızda sistemin mekanik işlevinden çok elektriksel otomasyon işlevinin üzerinde duracağız.

Sistemde yukarıda listelediğimiz ana kontrol elemanlarının dışında elektriksel yardımcı kontrol elemanları da bulunmaktadır. Yardımcı kontrol elemanları ise aşağıdaki gibi listelenebilir;

►Transformatörler: Şebekeden alınan voltajın dönüşümünü sağlamak için kullanılırlar.

►Elektrik röleleri: Sistemdeki kompresör, fan, pompa ve diğer cihazların kontrolünü sağlayan ve yüksek enerjili cihazların anahtarlanmasını sağlayan elemandır.

►Potansiyometre: Ortamın sıcaklık, basınç gibi kontrol edilebilir değerlerinin elle ayarlanmasını sağlayan elemanlardır.

►Pnömatik elektrik röleleri: Havayı basınçlandırmak ve basınçlandırma devresini kesmek anahtarlamak için kullanılan elemanlardır.

►Elektro pnömatik röleler: Elektriksel şekilde kumanda edilen bu röleler ile hava valflerindeki pnömatik elemanların anahtarlanması sağlanır.

►Şalterler: Valf ve damperlerin ardışık bir şekilde çalışmasını sağlayan elemanlardır.

►Hava kompresörleri ve aksesuarları: Havayı temizlemek ve kurutmak için gerekli basınç kaynağını sağlayan elemanlardır.

►Pnömatik röleler: Basınç kontrolünün kumanda edilmesi ile sayısal işaretlerin elde edilmesinde kullanılırlar. Çok yüksek veya alçak iki basıncın ayrılmasında, iki veya daha çok basıncın ortalamasında, farklı iki basıncın yanıtlanıp basınç eklenip ya da çıkarılmasında ve bunun gibi fonksiyonlarda kullanılan elemanlardır.

►Ayarlama röleleri: Bu röleler valf ve damperlerin çalışma hassasiyetlerini ayarlamada kullanılan elemanlardır.

►Şalter röleleri: Havalandırma rölelerinin açma ve kapama işlemlerinin gerçekleştirilmesini pnömatik olarak sağlayan elemanlardır.

HVAC Otomasyonunda Enerji Verimliliği

Sistemde bulunan yardımcı kontrol elemanlarından bazıları yukarıdaki gibidir. Yukarıdaki elemanların koordineli bir şekilde çalışmasıyla kurulan bir sistemde tüketici için en kritik unsur enerji verimliliğidir. HVAC sistemlerinin otomasyonunda enerji verimliliği sağlamak için ise aşağıdaki bazı yollar izlenebilir,

►Zaman programlamaları: Sistemlerin kurulduğu yapının işletme saatlerinde çalışarak işletmenin kapalı olduğu zamanlarda sistemin kapanmasının sağlanması.

►Isı, nem, entalpi ve hava kalitesi kontrolü: Yapının dışındaki ve içerisindeki hava için yapılabilecek ısı, nem entalpi ve hava kalitesi değerlerine dayanarak yapılan kontrol ile enerjiyi en verimli şekilde kullanara gereksiz ısıtma, soğutma, nemlendirme, kurutma gibi işlevlerin önlenmesi.

►Fancoil ve radyatör kontrolleri: Yapılarda bulunan bütün fancoil ve radyatör kontrolleri bina otomasyonu sisteminin üzerinden yapılmasıyla işletim saatleri dışında çalışmaması gereken kontrol cihazlarının kapatılması.

►Basınç, basınç farkı ve debiye göre frekans konvertörü: Yapılarda kullanılan pompalar ve fanların basınç, basınç farkı ve debi gibi değerlerin ölçümüne dayanarak frekans konvertörü ile kontrol edilmesi de fazla enerji tüketimini önlemiş olur.

Yukarıdaki birinci yöntem sayesinde gece-gündüz, hafta içi ve hafta sonu olarak zamanlayıcıları ayarlanan binalarda bu yöntemle küçük yapılarda %12 oranında, büyük yapılarda ise yaklaşık %34 oranında enerji tasarrufu sağlandığı görülmüştür. Yani kısaca yapılardaki HVAC sistemlerinde kullanılan otomatik kontrol sistemleri, minimum enerji maksimum verim mantığıyla tasarlandıkları sürece enerji verimliliği yönünden çok büyük kazanımlar sağlayacaklardır.