PSİKROMETRİ – I – Bölüm 2 – Başlık 5 – TEMEL PSİKROMETRİK PROSESLERLER

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.