Endüstriyel Tesislerde Hazır Buharın Klima Santrali Nemlendirmesinde Değerlendirilmesi

Mevcut buhar potansiyeli ve doğru teknoloji seçimi

 

Haşim Can Yücel – Proje Satış Yöneticisi – AGON A.Ş.

 

Endüstriyel tesislerde, hastanelerde ve büyük ölçekli ticari yapılarda merkezi buhar kazanları; üretim prosesleri, ısıtma sistemleri ve farklı yardımcı işletme ihtiyaçları için kullanılmaktadır. Halihazırda üretilen buhar, klima santrallerinin nemlendirme ihtiyacını karşılamak için de önemli bir enerji kaynağı olabilir.

 

Mevcut buhar altyapısından yararlanılması, özellikle yüksek nemlendirme kapasitesi gerektiren uygulamalarda bağımsız elektrikli buhar jeneratörlerine alternatif oluşturarak yatırım ve işletme maliyetleri açısından avantaj sağlayabilir. Ancak tesiste buhar bulunması, bu buharın doğrudan klima santraline verilebileceği anlamına gelmez.

 

Buharın doğrudan mı kullanılacağı, yoksa yalnızca enerji kaynağı olarak mı değerlendirileceği; kazan besi suyunun özelliklerine, kullanılan şartlandırma kimyasallarına, kondens geri dönüş sistemine ve buhar dağıtım hattındaki olası kontaminasyon risklerine bağlıdır.

 

Bu nedenle teknoloji seçiminde temel kriter buhar basıncı ve kapasitesinin yanında buharın kimyasal ve hijyenik uygunluğunun da irdelenmesi kritiktir. Genel bir bakış için buharlı nemlendirme sayfamıza göz atabilirsiniz.

 

Mevcut Tesis Buharı Doğrudan Kullanılabilir mi?

Merkezi buhar kazanlarında besi suyunun şartlandırılması amacıyla çeşitli kimyasal katkılar kullanılabilmektedir. Korozyonun önlenmesi, çözünmüş oksijenin giderilmesi ve kazan içerisindeki tortu oluşumunun kontrol edilmesi için kullanılan bu kimyasalların bir kısmı uçucu özellik gösterebilir.

 

Ayrıca kazan suyunun buharla birlikte mekanik olarak sürüklenmesi, çözünmüş maddelerin ve kimyasal kalıntıların buhar dağıtım hattına taşınmasına neden olabilir.

 

Bu durum doğrudan buhar enjeksiyonlu nemlendirme uygulamalarında önem taşır. Çünkü nemlendirme amacıyla hava akışına verilen buhar, şartlandırılan havanın bir bileşeni haline gelir.

 

ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment kapsamında ele alınan doğrudan buhar enjeksiyonlu nemlendirme uygulamalarında da kazan şartlandırma kimyasallarının iç hava kalitesi üzerindeki olası olumsuz etkilerine dikkat çekilmektedir.

 

Mevcut buharın doğrudan kullanılmasına karar verilmeden önce kazan şartlandırma kimyasallarının türü, besi suyu kalitesi, kondens geri dönüş sistemi, buharın kuruluk derecesi ve tesisattaki olası kontaminasyon kaynakları değerlendirilmelidir.

 

Gerektiğinde uygun numune alma yöntemleriyle buhar ve kondens analizleri gerçekleştirilerek doğrudan nemlendirme için gerekli kalite koşullarının sağlandığı doğrulanmalıdır.

 

Buhar separatörleri, sürüklenen sıvı damlacıklarının ayrılmasını sağlarken uygun buhar filtreleri katı partiküllerin tutulmasına yardımcı olabilir. Ancak bu ekipmanlar, buhar fazında taşınan uçucu kimyasal bileşenleri güvenilir biçimde giderme konusunda yetersiz kalacaktır.

 

Bu nedenle filtrasyon uygulanması, kimyasal açıdan uygun olmayan tesis buharını doğrudan nemlendirmeye uygun hale getirmeyecektir.

 

Buhar Kalitesi Uygun Değilse: Buhardan Suya Isı Değiştiricili Nemlendirme

Mevcut tesis buharının kimyasal özellikleri doğrudan nemlendirmeye uygun değilse veya buharın hijyenik niteliği güvenilir biçimde doğrulanamıyorsa, mevcut buharın yalnızca ısı kaynağı olarak değerlendirilmesi mümkündür.

 

Buhardan suya ısı değiştiricili nemlendirme sistemlerinde merkezi kazandan gelen buhar, bir ısı değiştirici aracılığıyla ayrı bir devrede bulunan suya ısı enerjisi aktarır. Bu suyun buharlaştırılmasıyla nemlendirme amacıyla kullanılacak yeni buhar üretilir.

 

Birincil devredeki tesis buharı ile ikincil devredeki nemlendirme suyu birbirine karışmaz. Böylece mevcut kazan buharında bulunabilecek şartlandırma kimyasallarının normal işletme koşullarında doğrudan hava akışına taşınması önlenir.

 

Bu yaklaşım, özellikle kazan kimyasallarının kullanıldığı endüstriyel tesislerde, sağlık yapılarında ve hijyen gereksinimleri yüksek uygulamalarda önemli bir alternatif oluşturur.

 

Bununla birlikte ikincil devrede üretilen buharın kalitesi, kullanılan suyun özelliklerine ve sistemin hijyenik işletme koşullarına bağlıdır. Bu nedenle besi suyu kalitesi ve bakım gereksinimleri uygulamanın ihtiyaçlarına göre belirlenmelidir.

 

Bu prensiple çalışan sistemlere örnek olarak Steamovap ISE gösterilebilir. Sistem, merkezi buhar altyapısının enerji potansiyelinden yararlanırken nemlendirme buharını bağımsız bir su devresinde üretir.

 

Şekil 1. Steamovap ISE buhardan suya ısı değiştiricili nemlendirici – kapalı görünüm ve kapak açıkken izoleli paslanmaz çelik buharlaşma silindiri. (Kaynak: Steamovap ISE broşürü)

 

Şekil 2. Steamovap ISE – Basınçlı tesis buharının ısı kaynağı olarak kullanıldığı tipik uygulama şeması: kontrol vanası ve kondenstoplu buhar hattı, ISE ünitesi, kanal içi dikey buhar dağıtıcısı ve kontrol elemanları. (Kaynak: Steamovap ISE montaj kılavuzu, Figure 5)

 

Buhar Kalitesi Uygunsa: Doğrudan Hazır Buhar Enjeksiyonu

Mevcut tesis buharının kimyasal ve hijyenik özelliklerinin doğrudan nemlendirme için gerekli koşulları karşıladığı doğrulanmışsa, buharın yeniden üretilmesine gerek kalmadan klima santralinde kullanılması mümkündür.

 

Doğrudan hazır buhar enjeksiyonlu sistemlerde merkezi kazandan gelen buhar, uygun basınç ve kapasite kontrol ekipmanları üzerinden klima santraline veya hava kanalına dağıtılır.

 

Dikey ve ısı ceketsiz dağıtım borularına sahip çok borulu konfigürasyonlar, buharın hava kesitine birden fazla noktadan dağıtılmasına olanak tanır.

 

Buharın hava akışı içerisinde homojen dağıtılması ve emilim mesafesinin kısaltılması, özellikle kompakt klima santrallerinde önemli bir tasarım avantajı sağlar.

 

Buharın havaya tamamen karıştığı mesafe; hava hızı, sıcaklık, bağıl nem, buhar debisi ve dağıtım sistemi geometrisine bağlıdır. Bu mesafenin doğru belirlenmesi, nemlendirme hücresinden sonraki filtre, batarya ve diğer bileşenlerde istenmeyen yoğuşmanın önlenmesi açısından önem taşır.

 

Sistemde buhar separatörü, modülasyonlu kontrol vanası ve uygun kondens tahliye ekipmanlarının kullanılması, buharın kontrollü ve damlacık sürüklenmesi en aza indirilmiş şekilde dağıtılmasına yardımcı olur.

 

Bu tip sistemlere örnek olarak Steamovap ILS gösterilebilir.

 

Şekil 3. Steamovap ILS-SO – Alt kollektör ve dikey, ısı ceketsiz paslanmaz çelik buhar dağıtım boruları (solda); borular üzerindeki çıkışlardan buharın hava akışına dik yönde dağıtılması (sağda). (Kaynak: Steamovap ILS-SO broşürü)

 

Şekil 4. Steamovap ILS-SO uygulama şemaları – üstte atmosferik kondens tahliyeli, altta basınçlı kondens dönüşlü dikey çok borulu sistem. Tesis buharı pislik tutucu, separatör ve modülasyonlu kontrol vanası üzerinden kollektöre verilir; kondens kondenstop ile tahliye edilir. (Kaynak: Steamovap ILS-SO broşürü)

 

Kontrol, Enerji ve Bakım Açısından Değerlendirme

Kontrol şekli ve hassasiyet

Her iki sistem tipinde de nemlendirme kapasitesi, bina otomasyon sisteminden veya cihazın kendi kontrolöründen gelen 0–10 V ya da 2–10 V oransal sinyalle modüle edilir. Hazır buhar enjeksiyonlu sistemlerde bu sinyal, buhar hattındaki motorlu kontrol vanasının açıklığını belirler. Buhar hazır olduğu için suyun ısınmasını ve kaynamasını beklemeye gerek yoktur; nem talebindeki değişime hızlı cevap verilir.

 

Buhardan suya ısı değiştiricili sistemlerde kontrol vanası, ısı değiştiriciye giden tesis buharını ayarlar ve ikincil devrede üretilen buhar miktarı buna göre değişir. Bu tip cihazlarda ikincil devredeki suyu sıcak tutan ön ısıtma fonksiyonu, talep geldiğinde gecikmeyi azaltır.

 

Mahalde elde edilen nem hassasiyeti yalnızca cihaza değil; nem sensörlerinin konumuna, kontrol döngüsünün ayarına ve klima santralinin hava debisine de bağlıdır. Her iki sistemde de hava akış anahtarı, kanal tipi limit higrostat ve kondenstop sıcaklık emniyet anahtarı gibi koruma elemanlarının kullanımı önerilmektedir.

 

Enerji tüketimi

Elektrikli buharlı nemlendiricilerde 10 °C şebeke suyundan 1 kg buhar üretmek için yaklaşık 0,75 kWh elektrik enerjisi gerekir. Örneğin 100 kg/h kapasiteli bir nemlendirme ihtiyacı, yaklaşık 75 kW sürekli elektrik yükü ve buna uygun bir elektrik altyapısı anlamına gelir.

 

Merkezi kazandan gelen buhar ise genellikle doğalgaz gibi birim enerji maliyeti elektriğe göre çok daha düşük bir yakıtla üretilir. Bu nedenle hazır buharın kullanılması, özellikle yüksek kapasiteli ve uzun süreli çalışan uygulamalarda işletme maliyetini önemli ölçüde düşürür ve elektrik bağlantı gücü ihtiyacını ortadan kaldırır.

 

Buhardan suya ısı değiştiricili sistemlerin kapasitesi tesis buharının basıncına bağlıdır; basınç düştükçe aynı cihazdan alınabilecek buhar miktarı azalır. Seçim, sahadaki gerçek buhar basıncına göre yapılmalıdır.

 

Bakım perspektifi

Elektrotlu nemlendiricilerde silindirler kireçlendikçe periyodik olarak değiştirilir; sert su kullanılan yerlerde değişim sıklığı artar. Rezistanslı tiplerde ise ısıtıcıların ve tankın düzenli olarak kireçten temizlenmesi gerekir. Yüksek kapasiteli ve sürekli çalışan uygulamalarda yedek parça ve servis maliyeti zamanla önemli bir kalem haline gelebilir.

 

Hazır buhar enjeksiyonlu sistemlerde su tankı, ısıtıcı veya değiştirilecek silindir bulunmaz. Bakım; pislik tutucu, separatör, kondenstop ve kontrol vanasının periyodik kontrolüyle sınırlıdır. Buna karşılık buhar kalitesinin korunması, kazan su şartlandırmasının doğru yönetilmesine bağlıdır.

 

Buhardan suya ısı değiştiricili sistemlerde ikincil devrede su bulunduğu için kireç oluşumu dikkate alınmalıdır. Örnek sistemde şebeke suyundan ters ozmoz suyuna kadar geniş bir aralıkta besi suyu kullanılabilmekte; spiral ısı değiştirici borusunun ısıl genleşme ve büzülmesiyle kireç yüzeyden ayrılıp silindirin dibinde toplanmaktadır. Periyodik bakım, silindirin alt bölümünün açılarak biriken kirecin temizlenmesinden ibarettir. Besi suyuna kireç önleyici veya dezenfektan gibi kimyasal katkı eklenmemelidir.

 

Doğru Sistem Seçiminde Temel Yaklaşım

Mevcut tesis buharının klima santrali nemlendirmesinde değerlendirilmesinde iki teknoloji arasındaki temel fark, buharın doğrudan nem kaynağı olarak mı yoksa yalnızca ısı kaynağı olarak mı kullanıldığıdır.

 

Hazır buhar enjeksiyonlu sistemler (örn. Steamovap ILS), doğrudan kullanıma uygunluğu doğrulanmış tesis buharını hava akışına verir. Bu yöntemde mevcut buhar yeniden üretilmez.

 

Buhardan suya ısı değiştiricili sistemler (örn. Steamovap ISE) ise mevcut tesis buharının yalnızca ısı enerjisinden yararlanır. Nemlendirme amacıyla kullanılan buhar, ayrı bir su devresinde üretilir. Böylece birincil buhar hattındaki kimyasal kontaminasyon riskinden ayrılmış bir nemlendirme devresi oluşturulur.

 

Her iki teknoloji de mevcut tesis buharının enerji potansiyelinden yararlanılmasını sağlar. Doğru sistem seçimi ise tesisin buhar kapasitesi, basıncı, kimyasal şartlandırma yöntemi, işletme koşulları ve nemlendirilecek alanın hijyen gereksinimleri birlikte değerlendirilerek yapılmalıdır.

 

İlgili sayfalar: Buharlı Nemlendiriciler, Steamovap ILS, Steamovap ISE ve Adyabatik Nemlendirme: Merkezi Klima Santralinde mi, Direkt Ortamda mı?