IEC 60364-8-1:2014 Işığında Verimli Elektrik Tesisat Tasarımı Yazı Dizisi-3

IEC 60364-8-1:2014 Işığında Verimli Elektrik Tesisat Tasarımı
Yazı Dizisi -3
(Tasarımın Temeli, Kontrol Felsefesi, Uygulanacağı Yapılar)
Mehmet Ali Uyar

Enerji verimli tasarımın temeli

Herhangi bir elektrik tesisatı tasarımının ilk ve en önemlisi konusu güvenliktir. Kapasite, verimlilik, hizmet devamlılığı gibi etmenler ile ilgili her türlü arayış güvenlik kıstası ile uyumlu olduğu sürece anlamlıdır. İnsan yaşamını tehlikeye atan, kullanımı güvenli olmayan hiçbir tasarım kabul edilemez.
Elektrik tesisatı tasarımının bir sonraki önemli konusu kapasite yani istenilen görevi belirlenen şartlar altında “uygun kapasite” ile güvenle başarıyor olmasıdır. Bu tesisatı meydana getiren tüm donanımın, tüm tesisatın doğru seçilmesi ve boyutlandırılması ile olur. Mühendis bununla ilgili gerekli eğitimi almış yetkili kişidir. O, yerel şartları ve standartları kullanarak tasarımı yapar ama işi yapıyor bahanesi ile güvenliği, verimliliği ve dayanımı arka plana atamaz.
Elektrik tesisatı tasarımının diğer önemli konusu zorlayıcı şartlara dayanım yani hizmete devam yeteneğidir. Öyle kritik yükler vardır ki arızada dahi elektrik kesilsin istenmez (mesela ameliyathaneler). Bazı yükler 5 saniye, bazı yükler 5 dakika elektrik kesilmesine dayanabilir. Tesisat elektrik arızasına dayanmalı veya süreci durdurmayacak kadar kısa zamanda yedek kaynağı devreye sokabilmelidir. Olağan dışı şartlara dayanımlı tasarım bu yeteneğini güvenlik sorunu çıkarmadan tam kapasite ve verimli olarak sürdürebilmelidir.
Enerji verimli tasarım yukarıda belirtiğimiz üç temel üzerine oturur. Güvenli, düzgün çalışan, hizmet devamlılığı sağlayan bu tasarım aynı zamanda hem verimli çalışmalı hem de verimliliği izlenebilir olmalıdır. Tesisatın enerji verimli olması bahane edilerek tüketiciye sunulan yüksek hizmet kalitesi ve kesintisiz besleme sözüne ters düşülemez. Görüldüğü gibi dört vazgeçilmez nitelik birlikte bir paket olarak tasarımın çerçevesini belirler.

Konumuz verimliliğe dönersek verimlilik iki aşamada gerçekleşir:

a)Enerji verimli tasarımın hedefi-1: Verimli ünitelerin seçimi ve doğru konumlanması

Verimli çalışma verimli birimlerin seçilmesi ve kullanılması ile olur. Elektrik tesisatı dağıtım altyapısı bağlı olduğu yükleri tipine ve yapısına göre enerji verimli beslemeyi sağlayacak şekilde düzenlenmiş olmalıdır.

Modern elektrik tesisatı çok çeşitli enerji kaynağına sahip olabilir:

a)Alçak gerilim şebeke bağlantısı (AG, tek veya üç fazlı sayaçlı) veya yüksek gerilim şebeke bağlantısı (YG, üç fazlı sayaçlı, büyük tüketiciler için)

b) Yerel üretim. Yerel olarak enerji üreten dizel jeneratör, gaz türbin veya yenilenebilir enerji kaynaklarını (rüzgâr, güneş) kapsar.

c) Yerel depolama. Şu anda bu kalem kısa süreli acil durumlar için kullandığımız kesintisiz güç kaynaklarını tarif ediyor ancak boyut ve işlev olarak bir dizel jeneratör yerine kullanılabilecek kadar etkin ve büyük boyda akü bataryası olanları tanımlıyor. Yeni nesil verimli aküler ile bu teknoloji şu an hazır ancak yaygınlaşıp ucuzlaması bekleniyor. Yenilenebilir enerji kaynakları ve/veya ucuz gece tarifesi ile dolan geniş ve büyük depolama imkanları yeni bir tip kaynak oluşturacaktır.

Yukarıda bahsedilen kaynakların verimli tipte seçilmesi esastır. Bilhassa devamlı yük altında olacak kaynağın en verimli tipte olması gerekir. Trafolar için verimlilik kıstası 2021 senesine kadar Tier 1 olarak belirlenmiştir.

Aynı hassasiyet elektrik motorlar için de gösterilmelidir. Kaynakların veya motorların boyutlandırması da çalışma noktası dikkate alınarak gerçek talep gücüne göre yapılmalıdır.

Kaynaklar tesiste kayıpları en aza indiren ‘’barycenter’a’’ yani yoğunluk merkezine konumlanmalıdır. Böylesi bir yöntem sıfırdan tasarlanan yeni bir bina için faydalı olacaktır. Hali hazırda olan bir tesis için ise hesaplama yapılarak olması gereken ideal yer bulunabilir ancak bunun var olan yerleşime giydirilmesi gerekir. Bu durumda teorik çözüm ile pratik gerçeklik arasında ara çözümler üretilmelidir.

b) Enerji verimli tasarımın hedefi-2: Verimliliğin takibi ve gerekli kontrol düzenekleri

Verimliliğin takibi ve tesisin yönetilmesi gittikçe daha çok kullandığımız duyarga (algılayıcı) ve kontrol düzenekleri sayesinde olur. Sistem kontrol düzeneği öyle yapılandırılmalıdır ki enerji tüketimi azalsın, performans gözlemlenebilsin ve işletmeciye ikaz ve geri bildirim verebilsin.

Gerekli kontrol düzenekleri dört ana bölümde toplanır

a) Ayarlanabilir çevresel duyargalar: Binanın içine veya dışına konumlanan bu cihazlar ilgili donanımı devreye alır veya çıkarırlar. Basittirler, kullanılmaları kolaydır, Lux, Isı, Nem, CO², varlık/yokluk gibi değişenleri izler ve ayarlandıkları seviyede tepki verirler. Enerjinin tüketildiği noktaya yakın yerleştirilirler, kolayca ulaşılırlar. Yerel kontrolde etkilidirler. Standart bu duyargaları önemser iklimlendirme-soğutma, aydınlatma otomasyonunda kullanılmasını ister.

b) Sayaçlar: Faturalamada kullanılan idarece sertifikalı aygıtlardır. Elektromekanik olanların kontrol işlevi yoktur ancak verdikleri görsel bilgi toplam kWsaat yani temel bilgi olduğundan verimlilik takibinde çok önemli yer tutarlar. Standart bilgi almak veya alt faturalama için süzme olarak kullanılmalarını destekler. Akıllı olanları powerline üzerinden elektrik idaresine, bluetooth/WiFi üzerinden işletmeciye gerçek zamanlı kW bilgi verebilir. Hukuksal bazı sorunlar çözülmediğinden aktif kontrol için kullanılmasını şart koşmaz.

c) Mikro işlemci içeren akıllı röle ve PLC’ler: Duyargalardan gelen değerleri gerçek zamanlı çözümleyen, kW, kVar, Hz, güç faktörü, harmonikler gibi yeni veriler çıkarımlayan aygıtlardır. Yazılıma göre ikaz, alarm ve komut verirler. Bunlar sayesinde güç faktörü düzeltmesi ve/veya harmonik baskılama yapılabilir, yük atılabilir, talep gücü aşıldığında jeneratör devreye alınabilir. Standart akıllı rölelerin/PLC’lerin güç otomasyonu amaçlı elektrik sistemlerinde kullanılanları ile ilgilenir.

Burada sınırı belirlemekte fayda var: Mikro işlemci içeren akıllı röle ve PLC’ler bir üst kademe kontrolde iş istasyonları ile çalıştıklarında yazılımlarla belirlenen daha geniş ve genel raporlamaları yapabilirler. Mesela depodan gelen yakıt seviye bilgisi, elle sisteme girilen yakıt birim fiyatı gibi bilgiler ile daha üst seviye çıkarımlar yapabilir ve jeneratörün kaç saatlik mazotunun kaldığı, ürettiği elektriğin kWsaat maliyetini hesaplayabilir. Jeneratör bakım planlaması, mazot siparişi ve ilgili bütçe talebini yapılabilir. Süreç otomasyonu konusu olan ve başka disiplinleri de içeren bu çalışmaları Standart olumlu karşılar ama kapsamı dışında tutar.

d)Kullanıcının müdahale edebileceği makine/insan arayüzü: Enerji kontrol düzeneği mümkün olduğunca otomatize edilmelidir ancak kullanıcın farklı tercihleri olabileceği düşünülerek elle müdahale imkânı da olmalıdır. Örnek olarak belli bir senaryoya göre programlanmış ve kullanıcının araya girmesine imkân veren mesela seçici anahtar veya dokunmatik ekran arayüze sahip otomatik aydınlatma sistemi verilebilir.

Özetlersek otomatik kontrol düzeneği gerek yerel gerekse bir merkezden çok az insan aragirişimi ile yükleri kaynaklara en uygun şekilde bağlayabilir. Bazı kararlar için ikaz verip yönetici müdahalesini bekler. Acil durum veya planlanmamış bakım gerektiğinde -verimsizliğe bakılmaksızın- işletmeci tarafından devre dışı bırakılıp, yükler kaynaklara doğrudan bağlanabilir. Kontrol düzeneklerinin yapısı ve felsefesi aynı olmakla beraber boyutları farklıdır. Ufak binalarda ayarlanabilir duyargalarla başarılan hedef, daha büyük mekanlarda onlarca PLC ve akıllı röle gerektirebilir. Boyut girdi/çıktı sayısı ile orantılıdır. Bir tesiste ne kadar elektriksel girdi/çıktı olursa düzenek o kadar büyük olur. Teknolojik gelişmeler ve pazarın büyümesi sayesinde düzenek fiyatları ucuzlamış bu da bize istediğimiz her yere duyarga ve akıllı röle koyma imkânı vermiştir. Hazır yazılım almak veya kod yazdırmak uygun maliyetlidir. Elektrik tesisat işletmesi kolaylaşmış, orta boy tesislerin bile yetkin işletmeci istihdam etmeleri külfet olmaktan çıkmış, kârlı hale gelmiştir.

Enerji verimli tasarım kontrol felsefesi

IEC 60364-8-1:2014’in tanımladığı kontrol felsefesi kendini elektriksel verimlilik ile sınırlar ve sadece kendi alanında düzenleme yapar. İleride farklı düşüncelere yönelmemek için bu çerçeve doğru değerlendirilmelidir. Mesela Standart konutlarda veya ofislerde prize bağlanan aygıtların enerji verimlilik sınıfı konusundan ~~konuşmaz~~ bahsetmez (A+++ sınıfı buzdolabı gibi) çünkü bu başka bir standardın konusudur. Aynı yaklaşımla disiplinler arası konularda oluşabilecek sinerjiyi ve buradan elde edilecek verimliliği irdelemez (mesela Kojen sistemi veya ısı pompası gibi) çünkü bu mekanik disiplini de ilgilendirir dolayısı ile yabancı bir alandır. Standart kendi alanında enerji verimli sistemlerde birkaç farklı amacın yerine getirebilmesini ister: İşletmeci tek tek yüklerin, yük gruplarının nihayetinde tüm tesisin güç tüketimini gözlemleyebilmeli, bu bilgiden esinlenerek tesisi en verimli şekilde yönetebilmelidir. Aynı zamanda elektrik idaresinin üç zamanlı tarifesinden yararlanabilmek için bazı yükleri devreye alıp çıkarabilmelidir.

Dört ana hedef şunlardır:

a) Anlık tüketimin ve tüketim eğiliminin gözlenmesi: Bu işleticinin orta ve uzun vadede nasıl bir enerji tüketimi ile karşılaşacağını öngörmesine, olası sorunlara karşı önleyici tedbirleri değerlendirerek sağlıklı işletme şartlarını sağlanmasına imkân verir. Kontrol felsefesinin bahsettiği bu yüklerin ‘’Kullanım’’, ‘’Bölge’’ ve ‘’Alt şebeke’’ tanımı altında nasıl gruplayacağını ilerideki makalemizde göreceğiz

b) Hassas faturalama: Kullanıcıların, alt kullanıcıların ve ortak mekân sarfiyatlarının doğru ve adil faturalanmasına olanak sağlar. Faturalama sayaçlar veya gerçek zamanlı kW tüketimini takip eden akıllı sayaçlar ile yapılır. Ne kadar çok alt şebeke kurulur ve sayaçlanır ise tüketim merkezleri hakkında o kadar çok bilgi sahibi oluruz. Bunun en büyük getirisi yük/kayıp profillerinin belirlenmesi ve kaçakların artık saklanamayacak olmasıdır.

c)Geri bildirim, uyarı ve tehlike işaretlerinin verilmesi: Bu işaretler işletmecinin iyi gitmeyen şartlara acil müdahale etme imkanını ve hizmetin kesilmeden devamını sağlar. Örnek olarak kontrol düzeneği çalışmıyor ise veya tüketim ön görülen seviyeyi aştı ise gerekli uyarı ve/veya tehlike işareti verir.

d)Elektrik idaresinin üçlü tarifesine göre yük atma/alma işlemi: Hatırlayacağımız gibi yüklerimizi bir de ‘’kısa süre duruşlu’’, ‘’uzun süre duruşlu’’ ve ‘’çok uzun süre duruşlu’’ diye ayırmıştık. Bu ayırım amacı ise tesisin elektrik idaresine ödediği elektrik fatura bedelini en düşük seviyede tutmaktır. Örnek olarak puant saatlerinde ‘’çok uzun süre duruşlu’’ yükler devre dışı bırakılır.

Enerji verimli tasarımın uygulanacağı yapılar.

IEC 60364-8-1:2014 enerji verimli tasarımı ilk makalemizde belirttiğimiz konut, ticari bina, sanayi tesisi ve altyapı tesisi tesisatları için ister. Talep güçleri bu kadar farklı sistemlerin yan yana getirilmesi bakış açısı hatası gibi görünebilir ama bu gruplama enerji tüketimi(kWsaat) bazında doğrudur. Konutlar günde ortalama 5kWsaat enerji ya çeker ya çekmez ama ülkede 18 milyon konut olunca toplam tüketim sanayi kuruluşları tüketimine yaklaşır. Bu yüzden konutlardan da enerji verimliliği istenmesi gereklidir. Peki bu dört grubu aynı EM ve EEPL kriteriyle sınamak doğru mudur? Bu soruyu cevaplamak zordur.

Zorluğun farkında olan Standart bunu iki şekilde çözer:

a)Kontrol için ‘’Kullanım’’, ‘’Bölge’’ ve ‘’Alt şebeke’’ tanımları altında benzer yükleri bizim gruplamamızı ister ve izin verir. Bu tanımları ileride açıklayacağız ama bilgi olarak şunu söyleyebiliriz ki Standardın örnek olarak bize tanımladığı (sadece) iki ‘’kullanım’’ grubu ‘’aydınlatma’’, ‘’iklimlendirme ’’ dir. Aslında Standard ‘’motorlar’’ diye bir kullanım grubu daha açmıştır ama hangi motorlar? Mekanik tesisat cihazları için AB-Ecodesign direktifi bulunmaktadır. Burada çözümleme ve yeni tanımlama en azından AB-Ecodesign direktifi doğrultusunda tasarım mühendisinden bekleniyor.

b)Arada boyut ve işlev olarak büyük farklar olsa da Standart her konut, ticari bina, sanayi tesisi ve altyapı tesisi için aynı önlemleri ister ama farklı puanlar/ağırlıklar dağıtır. Böylece süreç otomasyonuna girmeden, diğer disiplinlere dokunmaksızın elektriksel olarak anlamlı kalmayı başarır.

IEC 60364-8-1:2014’ın temel aldığı birim kW saat’tir. Standart elektriksel verimliliğe odaklanır ve hedefinden sapmaz. Talepleri tartışılsa bile açık, sınırları bellidir. Alışageldiğimiz bazı yaklaşımları değiştirmiştir, bu da tasarımcıya yeni sorumluluklar yüklemiştir. Hedef korunan çevre ve mutlu kullanıcılardır.

Bir sonraki yazımızda tasarım gereksinimleri ve aşamalarını inceleyeceğiz.

Kaynaklar: