VERİMLİ ÜRETİM İÇİN YENİ NESİL OTOMASYON
Otomasyon ve Sistem Verimliliği konusunda Uzman Elektronik Mühendisi Atalay Türkeş, otomasyon sistemlerinde verimliliği artıracak hususları ve otomasyonun geleceği konusunda öne çıkacak olan Big Data ve Nesnelerin İnterneti konusunu Makina Bülten okuyucuları ile paylaştı.
Atalay Türkeş
Elektrik-Elektronik Mühendisi
İnsanlık tarihi boyunca üretilen tüm bilginin bugün yalnızca 1 yılda üretilebildiğini düşünürseniz bina otomasyonunun geleceği konusunda tahminde bulunmak zor. Ancak çok yakın gelecekte hepimizin işinin bir parçası olacak başlıklar şunlar: Big Data, IOT (Internet of Things), Artificial Intelligence, Machine Learning.
Çoğu projede uygulanmayan ancak kağıt üzerinde herkesin fikir sahibi olduğu konulardan bir tanesi sistem verimliliği. HVAC (Isıtma, Soğutma ve İklimlendirme) sistemleri tüm dünyada tüketilen enerjinin %20'sini tüketiyor. HVAC sistemlerinin enerji tüketimini optimize etmek ve doğru bir otomasyon sistemi tasarlamak adına EN15232 Standardı’nı referans almak yerinde bir başlangıç olacaktır. Konu hakkında daha fazla bilgiye sahip olmak isteyenler için bu yazıda belirtilen notlar dikkate alınabilir. Otomasyon ile verimlilik yaratabilmek için öncelikle HVAC sistemlerini otomasyon ile haberleştirmek gerekir. Aşağıda asgari olarak bina otomasyonu üzerinden takip veya kontrol edilmesi gereken sistemleri sıraladım.
Otomasyon Üzerinden Kontrol Edilen Sistemler
- Chiller (Soğutma Grupları)
• Hava Soğutmalı Chiller
• Su Soğutmalı Chiller
• Sabit Debili Primer Devre
• Değişken Debili Primer Devre
- Pompalar
• Sabit Debili Pompalar
• Değişken Debili Pompalar
- AHU (Klima Santrali)
• Damper Kontrolü
• IGK Sistemi Kontrolü
• Fan Kontrolü
• Serpantin Debi Kontrolü
Sistem Verimliliğini Arttıracak Otomasyon Notları
• Sensör hassasiyetlerinin uygulamaya göre tespiti ve buna göre sensör kullanımı.
• Isı geri kazanım sistemlerinin (rotorlu, plakalı vs.) doğru senaryoya göre çalıştırılması. (Örn. bazı iklimler için entalpi kontrolü uygun iken bazıları için kuru termometre sıcaklığı kontrolü uygundur)
• Değişken insan sayısı bulunan mahallere hitap eden klima santrallerinde CO2 seviyesine göre fan kontrolü (Dış hava için CO2 seviyesi: 350 ppm. Klima santrali hava debisinin arttırılmaya başlanacağı değer için 800-1200 ppm referans alınabilir)
• Free Cooling, Night Purge, Wash-up Before Start, Cascade Control, Summer Compensation gibi kontrol bloklarının verimlilik durumuna göre sisteme eklenmesi.
• Sıcaklık, nem, basınç gibi set değerlerinin tespitinin doğru yapılması. (Mahal sıcaklık set değerinin 1 °C azaltılması soğutma enerji tüketimini %10 arttırabilir)
• Donma termostatı kontak verdiği durumda fanların, damperlerin kapatılması ve ısıtma vanalarının açılması.
• Ortama göre ürünlerin IP sınıfının seçilmesi.
• Damper ve vana motoru seçiminin enerji tüketimi de dikkate alınarak yapılması.
• VAV kutusu bulunan sistemlerde klima santrali fanlarının kanal statik basıncına göre veya VAV pozisyon bilgilerine göre kontrolü.
• FCU bulunan sistemlerde termostatların, BMS ile haberleştirilerek izleme ve ilgili limitlemelerin gerçekleştirilmesi.
• Kontrolörlerin (DDC) işlemci hızı/kapasitesinin yeterliliği ve BACnet/IP gibi güncel haberleşme protokolleri ile uyumu (BACnet, otomasyon seviyesinde %61, saha seviyesinde %47 kullanım oranı ile diğer protokollere göre açık ara lider)
• Montaj, kablolama ve bakım kolaylığı sağlayan saha elemanları kullanımı (BACnet, Modbus ile haberleşebilir saha elemanları kablolamayı ciddi anlamda kolaylaştırır.)
• Anlaşılır ve yeterince bilgi içeren dokümantasyon
• Bina otomasyon sistemi validasyonu. (Mümkün ise bağımsız kuruluşlar tarafından)
• Otomasyon firması tarafından hazırlanacak bakım programına uyum ve gerektiği durumda sensörlerin kalibrasyonu.
• Elektrik ve enerji tüketimlerinin otomasyon sistemi üzerinden izlenmesi ve ilgili raporların oluşturulması.
• Trendler (veri eğrileri) üzerinden otomasyon sisteminin kararlılığının tespiti ve gerekli aksiyonların alınması.
Otomasyon Üzerinden Kontrol Edilen Sistemler
1. Önleyici bakıma göre %12'ye kadar, reaktif bakıma göre %40'a kadar enerji tasarrufu sağlanabilir.
2. %75 oranında arızaların önüne geçilebilir.
3. %45 oranında sistemlerin kapanmasının önüne geçilebilir.
Kullanım Yöntemine Göre Binaların Otomasyon Sistemlerinde Dikkat Edilmesi Gerekenler
Alışveriş Merkezleri
• Alışveriş merkezlerindeki en önemli konulardan bir tanesi, kiracıların şeffaf bir şekilde enerji tüketimlerini görebilmeleridir. Bu yüzden sistem tasarlarken kiralanan her noktadaki tüketimi ayrı ayrı ölçebilecek ve bu bilgiye kiracı ve işletmenin ulaşabileceği bir altyapı kurulmalıdır.
• Yangın algılama ve kontrol sistemlerinin işlevi, alışveriş merkezleri gibi yangının hızlı yayılabileceği alanlarda çok önemlidir. Bu konuda otomasyon sistemi üzerinden motorlu yangın damperlerinin 6 ayda bir aç-kapa testi olası yangın durumunda istenmeyen can ve mal kayıplarının önüne geçebilir. Bugün Türkiye'de çok az binada bu tür düzenli testler yapılmaktadır.
Hastaneler
• VAV'lerin validasyonu ve debi bilgilerinin otomasyona taşınması gereklidir.
• Klima santrali filtrelerinin kirlenmeden önce temizlenmesi önemlidir. (Analog fark basınç sensörleri ile otomasyon üzerinden kirlilik seviyesi tespit edilerek)
• Ameliyathane gibi fark basınç konusu önemli olan yerlerde VAV ile fark basınç kontrolü dikkate alınmalıdır.
• Yoğuşma gibi bakteri üretimine neden olabilecek hususların kontrol altına alınması gereklidir.
İlaç Fabrikaları
• İşveren talepleri ve ihtiyaçlar doğrultusunda şartnamede tanımlanan sensör hassasiyetlerinin sağlanması gereklidir. (Özellikle nem ve basınç sensörleri)
• Validasyonun yetkin ve bağımsız kuruluşlarca yapılması ve anlaşılır dokümantasyonu sunulmalıdır.
• Sensörlerin yılda bir kere kalibrasyonu ve ilgili raporların dokümantasyonu hazır olmalıdır.
• Alarm yönetimi ve Audit-trail altyapısının CFR normlarına uygunluğu gereklidir.
Ofisler
• Ofislerin bina otomasyon sistemi çalışan verimine olan etkisi düşünüldüğünde oldukça önem taşır. Amerika'da kötü termal koşullar veya yanlış ışıklandırma nedeniyle verimsiz çalışmadan kaynaklanan para kaybının 100 milyar$ olduğu tahmin ediliyor. Çalışanların verimini arttırılabilecek her otomasyon veya sistem yatırımı, maliyetini çok kısa sürede ödeyeceği düşünülerek gerçekleştirilmelidir. (Örneğin: VAV'lerin CO2 seviyelerine göre çalıştırılması)
• CO2 sensörlerinin ölçüm prensiplerine göre kalibrasyonları oldukça önemlidir. Otomasyon firmaları ürün kataloglarında ürünlerinin kaç yıl boyunca kalibrasyon ihtiyacı bulunmadığını belirtirler. Panjur kontrolü, enerji tüketimi ve ışık seviyesinin çalışanın verimine olan etkisi bakımından önem taşır.
Oteller
• Otellerdeki en önemli konu müşteri konforu olduğundan sistemler buna göre tasarlanmalıdır. Örneğin; eğer check-in işlemi ile aynı anda oda sıcaklığının ayarlanması isteniyor ise otel check-in sistemi ile Bina Otomasyonu Sistemi entegrasyonu yapılmalıdır. Bunun için bina otomasyonunu sağlayan firmanın bu entegrasyonu sağlayacak yazılım altyapısına sahip olması gerekir.
• Otel odalarında tavan arasında kullanılan ekipmanlar sessiz çalışmalı, bakım zorluğu yaşatmamalı ve sık arıza yapmamalıdır. Örneğin, sesli çalışan bir FCU ünitesi veya vana motoru müşterinin şikayet etmesine neden olur.
• Termal motorlu vanalar sıcak ortamlarda, aç sinyali almasalar dahi, çalışma prensipleri gereği açılabilir ve mahale gereksiz yere sıcak hava üflenmesine neden olabilir. Maalesef fiyat avantajlarından dolayı Türkiye'de FCU içeren projelerin %99'unda bu tür vana motorları kullanılır. Kullanılması gereken motorlar ise klima santrallerinde kullanılan ve termal motorlara göre %75 enerji tasarrufu sağlayan elektronik altyapılı servomotorlardır.
Otomasyon Sistemleri ve Yapay Zeka Günümüzde otomasyon sistemleri içerisinde yapay zeka, cloud uygulamaları ve cep telefonu ile arıza tespiti gibi konular gerçekleştirilebiliyor.
Bazı örnekler şu şekilde:
• Akıllı vanalarda bulunan yapay zeka ile klima santrali serpantinlerinin en verimli çalıştığı nokta belirleniyor ve böylece sistemin minimum enerji ile çalışması sağlanıyor. Ayrıca tüm bu veriler bina kullanıldığı sürece cloud altyapısında tutulabiliyor.
• Damper-vana motorlarında bir zorlanma veya arızalanma gerçekleşir ise cep telefonunun NFC (Near Field Communication) özelliği kullanılarak arıza nedeni tespit edilebiliyor.
• İnsanlık tarihi boyunca üretilen tüm bilginin bugün yalnızca 1 yılda üretilebildiğini düşünürseniz bina otomasyonunun geleceği konusunda tahminde bulunmak zor. Ancak çok yakın gelecekte hepimizin işinin bir parçası olacak başlıklar şunlar: Big Data, IOT (Internet of Things), Artificial Intelligence, Machine Learning