Kopenhag’da doğal soğutma sistemlerinde deniz suyu ve doğal soğutucu akışkanlar kullanılıyor

Kopenhag’ın merkezinde, Gothersgade Caddesi’ndeki kırmızı tuğlalı baca, bir zamanlar Kongens Nytorv’un ahşap gemileri, kaleleri ve kaldırım kafelerinden sadece birkaç blok uzaklıkta bulunan bu eski ve manzaralı semtin gökyüzüne siyah dumanlar salardı. 1970’lerde faaliyetine son vermesinden bu yana, Kopenhag’ın en eski elektrik santrali boş duruyordu. Bugün santral yeniden faaliyete geçti. Artık duman çıkarmıyor ve elektrik üretmiyor; bunun yerine tamamen farklı bir şey üretiyor: müşterilerine yılda 7 GWh enerji tasarrufu ve 3.000 ton CO₂ emisyonu tasarrufu sağlıyor. Eski yer altı bölgesel ısıtma şebekesini kullanan Gothersgade Works Santrali, artık bölgesel soğutma hizmeti sunuyor.

Kopenhag enerji şirketi Copenhagen Energy’ye ait olan bu tesis, çevredeki bankalara, alışveriş merkezlerine ve ofislere soğutma hizmeti sunarak, bu kurumların bilgisayar sunucu odalarını ve diğer alanlarını yıl boyunca serin ve konforlu tutmaktadır. Tesis, doğal soğutucu akışkanlar ile deniz suyu ve atık ısı gibi yerel kaynaklardan yararlanarak çalışmakta; bu sayede maliyetleri düşük tutarken çevresel faydaları da artırmaktadır.

Bölgesel soğutma sistemi nasıl çalışır?

Bölgesel soğutma, bölgesel ısıtma ile aynı temel prensipte çalışır, ancak sıcak su yerine soğuk su kullanılır: Merkezi bir tesis, soğutulmuş su üretir ve bunu yalıtımlı borulardan oluşan bir yeraltı ağı aracılığıyla dağıtır. Boru hattı ağına bağlanan müşteriler, kendi soğutma ihtiyaçlarını karşılamak için gerekli miktarda soğutulmuş suyu kullanabilirler. Hesaplamalar, bölgesel soğutmaya geçen müşterilerin, elektrik, servis ve onarım giderlerinde elde ettikleri büyük tasarruflar da dahil olmak üzere, işletme maliyetlerini yüzde 45'e kadar azaltabileceklerini göstermektedir.

Bölgesel soğutma şebekesinin faydaları nelerdir?

Bölgesel soğutmanın kurulum maliyetleri de bireysel soğutma sistemlerine kıyasla çok daha düşüktür. Müşterilerin kendi merkezi soğutma sistemlerindeki suyu soğutabilmeleri için gereken tek şey, özel bir ısı eşanjörü ünitesi ve pompadır. Copenhagen Energy bölüm müdürü Jan Don Høgh, bu sayede müşterilerin geleneksel soğutma ünitelerini bertaraf ederek yer kazanabileceklerini ve soğutma için elektrik tüketimini azaltabileceklerini belirtiyor. “Bu, müşterinin soğutma sisteminin ne kadar verimli olduğuna bağlıdır, ancak şu ana kadar yüzde 10 ila 55 arasında maliyet tasarrufu gördük,” diyor Høgh. “Genellikle bir binanın [bireysel] merkezi soğutma sistemi motorlara, pompalara, filtrelere, kondenserlere ve kulelere ihtiyaç duyar ve 300 metrekareye kadar yer kaplayabilir,” diyor Høgh. “Bir bölgesel soğutma tesisatında hareketli parça yoktur, yani gürültü çıkarmaz ve sadece üç ila dört metrekare yer kaplar.

Bu, alanın son derece değerli olduğu şehrin bu bölgesinde önemli bir avantajdır.” Kopenhag Energy’nin ilk müşterilerinden biri olan Berlingske medya grubu, geleneksel iklimlendirme sisteminden bölgesel soğutmaya geçtiğinde, garajındaki ekipmanların kaldırılmasıyla kazanılan alan sayesinde iki adet ek çalışan park yeri daha ekledi. Daha da iyisi, soğutma bileşenleri çatısından söküldüğünde, şehrin muhteşem manzarasına sahip yeni bir kafeterya ve konferans salonları inşa edebildi.

Bölgesel soğutma aynı zamanda emisyonları da azaltır. Kopenhag Enerji’nin hesaplamalarına göre, bölgesel soğutmayı Kongens Nytorv’daki binalardaki bireysel soğutma tesislerinin enerji tüketimi ve emisyon rakamlarıyla karşılaştırıldığında, yıllık CO₂ emisyonlarında yüzde 66’lık bir tasarruf sağlanabilir. Kükürt dioksit (SO₂) ve azot oksit (NOx) için yıllık tasarruf ise sırasıyla yüzde 62 ve yüzde 69’dur.

Deniz suyunu kullanan doğal bir soğutma yöntemi

Bölgesel soğutma tesisi, 800 metre uzaklıktan deniz suyunu getiren 100 yıllık iki beton boru hattını kullanmaktadır – bu, tesisin ekonomik ve çevresel hesaplamalarında hayati bir faktördür. Deniz suyu yeterince soğuk olduğunda (Kasım’dan Nisan’a kadar), serbest soğutma ünitesinde tüm soğutma işini tek başına üstlenir (bkz. sayfa 12’deki kutu). Yılın geri kalanında ise deniz suyu, doğal soğutucu akışkan olarak amonyak kullanan kompresörlü soğutucuların kondenserlerinde soğutma maddesi olarak kullanılır.

Yaz aylarında, soğutma talebinin en yüksek olduğu dönemlerde tesis, yerel bir atık yakma tesisinden gelen atık buharla çalışan bir absorpsiyonlu soğutucu da kullanır; bu işleme “absorpsiyonlu soğutma” adı verilir. “Bu fazla ısıyı tamamen atık olarak değerlendirirseniz, absorpsiyonlu soğutucu neredeyse yüzde 100 CO₂ nötrdür,” diyor Høgh, tesis turu sırasında. Soğuk suyun aktığı kalın gümüş borulardan oluşan labirentin içindeki pompaların ve makinelerin uğultusu ve vızıltısı yüzünden sesini duyurabilmek için bağırmak zorunda kalıyor.

Kopenhag Enerji’nin 12 MW’lık tesisi Mart 2010’da üretime başladı. Tesisin inşaatı devam ederken, Aralık 2009’da Kopenhag’da düzenlenen BM-COP15 iklim konferansından gelen birkaç heyet, enerji tüketimi yüksek binalarda soğutma için enerji tüketimini nasıl azaltmanın mümkün olabileceğini gözlemlemek üzere tesisi gezmeye geldi. Kısa bir süre önce de Çin’den gelen birçok gruptan bir diğeri tesisi ziyaret etti. “Bölgesel soğutma sistemiyle oldukça ilgililer,” diyor Høgh. “Bunu, şehirlerinde şu anda kullandıkları sistemlere karşı mükemmel bir alternatif olarak görüyorlar.”

Meeting the increasing demand for cooling

Artan soğutma talebini karşılamak

Soğutma talebi, kısmen bilgi teknolojisi (BT) ve veri depolamanın giderek yaygınlaşması nedeniyle son 10 yıldır sürekli artmaktadır. Copenhagen Energy’ye göre, müşterilerinin soğutma talebinin yüzde 40 ila 50’si aslında sunucu odalarında kullanılmaktadır. Kopenhag tesisinin hayata geçirilmesine yardımcı olan mühendislik danışmanlığı şirketi COWI’den Keld Almegaard, bölgesel soğutma teknolojisinin her yerde çalışabileceğini, ancak yalnızca belirli temel koşulların sağlanması durumunda rekabetçi hale geldiğini belirtiyor. Almegaard, “Tesisin kapasitesi en az 10 MW olmalı ve yakınlarda bir liman veya su kaynağı bulunması, ayrıca atık ısıya erişim imkânı olması iyi bir fikirdir,” diyor.

Kopenhag Enerji, bölgesel soğutma tesisini devreye almaya bir süredir hazırdı, ancak Danimarka’daki yasal çerçeve, bölgesel soğutma sistemlerinin işletilmesini ancak 2009 yılında mümkün kıldı. Høgh, “Danimarka’da bu konuda büyük bir potansiyel gördük,” diyor. Kopenhag’da bir tesis daha yapım aşamasında olup, planlama aşamasında altı olası yer daha bulunmaktadır. Bölgesel soğutma, birkaç Avrupa şehrinde halihazırda 15 yıla varan bir başarı geçmişine sahiptir – Stockholm’de 450 MW ve Paris’te 550 MW kapasiteyle – ve Høgh’a göre, kıtanın dört bir yanında yeni projeler planlanmaktadır.

Bölgesel soğutma, bina sahiplerine hidroflorokarbonlar veya diğer sentetik florlu f-gazlarıyla çalışan soğutma sistemlerini aşamalı olarak kullanımdan kaldırmaları için basit ve ekonomik bir yol da sunuyor. Bunlar, Birleşmiş Milletler, çevre savunucuları ve tüketici grupları tarafından yakından izlenen, yıkıcı etkileri olan sera gazlarıdır (6. sayfadaki habere bakınız). Danimarka, 2015 yılına kadar bu gazların tamamen kullanımdan kaldırılmasını şart koşuyor.

“Tamamen müşteri odaklıyız,” diyor Høgh. “Bu, herhangi bir sübvansiyon olmadan CO₂ emisyonlarını azaltabileceğimiz rekabetçi bir konsept. Danimarka’nın sera gazı emisyonlarını azaltma konusundaki tüm zorlukları çözmeyecek, ancak bu hedefe ulaşmak için atılmış bir adım.”

Doğal soğutucu akışkanlara dayalı çözümler kolayca temin edilebilir

Alfa Laval’ın çözümleri, zararlı soğutucu akışkanlardan uzaklaşarak üç yaygın ve çevre dostu doğal soğutucu akışkana geçişi mümkün kılar: karbondioksit, amonyak ve hidrokarbonlar.

- Karbondioksit (CO₂): Süpermarket soğutma sistemlerinde, CO₂’nin soğutucu akışkan olarak yanı sıra ortam sıcaklığında kondenzasyon veya soğutma için kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Alfa Laval Soğutma ve HVAC Soğutma Müdürü Tommy Ångbäck, bu çözümün daha soğuk iklimlerde en iyi sonucu verdiğini belirtiyor. Birçok İskandinav ve Birleşik Krallık süpermarket zinciri artık CO₂’yi standart bir çözüm olarak kullanıyor. CO₂’nin fiziksel özellikleri, soğutma sistemlerinin klasik bir soğutma sisteminin normal basıncının beş katından fazla bir basınçta çalışmasını gerektirir.

Bu durum, sistemdeki bileşenler için yeni zorluklar ortaya çıkarmaktadır. Alfa Laval, bu yüksek basınçlı sistemlerle verimli bir şekilde başa çıkabilmek için eksiksiz bir ısı eşanjörü serisi geliştirmiştir. CO₂ uygulamalarına yönelik ısı eşanjörü serisi, soğuk oda hava soğutucuları ve ortam havası gaz soğutucularının yanı sıra, CO₂ ekonomizörü, evaporatör veya ısı geri kazanımlı gaz soğutucusu olarak kullanılan lehimli plaka ısı eşanjörlerini de içermektedir.

- Amonyak: Ångbäck’e göre, modern bir amonyak soğutma sistemi uzun vadede iyi bir yatırım getirisi sunar. Günümüzün plaka ısı eşanjörleri, eski tip shell and tube amonyak sistemlerine kıyasla daha büyük dolaylı soğutma sistemlerinde amonyak hacmini 10 kat veya daha fazla azaltabilir.

Ångbäck, “Büyük amonyak soğutma tesisleri için kaynaklı kasetlere sahip yarı kaynaklı plaka ısı eşanjörleri içeren binlerce kompakt ve verimli çözüm tedarik ettik,” diyor. “Bu sistemler artık daha yüksek basınçlara da dayanabiliyor ve düşük sıcaklıklı uygulamalarda enerji verimliliğini artırmak amacıyla amonyak/CO₂ iki kademeli kaskad sistemlerinde kullanılabiliyor.” Daha küçük sistemlerde ise yüzde 100 paslanmaz çelikten üretilen AlfaNova füzyon lehimli plaka ısı eşanjörleri kullanılabilir. “Çok az miktarda amonyak şarjı yeterlidir ve bu da sistemi daha ucuz ve daha güvenli hale getirir,” diyor Ångbäck.

- Hidrokarbonlar: Hidrokarbonlar, zararlı soğutucu akışkanların yerine geçmek üzere artık ev tipi soğutma cihazlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Daha büyük ticari sistemler de propan soğutucu akışkanıyla çalışabilir. Ångbäck, dolaylı bir sistemde yanıcı propan gazı hacmini mümkün olduğunca düşük tutmak için Alfa Laval’ın bakır lehimli plaka ısı eşanjörlerinin kullanışlı olduğunu belirtiyor; bu sistemlerde genellikle ikincil soğutucu olarak glikol çözeltisi veya sıvı CO₂ kullanılır.

Akıllı sistem, verimli soğutma sağlıyor

Copenhagen Energy’nin bölgesel soğutma tesisi, yaklaşık 12 MW kapasiteye sahiptir ve üç farklı soğutma ilkesine dayanmaktadır – serbest soğutma, absorpsiyonlu soğutma ve kompresör tabanlı soğutma. Bu da sistemi son derece esnek ve yüksek enerji verimliliğine sahip hale getirmektedir.

Alfa Laval, tesise yedi adet plakalı ısı eşanjörü teslim etmiştir: bir adet titanyum plakalı ısı eşanjörü, üç adet evaporatör ve üç adet kondenser. Copenhagen Energy’den Jan Don Høgh, Alfa Laval ısı eşanjörlerini tercih etme nedenlerinin “yüksek verimlilik ve düşük basınç kayıpları” olduğunu belirtiyor. Ayrıca, “Alfa Laval, ısı eşanjörleri alanında tanınmış bir tedarikçidir” diye ekliyor. Alfa Laval titanyum plaka ısı eşanjörü, Kopenhag Limanı’ndan deniz suyunun pompalanarak bölgesel soğutma suyunu soğutmak için kullanıldığı serbest soğutma sisteminde kullanılmaktadır. Tuzlu sudan kaynaklanan korozyonu önlemek için titanyum plakalar kullanılmalıdır. Kışın, deniz suyu sıcaklığı 5,5 °C’nin altında ve soğutma talebi 2400 kW’tan az olduğunda,

Kopenhag Enerji, bölgesel soğutma suyunu soğutmak için yalnızca serbest soğutma sistemini kullanır. Deniz suyu sıcaklığı 5,5 °C ile 11,5 °C arasında olduğunda, ısı eşanjörü, soğutulmuş suyun bir kompresörlü soğutma sistemi tarafından istenen sıcaklığa getirilmeden önce ön soğutulması için kullanılır. Kopenhag tesisinde bu tür üç soğutma sistemi bulunmaktadır. Her biri bir adet Alfa Laval paslanmaz çelik evaporatör ve bir adet Alfa Laval titanyum kondenser içermektedir.

Deniz suyu daha sonra kondenserlerdeki doğal soğutucu akışkan olan amonyağı soğutmak için kullanılır. Deniz suyu sıcaklığı 11,5 °C’nin üzerine çıktığında, deniz suyu serbest soğutma için kullanılmayacak kadar ısınır ve tüm soğutma işlemi soğutucular tarafından sağlanır.

Danimarka’daki Alfa Laval satış müdürü Alireza Rasti, serbest soğutma sisteminin son derece enerji verimli olduğunu açıklıyor. “Deniz suyu, soğutma işini tek başına yapabilecek kadar soğuk olduğunda, kompresörleri çalıştırmanıza gerek kalmaz,” diyor. “Sadece deniz suyu pompalarını çalıştırarak, normalde ihtiyaç duyulan elektriğin sadece bir kısmını tüketirsiniz.”