pompalarda enerji verimliği-minimum verimlilik

POMPALARDA ENERJİ VERİMLİĞİ-MİNİMUM VERİMLİLİK İNDEKSİNİN
BELİRLENMESİ
Birol HENDEN
Burak KARAMAN
MAS DAF Makina Sanayi A.Ş
MAS DAF Makina Sanayi A.Ş
ÖZET
Son yıllarda enerji kaynaklarının giderek azalması, enerji maliyetlerinin artmasına ve yeni enerji kaynaklarının
aranmasına neden olmaktadır. Aynı zamanda enerjinin verimli kullanımı da en onemli tasarruf programlarının
başında gelmektedir. Dünya elektrik enerjisi tüketiminin yaklaşık % 20’ lik bir bölümü pompalama sistemleri
tarafından harcandığı düşünülürse pompalarda yapılacak verimlilik çalışmalarının önemi göstermektedir.
Pompa sistemlerinde ana eleman olan pompaların sahip olduğu verim değerleri enerji tüketimini direkt
etkilemektedir. Bu nedenle pompa seçiminde dikkat edilmesi gereken önemli faktörlerden bir tanesi pompanın
enerji tüketiminin göstergesi olan verim değeridir. Fakat genel piyasa koşullarında birçok tüketici pompa
seçiminde ilk yatırım maliyetini dikkate almaktadır. Verim yerine fiyat bazlı alım yapılması firmaların enerji
maliyetini ve bununla birlikte dolaylı olarak çevreye de zarar vermektedir.
Avrupa birliği tarafından kabul edilen ve ürünlerin çevreye olan duyarlığı ile ilgili bir çok direktif aslında
ürünlerin daha az enerji tüketmesini sağlaması için gerekli şartları anlatmaktadır. Pompalar ile ilgilide bu
konuda bir çok çalıma yapılmaktadır. Bu çalışmaların en sonuncusu Avrupa Birliği Komisyon’u tarafından (EU)
547/2012 nolu ‘Su Pompaları İçin Ekotasarım Uygulama Direktifi’dir. Bu direktif ile pompalar için minimum
verim indeks (MEI) adı altında pompa verimlerini karşılaştırmaya yarayan boyutsuz bir sayı oluşturulmuştur.
Pompaların verimlerine göre 0 ile 0,7 arasında olan bu değerin yüksek olması pompa veriminin daha yüksek
olduğunu göstermektedir.
Bu bildiride ilgili direktifin kapsamı, MEI değerinin enerji verimliliği açısından önemi, MEI değerini hesaplama
yöntemi ve bir örnek pompa üzerinden MEI değerinin hesaplanması bulunmaktadır.
1.GİRİŞ
Gelişmiş ülkeler atmosfere attıkları fosil yakıt artıklarının yarattığı sera etkisini yavaşlatmak için birtakım
önlemler almaktadır. Bu çerçevede Avrupa topluluğunda enerji verimliliğini arttırarak daha az yakıt tüketerek
aynı işleri yapmak için geniş çaplı çalışmalar yapılmaktadır.
Bu çalışmalar sonucunda, Avrupa Birliği; Sürdürülebilir Tüketim ve Üretim, Sürdürülebilir Sanayi Politikası
Eylem Planı’nı 2009 yılında yeniden düzenleyerek, enerji tüketimi üzerinde etkisi bulunan tüm ürünleri
kapsayan, ekotasarım yükümlülüklerini belirleyen bir çerçeve oluşturmak üzere “Ekotasarım Direktifi”
yayınlamıştır. Bu direktifi ülkemizde Enerji İle İlgili Ürünlerin Çevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Yönetmelik”
adı altında 7 Ekim 2010 tarihli Resmi Gazete’de yayımlanarak yürürlüğe girmiştir. Bu direktif ile Enerji ile ilgili
ürünlerin piyasaya arz edilebilmesi veya hizmete sunulabilmesi için, bu ürünlerin tasarımında uyulması zorunlu
olan çevresel şartların çerçevesini belirlemek suretiyle enerji verimliliğini, çevre koruma düzeyini ve enerji arz
güvenliğini artırarak sürdürülebilir kalkınmaya katkıda bulunması amaçlanmaktadır.
Yapılan çalışmalar sonucunda birçok ürünle ilgili çevreye uygunluk
direktifleri çıkartılmıştır. İlk olarak aydınlatma, buzdolapları, çamaşır
makineleri, fırınlarda başlayan çalışmalar günümüzde birçok evsel ve
endüstriyel ürün için yapılmıştır.
Dünya elektrik enerjisi tüketiminin yaklaşık
% 20’ lik bir bölümü
pompalama sistemleri tarafından harcanmaktadır. Yıllık 2000 saat ve
üzerinde çalışan bir pompanın yaşam döngüsü maliyetine bakıldığında en
büyük kısmının elektrik tüketiminden kaynaklandığı görülmektedir. Ömür
boyu maliyet analizi yapıldığında pompalar ilk yatırım maliyetinin, enerji
maliyetine göre çok düşük olduğu Şekil 1’de görülmektedir.
Şekil 1 Pompalarda Ömür Boyu Maliyeti
Kaynak ve enerjinin etkin kullanımına büyük önem veren Avrupa Birliği; pompalama sistemlerinde yaklaşık
%20 - %30 arasında bir verim iyileştirme potansiyeli olduğunu öngörmektedir. Bu nedenle su pompalama
sistemleri ekotasarım direktifinde öncelikli ürün grubu olarak ele alınmaktadır. Bu kapsamda ülkemizde de
sirkülasyon pompaları ve elektrik motorlarında direktifler kabul edilmişlerdir. Avrupa Birliği tarafından bu
konuda çalışmalara devam edilmektedir. Son olarak 25 Haziran 2012 tarihinde Avrupa Birliği Komisyon’u
tarafından (EU) 547/2012 nolu ‘Su Pompaları İçin Ekotasarım Uygulama Direktifi’ yayınlanmıştır. [1]
2. (EU) 547/2012 AVRUPA BİRLİĞİ DİREKTİFİNİN KAPSAMI
Direktif ticari tesislerde, içme suyu tesislerinde, sulamada ve gıda endüstrisinde kullanılan pompaların minimum
sahip olması gereken verimleri için bir hesaplama yöntemi belirlenmiştir ve uyulması gereken asgari koşullardan
bahsetmektedir.
Bu direktift belirli şartlar altında aşağıdaki pompaları kapsamaktadır. Pompa tipine göre kapsadığı alan Tablo
1’de verilmiştir.
•
Uçtan emişli norm pompalar (ESOB)
•
Uçtan emişli monoblok pompalar (ESCC)
•
Hat tipi santrifüj pompalar (ESCCI)
•
Düşey çok kademeli pompalar (MS)
•
Kademeli dalgıç pompaları (MSS) içermektedir.
Şekil 2 Uçtan emişli norm
Şekil 3 Uçtan emişli monoblok
Şekil 4 Hat tipi
Şekil 5 Düşey çok kademeli
Tablo 1: Pompa tipine gore geçerlilik şartları
Pompa tipi
Geçerlilik Şartları
ESOB
n = 1450 d/d
Qe..v.n. ≥ 6 m3/h
H b.e.p. ≤ 90 m
6 min-1 ≤ n ≤ 80 min-1
P2 ≤ 150 kW
n = 2900 d/d
Qe..v.n. ≥ 6 m3/h
H b.e.p. ≤ 140 m
6 min-1 ≤ n ≤ 80 min-1
P2 ≤ 150 kW
ESCC
ESCCI
ESOB
ESCC
ESCCI
MS
n = 2900 d/d
MSS
3“ ≤ nominal büyüklük ≤ 6“
Qe..v.n ≤ 100 m3/h
Aşağıda belirtilen koşullarda kullanılan pompalar kapsam dışında bulunmaktadır.
•
-10 0C sıcaklığından düşük ve 120 0C sıcaklığından yüksek sıvıları basmak için özel tasarlanan
pompalar
•
Sadece yangın pompası için tasarlanan pompalar
•
Pozitif deplasmanlı pompalar ve kendinden emişli pompaları.
Bu direktif çalışmasında Darmstadt üniversitesi tarafından Avrupa'daki pompa üreticilerin verileri istatiksel
olarak incelenmiş ve akışkanlar mekaniği kanunları dikkate alınarak pompaların etkenliğini belireyen, ve
pompalar arasında bir karşılaştırma yapmayı mümkün kılan bir endeks tanımlamak için bir çalışma
yürütülmüştür. Gerekli minimum verimlerin belirlenmesinde pompa tipleri (uçtan emişli, hat tipi…), pompa
devir hızı, pompa debisi ve pompa özgül hızı dikkate alınmıştır. Pompanın en yüksek verim noktası, az yükte
(%75) ve aşırı yükte (%110) verimlerini dikkate alınarak, pompa tiplerinin, tasarımlarının ve büyüklülerinin
birbirleri ile karşılaştırılmasını sağlayan Minimum Verimlilik Endeksi ( Minumum Efficiency Index-MEI )
adında boyutsuz bir büyüklük tanımlanmıştır. Bu endeks değerlerleri ile firmaların pompa tasarım ve imalat
süreçlerinin kalitesi göstermekte ve farklı firmaların ürünleri arasında tasarım ve imalat kalitesi arasında
kıyaslama yapmayı mümkün kılmaktadır.
Bu direktif ile su pompalarının ekotasarım gerekliliklerine uygunluğu için aşağıdaki şartları yerine getirmesi
beklenmektedir. Bu değerleri sağlayamayan pompaların Avrupa Birliği’ne üye ülkelerde satışının yapılmasına
müsaade edilmeyecektir. Ayrıca Avrupa Birliği’nde satışa sunulan su pompaların da MEI lerini belirtme
zorunluluğu olmaktadır. Yayınlanan direktife göre yıllara göre MEI değerleri aşağıdaki şartları sağlamak
zorundadır.
1 Ocak 2013 tarihinde su pompaları için MEI
1 Ocak 2015 tarihinde su pompaları için MEI
Eğer üretici firmalar bu verim indeksini sağlayamazsa ürünleri CE koşullarını sağlayamayacaktır.
2.POMPA MEI DEĞERLERİNİN ENERJİ TASARRUFRU AÇISINDAN ÖNEMİ
Pompanın sahip olduğu minimum verim indeksi pompa verim değerini ve dolayısıyla pompanın enerji
maliyetini değerinin ne kadar olduğunu belirlemektedir. Pompaların sahip olması gereken minimum verim
indeksi değeri belirlenmesi ile beraber, verim indeksini sağlayamayan pompaların üretilmesi ve piyasaya
sürülmesi engellenmektedir. Yapılan bu çalışma ile beraber düşük verimli ürünlerin kullanımı azaltılması
planlanmaktadır. Aşağıdaki şekilde pompa özgül hızına göre MEI değerinin 0.1, 0.4, ve 0.7 olmasının verim
üzerideki etkisi gösterilmektedir. Şekil 6’dan görüldüğü gibi, pompanın verim indeksinin 0,1 den 0,4 değerine
yükseltilmesi durumunda yaklaşık %5 lük verim artışı, ve aynı oranda enerji maliyetinde azalma
görülmektedir.
Şekil 6 Örnek bir debi için MEI değerinin verime etkisi
3. MEI DEĞERİ HESAP YÖNTEMİ
Minimum verim indeksi değeri 0,1 ile 0,7 değeri arasındaki olan ve aynı özgül hızlı pompalar için değeri
büyükdükçe verim değeri yükselen boyutsuz bir büyüklüktür. Bu değerin hesap yöntemi anlatılmakta ve
örnek bir pompa üzerinden MEI hesabı yapılmaktadır. [2]
Adım 1:
Yardımcı fonksiyon olan Fn Aşağıdaki şekilde hesaplanmaktadır;
Fn=-11.48x2-0.85y2-0,38xy+88.59x+13.46y
x=In(ns,ortalama)
ns,ortalama[min-1]
: Özgül Hızların Ortalaması
nN(d/dak), QEVN (m3/s), HEVN(m)
ns=nN
QEVN,ortalama [m3/h] : En Verimli Noktadaki Debi
y=ln(QEVN, ortalama)
Hesaplanan Fn yardımcı fonksiyonunun değeri, virgülden sonra bir basamak kalacak şekilde yuvarlanmalıdır.
Adım 2:
En Verimli Nokta(EVN, Q= QEVN),
Kısmi Yük(KY,Q=0.75QEVN),
Aşırı Yük(AY,Q=1.1 QEVN)
CEVN=Fη-ηEVN,ortalama
CKY=Fη-(ηKY,ortalama/0.947)
CAY= Fη-( ηAY,ortalama/0.985)
Adım 3:
CMEI=max (CEVN,CKY,CAY)
Hesaplanan CEVN, CKY, CAY değerlerleri içinde en büyüğü CMEI olarak alınır.
Adım 4:
MEI değeri; Tablo 2’ deki pompanın tipi ve devir sayısına göre satır belirlenir ve daha sonra düşey sütunda
bulunan CMEI değerinin hangi değer aralığına geldiği bulunur. Solundaki değer Csol sağındaki değer Csağ olarak
alınır.MEIsağ ve MEIsol da aynı şekilde belirlenir.
Tablo 2 Minimum verim İndeksine gore C katsayısı [3]
MEI=(MEIsağ-MEIsol)
+MEIsol
Çıkan sonuç virgülden sonra iki hane kalacak şekilde yuvarlanmalıdır.
MEI hesabında kullanılacak örnek pompanın hidrolik verileri aşağıda bulunmaktadır.
Tablo 3 Örnek pompa hidrolik verileri [4]
Değerler
Manometrik Yükseklik (EVN)
55
m
Debi
300
m3/h
81,9
%
Manometrik Yükseklik (%75 EVN debi)
61
m
Pompa verimi
77,7
%
Manometrik Yükseklik (%110 EVN debi)
50
m
Pompa verimi
80,8
%
1000
kg/m3
Pompa verimi
(EVN)
(EVN)
(%75 EVN debi)
(%110 EVN debi)
Yoğunluk
1.Adım
ns=2975
=42,52
x=In(ns)=In(42,52)=3,75
y=In(QENV)=In(300)=5,70
2.Adım
3.Adım
CEVN=211,8-81,9=129,9
CKY=211,8-(77,7/0.947)=129,8
CAY= 211,8-( 80,8/0,985)=129,8
CMEI=max(129,9, 129,8, 129,8)=129,9
Csol=130,27 Csağ=129,18 MEIsol=0,4
MEI=0.1
=0,43
x=3.75 y=5.70
Fη=211.8
Elde edilen sonuca göre örnek pompanın 2013 ve 2015 Avrupa birliği şartlarını sağladığı görülmektedir.
SONUÇ
Geleceğin trendi olan sürdürülebilirlik; insan yaşamının gereksinimleri ile doğal kaynakların devamlılığı
arasında bir denge kurarak, gelecek nesillerin bugünkü kaynaklardan bizim kadar yararlanabilmesine imkân
sağlayacak bir yapının oluşturulması anlamına gelmektedir. Bu yapının oluşturulması için enerjinin verimli bir
şekilde kullanılması gerekmektedir.
Toplam enerji payı üzerinde pompa sistemlerinin payı değerlendirildiğinde bu oranın ne kadar büyük olduğu
görülmektedir. Bu payın azaltılmasında pompa sistemindeki pompanın verim artırılmasının önemi oldukça
fazladır. Avrupa birliği başkanlığında yürütülen çalışmalar ile pompaların enerji tüketimi azaltılması ve çevreye
etkisinin azaltılması hedeflenmektedir.
Bu bildiride anlatılan minimum verim indeksini değerinin bütün üreticiler tarafından tüketicilere sunulması
sayesinde bütün pompaların enerji verimlilik seviyesi belirlenecek ve uygun olmayan ürünlerin tüketicilere
ulaşması engellenecektir. Böylece zaman içinde verimsiz ürünler ortadan kaldırılacak ve tüketilen enerjinin
miktarı azaltılacaktır.
KAYNAKLAR
[1] COMMISSION REGULATION (EU) No 547/2012 İmplementing Directive 2009/125/EC of the European
Parliament and of the Council with regard to ecodesign requirements for water pumps.
[2] AEA Energy & Environment Lot 11 - Water Pumps (in commercial buildings, drinking water pumping, food
industry, agriculture).
[3] Draft EN 16480 Pumps - Minimum required efficiency of rotodynamic water pumps.
[4] MAS-DAF Makine Sanayi A.Ş. Teknik Kataloğu
SUMMARY
European Parliament and of the Council established a framework for the setting of ecodesign requirements for
energy-related products on 21 October 2009.
The European Union Commission has carried out a preparatory study. The study shows that there is a total costeffective potential for improving the energy efficiency of these pumping systems by approximately 20 % to 30 %.
So water pumps are seen a priority product for which ecodesign requirements should be established
The Commission established a implementing directive with regard to ecodesign requirements for water pumps
which is “COMMISSION REGULATION (EU) No 547/2012 implementing Directive 2009/125/EC of the
European Parliament and of the Council with regard to ecodesign requirements for water pumps.”
This article is intented to mention about this regulations,its scope and how to apply.for pumps. It is also
represented with an example how to calculate Minumum Efficiency Index(MEI).