IEC 60364-8-1:2014 Işığında Verimli Elektrik Tesisat Tasarımı Yazı Dizisi-1

IEC 60364-8-1:2014 Işığında Verimli Elektrik Tesisat Tasarımı
Yazı Dizisi-1
Mehmet Ali Uyar

Önsöz

Bu çalışma Cameron Steel tarafından IET için yazılan ‘’Designer’s Guide to Energy Efficient Electrical İnstallations’’ adlı rehberin ETP – Enerji Verimliliği Çalışma Grubu gönüllüleri ortak çabası ile üretilen tercümesinden derlenmiştir. Biz burada bir seri makale ile Elektrik Tesisatlarında Enerji Verimliliği konusunu ele alan IEC 60364-8-1:2014 standardını ana başlıklar halinde inceleyecek ve açıklayıcı bilgiler sunacağız.

IEC 60364-8-1 :2014 standardı 2019 yılında güncellenmiştir.IEC 60364-8-1:2014 standardı doğrultusunda yazı dizimizden sonra , ayrı bir yazı dizisinde IEC 60364-8-1:2019 standardının farklılıklarını anlatacağız.

Konular

1. Verimli Elektrik Tesisat Tasarımı-1 Genel Bakış
2. Verimli Elektrik Tesisat Tasarımı-2 Barycenter Kavramı
3. Verimli Elektrik Tesisat Tasarımı-3 Kolon Hatlarında Kayıpların Azaltılması
4. Verimli Elektrik Tesisat Tasarımı-4 Aydınlatmada Verimlilik
5. Verimli Elektrik Tesisat Tasarımı-5 İklimlendirme , havalandırma ve soğutma sistemlerinde Verimlilik
6. Verimli Elektrik Tesisat Tasarımı-6 Yenilenebilir Enerji Kaynakları
7. Verimli Elektrik Tesisat Tasarımı-7 Kontrol ve Verimlilik
8. Verimli Elektrik Tesisat Tasarımı-8 EM ve EEPL Tabloları

1. Giriş

Enerji üretirken dünyamızın kaynaklarını hoyratça tüketiyor, çevreye zarar veriyoruz. Şehirlerimiz büyüyor, toplumlar her geçen gün daha fazla enerji talep ediyor. Bu yaman çelişki sürdürülebilir değildir. Şu andaki sistemin verimliliği arttırabilirsek yeni santraller kurmadan da kaynak yaratabileceğiz. Bu amaçla ‘’IEC 60364-8-1:2014 Alçak Gerilim Elektrik Tesisatı- Enerji Verimliliği’’ standardı konuyu tasarım ve işletme bağlamında ele alıp çözüme katkı sağlamak için bazı yeni talimatları belirtiyor.

Bu standart ile verilen yeni tasarım hiyerarşisi şöyledir:

Güvenlik ve kapasite konularını eskiden olduğu gibi önceliklidir. Enerji verimliliği ise artık isteğe bağlı bir seçenek değildir. Bu değişiklikle tasarımcı ve müşteri elektrik tesisatı bileşenlerinde gereken enerji verimliliği seviyesini (enerji kaynaklarının doğru kapasitesi, bu kaynakların konumu, verimlilik ile ilgili pasif ve aktif kontrol düzeneğinin derecesini) ortaklaşa belirleyecekleri bir ön protokol ile somutlaştıracaklardır. Verimlilik önlemleri (EM) olarak adlandırılan, toplam 13 tabloda belirtilen 5 tercih seviyesi arasından seçim yapacaklar. Seçimlere karşılık gelen puanlar toplanacak böylece alt yapısal önlemler paketi puanı oluşacaktır.

Standart bununla birlikte verimli alt yapının verimli işletilmesini de ister. Enerji verimliliği performans seviyesi (EEPL) olarak adlandırılan, toplam 3 tabloda belirtilen 5 tercih seviyesi arasından seçim yapacaklar. Seçimlere karşılık gelen puanlar toplanacak böylece üst yapısal önlemler paketi puanını oluşacaktır. Üst yapısal önlemler işletme esnasında nelere dikkat edilmesi gerektiğine yoğunlaşır.

Her iki paketin puanlar toplamı tesisatın elektriksel verimlilik sınıfını (EIEC) belirler. Böylece kararlaştırılan ön protokol tasarımın temelini oluşturur. Nasıl bir alt yapıya sahip olunacak, yatırım bütçesi ne olacak, işletmeye alınınca neler nasıl takip edilecek herkes baştan bilir. Bu sancılı bir süreçtir çünkü bizde müşteri istekleri ve ortaya koymak istediği bütçe çoğunlukla rasyonel değildir. Şüphesiz ki enerji verimli tasarımlar daha pahalıdır ve asıl yararı yıllarca sürecek işletme maliyetinin düşmesi ile sağlanan kazançtır. Ama unutulmamalıdır ki verimli elektrik tasarımı muhtemel talep gücünü düşüreceğinden ilk yatırım maliyetini de azaltacaktır.

Projenin hayata geçirilmesini takiben yüklenici ve ardından tesis işletmecisi kurulan kontrol düzenini doğru şekilde devreye alarak ve gerektiğinde parametreleri değiştirerek kurulumu optimize edecektir. İşletmeci tasarım senaryosuna göre tesisatı işletecek, performansı izleyecek, hedeflenen sonuçların elde edildiğinden emin olacaktır. Görüldüğü gibi enerji verimliliği tasarımdan uygulamaya, oradan işletmeye giden bir süreçtir. Tasarımcı ve uygulamacının sorumluluğunda, müşterinin onayladığı ve finanse ettiği, işletmecinin gözlemleyip doğruladığı bir yoldur. Yapılan yatırımın, sarf edilen emeğin karşılığı düşük işletme gideri, iyi servis kalitesi, sıfır kaçak, sıfır boş yatırım ve verimli bir işletme olarak alınmış olmalıdır. Şayet alınmıyor ise nerede yanlış yapıldığı bulunup düzeltilmelidir. İyi anlaşılmalıdır ki alt yapısal(pasif) önlemleri düzeltmek/geliştirmek zor veya imkansızdır ama üst yapısal(aktif) önlemler daha kolay düzeltilebilir.

Aktif önlem olarak kurulan enerji akış gözlem ve kontrol düzeni işleticinin el aletidir. Yatırımın hayatı boyu uygulama verimliğini sağlamada en büyük dayanaktır. İzleme ile elde edilen veriler ileride herhangi bir iyileştirme planı için yol gösterici olarak kullanılacaktır.

Verimlilik ve kurulum sorumlulukları şöyledir:

Burada akla şu soru gelebilir. Şayet yatırımcı toplam 16 konu ile ilgili olarak 5 derece arasından seçim yapabiliyor ise neden mali yük getirecek zor seçeneklere yönelsin? Cevap basit, sebep ekonomiktir. BREEAM veya LEED gibi bina sertifikasyonları yurt dışında ülkelerde yönetmeliklerle istenir ve bu tip binalar daha büyük karlar ile satılır. Bu sertifikasyonu hak etmek için ise belirlenmiş minimum EİEC puanına ihtiyaç vardır.

1. Kapsam

IEC 60364-8-1:2014 Ek B'nin ilk kısmı, bir elektrik tesisatı farklı bileşenlerinin özgül enerji verimliliği önlemlerine (EM) ilişkin B.1’den B.13’ e kadar toplam 13 tablo sunar. IEC 60364-8-1:2014 Ek B'nin ikinci kısmı enerji verimliliği başarım seviyelerini (EEPL) açıklayan üç tablo daha sunar. Bu tablolar takip eden makalelerle detaylı olarak verilecektir. Burada neleri kapsadığına kısaca değinelim:

B.1) Yük profili ölçümlemesi
B.2) Kaynak konumu
B.3) Yük profili ölçümlemesi (motor)
B.4) Yük profili ölçümlemesi (aydınlatma)
B.5) Yük profili ölçümlemesi (iklimlendirme, havalandırma ve soğutma )
B.6) Kaynak optimizasyonu
B.7) Kablolama optimizasyonu
B.8) Güç faktörü optimizasyonu
B.9) Güç faktörü ölçümü
B.10) kW ve kWsaat ölçümü
B.11) Gerilim ölçümü
B.12) Harmonikler ile mücadele
B.13) Yenilenebilir enerji kullanımı
PL.B.14) Yıllık tüketim performans gözlemi
PL.B.15) Yıllık güç faktörü performans gözlemi
PL.B.16) Yıllık trafo performans gözlemi

IEC 60364-8-1:2014 yeni binalara olduğu kadar yenilenecek eski binalara da uygulanmasını ister. Elektrik verimliliği önlemlerinin uygulanacağı bina türleri şunlardır:

a)Konutlar
Şahısların konut ihtiyacını karşılamak üzere tasarlanmış ve inşa edilmiş yapılardır. Çok katlı çok konutlu binalarda ortak kolaylıklar ve mekanlar oluşur. Her bir konutun verimliği yanında ortak kolaylıkların ve bütünün verimliliği bu standardın konusudur.

b)Ticari binalar
Bunlar ticari faaliyetlerin sürdürülebilmesi için tasarlanmış ve inşa edilmiş ofis, dükkân, kamusal kuruluş, banka, hotel gibi yapılardır.

Sanayi tesisleri

Bunlar sanayi faaliyetleri mümkün kılmak için tasarlanmış ve inşa edilmiş fabrika, atölye, sevkiyat deposu gibi yapılardır.

Altyapı tesisleri

Bunlar bir ülkenin altyapısını oluşturmak için tasarlanmış ve inşa edilmiş havaalanı terminali, rıhtım ve liman kolaylıkları, ulaşım, taşımacılık ve haberleşme tesislerini içeren büyük yapılardır.

1. Standart ile öne çıkan birkaç başlık

1. 1. Yükler

IEC 60364-8-1 de yükler elektrik kesilmelerinde işlevini ne kadar sürdürebildiklerine yani duruş sürelerine göre sınıflara ayrılırlar. Süredur ilkesi bir yükün devreden çıkması ve sonra tekrar devreye alınmasına gösterdiği tepkidir. Üç çeşit yük tanımlanmıştır.

Kısa duruş süreli yükler: Hep devrede olması gereken hassas yüklerdir. Elektrik kesildiğinde işlevlerini sürdüremezler. A barasından beslenirler.
Uzun duruş süreli yükler. Belli sürelerle devre dışı bırakılabilecek yüklerdir. Kısa elektrik kesilmelerinden etkilenmezler. A barasına bir kontaktör üzerinden bağlanan B barasından beslenirler.
Çok uzun duruş süreli veya ucuz tarife yükleri. Sadece ucuz kaynaklarca beslenecek gerekli ama bekleyebilir yüklerdir. A barasına bir kontaktör üzerinden bağlanan C barasından beslenirler.

Bir yükün duruş süre sınıfını belirlemek zordur çünkü elektrik ve mekanik öğelerin bütünleşik tasarımını gerektirir. Bu yönde çeşitli tanımlar altında çalışmalar yapılmış ancak ortak bir kültür henüz oluşmamıştır. Şüphesiz kısa ve uzun (2-12 saat) elektrik kesilmelerinden etkilenmeyecek yükler de vardır. Tasarımcı senaryoları mimar, aydınlatma, mekanik ve proses tasarımcıları ile çalışarak yükleri üç sınıfa ayırmalı, bunları A, B ve C baralarından beslemelidir. Örnek olarak şunları verebiliriz:

Elektrik ile ısıtılan bir şofben yüksek süre duruşlu yüke örnek olabilir. İşletme sıcaklığına kadar ısıtılmış su -haznesi de yeterince büyükse -kullanıcı açısından kısa elektrik kesintilerinden etkilenmez. Kullanılan enerji kaynağı güç sınırlarına erişildiğinde herhangi bir yük atma tasarımı böylesi yükleri devre dışı bırakarak kaynağı rahatlatabilir. B barasına bağlanmalıdır.
Bunun tersi durum, bir sağlık kuruluşunda elleri yıkamak için kullanılan anlık su ısıtıcısı beslemesini kaybettiğinde oluşur. Hedef görev yapılamaz. Bu ciddi klinik risk teşkil ettiğinden düşük süre duruşlu yük kabul edilmelidir. A barasına bağlanmalıdır.
Genelde ama özellikle kamusal alanlardaki aydınlatma da düşük duruş süreli yük olarak alınmalıdır. Aydınlatmanın kesilmesi kullanıcıya sunulan hizmet kalitesini ve işine devam imkanını kötü yönde etkiler. Bu sebepten Acil aydınlatma kanuni mecburiyettir ve güvenli tahliyeye imkân verecek seviyede olmalıdır. Enerji verimli otomatik aydınlatma sistemi -gerektiğinde aniden yakabiliyor ise- ışıkların tümünü kapatabilir. Kısmı bir çözüm insan yok iken koridordaki ışıkların %10 seviyesine kısılması, varlık duyargası insan algıladığında %100 seviyesine getirilmesi ile elde edilebilir. A barasında beslenmelidir.
Büyük elektrikli su ısıtma tankları veya bir kuyudan ana depoya su basan pompa -deponun günlük kullanıma yetmesi koşuluyla- çok uzun süredurlu kabul edilebilir. C barasına bağlanmalıdır. Zaman saati tarafından kontrol edilen kontaktör en düşük tarifenin olduğu saatlerde devreye girer.

Elektrik idaresi üçlü tarifesinden faydalanmak için yüklerin üç sınıfa ayrılması şarttır.

1. 1. Yük profili:

Bir tasarımın talep gücü tasarımdaki kurulu gücün* belli bir yüzdesine dayanır. IEC 60364-8-1: 2014 tüm elektromekanik yükler tanımlandığında işletme senaryosunu 24 saat temelinde yaz ve kış şartları için kurgulamalı ve sistem enerji tüketim profilini doğru olarak öngörmelidir. Buradan bulunacak tesis işletme tepe yükü proje talep gücü tespitine temel olacak şekilde irdelenmeli ve trafo buna göre seçilmelidir. Görüldüğü gibi yüke uygun trafo seçilmesi esastır. 2009/125/EU direktifi ve komisyon düzenlemesi 548/2014 doğrultusunda 2021 senesine kadar Tier 1, ilerisi için Tier 2 verimlilik sınıfında trafolar kullanılacaktır. Hedef demir ve bakır kayıplarını en azda tutmaktır. Trafo seçiminde 1kW’lık fark kayıp senede 8760kWsaat demektir, bu da yaklaşık 1.000 USD, 35 senede 35.000USD kayıp demektir. Aynı hassasiyet elektrik motorları seçimi için de geçerlidir. Yeni kültürde her şey en başta tasarlanmalı ve tanımlanmalı, verimlilik başlarken kazanılmış olmalıdır. Geniş ve rahat yedek kapasite ayırma zamanı bitmiştir.

1. 1. Barycenter kavramı:

IEC 60364-8-1:2014 Ana kaynağın tesis içindeki konumuna önem verir. Alt yapısal verimliliğin merkezinde yer alan bu konu için Yük Yoğunluk Merkezi (YM) / Barycenter kavramını ve ilgili koordinat hesaplama yöntemi geliştirmiştir. Standardın Ek.A bölümü ile verilen açıklayıcı bilgiler ayrı bir makalenin konusu olacaktır. Her proje için YM hesaplaması yapılmalı ve ana kaynak-çoğunlukla trafo ve/veya ADP- mutlaka YM noktasına yerleştirilmelidir. Unutmayalım ki bu kalem hem kendi tablosunda puanlanır, hem de diğer tabloların ön şartını oluşturur.

1. 1. Kaynak ve yük yönetimi

Altyapı olarak tam verimli bir tesis kurulsa dahi bu hedefin ancak yarısıdır. En düşük toplam gider hedefi ancak yüklerin ve kaynakların doğru yönetimi ile sağlanabilir. Mesela işletici tüketiciye özgün yük grafiğini satıcının değişken elektrik tarifesine göre uyarlanıp bazı yükleri puant saati dışına kaydırarak veya pahalı puant saati içerisinde başka uygun bir kaynağı devreye alarak bunu başarabilir. IEC 60364-8-1:2014’ nin üst yapısal önlemlerle ilgili verdiği tanımlar ve istekler geniş ancak talimatlar aynı yönde kapsayıcı ve doyurucu değildir. Bunun farkında ki ufkun ötesine de bakın diyor. Performansı puanlayan sadece 3 adet EEPL tablo veriyor. Şüphesiz ki bu gelecekte artacaktır çünkü 2014 basımı henüz tablolaştırmadığı birçoğu prosedür tadında tavsiyeler içeriyor.

1. 1. Sonuç

Kaynaklarını hızla tükettiğimiz dünyamızın korunmasına etkin katkı vermekten sorumluyuz. Bilinçli tasarımcı ve işleticiler olarak gelişen teknolojileri kullanır ve IEC 60364-8-1:2014’nin talimatlarını müşteriye anlatıp onayını alarak hayata geçirebiliriz. Sürdürülebilir bir gelecek ancak böyle inşa edilecektir.

Bundan sonraki yazımızda “Barycenter Kavramı” anlatılacaktır.

Kaynaklar :

IEC 60364-8-1 :2014
IET Designer’s Guide to Energy Efficient Electrical İnstallations