Talep Kontrollü Havalandırma

Ticari Mutfaklarda “ Talep Kontrollü Havalandırmanın” Geleceği

Ticari mutfaklarda dışarı atılan davlumbaz havasının yerine konması gereken taze havanın şartlandırılması (ilişkili fan enerjisi ile birlikte)çok büyük yükler ortaya çıkartır. ( Genellikle yemek tesisinin toplam HVAC yükünün yarısından fazlası ). Davlumbaz egzozunun tüm gün boyunca tam hızda çalıştırılmasının gerekmediği bilindiği halde talep kontrollü ( TKH ) havalandırma kullanımı ağırdan alınmıştır. Ankcak, ASHRAE / IES Standard 90.1-2010 standardında yapılan değişiklikler talep kontrollü havalandırmayı enerji tasarruflu mutfak tasarımında kilit özellik olarak tanımaktadır ve yazarlar da talep kontrollü havalandırmanın ticari mutfak tasarımında standart bir uygulama olacağına inanmaktadırlar.

Tüm THK’lerin bir ana bileşeni hem egzoz tarafında hem de taze hava tarafında fanlarda kullanılan frekans konvertörleridir. Davlumbaz altındaki cihazların faaliyetlerini izleme strateji ile entegre şekilde TKH egzoz ve taze hava fanlarını uyum içerisinde kontrol edecektir. Bundan 20 yıl önce bir tek firma sıcaklık ve duman algılamayla THK sağlarken şu an en az 8 firma farklı teknolojilerle THK sunmaktadırlar. Davlumbaz altında kullanılan cihazların durumu ve pişirme aktivitesini algımala için aşağıdaki stratejiler kullanılabilir.*

• Günün saati (bir enerji yönetimi sistemi kullanarak ve kullanıcı müdahelesine izin vererek)
• Cihazların enerji kullanımı (ölçüm ve pişirme ve bekleme halinde enerji kullanımını ayırt edebilen algoritmalar gerektirir)
• Egzoz sıcaklığının (kanal üzerinden veya davlumbaz haznesinde ölçülen) ve / veya mutfak ile egzoz sıcaklığı arasındaki sıcaklık artışının algılanması
• Kızılötesi ışın kullanılarak pişirme işleminde ortaya çıkan duman veya buharın algılanması, sıcaklık algılaması
• Sıcaklık algılamasıyla birleştirilmiş kızılötesi ışınlar kullanarak pişirme yüzeyi sıcaklığının veya faaliyetlerinin izlenmesi
• Pişirme ekipmanı kontrollerinden TKH işlemcisine doğrudan iletişim.

TKH Çeşitleri

Hangisini seçmeliyim: sıcaklık algılayan TKH ile birleştirilmiş optik / pişirme faaliyeti algılamasına karşı sadece sıcaklık algılamalı TKH mı? Bu, TKH sistemlerinin ticari mutfak havalandırma sistemleri içierisinde önem kazanması ve daha fazla TKH sistemin tanıtılmasıyla sektörde artan bir tartışmadır. Birinci olarak, yazarlar herhangi bir TKH tipinin TKH’sizden daha iyi olduğuna inanmaktadır ( TKH’nın her iki sistem için de uygun maliyetli olamayacağı projeler de vardır).

İkinci olarak, daha karmaşık TKH sistemleri için potansiyel geri dönüşün (ortalama m3/h azaltma) yalnızca sıcaklık sistemlerinden daha büyük olabileceğine inanıyoruz. Bu, yüksüz (pişirme olmayan) dönemlerde fan hızının düşürülmesine dayanır ve daha hızlı yanıt süresi nedeniyle optik tabanlı TKH sistemlerinde daha büyük kazanımlar olabilir. Bununla birlikte, pişirme hattının, ızgara, konveyörlü fırın veya wok gibi yüksek ısı üreten, termostatik olmayan cihazları varsa, sistemin tepki süresi önemli bir faktör olmayabilir ve sadece sıcaklık sistemlerinin performansı ile daha karmaşık optik tabanlı sistemlerin performası daha yakın olabilir.

Bir sıcaklık algılama sisteminin tepki süresi, özellikle fritözler ve pleyt ızgaralar gibi termostatik cihazların kullanıldığı tasarımda bir faktör olarak görülmelidir. Bunun nedeni, pişirme sırasında ortaya çıkan atık dumanın, ortalama egzoz sıcaklığını ölçen bir sensör ile hızlı görülememesidir.

Bir TKH paketindeki ekonomik getiri genellikle projenin büyüklüğü ile artar (yani, hastanelerde, otellerde ve kumarhanelerde daha büyük egzoz sistemleri). Ayrıca, sadece sıcaklık algılayan TKH sistemlerinin, daha gelişmiş optik / sıcaklık tabanlı sistemlerden daha ucuz olduğu bir gerçektir. Bununla birlikte, TKH’ye yatırım için değer önerisi genellikle $ / [L · s] endeksi (yani, ticari mutfak havalandırması yıllık maliyetinin ortalama egzoz debine oranı ) kullanılarak yapılır. Genellikle yıllık olarak L / s başına 2 $ – 6 $ arasındadır. $ / (L · s) göstergesi benzer bir bölgedeki benzer bir projenin bilgisayar simülasyonundan türetilmişse (örneğin, bir LEED projesinden), göstergenin uygulaması uygun ve göreceli olarak doğru olabilir. Fakat $ / ( L.s ) göstergesi rasgele seçildiyse, gerçek tasarruf tahminlerin altında veya üstünde çıkabilir.

Bir ticari mutfak havalandırma sisteminin (veya TKH tasarrufunun) enerji tüketiminin ve maliyetinin büyüklüğü, gerçek egzoz debisine, coğrafi konuma, sistemin çalışma saatlerine, statik basınç ve fan verimlerine, taze hava beslemesi ısıtma ayar noktasına, taze hava beslemesi soğutma ayar noktasına ve nem oranına, ısıtma ve soğutma sistemlerinin verimliliğine, mutfak HVAC sistemi ile etkileşimin seviyesine, davlumbaz altındaki aletlere ve mekanla ilgili ısı kazançlarına ve uygulanan enerji ücretlendirmelerine bağlıdır. ASHRAE mühendisinin apaçık gördüğü gibi, taze hava beslemesi ısıtma ve soğutma yükleri kıta boyunca büyük ölçüde değişir. Minneapolis ve Chicago’daki taze hava beslemesi ısıtma yükü önemli bir maliyet bileşeni olabilirken, San Diego ve Miami’de hiç olmayabilir. Karşılıklığı soğutma için doğrudur. Ve Miami’deki gizli soğutma yükü, çöl iklimlerinde hiç yoktur.

Dış Hava Yükü Hesaplayıcısı (OALC).

Belirli bir miktarda taze hava beslemesi için ısıtma ve soğutma yükünü doğru bir şekilde belirleyen, kullanımı kolay bir araca olan gereksinim, ücretsiz, halka açık bir yazılım aracı olan Dış Ortam Hava Yükü Hesaplayıcısının geliştirilmesine yol açtı ( OALC) .1 Bu araç bir binayı ayrıntılı olarak modellemediğinden, istenen minimum giriş parametreleri coğrafi konum, dış hava debisi, çalışma saatleri ve ısıtma ve soğutma ayar noktalarıdır. Bu temel girdilerle, OALC aylık ve yıllık ısıtma ve soğutma yüklerinin yanı sıra tasarım yüklerini (yıl boyunca meydana gelen maksimum ısıtma ve soğutma yükü) hesaplayabilir. “Detaylar” menüsü ile daha fazla hesaplama kurulumu ve özelleştirme mümkündür. Nem alma, yılın bazı bölümlerinde ekipmanların çalıştılmaması ve egzoz ve besleme havası fan enerji tüketimini tahmin etmek. OALC’nin çok yönlülüğü, çeşitli senaryoların simülasyonuna izin verir, ancak aynı zamanda parametreleri dikkatli bir şekilde seçmesi konusunda kullanıcıya sorumluluk yükler. Sıradan kullanıcı girişi gerçekçi olmayan sonuçlara neden olabilir. Bu araç bir ASHRAE Journal makalesi için temel olarak kullanılmıştır.²

TKH ve Kodlar

Geçmişte ticari mutfaklarda TKH’nin benimsenmesinin önündeki en büyük engel, Ulusal Yangın Koruma Birliği Standardı 96, Havalandırma Kontrolü ve Ticari Pişirme İşlemlerinin Yangından Korunması Standartları 96 tarafından belirlenen asgari 8 m / s kanal hızı gereksinimi olmuştur. 8 m / s kanalların boyutlandırılması için makul bir hız olduğundan, ticari mutfak havalandırma sistemleri tipik olarak 8 m / s ila 9 m / s arasında tasarlanmıştır. Bu nedenle, hafif pişirme sürelerinde egzoz hava akışını 8 m / s altına düşürebilecek bir TKH kontrol stratejisi seçildiyse, bu yangın güvenlik kodunun ihlal edilme riski vardı.

Bu soruna cevaben, 2000 ASHRAE araştırma projesi olan RP-1033, Hava Hızının Egzoz Kanal Çalışmalarında Gres Birikimi Üzerine Etkileri, kanal hızının Tip I kanal uygulamalarında önemli bir yağ birikimi faktörü olmadığı sonucuna varmıştır. Sonuç olarak, 2001 yılında NFPA minimum kanal hızını düşük pişirme faliyetlerinin olduğu sürelerde oransal kontrol için kapıyı açarak 3 ile 8 m / s arasında olarak gevşetmiştir. Bir 2003 yılı ASHRAE Journal makalesi böyle kod değişimlerinin engelleri kaldırması gerektiğini yazdı.³ Ancak engeller çok geniş açılmadı.

TKH’nin enerji tasarrufu için en iyi uygulama olarak tanınması 2011ASHRAE El Kitabı — HVAC Uygulamaları,  Mutfak Havalandırma Tasarımı bölümüyle ve  daimi standartlar proje komitesinin yazdığı ASHRAE Standard 154 Ticari Pişirme İşletmelerinin Havalandırması standadının 2003 baskısıyla başlamıtır. Standart 154 komitesi kademeli ve değişken hızlı havalandırma sistemlerini enerji tasarruf stratejisi olarak tanıdı. Standart 154 komitesi üyeleri Uluslararası Kod Konseyi ile birlikte çalışarak Uluslararası Mekanik Kod 2003 baskısında kademeli hızlı mutfak egzoz sistemlerine izin verdi.

O zamandan beri, ASHRAE / IES Standardı 90.1 daha fazlasını; transfer havası gereksinimlerini, talep kontrollü havalandırma ve enerji geri kazanım cihazları ve yüksek performanslı davlumbazlar içeren agresif bir yaklaşım uyguladı. Standart 90.1’e yapılan revizyonlar zeyilname olarak kabul edildi ve 2010 baskısına dahil edildi. Diğer kod yazma kurumları TKH’nin teşvik edilmesi önemini görmeye başladı. Standart 90.1-2010 versiyonu tamamen veya kısmen, ASHRAE / USGBC / IES Standardı 189.1-2011 ve Uluslararası

Tesisat ve Mekanik Görevlileri Birliği Yeşilleri Sıhhi Tesisat ve Mekanik Kod Eki gibi diğer birçok kanun ve standartta yer buldu.

Ocak 2014’te, Kaliforniya’nın Bina Enerji Verimliliği Standardı (Başlık 24) bir metni benimsedi. Uluslararası Yeşil Bina Kodunun 2012 baskısı (IgCC), 90.1-2010  ve 189.1-2011 Standartlarındaki TKH ifadelerini kullanır. Üniforma Mekanik Kod içerisinde de 2004 sayısından bu yana çok hızlı sistemler için maddeler vardır.

DCV ve Tasarımcı

TKH işlemcisinin pişirme cihazı aktivitelerine bağlı olarak egzoz ve besleme havası fan hızı modülasyonu yapmasını sağlayan VFD’ler Bir TKH sisteminin temel taşı, tamamlayıcısıdır. Ayrıca VFD ler direk tahrikli fanların hızlarını ayarlarlar. Ticari mutfaklarda firek tahrikli fanlarının hızını VFD ler olmadan ayarlamak zordur ve basınç-hava akışı dengesini yakalamak da neredeyse imkansızdır. Uzun yıllar yazarımız da TKH teknolojisi olmadan VFDlerle sürülen direk tahrikli motorların kullanıldığı ticari mutfak HVAC sistemleriyle uğraşmıştır. Kayış kopması gibi arızaların ortadan kalması, fan verimlerinin yükselmesi gibi aşikar avantajlara rağmen ticari mutfak havalandırması yapanlar bu teknolojiye karşı isteksizdiler. Mevcut kayış kasnak tahrikli fanlara VFD uygulanması TKH için başarıyla kullanılabilir diye düşünüldü.

Tasarımcının bir TKH sistemi tasarlamak ve tanımlamak için pişirici gruplarla iyi performans gösteren bir TKH sistemi bileşenlerine hızlı ve kolay erişimeye ihtiyacı vardır.

Davlumbaz ve vantilatör boyutları çevrimiçi yazılım ile kolayca tasarlanabilir ve yerleştirilebilir. Egzoz hava akımı tasarım oranları, El Kitabı, 154-2011 Standardına veya benzer standartlara göre cihaz hattı ve kılavuz tarafından belirlenebilir. Davlumbaz statik basıncı davlumbaz filtre ve yaka tasarımı hesaplamaları bulunabilir. Davlumbaz ve fanlar çevrim içi yazılılar sayesinde kolaylıkla seçilebilir ve tasarlanabilir. Egzoz debileri pişirici cihazların özellikleri veya Standard 154-2011 Handbook veya benzeri standartlar ile belirlenebilir.  Davlumbaz basınç düşümleri filtrelerin ve davlumbazın yapısına göre kolayca hesaplanabilir.

Ancak, davlumbazları, fanları ve hız kontrol cihazlarını entegre etmek zor olabilir. Hangi bileşenlerin değişken hız paketini oluşturmak için gerekli olduğunun belirlenmesi her zaman kolay değildir. Fanlar kendi üzerinde hız kontrol cihazı ile birlikte mi verildi veya ayrı bir VFD belirtilmesi gerekiyor mu? Fanlar, davlumbaz ve pişirme grupları nasıl haberleşecek? Düşük yükte fan hızı ve egzoz debileri ne olmalı? Hava akımı ve basınç dengelerini sağlamak için sistem nasıl entegre edilecek? Davlumbaz performansı çeşitli hızlarda doğrulandı mı? Besleme havası tek bir cihazdan verimediğinde diğer HVAC cihazlarıyla verilen taze hava da değerlendirmelere alınmalıdır. Tesis tasarımında bir Enerji Yönetim Sistemi kurulduysa TKH sistemi bununla etkili şekilde iletişim kurmalı, bütünleşmelidir. Otomatik kapanma özelliği entegre bir TKH sisteminin bir başka önemli özelliğidir.

Çevrimiçi yazılımı olan bazı üreticiler değişken hızlı motor paketi ve davlumbazları çok fazla zorluk çekmeden bir araya getirebilir entegre edebilir; bazıları daha ayrıntılı bilgiler de verebilir. (kablo şemaları, vb. dahil). Ancak, birçok üretici çok az bilgi veriip cevaplanmayan çok soru bırakıyor. Sonuç kötü tasarlanmış olabilir ve düşük performanstan yoksun yanlış uygulanmış TKH sistemi aşçı ve işletmeci için korkunç sonuçlar verebilir ve endüstride devrim yaratabilecek bir sistemin ismi kötüye çıkabilir.

TKH sistemini kurmadan ve devreye almadan önce, egzoz davlumbazının pişirme ekipmanından  üretilen ısı ve dumanı yakalamasının ve tutmasının, tam yükte etkili bir şekilde çalışmasının gerektiğini bilmek önemlidir. Enerji kullanımına dikkat edilerk hazırlanan tasarımlar çok yüksek egzoz debileri çıkartmasalarda, bazen düşük tarafta kalıp yetersiz performanssa sebeb olabilirler. TKH nın devreye alma sırasındaki esneklikleri sebebiyle yeterli olmama ihtimali olan egzoz debileriyle tasarım yapmaya gerek kalmaz.

TKH Sistemi Saha İzleme Verileri

TKH sistem verileri saha izlemeriyle, 11 sitede ticari yemek servisi işletmelerinde ve egzoz havalandırması sistem tasarımında  tüm yelpazeyi yansıtacak şekilde vaka çalışmalarından toplandı (California Investor Owned Utilities ile işbirliği içinde yürütülmüştür) Tablo 1’de derlenen veriler tasarruf modelinin dayandığı temel parametreleri ve ülke çapında enerji kazançlarını belirlemek için kullanılmıştır.

Tüm bu saha çalışmasına dahil edilen TKH sistemleri sıcaklık ve optik tabanlı sensörlerin kombinasyonunu ihtiva etmektedir. Saha izleme protokolü genel olarak ABD ve Kanada’dan verimlilik programları yöneticilerinden ve kar amacı gütmeyen kurumlardan oluşan bir konsorsyum tarafından oluşturuldu.

Talep kontrollü havalandırma ile elde edilen saha verilerinin karşılatırması

Tablo 1 ve Şekil 1’deki veriler, 11 saha için ölçülen toplam fan gücü ve fan hızı düşüşünü göstermektedir. Tüm siteler Kaliforniya’nın iklim bölgelerindedir. Veriler dış hava koşullarından bağımsızdı. Veriler,% 57’lik ortalama toplam fan enerji tasarrufu ve % 26’lık egzoz debisindeki ortalama düşüş gösteriyor. Toplam fan gücü ve egzoz fan hızı düşüşleri, her bir bölge için zaman ağırlıklı ortalamalardır. Gerçek anlık düşüşler, tam yüklü pişirme koşullarında gerekli olan% 100 maksimum hız ile boşta (pişirmeye hazır) koşulda tipik olarak maksimumun % 50 si arasında değişir. Bu modülasyon, bir üniversite kampüsü yemekhanesinde işletilen duvar tipi davlumbazın egzoz fan gücü seviyelerinde Fotoğraf 1 ve Şekil 2’de gösterilmiştir. Isıtma ve soğutma yükü azalmaları hesaplanmadı ve rapor edilmedi, fakat hesaplar OALC kullanılarak hız ve debi düşüşleriyle  herhangi bir iklim bölgesi için tahmin edilebilir. Bu hesaplamalar için bir rehber önceki ASHRAE Dergisi makalesinde yayınlanmıştır.

Talep kontrollü havalandırma yapılan sistemlerde saha ölçümleri

Talep kontrollü havalandırmada fan tüketiminin değişimi

Sonuçlar

Farklı ticari yemek servisi tesislerinde TKH sistemlerinin kapsamlı bir şekilde izlenmesi, bu değişken hızlı teknolojinin enerji tasarrufu potansiyelini ortaya koyarken, yardımcı enerji verimliliği programlarında sunulan finansal teşviklerin gerekçesini de belgelemiştir. Veriler ayrıca TKH teknolojisinin enerji kodları ve standartları dahilinde benimsenmesini de destekler. Bununla birlikte, şu anda yazarlar, TKH teknolojilerinin bu alt kümesi olan  yalnızca sıcaklık algılayıcılı TKH sistemleri için enerji performansı saha izleme verilerini yayınlamamıştır. TKH sistemleirnin takibinin devam edeceği ve piyasadaki diğer TKH seçeneklerinin performansını karakterize edecek verilerin gelişeceği tahmin edilmektedir.8

Pişirme cihaz kullanımı algılama stratejileri, TKH algoritmaları ve devreye alma protokolleri geliştikçe yazarlar THK sistemlerinin enerji tasarrufu potansiyelinin artacağına ve bina sahibinin yatırım getirisini arttıracağına inanıyorlar. Cihaz iletişim platformlarının sıcaklıkları izlemek, bakım sorunları, ürün ve kullanım zamanları alanlarında gelişmesiyle ve aynı bilgiler hangi cihazlarda hangi ürünü ve ne kadar sürede  pişirildiği bilgisine göre egzoz debileri oluşturmak için kullanılabilir.  Bir tak-çalıştır tipi gelişme, pişirme cihazı / davlumbaz  konfigürasyonu için performansı en üst düzeye çıkarırken, fan ve besleme havasını en aza indirerek enerji kullanımını düşürür.

TKH sistemi tasarımı ve kurulumunun ötesinde, TKH teknolojisi başarıyla uygulanması için  işletme yönetminin bu sistemi benimsemesi, sahip çıkması gerekir. Personel eğitimi başarılı bir kurulum için anahtar bir unsurdur. Personel TKH nın önemini anlamadıysa ve davlumbaz emişinde sorunları çözülmediyse, sistemi nasıl iptal edeceklerini çabucak öğrenirler. Yazarlar, yiyecek sektörü saha gezilerinde birçok TKH sisteminin iyi çalıştığını, bazılarının ise bir şekilde iptal edildiğini tespit ettiler. Ayrıca, bir TKH sisteminin devreye alınması sırasında etkili bir şekilde ince ayar yapılması performansı en üst düzeye çıkarır. (genellikle devreye alma şartnamesinin ihmal edilen bir parçasıdır)

TKH, LEED projelerine dahil edilen önemli bir etken olsa da, yazarlar talep kontrollü havalandırmanın her projede standart uygulama olması gerektiğine inanıyor. Ancak yolculuk bitmedi. Sektör VFD’leri tam olarak kabul ettikçe ve pişirme ekipmanı TKH işlemcisi ile iletişim kurmak için geliştikçe, TKH’nin maliyet ve performans sınırlamaları teknolojinin tüm sektör çapında benimsenmesini zorlamaya devam edecektir. Tek hızlı mutfak egzoz havalandırma sistemlerinin tarihî olduğu bir geleceği dört gözle bekliyoruz!

Daha geniş bilgi için araştırmaya buradan başlayabilirsiniz. https://svach.lbl.gov/demand-controlled-ventilation/