1. Giriş

Her geçen gün gelişen teknoloji, artan nüfus ve değişen ihtiyaçlarımız, enerjinin önemini daha da artırmaktadır. Günlük yaşantımızda değişik şekillerde kullandığımız enerji türlerinin başında elektrik enerjisi gelmektedir. Kullanım kolaylığı, rahatlığı ve kalitesi ile elektrik enerjisi, ekonominin ve sosyal yaşamın vazgeçilmez bir öğesi olmuştur ve gün geçtikçe daha da değer kazanmaktadır. 

 

Son yıllarda artan enerji ihtiyacı ve ekonomik krizler sonucunda enerji tasarrufu konusu sıkça gündeme gelmiştir. Ülkemiz, elektrik enerjisi ihtiyacını karşılayabilmek için üretim kaynaklarının büyük bir kısmını diğer ülkelerden ithal etmektedir. 

 

Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı verilerine göre, 2009 yılında Türkiye, elektrik enerjisi üretiminin % 48,6’sını doğal gazdan, % 28,3’ünü kömürden, % 18,5’ini hidrolikten, % 3,4’ünü sıvı yakıtlardan ve % 1,1’i yenilenebilir kaynaklardan elde etmiştir[1]. Görüldüğü gibi elektrik enerjisi üretmek için doğal kaynakları kullanmak zorundayız. Kaynakların yetersiz kaldığı durumlarda, bu kaynakları yurt dışından ithal etmek durumunda kalırız. 

 

Elektrik motorlarındaki enerji sarfiyatına baktığımız zaman en fazla elektrik tüketiminin pompa motorlarında olduğunu görüyoruz. Bugün sadece Türkiye’de değil tüm dünyadaki pompaların çok büyük bir çoğunluğu gereğinden daha yüksek kapasitelerde seçilmiştir. Gerek öngörülen emniyet toleransları ve tesisat hesaplamalarındaki değişiklikler nedeniyle, gerekse sistemde ihtiyaç duyulabilecek en yüksek kapasiteyi karşılamaları için pompalar büyük seçilmektedir.,

 

2. Frekans Konvertörleri İle Enerji Tasarrufu

Isıtma sistemlerinde akışkanı devirdaim ettiren sirkülasyon pompaları, yılın en soğuk günlerindeki kapasite ihtiyacını karşılayacak şekilde seçilirler. Ancak yılın en soğuk günleri ısıtma periyodunun sadece % 2’sidir. Diğer kalan % 98’lik sürede daha küçük kapasitedeki bir sirkülasyon pompası ihtiyacı karşılayabileceği halde, pompa tam kapasite çalışarak gereğinden fazla elektrik enerjisi tüketecektir[2].

 

Çok katlı binalar, alışveriş merkezleri, hastane ve oteller gibi yapıların iç mekanlarında farklı ısınma ihtiyaçları doğar. Binaların kuzey ve güney cepheleri, güneş ışığının geliş yönüne göre doğu ve batı cepheleri, alt katlar ve üst katlar gibi etkenler nedeniyle iç mekanların ısınma ihtiyacı gün boyu değişkenlik gösterir. Örneğin güneş ışığının geldiği cephede ısınma ihtiyacı yokken diğer tarafta olacaktır. Isınma ihtiyacı olmayan cephedeki radyatör vanaları kısılırken diğer cephedeki vanalar açık kalacaktır. Sabit devirli bir sirkülasyon pompası ihtiyaç değişikliklerinde yine tam kapasite çalışmak zorunda kalacaktır. Ancak değişken devirli pompalar kendi devirlerini azaltıp artırarak ihtiyaç duyulan noktada çalışacak ve buna göre elektrik enerjisi tüketecektir. 

 

Pompalar, üzerlerine veya kontrol panolarına entegre edilen frekans konvertörü ile devirlerini ihtiyaca göre değiştirebilmektedirler. Frekans konvertörü, 50 Hz olan şebeke elektriğinin frekansını azaltıp artırması ile pompanın devrinin ve çektiği akımın değişmesine neden olur. Bu şekilde enerji tasarrufu sağlanır.

 

Şekil 3’te pompa eğrisi üzerinde sabit ve değişken devirli pompalar arasındaki çalışma prensibi farkını ve nasıl enerji tasarrufu sağladığını görebiliriz. Pompamız, sistem eğrisinin pompa eğrisini kestiği 1 noktasında çalışmaktadır. Daha önce örneklerini verdiğimiz nedenlerle radyatör vanalarının kısıldığını ve ihtiyaç duyulan debinin azaldığını varsayalım. Bu durumda, pompa eğrisi sabit kalacak ve sistem eğrisi değişerek pompanın çalışma noktasını 2 noktasına getirecektir. Ancak pompamız değişken devirli bir pompa ise, devrini düşürerek çalışma noktasını 2 noktasına getirecektir. Böylelikle pompa daha küçük bir eğriye sahip bir pompa gibi kendisini küçültecek ve 2 noktasındaki kadar fazla elektrik tüketmeyecektir.

 

Pompanın enerji tüketimi yukarıdaki formülde olduğu gibi basma yüksekliği ve debiye bağlı olarak değişmektedir. Diğer çarpanlar akışkan yoğunluğu ve pompa verimidir. Burada pompanın anlık tükettiği elektrik enerjisi yaklaşık olarak çalışma noktasının altında kalan alan olacaktır. Dolayısıyla 2 noktasında tüketilen enerji miktarı çok daha düşük olacak ve taralı alan kadar tasarruf edilecektir.

 

Pompanın devir hızı yarıya düştüğünde yaklaşık olarak;

• Debi 2 kat,

• Basma yüksekliği 4 kat, 

• Gerekli güç ise 8 kat azalır. 

Görüldüğü gibi, debi ihtiyacın yarıya düşmesi ile gerekli gücün değişme oranının 8 kat olması pompalarda enerji tasarrufunun temelini oluşturmaktadır.

 

Tablo 1’de frekansın değişmesinin diğer birimlere etkisini görmekteyiz. Örneğin sitemdeki debi ihtiyacının yarıya düşmesiyle, tüketilecek enerji miktarının çarpıcı bir şekilde azaldığını görebilirsiniz.

Şekil 4’te yaklaşık olarak birbirine denk, biri sabit diğeri değişken devirli iki pompanın eğrilerini görmektesiniz. Sabit devirli pompanın çalışma noktası, eğrisi üzerinde bir nokta olması gerekir. Değişken devirli pompalarda ise çalışma noktası taralı alan içerisinde herhangi bir noktada olabilir. Bu, daha önce bahsettiğimiz gereğinden daha büyük pompa seçimi gibi hataların telafisini mümkün kılar.

 

Frekans konvertörlü pompalar sadece ısıtma ve soğutma sistemlerinde değil, aynı zamanda hidrofor sistemlerinde, altyapı uygulamalarında ve endüstriyel proseslerde de kulanılmaktadır. Ayrıca çok pompalı sistemlerde de frekans konvertör entegreli panolar kullanılarak enerji tasarrufu sağlanabilmektedir.

 

3. Pompaların Ömür Boyu Maliyetleri

Yeni teknolojisi ve elektronik ekipmanlarından dolayı frekans konvertörlü sirkülasyon pompalarının ilk yatırım maliyetleri standart pompalara göre bir miktar daha fazladır. Ancak daima maliyetlerin bütününü görmek gerekir. Yılda 5.000 saat çalışan bir pompanın ömür boyu maliyetine baktığımız zaman 10 yıl sonunda pompanın satın alma maliyeti, ömürboyu maliyetinin sadece % 5’ini oluştururken servis ve bakım giderleri % 10’nunu, elektrik enerjisi tüketim maliyeti ise % 85 ‘ini oluşturmaktadır. Yani maliyetin çok büyük bir kısmı elektrik sarfiyatından gelir. İlk satın alma maliyeti frekans konvertörlü pompanın daha yüksek olmasına rağmen 10 yıl sonunda pompanın ömür boyu maliyetinde sağladığı tasarruf oldukça yüksektir.

 

Devir hızı kontrollü pompa sistemlerinin başlıca avantajları: 

• Tesisat ekipmanlarından tasarruf, 

• Pompa ve diğer ekipmanların işletim ömrünün uzaması,

• İşletim ve kullanım konforunun yükselmesi, 

• İşletim güvenilirliğinin artması, 

• Proje, seçim ve uygulama hatalarının telafi edilmesi, 

• Çevre kirliliğinin azaltılmasına katkı, 

• Ömür boyu maliyetinin düşük oluşu. 

 

4. Sonuç

Son yıllarda artan enerji verimliliği çalışmaları, konferanslar, enerji kanunları ve yönetmelikler ile gündemdeki yerini her geçen gün daha da sağlamlaştıran enerji tasarrufu konusu, binaların vazgeçilmez ekipmanlarından santrifüj pompalar için de üreticilerinin en önemli önceliği olmuştur. 

 

Pompa motorlarında kullanılan frekans konvertörleri sayesinde pompaların ihtiyaca göre elektrik sarfetmeleri sağlanmış ve bu şekilde sabit devirli pompalara göre büyük oranlarda enerji tasarrufu sağlanmıştır. 

 

Kaynaklar

[1] Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı web-sitesi, www.enerji.gov.tr, 2011.

[2] WILO SE, Pompa Teknolojisinin Temel Prensipleri, 2005.

[3] WILO A.Ş., Genel Ürün Kataloğu, 2009.

 

Bu makale, 3. Ulusal Enerji Verimliliği Forum ve Fuarı’nda bildiri olarak sunulmuştur.