Klima santralleri, modern HVAC sistemlerinin en önemli bileşenlerinden biridir. Ancak bir klima santralinin verimli ve güvenli şekilde çalışabilmesi yalnızca fan, filtre, serpantin ve damperlerden oluşmasına bağlı değildir.
Sistemin sıcaklık, nem, basınç ve hava kalitesi gibi değerleri sürekli ölçebilmesi gerekir. Bu ölçümler çeşitli sensörler tarafından gerçekleştirilir ve bina otomasyon sistemi tarafından değerlendirilir.
Bu yazımızda klima santralinde hangi sensörlerin kullanıldığını, bu sensörlerin ne işe yaradığını ve AHU otomasyonunda nasıl kullanıldıklarını detaylı şekilde inceleyeceğiz.
Klima santrali veya yaygın kullanılan İngilizce adıyla AHU (Air Handling Unit), bir binada ihtiyaç duyulan şartlandırılmış havanın hazırlanmasını sağlayan HVAC ekipmanıdır.
Klima santrali dışarıdan aldığı veya mahalden dönen havayı filtreleyebilir, ısıtabilir, soğutabilir, nem kontrolü yapabilir ve fanlar yardımıyla hava kanallarına gönderebilir.
Ancak modern bir klima santralinin verimli çalışması yalnızca mekanik ekipmanlardan ibaret değildir. Sistemin gerçek zamanlı olarak ne durumda olduğunu anlayabilmesi için birçok farklı sensöre ihtiyaç vardır.
Bu sensörlerden gelen bilgiler BMS veya DDC kontrolcüsü tarafından değerlendirilir. Kontrolcü daha sonra vana motorlarını, damper motorlarını, fanları ve diğer saha ekipmanlarını yöneterek istenen sıcaklık, basınç, nem ve hava kalitesi değerlerini korumaya çalışır.
Bu nedenle klima santralindeki sensörler aslında otomasyon sisteminin gözleri ve kulaklarıdır.
Her klima santralinde aynı sensörlerin kullanılması gerekmez. Kullanılacak sensörler AHU'nun yapısına, hizmet verdiği mahale ve otomasyon senaryosuna göre değişir.
Örneğin yalnızca ofislere hizmet veren standart bir klima santrali ile ameliyathane veya laboratuvar gibi kritik bir alana hizmet veren klima santralinin sensör ihtiyaçları aynı değildir.
Klima santrallerinde en sık karşılaşılan sensör ve ekipmanlar şunlardır:
Şimdi bu ekipmanları ayrı ayrı inceleyelim.
Klima santralinde en temel ölçümlerden biri sıcaklıktır.
Kanal tipi sıcaklık sensörleri hava kanalının içerisine yerleştirilerek geçen havanın sıcaklığını ölçer. Ölçülen değer BMS veya klima santrali kontrolcüsüne gönderilir.
Sistemin tasarımına göre sıcaklık sensörü birçok farklı noktada kullanılabilir.
Örneğin;
ayrı ayrı izlenebilir.
Özellikle üfleme havası sıcaklığı, klima santralinin ısıtma ve soğutma kontrolünde en önemli değerlerden biridir.
Kontrolcü üfleme sıcaklığını sürekli takip eder. Sıcaklık set değerinin üzerine çıkarsa soğutma vanasını, altına düşerse ısıtma vanasını kontrol edebilir.
Buradaki vana kontrolü yalnızca aç/kapa şeklinde olmak zorunda değildir. Birçok modern sistemde vana motorları 0–10 V oransal sinyal ile kontrol edilir.
Bazı klima santrallerinde yalnızca sıcaklığı ölçmek yeterli değildir. Özellikle konforun veya proses şartlarının önemli olduğu uygulamalarda bağıl nem de kontrol edilmelidir.
Bu durumda sıcaklık ve nem değerlerini aynı anda ölçebilen kanal tipi sensörler kullanılabilir.
Örneğin sensör;
25 °C sıcaklık ve %58 RH bağıl nem
değerini otomasyon sistemine iletebilir.
BMS bu bilgileri kullanarak nemlendirme veya nem alma fonksiyonlarını devreye sokabilir.
Nem kontrolü özellikle hastaneler, ilaç üretim tesisleri, laboratuvarlar, müzeler, veri merkezleri ve bazı üretim alanlarında daha kritik hale gelir.
Sensör seçiminde ölçüm aralığı kadar çıkış sinyali de önemlidir.
Sensörde sıcaklık ve nem için ayrı ayrı;
çıkışları bulunabilir.
CO₂ sensörleri klima santralinin yalnızca sıcaklığı değil, iç hava kalitesini de dikkate almasını sağlar.
İnsanların bulunduğu kapalı alanlarda CO₂ seviyesi, ortamın havalandırma ihtiyacı hakkında önemli bir gösterge olarak kullanılabilir.
Örneğin bir toplantı salonunda çok az insan bulunduğunda sürekli maksimum miktarda dış hava almak gereksiz enerji tüketimine neden olabilir.
Ancak salon dolduğunda CO₂ seviyesi yükselmeye başlar.
BMS bu artışı algılayarak dış hava damperini daha fazla açabilir veya fan debisini artırabilir.
Bu yönteme genel olarak talep kontrollü havalandırma, yani DCV adı verilir.
Buradaki amaç havalandırmayı sabit bir değerde çalıştırmak yerine gerçek ihtiyaca göre ayarlamaktır.
Böylece hem iç hava kalitesi korunabilir hem de gereksiz ısıtma ve soğutma yükleri azaltılabilir.
Klima santrallerindeki en önemli ölçüm noktalarından biri filtrelerin durumudur.
Bir filtre temizken hava üzerinden nispeten kolay geçer. Ancak zaman içerisinde filtre üzerinde toz ve kir biriktikçe hava geçişine karşı oluşturduğu direnç artar.
Bu direnci ölçmenin en pratik yollarından biri filtrenin giriş ve çıkışı arasındaki basınç farkını ölçmektir.
Filtrenin ön tarafına bir basınç hortumu, arka tarafına ise ikinci hortum bağlanır.
Fark basınç sensörü iki nokta arasındaki basınç farkını ölçer.
Örneğin temiz filtrede;
80 Pa
olan fark basınç zaman içerisinde;
200 Pa veya 250 Pa
seviyesine çıkabilir.
Belirlenen alarm sınırı aşıldığında BMS ekranında;
Filtre Kirli
veya
Filtre Değiştirilmeli
alarmı oluşturulabilir.
Bu yöntem filtre değişiminin yalnızca zamana bağlı değil, filtrenin gerçek durumuna göre yapılmasını sağlar.
Filtre kontrolünde her zaman analog fark basınç sensörü kullanılması gerekmez.
Daha basit sistemlerde fark basınç anahtarı, yani differential pressure switch kullanılabilir.
Buradaki temel fark ölçüm şeklidir.
Fark basınç transmitterinin çıkışından BMS'ye örneğin;
gibi değişken bir değer gönderilebilir.
Fark basınç anahtarında ise sistem genellikle yalnızca belirlenen sınırın aşılması durumunda kontak değiştirir.
Yani otomasyon sistemi temel olarak;
Filtre normal
veya
Filtre kirli
bilgisini alır.
Bu nedenle filtre üzerindeki basınç farkının grafik olarak izlenmesi isteniyorsa transmitter kullanmak daha avantajlıdır.
Sadece alarm bilgisi gerekiyorsa fark basınç anahtarı yeterli olabilir.
Fark basınç sensörleri yalnızca filtre kontrolünde kullanılmaz.
Klima santralinin hava kanalındaki basıncı kontrol etmek için de basınç transmitterleri kullanılabilir.
Bu uygulama özellikle değişken hava debili sistemlerde, yani VAV uygulamalarında önemlidir.
Kanal içerisindeki statik basınç bir sensör tarafından ölçülür ve BMS'ye gönderilir.
Örneğin kanal basıncı set değeri;
250 Pa
olarak belirlenmiş olabilir.
Sensör 180 Pa ölçüyorsa kontrolcü fanın hızını artırabilir.
Basınç 320 Pa seviyesine çıktığında ise fan frekansını azaltabilir.
Bu kontrol genellikle frekans invertörü üzerinden gerçekleştirilir.
Sonuçta fan sürekli %100 çalıştırılmak yerine binanın gerçek hava ihtiyacına göre modüle edilir.
Bu da HVAC sistemlerinde önemli enerji tasarrufu sağlayabilecek uygulamalardan biridir.
Klima santralinin ısıtma serpantininde düşük sıcaklık nedeniyle donma oluşması ciddi problemlere yol açabilir.
Bu nedenle özellikle sıcak sulu serpantin bulunan AHU'larda don termostatı, diğer adıyla frost thermostat kullanılabilir.
Don termostatı serpantin sıcaklığının kritik seviyeye düşmesini algılar.
Donma riski oluştuğunda otomasyon sistemi tasarıma göre farklı koruma senaryolarını devreye alabilir.
Örneğin;
Böylece serpantinin donması ve zarar görmesi engellenmeye çalışılır.
Don termostatı bu nedenle klima santralinde konfor kontrolünden çok ekipman koruması amacıyla kullanılan önemli bir güvenlik elemanıdır.
Klima santralinde dış hava, dönüş havası ve egzoz havasını kontrol eden damperler bulunabilir.
Bu damperlerin konumu damper motorları tarafından değiştirilir.
Damper motorları basit aç/kapa kontrollü olabileceği gibi;
kontrollü de olabilir.
Sensörlerden gelen bilgiler damperin ne kadar açılması gerektiğinin belirlenmesinde kullanılabilir.
Örneğin mahal CO₂ değeri yükselirse dış hava damperi daha fazla açılabilir.
Dış hava sıcaklığı uygun olduğunda bina mekanik soğutma yapmak yerine dış havayı kullanabilir.
Bu çalışma yöntemine free cooling, yani serbest soğutma denir.
Bu nedenle sensörler ve damper motorları AHU otomasyonunda doğrudan birbirini tamamlayan ekipmanlardır.
Klima santralinin ısıtma ve soğutma serpantinlerinde sıcak veya soğuk su debisinin kontrol edilmesi gerekir.
Bunun için motorlu kontrol vanaları kullanılır.
Uygulamaya göre 2 yollu veya 3 yollu vana tercih edilebilir.
Örneğin üfleme sıcaklığı set değeri;
18 °C
olsun.
Sensör üfleme havasını 22 °C olarak ölçüyorsa kontrolcü soğutma vanasını daha fazla açabilir.
Sıcaklık 18 °C seviyesine yaklaştıkça vana kademeli olarak kapanabilir.
Bu kontrol çoğunlukla PID algoritmasıyla gerçekleştirilir.
Bu nedenle sıcaklık sensörü ile kontrol vanası arasında doğrudan bir kontrol ilişkisi bulunmaktadır.
Klima santralinde kullanılacak sensör seçilirken yalnızca ölçüm aralığına bakmak yeterli değildir.
Sensörün otomasyon sistemine hangi sinyal ile bağlanacağı da belirlenmelidir.
HVAC otomasyonunda yaygın seçenekler arasında 0–10 V ve 4–20 mA analog çıkışlar bulunur.
0–10 V özellikle bina otomasyonunda oldukça yaygındır ve birçok DDC kontrolcü tarafından doğrudan okunabilir.
4–20 mA ise özellikle uzun kablo mesafelerinde ve endüstriyel uygulamalarda tercih edilebilir.
Yeni nesil cihazlarda bunlara ek olarak;
gibi dijital haberleşme protokolleri de kullanılmaktadır.
Hangi sinyalin tercih edilmesi gerektiği kontrolcünün giriş tipine, kablo mesafesine, ortam şartlarına ve sistem tasarımına göre belirlenmelidir.
Geleneksel sistemlerde her sensörden kontrol panosuna ayrı bir analog sinyal kablosu çekilir.
Ancak haberleşmeli cihazlarda birçok bilgi aynı veri hattı üzerinden aktarılabilir.
Örneğin bir hava kalite sensörü aynı anda sıcaklık, nem ve CO₂ değerlerini Modbus üzerinden BMS'ye gönderebilir.
Benzer şekilde enerji analizörleri, frekans invertörleri, kontrolcüler ve bazı saha ekipmanları da haberleşme protokollerini destekleyebilir.
BACnet özellikle bina otomasyon sistemlerinde yaygın olarak kullanılırken Modbus hem bina otomasyonu hem de endüstriyel otomasyonda oldukça sık görülür.
Haberleşmeli cihazların kullanılması bazı projelerde kablolamayı azaltabilir ve tek cihaz üzerinden birden fazla verinin okunmasını sağlayabilir.
Tüm sistemi basit bir örnek üzerinden düşünelim.
Bir ofis binasının klima santrali sabah çalışma programıyla devreye girsin.
Öncelikle otomasyon sistemi gerekli güvenlik şartlarını kontrol eder.
Don termostatı normal durumdaysa ve gerekli fan şartları sağlanıyorsa sistem çalışmaya başlayabilir.
Dış hava ve dönüş havası damperleri belirlenen konuma gelir.
Fan çalıştırılır ve kanal basınç sensöründen gelen değer okunmaya başlanır.
Kanal basıncı set değerinin altında kalıyorsa frekans invertörüne verilen komut yükseltilir.
Basınç yükseldikçe fan hızı azaltılır.
Üfleme sıcaklık sensörü havanın sıcaklığını sürekli ölçer.
Üfleme havası olması gerekenden sıcaksa soğutma vanası açılır.
Üfleme havası olması gerekenden soğuksa ısıtma vanası devreye girer.
Mahaldeki CO₂ değeri yükselmeye başladığında dış hava damperi kademeli olarak daha fazla açılabilir.
Filtre fark basıncı normal seviyedeyse sistem çalışmaya devam eder.
Basınç farkı alarm limitini geçtiğinde BMS operatörüne filtre bakım uyarısı gönderilir.
Böylece klima santrali yalnızca çalışan bir mekanik sistem olmaktan çıkar ve gerçek ihtiyaca göre kendisini sürekli ayarlayan otomatik bir HVAC sistemi haline gelir.
Klima santrali sensörü seçerken tek başına fiyat üzerinden karar vermek doğru değildir.
Öncelikle ölçülecek fiziksel büyüklük ve ölçüm aralığı doğru belirlenmelidir.
Örneğin filtre fark basıncı ölçmek için seçilecek cihaz ile yüksek kanal basıncı ölçmek için kullanılacak transmitter aynı ölçüm aralığında olmayabilir.
Sensörün;
çıkışlarından hangisini desteklediği kontrol edilmelidir.
Sensörün çıkışı BMS veya DDC kontrolcüsünün girişleriyle uyumlu olmalıdır.
Besleme gerilimi de kontrol edilmelidir.
HVAC saha cihazlarında;
24 VAC ve 24 VDC
oldukça yaygın olmakla birlikte her ürün aynı besleme seçeneklerini desteklemez.
Montaj tipi de önemlidir.
Mahal tipi, kanal tipi ve dış ortam tipi sensörler birbirlerinin yerine kullanılmamalıdır.
Bunun yanında aşağıdaki özellikler de değerlendirilmelidir:
Doğru sensör seçimi sistemin hem daha kararlı hem de daha güvenilir çalışmasına yardımcı olur.
Doğru tasarlanmış bir klima santrali otomasyon sistemi yalnızca ortam sıcaklığını kontrol etmez.
Sensörlerden alınan gerçek zamanlı veriler sayesinde fanların gereksiz yere yüksek hızda çalışmasının önüne geçilebilir.
Filtrelerin bakım zamanı takip edilebilir.
Dış hava miktarı ihtiyaca göre ayarlanabilir.
Isıtma ve soğutma vanaları daha hassas kontrol edilebilir.
Aynı zamanda arızaların erken fark edilmesi kolaylaşır.
Örneğin fan çalışıyor komutu olmasına rağmen kanal basıncı oluşmuyorsa;
gibi ekipmanlarda problem olabileceği değerlendirilebilir.
Bu verilerin BMS üzerinden trend olarak kaydedilmesi arıza tespitini ve enerji analizini de önemli ölçüde kolaylaştırır.
Klima santralindeki sensörler genellikle DDC kontrolcü veya bina otomasyon kontrolcüsüne bağlanır.
Analog çıkışlı bir sıcaklık veya basınç sensörü kontrolcünün analog girişine bağlanabilir.
Örneğin 0–10 V çıkışlı bir sensörde;
0 V minimum ölçüm değerini,
10 V ise maksimum ölçüm değerini temsil edebilir.
Kontrolcü gelen voltaj değerini sensörün ölçüm aralığına göre hesaplayarak gerçek sıcaklık veya basınç değerine dönüştürür.
Dijital haberleşmeli sensörlerde ise değer doğrudan Modbus veya BACnet üzerinden okunabilir.
BMS yazılımında bu değerler;
Böylece klima santralinin çalışma durumu merkezi bir sistem üzerinden takip edilebilir.
Bu sorunun tek bir cevabı yoktur.
Çünkü her sensör farklı bir görevi yerine getirir.
Sıcaklık sensörü olmadan ısıtma ve soğutma kontrolü düzgün gerçekleştirilemez.
Fark basınç sensörü olmadan filtre durumunun sürekli izlenmesi zorlaşır.
Kanal basınç sensörü olmadan değişken debili fan kontrolü gerçekleştirilemeyebilir.
CO₂ sensörü olmadan talep kontrollü havalandırma yapmak mümkün olmayabilir.
Bu nedenle önemli olan tek bir sensör seçmek değil, klima santralinin çalışma senaryosuna uygun doğru sensör kombinasyonunu oluşturmaktır.
Klima santralinin verimli ve güvenli çalışabilmesi için sıcaklık, nem, CO₂, fark basınç ve kanal basıncı gibi birçok farklı değerin ölçülmesi gerekir.
Bu ölçümleri gerçekleştiren sensörler BMS veya DDC kontrolcüsüne bilgi gönderirken kontrolcü de aldığı verilere göre fanları, damperleri ve motorlu vanaları yönetir.
Doğru tasarlanmış bir AHU otomasyonu sayesinde klima santrali sabit şekilde çalışan bir sistem olmaktan çıkar ve binanın gerçek ihtiyacına göre kendisini sürekli ayarlayabilir.
Bu nedenle doğru sensör seçimi yalnızca ölçüm açısından değil; enerji verimliliği, konfor, bakım ve sistem güvenliği açısından da önemlidir.
Klima santrali otomasyonu için sensör, transmitter, damper motoru veya kontrol ekipmanı seçerken ölçüm aralığı, çıkış sinyali, besleme gerilimi ve BMS uyumluluğu birlikte değerlendirilmelidir.
Kontrolsizin.com üzerinden HVAC ve bina otomasyonu uygulamalarına uygun sıcaklık, nem, CO₂, basınç ve fark basınç sensörlerini inceleyebilir, uygulamanıza uygun ürün seçimi için bizimle iletişime geçebilirsiniz.
