Kapalı buz pateni sahaları ve hokey pistleri, yalnızca soğutma özelinde değil, nem alma konusunda da özel iklimlendirme tasarımı gerektiren yapılardır. Bu yapılarda entegre nem alma cihazı kullanımı ve nemin daimi olarak nem alma cihazları tarafından kontrol altında tutulması, kaliteli bir buz yüzeyinin korunması, tesis içi konforun sağlanması, enerji verimliliği ve yapı güvenliği açısından tasarım aşamasında atlanmaması gereken bir detaydır. Buz pistinin dış ortama açılan kapılarından kısmi buhar basıncı farklılığından ötürü iç ortama giriş yapan sıcak ve nemli hava, soğutulmuş pist ortamına girdiğinde hızla yoğuşarak istenmeyen sonuçlar doğurabilir. NKT – Nem Kontrol Teknolojileri olarak bu yazıda buz pistlerinde nem alma cihazı gereksinimi, nem alma cihazının sistem bütünlüğünü bozmadan entegrasyonu ve buz pateni sahaları ile hokey pistlerinde nem kontrolünün neden önemli olduğu incelenecektir. Nem kontrolü esnasında kullanılacak nem alma (dehumidification) cihazlarının türleri ve çalışma prensipleri ele alınacaktır. Ayrıca dünya genelindeki yaygın uygulamalardan bahsedilecek, son olarak buz pistlerinde nem alma cihazı entegrasyonunda dikkat edilmesi gereken temel hususlara değinilecektir.
Kapalı buz pistlerinde ortam havasındaki nem oranının doğru seviyede tutulması, buz kalitesi ve tesisin işletme enerji verimliliği açısından doğrudan belirleyicidir; nem alma sisteminde küçük bir ihmal bile tüm kontrol sisteminde zincirleme sorunlara yol açabilir.
Yüksek Nemin Buz Kalitesine Etkisi
Kapalı buz pistlerinde ortam havasındaki nem oranının yükselmesi, hem buz kalitesi hem de tesisin operasyonel verimliliği üzerinde doğrudan etkili olur. Özellikle aktif hareket halinde olan buz hokeyi oyuncuları, pasif konumda bulunan izleyiciler ve dış ortamdan sızan hava (infiltrasyon) gibi faktörler, pist içinde nem seviyesini direkt arttırıcı unsurlardır. Artan nem, soğuk buz yüzeyinde yoğuşarak ince bir su tabakası veya kırağı meydana getirir. Özellikle aşırı bağıl neme maruz kalan yüzeylerde "frosting" olarak adlandırılan buzlanma meydana gelir. Frosting sonucunda buzun kayma kalitesi hızla düşerken, deformasyon sonrası yüzeyin "yavaş buz" tabir edilen pürüzlü bir yapıya dönüşmesi kaçınılmaz olur. Normalde pürüzsüz ve sert olması gereken buz, nemin etkisiyle pütürlü hale gelir; sporcuların ani hız değişimleri yaşamasına sebep olur, kayma hareketlerini zorlaştırır ve performanslarını olumsuz etkiler. Artistik patinaj ve buz hokeyi gibi sporlarda sporcu güvenliği ciddi risk altına girer. Düzgün olmayan buz yüzeyi, sporcuların dengesiz hızlanıp -yavaşlamasına, düşmelerine ve sakatlanmalarına sebep olabilir.Buz yüzeyinde biriken yoğuşmuş su zamanla donar ve buz tabakasının istem dışı kalınlaşmasına neden olur. Kalınlaşan buz tabakası ise genellikle homojen bir yüzey formu oluşturmadığından, pistin farklı bölgelerinde farklı yükseklikler meydana gelir. Bu durum hem yüzey düzgünlüğünü bozar hem de sporcu hareketlerinde anomaliye sebep olur. Ayrıca buz kalınlığının artması, pistin altında çalışan soğutma sistemine de ek yük bindirir. Kalın buz kütlesini soğuk tutmak için soğutma sistemi daha fazla çalışmak zorunda kalır, bu da enerji tüketimini artırır ve soğutma ekipmanlarının ömrünü kısaltır.
Doğru kapasiteli ve doğru konfigüre edilmiş bir endüstriyel nem alma cihazı kullanımı, buzun kalitesini korumada ve sistemin operasyon bütünlüğünü sağlamada en etkili çözümlerden biri olarak öne çıkar. Buz yüzeyi her kullanım seansından sonra zaten kazınıp yenilenir (ice resurfacing); ancak nem kontrolü yetersiz olan pistlerde kırağı ve pürüzlenme seanslar arasında da hızla oluştuğu için yüzey kalitesini korumak zorlaşır ve ek yenileme ihtiyacı doğabilir. Yüzey kazıma ve yeniden su serme işlemleri hem zaman hem de maliyet kaybına yol açar.
Özellikle uluslararası standartlara sahip buz hokeyi pistlerinde, buz kalitesini korumak için buz kalınlığı pistin birçok farklı noktasından düzenli olarak ölçülür. Modern yüzey yenileme makinaları, yüzeyi düzeltirken aynı anda ultrasonik sensörler yardımıyla buzun kalınlığını ölçer. Gelişmiş buz pistlerinde ise, yüzey yenileme esnasında harcanan su miktarı ile zemin soğutması için tüketilen enerji arasındaki korelasyon verileri takip edilerek nem alma cihazlarının sistem bütünlüğüne olan katkısı doğrudan ölçümlenebilir.
Öte yandan, yüksek nem yalnızca buz yüzeyini değil, tesisin diğer yapı elemanlarını da olumsuz etkiler. Tavan, tribünler ve duvarlarda yoğuşma meydana gelirse, zamanla korozyon, küf oluşumu ve yapısal bozulmalar gibi ciddi sorunlara yol açar. Uzun vadede bu problemler, tesisin bakım maliyetlerini artırır ve sahadaki donatıların kullanım ömrünü kısaltır. Soğuk ve rutubetli hava, seyirciler ve tesis çalışanları için rahatsız edici bir ortam yaratır. Yüksek nem seviyelerinin soğuk zemin yüzeyi ile buluşmasından ötürü gerçekleşecek sis oluşumu, sadece sporcuların değil, izleyicilerin de görüş alanını kısıtlar.
TFT - İtalya endüstriyel tip silikajel rotorlu nem alma cihazı kullanılarak ortam havası istenilen çiy noktası seviyesinde tutulduğunda, hem buz kalitesi hem de seyir keyfi korunmuş olur. Bir buz pistinde nem kontrolü sağlamak için, rotorlu tip endüstriyel nem alma cihazı kullanılması gerekmektedir. Ayrıca, büyük tesislerde bu nem alma cihazlarının HVAC bileşenleri ile entegre edildiği veya havalandırma sistemine ayrı bir cihaz olarak dahil edildiği çözümler de yaygındır. Aşağıda bu sistemlerin çalışma prensipleri, avantajları ve dezavantajları ele alınmıştır.
Silikajel Rotorlu Nem Alma Cihazının Çalışma Prensibi
Silikajel rotorlu (adsorpsiyonlu) nem alma cihazları, havadaki nemi higroskopik (nem çekici) bir malzemenin yüzeyinde fiziksel olarak tutma (adsorpsiyon) prensibine dayanır. Bu amaçla yaygın olarak desikant rotor adı verilen döner tekerlek sistemleri kullanılır. Desikant rotor, petek gözenekli yapıya sahip ve yüzeyi silikajel gibi kurutucu bir madde ile kaplı bir tamburdur. Sistem çalışırken nemli hava akımı (proses havası) bu döner rotorun belirli bir bölgesinden geçirilir. Havadaki su buharı desikant malzemenin yüzeyine adsorbe olarak havadan ayrıştırılır. Kuru hava piste doğru üflenirken, rotor sürekli dönerek nem yüklü yüzeyi cihaz içindeki ikinci bir hava kanalına taşır. Bu ikinci kısımda rotor, rejenerasyon (reaktivasyon) havası denilen sıcak bir hava akımıyla kurutulur: Isıtılmış rejenerasyon (reaktivasyon) havası rotorun tuttuğu nemi buharlaştırıp dış ortama transfer eder ve böylece desikant malzeme yenilenmiş (yeniden nem adsorbe edebilir) hale gelir. Tipik bir desikant nem alma cihazında rejenerasyon havasını ısıtmak için elektrikli ısıtıcılar veya doğal gaz/buhar serpantini kullanılır. Süreç sürekli tekrarlandığında, cihaz girişine alınan nemli havayı kesintisiz bir şekilde kuru ve biraz daha sıcak olarak ortama geri verir.
Şekil 1: Döner rotorlu endüstriyel bir desikant nem alma cihazının şematik gösterimi. Bu sistemde nemli proses havası (kırmızı ile karışık mavi ok), higroskopik bir malzemeyle kaplı döner çarktan geçirilerek kurutulur (kırmızı ok kuru hava). Rotorun diğer bölümünden geçirilen ısıtılacak reaktivasyon havası (mavi ok) ise rotorun tuttuğu nemi alarak ıslak havayı tesis dışına atar (mor ok); böylece rotordaki malzeme sürekli yeniden kurutularak kapalı çevrim şeklinde döngüsüne devam eder.
Desikant Sistemlerin Avantajları
Desikant sistemlerin (rotorlu tip endüstriyel nem alma cihazı) avantajları, özellikle buz pisti gibi düşük sıcaklıklı ortamlarda belirginleşir. Bu sistemler ortam sıcaklığından bağımsız olarak çalışabildiği ve nemi tahliye etmek için bir soğutucu akışkan kullanmadığı için, soğuk hava koşullarında da yüksek nem giderme kapasitesi sağlarlar. Silikajel gibi adsorban malzemeler çok düşük çiy noktalarına kadar nem tutabildiğinden, desikant cihazlarla (rotorlu tip endüstriyel nem alma cihazı) havayı buz pisti için gereken 0…+2 °C çiy noktasına (3,7–4,3 g/kg) ve gerektiğinde çok daha düşük değerlere kadar kurutmak mümkündür. Nitekim günümüzde endüstriyel uygulamalar için ticari olarak satılmakta olan uygun kapasitede bir desikant nem alıcı (rotorlu tip endüstriyel nem alma cihazı) ile yıl boyu dış hava koşullarından bağımsız şekilde pist ortamında sis ve yoğuşma olmaksızın bu çiy noktası aralığı sağlanabilmektedir. Bağıl nem burada tek başına anlamlı bir hedef değildir; örneğin 12 °C pist havasında 3,7–4,3 g/kg yaklaşık %43–50 bağıl neme karşılık gelir.
ADS 150E-300E
Kompakt Endüstriyel Nem Alma Cihazı
Kompakt gövde, elektrikli rejenerasyon ve düşük çiy noktası performansıyla küçük-orta ölçekli endüstriyel uygulamalar için. 150 – 300 m³/sa
Ürünü İncele
AD 270-1700
Endüstriyel Nem Alma Cihazı
Elektrikli rejenerasyon, AISI 304 paslanmaz çelik gövde, geniş kapasite aralığında endüstriyel nem kontrolü. 270 – 1.700 m³/sa
Ürünü İncele
AD 800-1100
Endüstriyel Nem Alma Cihazı
Elektrikli veya buharlı rejenerasyonlu, AISI 304 paslanmaz çelik silikajel rotorlu nem alma cihazı. 800 – 1.100 m³/sa
Ürünü İncele
Hedef Çiy Noktası ve İdeal Nem Seviyesi
Tipik bir buz pateni pistinde, buz yüzeylerinde aşırı yoğuşmayı önlemek için ortam havasındaki nem oranı belirli bir seviyenin altında tutulmalıdır. Bu amaçla önerilen üst sınır; 1 kilogram hava içinde en fazla 4,3 gram su buharı olmasıdır. Bu değere karşılık gelen çiy noktası sıcaklığı ise yaklaşık 2°C'dir.Ortam havasındaki nem oranı 3,7 gram su buharı/kg hava seviyesinin (yaklaşık 0 °C çiy noktası) altına indiğinde, daha fazla nem almak buz kalitesine kayda değer bir katkı sağlamaz ve yalnızca enerji tüketir; bu nedenle cihazın bu seviyede devreden çıkması yeterlidir. Buz yüzeyi yaklaşık −3 ile −7 °C arasında olduğundan, 0 °C civarındaki bir çiy noktasında nem buz yüzeyine daha yavaş da olsa birikmeye devam eder; örneğin −5 °C'deki buz yüzeyi üzerinde doymuş hava yalnızca yaklaşık 2,5 g/kg nem taşır. Havanın çiy (kırağı) noktası buz yüzeyi sıcaklığının altına düştüğünde ise nem buz yüzeyinden havaya geçmeye başlar (süblimleşme); buz istemsizce incelir ve yüzey kalitesi bozulabilir. Tasarımcıların yaptığı hatalardan biri, çiy noktası hedefini buz yüzeyi sıcaklığının da altına indirmektir. Bu durumda buz yüzeyi daimi olarak incelir, yüzeyde düzensiz çukurlaşmalar görülebilir ve yüzey yenileme sırasında serilen suyun bir kısmı donmadan buharlaşır. Bu sebeple pratik tasarım hedefi 0…+2 °C çiy noktası, yani 3,7–4,3 g/kg mutlak nem aralığıdır.
Doğru Sensör Seçimi: Çiy Noktası mı, Bağıl Nem mi?
Yapılan yaygın hatalardan biri de endüstriyel nem alma cihazları ile entegre çalışacak sensörlerin seçimidir. Rotorlu tip endüstriyel nem alma cihazlarının çalışma prensibi incelendiğinde, çiy noktası veya nem oranına (mutlak nem) göre kontrol edilen sistemlerin, ortamda nem ihtiyacı azaldığında otomatik olarak çalışmayı durdurduğu görülmüştür. Buna karşılık, sadece bağıl nem (RH) kontrolüyle çalışan sistemler genellikle çalışmaya devam eder ve PID ayarlarının çok hassas yapılması gereklidir.Bunun temel nedeni, buz pistlerindeki düşük hava sıcaklıklarında ortaya çıkan bir durumdur. Soğuk havalarda, havadaki su buharı miktarı (mutlak nem) ve çiy noktası zaten düşük olmasına rağmen, hava sıcaklığı çok düşük olduğu için bağıl nem (RH) değeri yüksek çıkabilir. Yani hava neredeyse kuru olsa bile, soğuk olduğu için RH oranı yüksek görünür. Bu da sadece RH değerine göre çalışan nem gidericilerin gereksiz yere çalışmaya devam etmesine neden olur. Oysa çiy noktası veya gerçek nem miktarına göre çalışan sistemler, ortamın gerçekten kuruması gerektiği zaman devreye girer, ihtiyaç kalmadığında ise durur. Bu sebeple endüstriyel nem alma cihazlarının buz pistleri için konfigürasyon yapılması durumunda, çiy noktası sensörü veya ön ısıtıcı eklenmesi cihazın stabil nem kontrolü yapması hususunda önemli bir etken olarak karşımıza çıkmaktadır. Aşağıdaki grafikte, çiy noktası sensörü ve RH (bağıl nem sensörü) kullanılan bir sistemin enerji analizinin sonuçları paylaşılmıştır.
Enerji Verimliliği ve Isı Geri Kazanımı
Bir diğer önemli avantaj, endüstriyel tip rotorlu desikant nem alma cihazlarının ısı geri kazanımı ve atık ısının kullanımı ile verimlerinin artırılabilmesidir. Örneğin birçok buz pistinde, pist soğutma sisteminin kondanserinden çıkan atık ısı veya kompresörlerin sıcak gazı, desikant rotorun rejenerasyon havası için ön ısıtma olmak üzere kullanılır. Kondanser atık ısısı (yaklaşık 30–45 °C) ve sıcak gaz reaktivasyon havasını yalnızca ön ısıtır; havayı 100–140 °C reaktivasyon sıcaklığına çıkaran ısıtıcı yine gereklidir, ancak harcadığı enerji belirgin biçimde azalır. Bu ısıtıcıda elektrik yerine doğal gaz ya da buhar kullanılması da işletme maliyetini elektrikli reaktivasyona göre tipik olarak %40–60 düşürür; oran enerji fiyatlarına bağlıdır. Ayrıca, nemin stabil kontrol edilmesiyle tesis içindeki diğer ekipmanlar ve yüzeyler neme maruz kalmayacağı için, uzun vadede bakım-onarım masrafları da azalır.Rotorlu tip nem alma cihazlarının dezavantajlarına baktığımızda ise, öncelikle bu cihazların geri dönüşüm ısısı haricinde, ısıtma amaçlı ek bir enerji girdisine daha ihtiyaç duyması gelir. Rejenerasyon (reaktivasyon) havasını ısıtmak için elektrik rezistansları kullanıldığında enerji tüketimi yüksek olabilir; bu nedenle çoğu tesis daha ucuz enerji kaynağı olarak doğal gaz yakıcıları veya buhar tercih eder. Ayrıca cihazın içinde dönen rotor ve fanlar gibi hareketli parçalar bulunması, mekanik bakım gereksinimini doğurur (örn. rotor rulman-kayış ve filtre bakımı, desikant malzemenin periyodik kontrolü vb.)
Nem kontrolünün göz ardı edilmesi, tesisin yapısal bütünlüğü üzerinde de yıkıcı etkiler yaratabilir. Soğuk yüzeylerde yoğunlaşan su buharı, zamanla tavan kirişlerinde, duvarlarda ve metal yüzeylerde korozyona, ahşap yapılarda ise küf ve mantar oluşumuna yol açar. Nem kontrolü yapılmadığında, birkaç sezon içerisinde tesisin yapı elemanlarında ciddi hasarlar oluşabilir. Bu tür riskler, etkin bir nem alma cihazı sistemi kurulmadığı takdirde hem bakım maliyetlerini artırır hem de tesisin kullanım ömrünü kısaltır.
HVAC Entegre ve Hibrit Çözümler
Büyük kütleli buz tesislerinde nem kontrolü, çoğu zaman yukarıdaki gibi endüstriyel nem alma cihazlarının kullanımı haricen ya da genel HVAC sistemiyle entegre şekilde kullanılmasıyla gerçekleştirilir. HVAC entegre çözümler pistin havalandırma, ısıtma ve soğutma sistemine nem alma cihazının dahil edilmesi anlamına gelir. Örneğin, pistin taze hava santrallerine konulan soğutma serpantinleri havayı sisteme katarken soğutarak nemini alırken, iç ortamda merkezi HVAC sistemi ile otomasyon ile bağlı ancak kanal sistemi haricen direkt iç ortama çalışan nem alma cihazı kullanılabilir. Bu şekilde bir sistemde, dışarıdan gelen sıcak ve nemli hava önce bir soğutucu-nem alıcı soğutma serpantini üzerinden geçirilip kuru ve soğuk hale getirilirken, bir taraftan da endüstriyel nem alma cihazı iç ortama düşük çiy noktalı hava sağlayarak optimum nem koşullarının yakalanmasına yardımcı olur. Bu sayede tek bir iklimlendirme santrali ile hem taze hava sağlama, hem de ısıtma-soğutma yapılırken, tek bir nem alma cihazı ile de iç ortam nem dengesi sağlanmış olur. Havalandırma kanal yapıları birbirinden farklı ancak otomasyon olarak birbirine entegre çalışan bu sistemler genellikle hassas şekilde kontrol edilir ve ortam koşullarını sabit tutacak stratejiler uygulanır; örneğin nem alma cihazı iç ortam sıcaklığından bağımsız olarak havanın çiy noktası değerine göre kademeli devreye girip çıkarak ortamın nem değerinin stabil kalmasını sağlayarak aynı zamanda enerji tasarrufu yapar.
Hibrit çözümler ise soğutma bataryası ile silikajel rotorlu nem alma cihazının tek bir gövdede birleştirilmesiyle oluşturulan sistemlerdir. TFT Hybrid serisinde proses havası önce DX (doğrudan genleşmeli) ya da soğuk sulu ön soğutma bataryasından geçerek neminin bir kısmını yoğuşturur, ardından silikajel rotor kalan nemi adsorbe eder; ihtiyaca göre ön ısıtma, son soğutma ve son ısıtma bataryaları da eklenebilir. Bunlardan bağımsız olarak, bazı tesislerde pist soğutma sisteminin kondanser atık ısısı rotorun reaktivasyon havasını ön ısıtmak için de kullanılır. Bu tip hibrit sistemler, yatırım maliyeti daha yüksek olmakla birlikte düşük çiy noktası gereken uygulamalarda enerji verimliliği yüksek çözümler arasında kabul edilmektedir.
Modern buz pistlerinde en verimli ve etkili nem kontrolü, çoğu zaman enerji geri kazanımlı ve hibrit sistemlerle sağlanmaktadır. Hangi yöntemin tercih edileceği ise tesisin büyüklüğüne, dış iklim koşullarına, bütçeye ve işletme ihtiyaçlarına göre şekillenmektedir.
NKT – Nem Kontrol Teknolojileri, buz pisti uygulamalarında kullanılan TFT – İtalya silikajel rotorlu ve Hybrid nem alma cihazlarının Türkiye tedarikçisidir. Hizmet kapsamımız cihaz tedariki, cihaz seçiminde teknik destek, teknik servis ve yedek parçadır; pist iklimlendirmesinin projelendirilmesi, montajı ve devreye alınması tesisin tasarımcısı ve yüklenicisinin kapsamındadır.
Dünya Genelinde Uygulamalar ve Örnekler
Kapalı buz pistlerinde nem alma sistemlerinin önemi, küresel ölçekte uzun yıllardır kabul görmektedir. Soğuk iklim ülkeleri kadar sıcak ve nemli bölgelerde de, yıl boyu faaliyet gösteren buz arenalarında stabil nem kontrolü standart protokollere tabidir. Özellikle Kuzey Avrupa, Kanada ve ABD gibi buz sporlarının yaygın olduğu yerlerde modern tesislerin hemen hepsinde profesyonel nem alma cihazları bulunmaktadır. Dünya genelinde büyük spor organizasyonlarına ev sahipliği yapan buz pistleri incelendiğinde, genellikle entegre nem kontrol çözümlerinin uygulandığı görülmektedir.
Buz pistlerinde nem kontrolü teknik açıdan zorunlu, işletme açısından karlı ve kullanıcı deneyimi açısından kritik bir bileşendir. Yüksek nemin buz kalitesini bozup güvenliği tehlikeye attığı, sis ve yoğuşma ile tesis operasyonlarını aksattığı tartışmasız bir gerçektir. Bu sorunlarla mücadele etmek için geliştirilmiş nem alma cihazlarının tek hedefi pist içi havayı kuru ve stabil tutmaktır. Dünya genelindeki uygulamalar, doğru tasarlanmış bir nem kontrolünün pist işletmecilerine daha düşük enerji faturaları, daha az bakım ihtiyacı ve daha memnun kullanıcılar olarak geri döndüğünü göstermektedir. Buz pistlerinin yaygınlaşmasıyla birlikte bu alandaki farkındalık giderek artmakta ve çağdaş nem alma teknolojilerinin entegre edildiği bütünleşik sistemler tercih edilmektedir. İster olimpik düzeyde bir hokey arenası olsun ister halka açık bir buz pisti, ideal buz kalitesi ve güvenli bir ortam için nem kontrolü vazgeçilmezdir. Bu da uygun bir nem alma cihazı yatırımı ve doğru işletme stratejileri ile mümkündür. Böylece buz sporları tutkunları, yılın her döneminde, en iyi koşullarda buzun keyfini çıkarabilirler.
Kaynaklar: Bu makaledeki bilgiler, akademik çalışmalar ve sektör raporlarından derlenmiştir.
http://kth.diva-portal.org/smash/get/diva2:1829289/FULLTEXT01.pdf
https://www.contractormag.com/green/geothermal/article/20877074/ice-arena-is-expected-to-reduce-energy-water-costs-by-more-than-60
https://www.e3s-conferences.org/articles/e3sconf/pdf/2020/32/e3sconf_nsb2020_10010.pdf#:~:text=dependency%20on%20the%20ambient%20conditions,3%5D%20In%20ice
https://jbbengineers.com/wp-content/uploads/2018/12/IIHF_Ice_Rink_Guide_web_pdf-Copy.pdf#:~:text=Ice%20Rink%20T%20%3D%20%2B10,Cooling%2F%20dehumidification%20coil%20Heat%20recovery
