PSİKROMETRİ II – Bölüm 1 – Başlık 2 – Yaz Kliması

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