Merkezi Isıtma Teknolojilerindeki Gelişim ve Beklentiler…
Geleneksel olarak bölgesel ısıtma sistemi, bir ısı taşıyıcı sıvının birbirine bağlı borulardan oluşan bir ağ boyunca sirküle edilmesiyle, bir grup binaya, yani bir bölgeye, ısı sağlayan merkezi bir ısı üretim tesisinden oluşur.
Bir teknoloji olarak bölgesel ısıtmanın ilk uygulamalarına 19. yüzyılın sonlarında ABD’de rastlanmaktadır. İlk nesil bölgesel ısıtma sistemleri olarak kabul edilen bu uygulamalarda, ısı taşıyıcı olarak buhar kullanılmıştır. Önemli termal kayıplar ve güvenlik sorunları, ısı taşıyıcının yüksek sıcaklıkları ve basıncıyla ilgiliydi.
20. yüzyılın başlarında, hala sıcaklıklarda basınçlı su kullanan ikinci nesil bölgesel ısıtma sistemlerinin ortaya çıkışı görüldü. Bu ısıtma sistemlerinde 100oC’nin üzerinde ısı taşıyıcı akışkan kullanılır. 20. yüzyılın sonlarına gelindiğinde, ısı taşıyıcı akışkan için genellikle 80oC kadar düşük çalışma sıcaklıklarına sahip üçüncü bir nesil ortaya çıktı. Bu sistemler genel olarak geleneksel bölgesel ısıtma sistemleri olarak anılmaktadır.
Dördüncü nesil bölgesel ısıtma sistemleri (4GDH), ısı taşıyıcı akışkanın sıcaklığını 70oC’nin altına ve bazen 50oC’ye kadar düşürerek, önemli ölçüde daha düşük ısıtma talebi olan yenilenmiş veya yeni binaların ısıtılması ihtiyacını karşılar. Bu sistemler genel olarak, merkezi bir ısı kaynağının, önceden yalıtılmış bir boru ağı yoluyla birkaç kullanıcıya ısı ilettiği ve taşıyıcı akışkanın sıcaklığının, basit ısı değiştiriciler yoluyla doğrudan ısıtma için hala uygun olduğu geleneksel olanlara benzer bir yapıdadır.
Bununla birlikte, daha düşük sıcaklıklar, bazı yenilenebilir kaynakların ve endüstriyel proseslerden kaynaklanan atık ısının entegre edilmesine olanak tanırken aynı zamanda ağdaki termal kayıpları da azaltır. Bu sistemlerde soğutma, ayrı ayrı soğutucular veya kendi merkezi tesisi olan ayrı bir besleme ve dönüş boru ağı ile ayrı ayrı sağlanmaktadır. 4GDH sistemleri, çalışma sıcaklığı 50oC’nin üzerinde olan düşük sıcaklıklı bölgesel ısıtma sistemleri ve 30oC’nin üzerinde çalışma sıcaklığına sahip ultra düşük bölgesel ısıtma sistemleri olarak kategorize edilmektedir. Ultra düşük sıcaklıklı sistemlerde, kullanım sıcak suyunun hazırlanması için bir mikro takviye ısı pompası veya elektrikli kazan kullanılır. Beşinci nesil bölgesel ısıtma ve soğutma sistemlerinin (5GDH&C) ise 2020-2050 yıllarında yaygınlaşacağı beklenmektedir. Merkezi olmayan ısı pompaları, Merkezi olmayan PV sistemleri, Merkezi olmayan güneş ısıl sistemleri, çift yönlü bölgesel enerji sistemleri ve çift yönlü düşük sıcaklık ağları bu tür sistemlerdendir.
5GDHC sistemleri, daha düşük çalışma sıcaklıkları (ortam sıcaklığına daha yakın sıcaklıklar) ve daha yüksek verimli bir çalışma sağlamaktadır.
Enerjiyi dağıtan tek bir merkezi enerji kaynağı yerine, son kullanıcılar için 5GDHC sistemleri, yenilerini barındırabilme özelliğine sahip birden fazla merkezi olmayan kaynaktan oluşur. 5GDHC sistemleri ile son kullanıcılar, suyu 0oC ile 30oC arasında dolaşan bir termal şebekeye bağlamaktadır, bu da önceki nesillerde olduğu gibi doğrudan ısıtmaya uygun olmamaktadır. Bunun yerine, gerekli termal enerjiyi sağlayan, merkezi olmayan su kaynaklı ısı pompalarıdır. Ultra düşük sıcaklık ve merkezi olmayan doğa, güneş termal ve sığ jeotermal enerji gibi düşük sıcaklıktaki yenilenebilir kaynakların entegrasyonunun yanı sıra düşük sıcaklıkta kentsel aşırı ısının geri kazanılması da olanaklıdır.
5GDHC’nin temel özelliklerinden biri enerjinin çift yönlü olmasıdır. Çift yönlü enerji akışlarının önemli sonuçları vardır ve bölgesel enerji sistemleri için yepyeni fırsatlar yaratır. Her şeyden önce, bu, 5GDHC’nin aynı anda ısıtma ve soğutma gerçekleştirebilmesini sağlarken, karşıt ihtiyaçlara sahip kullanıcıların aralarında termal enerji alışverişi yapmasına olanak tanır ve böylece boşa harcanan enerjinin geri kazanılmasını sağlar.
Bu özellik, özellikle ısıtma modundaki kullanıcıların bir ısı pompası aracılığıyla ısıyı ağdan çekerken soğutma modundaki kullanıcıların bunu döngüye atacağı ve sonuçta ısı dağılımında dengesizliklerin olacağı karma kullanımlı bölgelerde düşük dereceli atık ısının anında geri dönüştürülmesine olanak tanır ve talep yenilenebilir kaynaklar ve depolama yoluyla karşılanmaktadır.
Gerçekten de benzer büyüklükteki ısıtma ve soğutma
yükleri ve günlük depolama yetenekleriyle sistem kısa
vadede kendini dengeleyebilir.
5GDHC sistemlerinin faydalarını ve dezavantajlarını tam olarak değerlendirmek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç olduğu açık olsa da, bu tür sistemlerin doğasında var gibi görünen bazı başlangıç zayıflıkları vardır. Bu dezavantajlar arasında trafo merkezi karmaşıklığı, termal depolama gereksinimleri, büyük boru çapları ve yüksek pompalama maliyeti yer almaktadır.
Son Söz: Bölgesel ısıtma sistemleri 150 yıllık bir süreçte çok gelişim göstermiştir. Leonardo da Vinci’nin sözleriyle “Zamanla değişedurur her şey”. Hem de hızla…
Saygılarımla.
Prof. Dr. Ali GÜNGÖR
Editör
