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 ve örnek vakalardan 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 başta olmak üzere tesisin işletme enerji verimliliği açısından soğutma, ısıtma, aydınlatma ve havalandırmadan sonra beşinci sırada yer almasına rağmen, nem alma sisteminde küçük bir ihmal bile tüm kontrol sisteminde zincirleme sorunlara yol açabilir.
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 verir, 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. Nem alma cihazı kullanılmayan buz pistlerinde, buz yüzeyinin sıklıkla kazınması ve yenilenmesi gerekir (ice resurfacing). Sıradan bir buz pistinde günlük 5 ila 10 kez yüzey yenileme işlemi yapılmakta ve her seferinde 400 ila 700 litre arasında su tüketilmektedir. Yüzey kazıma ve yeniden su serme işlemleri hem zaman hem de ciddi maliyet kaybına yol açar.
Özellikle uluslararası standartlara sahip buz hokeyi pistlerinde, buz kalitesini korumak için 25 farklı noktadan buz kalınlığı ölçülerek numuneler alınır. 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.
Kimyasal (endüstriyel tip rotorlu) nem alma cihazları, havadaki nemi higroskopik (nem çekici) bir malzeme yardımıyla tutma prensibine dayanır. Bu amaçla yaygın olarak desikant rotor adı verilen döner tekerlek sistemleri kullanılır. Desikant rotor, petek gözenekli yapıya sahip ve yüzeyi silika jel 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, super absorber gibi davranan desikant malzemeye yapışarak 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 absorbe 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 (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. Silika jel gibi kimyasallar çok düşük çiy noktalarına kadar nem çekebildiğinden, desikant cihazlarla (rotorlu tip endüstriyel nem alma cihazı) havayı%30–40 bağıl neme 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%30–40 bağıl nem sağlanabilmektedir.
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.
Eğer ortam havasındaki nem oranı 3,7 gram su buharı/kg hava seviyesinin altına düşerse (bu da 0°C çiğ noktası anlamına gelir), aktif olarak nem alma işlemi yapılmasına gerek kalmaz. Çünkü hava bu kadar kuru olduğunda, bu sefer buz yüzeyinden su buharlaşması artar. Bu da buzun istemsizce incelmesine ve yüzey kalitesinin bozulmasına yol açabilir. Tasarımcıların yaptığı başlıca hatalardan biri, suyun donma kuru termometre sıcaklığının altında çiy noktası yakalama hedefidir. Bu sebepten ötürü, buz yüzeyi daimi olarak incelmekte ve yapılan nokta analizlerinde buz pisti yüzeyinde orantısız olarak çukurlaşmalar meydana geldiği tespit edilmiştir. Aşırı düşük kısmi buhar basıncı yüzey yenileme esnasında yüzeye uygulanan suyun donmadan önce buharlaşmasını sağlar. Bu sebeple suyun kontrollü bir kuruluğa sahip düşük çiy noktalı bir hava ile denge halinde olması gerekmektedir.
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 çiğ 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 çiğ 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.
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. Böylece çok daha düşük bir enerji harcayarak nem alma işlemi gerçekleştirilir. Bu tür entegrasyonlar sayesinde endüstriyel nem alma cihazları, geleneksel soğutmalı sistemlere göre işletme maliyetlerinde belirgin tasarruf sağlayabilir. Avrupa’da kullanılmakta olan bir pistte, endüstriyel nem alma cihazı kullanımı ile yapılan şartlandırma muadil bir soğutmalı sisteme kıyasla enerji tüketimini ortalama%70’e varan oranda azaltabilmektedir . Ayrıca, nemin stabil kontrol edilmesiyle tesis içindeki diğer ekipmanlar ve yüzeyler neme maruz kalmayacağı için, uzun vadede bakım-onarım masraflarının da azaldığı tespit edilmiştir.
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.)
Bugün birçok ülkede buz pateni veya buz hokeyi yapılan salonlarda belirli nem sınırlarının aşılması, yasal düzenlemelerle de engellenmiştir.
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 oluşması kaçınılmazdır. 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 HVAC sistemiyle ve kimyasal nem alma cihazının tek bir ünitede birleştirilmesiyle oluşturulmuş özel sistemlerdir. Bazı gelişmiş ünitelerde ısı pompası prensibi ile çalışan bir soğutma devresi, kimyasal nem alma cihazı içerisinde bulunan desikant rotorun reaktivasyon ön ısısını sağlamak üzere entegre edilmiştir. Cihaz içinde hem evaporatör hem de kondanser olarak görev yapan eşanjörler bulunur. Proses havası ön soğutma bataryasından geçerek neminin bir kısmını yoğuşturur, ardından desikant rotorlu nem alma cihazı kalan nemi absorbe eder. Rotorun reaktivasyon tarafındaki hava ise sistemin kondanserinden gelen atık ısı ile ön ısıtma yapılarak daha düşük reaktivasyon enerjisi harcanmasına imkan tanır. Bu tip hibrit sistemler, yatırım maliyeti yüksek olmakla birlikte günümüzde enerji verimliliği en yüksek çözümlerden biri olarak kabul edilmektedir . TFT - İtalyan nem alma cihazları üreticisi tarafından üretilen bu sistemlerde%65 oranlarına kadar enerji tasarrufu sağlanan çözümler sunulmaktadır.
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 olarak, uzman mühendis kadromuz ve üstün İtalyan kalitesine sahip cihaz portföyümüzle, buz pisti projelerinde müşterilerimize ihtiyaçlarına özel, güvenilir ve sürdürülebilir çözümler sunmak için kesintisiz çalışıyoruz.
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. Örneğin Kuzey Avrupa’da yapılan bir çalışmada incelenen buz pistlerinin tamamında iç hava mutlak neminin yaklaşık 4-5 g/kg seviyesinde kontrol edildiğini (çiy noktası~2°C civarı) ve bunun için industrial dehumidifier (endüstriyel nem alma cihazı) kullanımının bir zorunluluk olduğunu vurgulamıştır. Benzer şekilde Kuzey Amerika’daki hokey salonlarında da eski tip (sadece soğutma ile nem kontrolü) yöntemlerden, desikant bazlı endüstriyel nem alm cihazı sistemlerine doğru bir geçiş yaşanmıştır. Geçmişte birçok tesiste 5–10°C civarı sıcaklık ve%60–70 bağıl nem değerleri (klasik soğutma sistemleriyle) hedeflenirken, bunun sislenmeyi engellemeye yetmediği anlaşılmış; günümüzde%40–50 gibi daha düşük bağıl nem hedefleri konularak desikant rotorlu endüstriyel nem alma cihazlı entegre veya hibrit sistemlerle çözüm sağlanmıştır.
Dünya genelinde önemli spor etkinliklerine ev sahipliği yapan buz pistleri incelendiğinde, genellikle entegre nem kontrol çözümlerinin uygulandığı görülür. Örneğin 2006 Torino Kış Olimpiyatları curling salonunda, yüksek kaliteli buz elde etmek için özel desikant nem alıcılar kullanıldığı ve ortam çiğ noktasının sürekli kontrol altında tutulduğu bilinmektedir. Benzer biçimde, NHL (Kuzey Amerika Ulusal Hokey Ligi) takımlarının arenalarında da erken dönemlerde yaşanan sis ve damlama problemleri sonrası, 1990’lardan itibaren çoğunlukla kimyasal nem alma cihazlarına geçilmiştir.
Buz pistlerinde nem kontrolü teknik açıdan zorunlu, işletme açısından kârlı 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. Türkiye’de de buz pistlerinin yaygınlaşmasıyla birlikte bu alandaki farkındalık 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. Belirtilen kaynaklarda buz pistlerindeki nem kontrolüyle ilgili daha fazla teknik detay ve örnek vakalar bulunabilir.
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