Ay: Aralık 2018

8. TABLOLAR ve DİYAGRAMLAR

 

SEMBOLLER

 

BİRİM DÖNÜŞÜMLERİ 

Birim dönüşümleri için çarpımlar 

Birim dönüşümleri için çarpımlar

Referanslar

1. ASHRAE Handbook of Fundamentals,

2. Psychrometrics, Theory and Practice, ASHRAE, 1996

3. Understanding Psychrometrics, Donald P. Gatley, ASHRAE, 2013

4. Handbook of Air Conditioning System Design, Carrier Co.,McGraw Hill 1965

5. Trane Air Conditioning Manual, 1974

6. Termodinamik, Y.A.Çengel, Michael A.Boles, McGraw-Hill/Literatür Yay, 1996

7. Isı ve Kütle Geçişinin temelleri, F.P.Incropera,D.P.DeWitt,Literatür Yay 2010

8. Isıtma+Klima Tekniği, 97/98, Recknagel-Sprenger Schramek, TTMD  2003

9. Psychrometric Chart Celebrates 100th Anniversary. D.P.Gatley, ASHRAE Journal 11, 2004

10. Air Conditioning Psychrometrics, A. Bhatya, CED engineering.com

11. Construction of Generalized Chart for Different Pressures, He-Sheng Ren

12. Understanding Humidity and Calculating Humidity Parameters, B.Pragnell

13. IAPWS, Industrial Formulation, 1997 007

14. Engineering Thermodynamics, N.J.Morgan, H.N.Shapiro

15. Steam Tables, Keenan & Keyes, Wiley 969

16. Thermophysical Properties of Humid Air, M. Conde Engineering, Zurich 2007

7. ÖRNEKLER

 7.1.YÜZEY KONDANSASYONU ve ENGEL OLMAK  İÇİN GEREKLİ İZOLASYON KALINLIĞI.

 Nem oranı yüksek ve/veya dış hava sıcaklığı çok düşük yerlerde duvar ve pencerelerde yüzey kondansasyonu çok sık karşılaşılan bir sorundur. Buna mani olmak için bu satıhlara paralel sıcak hava üflenir. Bu uygulama bir çözümdür, ancak enerji sarf etmeden de bunun önlenmesi mümkündür. Bu da bir etüd gerektirir. Prosedürü şu şekilde özetleyebiliriz:

• Önce mahal şartları dikkate alınarak oda çiy noktası“DP” psikrometrik diyagram üzerinden belirlenir.
• Separasyonun (duvar, pencere, tavan vb.) satıh sıcaklığı hesap yoluyla bulunur. Bu sıcaklık oda çiy noktası “DP” ile karşılaştırılır. Eğer hesaplanan sıcaklık “DP”den düşükse satıh kondansasyonu oluşacaktır.
• Bu durumda duvar ısı iletim katsayısı izolasyon malzemeleri de dikkate alınarak yenilenir. Yeni hesaba göre satıh sıcaklığı tekrar hesaplanır. Bulunan sıcaklık “DP”den büyükse çalışma başarılı olarak neticelenmiştir. Eğer değilse izolasyon kalınlığı arttırılarak veya cinsi değiştirilerek takrarlanır.

Bunu bir örnekle izah edelim.

Oda şartlarımız 26^oC, %65 rH, dış hava şartlarımız da -12^oC (örneğin Ankara) olan bir mahalde dış duvar kalınlığı 50mm sıvasız beton perdedir. Kondansasyon olup olmayacağını, eğer oluşuyorsa gerekli izolasyon kalınlığını hesaplayın:

Psikrometrik diyagramdan 26^oC, %65 rH oda şartları için doyma noktası “DP” 19,3^oCKT olarak bulunur.

İkinci olarak beton perde duvarın ısı iletim katsayısını hesaplayalım:

K=Isı iletim katsayısı (W/^oK.m²)

α_iç=İç hava film katsayısı (23,50 W/^oK.m²)

α_dış=Dış hava film katsayısı (8,15 W/^oK.m²)

δ = duvar kalınlığı (0,05 m)

λ = ısı iletkenliği (0,80 W/m.^oK)

Üçüncü olarak ısı denklemini kuralım. Denklem 1 metrekare yüzey alanı için yapıdığından denklem alan ölçüsü “F” bulunmayacaktır.

q₁= k₁(t_iç-t_dış)

q₁= 1,64 x 38 =62,32 W/m² 

Dördüncü olarak iç sathın sıcaklığını hesaplamak için ısı eşitlik denklemini kuralım.

q₂= k₂(t_satıh-t_dış)

 q₁= q₂

 k₁(t_iç-t_dış)= k₂(t_satıh-t_dış)

 62,32= k₂(t_satıh-t_dış)

Beşinci olarak “k₂” diye adlandırdığımız, iç hava filmini dikkate almayan ısı iletim katsayısını hesaplayalım

 

 Bulduğumuz bu değeri ısı eşitliği denklemindeki yerine koyarak satıh sıcaklığını bulalım.

k₁(t_iç-t_dış)= k₂(t_satıh-t_dış)

62,32= 2,05 (t_satıh+12)

t_satıh= +18,4 < 19,3^oC

Bulduğumuz bu sonuca göre satıhta terleme olacaktır. Terlemeye mani olmak için iç sathı poliüretanla izole edeceğimizi kabul edelim ve izolasyon kalınlığını hesaplayalım.

Bu formülde ,

δ = izolasyon kalınlığı (X m)

λ = ısı iletkenliği (0,03 W/m.^oK)

k₁(t_iç-t_dış)= k₂(t_satıh-t_dış)

k₁(26+12)= k₂(19,3+12)

38k₁= 31,3k₂

X= 0,0025m (≃30mm) izolasyon kalınlığı bulunur.

Aynı işlemi pencereler ve vitrin camlar için de yapabiliriz.

sıcaklığı sabittir. Üflenen hava miktarı mahallin maksimum yaz (soğutma) yüküne göre belirlenir. Minimum hava debisi IAQ’ya bağlı olarak mahallin minimum hava debisine, örneğin içerideki insan sayısı ile beher kişi için gerekli olan taze hava miktarının çarpımına eşittir.

İki değişik türde VAV uygulaması yapılmaktadır.

• Yaz ve kış uygulamalarının tümünde değişken hava debisi

7.2. Değişik ve Sabit Sıcaklıklardaki Suyun Havaya püskürtülmesi.

Bölüm-5, konu 5.5.1’de havanın su ile nemlendririlmesi incelenmişti. Ku konuda dışarı ile ısı alış-verişi olmaması nedeniyle gerekli buharlaşma ısısının dahilden, yani su ve havadan karşılanacağı, bu adyabatik proses sonucu su sıcaklığının adyabatik doyma noktası sıcaklığına eşit olacağı, havanın adyabatik soğuma neticesi, verim oranında bu sıcaklığa yaklaşacağı anlatılmıştı. Bu uygulamalar, yukarıda da belirtildiği gibi dışarıdan herhangi bir ısı (sürekli ısıtma veya soğutma) ilavesi yapılmaması durumda geçerlidir. Ancak bu tam olarak ısı ilavesi durumunda doğru değildir. Havanın püskürtülen su sıcaklığına yaklaşacağı doğrudur, ancak proses artık bir adyabatik proses değildir. Bu konunun detaylı incelenmesi başka bir kitabın konusudur. Biz burada kısa bir bilgilendirmeyle yetineceğiz.

Bu işlemler iki değişik uygulama için aşağıda gösterilmiştir.

Bu uygulamalardan birincisi paralel yönlü uygulamadır. Buna örnek olarak hava yıkayıcılı klima santralarındaki paralel yönlü püskürtmeyi gösterebiliriz. Ancak bu uygulamanın tek farkı nemlendiriciye gelen suyun devamlı ısıtılması veya soğutulmasıdır.

Paralel yönlü nemlendirici aşağıda şematik olarak gösterilmektedir.

 

Diğer bir uygulama da ters yönlü akış prensibine göre yapılan uygulamalardır. Bu uygulamaların en tipik örneği dik tip su soğutma kuleleridir. Bunun psikrometrik diyagramını ve diyagramatik çizimini aşağıda görüyorsunuz.

Her iki diyagramda da mavi çizgiler soğutulmuş su ile, kırmızı çizgiler ise ısıtılmış su ile gerçekleştirilen prosesleri temsil etmektedir. Yeşil hat ise herhangi bir ısı ilavesi olmaksızın gerçekleştirilen adyabatik prosesi göstermektedir.

 

6. KLİMA UYGULAMALARININ PSİKROMETRİK OLARAK İNCELENMESİ

6.1. SOĞUTMA YÜKÜNE BAĞLI OLARAK HAVA DEBİSİNİN TAYİNİ

 Bir mahallin soğutma yükünü karşılamak için gerekli hava debisi o mahallin duyulur ısı kazancına bağlıdır. Bunun nedeni de duyulur ısı yükünün kuru termometre sıcaklığının değişimi ile karşılanmasından kaynaklanmaktadır. Bu nedenle mahal için gerekli hava debisi mahallin duyulur ısı kazancının üflenen sıcaklık fakı ile havanın sabit basınçtaki özgül ısısı ve özgül ağırılığının çarpımına bölünmesi ile elde edilir.

Bu işlemde:

Q_duy= Mahallin duyulur ısı kazancı   (kJ/h)

ɤ    = havanın özgül hacmi  (m³/kg)

Δt   = Oda kuru termometre sıcaklığı ile üflenecek klimatize hava

Arasındaki sıcaklık farkı . Genelde 8^oC ila 10^oC alınır.

C_p    = havanın sabit basınçta özgül ısısı ( 1.00483 kJ/kg) (Havanın özgül ısısı ile ilgili hususlar Bölüm-1, konu 3.2’de geniş olarak anlatılmıştır.)

Bundan sonra yapılacak işlem psikrometrik diyagram üzerine “t_RA”ve “t_sa” değerlerini izotermler halinde işlemektir. İkinci işlem ise “RSHR”ye bağlı proses hattının çizilmesidir.

Sisteminiz %100 dış hava ile çalışacaksa “SA” konumu ile “OA” konumu bir doğru ile birleştirmek yeterlidir. Elde edeceğiniz doğru klima santralındaki soğutma prosesidir. Bu hattın eğimi “ESHR” ye eşittir ve hattın doyma eğirisini (%100 bağıl nem eğrisini) kestiği nokta da “ADP” olarak tanımlanan cihaz çiy noktasıdır.

Eğer sistem karışım havası ile çalışacaksa önce “RA” ile “OA” konumlarını düz bir çizgi ile birleştirip bu hat üzerinde karışım noktasını bulmanız gerekir. İkinci işlem ise bulunan bu “KA” noktasını “SA” ile birleştirmektir. Karışım havalı uygulamalardaki soğutma prosesi çizginiz bu olacaktır. Bu çizginin de doyma eğrisini kestiği nokta “ADP” noktanızdır. Bu noktayı soğutucu akışkan dönüş sıcaklığı olarak alabilirsiniz.

%100 dış havalı uygulama aşağıdaki psikrometrik diyagramda görülmektedir.

Bu uygulamada:

Q_duy-oda= V.(1/ɤ)c_p(t_RA-t_SA)
Q_giz-oda= V.(1/ɤ)(w_RA-w_SA).h_fg
Q_top-oda= V.(1/ɤ)c_p(t_RA-t_SA) + V.(1/ɤ)(w_RA-w_SA).h_fg
RSHR= Q_duy-oda/ Q_top-oda

Q_duy-sist= V.(1/ɤ)(h_OA-h_SA)= V.(1/ɤ)c_p(t_OA-t_SA)
Q_giz-sist= V.(1/ɤ)(w_OA-w_SA).h_fg
Q_top-sist= V.(1/ɤ)c_p(t_OA-t_SA) + V.(1/ɤ)(w_OA-w_SA).h_fg
ESHR= Q_duy-sist/ Q_top-sist

olmaktadır.

“ADP” sıcaklığı 11^oC olduğu için tercih edilen soğutucu akışkan, istenen “ESHR” soğutma prosesi eğrisini sağlayabilmek için 5/11^oC veya  6/11^oC olmalıdır.

Aşağıdaki psikrometrik diyagramda da karışım havalı bir uygulama görülmektedir. Bu uygulama için aynı denklemlerle mahal ve sistem yüklerini bulabiliriz. Ancak sistem karışım havalı olduğu için sistem yükünün hesabında “OA”ların yerini “KA”lar alacaktır.

 Q_duy-oda= V.(1/ɤ)(h_RA-h_SA)= V.(1/ɤ)c_p(t_RA-t_SA)
Q_giz-oda= V.(1/ɤ)(w_RA-w_SA).h_fg
Q_top-oda= V.(1/ɤ)c_p(t_RA-t_SA) + V.(1/ɤ)(w_RA-w_SA).h_fg
RSHR= Q_duy-oda/ Q_top-oda

Q_duy-sist= V.(1/ɤ)(h_KA-h_SA)= V.(1/ɤ)c_p(t_KA-t_SA)
Q_giz-sist= V.(1/ɤ)(w_KA-w_SA).h_fg
Q_top-sist= V.(1/ɤ)c_p(t_KA-t_SA) + V.(1/ɤ)(w_KA-w_SA).h_fg
ESHR= Q_duy-sist/ Q_top-sist

ADP konumu 12^oC olması nedeniyle seçilen soğuk su rejimi 7/12^oC’dir.

Bu prosese uygun klima santralı aşağıda gösterilmektedir. Şemtik çizim üzerine, takip kolaylığı açısından psikrometrik prosesteki tanımlar da işlenmiştir.

6.2. KIŞ UYGULAMASI İÇİN HAVA DEBİSİ VE ISITMA YÜKLERİNİN TESPİTİ-1, NEMLENDİRMESİZ ve SU İLE NEMLENDİRMELİ ÖRNEKLER.

 Genelde kış uygulaması için gerekli hava debisi yaz klima yükü esas alınarak belirlenen hava debisine eşit alınır. Ancak daha yüksek üfleme sıcaklıklarının arzu edilmesi, veya dış hava yükünün fazla olması gibi  durumlarda enerji tasarrufu açısından değişik debili uygulamalara gidilebilir ve kış uygulamaları için daha düşük hava debileri seçilebilir. Bu tip uygulamaların çift devirli veya frekans konvertörlü vantilatör ve aspiratörlerin kullanılması suretiyle gerçekleştirilmesi mümkündür. Biz örneğimizde sabit hava debili bir klima santralı için psikrometrik prosesi belirlemeye çalışacağız.

Kış uygulamasında karşımıza çıkan en büyük sorun nemlendirmenin yapılıp yapılmayacağıdır. Nemlendirmeye olan ihtiyacı o mahaldeki gizli ısı kazançları belirler. Eğer gizli ısı kazançları neticesi %35’in üzerinde bir bağıl nem “rH” gerçekleştirilebiliyorsa ve özel bir gereksinim yoksa nemlendirme yapılmayabilir (Bkz. Konu 5.7. Oda Efekti) . Ancak %35’in altındaki bağıl nem oranlarının insanları rahatsız edeceği, ciltte ve burun mukozasında kurumalara neden olacağı için nemlendirme yapılmalıdır. Biz sistemlerimizde her ikisini de ele alacağız.

Yukarıdaki örneğimizde 510 harici havalı bir kış kliması uygulaması gösterilmektedir. Bu uygulamada “t_OA-t_RA” arası ısıtma işlemi dış havanın mahal şartlarına kadar ısıtılmasını, “t_RA-t_SA” arasındaki işlem ise mahallin ısı kaybını karşılamak için mahal şartlarına kadar ısıtılmış havanın “SA” şartına kadar aşırı ısıtılmasını içermektedir.

Q_DH= V.(1/ɤ)c_p(t_OA-t_RA)………… dış havanın oda şartlarına kadar ısıtılması

Q_Kış= V.(1/ɤ)c_p(t_RA-t_SA)………… mahal ısı kaybı

∑Q_Kış= Q_DH+ Q_Kış…………………. Toplam ısıtma yükü

Bu uygulamada oda efekti neticesi istenen mahal şartları olan 22^oCKT, %35 rH’ın elde edileceği,  dolayısıyla mahalde birim hava debisi için “W_OA-W_RA”kadar gizli ısı kazancı olduğu varsayılmıştır.

Diğer bir uygulama da ısıtılan dış havanın mahal konfor şartını temin etmek amacıyla nemlendirilmesidir. Bu uygulamada mahalde gizli ısı kazancı olmadığı veya ihmal edilebilecek bir düzeyde olduğu varsayılmıştır.

Bu prosese uygun klima santralının şematik çizimi aşağıda gösterilmektedir.

Nemlendirme işlemi, konu 5.5’de anlatıldığı gibi iki şekilde yapılabilmektedir.

• Su ile nemlendirme
• Buhar ile nemlendirme

Biz bunlardan önce su ile nemlendirmeyi ele alacağız.

Sulu nemlendirme daha önceki bahislerde de bahsedildiği gibi hava yıkayıcı püskürtücülerle veya dolgu tipi (matt type) nemlendiricilerle yapılabilir. Bu iki uygulamanın psikrometrik prosesler açısından birbirinden farkı yoktur.

Su ile nemlendirmedeki en önemli özellik havanın içine pulverize su püskürtüldüğü taktirde mutlak nem oranının artmasına ilaveten adyabatik soğutmanın meydana gelmesidir. Isıtılmış havanın nemlendirme işlemi sonucu soğuması, havanın tekrar ısıtılmasını gerekli kılmaktadır. Bu da genelde ikinci bir ısıtıcı batarya gereksinimini ortaya çıkarmaktadır. Bu prosesi belirlerken en doğru yaklaşım oda şartları olan “RA” konumundan işe başlamak olacaktır. Son ısıtıcıda “SA” noktasına kadar ısıtma ve bilahare ısı kaybı nedeniyle mahalde soğuma oda şartları olan “RA” konumundan geçeceği için ilk yapacağımız işlem “RA”dan geçen bir doğru çizmektir. Bu doğru üzerinde “SA” noktasını mahal ısı kayıpları belirler. “2” konumu ise hava yıkayıcı ve nemlendiricinin verimi ile ilgilidir ve proje mühendisi tarafından belirlenir. Konu 5.5.1’de hava yıkayıcı ve nemlendiricilerin verimlerinin %70 ile %95 arsında olduğu belirtilmektedir. Bu nedenle verimi %85 almak doğru bir yaklaşım olur.

“2” noktasını bulduktan sonra bu noktaya ait sabit entalpi çizgisinin “OA” konumundan gelen yatay hat ile kesiştiği “1” noktası da hava yıkayıcı ve nemlendiriciye giriş şartlarıdır.

Bu psikrometrik diyagramda görülen OA-1 hattı dış havanın nemlendirmeye uygun koşula kadar ısıtılmasını içermektedir. 2-SA hattı ise adyabatik soğumaya tabi tutulmuş havanın Sa koşuluna kadar ısıtılmasını kapsamaktadır. Bu işlem içinde 2-RA arası havanın mahal şartına kadar ısıtılmasını, RA-SA arası ise mahal ısı kaybını karşılamak için daha da ısıtılmasını içermektedir. Bu prosesleri şu şekilde formülize edebiliriz.

Q_ÖI= V.(1/ɤ)c_p(t₁-t_OA)= V.(1/ɤ)(h₁-h_OA)…………Ön ısıtıcı
Q_SI= V.(1/ɤ)c_p(t_SA-t₂)= V.(1/ɤ)(h_SA-h₂)…………..Son ısıtıcı

Mahal ısı kaybı ise aşağıdaki gibidir.

Q_SI= V.(1/ɤ)c_p(t_SA-t_RA)= V.(1/ɤ)(h_SA-h_RA)………..Mahal ısı kaybı

Bu uygulamaya uygun bir klima santralı örneği aşağıda görülmektedir.

Bu uygulamayı, mahallin taze hava ihtiyacını dikkate alarak %100 dış havalı bir sistem yerine karışım havalı bir sistem olarak ta tasarlamak mümkündür. Psikrometrik diyagramdaki fark OA-RA karışımının ilavesinden ibaret olacaktır. Ancak karışım nedeniyle ısı yüklerinde, özellikle ön ısıtıcı yükünde önemli bir azalma meydana gelecektir.  Karışım havalı uygulamanın psikrometrik diyagramı ve santral şematik çizimi aşağıda yer almaktadır.

%100 dış havalı uygulama ile karşılaştırdığımızda hava karışımı neticesi ön ısıtıcının kapasitesinin önemli ölçüde azaldığını, ancak son ısıtıcı kapasitesinin değişmediğini görürüz. Havayı nemlendirmek için gereken su miktarında da %50 tasarruf sağlandığı görülmektedir.

6.3. KIŞ UYGULAMASI İÇİN HAVA DEBİSİ VE ISITMA YÜKLERİNİN TESPİTİ-2,

      BUHAR İLE NEMLENDİRMELİ ÖRNEKLER.

 Hava yıkayıcılı nemlendiricilerde bağıl nem oranının oransal kontrolu oldukça zordur. Bu nedenle bu proseslerde iki konumlu uygulamalar genellikle tercih edilmektedir. Çünkü nemlendirme proses hattı üzerinde “2” noktasını herhangi bir yerde sabitlemek ve kontrol altında tutmak oldukça zordur. Bu işlem yalnızca havaya püskürtülen suyun debisinin kontrolu ile yapılamaz. Pulverizasyon, damlacık tanelerinin büyüklükleri ve nozullardaki basınç bunu etkileyen unsurlardır. Bu nedenle sulu nemlendiricilerde elde edilebilecek maksimum verimle ulaşılabilecek “2” noktası hedeflenir ve bu noktanın kontrolu iki konumlu kontrol, örneğin santrifuj pompaya verilen “dur-kalk” komutu ile gerçekleştirilir. Aksi mümkün olsaydı “2” noktası ile “SA” noktası çakıştılmak suretiyle sistem basitleştirilebilir, son ısıtıcı elimine edilebilirdi.

Sulu nemlendiricilerin diğer bir handikapı havada adyabatik soğutmaya neden olmalarıdır. Bu nedenle son ısıtıların kullanımı gerekmektedir.

Üçüncü bir husus ta havaya püskürtülen pulverize suyun buharlaşması ve havaya karışması için belirli bir hacım ve hücre uzunluğuna ihtiyaç göstermeleridir. Bu uzunluk imalatçı firmalar arasında farklılık göstermekle birlikte 1500mm ile 2500mm arasında olduğunu söyleyebiliriz. Bu da klima santralının boyunu uzatmakta, daha büyük makina dairelerine gereksinim göstermektedir.

Buharlı nemlendiriciler bu handikapları gidermek üzere geliştirilmişlerdir. Buharlı nemlendiricilerin sağladıkları faydaları aşağıdaki gibi özetleyebiliriz.

• Oransal olarak kontrol edilmeleri mümkündür. Havaya püskürtülen buhar miktarının oransal kontrolu ile bu işlem kolaylıkla gerçekleştirilmektedir.
• Sulu nemlendiricilerde olduğu gibi uzun hücrelere gereksinim göstermezler, çok daha küçük hacimlerde çözülebilirler. Kanala monte edilebilirler.
• Eğer uygulanan mahalde buhar, örneğin atık buhar mevcutsa enerji açısından son derece ekonomik çözüm getirirler.

%100 haricihavalı , buharlı nemlendiricili bir klima santralının psikrometrik diyagramı ile santralın şematik çizimi aşağıdadır.

Diyagramda da görüldüğü gibi OA-1 hattı dış havanın ısıtıcı bataryada ısıtılması işlemidir. 1-SA hattı ise buhar püskürtülmesi suretiyle mutlak nem oranının arttırılmasıdır. Konu 5.5.2’de buhar ile nemlendirme bahsi detaylı bir biçimde anlatılmıştır. Örneğimizde elektrodlu buhar jeneratörü kullanıldığı ve doymuş kuru buharın sıcaklığının 100^oC olduğu kabul edilmiştir.100^oC’taki doymuş kuru  özgül entalpisi 2675,57 kJ/kg’dır (Bkz. Tablo-1, Doymuş Haldeki Suyun termodinamik Özellikleri). Bu durumu psikrometrik diyagramın sol üst köşesindeki “Δh/ΔW” skalasına çizer ve bu çizgiyi paralel olarak “1” noktasına taşırız. Bu bizim nemlendirme prosesimizdir.

“SA” noktasında mahalle sevk olunan klimatize hava mahallin ısı kaybı nedeniyle “RA” şartına kadar soğuyacaktır. Bu prosesteki ısıtma ve nemlendirme işlemleri aşağıdaki gibidir.

Q_Isıt= V.(1/ɤ)c_p(t₁-t_OA)= V.(1/ɤ)(h₁-h_OA)………… ısıtıcı

W_nem= V.(1/ɤ)(W_RA-W_OA)= …………………………..…nemlendirici

Bu miktar ön ısıtıcıdan çıkan havaya ilave edilen su buharı miktarıdır ve birimi “kg”dır. Bu işlem için gerekli enerji ise aşağıdaki gibidir.

Q_nem= V.(1/ɤ)(W_RA-W_OA)h_fg= V.(1/ɤ)(h_SA-h₁)….nemlendirici yükü

Bu işlemde “h_fg” birim ağırlıktaki suyun buharlaşması için gerekli entalpidir. (100^oC su için h_fg=2256,47 kJ/kg).

Aynı uygulamayı karışım havalı bir klima santralı ile yaparsak psikrometrik diyagramımız ve klima santralımız aşağıdaki gibi oluşur.

Bu uygulamanın psikrometrik işlemleri bir önceki %100 dış havalı buharlı nemlendiricili klima santralının aynıdır. Aynı formüller kullanılabilir.

6.4. ISI GERİ KAZANIMI

6.4.1 Genel 

Reküperatör kullanılan ısı geri kazanım işlemlerini dört ana grupta toplayabiliriz.

• Çift Serpantinli Isı Geri Kazanım Sistemleri
• Isı Borulu Isı Geri Kazanım Sistemleri
• Plakalı Eşanjörlü Isı Geri Kazanım İşlemleri
• Döner Tamburlu Isı Geri Kazanım İşlemleri

Klima santralarının tasarımı açısından her dört uygulama birbirinden farklılık gösterse de psikrometrik açıdan birbirinin aynıdır. Temel ayırım ısı geri kazanım ünitelerinin ısı geri kazanım tarzlarındaki farklılıktır. Bu açıdan ısı geri kazanım ekipmanlarını iki kategoride toplayabiliriz.

• Yalnız duyulur ısı bazında ısı geri kazanımı gerçekleştirenler
• Entalpi bazında (toplam enerji) bazında ısı geri kazanımı gerçekleştirenler

Diğer bir sınıflandırma da ısı transfer tarzına göredir.

• Direkt ısı transferi ile geri kazanım sağlayanlar
• Üçüncü bir transfer elemanı (hidronik) kullananlar.

Yukarıdaki şematik çizimde her dört tip ısı geri kazanım uygulaması görülmektedir.

Çift serpantinli ısı geri kazanım sistemleri ile ısı borusu geri kazanım sistemleri ısı transferi için hidronik eleman kullanırlar. Bu eleman çift serpantinli sistemlerde su veya su-etilen glikol karışımıdır. Verimi düşük olan (%40 civarı) ve salt duyulur ısı bazında ısı geri kazanımı sağlayan bu sistemin en büyük avantajı vantilasyon ve aspirasyon ünitelerinin aynı mahalde bulunmaları mecburiyetinin olmamasıdır. Örneğin egzost ünitesi çatıda, klima santralı ise bodrum katta olabilir. Transfer boru donanımı ve sirkülasyon pompası vasıtasıyla gerçekleştirilir.

Isı borusunda ise direkt genleşmeye müsait soğutucu akışkandır; en geniş kullanımı olan R-134’dür. Pomapaya gerek göstermeyen, soğutucu akışkanın dansitesinde buharlaşmaya bağlı olarak meydana gelen değişiklikler nedeni sirkülasyonu kendi içinde sağlar. Verim olarak çift serpantinli sistemlere benzerlik gösterirler.

Plakalı eşanjörlerde metal veya LiBr solüsyonu emdirilmiş selülozik elemanlar egzozt ve dış hava arasındaki bölmeyi oluşturur, bu bölme üzerinden ısı iletimi sağlanır. Bu nedenle plakalı ısı geri kazanım eşanjörleri kararlı rejim çalışması olarak kabul edilirler. Plakaları aluminyum veya benzeri metallerden oluşan eşanjörler salt duyulur ısı transferi yapar ve (^oC) bazında ısı geri kazanımı sağlar. Selüloz, örneğin LiBr veya benzeri sıvı emdirilmiş kağıt  elemanları olanlar duyulur ve gizli ısı transferi yaparlar. Bu eşanjörlere entalpi bazlı ısı geri kazanım eşanjörleri tabir edilir. Plakalı eşanjörlerin verimleri tasarımına bağlı olarak %40 ila %85 arası değişmektedir. Bir plakalı eşanjör aşağıda görülmektedir.

Döner tamburlu eşanjörler salt metal veya satıh kaplamalı metal dolgu malzemesine sahiptirler. Bulundukları klima santralları içinde 80 ila 100 d/dak hızla dönerler. Dönme işlemi küçük bir elektrik motoru vasıtasıyla gerçekleştirilir. Egzost havası tarafındaki tekerleğin yarısı egzost havasının sıcaklığı nedeniyle ısınır ve dönme hareketi neticesi bu havayı soğuk olan dış havaya taşır (yaz aylarında bu işlemin tersi olur). Bu nedenle döner tamburlu ısı geri kazanım eşanjörlerinin çalışma tarzı kararsız rejim olarak kabul edilir. Döner tamburlu eşanjörler üç değişik şekilde imal edilmektedirler:

1. Salt metal (aluminyum) dolgu malzemeli olanlar : Bu modeller yalnız duyulur ısı tarnsferinde kullanılırlar. Dönme işlemi neticesi cüzi bir miktar nemli havayı da sürükleseler gizli ısı transferi açısından bu husus kabili ihmaldir. Oldukça yüksek duyulur ısı geri kazancı verimine sahiptirler ((%70 ve üzeri).
2. Satıhları oksitlenmiş aluminyum dolgu malzemeli olanlar:Bu modellere antalpi tekerleği de tabir edilir. Aluminyum dolgu malzemeleri özel banyolarda oksitlendirilip belirli bir mikron kalınlığında oksit tabakasına sahip olurlar. Bu eşanjörlerin yüksek duyulur ısı geri kazanım verimlerine (%70 ve üzeri) karşılık gizli ısı geri kazanım verimleri oldukça düşüktür (%40 civarı).
3. Dolgu malzemesinin satıhları silika jel kaplı olanlar:Bu modellere absorbsiyon tekerleği de denir. Aluminyum dolgu malzemelerinin sathı özel işlemlerle pulverize silika jel ile kaplanmıştır. Yüksek duyulur ve gizli ısı geri kazanım verimlerine sahiptirler (%70 ve üzeri).

  

6.4.1. Duyulur Isı Bazında Isı Geri Kazanım:

Duyulur ısı bazında ısı geri kazanım işleminde dış hava ile oda havasının mutlak nem oranları eşnjördeki proses nedeniyle değişmemekte, aynı kalmaktadır. Bu proseste, ısı alış-verişi sonucu oluşan sıcaklıkların nasıl hesaplanacağı  TS EN 308’de belirtilmiştir.

Bu formülde:

η= Eşanjör ısı kazanım verimi ………………………………..…. (%)
t_RA=Egzost edilen havanın sıcaklığı ……………………………. (^oC)
t_OA=Dış havanın sıcaklığı ………………………………………..…. (^oC)
t₁=Egzost edilen havanın eşanjörden çıkış sıcaklığı ……. (^oC)

Bu işlemi psikrometrik diyagramda şu şekilde gösterebiliriz:

Bu prosesle ilgili olarak şu denklemleri kurabiliriz:

 Q₁=Q₂
Q₁= V(1/ɤ)C_p(t_RA-t₁)= V(1/ɤ)(h_RA-h₁)
Q₂= V(1/ɤ)C_p(t₂-t_OA)= V(1/ɤ)(h₂-h_OA)

Bu denklemlerde egzost ve dış hava debilerinin eşit olduğu varsayılmıştır. Debilerin farklı olması durumunda aynı denklemler “V” değerlerinin eşit olmayan değerlerle değiştirilmesi sonucu elde edilir.

Yukarıdaki örnekte ısı geri kazanım veriminin %55 alınması nedeniyle soğuyan oda havasının oda doyma noktası olan “DP”ye varmadığı görülmektedir. Eğer verim daha yüksek olsaydı ve bunun neticesi hesaplanan “t₁” sıcakığı doyma eğrisinin dışında çıksaydı bu durumda entalpi eşitlikleri ile prosesi belirlemek gerekecekti. Bu durumu verimi %80 olan bir ısı geri kazanım eşanjörü ile gösterelim.

 Bir önceki sayfada vermiş olduğumuz verim denklemini %80 için yaptığımızda hayali “t_x” noktasını +2^oC olarak buluruz. Ancak bu sıcaklık doyma eğrisinin üstünde olduğu için mümkün değildir. Ancak bu sıcakılığın özgül entalpisi denklemde kullanılabilir.

Q₁=Q₂
Q₁= = V(1/ɤ)(h_RA-h₁)        ( h_x=h₁)
Q₂= V(1/ɤ)C_p(t₂-t_OA)= V(1/ɤ)(h₂-h_OA)

Bu işlemde egzost edilen hava “DP” sıcaklığından daha düşük bir sıcaklığa soğutulduğu için yoğuşma meydana gelmektedir. Eğer “1” noktası 0^oC’ın altında olsaydı bu sefer karlanma ve buzlanma yoğuşmanın yerini alacaktı.

Yoğuşma ve karlanma olan plakalı ısı geri kazanım eşanjörlerinin egzost tarafında bir yoğuşma kabı bulunması gereklidir. Eğer karlanma olayı varsa defrost tertibatı bulunmalıdır. Bu husus konumuz dışı olduğundan detayına girilmeyecektir; imalatçı firmalarla temasa geçilmesi tavsiye olunur.

6.4.2. Toplam Isı (Entalpi) Bazında Geri Kazanım:

 Toplam ısı bazında ısı geri kazanımı hem duyulur ısı bazında “^oC” olarak, hem de gizli ısı bazında “W” olarak ısı geri kazanımını, diğer bir ifadeyle hem ısı hem de kitle transferini içermektedir. Bu nedenle iki değişik verim değerinin belirtilmesinde yarar vardır. Bunlardan biri duyulur ısı geri kazanım verimi, diğeri de gizli ısı geri kazanım verimidir.

Bu işlemi psikrometrik diyagrama aktarabilmemiz için “t₁” ve “t₂” değerlerine ilaveten “W₁” ve “W2” değerlerini de bulmamız gerekmektedir. Burada yapacağımız işlemi şu şekilde özetliyebiliriz:

1. Duyulur ısı bazında ısı geri kazanımı verimi “η_t“yi esas alarak “t₁” egzost havası eşanjör çıkış sıcaklığını belirleyin. Bu noktanın kuru termometre koordinatından sabit kuru termometre çizgisini çizin (diyagramda “t₁” noktasından yukarı doğru uzanan yeşil çizgi).
2. Isı denklemini kurup dış havanın eşanjörden ısınmış olarak çıkacağı “t₂” noktasını belirleyin. Bu noktanın kuru termometre koordinatından da aynı şekilde sabit kuru termometre çizgisini çizin (diyagramda “t₁” noktasından yukarı doğru uzanan yeşil çizgi).
3. Psikrometrik diyagramdan “W_RA” ve “W_OA” değerlerini bulun.
4. “η_w“ verim değerini esas alarak diyagramdan “W₁” ve “W₂” değerlerini hesaplayın. Her iki değer için mutlak nem oranı ordinatına dik iki sabit mutlak nem çizgisini çizin (Bizim örneğimizde verim %50 olduğu için her iki hat üst üste çakışacaktır).
5. “W₁” yatay hattı ile “t₁” dikmesinin kesiştiği nokta “1” konumudur.
6. “W₂” yatay hattı ile “t₂” dikmesinin kesiştiği nokta “2” konumudur.
7. RA-1hattı eşanjörde egzost havasının soğuma hattıdır. Aynı şekilde OA-2 hattı da ısı geri kazanımı ile dış havanın ısınma ve nem kazanma hattıdır.

Aşağıdaki psikrometrik diyagramda mahal şartları 22^oC, %50 rH, dış hava şartları -3^oC, %30 rH  ve eşanjör verimleri η_t=%75, η_w=%50 olan bir uygulama örneği verilmektedir.

  

6.5. ISI GERİ KAZANIMLI KLİMA SANTRALI ÖRNEKLERİ

6.5.1.  Kış Uygulaması

Kış kliması örneğimizde antalpi bazlı ısı geri kazanım tamburu olan, karışım havalı ve buharlı nemlendiricili bir klima santralını inceleyeceğiz.

Klima santralımız dört mevsim çalışmak üzere dizayn edildiği için bünyesinde soğutucu batarya da bulundurmaktadır. Önce kış klima uygulamasını inceleyeceğiz, bilahare yaz klimasını göreceğiz.

Isı geri kazanım işlemi 6.4.3’deki örneğin aynıdır. Ancak egzost ettğimiz hava psikrometrik proses açısından bizi ilgilendirmediğinden kesin çizgilerle gösterilmiştir. OA-2 dış havanın döner tamburlu ısı geri kazanım cihazında ısı ve mutlak nem kazanmasını göstermektedir. “2” konumundaki hava, döner tamburlu eşanjörden geçmeyen %50 oranındaki mahal havası ile karışmaktadır. Bu proses 2-RA hattı olup karışım noktası “KA” ile gösterilmiştir. KA-3 hattı ise ısıtıcı bataryada karışım havasının ısıtılması hattıdır. “3” noktasındaki havanın beher kligramına “W_ra-W_ka” kadar buhar ilavesi ile nemlendirme yapılmaktadır. “SA” noktası ise klimatize havanın mahalle sevk olunduğu konumdur.

Bu uygulamada entalpi bazlı ısı geri kazanım tamburunun kullanımının getirdiği avantajlar açıkça görülmektedir. Örneğin KA-3 ısıtma proses çizgisi kısalmıştır. Eğer ısı geri kazanımı olmasaydı karışım işlemi OA-RA hattı üzerinde yapılacak ve ısıtma bataryası da bunun neticesi olarak daha büyük çıkacaktı. Keza aynı mantığı nemlendirme prosesi için de yürütmek mümkündür. “KA” noktasının daha solda ve aşağıda bir konumda olması gerekli buhar miktarında da artışa neden olacak, neticede daha büyük bir buharlı nemlendirici kullanılacaktı. Bu da bize işletme maliyeti açısından büyük avantajlar sağlamaktadır.

6.5.1. Yaz Uygulaması

  Yukarıdaki psikrometrik diyagramımızda 550 karışım havalı bir yaz uygulaması görülmektedir. Veriler aşağıdaki gibidir.

η_duy= %75……………………  Duyulur ısı verimi

η_giz= %50………………….  Gizli ısı verimi

Dış hava oranı = %50

Oda şartları:

26^oCKT, %50rH,    RSHR=0,82

Bu diyagramda “OA-2” hattı dış havanın döner tamburdan geçerken soğuması ve mutlak neminin belirli bir miktarını bırakmasını, “SA-1” hattı da egzost edilen mahal havasının ısınırken dış havadan transfer edilen nemi bünyesine almasını göstermektedir. Ancak egzost havası bu aşamada bizleri ilgilendirmediği için yalnız malumat kabilinden kesik çizgiler halinde gösterilmiştir. Bir antalpi bazında ısı geri kazanımı aparatından hava çıkış şartlarının hesabı 6.4.3.’de gösterilmiştir.

“2-RA” hattı oda havası ile döner tamburlu ısı geri kazanım cihazından çıkan havanın karışım prosesinin meydana geleceği hattır ve “KA” noktası karışım noktasıdır.

“RA-SA” ESHR’ye eşit olup oda efekti neticesi havanın mahalde ısınması işlemini göstermektedir. Havanın 10^oC sıcaklık farkı ile üfleneceği kabul edildiğinden “KA-SA-ADP” hattı da klima santralı soğutma bataryasındaki soğutma prosesidir. Daha önceki bahislerde anlatıldığı gibi ADP kuru termometre sıcaklığı soğutucu su çıkış sıcaklığına eşit alınırsa, soğutucu bataryada sirküle eden soğutulmuş su 7/12^oC bulunur.

6.6. DEĞİŞKEN HAVA DEBİLİ SİSTEMLER

 Değişken hava debili sistemlerde iki temel uygulama tipi vardır.

1. Yaz ve kış uygulamasında değişken hava
2. Yaz uygulamasında değişken hava, kış uygulamasında miminum debide sabit hava.

VAV terminal üniteli sistemlerin en büyük özelliklerinden biri mahallin sıcaklığının kontrolunu üflenen havanın sıcaklığını ayarlayarak yapmak yerine sabit sıcaklıkta ve değişken debide hava sevk etmesidir. VAV ismi de buradan kaynaklanmaktadır, “Değişken Hava Debili” tabirinin İngilizcesinin baş harflerinden oluşmaktadır.  Bu sistemde maksimum debi mahallin maksimum yaz yüküne göre, minimum debi de IAQ’ya bağlı olarak mahaldeki insan sayısına göre belirlenir. Mahal sıcaklık değişimine bağlı olarak hava debisi oransal olarak regüle edilir. Bu uygulama yaz-kış uygulanabileceği gibi (Bkz üstteki diyagram sol çizim) enerji ekonomisi açısından yaz uygulamasında değişken hava debisi, kış uygulamasında ise minimumda sabit hava debisi uygulaması da yapılabilir (Bkz. Sağ çizim). Kış çalışmasında minimum debi uygulaması yapılıyorsa klima santralı hava çıkışı miminum sıcaklıkta, örneğin 16^oC’ta sabit tutulur, mahallin bakiye ısı ihtiyacı VAV terminal ünitesinin hava çıkış tarafına yerleştirilen bir ısıtıcı batarya ile gerçekleştirilir.

VAV terminal ünitelerinin diğer bir özelliği de değişen basınç farkları, örneğin giriş basınçları karşısında sabit debi uygulamsını yapabilmesidir. Özellikle HEPA filtreli uygulamalarda faydalanılan bu özellik konumuz dışı olduğundan yalnızca bilgi vermekle yetinilecektir.

Aşağıdaki psikrometrik diyagramda VAV terminal üniteli, değişken hava debili sistemlerin yaz-kış uygulamaları gösterilmektedir.

Diyagramda kırmızı çizgiler yaz uygulamasını, mavi çizgiler de kış uygulamalarını göstermektedir. Her iki uygulama için 5100 dış hava kabul edilmiştir. Yaz uygulamasında “OA” şartlarındaki hava klima santralında “SA” şartlarına kadar soğutulmakta ve mahalle sevk olunmaktadır. “SA-RA” hattı mahalde oda efekti neticesi duyulur ve gizli ısı kazancını göstermektedir. Bu uygulamada “SA” konumu daima sabittir. (Dış hava şartlarındaki değişikliklerin bu konum üzerindeki etkisi  tolere edilebilecek sınırlar içindedir). Mahal ihtiyaçlarına bağlı olarak üflenen havanın debisi oransal olarak kontrol edilmekte, azaltılmakta veya çoğaltılmaktadır.

Kış uygulamasında ise iki alternatif mevcuttur.

1. Değişken hava debili uygulama
2. Sabit hava debili ve son ısıtıcılı uygulama

Değişken hava debili uygulamada dış hava klima santralında “OA” konumundan “2” konumuna kadar ısıtılmaktadır. Bilahare buharla nemlendirilen hava “SA konumunda mahalle sevk olunmaktadır. “SA-RA” hattı ise mahalde ısı kaybı neticesi soğumayı göstermektedir. Bu proseste üflenen havanın sıcaklığı sabittir. Mahal ısısı yaz uygulamasında olduğu gibi debinin oransal reglajı ile sağlanmaktadır. Nemlendirici kullanıldığı taktirde bağıl neme bağlı olarak oransal kontrol yapılabilir.

Sabit hava debili kış uygulamasında ise hava belirlenmiş olan minimum debide sabit debili olarak üflenmektedir. Klima santralındaki ısıtma işlemi “OA-2” prosesi olup sıcaklık  sabittir. “2-3” arasında nemlendirme prosesine tabi tutulan hava VAV terminal ünitesindeki son ısıtıcı serpantine girmektedir. Burada hava “3-SA” prosesi ile ısıtılmakta ve mahalle sevk olunmaktadır. Mahal sıcaklığını sabit tutabilmek için, hava debisi sabit olduğundan “SA” üfleme sıcaklığı mahal yüküne bağlı olarak oransal kontrol edilmektedir.

6.7. ENDÜKSİYON SİSTEMLERİ 

Endüksiyon cihazları klima santralında şartlandırılmış primer havanın bir cihaz içindeki nozullardan yüksek hızla üflenmesi, yüksek hız ile yaratılan kısmi vakum sayesinde sekonder hava olarak tabir edeceğimiz mahal havasının cihazdaki serpantin üzerinden endüklenmesi ve soğutulması esasına dayanır. Primer ve sekonder hava cihaz içinde karışıp mahalle sevk olunurlar.

Yukarıdaki resimde bir endüksiyon cihazı ve çalışma prensibi görülmektedir. Endüksiyon cihazının psikrometrik analizine geçmeden önce cihazın çalışma prensibini bilmekte fayda vardır.

Endüksiyon cihazının içinde primer havanın girdiği bir plenum hücre vardır. Bu plenum hücrenin üst tarafında nozıllar bulunmaktadır. Bu nozıllar vasıtasıyla primer hava ısıtma-soğutma serpantinine paralel bir şekilde ve yüksek hızda üflenmektedir. Bu sayede serpantinin arka tarafında kısmi vakum yaratılmakta ve basınç farkı nedeniyle sekonder hava tabir ettiğimiz oda havası serpantin üzerinden cihaz içine emilmekte, diğer bir tabirle endüklenmektedir. Serpantin arkasındaki haznede primer ve sekonder havalar karışmakta, klimatize edilmiş hava olarak mahalle sevk olunmaktadır. Burada iki değişik proses ve bunların neticesi iki değişik hava kütlesinin karışması meydana gelmektedir. Primer hava önceden belirlenmiş şartlarda merkezi klima santralında klimatize edilmekte ve cihaza sevk olunmaktadır. Mahal şartlarındaki sekonder hava ısıtma-soğutma serpantini üzerinden geçerek soğumaktadır. Bu iki hava birbiriyle karışmakta ve mahalle sevk olunmaktadır.

Yukarıdaki proseste iki değişik işlem yer almaktadır. Dış hava klima santralında “3” koşuluna kadar şartlandırılıp primer hava olarak endüksiyon cihazına sevk olunmakta ve nozıllardan püskürtülmektedir. Mahal havası “RA” da “4” şartlarına kadar endüksiyon cihazı içinde şartlandırılmaktadır. Soğutucu olarak her iki sistemde de aynı akışkan kullanıldığından sistemlerin ADP’leri birbirlerine çok yakındır ve bu nedenle “3” ve “4” noktaları çakışmakta aynı zamanda mahalle sevk olunan karışım havası şartlarını oluşturmaktadır. Bu çalışmada “RA”nın mutlak nem oranı “4” şartının  nem oranından fazla olduğu için endüklenen havayı soğutan serpantin üzerinde kondansasyon meydana gelmektedir. Bu kondansasyon serpantin altındaki terleme tavasınca toplanıp drene edilmektedir.

Benzeri bir uygulama da endüksiyon ünitesindeki soğutma serpantini üzerinde yoğuşma olmaksızın, mahal havası “RA”yı yalnız duyulur olarak soğutmaktır. Bu işlem aşağıdaki psikrometrik diyagramda gösterilmektedir.

Bu tarzda çalışan cihazlara “aktif soğutmalı tavan” veya “aktif soğutmalı ünite” tabir edilmektedir. Endüksiyon cihazlarına çok benzeyen bu ünitelerin içinde drenaj tertibatı yoktur. Bu cihazdaki işlemi psikrometrik açıdan şu şekilde izah edebiliriz.

“OA” şartlarındaki primer hava “1” şartına kadar soğutulmaktadır. Kullanılan soğutucu akışkan 6/10^oC soğuk su olduğu için “ADP” noktası da 10^oC olarak çıkmaktadır. Endüklenen oda havası (sekonder hava) “2” şartlarına kadar soğutulmaktadır. Bu serpantinde kullanılan su sıcaklık kontrollü olup dönüş sıcaklığı “DP”ye eşit alınmakta, ayrıca serpantin satıh sıcaklığı ölçümü yapılarak soğuk su debisi ve dönüş sıcaklığı kontrol altında tutulmaktadır. Serpnatinden “2” şartlarında çıkan sekonder hava ile nozıllardan üflenen “1” şartlarındaki hava “SA” şartlarında karışmakta ve mahalle üflenmektedir. Bu uygulamanın en büyük özelliği sekonder havada yalnız duyulur soğutma yapılmasına rağmen primer hava sayesinde mahal bağıl nem şartları kontrol altında tutulabilmektedir. Bu uygulamada kullanılan primer-sekonder hava karışım oranları ile elde edilebilecek minimum RSHR imalatçılara bağlı olmakla birlikte yaklaşık olarak miminum RSHR değerinin %80, karışım oranının da 1/3 primer hava 2/3 sekonder hava olduğunu söyleyebiliriz. Hassas değerler için imalatçı firmaların kataloglarına bakılmalıdır.

6.8.1. HAVANIN NEMİNİN ALINMASI

6.8.1.Soğutma İle Nem Alma

Soğutma ile nem alma işlemi nemli havanın  çiy noktası “DP”den daha düşük bir sıcaklığı soğutulmasını ve bilahare mahal şartlarına kadar ısıtılması prosesini içerir. Bilinen en klasik nem alma sistemidir.

Bu işlemi ve gerekli hava debisinin belirlenmesini şu şekilde ifade edebiliriz.

M_w= Alınması gereken nem miktarı (kg/h)

Mahal şartları “RA” için h_RA, t_RA, w_RA

Seçilen soğutucu akışkan, R407C,

T_evap=+5^oC,

ΔT_superheat=5^oC

Bu verilerle ADP=+10^oC bulunur. Soğutma prosesi eğrimiz “RA-ADP”dir.

By-pass oranını kabulle “2” noktası bulunur.

Hava debisi:

Buradan da gerekli soğutma kapasitesini bulabiliriz.

Mahal şartlarına kadar ısıtmak için gerekli olan ısıtma kapasite de:

Soğutma ile nem alma sistemlerinde soğutucu batarya üzerinde homojen bir ısı dağılımı gerçekleştireceği için doğrudan genleşmeli sistemler tercih edilmelidir. 

6.8.2. Adsorbsiyonlu Nem Alma Sistemleri

Soğutma ile nem alma uygulamalarında  mutlak nem oranının azaltılması ADP ile sınırlıdır. Teorik olarak ADP’yi daha aşağılara çekmek soğutucu bataryada kullanılan direkt genleşmeli gazın evaporasyon sıcaklığını düşürmek ile mümkün olacak gibi görünse dahi pratikte bu mümkün değildir. Çünkü evaporasyon sıcaklığının aşırı düşürülmesi, örneğin 0^oC’ın altındaki değerlere çekilmesi batarya yüzeylerinde karlanmaya neden olacak, nem alma randımanını düşürecektir. Defrost yapılsa dahi kesintili çalışma olacağı için verimde yine düşmeler olacaktır. Evaporasyon sıcaklığının 0^oC’ın biraz üzerinde, örneğin +2^oC gibi bir seviyede tutulması da bu mahsuru gidermemektedir. Çünkü kısmi kapasite kullanımlarında da evaporasyon sıcaklığı azalacak ve karlanma olayı yine meydana gelecektir. Kademeli kapasite kullanımlı ve frekans konvertörlü kompresörlerle bunun önüne kısmen geçilse dahi 0^oC evaporasyon bu uygulamanın alt limiti olacaktır. 4^oC aşırı ısınma (superheat) sıcaklığı kabul edilse dahi ADP’yi bu derecenin altına çekmek mümkün olmamaktadır. Evaporasyon sıcaklığının düşmesi komprsörlerde kapasite azalmasına da neden olmakta, daha büyük kompresörlerin seçilmesi gerekmektedir.

Bu negatif hususların önüne geçmek için adsorbsiyonlu nem alma sistemleri geliştirilmiştir. Adsorbsiyonun anlamı taşınım yoluyla nem tutmadır. Bu işlem için “dessicant” tabir edilen özel tamburlar kullanılmaktadır. Isı geri kazanım sistemlerinde kullanılan tamburlara son derece benzeyen bu tamburların ana maddesi aluminyum yerine silika-jel’dir. Tamburlar fibrocam dokudan yapılmakta, bu dokunun üstü silika-jel kaplanmaktadır. Silika-jel tamburun %80’ini oluşturmaktadır. Ayrıca üzerinde koruyucu olarak akrilik bir kaplama da bulunmaktadır.

Silika-jel kaplı “Dessicant” tambur  (Pro-flute firması müsaadesiyle)

Bu uygulamada genelde tamburun ¾’ü hava kurutmada, 1/4’ü de tamburun adsorbe etmiş olduğu nemin dışarı atılmasında kullanılır.Adsorbsiyonlu nem alma santralı aşağıda şematik olarak gösterilmektedir.

Bu uygulamada “PA” rumuzlu proses havası, nemi azaltılmak istenen mahal havasıdır. “RA” ise yaklaşık 120^oC’a ısıtılmış reaksiyon havası tabir edilen kurutucu havadır. Bu uygulamada döner tambur çok düşük bir devirle dönmektedir (yaklaşık 20 tur/saat). “PA”da bulunan nem 3 numaralı tambur tarafından adsorbe edilmekte ve nemi azalmış hava “DA” 4 numaralı vantilatör tarafından mahalle üflenmektedir. “PA” tamburun ¾’ünden geçmektedir. “RA” filtrelendikten sonra 120^oC’a ısıtılmakta, tamburun bakiye ¼’lük kısmından geçerek tamburun kurutulmasını sağlamaktadır. Tamburun devamlı bir dönme hareketi içinde olması “PA”daki nemin alınmasına ve bu tamburun sıcak “RA” ile teması neticesi kurumasına ve işlemine devam devam etmesine neden olmaktadır. Bu işlem aşağıdaki psikrometrik diyagramda görülmektedir.

Bu proseste “RA” reaktif hava olarak mahal havası kullanılmakta, bu uygulama ile mahallin havalandırılması da sağlanmaktadır.

Çok düşük mutlak nem oranı istenen uygulamalarda çift tambur veya mekanik soğutma ile birlikte adsorbsiyonlu nem alma uygulaması da yapılmaktadır. Bu tip bir santralın şematik çizimi ve psikrometrik diyagramı aşağıdadır. Bu işlemde mahal havası “PA” önce soğutulmakta ve bu surette mutlak nem oranı azaltılmaktadır. Bilahare adrosbsiyonlu nem alma tamburundan geçen havanın nemi daha da azaltılmaktadır. Bu prosesler psikrometrik diyagramda ab, bc , ae ve ef çizgileriyle gösterilmektedir. cd prosesi isehavanın mahal şartlarına kadar ısıtlmasını içerme olup zorunlu bir işlem değildir. Ancak mahalde ısı kazançları yoksa “DA” sevk havasının sevk olunmadan önce mahal şartlarına veya mahallin ısı kaybını karşılayacak düzeye ısıtılması amacıyla düşünülebilir.

Bu kitap daha önce yayınlanmış olan “Psikrometri-I” isimli kitabın devamı mahiyetindedir. İlk kitabımızda üç bölüm halinde psikrometrinin tarihçesi, teorisi anlatılmış, uygulama ile örnekler verilmişti. “Psikrometri-II” olarak isimlendirdiğimiz bu kitabımızda ise temel uygulamalar ele alınmış, en basit bir ısıtma prosesinden karmaşık klima proseslerine kadar birçok örnek sayısal olarak verilmiş ve çözümleri siz okuyucularımızın bilgilerine sunulmuştur.

Bu kitabımızda hedef kitle olarak ısıtma-havalandırma ve klima konusunda uğraş veren meslektaşlarımızla aynı konuda mezuniyet projeleri ile yüksek mühendislik tezlerini yapmakta olan üniversite ve yüksek okul öğrencileri hedef alınmıştır.

“Psikrometri-I” isimli kitapta, iki diyagramın, Carrier’in geliştirdiği ve ASHRAE tarafından güncelleştirilen “psikrometrik diyagram” ile Mollier tarafından geliştirilen “i-x” diyagramının yaygın olarak kullanıldığından bahsedilmektedir. Ülkemizde yaygın olarak “psikrometrik diyagram” kullanıldığından bu kitabımızdaki tüm problem ve çözümleri bu diyagram esas alınarak sunulmaktadır. Bunun sağladığı diğer bir avantaj da ilk kitabın 3.Bölüm, 8.Konu’da yer alan tabloların ve diyagramların kullanılabilme kolaylığıdır. Bu özellikten faydalanarak bazı örnekler iki değişik irtifa için yapılmış ve aradaki farkı inceleyebilme açısından bilgi ve görüşlerinize sunulmuştur.

Tüm okuyanlara faydalı olacağını ümidiyle saygılarımı sunar, tenkit ve taleplerinizi aşağıdaki e-mail adresime iletmenizi rica ederim.

 

M.Halûk SEVEL

mhsevel@gmail.com

Kasım 2014, İzmir

1. KIŞ KLİMASI

1.1. %100 HARİCİ HAVALI KLİMA SANTRALI,YALNIZ ISITMA:

Problem: Toplam hacmi 1200 m³olan bir mahallin ısı kaybı 26 kw’tır. Bu mahallin havasının saatte  8 defa değiştirilmesi ve %100 harici hava kullanılması istenmektedir. Dış hava kış dizayn şartları -10^oC, mahal şartları ise 20^oC’tır. Klima santralındaki psikrometrik prosesi çizin ve klima santralının tasarımını yapın.

1 kJ = 0.238846 kCal

1 Watt= 0.86 kCal/h

dolayısıyla

1 Watt= 0.86/0.238846 = 3.60065 kJ    ;   1kW= 3600.65kJ

Bu durumda yeni “SI” birimlerine göre mahallin ısı yükü:

26×3600.65=93617 kJ/saat’tir.

Mahal için gerekli hava debisi ise:

V=8 x 1200 = 9600 m³/saat bulunur.

Mahal sıcaklığı 20C ve hava debisi 9600 m³/saat olduğuna göre, mahal ısı kaybını karşılamak için gerekli üfleme sıcaklığını bulalım.

Q_mahal=V x c_px (1/γ)x (t_SA – t_RA)

c_p=Havanın özgül ısısı……………………………………………..    1.041 kJ/kg

ϒ =Havanın özgül hacmi (ortalama)..……………………….    0.800 m³/kg

Değerleri yerine koyduğumuzda:

93617= 9600 x 1.041 x( 1/0.800)x(t_SA – 20)

t_SA  = 27.49^oC ≈ 28^oC bulunur.

Dış havanın mahal şartlarına kadar ısıtılması için gerekli ısı miktarı:

Q_{dış hava}=V x c_px (1/γ)x (t_RA – t_OA)

Q_{dış hava}=9600 x 1.041 x (1/0.800)x (20 + 10)=374769 kJ/saat

Klima santralındaki ısıtıcı bataryanın toplam yükü ise:

ΣQ= Q_mahal + Q_{dış hava}

ΣQ= 93617 + 374760 = 468377 kJ/saat  (= 130.08 kW)

Bu prosesi psikrometrik diyagram üzerinde gösterelim.

h_OA= -7.2585 kJ/kg …………………..(bkz. Psikrometri-I, sayfa 132, 8-Tablo ve diyagramlar)

γ_OA= 0.7469 m³/kg…………………… (bkz. Psikrometri-I, sayfa 132, 8-Tablo ve diyagramlar)

h_RA    = 23.00   kJ/kg …………………… (Yukarıdaki psikrometrik diyagramdan)

γ_RA    = 0.8305 m³/kg h…………………(bkz. Psikrometri-I, sayfa 133, 8-Tablo ve diyagramlar)

h_SA= 31.60    kJ/kg …………………… (Yukarıdaki psikrometrik diyagramdan)

γ_SA= 0.8565  m³/kg h…………………(bkz. Psikrometri-I, sayfa 133, 8-Tablo ve diyagramlar)

Önceki hesabımızda olduğu gibi “ϒ”değerini 0.800 m³/kg kabul ederek hesabımızı yapabiliriz.

Q_{dış hava}=V x (1/γ)x (h_RA– h_OA)

Q_mahal   =V x (1/γ)x (h_SA – h_RA)

ΣQ= Q_mahal + Q_{dış hava}

Bu duruma göre:

Q_{dış hava}=V x (1/γ)x (h_RA– h_OA)

Q_{dış hava}=9600 x (1/0.800)x (23.00+7.2585)

Q_{dış hava}=363 102 kJ/saat

 

Q_mahal   =V x (1/γ)x (h_SA – h_RA)

Q_mahal   =9600 x (1/0.800)x (31.60– 23.00)

Q_mahal   =103200 kJ/saat

 

ΣQ= Q_mahal + Q_{dış hava}

 ΣQ= 103200+ 363102 = 466302 kJ/saat= 129.50 kW

İki hesaplama metodu arasındaki farklılık havanın özgül hacminin sabit kabul edilmesinden ve psikrometrik diyagramda yapılan okuma hatalarından kaynaklanmaktadır. Fark %1’den azdır ve ihmal edilebilir. Çok hassas bir hesap için her sıcaklık için özgül hacimleri de dikkate almak gerekir, söyleki:

Q_{dış hava}=V x (h_RAx(1/γ_RA)– h_OAx(1/γ_OA))

Q_mahal   =V x (h_SAx(1/γ_SA)– h_RAx(1/γ_RA))

 ΣQ= Q_mahal + Q_{dış hava}

Q_{dış hava}=9600 x (23.00x(1/0.8305)+ 7.2585x(1/0.7469))=359158 kJ/saat

Q_mahal  =9600 x (31.60x(1/0.8565)– 23.00x(1/0.8305))  = 88322 kJ/saat

ΣQ        = 359158 + 88322 = 447480 kJ/saat = 124.3 kW

Son yapılan hesap üç metod içinde en hassas olanıdır. Ancak aradaki fark %5’in altındadır. Bu nedenle konfor şartları içinde yapılacak hesaplarda her üç metod da uygulanabilir. Tercih hesap  yapan  kişiye aittir. Ancak  çok  yüksek sıcaklıklar (t>50^oC) ve çok  düşük  sıcaklıklar

(t<-15^oC) esas alınarak hesap yapılacaksa muhakkak her sıcaklığa ait özgül hacim değerleri dikkate alınmalıdır.

Dikkate alınması gereken diğer bir husus ta irtifa (deniz seviyesinden yükseklik)tir. İrtifa arttıkça atmosferik basınç azalacağından ve bu nedenle havanın özgül hacmi artacağından toplam ısı yüklerinde değişiklikler olacaktır. Be nedenle hesaba esas olan ortama en yakın psikrometrik diyagram ve tablolar kullanılmalıdır.

Aşağıdaki resimde, probleme konu olan,%100 harici havalı klima santralı görülmektedir.

1.2. KARIŞIM HAVALI KLİMA SANTRALI, YALNIZ ISITMA:

Problem: Toplam hacmi 1200 m³olan bir mahallin ısı kaybı 26 kw’tır. Bu mahallin havasının saatte  8 defa değiştirilmesi ve %100 harici hava kullanılması istenmektedir. Dış hava kış dizayn şartları -10^oC, mahal şartları ise 20^oC, bağıl nemi %35’dir.Mahalde 32 kişi bulunmaktadır. Kişi başına 60 m³/saat taze hava miktarı esas alınarak klima santralındaki psikrometrik prosesi çizin ve klima santralının tasarımını yapın.

V_toplam=1200 x 8 = 9600 m³/saat

V_dış       = 32 kişi x 60 m³/saat.kişi = 1920 m³/saat

Dış hava oranı= 1920 / 9600 = 0.20 =%20

Psikrometrik diyagram üzerine dış hava-mahal havası karışımı işleyip prosesimizi belirleyelim.

“Ka” olarak gösterilen konum %20 dış hava ile %80 dönüş (resirküle) havanın karıştığı konumdur. “OA-RA” hattı iç hava ile dış havanın karışım prosesini göstermektedir. Analitik olarak çözüm yaptığımızda “OA-RA” uzunluğunun %20’sine eşit olan mesafe “RA” tarafından işaretlenir. Bu nokta “Ka”, iki havanın karışım noktasıdır.

“RA” mahal şartlarını, “SA” da üfleme havasının şartlarını simgelemektedir. Bir önceki örnekte olduğu gibi “t_SA” ile “t_RA” arasındaki ısıtma prosesi mahal ısı kaybını karşılamak için yapılan prosestir. “t_KA” ile “t_SA” arasındaki proses ise dış havadan kaynaklanan ısıtma prosesidir. 20^oC kuru termometre sıcaklığındaki hava -10^oC kuru termometre sıcaklığındaki dış hava  ile  yukarıda belirtilen  şartlarda  karışarak “Ka” meydana  gelmiştir. “Ka”nın kuru termometre sıcaklığı 14^oC’tır.  Dolayısıyla karışım nedeniyle 14^oC’a kadar soğuyan karışım havası mahal kuru termometre sıcaklığı olan 20^oC’a kadar ısıtılacak ve bu sayede dış havanın yarattığı soğuma efekti giderilecek, bilahare hava üfleme sıcaklığına kadar ısıtılmak suretiyle mahal ısı kaybı karşılanmış olacaktır. Bu uygulamada %100 harici hava yerine mahaldeki insan sayısı dikkate alınarak belirli bir oranda (%20) harici hava kullanımına gidilmiş ve önemli ölçüde enerji tasarrufu yapılmıştır.

Mahal ısı yükünün karşılanması “1.0” daki problemde olduğu gibidir. Oradaki hesabı aynen buraya alıyoruz.

Yeni “SI” birimlerine göre mahallin ısı yükü:

26×3600.65=93617 kJ/saat’tir.

Mahal için gerekli hava debisi ise:

V=8 x 1200 = 9600 m³/saat’tir.

Mahal sıcaklığı 20^oC ve hava debisi 9600 m³/saat olduğuna göre, mahal ısı kaybını karşılamak için gerekli üfleme sıcaklığını bulalım.

Q_mahal=V x c_px (1/γ)x (t_SA – t_RA)

c_p=Havanın özgül ısısı……………………………………………..    1.041 kJ/kg

ϒ =Havanın özgül hacmi (ortalama)..……………………….    0.800 m³/kg

Değerleri yerine koyduğumuzda:

93617= 9600 x 1.041 x( 1/0.800)x(t_SA – 20)

t_SA  = 27.49^oC ≈ 28^oC bulunur.

Karışım havasının mahal şartlarına kadar ısıtılması için gerekli ısı miktarı:

Q_{dış hava}=V x c_px (1/γ)x (t_RA – t_OA)

Q_{dış hava}=9600 x 1.041 x (1/0.800)x (20 – 14)=74952 kJ/saat

Klima santralındaki ısıtıcı bataryanın toplam yükü ise:

ΣQ= Q_mahal + Q_{dış hava}

ΣQ= 93617 + 74952 = 168569 kJ/saat  (= 48.62 kW)

Karışım havalı, yalnız ısıtıcı bataryalı klima santralının resmi aşağıdadır. Bu uygulamada klima santralının iki hava girişi bulunmaktadır. Bunlardan biri “RA” olarak gösterilen dönüş havası, diğeri de “OA” olarak gösterilen dış havadır. Bu uygulamada her iki hava girişi üzerinde debi reğlaj damperleri vardır. Bu damperler sayesinde karışım oranı belirlenir ve sabitlenir. Ancak

Dış hava sıcaklığının 0^oC’ın altında olması nedeniyle, sistem karışım havasıyla da çalışsa bir donma riski vardır. Bu nedenle damperlerin üzerine iki konumlu servomotorlar (damper motorları) konmasında yarar vardır. Donma konusu klima santralları otomatik kontrolunda detaylı bir biçimde ele alınacaktır.

1.3. %100 DIŞ HAVALI KLİMA SANTRALI, ISITMA VE HAVA YIKAYICI İLE NEMLENDİRME

Problem: Toplam hacmi 1200 m³olan bir mahallin ısı kaybı 26 kw’tır. Bu mahallin havasının saatte  8 defa değiştirilmesi ve %100 harici hava kullanılması istenmektedir. Dış hava kış dizayn şartları -10^oCKT,%70 rH, mahal şartları ise 20^oCKT, %50 rH’tır.Klima santralında hava yıkayıcı ile nemlendirme yapılıp, üfleme havasının mutlak neminin oda şartlarına çıkarılması istenmektedir.  Klima santralındaki psikrometrik prosesi çizin ve klima santralının tasarımını yapın.

1 kJ = 0.238846 kCal

1 Watt= 0.86 kCal/h

dolayısıyla

1 Watt= 0.86/0.238846 = 3.60065 kJ    ;   1kW= 3600.65kJ

Bu durumda yeni “SI” birimlerine göre mahallin ısı yükü:

26×3600.65=93617 kJ/saat’tir.

Mahal için gerekli hava debisi ise:

V=8 x 1200 = 9600 m³/saat bulunur.

Mahal sıcaklığı 20^oC ve hava debisi 9600 m³/saat olduğuna göre, mahal ısı kaybını karşılamak için gerekli üfleme sıcaklığını bulalım.

Q_mahal=V x c_px (1/γ)x (t_SA – t_RA)

c_p=Havanın özgül ısısı……………………………………………..    1.041 kJ/kg

ϒ =Havanın özgül hacmi (ortalama)..……………………….    0.800 m³/kg

Değerleri yerine koyduğumuzda:

93617= 9600 x 1.041 x( 1/0.800)x(t_SA – 20)

t_SA  = 27.49^oC ≈ 28^oC bulunur. Bu sıcaklık psikrometrik diyagramda “SA” olarak gösterilmektedir.

Psikrometrik proses ise aşağıda gösterildiği gibidir.

Bu prosesle ilgili önemli hususları aşağıdaki gibi belirtebiliriz:

• Nemlendirme neticesinde “w_OA” olan dış havanın mutlak nemi “w_RA”seviyesine çıkarılacaktır.
• Bu işlem için hava yıkayıcısı kullanılacaktır. Havanın içine su püskürtülme ile neminin arttırılması işlemi adyabatik bir işlemdir, sabit entalpide cereyan eder. Buharlaşan su gerekli buharlaşma enerjisini havadan alacak ve bunun neticesi bir soğuma meydana gelecektir.
• Evaporatif işlem neticesi havanın soğumasını karşılayabilmek, aynı zamanda mahal ısı ihtiyacını karşılayabilmek için ikinci bir ısıtıcıya gerek vardır. Bu nedenle klima santralında “ön ısıtıcı” ve “son ısıtıcı” olarak adlandırılan iki ısıtıcı batarya bulunacaktır.

“OA-1” prosesi dış havanın ön ısıtıcıda ısıtılması işlemidir. “1-2” prosesi ise havanın içine su püskürtülmesi neticesi mutlak neminin arttırılması işlemidir. “2-SA” prosesi ise havanın tekrar ısıtılması işlemidir. Bu işlem hem evaporatif soğumayı karşılamakta, hem de mahal ısı kaybı için gerekli enerjiyi üfleme havasına ilave etmektedir.

Şimdi ön sıtıcı ve son ısıtıcı büyüklüklerini belirleyelim.

c_p=Havanın özgül ısısı ………………………………………………. 1.041 kJ/kg

γ=Havanın özgül hacmi (ortalama)..……………………….    0.800 m³/kg

h_OA= -7.2585 kJ/kg …………………..(bkz. Psikrometri-I, sayfa 132, 8-Tablo ve diyagramlar)

h₁    =   29.80 kJ/kg …………………… (Yukarıdaki psikrometrik diyagramdan)

h₂    =   29.80 kJ/kg …………………… (Yukarıdaki psikrometrik diyagramdan)

h_SA    =  46.70 kJ/kg …………………… (Yukarıdaki psikrometrik diyagramdan)

Ön ısıtıcı büyüklüğü:

Q_{ön ısıtıcı}=V x (1/γ)x (h₁– h_OA)

Q_{ön ısıtıcı}=9600 x (1/0.800)x (29.80+7.2585)

Q_{ön ısıtıcı}=444 702 kJ/saat

Q_{ön ısıtıcı} =123,50 kW

 

Son ısıtıcı büyüklüğü:

Q_{son ısıtıcı}=V x (1/γ)x (h₁– h_OA)

Q_{son ısıtıcı}=9600 x (1/0.800)x (46.70– 29.80)

Q_{son ısıtıcı}= 202 800 kJ/saat

Q_{son ısıtıcı} = 56.32 kW

Nemlendirici için bir hesaba gerek yoktur. Hava yıkayıcılı sistemlerde genel tatbikat 1 m³/saat hava için 0.8 ila 1 lt/saat suyun püskürtülmesi tarzındadır.Nozul basıncı da seçilen nozul tipine bağlı olup genelde 15mSS ila 30mSS arasındadır. Dolgu tipi nemlendirici (matt type humidifier) kullanılıcaksa üretici firma değerleri esas alınmalıdır. Klima santralının şematik çizimi aşağıdadır.

 

Şekilde görülen “deflektör” havaya yön verici görevini yerine getirmektedir. “Separatör” ise havaya karışmamış su damlacıklarının sürüklenmesine mani olmaktadır.

1.4. KARIŞIM HAVALI KLİMA SANTRALI, ISITMA VE HAVA YIKAYICI İLE NEMLENDİRME

Problem: Toplam hacmi 1200 m³olan bir mahallin ısı kaybı 26 kw’tır. Bu mahallin havasının saatte  8 defa değiştirilmesi ve %50 harici hava kullanılması istenmektedir. Dış hava kış dizayn şartları -10^oCKT,%70 rH, mahal şartları ise 20^oCKT, %50 rH’tır.Klima santralında hava yıkayıcı ile nemlendirme yapılıp, üfleme havasının mutlak neminin oda şartlarına çıkarılması istenmektedir. Klima santralındaki psikrometrik prosesi çizin ve klima santralının tasarımını yapın.

1 kJ = 0.238846 kCal

1 Watt= 0.86 kCal/h

Mahal için gerekli hava debisi ise:              V=8 x 1200 = 9600 m³/saat bulunur.

Mahal sıcaklığı 20^oC ve hava debisi 9600 m³/saat olduğuna göre, mahal ısı kaybını karşılamak için gerekli üfleme sıcaklığını bulalım.

Q_mahal=V x c_px (1/γ)x (t_SA – t_RA)

c_p=Havanın özgül ısısı……………………………………………..    1.041 kJ/kg

ϒ =Havanın özgül hacmi (ortalama)..……………………….    0.800 m³/kg

Değerleri yerine koyduğumuzda, daha önceki problem çözümlerinde olduğu gibi:

93617= 9600 x 1.041 x( 1/0.800)x(t_SA – 20)

t_SA  = 27.49^oC ≈ 28^oC bulunur. Bu sıcaklık psikrometrik diyagramda “SA” olarak gösterilmektedir.

%50 dış hava ile %50 dönüş havasının karışım konumu OA-RA proses hattının tam ortasında olup aşağıdaki değerlere sahiptir.

t_Ka= +5^oCKT

h_Ka= 15.6 kJ/kg

w_Ka=4.2 gr/kg_da

 

Mahal şartları (RA) :

t_RA= +20^oCKT

h_RA= 38.8.0 kJ/kg

w_RA=7.3 gr/kg_da (=%50 rH)

 

Dış hava şartları (OA):

t_OA= -10^oCKT

h_OA= -7.2585 kJ/kg

 

Daha önceden belirlenen üfleme havası (SA) şartları:

t_SA= +28^oCKT

h_SA= 47.0 kJ/kg

w_SA=7.3 gr/kg_da

 

Ön ısıtıcı batarya çıkışı “1” konumunun değerleri:

t₁= +18.6^oCKT

h₁= 29.5 kJ/kg

w₁=4.2 gr/kg_da

 

Hava yıkayıcı çıkışı “2” değerleri:

t₂= +11.3^oCKT

h₂= 29.5 kJ/kg

w₂=7.3 gr/kg_da

Psikrometrik proses bir önceki, %100 dış havalı sistemin benzeridir. Ön ısıtıcı batarya kapasitesi:

Q_{ön ısıtıcı}=V x (1/γ)x (h₁– h_KA)

Q_{ön ısıtıcı}=9600 x (1/0.800)x (29.50+15.60)

Q_{ön ısıtıcı}= 166 800 kJ/saat

Q_{ön ısıtıcı} = 46.33  kW

Son ısıtıcı kapasitesi:

Q_{son ısıtıcı}=V x (1/γ)x (h_SA– h₂)

Q_{son ısıtıcı}=9600 x (1/0.800)x (47.00-29.50)

Q_{son ısıtıcı}= 210 000 kJ/saat

Q_{son ısıtıcı} = 58.32  kW

Son ısıtıcı batarya kapasitesinin 26 kW’ı mahal ısı kayıplarını karşılamak, bakiye ise hava yıkayıcıda evaporatif olarak soğuyan havanın mahal kuru termometre sıcaklığına kadar ısıtılması için gerekli olan ısı miktarıdır.

1.5. %100 DIŞ HAVALI KLİMA SANTRALI, ISITMA VE BUHARLI NEMLENDİRİCİ İLE NEMLENDİRME

Buharlı nemlendirmenin sağladığı en büyük avantaj klima santralının boyunun kısalması ve daha az yer işgal etmesidir. Buharlı nemlendiricilerin buhar püskürtme probları santral gövdesi içine yerleştirilebileceği gibi üfleme kanalına da yerleştirilebilir.

Buharlı nemlendirmenin diğer bir üstünlüğü de hassas bir oransal kontrol yapabilme olanağıdır. Hava yıkayıcılı nemlendirmede çok zor olan bu uygulama, iki yollu bir oransal vana ve oransal bir higrostat ile (veya DDC/BMS uygulaması varsa bir bağıl nem hissedici ile)kolaylıkla gerçekleştirilebilir.

Atık buharın mevcut olduğu, büyük lokanta, hastane, otel be benzeri tesislerde de son derece ekonomik çözümler getirir.

Burada da, devamlılık açısından, 1.3. numaralı konuda ele aldığımız mahallin kış klimasını bu sefer buharlı nemlendirici ile yapacağız.

Problem: Toplam hacmi 1200 m³olan bir mahallin ısı kaybı 26 kw’tır. Bu mahallin havasının saatte  8 defa değiştirilmesi ve %100 harici hava kullanılması istenmektedir. Dış hava kış dizayn şartları -10^oCKT,%70 rH, mahal şartları ise 20^oCKT, %50 rH’tır.Klima santralında havanın nemlendirilmesinin buharlı nemlendirici ile yapılıp, üfleme havasının mutlak neminin oda şartlarına çıkarılması istenmektedir.  Klima santralındaki psikrometrik prosesi çizin ve klima santralının tasarımını yapın.

1 kJ = 0.238846 kCal

1 Watt= 0.86 kCal/h               dolayısıyla

1 Watt= 0.86/0.238846 = 3.60065 kJ    ;   1kW= 3600.65kJ

Bu durumda yeni “SI” birimlerine göre mahallin ısı yükü:

26 kW x 3600.65=93617 kJ/saat’tir.

Mahal için gerekli hava debisi ise:

V=8 x 1200 = 9600 m³/saat bulunur.

Mahal sıcaklığı 20^oC ve hava debisi 9600 m³/saat olduğuna göre, mahal ısı kaybını karşılamak için gerekli üfleme sıcaklığını bulalım.

Q_mahal=V x c_px (1/γ)x (t_SA – t_RA)

c_p=Havanın özgül ısısı……………………………………………..    1.041 kJ/kg

γ=Havanın özgül hacmi (ortalama)..……………………….    0.800 m³/kg

Değerleri yerine koyduğumuzda, daha önceki problem çözümlerinde olduğu gibi:

93617= 9600 x 1.041 x( 1/0.800)x(t_SA – 20)

t_SA = 27.49^oC ≈ 28^oC bulunur. Bu sıcaklık psikrometrik diyagramda “SA” olarak gösterilmektedir. Bu nedenle -10^oCKT sıcaklığındaki dış hava +28^oCKT sıcaklığına kadar ısıtılacaktır.

Bu duruma göre:

Q=V x (1/γ)x (h₁ – h_OA)

Q=9600 x (1/0.800)x (31.60+7.2585)

Q= 466 302 kJ/saat

Q= 466 302 /3600.65=129.50 Kw

(h_SA= 31.60    kJ/kg …………………… ( psikrometrik diyagramdan))

Buhar ile nemlendirme izotermik bir proses olarak tanımlanır. Havaya doğrudan buhar ilave ettiğimiz için yalnız havanın mutlak nem oranı artmakta, sıcaklığın sabit kaldığı kabul edilmektedir. Örneğin buharın sıcaklığı ile buhar üflenen havanın kuru termometre sıcaklıkları birbirine eşit olması durumunda bu varsayım doğrudur. Ancak hakikatte bu proses psikrometrik diyagramda hafif sağa yatan bir doğru tarzında oluşur. Çünkü üflenen buharın sıcaklığı havanın kuru termometre sıcaklığından çok yüksektir. Bu nedenle havayı nemlendirmeye ilaveten az da olsa havayı bir miktar ısıtmış olur.

Aşağıdaki psikrometrik diyagramda bu prosesi görmekteyiz. Burada psikrometrik diyagramda bulunan yeni bir şema ile karşılaşıyoruz. Dairesel olan bu şema “Psikrometri-I” kitabımızda deteylı bir biçimde anlatılmıştı. Ancak kısaca tekrarında fayda görüyoruz.

Bu daire ortadan ikiye bölünmüş olup alt kısmı duyulur ısı oranını “q_sens/q_tot” vermektedir. Üst kısmı ise “Δh/Δw” değeridir. Bu değer bir gram buharın entalpik değerine eşit olup bize buharlı nemlendiricilerde proses hattının eğimini belirler.

Jeneratör tipi buharlı nemlendiricilerde jeneratör buhar çıkış sıcaklığı 102 ila 103^oC civarındadır. Ancak boru şebekesi içinde soğuma olabilmesi ihtimali dikkate alınarak buhar üfleme sıcaklığı 100^oC kabul edilebilir. 100^oC buharın entalpisi “h_g-100” 2675.57 kJ/kg’dır (bkz, Psikrometri-I, sayfa-26, Tablo-2).

h_g-100= 2675.57 kJ/kg = 2.67557 kJ/gr.

Biz de üst yarı dairede 2.67557 noktasını bulup bu noktası dairenin merkeziyle birleştiririz. Bu bizim nemlendirme proses hattımızın eğimidir. Bu hattı “SA” noktasına taşıyıp, “OA-1” ısıtma proses hattıyla kesiştiriz. “1” noktasının kuru termometre sıcaklığı 28^oC değil, aslında 27.3^oCKT’dir. Bu değeri dikkate alarak ısıtıcı batarya kapasitesini yenileyebiliriz.

Q=V x (1/γ)x (h₂ – h_OA)

Q=9600 x (1/0.800)x (30.50+7.2585)

Q= 453 102 kJ/saat

Q= 453 102 /3600.65=125.84 Kw bulunur.

Buharlı nemlendiricinin kapasite de aşağıdaki gibi hesaplanır:

W_OA= 1.2 gr/kg_da

W_RA= 7.4 gr/kg_da

ϒ     = 0.850 m³/kg (ortalama değer)

M_buhar= V x (1/γ) x (W_RA– W_OA)

M_buhar= 9600 x (1/0.850) x (7.4 – 1.2)

M_buhar= 70 023.53 gr/saat = 70 kg/saat

Bu sistem için gerekli olan buhar jeneratörünün kapasitesi 70 kg/saat olmalıdır.

Jeneratörün elektrik sarfiyatını hesaplayalım (%100 adyabatik olduğu kabulüyle)

h_f-15  = 62.98 kJ/kg  ………….(suyun 15^oC’ta jeneratöre geldiği varsayımıyla)

h_g-103=2680.28 kJ/kg

Q=M x (h_g-103– h_f-15  )

Q=70 x (2680.28 – 62.98  )

Q=183 211 kJ/saat = 50.88 kW

Buharlı nemlendirici bünyesinde olan %100 dış havalı klima santralı şematik olarak aşağıdadır.

1.6. KARIŞIM HAVALI KLİMA SANTRALI, ISITMA VE BUHARLI NEMLENDİRİCİ İLE NEMLENDİRME

Problem: Toplam hacmi 1200 m³olan bir mahallin ısı kaybı 26 kw’tır. Bu mahallin havasının saatte  8 defa değiştirilmesi ve %30 harici hava kullanılması istenmektedir. Dış hava kış dizayn şartları -10^oCKT,%70 rH, mahal şartları ise 20^oCKT, %50 rH’tır.Klima santralında havanın nemlendirilmesinin buharlı nemlendirici ile yapılıp, üfleme havasının mutlak neminin oda şartlarına çıkarılması istenmektedir. Klima santralındaki psikrometrik prosesi çizin ve klima santralının tasarımını yapın.

Önceki problemlerde sunduğumuz değişim çarpanlarını, mahal ısı yükünü belirleyelim.

1 kJ = 0.238846 kCal

1 Watt= 0.86 kCal/h               dolayısıyla

1 Watt= 0.86/0.238846 = 3.60065 kJ    ;   1kW= 3600.65kJ

Bu durumda yeni “SI” birimlerine göre mahallin ısı yükü:

26 kW x 3600.65=93617 kJ/saat’tir.

Mahal için gerekli hava debisi :

V=8 x 1200 = 9600 m³/saat olduğuna göre,

Mahal ısı kaybını karşılamak için gerekli üfleme sıcaklığını bulalım.

Q_mahal=V x c_px (1/γ)x (t_SA – t_RA)

c_p=Havanın özgül ısısı……………………………………………..    1.041 kJ/kg

γ=Havanın özgül hacmi (ortalama)..……………………….    0.800 m³/kg

Değerleri yerine koyduğumuzda, daha önceki problem çözümlerinde olduğu gibi:

93617= 9600 x 1.041 x( 1/0.800)x(t_SA – 20)

t_SA= 27.49^oC ≈ 28^oC bulunur. Bu sıcaklık psikrometrik diyagramda “SA” olarak gösterilmektedir.

Buradaki çözüm bir önceki, %100 dış havalı çözüme benzemektedir. Ancak bu uygulamada %30 dış hava kullanılmaktadır. Bu nedenle OA-RA proses hattı üzerinde %30 karışım noktası belirlenir. “Ka” olarak adlandırdığımız bu noktadan sabit mutlak nem oranında, yatay bir hat çizilir. Bu bizim ısıtma proses eğrimiz olacaktır.

Diğer yatay bir bir hat ta kesik çizgi halinde “RA” noktasından çizilir. Bu hat üzerindeki 28^oCKT noktası bizim klimatize üfleme havası konumu “SA”dır. “Δh/ Δx” çemberi üzerindeki 2.675 değeri ile daire merkezini birleştiren hattı paralel olarak “SA” noktasına taşıyıp uzatır ve “OA”dan gelen yatay hatla kesişmesini sağlarız. Bu bizim “1” konumumuz olup ısıtıcı batarya çıkış şartıdır. 1.6. sayılı konuda anlattığımız gibi buharla nemlendirme hattı tam bir isotermik hat değildir, üflenen buharın sıcaklığına göre belirlenir.

Bu duruma göre:

Q=V x (1/γ)x (h₁ – h_Ka)

(h₁= 42.00    kJ/kg …………………… ( psikrometrik diyagramdan))

(h_Ka= 25.00    kJ/kg …………………… ( psikrometrik diyagramdan))

Q=9600 x (1/0.800)x (42.00+25.00)

Q= 204 000 kJ/saat

Q= 204 000 /3600.65= 56.66 Kw

Buharlı nemlendirici kapasitesi:

W_Ka= 5.3 gr/kg_da

W_RA= 7.4 gr/kg_da

γ     = 0.850 m³/kg (ortalama değer)

M_buhar= V x (1/γ) x (W_RA– W_Ka)

M_buhar= 9600 x (1/0.850) x (7.4 – 5.3)

M_buhar= 23 717.65 gr/saat = 24 kg/saat

Bu sistem için gerekli olan buhar jeneratörünün kapasitesi 24 kg/saat olmalıdır.

Jeneratörün elektrik sarfiyatını hesaplayalım (%100 adyabatik olduğu kabulüyle)

h_f-15  = 62.98 kJ/kg  ………….(suyun 15^oC’ta jeneratöre geldiği varsayımıyla)

h_g-103=2680.28 kJ/kg

Q=M x (h_g-103– h_f-15  )

Q=24 x (2680.28 – 62.98  )

Q=62 815 kJ/saat = 17.45 kW bulunur.

Karışım havalı, buharlı nemlendiricili, yalnız ısıtma bataryalı klima santralının çizimi aşağıda görülmektedir.

1.7. DÖNÜŞ KANALINDAKİ SOĞUMANIN İNCELENMESİ

Şu ana kadar yaptığımız tüm uygulamalarda dönüş havası kuru termometre sıcaklığını oda sıcaklığına eşit olarak kabul ettik. Ancak hakikatte bu durum biraz farklıdır. Eğer dönüş havası kanalları ısıtılmamış (klimatize edilmemiş) mahallerden geçiyorsa kış uygulamasında belirli bir oranda ısı kaybına uğrayacak, bunun neticesi olarak ta dönüş havası kuru termometre sıcaklığında belirgin bir düşme olacaktır. Eğer dönüş havası kanalları izole edilmemişse bu sıcaklık düşüşü çok daha belirgin ve daha büyük değerlerde olacaktır. Bu husus ısıtıcı batarya büyüklüğü belirlenirken dikkate alınması gereken bir husustur.

Dönüş havasındaki soğumayı hesap yoluyla bulmak mümkündür. Bunun için öncelikle ısıtılmamış mahallerin sıcaklıklarının bilinmesi veya hesaplanması gerekir. Hesaplanması gereken ikinci bir husus ta dönüş havası kanalının toplam satıh alanıdır. Kanal ısı iletim katsayısı bilindiğine veya kolaylıkla hesaplanabileceğine göre ısı kaybı ve bunun neticesi dönüş havasındaki soğuma hesap yoluyla bulunabilir. Ancak bu hesap yöntemi ile elde edilecek sonuç yaklaşık bir değer olacağından soğuma kabul edilebilir. Soğuma ve sıcaklık düşümü dış hava sıcaklığına da son derece bağlıdır. Ancak bu düşüm  izoleli kanallarda sıcaklık düşümü 1^oC ila 2^oC, izolesiz kanallarda da 2^oC ila 4^oC kabul edilebilir.

%100 dış hava ile çalışan, ısı geri kazanımsız sistemlerde bu soğumanın hiçbir önemi yoktur. Çünkü havanın tamamı egzost edilmektedir.Ancak düşük dış hava oranıyla çalışan, örneğin %50’nin altında dış hava oranına sahip uygulamalarda karşımıza küçümsenmeyecek değerler çıkar. Bu durumu psikrometrik diyagramda inceleyelim. Önceki örneklerde olduğu gibi -10^oCKT, %70 rH dış hava, 20^oCKT, %50 rH mahal şartlarında, %20 dış hava oranıyla çalışan bir klima santralını ele alalım. Dönüş havası kanallarının izolesiz olması nedeniyle dönüş havasında 3^oC soğuma olduğunu, daha önceki örneklerimizde olduğu gibi üfleme havası sıcaklığının da 28^oCKT olduğunu kabul edelim. Hava debimiz 9600 m³/saat’tir.

Yukarıdaki psikrometrik diyagramda “RA” mahal şartlarını, “RR” dönüş havasının klima santralına giriş şartlarını, “RA-RR” proses hattı da dönüş kanalındaki soğumayı göstermektedir. Bu soğumanın neticesi karışım noktası “Ka₂” olarak belirlenmektedir. Halbuki dönüş hava kanalında hiç ısı kaybı olamasaydı karışım noktası “Ka₁” olacaktı. Bu nedenle klima santralı ısıtıcı batarya büyüklüğü belirlenirken “Ka₂-Ka₁” hattı kadar ilave ısıya ihtiyaç duyulacaktır.

Her iki durum için klima santralı ısıtıcı batarya büyüklüğünü belirleyelim.

Q₁=V x (1/γ)x (h_SA – h_Ka1)

Q₂=V x (1/γ)x (h_SA – h_Ka2)

Bu denklemlerde:

Q₁: Dönüş hava kanalında soğuma olmaksızın ısıtma yükü

Q₂: Dönüş hava kanalındaki soğuma dikkate alınarak ısıtma yükü

h_Ka1= 29.00 kJ/kg

h_Ka2= 27.00 kJ/kg

h_SA = 43.00 kJ/kg

γ   = 0.825 m³/kg

Q₁=V x (1/ϒ)x (h_SA – h_Ka1)

Q₁=9600 x (1/0.825)x (43.00– 29.00)

Q₁=162 909 kJ/saat =45.25 Kw

Q₂=V x (1/γ)x (h_SA – h_Ka2)

Q₂=9600 x (1/0.825)x (43.00– 27.00)

Q₂=186 182 kJ/saat = 51.71 kW

Kanaldaki soğuma neticesi 51.71-45.25=6.46 kW daha fazla ısıtmaya ihtiyaç bulunmaktadır.

1.8. ISI GERİ KAZANIM ELEMANLARININ TANIMI

Isı geri kazanım sistemleri “Psikrometri-I” isimli kitabımızda detaylı bir şekilde incelenmişti. Ancak burada kısa bir tanımının yapılmasının faydalı olacağı düşüncesiyle konuyu özet olarak tekrarlıyoruz. Reküperatör, veya Türkçe tabiriyle ısı değiştirgeçlerinin kullanıldığı ısı geri kazanım işlemlerini dört ana grupta toplayabiliriz.

• Çift serpantinli ısı geri kazanım sistemleri
• Isı borulu ısı geri kazanım sistemleri
• Plakalı eşanjörlü ısı geri kazanım sistemleri
• Döner tamburlu ısı geri kazanım sistemleri

Klima santrallarının tasarımı açısından her dört uygulama birbirinden farklılık gösterse de psikrometrik açıdan birbirinin aynıdır. Temel farklılık ısı geri kazanım ünitelerinin ısı geri kazanımı gerçekleştirmede gösterdikleri farklılıktır. Bu açıdan ısı geri kazanım elemanlarını iki ana kategoride toplayabiliriz.

• Yalnız duyulur ısı bazında ısı geri kazanımı gerçekleştirenler
• Entalpi bazında (toplam enerji) bazında ısı geri kazanımı gerçekleştirenler

Diğer bir sınıflandırma da ısı transfer tarzına göredir.

• Direkt ısı transferi ile geri kazanım sağlayanlar
• Üçüncü bir transfer elemanı(hidronik) kullananlar.

Çift serpantinli ısı geri kazanım sistemleri ile ısı borusu geri kazanım sistemleri ısı transferi için hidronik eleman kullanırlar. Bu eleman çift serpantinli sistemlerde su veya su-etilen glikol karışımıdır. Verimi düşük olan (%40 civarı) ve salt duyulur ısı bazında ısı geri kazanımı sağlayan bu sistemin en büyük avantajı vantilasyon ve aspirasyon ünitelerinin aynı mahalde bulunmaları mecburiyetinin olmamasıdır. Örneğin egzost ünitesi çatıda, klima santralı ise bodrum katta olabilir. Transfer boru donanımı ve sirkülasyon pompası vasıtasıyla gerçekleştirilir.

Isı borusunda ise direkt genleşmeye müsait soğutucu akışkandır; en geniş kullanımı olan R-134’dür. Pomapaya gerek göstermeyen, soğutucu akışkanın dansitesinde buharlaşmaya bağlı olarak meydana gelen değişiklikler nedeni sirkülasyonu kendi içinde sağlar. Verim olarak çift serpantinli sistemlere benzerlik gösterirler.

Plakalı eşanjörlerde metal veya LiBr solüsyonu emdirilmiş selülozik elemanlar egzozt ve dış hava arasındaki bölmeyi oluşturur, bu bölme üzerinden ısı iletimi sağlanır. Bu nedenle plakalı ısı geri kazanım eşanjörleri kararlı rejim çalışması olarak kabul edilirler. Plakaları aluminyum veya benzeri metallerden oluşan eşanjörler salt duyulur ısı transferi yapar ve (^oC) bazında ısı geri kazanımı sağlar. Selüloz, örneğin LiBr veya benzeri sıvı emdirilmiş kağıt elemanları olanlar duyulur ve gizli ısı transferi yaparlar. Bu eşanjörlere entalpi bazlı ısı geri kazanım eşanjörleri tabir edilir. Plakalı eşanjörlerin verimleri tasarımına bağlı olarak %40 ila %85 arası değişmektedir. Bir plakalı eşanjör aşağıda görülmektedir.

Döner tamburlu eşanjörler salt metal veya satıh kaplamalı metal dolgu malzemesine sahiptirler. Bulundukları klima santralları içinde 80 ila 100 d/dak hızla dönerler. Dönme işlemi küçük bir elektrik motoru vasıtasıyla gerçekleştirilir. Egzost havası tarafındaki tekerleğin yarısı egzost havasının sıcaklığı nedeniyle ısınır ve dönme hareketi neticesi bu havayı soğuk olan dış havaya taşır (yaz aylarında bu işlemin tersi olur). Bu nedenle döner tamburlu ısı geri kazanım eşanjörlerinin çalışma tarzı kararsız rejim olarak kabul edilir. Döner tamburlu eşanjörler üç değişik şekilde imal edilmektedirler:

1. Salt metal (aluminyum) dolgu malzemeli olanlar : Bu modeller yalnız duyulur ısı tarnsferinde kullanılırlar. Dönme işlemi neticesi cüzi bir miktar nemli havayı da sürükleseler gizli ısı transferi açısından bu husus kabili ihmaldir. Oldukça yüksek duyulur ısı geri kazancı verimine sahiptirler ((%70 ve üzeri).
2. Satıhları oksitlenmiş aluminyum dolgu malzemeli olanlar:Bu modellere antalpi tekerleği de tabir edilir. Aluminyum dolgu malzemeleri özel banyolarda oksitlendirilip belirli bir mikron kalınlığında oksit tabakasına sahip olurlar. Bu eşanjörlerin yüksek duyulur ısı geri kazanım verimlerine (%70 ve üzeri) karşılık gizli ısı geri kazanım verimleri oldukça düşüktür (%40 civarı).
3. Dolgu malzemesinin satıhları silika jel kaplı olanlar:Bu modellere absorbsiyon tekerleği de denir. Aluminyum dolgu malzemelerinin sathı özel işlemlerle pulverize silika jel ile kaplanmıştır. Yüksek duyulur ve gizli ısı geri kazanım verimlerine sahiptirler (%70 ve üzeri).

Bu konu ile ilgili detaylı bilgi “Psikrometri-I” kitabında bulunabilir.

1.9. %100 DIŞ HAVALI, DUYULUR ISI GERİ KAZANIMLI, YALNIZ ISITMALI KLİMA SANTRALI.

Problem: Toplam hacmi 1200 m³olan bir mahallin ısı kaybı 26 kw’tır. Bu mahallin havasının saatte  8 defa değiştirilmesi ve %100 harici hava kullanılması istenmektedir. Dış hava kış dizayn şartları -3^oCKT, %70 rH, mahal şartları ise 20^oCKT, %40 rH’tır. Klima santralında duyulur ısı bazında %55 verimli plakalı ısı geri kazanım eşanjörü kullanılacaktır.  Psikrometrik prosesi çizin ve klima santralının tasarımını yapın.

1kW= 3600.65kJ

Bu durumda yeni “SI” birimlerine göre mahallin ısı yükü:

26×3600.65=93617 kJ/saat’tir.

Klima santralının hava debisi :  V=1200 m³x 8 defa/saat=9600 m³/saat’tir.

Mahal ısı kaybını karşılamak için gerekli olan üfleme sıcalığı da, daha önceki örneklerimizde olduğu gibi:

Q_mahal=V x c_px (1/γ)x (t_SA – t_RA)

c_p=Havanın özgül ısısı……………………………………………..    1.041 kJ/kg

γ=Havanın özgül hacmi (ortalama)..……………………….    0.800 m³/kg

Değerleri yerine koyduğumuzda:

93617= 9600 x 1.041 x( 1/0.800)x(t_SA – 20)

t_SA  = 27.49^oC ≈ 28^oC bulunur.

Bu işlemle ilgili prosesler alttaki psikrometrik diyagramda görülmektedir.

 

Eğer plakalı ısı geri kazanım eşanjörü kullanılmasaydı “OA” şartlarındaki dış havanın “SA” şartlarına kadar ısıtılması gerekecekti. Bunun için de gerekli olan ısı miktarı:

ΣQ=V x c_px (1/γ)x (t_SA– t_OA)

ΣQ= 9600 x 1.041 x (1/0.800)x(28+3)

ΣQ=  387 252 kJ/saat = 107.55 kW  olacaktı.

Ancak %55 ısı geri kazanım verimli plakalı  eşanjör  kullanıldığına  göre egzost edilen mahal havasının ısısı büyük oranda dış havaya transfer olunacak ve bu sayede önemli miktarda enerji tasarrufu yapılmış olacaktır. Duyulur ısı bazında ısı geri kazanım işleminde dış hava ile mahal havasının mutlak nem oranları eşanjördeki proses nedeniyle değişmemekte, aynı kalmaktadır. Isı alışverişi yalnız duyulur ısı bazında olmaktadır. Isı alışverişi sonucu oluşan sıcaklıkların nasıl nesaplanacağı TS EN-308’de belirtilmiştir.

η=100 x (t_RA-t_EA)/(t_RA-t_OA)

Bu formülde:

η= Eşanjörün ısı kazanım verimi……………………………………………………. (%)

t_RA= Egzost edilen havanın eşanjöre giriş sıcaklığı …………………………..(^oC)

t_EA= Egzost edilen havanın eşanjörden çıkış sıcaklığı ……………………….(^oC)

t_OA= Dış hava sıcaklığı……………………………………………………………………….(^oC)

Bizim örneğimizde ısı geri kazanım eşanjörünün verimi %55 olduğuna göre

η=(t_RA-t_EA)/(t_RA-t_OA) = 0.55 =(20-t_EA)/(20+3)

t_EA=7.35^oC

Isı geri kazanım işlemi esnasındaki egzost ve dış havaların ortalama yoğunluklarının eşit olduğunu kabul edersek:

η=(t₁-t_OA)/(t_RA-t_OA) = 0.60 =(t₁+3)/(20+3)

t₁= 9.65^oC   bulunur.

Dolayısıyla egzost edilen mahal havasının duyulur ısısının %60 oranında dış havaya transferi ile önemli bir miktarda ısı tasarrufu sağlanmış bulunmaktadır. Çünkü artık dış hava -3^oC’tan +28^oC’a değil, +9.65^oC’tan +28^oC’a ısıtılmış olacaktır. Bu nedenle klima santralındaki ısıtıcı batarya büyüklüğü:

ΣQ=V x c_px (1/γ)x (t_SA– t₁)

ΣQ= 9600 x 1.041 x (1/0.800)x(28-9.65)

ΣQ= 229 228 kJ/saat = 63.70 kW olacaktır.

Bu uygulama sayesinde:

107.55 – 63.70 = 43.85 kW enerji tasarrufu sağlanmaktadır.

Bu uygulamayla ilgili klima santralı da aşağıdaki şematik resimdedir. Resmimizde plakalı eşanjör kullanılmıştır.

 

Plakalı eşanjör, döner tambur veya ısı borusu uygulamalarında vantilatör ve aspiratörün aynı klima santralının kabini içinde olması gerekmektedir. Örneğin çizimimizde görüldüğü gibi iki katlı klima santralı uygulaması yapılmalıdır.

Örneğimizde egzost havasında herhangi bir yoğuşma olmamaktadır. Çünkü RA-EA soğuma proses hattı %100 doyma eğrisini kesmemektedir. Soğuma yalnız duyulur soğuma olduğundan herhangi bir soğuma sözkonusu değildir. Bir sonraki örneğimizde yoğuşmalı bir uygulamayı inceleyeceğiz.

Problem: 20^oCKT, %50 rH şartlarındaki  mahal havası egzost edilmektedir. Egzost edilen miktar 10 000 m³/saat’tir. Aynı miktardaki dış hava da duyulur ısı verimi %60 olan plakalı eşanjörden geçirilerek mahalle sevk edilmektedir. Dış hava şartları -10^oCKT, %70rH’tır.

• Mahal havasının eşanjör çıkış sıcaklığını ve yoğuşma miktarını belirleyiniz.
• Dış havanın eşanjörden çıkış sıcaklığını belirleyiniz.
• Transfer edilen ısı miktarını hesaplayınız.
• Eşanjörde karlanma riski var mıdır, irdeleyiniz.

η=100 x (t_RA-t_EA)/(t_RA-t_OA)=%60

η=100 x (t₁-t_OA)/(t_RA-t_OA)=%60………….. (özgül hacimlerin değişmeyeceği varsayımıyla)

t_RA= 20 ^oC

t_OA= -10 ^oC

Değerleri yerlerine koyduğumuzda:

0.60 = (t_RA-t_EA)/(t_RA-t_OA)

0.60 = (20 – t_EA)/(20 + 10)

t_EA= +2^oC

Bu işlemi psikrometrik diyagrama işlediğimizde “EA” konumunun %100 doyma eğrisinin dışında olduğunu görürüz. Bu mümkün değildir (Bkz. Psikrometri-I ). Çünkü 20^oCKT, %50 rH

değerlerine sahip “RA” oda konumunun çiy noktası “DP”dir. Bu noktaya kadar yalnız duyulur soğutma olarak gerçekleşen soğutma prosesinin aynen devam etmesi mümkün değildir. Soğutma prosesi bu noktadan itibaren %100 doyma eğrisini takip ederek soğutma ve nem alma olarak devam ederek “EA¹” noktasına kadar gelecektir. Bu proseste de dış havaya transfer olunan ısı, egzost edilen mahal havasının ısı kaybına eşittir. Bu eşitliği aşağıdaki gibi gösterebiliriz.

Q_OA-1 = Q_RA-EA1 ……………………………………………………………………………………………..…..1

Q_OA-1= V x c_px(1/γ) x (t₁– t_OA)………………………………………………………………………….2

Q_RA-EA1= V x c_px (1/γ)x(t_RA– t_DP) +  V x (1/γ) x h_fgx(w_RA– w_EA)………..……………3

Q_RA-EA1= V x (1/γ)x(h_RA– h_EA) …………………………………………………………………………4

“2” numaralı denklemdeki işlem salt ısınma işlemi olduğundan özgül ısı “c_p” ve kuru termometre sıcaklık farklarını kullanarak gerçekleştirilmektedir. Ancak “3” numaralı denklem iki farklı işlemden meydana gelmektedir. Bunlardan birisi havanın duyulur olarak soğutulmasıdır. Diğeri de havadaki mutlak nem oranının azaltılmasıdır. Birinci işlem kuru termometre sıcaklık farkları ve havanın  özgül ısısı dikkate alınarak gerçekleştirilmektedir. Nem alma işleminde ise mutlak nem oranında “w_RA-w_EA” kadar bir azalma olduğundan bu fark suyun o  sıcaklıktaki buharlaşma (=yoğuşma) entalpisi ile çarpımı neticesi bulunur. Toplam ısı kaybı da bu iki değerin toplamıdır ve entalpi farklarının havanın yoğunluğu ile çarpımına eşittir.

Q_OA-1= V x c_px(1/γ) x (t₁– t_OA)

Q_OA-1= 10000 x 1.041 x(1/0.800) x (8 + 10)

Q_OA-1= 234 225 kJ/saat = 65.05 kW

Q_RA-EA1= V x (1/γ)x(h_RA– h_EA)

Q_RA-EA1= 10000 x (1/0.800)x(40.0 – 21.7)

Q_RA-EA1= 228 750 kJ/saat = 63.53 kW

Hesapları sadeleştirmek için havanın özgül hacminin sabit olduğu kabul edilmiştir. Hakikatte verilen sıcaklıklarda havanın özgül yoğunluğu 0.7467 kg/m³ile 0.8403 kg/m³arasında değişmektedir. Değerler aşağıda verilmektedir:

-10^oCKT, %70rH…………………0.7467 kg/m³

+8^oCKT, %20rH…………………0.7982 kg/m³

+7^oCKT, %100rH…………………0.8016 kg/m³

+20^oCKT, %50rH…………………0.8403 kg/m³

Egzost havası ısı kaybını hesaplarken +7^oCKT ile +20^oCT’deki değerlerin ortalaması ile dış havanın ısınmasında -10^oCKT ile +8^oCKT deki değerlerin ortalamasının kullanılmaları daha hassas bir sonuç verecektir. Ancak önerilen işlemdeki hata payı son derece düşük olduğu için uygulamalarda kullanılabilir.

Bu görüşlerin ışığı altında yapılan hesaplar neticesi egzost edilen havadan dış havaya 65 kW enerji tasarruf edilerek tasarruf sağlandığı görülmektedir. Bir de kondansasyon miktarını hesaplayalım.

M = V x (1/γ)x (w_RA– w_EA)

M = 10000 x (1/0.800) x( 7.7 -6.0)

M = 21 250 gram/saat

Dizayn koşullarında saatte 21.25 kg yoğuşma meydana gelecektir. Bu nedenle mahal havasının çıkış tarafına (egzost tarafına) terleme tavası konulması gerekmektedir. Eğer çıkış hızı 2.5 m/san.’in üzerindeyse ilaveten separatör (damla tutucu) konması da önerilir. Egzost havası çıkış sıcaklığı 0^oC’ın üzerinde olduğu için herhangi bir şekilde karlanma riski yoktur. Eğer çıkış sıcaklığı 0^oC veya daha düşük olsaydı defrost tertibatı kullanılması gerekecekti.

1.10. KARIŞIM HAVALI, DUYULUR ISI GERİ KAZANIMLI, YALNIZ ISITMALI KLİMA SANTRALI

Problem: Klima santralının toplam hava debisi 10 000 m³/saat’tir. Klima santralı %50 dış hava ile çalışmaktadır. Dış hava şartları -10^oCKT, %70rH’tır. Klima santralında %60 duyulur ısı geri kazanım verimi olan plakalı eşanjör kullanılması düşünülmektedir. Mahallin ısı kaybı 30 kW’tır. Psikrometrik diyagramı çizin, ısıtıcı batarya büyüklüğünü belirleyin.

Önce psikrometrik diyagramı çizip prosesleri inceleyelim.

“OA” şartlarındaki dış hava palakalı ısı geri kazanım eşanjöründen geçerek “1” şartlarına kadar ısıtılma. Bu arada da “RA” şartlarında olan egzost havası “RA-DP-EA” proses hattını takip ederek soğumakta ve ısısını dış havaya transfer etmektedir. Dolayısıyla “OA-1” prosesi dış havanın ısı geri kazanımı neticesi ısınmasını göstermektedir. “1” şartlarındaki ısınmış dış hava “RA” şartlarındaki mahal havası ile %50 oranında karışarak “KA” konumunu belirler. “KA-SA” prosesi ise %50 oranında dış hava, mahal havası karışımının ısıtıcı bataryada ısıtılmasıdır. Bu prosesin 20^oCKT’ye kadar olan kısmı dış havanın mahal sıcaklığına kadar ısıtılması, geri kalan kısmı ise mahal ısı kaybını karşılamak için yapılan ilave ısıtma işlemidir. Bu işleme uygun klima santralı aşağıdaki çizimde gösterilmektedir.

Eğer klima santralında plakalı ısı geri kazanım elemanı bulunmasaydı ısıtıcı batarya büyüklüğü “X-SA” olarak belirlenecekti. Halbuki plakalı eşanjör kullanımı ile bu büyüklük “KA-SA”ya indirgenmiş, “X-KA” kadar enerji tasarrufunda bulunulmuş bulunmaktadır.

Isı geri kazanımı olmaksızın ısıtıcı batarya büyüklüğü:

Q= V x c_px (1/γ) x ( t_SA-t_x)= V x (1/ϒ) x ( h_SA-h_x)

Isı geri kazanımı sonucu ısıtıcı batarya büyüklüğü:

Q_ıg= V x c_px (1/γ) x ( t_SA-t_KA)= V x (1/ϒ) x ( h_SA-h_KA)

Yapılan enerji tasarrufu ise:

ΔQ= Q – Q_ıg= V x c_px (1/γ) x ( t_KA-t_x)= V x (1/ϒ) x ( h_KA-h_x)

Bu ifadeleri problemimize uygularsak:

Q= 10000 x 1.041 x (1/0.825) x ( 29.4-5)=295 757 kJ/saat =82.14 kW

Q_ıg= 10000 x 1.041 x (1/0.825) x ( 29.4-14)=194 320 kJ/saat= 53.97 kW….. ısıtıcı batarya büyüklüğü ve;

ΔQ= Q – Q_ıg= 82.14 – 53.97 = 28.17 kW…………enerji tasarrufu bulunur.

1.11. %100 DIŞ HAVALI, TOPLAM ENERJİ GERİ KAZANIMLI, YALNIZ ISITMALI KLİMA SANTRALI

Çözümlü örneklere geçmeden önce, toplam ısı geri kazanımlı eşanjörler hakkında kısa bilgi verelim. 1.8 sayılı konumuzda ısı geri kazanım elemanlarının genel tanımını yapmış, dört değişik tip elemanı incelemiştik. Bunlardan ikisinin entalpi bazında ısı geri kazanımı yapabildiğini görmüştük. Entalpi bazında ısı geri kazanımı hem duyulur ısı geri kazanımını, hem de gizli ısı geri kazanımı içerir. Bu nedenle bu tip eşanjörler için iki değişik verim kullanılır.

η_duy=100 x (t_RA-t_EA)/(t_RA-t_OA)

η_giz= 100 x (w_RA-w_EA)/(w_RA-w_OA)

Bu formülde:

η_duy= Eşanjörün duyulur ısı kazanım verimi……………………………………………. (%)

t_RA= Egzost edilen havanın eşanjöre giriş sıcaklığı …………………………….…..(^oC)

t_EA= Egzost edilen havanın eşanjörden çıkış sıcaklığı ……………….…………….(^oC)

t_OA= Dış hava sıcaklığı…………………………………………………………………….…………(^oC)

 

η_giz= Eşanjörün gizli ısı kazanım verimi…………………..………………………………. (%)

w_RA= Egzost edilen havanın mutlak nem oranı …………………….…….…..( gr/kg_da)

w_EA= Egzost edilen havanın eşanjörden çıkış mutlak nem oranı ..….( gr/kg_da)

w_OA= Dış havanın mutlak nem oranı…………………………………….……………(gr/kg_da)

Bu işlemi entalpi tekerleği de tabir edilen döner tamburlu toplam enerji geri kazanım elemanını inceleyerek yapalım.

Şematik çizimdeki semboller şöyledir.

t_RA= Egzost edilen havanın eşanjöre giriş sıcaklığı …………………………………..(^oC)

w_RA= Egzost edilen havanın mutlak nem oranı ……………………………….( gr/kg_da)

h_RA= Egzost edilen havanın entalpisi ……………..…………………………………..( kJ/kg)

 

t_EA= Egzost edilen havanın eşanjörden çıkış sıcaklığı ………………………………(^oC)

w_EA= Egzost edilen havanın eşanjörden çıkış mutlak nem oranı ……( gr/kg_da)

h_EA= Egzost edilen havanın eşanjörden çıkış entalpisi ……………..……….( kJ/kg)

 

t_OA= Dış havanın eşanjöre giriş sıcaklığı ………………………..…………………………(^oC)

w_OA= Dış havanın mutlak nem oranı …………………………..………………..….( gr/kg_da)

h_OA= Dış havanın entalpisi ……………..………………………..………………………….( kJ/kg)

 

t₁ = Dış havanın eşanjörden çıkış sıcaklığı ………………………..………………………(^oC)

w₁ = Dış havanın eşanjörden çıkış mutlak nem oranı ……………..……….( gr/kg_da)

h₁ = Dış havanın eşanjörden çıkış entalpisi ……………..………………………….( kJ/kg)

Hava yoğunluğunun sıcaklığa bağlı olarak çok az değişeceği nedeniyle sabit kabul edilmesi durumunda verim formüllerimiz aşağıdaki duruma gelir.

η_duy=100 x (t_RA-t_EA)/(t_RA-t_OA)= 100 x (t₁-t_OA)/(t_RA-t_OA)

η_giz= 100 x (w_RA-w_EA)/(w_RA-w_OA) = 100 x (w₁-w_OA)/(w_RA-w_OA)

η_top= 100 x (h_RA-h_EA)/(h_RA-h_OA) = 100 x (h₁-h_OA)/(h_RA-h_OA)

Şimdi yukarıdaki işlemleri bir örnekle hesaplayalım ve psikrometrik diyagramda prosesi gösterelim.

Problem: Klima santralının toplam hava debisi 10 000 m³/saat’tir. Klima santralı %100 dış hava ile çalışmaktadır.Mahal şartları 20^oCKT, %50 rH, dış hava şartları ise -10^oCKT, %70rH’tır. Klima santralında %75 duyulur ısı geri kazanım verimi, %55 gizli ısı geri kazanım verimi olan entalpi tekerleği kullanılmaktadır.  Egzost havası ile dış havanın eşanjör çıkış şartlarını ve sistemin toplam ısı geri kazanım verimini hesaplayın.

η_duy=100 x (t_RA-t_EA)/(t_RA-t_OA)= 100 x (t₁-t_OA)/(t_RA-t_OA)

75 =100 x (20-t_EA)/(20 + 10)

T_EA= -2.5^oCKT

η_duy= 100 x (t₁-t_OA)/(t_RA-t_OA)

η_duy= 100 x (t₁-t_OA)/(t_RA-t_OA)

75 = 100 x (t₁+10)/(20 + 10)

t₁= +12.5^oCKT

η_giz= 100 x (w_RA-w_EA)/(w_RA-w_OA)

55 = 100 x (7.2 -w_EA)/(7.2 – 1.3)

w_EA= 3.95 gr/kg_da

η_giz= 100 x (w₁-w_OA)/(w_RA-w_OA)

55 = 100 x (w₁ – 1.3)/(7.2 – 1.3)

w₁ = 5.25 gr/kg_da

Bu değerleri psikrometrik diyagram üzerine koyup “OA-1” ve “RA-EA” proses doğrularını çizelim.

Şimdi de sistemin toplam ısı geri kazanım verimini hesaplayalım.

η_top= 100 x (h_RA-h_EA)/(h_RA-h_OA)

h_RA= 38.8 kJ/kg

h_EA= 7.0 kJ/kg

h_OA= -7.2585 kJ/kg (bkz. Psikrometri-I, sayfa-132, Tablo-8)

η_top= 100 x (38.8 – 7.0)/(38.8 + 7.2585)

η_top= 69 (%)

Uygulamamızda sistemin toplam enerji bazında ısı geri kazanım verimi %69’dur.

1.12. KARIŞIM HAVALI, TOPLAM ENERJİ GERİ KAZANIMLI, YALNIZ ISITMALI KLİMA SANTRALI

Problem: Klima santralının toplam hava debisi 10 000 m³/saat’tir. Klima santralı %50 dış hava ile çalışmaktadır.Mahal şartları 22^oCKT, %50 rH, dış hava şartları ise -5^oCKT, %70rH’tır. Klima santralında %75 duyulur ısı geri kazanım verimi, %45 gizli ısı geri kazanım verimi olan entalpi tekerleği kullanılmaktadır. Mahal ısı kaybı 30 kW’tır.  Egzost havası ile dış havanın eşanjör çıkış şartlarını ve sistemin toplam ısı geri kazanım verimini hesaplayın.

Q_mahal= 30 kW= 30 x 3600.65 = 108 110 kJ/saat

Q_mahal=V x c_px (1/γ)x (t_SA – t₁)

108 110 = 10 000 x 1.041 x (1/0.85) x (t_SA – 20)

t_SA = 28.82^oC

Şimdi prosesi psikrometrik diyagramda gösterelim.

Psikrometrik diyagramımızda “OA-1” hattı, döner tamburda dış havanın ısı ve kütle transferi  neticesi kuru termometre sıcaklığıyla mutlak nem oranının artarak “OA” konumunan “1” konumuna gelmesi prosesidir. Kesik çizgiyle gösterilen “RA-EA” hattı aynı döner tamburda, egzost edilen hava içindeki duyulur ısı ile mutlak nem oranının  dış havaya transferidir. “1-RA” hattı, döner tamburdan “1” şartlarında çıkan dış hava ile “RA” şartlarındaki oda havasının karışım prosesidir. “Ka” karışım havasının konumunu bu hat üzerinde karışım yüzdesi belirler. “Ka-SA” ise karışım havasının sevk şartı olan “SA” konumuna kadar ısıtıcı bataryada ısıtılmasıdır. Havanın “t_Ka” kuru termometre sıcaklığından “t_RA” kuru termometre sıcaklığına ısıtılması, karışım havasının mahal şartlarına kadar ısıtılmasıdır. “t_RA”dan “t_SA” kuru termometre sıcaklığına ısıtılması ise mahal ısı kaybını karşılamak içindir.

Bu prosese uygun klima santralı yukarıda görülmektedir. Klima santralı içinde soğutucu batarya da bulunmaktadır. Ancak soğutma ile ilgili prosesleri “Yaz Kliması” isimli bahiste inceleyeceğiz.

Isıtıcı batarya kapasitesinin belirlenmesi

ΣQ = V x c_p x (1/γ) x ( t_SA – t_Ka)

ΣQ = 10 000 x 1.041 x (1/0.85) x (28.82– 18.80)

ΣQ = 122 716 kJ/saat

ΣQ = 34.08 kW

Bu kapasitenin 4.08 kW’ı karışım havasının mahal şartlarına kadar ısıtılması için gerekli olan kapasitedir.

ΣQ = Q_Ka + Q_mahal

Q_Ka= V x c_p x (1/γ) x ( t_RA – t_Ka)

Q_Ka= 10 000 x 1.041x (1/0.85) x ( 20– 18.80 )

Q_Ka= 14 696 kJ/saat = 4.08 kW

Mahal ısı kaybı

30 kW= 30 x 3600.65 = 108 110 kJ/saat

Q_mahal=V x c_px (1/γ)x (t_SA – t_RA)

108 110 = 10 000 x 1.041 x (1/0.85) x (t_SA – 22)

t_SA = 30.82^oC

Bu arada sistemimizin toplam ısı geri kazanım verimliliğini hesaplayalım.

η= (h_RA– h_EA)/(h_RA– h_OA)

h_RA= 43.3 kJ/kg

h_EA = 12.1 kJ/kg

h_OA = -1.0 kJ/kg

 

η= (43.3 – 12.1)/(43.3 + 1.0)

η= 0.70 = %70

geri kazanılan ısı miktarı ise:

Q_hr= V_dışhavax (1/γ) x (h_RA– h_EA )

Q_hr= (10 000 x 0.50) x (1/0.825) x (43.3- 12.1)

Q_hr= 189090 kJ/saat = 52.53 kW

3. ÖZEL UYGULAMALAR

3.1. AT NALI ISI BORUSU UYGULAMALARI

Isı boruları veya yaygın olan İngilizce tanımıyla “heat pipe” aslında yerçekimi ile çalışan pasif bir ısı geri kazanım ve transferi elemanıdır. Konstrüksiyon olarak bakır boru-aluminyum/bakır kanatlı hava ısıtıcı/soğutucu bataryaları andırmaktadır. Boruların içleri fabrikasyon esnasında R-134A, R404A gibi soğutucu akışkanlarla doldurulmuştur. Çalışma prensibi aşağıdaki şemada görülmektedir.

Isı borusunun alt bölümünden geçen sıcak hava, içindeki ısının bir miktarını transfer ederek eşanjör içindeki akışkanın buharlaşmasına neden olur. Buharlaşan akışkan yoğunluk farkı nedeniyle yükselir (mavi oklar). Üst kısma gelince ise soğuk dış hava ile temas eder, içindeki ısı enerjisini soğuk havaya transfer ederek ısınmasına neden olur. Kendi de ısı kaybı neticesi yoğuşur, yoğunluğu arttığı için tekrar aşağı iner (kırmızı oklar). Bu ısı geri kazanım cihazlarının verimleri yalnız duyulur ısı bazında olup genelde %50’nin altındadır. Yerçekimi ile çalıştıkları için genelde dik bir yapıya  veya kondenser kısmının daha yüksek bir seviyede olmaları gerekir.

Atnalı uygulaması da aynı prensip ile çalışan, nem alma işlemlerinde enerji tasarrufuna yönelik bir uygulamadır.

Bu uygulama ile ilgili resimler aşağıda görülmektedir.

Resimlerde de görüldüğü gibi ısı borusu atnalı tarzında imal edilmiş; “U” harfi tarzındaki formunun ortasında da soğutma serpantini yerleştirilmiştir. Ancak ısıyı tranfer edecek olan akışkan yerçekimi ile çalıştığı için kondenser görevini gören ısıtma parçası biraz daha yükseğe yerleştirilmiş bulunmaktadır.

Nemli ve sıcak hava ilk olarak , ön soğutma amacıyla atnalı ısı borusunun evaporatör kısmıyla temas ederek içindeki ısının bir kısmını akışkana transfer ederek duyulur ısı bazında bir soğuma işlemine tabi olur. Bu işlemden sonra kısmen soğumuş hava soğutucu batarya ile temas eder. Burada hem soğutma hem de nem alma işlemleri gerçekleştirilir. Nem alma miktarı soğutucu bataryada kullanılan soğutucu akışkanın ve dolayısıyla soğutucu bataryanın satıh sıcaklığına bağlıdır. İçindeki nemi büyük oranda burada bırakan hava atnalı ısı borusunun son elemanı olan kondenser kısmıyla temasa geçer. Burada daha önce soğurken vermiş olduğu ısıyı geri kazanır, ısınmış ve nemi düşmüş olarak mahalle sevk olunur.

Şimdi bu işemi bir örnekle pekiştirelim:

Problem: Kapalı bir yüzme havuzundaki toplam buharlaşma miktarı 42 kg/saat’tir. Yüzme havuzunun bulunduğunu mahallin tasarım şartları 26^oCKT, %50 rH olup müsaade edilen maksimum bağıl nem seviyesi %65’dir. Sistem %100 resirküle hava ile çalışmaktadır. Isı borusunun verimi %50’dir.Aşağıdaki doneleri bulunuz:

• Gerekli hava debisi
• Gerekli soğutma yükü
• Atnalı ısı borusu kullanılmasaydı gerekli olacak soğutma ve son ısıtma yükleri.

 Yapacağımız ilk işlem havanın soğutucu bataryadan çıkış sıcaklığını tahmin etmektir. Bunun için mahal tasarım şartı olan 26^oCKT, %50 rH’ı psikrometrik diyagram üzerinde belirler, bu  noktadan yatay  bir  hat çizeriz. Hattımız  %100  doyma eğrisini  14.4^oC’ta kestiğine göre soğutucu batarya çıkışını yaklaşık %95 rH’a tekabül eden 15^oCKT olarak kabul edebiliriz. Bu sıcaklık “t₃”kuru termometre sıcaklığıdır.

Bundan sonra yapılacak ikinci işlem TS-308’e göre ısı geri kazanım ünitesi verim denklemini kurmak ve gerekli “t₂” sıcaklığını bulmaktır.

η= (t₁-t₂)/(t₁-t₃)

0.50= (26-t₂)/(26-15)

t₂= 20.5^oCKT

Aynı şekilde t₄kuru termometre sıcaklığını da bulabiliriz. Bu sıcaklık ta 20.5^oCKT bulunur.

Şimdi artık psikrometrik diyagramı çizebiliriz.

Psikrometrik diyagramımızda “RA” konumu mahal şartlarını, “1” konumu da maksimum mahal şartlarını belirlemektedir. “1-2” ve “3-4” doğrularıyla gösterilen prosesler atnalı ısı borusundaki ısı alış verişlerini göstermektedir. “1” konumundaki iç hava ısı borusunun üzerinden geçerken “2” noktasına kadar duyulur soğutma işlemine tabi olmaktadır. “2” konumunda ısı borusunu terk eden hava soğutucu bataryada “3” konumuna kadar soğutulmakta ve nemi alınmaktadır. “3” konumudaki hava ise atnalı ısı eşanjörünün son kademesinden geçerek “4” konumuna kadar ısıtılmakta ve mahalle sevk edilmektedir.

Bu örnekte yalnız nem alma öngörüldüğünden “4” konumundaki havanın  “RA” şartlarına kadar tekrar ısıtılması yapılmamaktadır. Mahalde ayrı bir ısıtma sistemi ve/veya dahili ısı kazançlarının olduğu varsayılmaktadır. Eğer “RA” şartlarına kadar  bir

Isıtma işlemi gerekirse, “4-RA” prosesinde gösterilen son ısıtıcı bataryanın klima santralına ilavesi gerekir.

Şimdi psikrometrik diyagram üzerinden okuduğumuz değerleri kaydedelim.

w₁= 13.9 gr/kg

w₂= 10.8 gr/kg

h₁= 62.0 kJ/kg

h₂= 55.7 kJ/kg

h₃= 41.5 kJ/kg

h₄= 47.8 kJ/kg

Verilen değerleri esas alarak hava debisini belirleyelim:

V= (M x 1000)/[(w₁-w₄)x(1/γ)]……………………………… ( M= 42 kg/saat)

V= (42 x 1000)/[(13.9 – 10.8)x(1/0.850)]

V= 11 516 m³/saat

Şimdi de soğutucu batarya büyüklüğünü belirleyelim.

Q_soğ= V x (1/γ) x (h₂-h₃)

Q_soğ= 11 516 x (1/0.850) x (55.7 – 41.5)

Q_soğ= 192 385 kJ/saat

Q_soğ= 53.4 kW

Atnalı ısı borusu uygulaması, daha önce de belirtildiği gibi enerji tasarrufuna yönelik bir uygulamadır. Eğer bu uygulama yerine klasik soğutma ve son ısıtma uygulamasını yapmış olsaydık enerji sarfiyatımız ne olurdu hesaplayalım.

Q_soğ= V x (1/γ) x (h₁-h₃)

Q_soğ= 11 516 x (1/0.850) x (62.0 – 41.5)

Q_soğ= 277 739 kJ/saat

Q_soğ= 77.2 kW

Q_ısıt= V x (1/γ) x (h₄-h₃)

Q_ısıt= 11 516 x (1/0.850) x (47.8 – 41.5)

Q_ısıt= 85 354 kJ/kW

Q_ısıt= 23.7 kW

ΣQ = Q_soğ+ Q_ısıt

ΣQ = 77.2 + 23.7 = 100.9 kW

Bu uygulamadaki enerji tasarrufumuz ise:

100.9 – 53.4 = 47.5 kW olmaktadır.

Buna benzer diğer bir uygulama da %100 dış havalı, ancak mutlak nemi yüksek olan klima sistemlerinde nem kontrolunu atnalı ısı borusu ile sağlamaktır. Bunu da bir örnekle pekiştirelim:

Problem: Dış hava şartları 36^oCKT, 27^oCYT, mahal şartları 26^oCKT, %50rH olan bir mahallin taze hava ihtiyacı 8000 m³/saat’tir. Sistemi %100 taze hava ile çalışacaktır ve dış hava mahalle mahal şartlarında üflenecektir. Sistemi atnalı ısı borusu kullanmak suretiyle çözünüz. Kullanılacak ısı geri kazanım eşanjörünün verimi %45’dir.

Aynı bahsin bir önceki örneğinde olduğu gibi, psikrometrik diyagramda “RA” mahal şartlarından yatay bir hat çizerek bu hattın %100 doyma eğrisiyle kesişmesi sağlanır. Bu hat üzerinde soğutucu batarya çıkış şartı 15^oCKT, %97rH olarak kabul edilir. 15^oCKT bizim “t₃” kuru termometre sıcaklığımızdır. İkinci aşama olarak ısı geri kazanım eşanjörü verimini esas alarak “t₂” sıcaklığını belirleriz.

 η= (t₁-t₂)/(t₁-t₃)

0.45= (36-t₂)/(36-15)

t₂= 26.5^oCKT

Aynı şekilde “t₄” sıcaklığını da belirleriz.

η= (t₄-t₃)/(t₁-t₃)

0.45= (36-t₂)/(36-15)

t₂= 24.5^oCKT

Artık psikrometrik diyagramımızı çizebiliriz.

Bir önceki örnekte olduğu gibi bu örneğimizde de “1-2” hattı atnalı ısı borusunda dış havanın soğuması, “2-3” hattı soğutma bataryasında havanın soğutulması, “3-4” hattı da soğutucu bataryadan çıkan havanın ısı geri kazanımı sonucu “4” noktasına kadar ısınması prosesidir. Eğer mahalde herhangi bir ısı kaynağı yoksa “4-RA” prosesine uygun bir son ısıtma yapılabilir.

Aşağıdaki değerler psikrometrik diyagramdan alınmıştır.

h₁= 85.7 kJ/kg                               w₁= 19.0 gr/kg

h₂= 76.4 kJ/kg

h₃= 41.4 kJ/kg

h₄= 50.3 kJ/kg

h_RA=53.0 kJ/kg                               w_RA=10.4 gr/kg

Soğutucu bataryanın büyüklüğü:

Q_soğ= V x (1/γ) x (h₂-h₃)

Q_soğ= 8 000 x (1/0.850) x (76.4 – 41.4)

Q_soğ= 329 412 kJ/saat

Q_soğ= 91.5 kW

Son ısıtıcı bataryanın büyüklüğü:

Q_ısıt= V x (1/γ) x (h_RA-h₄)

Q_ısıt= 8 000 x (1/0.850) x (53.0 – 50.3)

Q_ısıt= 24 412 kJ/kW

Q_ısıt= 7 kW

3.2. ÇİFT TAMBURLU ISI GERİ KAZANIMLI SİSTEMLER

Yüksek dış hava kuru termometre sıcaklığına ve yüksek bağıl neme sahip yerlerde gerekli konfor şartlarını temin edebilmek için havanın soğutulması, mutlak neminin azaltılması ve bilahare belirli bir konuma kadar ısıtıldıktan sonra mahalle sevk edilmesi gerekir. Bu uygulama işletme ekonomisi açısından çok pahalı bir sistemdir. Çünkü bağıl nemin kontrol edilebilmesi için havanın gereğinden fazla soğutularak neminin azaltılması, bilahare aynı havanın normal üfleme şartlarına kadar son ısıtıcıda tekrar ısıtılması gerekmektedir. Bu uygulama konu 2.4’de anlatılmıştır. Daha önce anlatılmış bu konuda maksimum enerji geri kazanımı ile minimum enerji sarfiyatı ve dolayısıyla minimum işletme masrafıyla bu prosesi gerçekleştirebilmek için geliştirilen sistemlerden biri de çift tamburlu ısı geri kazanım sistemleridir.  Çift tamburlu sistem uygulamasıyla soğutma ihtiyacı minimumda tutulmakta, mahalden egzost edilen havanın içindeki enerjiden maksimum tarzda faydalanılmaktadır.

Bu uygulamada kullanılan klima santralları iki katlı olup şematik çizimi aşağıda gösterilmektedir.

Santral %100 taze hava ile çalışmaktadır. Dönüş havası önce duyulur ısı tamburundan geçerek içinde enerjinin bir miktarını bırakmakta, bilahare absorbsiyon tamburunda ise büyük oranda hem duyulur ısısının hem de gizli ısısının taze havaya transferini gerçekleştirmektedir. Aynı şekilde taze hava da absorbsiyon tamburundan geçerek egzost edilen havanın duyulur ve gizli ısısını kazanmaktadır. Bundan sonraki aşamada taze hava soğutucu bataryada soğutulmakta, bilahare duyulur ısı tamburunda da ısı transferi sayesinde belirli bir konuma kadar ısıtılmakta ve mahalle sevk olunmaktadır.

Önceki sayfadaki psikrometrik diyagramda dış havanın klimatizasyonu ile ilgili prosesler kırmızı, dönüş-egzost havası ile ilgili prosesler de mavi hatlarla gösterilmektedir. Kırmızı “OA-1” proses hattı ile mavi “3-EA” hattı absorbsiyon tamburunda toplam enerji transferini simgelemektedir. “OA” konumundaki dış hava “1” konumuna kadar soğur ve nemini kaybederken içindeki nem ve ısıyı “3” konumundaki egzost edilecek havaya transfer etmektedir. “1-2” ise absorbsiyon tamburundan çıkan havanın soğutulması işlemidir ve hava “2” konumuna kadar soğutulmaktadır. “2” konumundaki hava ile “RA” konumundaki mahal havası ise duyulur ısı tamburunda yalnız duyulur ısı bazında ısı tranferini gerçekleştirmektedir. Bu prosesler mavi “RA-3” ve kırmızı “2-SA” hatlarıyla gösterilmektedir. “SA-RA” hattı ise mahalle sevk edilen havanın %55 duyulur ısı oranıyla mahalde ısınmasını göstermektedir.

Şimdi de bununla ilgili bir örnek yapalım:

Problem: Bir mahallin duyulur ısı oranı %55, mahallin ısı yükü ise 60kW’tır. Mahal şartları 26^oCKT, %50rH, dış hava şartları 36^oCKT, 30^oCYT’dir. Sistem %100 dış hava ile çalışacaktır. İki katlı klima santralı kullanılacak olup dış hava sırasıyla absorbsiyon tamburu, soğutucu batarya ve duyulur ısı tamburundan geçtikten sonra mahalle sevk edilecektir. Taze hava-klimatize hava iki katlı klima santralının alt katını oluşturacaktır. Üst kat ise dönüş havası-egzost için ayrılmış olup akış yönü taze havaya göre ters yöndedir (bkz. şekil s.61). Duyulur ısı tamburunun verimi %50’dir. Absorbsiyon tamburunun duyulur ısı verimi %85, gizli ısı verimi ise %75’tir. Kullanılacak soğutucu akışkan 7/12^oC soğuk sudur.

• Psikrometrik diyagramı çizin
• Hava debisini belirleyin
• Soğutucu batarya yükünü belirleyin.

Soğutucu bataryada kullanılacak soğutucu akışkan 7/12^oC soğuk su olduğundan soğutma prosesi cihaz çiy noktasını “ADP” 7^oC,ve belirli bir by-pass oranı kabulüyle soğutucu batarya çıkış şartlarını 11^oCKT olarak kabul edebiliriz. (burada soğutucu bataryanın ters yönlü ısı eşanjörü olduğunu kabul ediyoruz, bu durumda ADP 7^oC’tır. Eğer soğutucu batarya paralel yönlü ısı eşanjörü olsaydı ADP 12^oC olurdu) Bu kabuller neticesi “2” noktasını psikrometrik diyagram üzerinde belirleyebiliriz.

Dönüş havası duyulur ısı tamburundan geçeceği için buradaki proses yatay çizgilerle gösterilecektir. Bu nedenle “2” noktasından yatay bir hat, “RA” noktasından da diğer bir yatay hattı çizebiliriz.

Şimdi sırada “RSHR” oda duyulur ısı oranını esas alarak klimatize havanın mahalde ısınmasını belirleyen yatay hattı çizmemiz gerekir. Bunun için “q_sens/q_tot” çemberinde RSHR=0.55 hattını çizer ve bunu paralel bir şekilde “RA” noktasına taşırız. Bu hatla “2” noktasından gelen yatay hattın kesiştiği nokta, klimatize havanın mahalle üfleneceği “SA” noktasıdır. Ancak bu noktanın duyulur ısı tamburunun verimi olan %50 şartını karşılaması gekekir. Şöyleki:

η=(t_SA-t₂)/(t_RA-t₂)

η=(t_SA– 11)/(26 -2)=0.50

t_SA =18.5^oCKT

Dolayısıyla seçimimiz doğrudur. Eğer psikrometrik diyagramdaki çizim ile hesap neticesi bulunan “t_SA” birbirinden farklı çıkarsa iki uygulama yapılabilir.

• “t₂”şartının konumu, istenen eşitlik sağlanana kadar deneme-yanılma metoduyla değiştirilir, veya
• Duyulur ısı tamburunun verimi değiştirilerek yeniden belirlenir.

Aynı şekilde “3” konumunun kuru termometre sıcaklığını da hesaplayabiliriz.

η=(t_RA-t₃)/(t_RA-t₂)

η=(26-t₃)/(26 – 11)= 0.50

t₃= 18.5^oCKT

Egzost havası “3” konumunda absorbsiyon tamburundan geçerek bu tambura “OA” şartlarında giren dış havayla duyulur ve gizli ısı transferinde bulunur. Bu tamburun iki verimi vardır.

Duyulur ısı verimi:

η_sens=(t_OA-t₁)/(t_OA-t₃)= 0.85

η_sens=(36-t₁)/(36-18.5)= 0.85

t₁= 21.13^oCKT

Gizli ısı verimi:

η_lat=(w_OA-w₁)/(w_OA-w₃)= 0.75

η_lat=(24.8-w₁)/(24.8-10.5)= 0.75

w₁= 14.08 gr/kg

Bu iki değeri belirledikten sonra “1” konumunu psikrometrik diyagram üzerinde işaretleyebiliriz.  Şimdi de aynı yöntemle “EA” konumunu belirleyebiliriz.

η_sens=(t_EA-t₃)/(t_OA-t₃)= 0.85…………………buradan t_EA= 33.38^oCKT

η_lat=(w_OA-w₁)/(w_OA-w₃)= 0.75…………….buradan da w_EA= 21.33 gr/kg bulunur.

“EA” değerleri yalnız bilgi için olup psikrometrik prosesimizle direkt ilişkili değildir.

Tekrar hava debisinin hesaplanmasına dönelim:

ΣQ= V x (1/γ) x (h_RA-h_SA)

veya

Q_SENS= ΣQ x RSHR

Q_SENS= V x c_px (t_RA-t_SA)

Q)h_SENS= 60 x 0.55 = 33 kW = 118 820 kJ/saat

118 820 = V  x 1.0054 x (26 – 18.5)

V = 15757    ~  16 000 m³/saat

Hava debisini bulduktan sonra soğutucu batarya büyüklüğünü belirleyebiliriz. Ancak ondan önce psikrometrik diyagramımızdan okuduğumuz entalpi, mutlak nem ve kuru termometre değerlerini bir tablo halinde aşağıya yazalım.

h_OA= 101.0 kj/kg                       w_OA= 24.8 gr/kg                 t_OA= 36.0^oCKT

h_EA=   87.0 kj/kg                       w_EA= 21.3 gr/kg                  t_EA= 33.0^oCKT

h₁  =   57.8 kj/kg                       w₁ = 14.3 gr/kg                     t₁  = 21.3^oCKT

h_RA=   52.5 kj/kg                       w_RA= 10.6 gr/kg                 t_RA= 26.0^oCKT

h₃  =   45.0 kj/kg                       w₃ = 10.6 gr/kg                   t₃  = 18.5^oCKT

h_SA=   38.7 kj/kg                                                                       t_SA= 18.5^oCKT

h₂  =   31.0 kj/kg                                                                       t₂  = 11.0^oCKT

Bu değerleri belirledikten sonra soğutucu batarya büyüklüğünü belirleyebiliriz.

Q_soğ= V x (1/γ) x (h₁-h₂)

Q_soğ= 16 000 x (1/0.850) x (57.8 – 31.0)

Q_soğ= 504 471 kJ/saat = 140 kW

Bu uygulama ile ne kadar enerji tasarrufu yaptığımızı belirleyebilmemiz için hiç enerji geri kazanımı yapmaksızın salt soğutma ve son ısıtıcı ile “SA” noktasını gerçekleştirmek için enerji gereksinimimizi hesaplamamız gerekir.

Önce soğutma yükünü hesaplayalım:

Q_soğ= V x (1/γ) x (h_OA-h₂)

Q_soğ= 16 000 x (1/0.850) x (101.0 – 31.0)

Q_soğ= 1 317 647 kJ/saat = 366 kW

Şimdi de son ısıtıcı yükünü hesaplayalım:

Q_ısıt= V x (1/γ) x (h_SA-h₂)

Q_ısıt= 16 000 x (1/0.850) x (38.7 – 31.0)

Q_ısıt= 144 941 kJ/saat =  40.3 kW

Neticede 366+40.3= 406.3kW enerji sarfiyatı ile gerçekleştirilecek bir yaz kliması, ısı geri kazanımı sayesinde 140kW ile çözülmektedir. Buradaki enerji tasarrufu:

η= (406.3-140)/406.3 = 0.656 ~ %66 oranındadır.

Aynı uygulamayı kış için yapalım.

Problem: Önceki örnekteki mahallin ısıtma yükü 30kW’tır. Mahal şartları 22^oCKT, %50rH, dış hava şartları -10^oCKT, %60rH’dır. Sistem %100 dış hava ile çalışacaktır ve hava debisi bir önceki örnekte hesaplandığı gibi 16000 m³/saat’tir. Aynı klima santralı kullanılacaktır.

Duyulur ısı tamburunun verimi %50’dir. Absorbsiyon tamburunun duyulur ısı verimi %85, gizli ısı verimi ise %75’tir. Kullanılacak ısıtıcı akışkan 60/40^oC sıcak sudur.

• Psikrometrik diyagramı çizin
• Hava debisini belirleyin
• Isıtıcı batarya yükünü belirleyin.

Psikrometrik diyagramda ilk yapacağımız işlem mahal “RA” ve dış hava şartlarının “OA” konumlarını belirlemek olacaktır. Bir önceki örneğimizde olduğu gibi duyulur ısı tamburundaki ısı transferi prosesi sonucu “2” ve “4” konumları bulunur. “4” konumundaki hava absorbsiyon tamburuna girmekte, içindeki duyulur ısı ve nemi dış havaya transfer etmektedir. “OA-1” prosesi dış havaya olan ısı ve nem transferini, “4-EA” prosesi de duyulur ısı tamburundan çıkan mahal havasının içindeki duyulur ısıyı ve nemi dış havaya transfer ettikten sonra “EA” şartlarında egzost edilmesini göstermektedir. Burada dikkat edilecek bir husus vardır. “4-EA” prosesi 4.5^oC’ta doyma noktasına varmakta ve bu noktadan itibaren %100 doyma eğrisini takip etmektedir. “EA” ise egzost edilen havanın konumunu göstermektedir. “1” konumunda absorbsiyon tamburunu terk eden dış hava “1-2” prosesi ile duyulur ısı tamburunda “2” konumuna kadar ısınır.

61’inci sayfada şematik olarak gösterilen klima santralı dış havayı “2” şartlarında mahalle sevk edebilecek durumdadır. Ancak mahallin 30 kW ısı kaybını karşılayabilmek için iki yol vardır.

• Kış uygulamasında duyulur ısı tamburunu kullanım dışı bırakmak. Bunun için tamburun dönüş  hızının sıfıra  ayarlanması    Böyle  bir  uygulamada soğutma bataryası kış uygulamasında ısıtma bataryası olarak çalışacaktır. Bu uygulama ile ilgili psikrometrik diyagram aşağıdadır.

• Diğer bir uygulama da her iki tamburun kış uygulamasında çalışması, ancak soğutucu bataryanın devre dışı kalmasıdır. Bu uygulamada duyulur ısı tamburu ile vantilatör arasına bir ısıtıcı batarya ilavesi gerekecektir. Bu uygulamaya ait klima santralının şematik çizimi aşağıdadır.

Isı ekonomisi açısından çift tamburlu ve ilave ısıtıcı bataryalı klima santralı uygulaması daha uygundur. Çünkü çift tamburlu kış uygulamasında ısıtma prosesi “2-3”den ibarettir. Halbuki soğutma bataryasının ısıtıcı olarak kullanılmasında “1-3” hattında görüldüğü gibi daha yüksek bir ısı ihtiyacı oluşacaktır.

3.3. ABSORBSİYONLU NEM ALMA SİSTEMLERİ:

Adsorbsiyonlu nem alma “Psikrometri-I” isimli kitabımızın 118’inci sayfasındaki 6.8.2. sayılı bahiste geniş olarak anlatılmıştır. Burada yalnız bu işleme uygun bir klima santralının çizimini vermekle yetinecek, bir nem alma problemini çözeceğiz.

Problem: 26^oCKT, %65 rH şartlarındaki bir mahalde insanlardan ve havuz sathından 69 kg/saat su buharı üretimi bulunmaktadır. Mahalli istenen şartlarda tutabilmek için gerekli adsorbsiyon tamburlu klima santralının proses havasının ve reaksiyon havasının debilerini hesaplayınız. Kullanılacak olan adsorbsiyonlu tamburun belirtilen şartlardaki nem alma miktarı 9 gr/kg kuru havadır (imalatçı firma kataloğundan).

Bu uygulamada normal sıcaklık psikrometrik diyagramı yerine yüksek sıcaklık psikrometrik diyagramını kullanmamız gerekecektir. Çünkü reaksiyon havasının sıcaklığı 120^oCKT olacaktır.

İlk olarak mahal şartını, mahal havasının 120^oCKT sıcaklığına kadar ısıtılmış durumunu psikrometrik diyagramda işaretleyelim. Psikrometri-I kitabımızda belirtildiği gibi nemi alınacak olan havanın üçte biri kadarı da 120^oCKT’ye ısıtılacak ve nemi taşıyan adsorbiyonlu tamburun kurutulmasını sağlayacaktır.

Prosesimiz teorik olarak adyabatik bir işlem olarak kabul edilebilir. Bu nedenle “A” şartlarındaki havanın adyabatik olarak “B” şartına kadar kurutulması işlemi “A-B” proses hattı ile gösterilmiştir.

“A”  konumun şartlarını psikrometrik diyagramımızdan veya “Tablolar ve Diyagramlar” bölümündeki Tablo-1’den alabiliriz.

W_A= 0.01385 kg/kg kuru hava

W_B= 0.01385 -0.009 =0.00485 kg/kg kuru hava

γ_A-B= 1.000 m³/kg (26^oC ile 120^oC arası yaklaşık ortalama değer)

Bu durumda gerekli hava debisi:

V_pro= M/[( W_A– W_B) x (1/ γ_A-B)]

M   = 69 kg/saat olduğuna göre

V_pro= 69/[(0.01385-0.00485)x (1/1)]

V_pro= 7666 ~ 7700 m³/saat  proses havası

Adsorbsiyonlu tamburu kurutmak için gerekli reaksiyon havası proses havasının 1/3’ü olduğuna göre:

V_rea= (1/3) x  V_pro

V_rea= (1/3) x  7700

V_rea= 2567 m³/saat reaksiyon havası

Reaksiyon havasını 120^oCKT sıcaklığına kadar ısıtabilmek için gerekli ısı miktarı:

Q_rea= V_reax (1/ γ_A-B) x c_px(t_C– t_A)

c_p= 1.007……………….. (26^oC ile 120^oC arası ortalama değer)

Q_rea= 2567 x (1/ 1) x 1.007 x(120 – 26 )

Q_rea= 242 987 kJ/saat = 67.50 kW

Reaksiyon havasını 120^oC’a kadar ısıtabilmek için 67.50 kW kapasiteli bir ısıtıcı bataryaya ihtiyaç vardır. Hava çıkış sıcaklığının yüksek olması nedeniyle böyle bir işlem için elektrikli ısıtıcı veya akışkan sıcaklığı 120^oC’ın üzerinde olan, örneğin kızgın su veya buhar kullanan bir batarya gereklidir.

“A” şartlarındaki nemli hava adsorbsiyon tamburundan “B” şartlarında çıkacak ve mahalle üflenecektir. “C  “ şartına kadar ısıtılmış hava ise tamburdaki nemi alacak, bu işlem esnasında adyabatik olarak soğuyacak, “D” şartlarında atmosfere egzost edilecektir. “A-B” prosesi ile alınan toplam nem miktarı ile “C-D” ile atmosfere egzost edilen nem miktarı birbirlerine eşittir. “A-B” ve “C-D” prosesleri teorik olarak adyabatiktir. Ancak uygulamada adsorbsiyonlu tamburun ısı taşınımını gerçekleştirmesi nedeniyle adyabatik uygulamadan küçük sapmalar meydana gelmektedir. Bunun için uygulamacılara, adsorbsiyonlu tambur üreticilerinin kataloglarına ve/veya seçim programlarına refere olmaları önerilir.

 

3.4. YÜZEY KONDANSASYONUNA ENGEL OLMAK  İÇİN GEREKLİ İZOLASYON KALINLIĞI.

 Nem oranı yüksek ve/veya dış hava sıcaklığı çok düşük yerlerde duvar ve pencerelerde yüzey kondansasyonu çok sık karşılaşılan bir sorundur. Buna mani olmak için bu satıhlara paralel sıcak hava üflenir. Bu uygulama bir çözümdür, ancak enerji sarf etmeden de bunun önlenmesi mümkündür. Bu da bir etüd gerektirir. Prosedürü şu şekilde özetleyebiliriz:

• Önce mahal şartları dikkate alınarak oda çiy noktası “DP” psikrometrik diyagram üzerinden belirlenir.
• Separasyonun (duvar, pencere, tavan vb.) satıh sıcaklığı hesap yoluyla bulunur. Bu sıcaklık oda çiy noktası “DP” ile karşılaştırılır. Eğer hesaplanan sıcaklık “DP”den düşükse satıh kondansasyonu oluşacaktır.
• Bu durumda duvar ısı iletim katsayısı izolasyon malzemeleri de dikkate alınarak yenilenir. Yeni hesaba göre satıh sıcaklığı tekrar hesaplanır. Bulunan sıcaklık “DP”den büyükse çalışma başarılı olarak neticelenmiştir. Eğer değilse izolasyon kalınlığı arttırılarak veya cinsi değiştirilerek tekrarlanır.

Problem:Oda şartlarımız 26^oC, %65 rH, dış hava şartlarımız da -12^oC (örneğin Ankara) olan bir mahalde dış duvar kalınlığı 50mm sıvasız beton perdedir. Kondansasyon olup olmayacağını, eğer oluşuyorsa gerekli izolasyon kalınlığını hesaplayın:

Psikrometrik diyagramdan 26^oC, %65 rH oda şartları için doyma noktası “DP” 19,3^oCKT olarak bulunur.

İkinci olarak beton perde duvarın ısı iletim katsayısını hesaplayalım:

K=Isı iletim katsayısı (W/^oK.m²)

α_iç=İç hava film katsayısı (23,50 W/^oK.m²)

α_dış=Dış hava film katsayısı (8,15 W/^oK.m²)

δ = duvar kalınlığı (0,05 m)

λ = ısı iletkenliği (0,80 W/m.^oK) 

 

 

                 

k   = 1,64 …………( W/^oK.m²)

Üçüncü olarak ısı denklemini kuralım. Denklem 1 metrekare yüzey alanı için yapıdığından denklem alan ölçüsü “F” bulunmayacaktır.

q₁= k₁(t_iç-t_dış)

 q₁= 1,64 x 38 =62,32 W/m²

 Dördüncü olarak iç sathın sıcaklığını hesaplamak için ısı eşitlik denklemini kuralım.

q₂= k₂(t_satıh-t_dış)

q₁= q₂

 k₁(t_iç-t_dış)= k₂(t_satıh-t_dış)

 62,32= k₂(t_satıh-t_dış)

Beşinci olarak “k₂” diye adlandırdığımız, iç hava filmini dikkate almayan ısı iletim katsayısını hesaplayalım.

 

 

 

 

Bulduğumuz bu değeri ısı eşitliği denklemindeki yerine koyarak satıh sıcaklığını bulalım.

k₁(t_iç-t_dış)= k₂(t_satıh-t_dış)

62,32= 2,05 (t_satıh+12)

t_satıh= +18,4 < 19,3^oC

Bulduğumuz bu sonuca göre satıhta terleme olacaktır. Terlemeye mani olmak için iç sathı poliüretanla izole edeceğimizi kabul edelim ve izolasyon kalınlığını hesaplayalım.

Bu formülde ,

δ = izolasyon kalınlığı (X m)

λ = ısı iletkenliği (0,03 W/m.^oK)

k₁(t_iç-t_dış)= k₂(t_satıh-t_dış)

k₁(26+12)= k₂(19,3+12)

 38k₁= 31,3k₂

X= 0,0025m (≃30mm) izolasyon kalınlığı bulunur.

Aynı işlemi pencereler ve vitrin camlar için de yapabiliriz

5. TEMEL PSİKROMETRİK PROSESLERLER

5.1. PSİKROMETRİK DİYAGRAMDAKİ TEMEL İŞLEMLERİN KISA TANIMI

Temel psikrometrik prosesler yukarıdaki psikrometrik diyagram üzerinde gösterilmektedir. Bu prosesleri , diyagramdaki kodlamalara sadık kalarak, aşağıdaki gibi dört ana grupta tanımlayabiliriz:

A- Değişik şartlardaki iki hava kütlesinin karışımı
B- Havanın ısıtılması
– Havanın duyulur ısıtılması (A)
 – Havanın ısıtılması ve nemlendirilmesi (H)
C- Havanın soğutulması
Havanın duyulur soğutulması (B)
 – Havanın soğutulması ve neminin azaltılması (C)
 – Havanın nemlendirilmesi veya neminin azaltılması
D- Havanın izotermik olarak nemlendirilmesi (D)
 – Havanın neminin izotermik olarak azaltılması (E)
 – Havanın yıkanması (adyabatik soğutma) (F)
 – Havanın neminin adyabatik olarak azaltılması (G)

Bu işlemleri 5.2’den başlayarak detaylı bir biçimde inceleyeceğiz.

5.2. DEĞİŞİK İKİ HAVA KÜTLESİNİN KARIŞIMI

Değişik iki hava kütlesinin karışımı proses olarak yukarıdaki psikrometrik diyagramda ve şematik olarak ta klima santralı çiziminde gösterilmektedir.

Bu proseste iki değişik hava kütlesinin toplamı karışım havasının toplam kütlesini meydana getirmektedir. Keza bu iki kütlenin entalpilerinin toplamı da karışım havasının toplam entalpisini oluşturmaktadır. Bu işlemi şu şekilde ifade edebiliriz.

M_KA = M_RA + M_OA

 M_KA.c_p.t_KA = M_RA.c_p.t_RA + M_OA.c_p.t_OA

t_KA = (M_RA.t_RA + M_OA.t_OA)/M_{KA …………………………………………….}( ^oC)

Bu denklemde özgül ısı “c_p” sabit olduğu için birbirini götürür ve sadeleşerek aşağıdaki duruma dönüşür.

M_KA.t_KA= M_RA.t_RA + M_OA.t_OA

Bu formül sayesinde karışım havası sıcaklığı “t_KA”aşağıdaki gibi bulunur:

t_KA = (M_RA.t_RA + M_OA.t_OA)/M_{KA …………………………………………….}( ^oC)

Aynı şekilde karışım havasının antalpik değeri de aşağıdaki gibi bulunur

h_KA = (M_RA.h_RA + M_OA.h_OA)/M_{KA …………………………………………….}( kJ/kg)

benzeri denklmi mutlak nem oranları için de kurabiliriz.

M_KA.w_KA= M_RA.w_RA + M_OA.w_OA

w_KA = (M_RA.w_RA + M_OA.w_OA)/M_{KA …………………………………………….}( kJ/kg)

Bu işlemlerde “M” kg/h cinsinden hava kütlesini , alt simgeler “_RA”oda havasını veya dönüş havasını,“_OA”dış havayı,“_KA” ise karışım havasını belirtmektedir.

Hesap yoluyla yapılan bu çözümü psikrometrik diyagram üzerinde de yapmak mümkündür. Şöyle ki;

• Dış hava ve iç hava şartlarını Psikrometrik Diyagram üzerinde belirle,
• Belirlediğin iki noktayı bir düz çizgi ile birleştir. Karışım işlemi bu hat üzerinde gerçekleşecektir.
• Çizginin boyunu ölç. Dış hava oranı ile çarp. Çıkan sonucu “RA” tarafından ölçüp hat üzerinde işaretle. Bulduğunuz nokta size karışım havasının özellikleirni verir. Bu noktayı esas alarak, rH, T_db, T_wb, w vehdeğerlerini belirleyebilirsiniz.

ÖRNEK: Dönüş havası şartları 20^oC KT, %50 rH, dış hava şartları 0^oC KT ve %70 rH , dış hava oranı %40 olan bir karışımın şartlarını belirleyin.

Dönüş havası ve dış hava şartları psikrometrik diyagramda belirlenir ve iki nokta birleştirilir. İki nokta arasındaki uzunluğun %40’ı dönüş havası tarafından işaretlenir. Bu nokta karışım şartlarıdır ve psikrometrik diyagramdan okunur (bkz. Psikrometrik Diyagram- İki Hava Kütlesinin Karışımı).

5.3. HAVANIN ISITILMASI

Duyulur ısıtma işlemi havaya ısının transferini içerir. Bu işlem klima santrallarında  ve ısıtma cihazlarında ısıtıcı bataryalar, ısı geri kazanım cihazlarında yalnız duyulur ısı transferi yapan ısı geri kazanım üniteleri, elektrikli ısıtıcılar gibi elemanlarca gerçekleştirilir. Bu işlem esnasında nem alış-verişi olmadığından mutlak nem oranı “W” proses boyunca sabit kalır. Ancak ısıtma işlemi esnasında havanın kuru termometre sıcaklığı artmakta olduğundan bağıl nem devamlı düşüş gösterir. Bunun nedeni de yükselen kuru termometre sıcaklığının doyma noktasının daha yüksek mutlak nem oranlarına tekabül etmesidir. Bu da oarntı neticesi bağıl nemin düşmesidir. Bu proses psikrometrik diyagramda yatay çizgi olarak gösterilir. İşlemi yukarıdaki psikrometrik diyagramda görmektesiniz. Yüzde yüz dış havalı klima santralının şematik çiziminde de “mavi” renkte giren dış havanın ısıtıcı bataryada ısıtıldığı görülmektedir. Çıkan ısınmış hava kırmızı renkte gösterilmektedir.

Bu işlemi analitik olarak aşağıdaki gibi gösterebiliriz:

Q=M.c_p(T_SA-T_OA)

 Q=V.(1/ɤ).c_p(T_SA-T_OA)

 Q=V.(1/ɤ)(h_SA-h_OA)

Yukarıdaki formüllerde kullanılan alt simgeler:

_SA= Üfleme havasını

_OA= Dış havayı simgelemektedir.

 ÖRNEK: 10.000 m³/h dış hava klima santralının ısıtma santralına -5^oC, %70 rH’ta girmektedir. Çıkış şartı ise +20^oC’tır. Çıkış şartındaki bağıl nemi ve bataryanın ısıtma kapasitesini bulun.

Çözümü psikrometrik diyagram üzerinden yaparsak:

H_OA= -1.3 kJ/kg

H_SA= 24.8 kJ/kg

Q=10000 (1/0.800)(24.7+1.3)= 325000 kJ/h bulunur.

Aynı işlemi kuru termometre sıcaklığı üzerinden yaparsak:

Q=10000 x 1.041 (1/0.800)(20+5) = 325313 kJ/h bulunur. (= 96.26KW ) 

5.4. HAVANIN SOĞUTULMASI 

5.4.1. Duyulur Soğutma

Duyulur soğutma işlemi ısıtma işleminin tam tersidir. Bu işlem esnasında havanın yalnız kuru termometre bazında entalpisi azaltılır, mutlak nem oranı sabit kalır. Bu işleme örnek olarak klima santralları içindeki soğutucu bataryaları, fan-coil ve endüksiyon cihazlarındaki serpantinleri ve plakalı eşanjörleri gösterebiliriz.  Bu işlem esnasında çiy noktası sıcaklığına erişilmediği için soğutulan nemli havanın içindeki mutlak nem oranında herhangi bir değişiklik söz konusu değildir.

Bu işlemi analitik olarak aşağıdaki gibi gösterebiliriz:

Q=M.c_p(T_RA-T_SA)

Q=V.(1/ɤ).c_p(T_RA-T_SA)

Q=V.(1/ɤ)(h_RA-h_SA)

Yukarıdaki formüllerde kullanılan alt simgeler:

_SA= Üfleme havasını

_RA= Mahal havasını simgelemektedir.

Duyulur soğutma prosesi aşağıdaki psikrometrik diyagramda gösterilmektedir. Görüldüğü gibi proses boyunca mutlak nem oranı “W”değişmemekte ve sabit kalmaktadır.

Burada yeni bir tabirle tanışıyoruz. “DP” olarak adlandırdığımız bu nokta çiy noktası veya mahal çiy noktasıdır. Bu nokta mahal şartlarından çizilen yatay bir doğrunun %100 bağıl nem eğrisini yani doyma eğrisini kestiği noktadır. Bu noktaya kadar olan soğutma işlemlerinde havanın mutlak nem oranı değişmez. Bu nedenle bu prosese duyulur soğutma tabir edilir.

5.4.2. Soğutma ve Nem Alma

Soğutma ve nem alma prosesi aşağıdaki diyagramda görüldüğü gibi gerçekleşir. Bu işlem esnasında “OA” olarak belirtilen dış hava başlangıçta duyulur olarak soğur ve bu işlem yatay bir çizgi halinde gerçekleşir. Ancak belirli bir noktaya gelindikten sonra soğutucu bataryanın soğuk satıhları ile temas eden hava içindeki nemi yoğuşma suretiyle bırakmaya başlar. Bu işlem “SA” noktasına varılıncaya kadar devam eder. “SA” noktasını soğutucu bataryanın tasarımı, örneğin toplam ısı transferi alanı, ısı iletim katsayısı ve logaritmik sıcaklık farkı belirler. Bu konuya  ileride aynı bahis içinde daha detaylı bir biçimde değineceğiz.

 

Bu reel prosesi psikrometri açısından incelediğimizde aşağıdaki bulgulara varırız. Bu da gerçekleşen işlemin termodinamik açıdan izahıdır.

Bu proses esnasında hava çiy noktası altında bir sıcaklığa soğutulmak istenmektedir. Ancak salt duyulur soğutma olarak bu mümkün değildir çünkü psikrometrik proseslerde doyma eğrisinin üstünde bir noktaya soğutma mümkün olmadığı için mahal çiy noktası olan “DP”konumuna kadar duyulur olarak soğur, bu noktaya vardıktan sonra hava içindeki nemi  bırakmaya başlar. Bu proses içinde iki değişik işlem yer almaktadır.

• Duyulur soğutma. Bu soğutma esnasında havanın mutlak nem oranı “DP” noktasına gelininceye kadar değişmez. Bu noktadan itibaren soğutma işlemi ile birlikte nem alma işlemi de başlar.
• Mutlak nem oranının azaltılması (izotermik proses). Mahal çiy noktasına erişildikten sonra devam eden soğutma prosesi neticesi hava içindeki nemi yoğuşma suretiyle bırakmaya başlar. Çünkü daha önceki bahislerde gördüğümüz gibi kuru termometre sıcaklığının düşmesi ile kısmi buhar basıncı da düşmekte ve buna bağlı olarak doyma noktasındaki mutlak nem miktarı da azalmaktadır. Soğutma işlemi “ADP” noktasına kadar devam eder.

Bunun neticesi olarak karşımıza  eğimli bir proses çizgisi çıkar. Bu çizgi üzerindeki bazı tanımlar bu kitapta karşımıza ilk olarak çıkmaktadır. Bunlardan “DP” “Mahal Çiy Noktası”nı daha önce görmüştük. Buna ilaveten yeni tanımlarımızı şu şekilde özetleyebiliriz:

SHR : Duyulur ısı oranı (proses hattının eğimini belirler)
ADP : Cihaz çiy noktası
SH:  Duyulur ısı yükü
LH:   Gizli ısı yükü
TH:  Toplam ısı yükü
SA:Sevk havası şartları

Duyulur ısı oranı  bir mahallin veya sistemin toplam duyulur ısı kazançlarının ayni mahallin veya sistemin toplam ısı kazançlarına olan oranıdır. 

Klima yükü bilindiği gibi duyulur ve gizli ısı yüklerinden oluşmaktadır ve aşağıda gösterilen kalemlerden meydana gelmektedir. Ancak burada bir hususa dikkat edilmesi gerekmektedir. Aşağıdaki tabloda dış havadan, diğer bir ifade tarzı ile taze havadan kaynaklanan ısı yükü gösterilmemiştir çünkü bu yük mahallin  değil, sistemin yükü olarak mütalaa edilmiştir.

Mahal ısı yüküne dış havadan gelen soğutma yükü de eklendiğinde sistemin toplam ısı yükü belirlenmiş olur. Aşağıdaki tabloda da sistemin duyulur ve gizli ısı kazançları gösterilmiştir. Bu tabloya dış havadan kaynaklanan duyulur ve gizli ısı yükleri de ilave edilmiştir.

Yukarıdaki tablolardan ve açıklamadan da anlaşılacağı gibi birbirinden farklı iki değişik duyulur ısı oranı mevcuttur. Bunlardan birincisi mahallin duyulur ısı oranıdır. Diğeri de sistemin duyulur ısı oranıdır.

RSHR : Mahal duyulur ısı oranı

ESHR : Sistemduyulur ısı oranı

Sistem ısı kazancının oda ısı kazancından farkı havalandırma için gerekli olan dış havadan gelen duyulur ve gizli ısı yüklerini içermesidir. Bu nedenle iki değer birbirinden farklıdır.

RSHR ve ESHR  değerleri bize soğutma prosesi çizgisinin eğimini belirler. Bu eğimi iki türlü belirleyebiliriz. Bunlardan biri hesap yoluyla, diğeri de psikrometrik diyagramdaki duyulur ısı oranı yarım dairesinden faydalanmak suretiyle.

Hesap yoluyla proses çizgisinin eğimi aşağıdaki gibi saptanır:

Psikrometrik prosesi içeren yukarıdaki diyagramı incelediğinizde “x” olarak belirlenmiş bir hipotetik nokta görürsünüz. Bu nokta aslında yoktur. Yalnızca duyulur soğutma prosesini belirleyebilmek için konulmuştur. OA ile x noktası arasındaki yatay çizgi duyulur soğutma prosesini ve yükünü belirler. Buradaki duyulur soğutma yükünü aşağıdaki gibi belirleyebiliriz.

Q_duy=V.(1/ɤ).c_p(T_OA-T_x)

veya

Q_duy=V.(1/ɤ)(h_OA-h_X)

Aynı şekilde gizli soğutma yükünü de aşağıdaki gibi yazabiliriz.

Q_giz=V.(1/ɤ)(h_x-h_SA)

veya

Q_giz=V.(1/ɤ)(w_OA-w_SA)(h_fg)

h_fg=Suyun normal atmosferik şartlarda buharlaşma (yoğuşma) ısısı.

        (15^oC ve 101325 Pa’da 2465.38 Kj/kg)

Bu iki değer bize dik açılı üçgenimizin iki kenarını verir ve bu sayede “SA”noktasını buluruz.

Diğer bir yöntem ise psikrometrik diyagramlarda bulunan duyulur ısı oranları cetvelidir. Yarım daire tarzındaki bu cetvel diyagramın sol üst köşesinde bulunmaktadır. Burada duyulur ısı oranımızın skala üzerindeki değeri ile yarım dairenin merkezini birleştirerek bir doğu çizer ve bu doğruyu paralel olarak “OA”noktasına taşırız.Bu doğru bizim soğutma proses hattımızdır. Bu hattın %100 bağıl nem çizgisini, yani doyma eğrisini kestiği yer cihaz çiy noktası “ADP”dir. Bu noktayı “DP” ile karıştırmamak gerekir. Biri mahallin çiy noktası, diğeri ise cihazın çiy noktasıdır.

Niye soğutulmuş hava “ADP” şartlarında mahalle sevk olunmamakta, bunun yerine “SA” şartlarında sevk olunmaktadır? Bunun cevabını “by-pass” oranı dediğimiz bir oluşumla açıklayabiliriz. “By-pass”belirli bir orandaki havanın herhangi bir şartlandırmaya tabi tutulmaksızın, hiçbir değişime uğramaksızın geçen miktarıdır. Bunun klimatize tüm havaya oranına da “by-pass oranı”tabir edilir.  By-pass oranı diğer bir ifadeyle kaçak oranıdır. Yalnız ısıtıcı ve soğutucu bataryalarda değil, filtrelerde, damperlerde de by-pass oranları vardır. By-pass oranları, soğutucu bataryanın tasarımına, örneğin sıra sayısına, hava alın hızına, boru ve kanat konfigürasyonuna bağlı olarak %2 ila %10 arasında değişiklik gösterir. Bu by-pass’ın neticesi “ADP” noktasından uzaklaşılır ve “SA” noktasına varılır. Bunu iki değişik hava kütlesinin karışımı olarak ta izah edebiliriz. Örneğin havanın %94’ü ADP şartlarında soğutucu bataryadan çıkmaktadır, %6’sı ise soğutucu batarya ısı transfer satıhlarına değmeden girdiği gibi “OA” lşartlarında çıkmaktadır. Bu iki hava kütlesinin karışımı bize “SA” noktasını vermektedir.

Şu ana kadar anlattığımız işlemi bir örnekle pekiştirelim.

34^oCKT , %45 rH şartlarındaki  10000 m³/h 14^oCKT, %92 rH şartlarına soğutulacaktır.

• Toplam soğutma yükünü
• Duyulur soğutma yükünü
• Duyulur ısı oranını
• Alınan nem miktarını hesaplayınız.

Psikrometrik diyagramdan aşağıdaki termodinamik bulgular alınır.

ɤ_OA= 0.875 m³/kg
w_OA= 0.0154 kg/kg
h_OA= 74 kJ/kg
w_SA= 0.0097 kg/kg
h_SA= 38 kJ/kg

Sistemin toplam soğutma yükü

∑Q= V(1/ ɤ_OA)( h_OA – h_SA)
∑Q= 10.000 (1/0,875)(74-38)
∑Q= 411.428 kJ/h  =  114,265 kW …………..Toplam soğutma yükü
(1 kJ = 0.000277728 kW)
Q_duy= V(1/ ɤ_OA)Cp( t_OA – t_SA)
Q_duy=10.000(1/0.875)1.041(34-14)
Q_duy= 237943 kJ/h = 65,98 kW…………………………Duyulur ısı yükü

SHR= Q_duy/∑Q
SHR= 68,98/114,265 = 0,577=%58……………..Duyulur ısı oranı 

W=V(1/ ɤ_OA)( w_OA – w_SA)
W=10.000(1/0,875)( 0,0154– 0,0097)
W=65,14 kg/h………………………………………….Alınan nem miktarı

Bu arada “ADP” cihaz ciy noktasının önemine değinmek gerekir. ADP soğutucu bataryanın satıh sıcaklığına eşit kabul edilir. Soğutucu bataryanın satıh sıcaklığı da soğutucu akışkanın giriş/çıkış sıcaklıklarıyla yakından ilgilidir. Satıh sıcaklığını belirleyen en önemli unsurdur. Soğutucu bataryalar ekseriyetle ters töne akışlı ısı eşanjörleri olarak tasarlanır ve imal edilirler. “SA” noktası tasarıma tamamen bağlı olmakla birlikte “ADP” sıcaklığını soğutucu batarya satıh sıcaklığına eşit kabul edilir . Soğutucu batarya satıh sıcaklığı da soğutucu akışkanın çıkış sıcaklığına eşit kabul edilir. Bu kabuldeki hata payı çok düşüktür   (± 0,5^oC). Bu nedenle soğutucu akışkan çıkış sıcaklığı ADP’yi ve dolayısıyla proses eğrisini ve duyulur ısı oranını belirler. Eğer duyulur ısı oranınız ve dolayısıyla ADP ve SA önceden belirlenmişse soğutucu akışkan giriş/çıkış sıcaklıklarını belirlemede geniş bir serbestiniz yoktur. Bizim örneğimizde ADP 12^oC olarak belirlenmiştir. Bu nedenle soğutucu akışkan çıkış sıcaklığı da 12^oC alınmalıdır. Aksi taktirde proses daha düşük bir duyulur ısı oranına sahip olacak. Bunun neticesi olarak ta duyulur soğtmada belirgin bir azalma, gizli soğutmada da bir artma meydana gelecektir. Bu uygulamayı ileride, klima santralarını incelerken daha detaylı olarak göreceğiz

5.5 HAVANIN NEMLENDİRİLMESİ

 Havanın nemlendirilmesi iki değişik tarzda yapılmaktadır. Bunlardan birincisi ve en eski metod olan havanın su ile yıkanmasıdır. Diğer metot ta havaya kuru buhar püskürtmek suretiyle nemlendirmedir. Bu iki uygulamayı ayrı ayrı ele alıp inceleyeceğiz.

5.5.1. Havanın Su İle Nemlendirilmesi

 Havanın su ile nemlendirilmesi, diğer bir ifade tarzıyla havanın yıkanması aynı zamanda havanın adyabatik soğutulması da demektir. Havanın su ile nemlendirilmesi işlemi klima santralları içinde yapıldığı gibi direkt mahallerde de yapılmaktadır. Örneğin bazı tekstil fabrikalarında, iğ tesislerinde mahallere basınçlı hava ile  su borular vasıtasıyla sevk edilmekte, mahalle yerleştirilmiş nozullar vasıtasıyla püskürtülmektedir.

Klima santralları içinde iki değişik yöntem kullanılmaktadır. Bunlardan birincisi, klasik bir yöntem olan suyun pulverize bir şekilde havanın içine püskürtülmesidir. Bu sistemde yüksek debilerde su havanın içine püskürtülmekte, ancak bu suyun çok az miktarı buharlaşıp havaya karışmaktadır. Bakiye su, havuz tabir ettiğimiz haznede toplanmakta, buradan bir pompa vasıtasıyla tekrar nozullara sevk edilmekte ve püskürtülmektedir. Sistem şematik olarak aşağıda görülmektedir. Hava yıkayıcısı kırmızı dikdörtgen içinde görülmektedir.

Klima santrallarında uygulanan diğer bir yöntem de dolgu tipi (matt type) nemlendiricilerdir. Bu uygulamada havanın içine doğrudan su püskürtülmesi yerine havanın ıslatılmış satıhlarla teması sağlanmıştır. Daha az hacım gerektiren bu uygulamada nozullar da küçültülmüş neticede sirkülasyon pompası da küçültülmüştür. Büyük ölçüde enerji tasarrufu sağlayan bu uygulama günümüzdeki adyabatik soğutma ve nemlendirme işlemlerinde tercih edilmektedir.

 

Adyabatik soğutma ve nemlendirme işlemi yaz aylarında bağıl nemi düşük olan yerlerde hava soğutucusu- klima cihazı olarak kullanılmaktadır. Ülkemizde bu uygulamaya müsait bölge olarak Güneydoğu Bölgemizi gösterebiliriz.

Aynı işlem su soğutma kulelerinde de uygulanmaktadır. Soğutma gruplarının su soğutmalı kondenserlerinden çıkan ısınmış su santrifuj pompalar vasıtasıyla soğutma kulesine sevk edilmektedir. Soğutma kulesinde su pulverize bir tarzda dolgu elemanlarının üzerine püskürtülmekte ve bu elemanların sathını ıslatmaktadır. Hava ile temas eden suyun belirli bir oranı buharlaşmakta, gerekli ısıyı da sudan almaktadır. Bu sayede soğutma kulesine sevk olunan su istenen derecede soğumuş olarak kondensere pompalanmaktadır. Soğutma kulelerinin en büyük avantajı soğutma gruplarına göreceli olarak daha düşük kondansasyon sıcaklıklarında çalışma olanağı sağlamak ve bu suretle soğutma verim ve kapasitesini arttırmaktır. Dezavantajı ise buharlaşma neticesi devamlı su kaybına sebebiyet vermektir.

İster havaya su püskürtme metodu ile nemlendirme, isterse dolgu tipi nemlendirme olsun her ikisi de psikrometrik proses olarak birbirinin aynıdır ve aşağıdaki psikrometrik diyagramda görüldüğü gibidir.

 

Aşağıdaki resimde su-hava karışımını püskürten nozullar görülmektedir.

Buradaki temel işlem adyabatik olduğundan püskürtülen su buharlaşmak için gerekli ısıyı su ve havadan almaktadır. Bu işlem esnasında her ikisi de kakrlı rejim olarak ifade edeceğimiz bir duruma gelmekte, suyun sıcaklığı havanın adyabatik soğutma sonucu varacağı doyma sıcaklığına eşit olmakta, havanın sıcaklığı ise nemlendiricinin verimi oranında bu sıcaklığa yaklaşmaktadır. Hava yıkayıcılı nemlendiricilerde verim %70 ila %95 arasındadır. Verimi belirleyen hususlar içinde hava yıkayıcı hücresinin uzunluğu, havanın hızı, püskürtülen su miktarının havaya orantısı ve pulverizasyon işlemi sonrası meydana gelen tane büyüklüklerini gösterebiliriz.

Dolgu tipi nemlendiricilerde verim daha yüksektir, %85 ila %95 arasında oluşmaktadır. Bunun nedeni de ıslak satıhlar nedeniyle havanın daha fazla su zerreciği ile temasta olabilmesidir.

5.5.2. Havanın Buhar İle Nemlendirilmesi

Buhar ile nemlendirme izotermik bir proses olarak tanımlanır. Havaya doğrudan buhar ilave ettiğiniz için yalnız havanın mutlak nem oranını arttırmakta olduğumuz için bu proses teorik olarak izotermik kabul edilir. Psikrometrik diyagramdaki prosesler standart basınç ve sıcaklığa bağlı olarak, örneğin 101,325 Pa ve 15^oC KT için belirlendiğinden, havaya püskürtülen buharın da bu sıcaklıkta olduğu kabulü ile bu varsayım doğrudur. Ancak proses hakikatte, üflenen buhar sıcaklığına ve özgül entalpisine bağlı olarak hafif sağa yatan bir doğru tarzında oluşur. Buharın sıcaklığının mahal sıcaklığının çok üstünde olması nedeniyle  üflenen buhar nemlendirme işlemine ilaveten havayı da , az da olsa, ısıtmış olacaktır. Çünkü üflenen buharın sıcaklığının ortam sıcaklığından yüksek olması ortam sıcaklığındaki üflenen buharın özgül entalpisinin de ortam sıcaklığındaki buharın entalpisinden yüksek olması demektir. Termodinamiğin birinci kanununa göre enerji yok edilemeyeceğine veya yaratılamayacağına göre üflenen buhardaki fazla entalpi havanın ısınmasına neden olur. Bir başka ifade tarzı ile buhar ve hava karışımı nem açısından olduğu gibi kuru termometre sıcaklığı açısından da bir denge oluşturacaklardır.  Bu oluşumu ve buharla nemlendirmeyi aşağıdaki örnek ve diyagramda gösterebiliriz.

Örnek-1: 15^oCKT sıcaklığındaki mahalle oda sıcaklığında kuru buhar kontrollu olarak püskürtülmektedir. İstenen mutlak nem oranını  0,009 kg_wv/kg_daseviyesine kadar yükseltmektir. Prosesi belirleyiniz.

Burada karşımıza psikrometrik diyagramda yeni bir skala çıkmaktadır. Bu skala “Δh/Δw” skalasıdır. Bu skala Willis Carrier tarafından bulunan ilk psikrometrik diyagramlarda yoktu. Ancak daha sonraki yıllarda Prof. Mollier tarafından çıkarılan i-x diyagramında bu skala vardı. Geçen yıllar içinde ASHRAE de aynı skalayı kendi diyagramlarına eklemiştir.

Bölüm-2, Konu 2-3’deki Tablo-2’den su buharının 15^oC’taki özgül entalpisi 2528.36 kJ/kg olarak bulunur. Psikrometrik diyaramın sol üst köşesindeki “Δh/Δw” skalasında dairenin merkez noktası çember üzerindeki 2528.36 noktası ile düz bir çizgi olarak birleştirilir. Bu çizgi paralel olarak “A” noktasına taşınır.Bu bizim “A” ile B” noktaları arasındaki proses hattımızdır. Diyagramdan da görüldüğü gibi proses çizgisi tamamen izotermik bir özellik taşımaktadır.

Örnek-1: 25^oCKT sıcaklığındaki mahalle 130^oC kuru buhar kontrollu olarak püskürtülmektedir. İstenen mutlak nem oranını 0,009 kg_wv/kg_daseviyesine kadar yükseltmektir. Prosesi belirleyiniz.

Bir önceki örnekte yaptığımız gibi Bölüm-2, Konu 2-3’deki Tablo-2’den su buharının 130^oC’taki özgül entalpisi 2720.09 kJ/kg olarak bulunur. Psikrometrik diyaramın sol üst köşesindeki “Δh/Δw” skalasında dairenin merkez noktası çember üzerindeki 2720.09 noktası ile düz bir çizgi olarak birleştirilir. Bu çizgi paralel olarak “C” noktasına taşınır.Bu bizim “C” ile D” noktaları arasındaki proses hattımızdır. Diyagramdan da görüldüğü gibi proses çizgisi tam bir izotermik görünümsde değildir. Çünkü mahalle ilave edilen buhar yalnız mutlak nem oranını arttırmakla kalmamış, havayı da belirli bir ölçüde ısıtmıştır.

Buharla nemlendirme klima santralı ve hava kanalı içine kondens ayırıcılı özel nozullar vasıtasıyla yapılabildiği gibi mahallere de doğrudan püskürtülebilmektedir. Sistemde buhar mevcutsa, örneğin hastaneler, büyük oteller gibi mutfak ve çamaşırhane içeren tesislerde, kondensi ayrıştıran, bünyesinde separatör ve kondenstop bulunan püskürtücüler kullanımıyla bu işlemi gerçekleştirebiliriz. Bu uygulama aşağıdaki resimde görülmektedir.

Eğer buhar mevcut değilse bünyesinde buhar jeneratörü kullanan buharlı nemlendirme aparatları kullanmamız gerekecektir. Aşağıdaki resimde görülen jeneratörlü buharlı nemlendirme aparatı bünyesinde bir veya birden çok buhar haznesi bulundurmaktadır. Uçkları siyah olarak görülen elektrodların suyun içine daldırılması suretiyle su buharlaştırılmakta ve mahalle (klima santralına, hava kanalına veya odaya) yukarıda görülen buhar püskürtme cihazı ile püskürtülmedir. Elektrodlu nemlendiricinin bünyesinde otomatik kontrol donanımı genelde bulunduğu için ayrıca bir moransal servomotorlu vanaya ihtiyaç duyulmamaktadır.

Buharlı nemlendiriciler çok az yer kaplamaları ve kolay montajları nedeniyle günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Elektrodlu paket tip buharlı nemlendirici cihazı üretici firmalarından CAREL, silindirden buhar çıkış sıcaklığını 102 ila 103^oC olarak vermekte, borulama ve nozulda meydana gelmesi muhtemel soğumalarla bu sıcaklığın 100^oC alınmasını önermektedir.

Son derece pratik olan elektrodlu buharlı enmlendiricilerde kullanılan suyun sertlik  derecesi çok büyük önem taşımaktadır. Çünkü suyun sertliği elektrod ve silindirlerde kireçlenmeye ve verimin düşmesine neden olmakta ve cizahın faydalı ömrünü kısaltmaktadır.

5.6.FAN EFEKTİ

Fan efekti hava hareketinin elektrik motoru ile tahrik edilen elemanlarca, örneğin vantilatör ve aspiratörlerle donatılmış cihazlarda, klima ve havalandırma santralarında, fan-coil cihazlarında görülen bir duyulur ısı kazancı prosesidir.  Elektrik motorlarında verim %100 değildir. Günümüzdeki motorlarda bu verim %90’ın üzerindedir. Elektrik motoruna verilen elektrik enerjisinin verime bağlı olanı işe dönüşür. Bakiye, yani “1-η” vantilatör ve aspiratörlerde gövde ısınması, kayış-kasnaklı olanlarda kayma-sürtünmeden meydana gelen ısınma neticesi sevk olunan ve/veya döüş havasının belirli bir oranda ısınmasına neden olur. Kış klimasında bir emniyet faktörü olarak kabul edilen bu durum yaz uygulamalarında dikkate alınmalıdır.

Yukarıda fan efekti olan tipik bir yaz klima prosesi görülmektedir. Bu proseste “OA” dış havayı, “RA” mahal havasını, “KA” karışım havasını, “SA” ise mahalle sevk olunan klimatize havayı ifade etmektedir. “KA-1” prosesi ile “1” şartlarına kadar soğutulan hava vantilatör vasıtasıyla mahalle sevk olunmaktadır. Ancak bu noktada yukarıda belirtilen nedenlerle bir miktar ısı havaya transfer olunmakta ve duyulur ısınma yaratmaktadır. Benzeri bir işlem de aspiratörde vukuu bulmaktadır. Mahal şartlarında emilen havaya aspiratör ve elektrik motorundan ısı geçişi olmaktadır. Bu nedenle karışım “RA-OA” arası olması gerekirken “2-OA” arası gerçekleşmektedir. Proje müellifi mühendislerin bu hususu incelemeleri ve bu hususta bir karar vermeleri gerekmektedir. Çoğu zaman fan efekti %1 civarında ve hatta bunun da altında olduğu için ihmal edilmektedir.

5.7. ODA EFEKTİ

Oda efekti, yaz klimasında “SA-RA” arasındaki prosestir. Bu proses ısınma ve ısınırken nem kazanmayı içermektedir. Oda duyulur Isı Oranı “RSHR” na bağlı olan bu işlem Konu 5.4.2’de anlatılmıştır. Benzeri bir işlem de kış klimasında gerçekleşmektedir.

Kış oda efekti karaışım noktası “KA”dan üfleme noktası “SA”ya kadar ısıtılan havanın mahal şartlarına kadar soğurken nem kazanmasını içerir. Karışım havası hava dış havanın ısıtılması ile mahal ısı kaybının karşılanması için “SA” noktasına kadar ısıtılmaktadır. Bu noktada mahalle sevk olunan hava mahallin ısı kaybı neticesi mahal şartlarına kadar soğuyacaktır. Ancak bu soğuma işlemi esnasına nem kazanacaktır. Bu nem kazanma işlemi dahili kazançlara , örneğin içerdeki insan sayısına bağlıdır. “SA-RA” proses hattı bu soğuma ve nemlenme işlemini göstermektedir. Bu prosesin iyi hesaplanması birçok uygulamada buharlı veya sulu nemlendiricileri gereksiz kılabilir.

5.8. DUYULUR ISI ORANI DÜŞÜK UYGULAMALAR 

Sinema ve konser salonu, gece klüpleri gibi insan sayısı fazla, bu nedenle gizli ısı yükü yüksek olan mahallerde istenen hava debisinin tespitinde, üfleme sıcaklığının istenen sınırlar dahilinde tutulmasında zorluklar yaşanmaktadır. Bu zorluklar dahili ısı kazançlarındaki yüksek gizli ısı yükünden kaynaklanmaktadır. Bu işlemi bir örnekle izah etmek daha iyi olur.

Örnek: 300 m²büyüklüğünde, bir otelin bodrumundaki gece klübü saat 22.00’dan sonra çalışmaktadır. Gece klubü 200 kişiliktir.  Gündüz maksimum sıcaklık 36^oCKT, %38 rH’dır. Saat 22.00’deki sıcaklık düşümünün 6^oC olduğu kabulüyle klima santralı büyüklüğünü ve yükleri belirleyiniz:

-Dış hava : 30^oCKT, 22,5^OCYT, %53 rH, W_DH= 0.0145kg_WV/kg_DA,,h_DA=73,5 kJ/kg

-İç hava   : 26^oCKT, 18,7^OCYT, %50 rH, W_DH= 0.0105kg_WV/kg_DA,,h_DA=53,0 kJ/kg

-26^oC’ta buharlaşma ısısı h_fg= 2441,71 kJ/kg

(1,00 kJ/kg = 0,277728 Watt = 0,00027773 kW = 0,238846 kCal/h

                                                                     DUYULUR ISI        GİZLİ ISI

• 100 kişinin masada oturduğu (kabul)… 70 W/kişi.h ……….45 W/kişi.h
• 100 kişinin dans ettiği (kabul)…………… 90 ………160
• Aydınlatma yükü ………..……………………..10 W/m²

Örneğimizde gece klubünün herhangi bir kondüksiyon ve radyasyon yükü olmadığı. Enfiltrasyonun da pozitif basınçla önlendiği kabul edilmiştir.

Bu duruma göre yüklerimiz aşağıdaki gibi hesaplanır ve bulunur.

Bu hesaplardan hareket ettiğimizde ve bu bulgulara göre prosesi psikrometrik diyagrama işlediğimizde iki yanlışlık ile karşılaşırız.

• RSHR ve ESHR hatları doyma eğrisini kesmemektedir. Bu mümkün değildir.Daha önce 5.4.2 No.lu “Soğutma ve Nem Alma” konusnda da bahsettiğimiz gibi soğutma prosesi eğrisi doyma eğrisi ile kesişmelidir. Doyma noktası üzerinde buluna ADP noktası ile soğutucu bataryaya giriş noktası arasında (örneğimizde “OA”) by-pass faktörünü içeren bir karışım söz konusudur.
• ADP noktası aynı zamanda soğutucu akışkanın soğutucu bataryadan çıkış şartlarını da belirlemektedir. Aşağıda görülen proseste ADP noktası bulunamadığından hangi soğutucu akışkanın hangi giriş/çıkış şartlarında kullanılacağı da cevapsız kalmaktadır.
• Gerekli hava debisinden yola çıkarak “SA” noktasının bulunması:

• İkinci önemli bir husus ta bulunan “SA” noktasıdır (21,5^oC). Bu sıcaklık neticesinde istenen 12000 m³/h hava debisine yakın bir debi çıkmaktadır. Ancak ESHR proses çizgisinin doyma eğrisini kesmemesi nedeniyle bu noktanın yakalanması mümkün değildir.

Uygulaması mümkün olmayan, hayali tabir edeceğimiz proses aşağıda görülmektedir.

Bu durumda yapılması gereken işlem dış hava “OA”nın belirli bir noktaya kadar, doyma eğrisini kesecek tarzda bir prosese sahip olmasını temin etmek, bu noktadan sonra soğutulmuş havayı “SA” noktasına kadar ısıtmaktır. Bu işlem sonunda “SA” noktasında mahalle sevk olunacak hava mahal içinde “oda efekti” neticesi ısınacak ve ısınırken dahili kazançlar neticesi nem de kazanacaktır. Yani “RSHR” hattı doğrultusunda bir işleme tabi olarak mahal şartları “RA”yı gerçekleştirecektir. Bu işlem aşağıdaki psikrometrik diyagramda gösterilmektedir.

Gerekli hava debisinin nasıl hesaplandığını bir önceki sayfada görmüştük. “RA” şartlarından çizeceğimiz “RSHR” hattının “SA” kuru termometre hattı ile kesiştiği nokta bizim “SA” mahalle klimatize havanın sevk olunacağı durumdur. “SA” noktasından hareketle yatay bir hat çizeriz. Bu hat bizim soğutma sonrası yapacağım son ısıtma (reheat) prosesidir. Mühendislik kabulü ile bu hat üzerinde bir “1” noktası belirleriz. Bu nokta ADP ile OA konumlarının by-pass neticesi karışım noktası olacaktır. Şimdi “ADP-OA” prosesini çizebiliriz. “OA” ile “1”i birleştirdiğimizde bu doğrunun doyma eğrisini kestiği nokta “ADP” konumudur. “ADP” konumunu aynı zamanda soğutucu akışkanın bataryadan çıkış sıcaklığı olarak ta kabul edebiliriz.

Eğer soğutucu akışkan olarak soğuk su kulanacaksak, en çok uygulanan 4 ila 5^oC giriş/çıkış faklarından 4^oC’ı kabul edersek soğuk su rejimimiz 5/9^oC bulunur. Soğuk su yerine direkt genleşmeli batarya kullancaksak bu sefer ADP’yi evaporasyon sıcaklığı ile aşırı kızdırma (superheat) sıcaklıklarının toplamına eşit alabiliriz.   Bu durumda evaporasyon sıcaklığı +5^oC, aşırı kızdırma sıcaklığı da 4^oC olmalıdır.

Burada bir şeye dikkat etmek gerekir. Satıh sıcaklığının 0^oC civarında olması özellikle kısmi kapasite kullanımlarında karlanma ve kardanmadan dolayı bataryada tıkanmaya neden olacağından mümkün olduğunca artı değerlerde sıcaklıkların seçilmesine gayret gösterilmelidir.

Burada dikkat edilecek bir husus ta bu tip uygulamalarda kış klima uygulamasıdır. Özellikle dış hava sıcaklığının 0^oC’ın altında olduğu yerlerde, eğer soğuk sulu soğutma bataryası kullanılıyorsa donma riskini önlemek için iki ısıtıcı batarya kullanılması önerilir. Bu bataryalardan biri soğutucu bataryadan önce yerleştirilecekit ve görevi yalnız kış klimasında dış havayı ısıtmak olacaktır. Bu batarya yaz kliması uygulamalarında çalışmayacaktır.

Aşağıda donma riski bulunmayan bir klima santralı yerleşimi şematik olarak gösterilmektedir.

Aşağıda da donma riski bulunan ve sulu soğutma serpantini kullanan bir klima santralı yerleşimi şematik olarak görülmektedir.

Bu uygulamadaki ön ısıtıcı batarya yalnız kış ısıtmasında kullanılmaktadır. Soğutma ve nem almanın gerektiği yaz aylarında ve geçiş mevsimlerinde devre dışı kalmaktadır. Son ısıtıcı batarya ise soğutucu batarya ile birlikte soğutma ve nem alma işlemlerinde kullanılmaktadır.

2. YAZ KLİMASI

2.1. HAVA DEBİSİNİN HESAPLANMASI.

Hava debisinin tespitinde mahal soğutma yükü esas alınır. Hava debisi mahal toplam soğutma yükü üzerinden de mahal duyulur ısı yükü üzerinden de hesaplanabilir. İki uygulama arasında hiçbir fark yoktur. Ancak duyulur ısı yükü üzerinden debi hesaplanması en yaygın uygulamadır ve birçok literatürde önerilmektedir. Biz burada, örneğimizde her iki uygulamayı da göstereceğiz.

Problem: Bir mahallin yaz uygulaması iç hava şartları 26^oCKT, %50 rH, dış hava şartları ise 35^oCKT, 24^oCYT’dir. Mahallin soğutma yükü 48 kW olup mahal duyulur ısı oranı “RSHR” 0.80’dir. Mahal %100 dış hava ile çalışacaktır. Sistemin hava debisini  hesaplayın.

Çözüm-1:

ΣQ_RA= 48 kW = 172 830 kJ/saat

RSHR= 0.80

Q_RA-duy= 0.80 x 172 830 = 138 264 kJ/saat

Mahal sıcaklığı ile üfleme sıcaklığı arasındaki fark 10^oC kabul edildi. (Bu fark genelde 8^oC ila 10^oC arasında alınır). Buna göre:

t_RA= 26^oC

Δt = 10^oC

t_SA= 26– 10 = 16^oC

Hava debisi:

V = Q_RA-duy/( Δt x c_px (1/γ))

ϒ = 0.850 m³/kg

V = 138 264 /( 10 x 1.041 x (1/0.850))

V = 11 290 m³/h

Şimdi bu debinin mahallin toplam soğutma yükünü karşılayıp karşılamadığını kontrol edelim.

h_RA= 53.0 kJ/kg

h_SA = 40.0 kJ/kg

ΣQ_RA= V x (1/γ) x (h_RA– h_SA)

ΣQ_RA= 11290 x (1/0.850) x (53.0-40.0)= 172 670 kJ/saat

ΣQ_RA= 47.96 kW………………hesaplanan hava debisi doğru ve yeterlidir.

Bu işlemi psikrometrik diyagrama işlerken şun sırayı takip ederiz.

• Oda şartları “RA”yı diyagam üzerine yerleştir. Bu şarta ait olan entalpiyi ve özgül hacmi tespit et ve kaydet.
• Üfleme sıcaklığını “t_DB(^oC)” koordinatı üzerinde belirle ve dikey bir kırmızı hat çiz.
• Psikrometrik diyagramın sol üst köşesindeki “q_sens/q_tot”çemberinde RSHR=0.80 noktasını belirleyip bu noktayı dairenin merkezi ile düz bir çizgi olarak birleştir.
• Çizdiğin RHHR=0.80 doğrusunu bir paralelogram vasıtasıyla “RA” konumuna taşı. Bu meyilli hat ile 16^oCKT dikmesinin kesiştiği nokta “SA” konumudur. Bu konumun entalpisini tespit et ve kaydet.
• İki entalpi değeri arasındaki farkın hava debisi (kg/saat) ile çarpımı size mahal soğutma yükünü verir.

 

Çözüm-2:

Bu çözümde mahal duyulur soğutma yükü yerine mahal toplam soğutma yükünü esas alarak hava debisini belirleyeceğiz.

 ΣQ_RA= 48 kW = 172 830 kJ/saat

Bu işlemi doğrudan psikrometrik diyagram üzerinde, aşağıdaki sırayı takip ederek yapabiliriz.

• Oda şartları “RA”yı diyagam üzerine yerleştir. Bu şarta ait olan entalpiyi ve özgül hacmi tespit et ve kaydet.
• Psikrometrik diyagramın sol üst köşesindeki “q_sens/q_tot”çemberinde RSHR=0.80 noktasını belirleyip bu noktayı dairenin merkezi ile düz bir çizgi olarak birleştir.
• Çizdiğin RSHR=0.80 doğrusunu bir paralelogram vasıtasıyla “RA” konumuna taşı.
• Oda sıcaklığı ile üfleme sıcaklığı arasındaki farkı belirle (bir önceki çözümde olduğu gibi 10^oC alalım. Buna göre üfleme sıcaklığı 16^oCKT olarak belirlenir.
• Üfleme sıcaklığını “^oCKT” koordinatı üzerinde belirle ve dikey bir kırmızı hat çiz. Bu dikey çizginin RSHR hattını kestiği yer “SA” üfleme şartıdır. Bu konumun entalpik değerini tespit et ve kaydet.
• İki entalpi değeri arasındaki farkın hava debisi (kg/saat) ile çarpımı size mahal soğutma yükünü verir.

2.2. %100 DIŞ HAVALI KLİMA SANTRALI, YALNIZ SOĞUTMA

Konu 2.1.’de incelediğimiz problemi klima santralı büyüklüğü açısından tekrar inceleyelim. Problem: Bir mahallin yaz uygulaması iç hava şartları 26^oCKT, %50 rH, dış hava şartları ise 35^oCKT, 24^oCYT’dir. Mahallin soğutma yükü 48 kW olup mahal duyulur ısı oranı “RSHR” 0.80’dir. Mahal %100 dış hava ile çalışacaktır. Sistemin hava debisini ve klima santralı soğutucu batarya büyüklüğü hesaplayın.

Bu uygulamada bir önceki psikrometrik diyagramı tekrar ele alacağız. Bu sefer tek bir farklılıkla, diyagram üzerine dış hava konumu “OA”yı işleyerek.

“OA” konumuyla “SA” konumunu düz bir çizgiyle birleştirdiğimizde bu hat bizim soğutma prosesimizdir. “ADP” olarak doyma eğrisi üzerinde gösterilen konum ise cihaz çiy noktasıdır. Cihaz çiy noktası soğutucu bataryanın satıh sıcaklığına eşit kabul edilebilir. Bu sıcaklık ta bize soğutucu akışkanın sıcaklığını belirlemede yardımcı olur. Soğuk sulu bir soğutucu batarya seçeceksek “t_ADP” kuru termometre sıcaklığını soğutucu akışkanın batarya çıkış sıcaklığı olarak kabul edebiliriz. Bu bir yaklaşım olup hata payı son derece düşüktür. t_ADP11^oC olduğuna göre soğutucu su giriş-çıkış sıcaklıklarını, örneğin 7/11^oC seçebiliriz.

Daha düşük su sıcaklıklarının seçimi, özellikle soğutucu batarya su çıkış sıcaklığının düşük seçilmesi istenen duyulur ısı oranının sağlanmaması, dolayısıyla “SA” şartlarının karşılanamaması ile neticelenecektir.

Şimdi de soğutucu bataryanın soğutma yükünü belirleyelim. Hava debisi bir önceki örneğe ait çözüm-1’de 11 290 m³/saat olarak belirlenmişti. Buna göre toplam soğutma yükü:

ΣQ_sistem= V x (1/γ) x ( h_OA– h_SA)

ΣQ_sistem= Q_duy + Q_gizli

ΣQ_sistem= [V x c_px (1/γ) x ( t_OA – t_SA)]+[ V x h_fgx (1/γ) x ( w_OA – w_SA)]

Burada h_fg suyun buharlaşma (yoğuşma) entalpisidir. Yukarıdaki formülü şu şekilde de yazabiliriz.

ΣQ_sistem= [V x (1/γ) x ( h_OA– h₁)]+[ V x (1/γ) x ( h₁ – h_SA)]

ΣQ_sistem= [11 290 x (1/0.850) x ( 72.5– 53.0 )]+[ 11 290 x (1/0.850) x ( 53.0– 41.0 )]

ΣQ_sistem= 418 394 kJ/saat =116.20 kW

Mahal duyulur ısı oranı “RSHR” 0.80 olarak verilmişti. Şimdi de sistemin duyulur ısı oranı “ESHR”yi hesaplayalım.

ESHR= Q_duy/ ΣQ_sistem

ESHR= [V x (1/γ) x ( h_OA – h₁)]/ {[V x (1/γ) x ( h_OA – h₁)]+[ V x (1/γ) x ( h₁ – h_SA)]}

ESHR= (h_OA – h₁)]/ ( h_OA  – h_SA)

ESHR= (72.5– 53.0 )]/ ( 72.5– 41.5 )

ESHR= 0.65

“OA-SA” soğutma prosesi esnasında havadaki mutlak nem oranı da azaltılmaktadır. Dış havanın mutlak neminin ne kadar azaltıldığını hesaplayalım:

M= V x (1/ γ) x (w_OA– w_SA)

M= 11 290 x (1/0.850) x ( 14.4 – 9.4)

M= 66412 gr/saat = 66.412 kg/saat   dış havadan nem alınmaktadır.

Bu işleme uygun klima santralının çizimi aşağıdadıır.

2.3. KARIŞIM HAVALI KLİMA SANTRALI, YALNIZ SOĞUTMA

Problem: Bir mahallin yaz uygulaması iç hava şartları 26^oCKT, %50 rH, dış hava şartları ise 35^oCKT, 24^oCYT’dir. Mahallin soğutma yükü 48 kW olup mahal duyulur ısı oranı “RSHR” 0.80’dir. Mahal %40 dış hava ile çalışacaktır. Sistemin hava debisini ve klima santralı soğutucu batarya büyüklüğü hesaplayın.

Hava debisini 37. Sayfa, konu no 2.1’de incelemiş ve hesaplamıştık. Kloaylık açısından aynı hesabı burada da gösteriyoruz.

Mahal sıcaklığı ile üfleme sıcaklığı arasındaki fark 10^oC kabul edildi. (Bu fark genelde 8^oC ila 10^oC arasında alınır). Buna göre:

t_RA= 26^oC

Δt = 10^oC

t_SA= 26– 10 = 16^oC

Hava debisi:

V = Q_RA-duy/( Δt x c_px (1/γ))

ϒ = 0.850 m³/kg

V = 138 264 /( 10 x 1.041 x (1/0.850))

V = 11 290 m³/h

Şimdi psikrometrik diyagramımızı çizelim ve üzerindeki değerleri esas alarak klima santralı soğutucu batarya büyüklüğünü belirleyelim.

Yapmamız gereken ilk işlem “RA” ile “OA” konumlarını birleştiren doğruyu çizmektir. Karışım noktamız bu hat üzerinde olacaktır. Grafik olarak “RA-OA” uzunluğunu diyagram üzerinden ölçüp %40’ını alır, bu uzunluğu “RA” tarafından işaretleriz. Bu bizim “Ka”, mahal havasıyla dış havanın karışım noktasıdır. Bunun analitik hesabı “Psikrometri-I” kitabında verilmektedir.

“Ka” konumuna göre aşağıdaki değerler psikrometrik diyagramdan okunur:

t_Ka= 29.6^oCKT

h_Ka= 60.0 kJ/kg

w_Ka= 12.0 gr/kg

Bu duruma göre klima santralı soğutucu batarya büyüklüğü:

ΣQ_sistem= V x (1/γ) x ( h_Ka– h_SA)

ΣQ_sistem= 11 290 x (1/0.850) x ( 60.0– 41.0 )

ΣQ_sistem=252 365 kJ/saat = 70 kW

Karışım havasından alınan nem miktarı ise:

M= V x (1/ γ) x (w_Ka– w_SA)

M= 11 290 x (1/0.850) x ( 12.0 – 9.4)

M= 34 534 gr/saat = 34.534 kg/saat’tir.

Karışım havalı klima santralının şematik olarak gösterimi aşağıdadır.

2.4. DÜŞÜK DUYULUR ISI ORANLI YAZ KLİMASI

Gizli ısı yükünün yüksek olduğu mahallerde mahal duyulur ısı oranı son derece düşüktür. Bu durum insan sayısının yüksek olduğu ve/veya satıh buharlaşması nedeniyle gizli ısı kazanımının gerçekleştiği mahallerde, örneğin gece kulüplerinde, sinema ve konser salonlarında, kapalı yüzme havuzlarında sıkça rastlanır. Bunlara ilaveten dış hava şartı olarak yüksek bağıl neme sahip olan ve yüksek oranda dış hava ile çalışmak zorunda olunan klima santrallarında da sıkça rastlanan bir durumdur. Böyle bir durumda cihaz çiy noktası “ADP”yi düşük sıcaklıklarda tutmak çözüm gibi görünse dahi tatbikatta bu mümkün değildir. Birçok durumda da RSHR hattı ile ESHR hattı kesişmemektedir. Böyle bir durumda “ADP”yi düşürmenin de hiçbir yararı yoktur. Bu durumu bir örnekle gösterelim.

Problem: Bir mahallin yaz uygulaması iç hava şartları 26^oCKT, %50 rH, dış hava şartları ise 36^oCKT, 25^oCYT’dir. Mahallin soğutma yükü 48 kW olup mahal duyulur ısı oranı “RSHR” 0.55’dir. Sistem %100 dış hava ile çalışacaktır. Psikrometrik diyagramı çizin, sistemin hava debisini ve klima santralı soğutucu ve ısıtıcı batarya büyüklerini hesaplayın.

1. İlk olarak psikrometrik diyagram üzerinde mahal konumunu belirledikten sonra RSHR=0.55 proses hattını çizin(diyagramda kırmızı olarak gösterilen RA-SA hattı).
2. Mahal sıcaklığı ile klimatize hava üfleme sıcaklığı arasındaki farkı belirleyin. Biz bu çalışmamızda bu farkı 8^oC olarak kabul ediyoruz. Dolayısıyla üfleme kuru termometre sıcaklığı 26-8=18^oCKT olur. “t_db” absisi üzerinde t_SA=18^oCKT noktasını belirleyip bu noktadan bir sabit sıcaklık çizgisi çizin (düşey yeşil çizgi).
3. Düşey yeşil çizgiyle RSHR kırmızı hattının kesiştiği nokta bizim klimatize hava üfleme konumu “SA”dır. (~18^oCKT, %62 rH). Bu konumun entalpik değeri olarak h_SA=39.5 kJ/kg entalpi cetveli üzerinden okunur.
4. “SA” konumundan başlayarak sabit mutlak nem hattını çizin (“SA-1” arasındaki kırmızı çizgi ).
5. “OA” konumundan başlayarak öyle bir ESHR, soğutma proses hattı çizin. Bu hat mutlaka madde-4’deki sabit mutlak nem hattını kesmelidir. Bu hattın %100 doyma eğrisini kestiği nokta ADP, cihaz çiy noktasıdır. Bu nokta bize soğutucu akışkanın bataryaya giriş-çıkış şartlarını belirleyecektir.

Bir sonraki sayfada görülen psikrometrik diyagram üzerindeki OA-1-ADP hattı %100 dış havanın klima santralındaki soğutucu bataryada soğutulması ve mutlak neminin azaltılması prosesidir. Soğutulmuş %100 dış hava soğutucu bataryadan “1” şartlarında çıkmaktadır. Bu şartları şöyle özetleyebiliriz:

t_SA= 11^oCKT (kuru termometre sıcaklığı)

rH  = %96  (bağıl nem oranı)

h₁  = 31.4 kJ/kg (entalpi)

w₁= w_SA = 8.0 gr/kg

Bir sonraki proses ise “1” şartlarındaki havanın “SA” şartlarına kadar ısıtılmasıdır. “1-SA” hattı bu ısıtma işlemini belirlemektedir. Bu işlem esnasında %100 dış hava, soğutma prosesini takiben “t_SA” şartlarına , 18.2^oCKT’ye kadar ısıtılmaktadır. İşlem salt ısıtma prosesinden ibaret olduğu için mutlak nem oranında herhangi bir değişiklik söz konusu değildir. “SA” şartlarını da şu şekilde özetleyebiliriz:

t_SA= 18.2^oCKT (kuru termometre sıcaklığı)

rH  = %96  (bağıl nem oranı)

h_SA = 38.6 kJ/kg (entalpi)

w₁= w_SA = 8.0 gr/kg

Bundan sonraki işlem “SA-RA” hattı ile gösterilmekte olup mahalle “SA” şartlarında üflenen klimatize havanın mahalde duyulur ve gizli ısı kazanmak suretiyle “RA” koşullarına gelmesidir. Bu proseslerin tamamı aşağıdaki psikrometrik diyagramda görülmektedir.

Önce hava debisini belirleyim, bilahare soğutucu ve ısıtıcı bataryaların büyüklüklerini hesaplayalım.

V= Q_duy.mahal/( c_px Δt x γ)

Q_duy.mahal= ΣQ_mahal x RSHR

Q_duy.mahal= 48  x 0.55 = 26.4 kW = 95 172 kJ/saat

Aşağıdaki değerler psikrometrik diyagramdan okunur:

t_RA= 26^oCKT

h_RA=52.8 kj/kg

t_SA= 18.2^oCKT

h_SA=38.6 kJ/kg

γ   = 0.850 m³/kg

Bu duruma göre:

V= 95 172/ [ 1.041 x 8 x (1/0.850)]

V= 9723 m³/saat

Hesapladığımız debinin mahal toplam soğutma yükü karşılayıp karşılamadığını kontrol edelim.

ΣQ_mahal= V x (1/γ) x (h_RA– h_SA)

ΣQ_mahal= 9723 x (1/0.850) x (52.8 – 38.6)

ΣQ_mahal= 162 431  kJ/saat = 45.06 kW………. Hava debisi doğrulanmıştır.

Soğutucu batarya büyüklüğünün hesabı:

Q_soğutucu= V x (1/γ) x (h_OA– h₁)

Q_soğutucu= 9723 x (1/0.850) x (76.8 – 31.4)

Q_soğutucu= 519 323 kJ/saat = 144 kW

Isıtıcı batarya büyüklüğünün hesabı:

Q_soğutucu= V x (1/γ) x (h_SA– h₁)

Q_soğutucu= 9723 x (1/0.850) x (38.6 – 31.4)

Q_soğutucu= 82 360 kJ/saat = 23 kW

Bu işleme uygun klima santralının şematik çizimi aşağıdadır.

Bu tarzdaki düşük duyulur ısı oranlı bir klima sistemi istenen mahal şartlarının temini açısından uygundur. Enerji tasarrufu açısından son derece gayri ekonomik bir uygulamadır. Çünkü egzost edilen mahal havasının enerjisi geri kazanılmamaktadır. Ayrıyeten hava nem alabilmek için aşırı soğutulmakta, bilahare ısıtılmaktadır. Soğutma için 144 kW, tekrar ısıtma için de 23 kW olmak üzere toplam 167 kW enerjiye ihtiyaç göstermektedir.  Bu konu detaylı olarak “3. ISI GERİ KAZANIMLI SİSTEMLER”de incelenecektir.

2.5. FAN EFEKTİNİN SİSTEME ETKİSİ.

Bu konu detaylı bir biçimde PSİKROMETRİ-I isimli kitabımızda incelenmiştir. Burada kısa bir hatırlatma yapmak ve bir örnek vermekle yetineceğiz. Fan efekti hava hareketinin elektrik motoru ile tahrik edilen elemanlarca, örneğin vantilatör ve aspiratörlerle donatılmış cihazlarda, klima ve havalandırma santrallarında, fan-coil cihazlarında görülen bir duyulur ısı kazancı prosesidir.  Elektrik motorlarında verim %100 değildir. Günümüzdeki motorlarda bu verim %90’ın üzerindedir. Elektrik motoruna verilen elektrik enerjisinin verime bağlı olanı işe dönüşür. Bakiye, yani “1-η” vantilatör ve aspiratörlerde gövde ısınması, kayış-kasnaklı olanlarda kayma-sürtünmeden meydana gelen ısınma neticesi sevk olunan ve/veya dönüş havasının belirli bir oranda ısınmasına neden olur. Kış klimasında bir emniyet faktörü olarak kabul edilen bu durum yaz uygulamalarında dikkate alınabilir.

Bunun neticesi olarak, örneğin yaz klimasında soğutucu bataryadan çıkan klimatize hava “1-SA” hattını takip ederek ısınır. Bu ısı vantilatörden kaynaklanan ısıya eşittir. Benzer bir durum da dönüş havasında yaşanır. Mahal dönüş havası “RA-2” hattı boyunca aspiratörden kaynaklanan bir oluşum neticesi ısınır. Bu miktar vantilatörden meydana gelen ısı kazancı kadar önemli değildir. %100 dış hava ile çalışan klima santrallarında hiç dikkate alınmaz. Karışım havalı sistemlerde dahi ihmal edilebilecek seviyelerdedir.

Gerek “1-SA” ve gerek se “RA-2” prosesleri, psikrometrik diyagramda görünülebilirlik kazanması için abartılı olarak gösterilmiştir. Bunu bir örnekle gösterelim.

Problem: Toplam soğutma yükü 80kW olan, %50 karışım havalı bir klima santralının vantilatör ve  aspiratör  debileri 7660 m³/saattir. Vantilatör toplam basıncı 600 Pa  (cihaz içi ve cihaz  dışı), aspiratör toplam basıncı ise 300 Pa (cihaz içi ve cihaz dışı). Vantilatör ve aspiratör fan efektlerini hesaplayınız.

h_KA= 68 kJ/kg

h_SA= 36 kJ/kg

γ  =  0.850 m³/kg

ΣQ_sistem= 80 kW = 288 400 kJ/saat

Klima santralı tasarımına veya klima santralı seçim yazılımına sahip değilsek şöyle bir yaklaşım yapabiliriz.

N_motor= [V  x ΔP x (1/0.850)]/(g x η_vantilatörx 3600 x 102)

N_motor= [7660  x 600 x (1/0.850)]/(9.81 x 0.70 x 3600 x 102)

N_motor= 2.14 kW………………… 3.00 kW kabul edildi.

η_{elk mot}= 0.94

Q_motor= (1-η) x N_motorx 3605 = 648.9 kJ/saat

Δh_SA-1= Q_motor/ [V x (1/γ)]

Δh_SA-1= 648.9 / [7660 x (1/0.850)] = 0.072 kJ/kg

Bu değerin toplam soğutma üzerindeki efekti 0.072/(68-36)=0.038 yani %3.8’dir. Bu değer emniyet faktörü sınırları içinde kaldığından dikkate alınmayabilir. Aynı durum aspiratör için de geçerlidir.

2.6. DUYULUR ISI GERİ KAZANIMLI KLİMA SANTRALI, %100 DIŞ HAVALI

%100 dış hava ile çalışan, yalnız duyulur ısı geri kazanımlı klima santralı uygulamasını bölüm “1.9”da incelemiştik. Aynı uygulamayı şimdi de yaz kliması için yapalım.

Problem: Klimatize edilmek istenen bir mahallin yaz kliması yükü 40 kW, duyulur ısı oranı “RSHR” 0.80’dir. Klima santralında %100 harici hava kullanılması istenmektedir. Dış hava yaz dizayn şartları 36^oCKT, %43 rH, mahal şartları ise 26^oCKT, %50 rH’tır. Klima santralında duyulur ısı bazında %55 verimli plakalı ısı geri kazanım eşanjörü kullanılacaktır. Psikrometrik prosesi  çizin, soğutucu batarya büyüklüğünü belirleyin.

Daha önceki yaz kliması örneklerinde olduğu gibi, bu örnekte de yapacağımız ilk işlem hava debisinin tayinidir.

V= Q_duy.mahal/( c_px Δt x γ)

Q_duy.mahal= ΣQ_mahal x RSHR

Q_duy.mahal= 40  x 0.80 = 32.0 kW = 115 220 kJ/saat

V= 115 220/[ 1.041 x 12 x (1/0.850)]

V= 7840 m³/saat

Daha önceki örneklerde mahal sıcaklığı ile üfleme havası sıcaklığı arasındaki farkın 8 ila 10^oC alınması önerilmişti. Ancak ADP sıcaklığının çok düşük çıkmaması için bu sıcaklık farkı daha yüksek, örneğin 12^oC alınabilir. Bu örnekte de böyle yapılmıştır. Δt>10^oC alınan uygulamalarda bu husus üfleyici nihai elemanların seçiminde üzerinde önemle durulması gereken bir husustur.

Şimdi de ısı geri kazanım eşanjörünün veriminin %55 olduğu kabulûyle dış havanın eşanjörden çıkış sıcaklığı “t₁”i hesaplayalım.

η = (t_OA-t₁)/(t_OA-t_RA)=0.55

t₁ = 30.5^oCKT bulunur.

“t₁” sıcaklığı bulduktan sonra ısı geri kazanım eşanjöründeki prosesi çizelim.

• “OA-1” hattı dış havanın ısı geri kazanım eşanjöründe soğuma prosesidir.
• Kesik çizgilerle gösterilen “RA-EA” hattı da mahal havasının ısınması ve egzost edilmesidir.
• Bu eşanjörün ısı geri kazanım prosesi salt duyulur ısı bazında olduğu için mutlak nem değerlerinde herhangi bir değişiklik yoktur.

2.7. DUYULUR ISI GERİ KAZANIMLI KLİMA SANTRALI, KARIŞIM HAVALI

Karışım havalı, yalnız duyulur ısı geri kazanımlı klima santralı uygulamasını bölüm “1.10”da incelemiştik. Şimdi de aynı uygulamayı  yaz kliması için yapalım.

Problem: Klimatize edilmek istenen bir mahallin yaz kliması yükü 40 kW, duyulur ısı oranı “RSHR” 0.80’dir. Klima santralında %50 harici hava kullanılması istenmektedir. Dış hava yaz dizayn şartları 36^oCKT, %43 rH, mahal şartları ise 26^oCKT, %50 rH’tır. Klima santralında duyulur ısı bazında %60 verimli plakalı ısı geri kazanım eşanjörü kullanılacaktır. Psikrometrik prosesi  çizin, soğutucu batarya büyüklüğünü belirleyin.

2.6’daki örnekte olduğu gibi, bu örnekte de yapacağımız ilk işlem hava debisinin tayinidir.

V= Q_duy.mahal/( c_px Δt x γ)

Q_duy.mahal= ΣQ_mahal x RSHR

Q_duy.mahal= 40  x 0.80 = 32.0 kW = 115 220 kJ/saat

V= 115 220/[ 1.041 x 11 x (1/0.850)]

V= 8553 m³/saat

İkinci işlem ise ısı geri kazanım eşanjörünün veriminin %60 olduğu kabulûyle dış havanın eşanjörden çıkış sıcaklığı “t₁”i hesaplayalım.

η = (t_OA-t₁)/(t_OA-t_RA)=0.60

η = (36-t₁)/(36-26)=0.60

t₁ = 30.0^oCKT bulunur.

Bu sıcaklığın bulunması ile psikrometrik diyagramımızı çizebiliriz.

• İlk olarak ısı geri kazanım eşanjöründe dış havanın soğuması, egzost edilen havanın ısınması prosesini çizelim. Isı geri kazanım eşanjörümüz salt duyulur ısı geri kazanımı eşanjörü olduğu için bu proses çizgilerimiz sabit mutlak nem hattı tarzında, yatay doğrular tarzında olacaktır. “OA-1” dış havanın soğuması, “RA-EA” hattı ise egzost havasının ısı transferi neticesi ısınma prosesleridir.
• RSHR=0.80 alınarak “RS-SA” hattı çizilir. Bu hattın 15^oCKT ile kesiştiği yer klimatize hava üfleme şartı “SA”dır.
• “1” konumu ile “RA” konumunu birleştiren düz çizgi üzerinde karışım havası yer almaktadır. Dış hava oranının %50 olması nedeniyle karışım noktası (KA) hattın ortasında yer alır.
• “KA-SA” hattını çizdiğimiz zaman bu bizim soğutma bataryasında karışım havasını soğutma işlemimizdir. “ADP” ise cihaz çiy noktasıdır.

Psikrometrik diyagramdan okuduğumuz entalpi değerlerini esas alarak soğutucu batarya büyüklüğünü hesaplayabiliriz.

h_KA = 63.2 kJ/kg

h_RA = 52.7 kJ/kg

h_SA = 38.5 kJ/kg

ΣQ_soğ= V x (1/γ) x (h_KA– h_SA)

ΣQ_soğ= 8553 x (1/0.850) x (63.2 – 38.5)

ΣQ_soğ= 248 540 kJ/saat = 69 kW

2.8 TOPLAM ENERJİ GERİ KAZANIMLI KLİMA SANTRALI,%100 DIŞ HAVALI

Problem: Klimatize edilmek istenen bir mahallin yaz kliması yükü 40 kW, duyulur ısı oranı “RSHR” 0.80’dir. Klima santralı %100 harici hava ile çalışacaktır. Dış hava yaz dizayn şartları 36^oCKT, %43 rH, mahal şartları ise 26^oCKT, %50 rH’tır. Klima santralında duyulur ısı bazında %70, gizli ısı bazında %50 verimi olan döner tamburlu ısı geri kazanım eşanjörü kullanılacaktır.  Psikrometrik prosesi  çizin, soğutucu batarya büyüklüğünü belirleyin.

 Bu örnekte de yapacağımız ilk işlem hava debisinin tayinidir.

V= Q_duy.mahal/( c_px Δt x γ)

Q_duy.mahal= ΣQ_mahal x RSHR

Q_duy.mahal= 40  x 0.80 = 32.0 kW = 115 220 kJ/saat

V= 115 220/[ 1.041 x 12 x (1/0.850)]

V= 7840 m³/saat

İkinci işlem olarak döner tamburumuzdan dış havanın çıkış şartlarını belirlemek olacaktır. Bunun için iki verimi de kullanacağız.

Önce duyulur ısı geri kazanım verimini esas alarak döner tamburdan dış havanın çıkış kuru termometre sıcaklığını bulalım.

η_duyulur= (t_OA-t₁)/( t_OA-t_RA)= 0.70

η_duyulur= (36-t₁)/( 36 – 26)= 0.70

t₁= 29^oCKT

Şimdi de gizli ısı geri kazanım verimini esas alarak döner tamburdan dış havanın mutlak nem değerini bulalım.

Psikrometrik diyagramdan aşağıdaki değerleri okuruz.

36^oCKT, %43 rH için …………. w_OA= 16.0 gr/kg

26^oCKT, %50 rH için …………. w_OA= 10.4 gr/kg

η_gizli= (w_OA-w₁)/( w_OA-w_RA)= 0.50

η_gizli= (16.0 – w₁)/( 16.0 – 10.4)= 0.50

w₁= 13.2 gr/kg

“1” noktasının psikrometrik diyagramda 29^oCKT dikmesi ile 13.2 gr/kg yatay hattının kesiştiği yer olarak belirlenir. Benzeri bir hesaplama ile “EA” konumu da belirlenir. Bu değerlerin belirlenmesini takiben psikrometrik diyagramımızı çizebiliriz.

• “OA-1” hattı döner tamburlu ısı geri kazanım eşanjöründeki dış havanın soğuma, “RA-EA” hattı ise dış havadan transfer olunan enerji ile egzost havasının ısınma hattıdır. “RA-EA” hattının bizim klima prosesi ile doğrudan bir ilgisi yoktur. Yalnız bilgi açısından verilmektedir.
• “RSHR” değeri esas alınarak, “RA” konumundan başlayarak “RA-SA” hattını çizebiliriz. Bu hat üflenen klimatize havanın mahalde duyulur ve gizli ısı kazanmasını gösterir. Bu hattın “t_SA” dikmesini kestiği nokta da klimatize havanın üfleme şartı “SA”dır.

Şimdi ısı geri kazanımdaki enerji tasarrufunu ve soğutucu batarya büyüklüğünü belirleyebiliriz:

ΣQ_IGK= V x (1/γ) x (h_OA– h₁)

ΣQ_soğ= V x (1/γ) x (h₁– h_SA)

h_OA= 77.4 kJ/kg

h₁    = 62.0 kJ/kg

h_RA = 52.8 kJ/kg

h_SA = 37.0 kJ/kg

ΣQ_IGK= 7840 x (1/0.850) x (77.4 – 62.0)

ΣQ_IGK= 142 042 kJ/saat = 39.5 kW  enerji geri kazanımı (tasarrufu)

ΣQ_soğ= 7840 x (1/0.850) x (62.0 – 37.0)

ΣQ_soğ= 230 588 kJ/saat = 64.0 kW soğutma yükü

Eğer ısı geri kazanımı uygulanmasaydı toplam soğutma yükü 103.5 kW olurdu.

2.9 TOPLAM ENERJİ GERİ KAZANIMLI KLİMA SANTRALI, KARIŞIM HAVALI

 Problem: Klimatize edilmek istenen bir mahallin yaz kliması yükü 40 kW, duyulur ısı oranı “RSHR” 0.80’dir. Klima santralı %40 harici hava ile çalışacaktır. Dış hava yaz dizayn şartları 36^oCKT, %43 rH, mahal şartları ise 26^oCKT, %50 rH’tır. Klima santralında duyulur ısı bazında %70, gizli ısı bazında %50 verimi olan döner tamburlu ısı geri kazanım eşanjörü kullanılacaktır. Psikrometrik prosesi  çizin, soğutucu batarya büyüklüğünü belirleyin.

2.8’deki örnekte hava debisi, döner tamburlu eşanjör giriş-çıkış şartları hesaplanmıştı. Buradaki çözüm ve bulunan değerler aynı olduğundan hesapları tekrarlamıyor, bu bölüme refere olunmasını öneriyoruz. Bu konumları psikrometrik diyagram üzerine yerleştirdikten sonra karışım noktası –nı buluruz. Psikrometri-I kitabında detaylı olarak anlatılan bu bahsi, konuyu hatırlamak açısından burada tekrarlıyoruz.

M_Ka = M_RA + M₁

Burada “M” hava kütlesini simgelemektedir ve hava debisi ile havanın yoğunluğunun çarpımına eşittir.

M= V x (1/γ)_{…………………………………………….}(kg/saat)

Bu duruma göre formülümüzü aşağıdaki tarzda düzenleyebiliriz.

V_Ka(1/γ_Ka)= V_RA(1/γ_RA)  + V₁(1/γ₁)

 Oda ve dış havanın özgül hacimlerinin eşit olduğunu kabul edersek formülümüz aşağıdaki şekle dönüşür.

V_Ka = V_RA  + V₁

V_Ka.c_p.t_Ka= V_RA.c_p.t_RA+ V₁.c_p.t₁

Bu denklemde özgül ısı “c_p” sabit olduğu için birbirini götürür ve sadeleşerek aşağıdaki duruma dönüşür.Bu formül sayesinde karışım havası sıcaklığı “t_KA” aşağıdaki gibi bulunur:

t_Ka = (V_RA.t_RA + V₁.t₁)/V_{KA…………………………………………….}( ^oC)

Toplam hava debisi 7840 m³/saat olduğuna göre:

V_RA = 0.60 x 7840 = 4704 m³/saat

V₁    = 0.40 x 7840 = 3136 m³/saat

Dolayısıyla:

t_Ka = (4704 x 26+ 3136 x 29)/7840

t_Ka = 27.2^oC      

t_Ka =27.2^oCKT dikmesinin “RA-1” karışım prosesi hattıyla kesiştiği nokta “Ka” karışım noktasıdır.

Karışım noktasının belirlenmesinin bir diğer yöntemi de analitik olarak bu noktanın bulunmasıdır. Bu işlemi şu şekilde özetleyebiliriz:

• “RA” ile “1” konumları birleştirilerek “RA-1” hattı oluşturulur.
• Bir cetvel yardımıyla “RA-1” hattının uzunluğu psikrometrik diyagram üzerinden ölçülür.
• Ölçülen mesafenin %40’ı alınır. Bu uzunluk “RA” noktasından ölçülerek “Ka” konumu bulunur.

Bir önceki örnekte olduğu gibi RSHR hattı çizilmiş  ve “SA” konumu belirlenmiş olduğuna göre “Ka” ile “SA” birleştirilerek “Ka-SA” soğutma proses hattı belirlenir. Bu hattın %100 doyma eğrisini kestiği nokta “ADP” cihaz ciy noktasıdır.

Şimdi soğutucu bataryanın büyüklüğünü hesaplayalım.

h_Ka= 57.2 kJ/kg

h_SA= 37.0 kJ/kg

γ  = 0.850 kg/m³

ΣQ_soğ= ΣV x (1/γ) x (h_Ka– h_SA)

ΣQ_soğ= 7840 x (1/0.850) x (57.2 – 37.0)

ΣQ_soğ= 186 315 kJ/saat = 51.75 kW