Yerküremizde kaynakların giderek tükenmesi ve enerji maliyetlerinde yaÅŸanan artışlar sebebiyle, günümüzde insanlar, yüksek kalitede ve enerji verimliliÄŸinde HVAC sistemlerine daha çok önem vermektedir. Mekanik sistemler büyüdükçe, deÄŸiÅŸken debili sistemler günden güne daha çok kullanılmakta ve daha büyük bir öneme sahip olmaya baÅŸlamaktadır.

 

DeÄŸiÅŸken debili sistemler, cihaz, branÅŸman ve ana hatlardaki debilerin, ÅŸartlandırdığı mahalin anlık ısı (soÄŸutma ya da ısıtma) ihtiyacına göre deÄŸiÅŸtiÄŸi sistemlerdir. Yılın büyük bir kısmında HVAC sistemimizin, tasarımımız pik ihtiyaçlar göz önünde bulundurularak hesaplandığı için, tasarım debisinden aÅŸağıda çalıştığı bir gerçektir. Bu sebeple deÄŸiÅŸken debili sistemler, deÄŸiÅŸken koÅŸullara göre çalışma kabiliyetine sahip olduÄŸundan, enerji verimliliÄŸi yüksek sistemlerdir. 

 

DeÄŸiÅŸken debili sistemlerin kontrolünde, yeni bir kontrol vanası – basınçtan bağımsız kontrol vanası – yüksek kontrol kabiliyetini dinamik balanslama ile birleÅŸtirdiÄŸi için günden güne daha çok sistemde tercih edilmektedir. 

 

Bu yazıda basınçtan bağımsız kontrol vanalarının (kombine vanalar) geleneksel kontrol vanalarına karşı avantajlarına, basınçtan bağımsız kontrol vanalarının çalışma prensiplerine ve bu vanalar yardımı ile deÄŸiÅŸken debili sistemin tümünün nasıl hidronik dengeye ulaÅŸabileceÄŸine deÄŸineceÄŸiz.

 

1.HVAC Sistemleri Kontrol Yönteminin Evrim Süreci

HVAC sisteminin nihai hedefi, insanlara konforlu bir ortam sağlamak ya da teknik gereksinimleri karşılayacak şekilde ortam sıcaklığını kontrol etmektir.

 

Genellikle eski HVAC sistemlerinde, sabit debili bir hidronik sisteme sahip ekipmanların, hava debileri kontrol edilerek istenilen ortam sıcaklıklarına ulaşılırdı. ÖrneÄŸin, Fan-coiller ve 3 hız anahtarı ile hava debisi kontrolü veya deÄŸiÅŸken hava debisine sahip klima santrallerindeki kontroller gibi. Bu tür sistemler, düÅŸük hassasiyetli kontrol saÄŸlar, basittir ve hataya açıktır. Bunun yanı sıra, ilk kurulumda doÄŸru yapılan bir hidronik balanslamadan sonra sistemi tekrar ayarlamaya gerek kalmaz. 

 

Ä°nsanların daha konforlu bir ortam istemeleri ve enerji tasarrufuna daha fazla önem vermeleri sebebiyle, bu tip sistemler artık ihtiyaçları karşılayamamaktadır. Bunun sonucu olarak, insanlar deÄŸiÅŸken su debili ve deÄŸiÅŸken hava debili sistemleri kullanmayı tercih etmeye baÅŸlamış ve bu sayede hava sıcaklığını daha doÄŸru ve hassas kontrol edebilir hale gelmiÅŸtir.

 

Oransal kontrol vanaları sadece bir sensöre yada lokal bir kontrolöre baÄŸlı olmak zorunda deÄŸildir. Merkezi bir kontrol sistemi ile tüm vanalar, damperler ve diÄŸer saha ekipmanları, tek merkezden kontrol edilebilir. Bu sayede bütün sistemin ortam sıcaklıklarını kontrol kabiliyeti fark edilir derecede artırılabilir.

 

Ancak, bu tip büyük deÄŸiÅŸken debili sistemlerin ısı ihtiyaçları da sürekli olarak deÄŸiÅŸir. Isı ihtiyaçlarının sürekli deÄŸiÅŸmesi, tüm oransal vanaların birbirinden bağımsız olarak açmaya veya kısmaya gitmesini gerektirebilir. Bu durumda birbirinden bağımsız olarak açıp kapayan bir çok kontrol vanası deÄŸiÅŸken debili sistemin hidronik dengesini bozabilir, kararsızlaÅŸtırabilir. Hidronik dengenin kararsızlaÅŸması ise bizi problemin başına yani kontrol kabiliyetinin azalmasına götürebilir.

 

Bu nedenle, artık büyük deÄŸiÅŸken debili merkezi HVAC sistemlerinde, yeni bir tür dinamik dengeleme/kontrol vanası kombinasyonu (kısaca kombine vana) kullanılmaya baÅŸlanmıştır. Bu sayede kontrolü saÄŸlayan vana, aynı zamanda hidronik dengelemeyi de saÄŸlamakta, hem kontrol hassasiyetini  hem de enerji verimliliÄŸini artırmaktadır.

 

2.Kombine Vananın KarakteristiÄŸi ve Geleneksel Kontrol Vanasına Karşı Avantajları

Kombine vanaları kullanım ÅŸekline göre kendi içerisinde ikiye ayırabiliriz: 

• Dinamik balans ve on/off kontrol vanası

• Dinamik balans ve oransal kontrol vanası

 

Dinamik balans ve on/off kontrol vanası: Bu tip on/off kontrol vanası, geleneksel kontrol vanasından farklı yeni bir üründür. Bu vana sadece geleneksel on/off kontrol vanasında olduÄŸu gibi, baÄŸlı bulunduÄŸu termostattan aldığı bir aç/kapa sinyali ile kontrol saÄŸlamaz ayrıca hidronik dengeleme saÄŸlar. BaÄŸlı bulunduÄŸu hattın basınç dalgalanmasından etkilenmeden debiyi sabit tutar. Bu sayede, kontrol ettiÄŸi cihaza tasarım debisinden fazla debi gitmesini önleyerek, mahalin sıcaklık dalgalanmasının ve ayar deÄŸerine yakın sıcaklıklardaki kontrol kabiliyetinde oluÅŸabilecek azalmanın önüne geçer. 

 

Aslında bu vana, 2 yollu – on/off motorlu bir kontrol vanası ile delta P kontrollü balans vanasının  tek bir gövdede kombinasyonundan oluÅŸmuÅŸtur. Kontrol vanasının tamamen açık olduÄŸu durumda, üzerinden geçen debinin sabit olmasını saÄŸlayarak hidronik dengeleme saÄŸlar. 

 

Dinamik balans ve oransal kontrol vanası: Bu tip oransal kontrol vanası, geleneksel oransal kontrol vanasından çok farklı yeni bir üründür. 

 

Genellikle HVAC sistemlerinde kullanılan oransal kontrol vanalarının akış karakteristiÄŸinin düz bir çizgi halinde olması istenir. BaÅŸka bir deyiÅŸle debi ile vana açıklığı arasındaki oranın sabit bir deÄŸer olması istenir. EÄŸer baÄŸlı bulunduÄŸu deÄŸiÅŸken debili sistemin ısıl yükleri çok deÄŸiÅŸken ise vananın akış karakteristiÄŸinin eÅŸit yüzdesel olması istenir çünkü ancak bu sayede farklı ihtiyaçlara karşı farklı debiler ile cevap verebilir. Debinin çok düÅŸük olduÄŸu durumlarda debi artış hızı yavaÅŸ olmalı, debinin çok yüksek olduÄŸu durumlarda ise yüksek olmalıdır.   

 

Geleneksel bir kontrol vanasının ideal karakteristik eÄŸrisi genellikle lineer ya da eÅŸit yüzdesel olmalıdır fakat pratikte, özellikle de deÄŸiÅŸken debili sistemlerin ısı yüklerinde (ısıtma/soÄŸutma yükleri)  çok fazla dalgalanma varsa, gerçekleÅŸen akış karakteristikleri, ideal akış karakteristiklerinden çok ciddi farklılıklar gösterir. Bunun sebebi kontrol vanasının giriÅŸ ve çıkışı arası basınç farkının sürekli ve deÄŸiÅŸken biçimde dalgalanmasıdır. Bu kontrol vanasının pratikte kontrol kabiliyetini ve hassasiyetini kötü yönde etkiler.  Uygulamada, bu vanalar kontrol sinyali kadar, basınç dalgalanmalarının da kontrolü altındadır. Sistem basıncının çok dalgalandığı durumlarda veya vana otoritesinin çok azaldığı durumlarda, vananın kontrol hassasiyeti düÅŸer veya tamamen yok olur. Bundan dolayı, kontrol etmek istediÄŸimiz mahalin sıcaklığı sürekli çok sıcak ile çok soÄŸuk arasında bir salınım yapar.

 

Dinamik balans ve oransal kontrol vanası, tek bir gövde içerisinde 2 yollu motorlu oransal vana ile fark basınç kontrollü balans vanasının kombinasyonudur. Basınç dalgalanmaları meydana geldiÄŸinde, sistemi dinamik olarak dengeler. Bu sayede, kontrol vanasının ideal karakteristiÄŸi ile gerçekleÅŸen karakteristiÄŸi arasında herhangi bir sapma olmaz. Özel tasarımı, vananın sadece kontrol sinyalleri tarafından kontrol edilmesini saÄŸlar, basınç dalgalanmalarının vana kontrolü üzerinde herhangi bir etkisi olmaz. Vananın her açıklık deÄŸerine karşılık gelen, net bir debi deÄŸeri vardır. HVAC sistemi için bunun anlamı, vananın herhangi bir oransal açıklığında, ısıtma yada soÄŸutma kapasitesinin sabit olduÄŸudur. Bu sebeple, bu vanalar ısıl yüklerin deÄŸiÅŸken olduÄŸu sistemlerde, stabil çalışma ve yüksek hassasiyetin gerektiÄŸi yerler kullanılmaya uygundur. 

 

Geleneksel oransal kontrol vanası, aynı açıklıkta bile, sistem basınç dalgalanmalarından dolayı farklı ısıtma yada soÄŸutma kapasiteleri verebilir. Bu kontrol hassasiyetin çok düÅŸmesine ve deÄŸiÅŸken durumlarda kontrolün istenilen tepkiyi verememesine sebep olur. Yeni tasarımlı kombine vana, tüm bu sorunları ortadan kaldırmak için yeterli ve gereklidir.

Åžekil 1’de gözüktüÄŸü gibi, vanayı P1 , P2 ve P3 olmak üzere 3 farklı basınç zonuna ayırabiliriz. Isıl yüklerin çok deÄŸiÅŸken olduÄŸu sistemlerde, sistem basıncındaki dalgalanmalarda dolayı vananın giriÅŸ ve çıkışındaki (P1 ve P3) basınçlar çok deÄŸiÅŸkendir. 

 

(1) Vana giriÅŸi yani P1 noktasındaki basınç yükseldiÄŸinde, vana gövdesinde bulunan basınç ileten mekanizma ile P2 - P3 arasından suyun geçtiÄŸi kesit daraltılır ve bu sayede P2 noktasındaki basınç yükselir. Sonuç olarak kontrol vanasının üzerindeki fark basıncı sabit kalmış olur. (?PCV= P1 - P2)

(2) Vana giriÅŸi yani P1 noktasındaki basınç düÅŸtüÄŸünde, vana gövdesinde bulunan basınç ileten mekanizma ile P2 – P3 arasından suyun geçtiÄŸi kesit geniÅŸletilir ve bu sayede P2 noktasındaki basınç düÅŸer. Sonuç olarak kontrol vanasının üzerindeki fark basınç sabit kalmış olur. (?PCV= P1 - P2)

(3) Sistemin basınç deÄŸiÅŸikliklerinden bağımsız olarak (P1 – P3), kontrol vanasının iki ucu arasındaki fark basıncı sabit kalır (P1 – P2). Böylelikle, vana motorunun herhangi bir kontrol sinyali alarak açmasıyla, herhangi bir açıklık derecesinde, debi önceden belirlenmiÅŸ deÄŸerlerde sabit kalır. Vananın gerçekleÅŸen debi karakteristiÄŸi ile ideal debi karakteristiÄŸi arasında herhangi bir sapma yoktur.

Bu bilgiler ışığında, basınçtan bağımsız kontrol vanası (kombine vana), geleneksel kontrol vanalarına göre, hem kontrol hassasiyeti hemde hidronik dengeleme açısından çok daha üstündür.