DEĞİŞKEN HAVA DEBİLİ KLİMA SİSTEMLERİ – Bölüm 3 – VANTİLATÖRLERDE DEBİ REGLAJI

3. VANTİLATÖRLERDE DEBİ REGLAJI

3.1.  Vantilatör ve Sistem Karakteristik Eğrileri
Klima santrallarında kullanılan vantilatörleri üç ana grupta toplamak mümkündür.Radyal ve aksiyal vantilatörler iki ana grubu oluştururlar. Son yıllarda kullanımı yaygınlaşan “plug fan”lar esas itibariyle salyangozu olmayan tek emişli radyal bir fan olmakla birlikte üçüncü bir grup olarak düşünülebilir.
Radyal fanlar da ikiye ayrılırlar.
·      Öne eğik kanatlı vantilatörler
·      Geriye eğik kanatlı vantilatörler
Öne eğik kanatlı vantilatörler, isminden de anlaşılacağı gibi öne eğik çok kanatlı bir çark yapısına sahiptir. İlk tasarımcısına izafeten “Sirocco” tipi fan  olarak da adlandırılırlar.

3.1.1.  Vantilatör Performans Eğrileri

Öne eğik kanatlı vantilatörler oldukça yatık bir karakteristik eğriye sahiptir. Toplam basınç iki noktada  zirve yapar.  Serbest üfleme arttıkça vantilatörün çektiği  güç te  artar. Bu özellik elektrik motoru seçiminde muhakkak dikkate alınmalıdır. Genelde alçak ve orta basınç sınıflarında kullanılırlar. Geriye eğik kanatlı fanlara oranla daha alçak dönme hızında çalışırlar ve daha düşük ses seviyelerine sahiptirler.
Geriye eğik kanatlı fanlar geriye eğimli az sayıda kanattan oluşan bir çarka sahiptir. Orta ve yüksek basınç uygulamalarında kullanılırlar. Öne eğik kanatlılara nazaran daha yüksek verime sahiptirler. Daha yüksek dönme hızlarında çalışırlar.
“Plug fan”lar yapı ve karakteristikleri itibariyle geriye eğik kanatlı fanlara benzerler.

   3.1.2. Sistem Basınç Kaybı Eğrileri
        3.1.2.1.  Çalışma Noktası

Bir klima sisteminin debisinin nasıl hesaplandığı 3.2. sayılı “Sabit Debili Sistemler” isimli konuda anlatılmıştı. Bu debinin tüm mahallere iletilmesi için belirli bir basınca ihityaç vardır. Bu basınç hava hızının oluşturduğu dinamik basınç ile statik basıncın toplamından oluşur. Statik basınç kanallardaki sürtünme kayıpları ile özel kayıplardan meydana gelir.

Özel kayıplar kanal üzerindeki, dirsek, klape vb. elemanlarla menfez, difüzör, VAV terminal kutusu gibi elemanlar ve klima santralından kaynaklanan dirençlerin toplamıdır. Bu kayıpların tümüne sistem basınç kaybı denir.

Sistem basınç kaybının debi ile, dolayısıyla hava hızıyla matematiksel bir ilişkisi vardır. Basınç kaybı debinin karesi ile orantılıdır.

münasebet ikinci derece bir eğridir. Yukarıdaki grafikte kırmızı hat olarak gösterilmiştir. Kırmızı sistem karakteristik eğrisinin vantilatör karakteristik eğrisi ile kesiştiği nokta da çalışma noktasını oluşturur.

      3.1.2.2.  Çalışma Noktasının Değişmesi
Sistemde basınç kaybına neden olan, yani direnç yaratan elemanların karakteristiklerinde bir değişiklik olmadığı taktirde çalışma noktası sistem karakteristik eğrisi üzerinde değişecektir. Buna örnek olarak fan devrinin değiştirilmesini gösterebiliriz. Hava debisi fanın dönme hızıyla orantılı olarak değişecek, basınç kaybı ise değişen hava debisi orantısının karesi ile orantılı olarak değişecektir. Dolayısıyla basınç değişikliği vantilatör devir değişikliğinin karesi ile orantılıdır.

Bir de fanın devrini değiştirmeden sistem direncinin değiştiği durumu inceleyelim. Sistem üzerinde, örneğin vantilatör çıkışında bir damper olduğunu veya hijyenik uygulamalarda olduğu gibi bir hassas filtre (F7 ila F9) olduğunu farzedelim. Bu durumda “A” noktamız vantilatör performans eğrisi üzerinde sola doğru, “C” noktasına  hareket edecektir. Aynı zamanda da sistem karakteristik eğrisi değişecektir. Çünkü sistemi oluşturan elemanların yarattığı dirençte değişiklik meydana gelmiştir.

        3.1.2.3.  Vantilatör ve Sistem Modülasyon Eğrileri
Değişken hava debili klima sistemlerinde tasarım hava debisi maksimum yüke göre belirlendiği için VAV terminal ünitesi içindeki debi regraj damperi tam açık olarak kabul edilir. Bu nedenle, damper kanadının 0okonumu için imalatçı firma kataloğunda herhangi bir direnç belirtilmemişse VAV terminal ünitesi reglaj damperinin sisteme verdiği direnç sıfır olarak kabul edilir (VAV terminal ünitesi bünyesinde plenum kutu, susturucu, ısıtıcı batarya gibi elemanlar bulunuyorsa  bu elemanların yarattığı direnç mutlaka hesaba dahil edilmelidir). Ancak kısmi yüklerde hava debisi değişecek, bu paralelde de reglaj damperinin konumu değişecektir. Önceki sayfalarda debi değişikliğinin, eğer sistemi meydana getiren elemanların karakteristiklerinde bir değişiklik olmazsa sistem karakteristik eğrisi üzerinde meydana geleceğini belirtmiştik. Reglaj damperinin konumunun 0o’den 90o’ye doğru hareketi reglaj damperi karakteristiğinde bir değişiklik yapacak, bir direnç artımı meydana gelecektir. Başka bir deyişle, hava debisinin azalmasının karesiyle orantılı olarak sistem basınç kaybı da azalacaktır. Ancak bu azalmaya reglaj damperinin konumu nedeniyle basınç kaybı artışı eklenecektir.

Dolayısıyla değişken hava debili bir klima sisteminde VAV terminal ünitesinin kısmi yükler nedeniyle hava debisini azaltması neticesi klima santralındaki vantilatörden gerçekleştirmesi istenecek eğri “Sistem Karakteristik Eğrisi” olmayıp “VAV Sistemi Modülasyon Eğrisi” olacaktır. Bu hususun gerçekleştirilmesi de bir kapalı devre kumanda sistemi ile gerçekleştirilecektir.
Mahallerdeki maksimum yükün azalması neticesi VAV terminal üniteleri projede öngörülen maksimum hava debisine ihtiyaç duymayacakları için regraj damperini kısmak suretiyle mahalle üflenen hava debisini azaltacaklardır. Reglaj damperinin kısık duruma geçerek debi reglajı yapması neticesi sistemdeki basınç kaybı artacaktır. Bu durumda vantilatörün devir hızı henüz değişmediği için maksimum yükte çalışma noktası olarak gösterilen “A” noktası fan performans eğrisi üzerinde sola kayarak “B” noktasına gelecektir. “B” noktasına gelinmesi neticesi “Sistem Karakteristik Eğrisi-Tasarım” değişikliğe uğrayarak “Sistem Karakteristik Eğrisi-Mevcut Durum”u oluşturacaktır. Ancak bizim istediğimiz “B” noktasında çalışma değildir. Her ne  kadar  bu nokta  bizim için gerekli debiyi sağlıyorsa da sistemde gereğinden fazla bir basınç oluşmuş bulunmaktadır. Bizim arzumuz “VAV Sistemi Modülasyon Eğrisi” üzerindeki “C” konumunu elde etmektir. Bu  durum da ancak fan devrinin modülasyonu ile mümkündür. Ancak kontrol ünitesinin bu işleme uygun programlanabilir bir ünite olması gereklidir.

Bu dengeyi  sağlamak için yukarıdaki çizimin sol tarafında bulunan basitleştirilmiş akış kontrol şemasındaki kontrol çevrimine ihtiyaç duyulmaktadır. Üfleme kanalı üzerinde, uygun bir noktaya yerleştirilmiş olan basınç hissedici eleman algıladığı basıncı kontrol ünitesine iletir. Bu uygulama neticesi olarak kontrol ünitesi vantilatörün devrini azaltır. Kontrol ünitesi önceden programlanmış ve “VAV sistemi modülasyon eğrisi” ile ilgili girdiler yüklenmiş ise “C” noktasındaki çalışmayı temin etmek üzere vantilatörün devrini düşürecektir. Ancak böyle bir yazılımın yüklenmesine uygun değilse yalnızca bir sabit basınç regülatörü olarak “ΣPA”nın sabit kalmasını sağlamak üzere vantilatörün “D” noktasında, daha yüksek bir devirde çalışmasını sağlayacaktır. Her iki durumda da “B” konumunda çalışmaya oranla bir enerji tasarrufu söz konusudur. Ancak kısmi yükte “C” konumunda çalışmak “D” konumunda çalışmaya oranla daha ekonomik bir yaklaşım oluşturmaktadır. İkisinin arasındaki fark özellikle öne eğik kanatlı radyal vantilatörlerde çok daha belirgindir.

3.2.  Vantilatörlerde Debi Reglaj Sistemleri
Vantilatörlerde debi kontrolu dört değişik tarzda yapılmaktadır. Bu sistemlerden “Değişebilir Kanat Açıları” uygulaması yalnız aksiyal vantilatörlerde uygulanmaktadır. Diğer üç sistem ise hem radyal hem de aksiyal vantilatörlerde uygulama alanı bulmaktadır. Bu sistemler şunlardır.

    3.2.1.   Atış Ağzı Damperleri
Vantilatörlerin atış ağzına damper konulması en eski debi reglaj uygulamasıdır. Bu uygulamanın temel prensibi vantilatörün dönüş hızını değiştirmeksizin atış ağzında yeterli direnci yaratarak debinin istenen seviyeye düşürülmesidir. Bu uygulamada kanala monte edilmiş basınç hissedici elemandan gelen sinyaller paralelinde kontrol ünitesi (bkz. resim sayfa-89) atış ağzı damperi oransal servomotoruna kumanda sinyali göndererek açma-kapama veya kısmi kapama işlemlerini gerçekleştirecektir. Atış ağzı damperindeki basınç düşümü “ΣPB-ΣPc” kadar olacaktır (bkz. resim). VAV terminal ünitesi girişindeki basınç kısmen azalacağı için ünite daha rahat ve sessiz çalışma olanağı bulacaktır. Debi azalması neticesi vantilatör motor  gücünde  bir enerji  tasarrufu  gerçekleşecektir.  Bu tasarruf öne eğik kanatlı radyal vantilatörlerde oldukça belirgindir. Geriye eğik kanatlılarda ise orantılı olarak daha az bir enerji tasarrufu gerçekleşecektir. Diğer metodların daha yüksek verimliliğe sahip olmaları nedeniyle atış ağzı damperi uygulaması günümüzde çok nadiren yapılmaktadır.

     3.2.2.  Emiş Ağzı Yönlendirici Kanatlar
Emiş ağzı yönlendirici kanatlar veya yaygın tanımıyla IGV (IGV= Inlet Guide Vanes) diğer bir vantilatör debi reglaj sistemidir. Bu sistem de atış ağzı damperi gibi kısma hareketi neticesi belirli bir basınç kaybı yaratarak 89’uncu sayfadaki şekilde gösterilen “ΣPB-ΣPc” basınç kaybını gerçekleştirmek suretiyle VAV terminal ünitesindeki girişi “C” noktasına indirmektedir. Atış ağzı damper uygulamasından tek farkı vantilatörün emiş tarafında olmasıdır. Atış ağzı damperi ile benzer uygulama karakteristiklerine sahiptirler (bkz. Konu No. 3.2.5.). Aşağıdaki resimde her iki damper tipi de görülmektedir.

3.2.3.   Değişebilir Kanat Açıları
Değişebilir kanat açıları yalnız aksiyal fanlarda kullanılabilen bir debi reglaj uygulamasıdır. Bu uygulamada aksiyal fanın kanatları bağımsız miller üzerine yerleştirilmiştir ve göbekten yataklanmıştır. Millerin ucuna bağlanmış olan mekanizma sayesinde kanat açıları, kanatçıkları birbirlerine paralel bir tarzda mil ekseni etrafında döndürmek suretiyle değiştirilerek vantilatör karakteristiklerinin değişmesi sağlanmaktadır. Bu mekanizma sayesinde vantilatörün devrini değiştirmeksizin, veya herhangi bir direnç yaratacak ayarlanabilir bir mekanizma, örneğin damper kullanmaksızın debi reglajı sağlanmaktadır. Ancak göbek mekanizmasının karışıklığı ve maliyetinin yüksekliği dolayısıyla çok büyük fanlarda, debisi 100.000 m3/h gibi olanlarda kullanılmakta, küçük aksiyal fanlarda devir sayısının reglajı tercih edilmektedir.

        3.2.4.   Frekans Konvertörlü Uygulamalar
Frekans konvertörü ile vantilatör debi reglajı günümüzde en çok kullanılan, kullanımı her geçen gün yaygınlaşan bir uygulamadır. Frekans konvertörleri, diğer tanımıyla invertörler alternatif akımın frekansını değiştiren elektronik veya elektro-mekanik bir cihazdır. Bunun bir türevi olan “Değişken Frekansla Tahrik” (VFD = Variable Frequency Drive) üniteleri elektro-mekanik sistemlerde alternatif akımla çalışan elektrik motorlarının devrini, frekans ve voltaj girdisini değiştirmek suretiyle değiştirir. Bu uygulama klima teknolojisinde yalnız vantilatör ve
aspiratörlerde değil, sirkülasyon pompalarında, soğutmada kullanılan vidalı, “scroll” ve yarı hermetik   kompresörlerde  de kapasite  kontrolu  için yaygın  olarak  kullanılmaktadır.   Bu nedenle değişken debili klima sistemi uygulayıcıların karşısına değişik tarzlarda çıkmaktadır.

Yukarıdaki resimde Mitsubishi firması tarafından üretilen değişik boyutlardaki frekans konvertörleri görülmektedir. Frekans konvertörleri manuel olarak kontrol edilebildiği gibi dışarıdan gönderilen sinyaller ile de kontrol edilebilir. Günümüzün lektronik frekans konvertörleri BacNet, MetasysN2, Siemens FLN, LonWorks gibi sistem protokolleriyle haberleşebildiği gibi 0-5VDC, 0-10VDC, 0-20mA gibi analog girdilerle  motor frekanslarını 0-60 Hz arasında ayarlıyabilmektedir.
Frekans konvertörlü uygulamalarda kontrol ünitesinin yapısı, yüklenmiş olan yazılım çok önemlidir. Eğer VAV modülasyon eğrisi ile doneler kontrol ünitesine yüklenmemişse, veya ünite buna müsait değil de yalnızca basınç hissediciden aldığı sinyalleri analog çıktı tarzında frekans konvertörüne iletebiliyorsa bu durumda VAV terminal ünitesi tarafından “A” konumundan “B” konumuna getirilmiş olan hava debisi gereksinimi neticesi statik basınç “ΣPA” sabit tutulacak, vantilatör bunun neticesi 1000 d/dak yerine 800 d/dak’ta çalışacaktır.

Bunun neticesi olarak ta 800 d/dak vantilatör karakteristik eğrisi üzerinde yer alan “D” konumu gerçekleştirilmiş olacaktır (Diyagramdaki vantilatör dönüş hızı değerleri örnek olarak verilmiştir.) Halbuki optimum çalışma durumu sistem VAV sistemi modülasyon eğrisi ile “VB,C” dikmesinin kesiştiği “C” konumudur. Ancak bu durumun gerçekleşebilmesi için VAV sistemi modülasyon eğrisi (debi-basınç münasebetleri) ile ilgili donelerin kontrol ünitesi görevini yapan DDC/BMS kontrol paneline yüklenmiş olması gerekir.
Diğer bir uygulama tarzı da üfleme kanalı üzerinde basınç ölçümü yerine vantilatör üfleme ağzına yakın bir yerde hava debisinin ölçülmesidir. Bu durumda da DDC/BMS paneline VAV sistemi modülasyon eğrisi esas alınarak hazırlanmış debi-basınç donelerinin veya formülün yüklenmiş olması gereklidir.

3.2.5.   Debi Reglaj Sistemlerinin Karşılaştırılması

Yukarıdaki mukayese tablosu geriye eğik kanatlı radyal fanlar (çift emişli veya “plug-fan”lar) ile kanat açıları ayarlanabilir aksiyal fanlar esas alınarak hazırlanmıştır.Grafik değerleri yalnızca fikir vermek amaçlı olup laboratuar çıktıları değildir.   Mukayese edilen sistemler arasında enerji tasarrufu açısından verimi en düşük olan atış ağzı damperi uygulamasıdır. Bu uygulamada fanın debisi azalmakla birlikte basıncı  artmaktadır. Bunun neticesi olarak az ama belirgin enerji tasarrufu sağlanmaktadır. Bu tasarruf öne eğik kanatlı radyal fanlarda daha fazla, geriye eğik kanatlı radyal fanlarda ve plug-fanlarda daha azdır.
Diğer uygulama olan emiş ağzı yönlendirici kanatlar atış ağzı damper uygulamasına kıyasla daha fazla enerji tasarrufu sağlamaktadır. Radyal fanlarda fan devrinin değiştirilmesi en büyük enerji tasarrufunu sağlamaktadır. Günümüzde bu işlem frekans konvertörleri (invertörler) ile gerçekleştirilmektedir. Debinin %100’den %20’ye azaltılmasında devir  sayısının ayarlanması kadar değişken kanat açılı uygulamalar da yaklaşık aynı oranda, %80’in üzerinde tasarruf sağlamaktadır.

3.3.  Sistem Statik Basıncının Kontrolu                                                     Bahsettiğimiz dört kontrol sisteminin tamamı fan kapasite kontrolunu yapabilmek için statik basınç sinyaline ihtiyaç duyarlar. Kontrol ünitesi ölçülen değer ile olması gereken değerleri karşılaştırır, buna göre gerekli kontrol önlemlerini alır. Bu sistemleri aşağıdaki gibi tanımlayabiliriz.

    3.3.1.   Fan Çıkışında Basınç Kontrolu                                                                  Fan çıkışına yerleştirilen bir adet statik basınç hissedici elemanla yapılan ölçümlerdeki temel amaç üfleme kanalındaki havanın basıncını sabit tutmaktır. Hissedici elemandan alınan sinyaller paralelinde kontrol paneli vantilatör üzerindeki lontrol elemanlarına kumanda ederek üfleme kanalı girişindeki basıncı sabit tutmaya çalışır. Bu uygulama en temel basınça bağlı vantilatör debi kontrol sistemidir.

  3.3.2.   Üfleme Kanalında Basınç Kontrolu                                                          Fan çıkışındaki dalgalanmalar ölçme hassasiyetini etkileyeceği için basınç hissedici elemanın üfleme kanalı üzerinde, kritik VAV terminal ünitesine daha yakın bir yere konulması önerilmektedir. Bu uygulama ile en uzak mesafedeki ünitenin de güvence altına alınacağı varsayımı vardır.

Fan çıkışında basınç kontrolu ile üfleme kanalı üzerinde basınç kontrolu arasında çok büyük bir fark yoktur. Çünkü her iki metod da üfleme kanalındaki statik basıncın sabitlenmesini öngörmektedir. Halbuki, daha önceki bahislerde de anlatıldığı gibi sistemin azalan debi nedeniyle o kadar basınca ihtiyacı yoktur.

        3.3.3.   Optimize Edilmiş Basınç Kontrolu                                                            Bu nedenle optimize edilmiş statik basınç kontrolu metodu geliştirilmiştir. Diğer bir adı da “Optimize VAV Sistemleri” olan bu metodda vantilatör çıkışına yine bir basınç hissedici eleman yerleştirilmekte ve bu konumdaki statik basınç ölçülmektedir. Buna ilaveten tüm VAV terminal ünitelerinin damper konumları da bina otomasyon sistemine tek kablolu haberleşme ağı üzerinden (MP-Bus, LONWORKS, Modbus vb.) iletilmektedir. Damperlerin konumlarına bağlı olarak, istenen statik basınç temin edilmiş olsa dahi vantilatörün devri düşürülmekte ve sistemin daha düşük bir statik basınçta çalışması sağlanmaktadır. Bunun neticesi olarak VAV terminal ünitelerinin damperleri kısmen daha açık bir konuma gelmekte, sistem de daha düşük bir toplam basınçla çalışmaktadır. Bu uygulama daha önce bahsettiğimiz “VAV Modülasyon Eğrisi”nin gerçekleştirilmesidir ve radyal fanlarda en optimum enerji tasarrufunu sağlamaktadır.

Bu konuda bir gelişme de VAV terminal ünitelerinin servomotorlarını üreten BELİMO firmasından gerçekleştirilmiştir. “Fan Optimiser” sistemi olarak adlandırılan bu uygulamada statik basınç hissedici kaldırılmıştır. Aşağıda şematik olarak gösterilen bu sistemde damper

konumları kontrol paneline haberleşme ağı “fieldbus” tarafından iletilir. Gelen bilgiler “Fan Optimiser” tarafından değerlendirilir ve damperlerin çoğu optimum çalışma aralığında olana kadar fanlar optimum ayar noktası olan “O” konumuna kadar getirilir. Neticede VAV sistemi daha düşük devirde, daha düşük basınçta çalıştırılarak enerji tüketimi ve ses seviyesi ciddi ölçüde azaltılmış olur.

        3.3.4.   Kısmi Yükteki Uygulamaların Karşılaştırılması
Kısmi yükteki uygulamaların karşılaştırılmasında ABD’li TRANE firması %75 kısmi yükte çalışmayla ilgili yaptığı bir etüdün neticesinde vantilatör çıkışında yapılan basınç kontrolü ile enerjide %40, optimize edilmiş basınç kontrolu ile %57 enerji tasarrufu yapıldığını tespit etmiş bulunmaktadır. İkinci olarak incelediğimiz BELİMO firması ise aşağıdaki tabloyu sunmaktadır.

Bu ölçüm seçilen bir günde bir ofis kompleksinde gerçekleştirilmiştir ve sadece söz konusu olan zaman ve şartlarda %64 enerji tasarrufu yapıldığı tespit edilmiştir. Sisteme ve kısmi yük şartlarına, örneğin dahili yükler, hava şartları, kullanım tarzı gibi girdilere bağlı olacağı bir yıllık bir çalışma süresinde enerji tasarrufunun %20 ile %50 olacağını belirtmektedir. Bu sayede de EN 15232 A-sınıfı uyumlu bir çözüme yaklaşılmış hatta gerçekleştirilmiş olacaktır.

DEĞİŞKEN HAVA DEBİLİ KLİMA SİSTEMLERİ – Bölüm 4 – SİSTEM YAPILANIŞLARI

4. Sistem Yapılanışları

4.1.  Değişken Debili Sistemlerde Hava Kanalları ve Terminal Üniteleri

   4.1.1. Kanal Tasarımı

Kanal tasarımında proje mühendislerince en çok aşağıdaki iki metod kullanılmaktadır.

  • Eşit sürtünme katsayısı metodu
  • Statik basınç geri kazanım metodu

Bu metodlar özet olarak aşağıda incelenecektir. Ancak tasarımda kullanılan metod ne olursa olsun, değişken hava debili klima sistemleri kanal tasarımında hesaplar yüksek hız ve yüksek basınçlı kanallar esas alınarak yapılmalıdır. Fabrikasyon üretim yuvarlak ve/veya yassılaştırılmış yuvarlak (flat-oval) hava kanalları ve eklem parçaları (fittings) tercih edilmeli ve kullanılmalıdır. Dikdörtgen kesitli kanal kullanılacaksa sac kalınlığında yüksek basınç dikkate alınmalı, kanal konstrüksiyonu %100 sızdırmaz (hermetik) olmalıdır. Kanal üzerindeki ufacık bir delik veya birleşme aralığının bile büyük gürültülere neden olacağı unutulmamalıdır.

1.Bölüm’de vermiş olduğumuz kanal basınç kaybı diyagramını bu bölümde tekrar veriyoruz. Vantilatör çıkışından VAV terminal ünitesi girişine kadar olan kısım yüksek hız, yüksek basınç kanalı olarak tasarlanmalıdır. VAV terminal ünitesinden sonraki kısım, örneğin üfleme menfez ve difüzörlerine kadar olan kısım ise klasik düşük hızlı hava kanalları tarzında projelendirilebilir. Dönüş ve egzost havası kanalları ise düşük hızlı olarak projelendirilebilirler.

4.1.1.1. Genel Hız ve Basınç Münasebetleri

Değişken hava debili klima sistemlerinde üfleme kanalları için tavsiye edilen projelendirme aralığı 4 Pa/m ila 7 Pa/m’dir. Ancak maksimum hava hızının 20 m/san.’yi geçmemesi de öneriler arasındadır. Buna göre toplam hava debisi 4.000 lt/san. (14.400 m3/saat) üzerindeki sistemlerin vantilasyon kanalı hava hızları 16 m/san ila 20 m/san arasında alınabilir. 4.000 lt/saniye’nin altındaki debilerde ise 4-7 Pa/m sabit sürtünme katsayısı kullanılmalıdır.

  • VAV terminal ünitelerine bağlanan branşmanlarda VAV ünitesinin giriş ölçüleri tercih edilmeli, redüksiyonlardan kaçınılmalıdır. Bu durumda terminal ünitelerinin maksimum ve minimum çalışma hava hızı değerlerine bağlı kalınmış olunacaktır. Örneğin birçok üretici firma VAV ünitelerinin üst çalışma limiti olarak 12 m/san, alt çalışma limiti olarak ta 2 m/san hava hızını vermektedir. Proje olarak ünite seçimi için 10 m/san maksimum hız, 2 m/san minimum hıza tekabül eden debilerde bir VAV ünitesinin seçildiğini varsayalım. Bu ünitenin de giriş çapının φ200 mm olduğunu kabul edelim. Branşman kanalı tasarımında bu çapa sadık kalınırsa önerilen çalışma limitleri içinde kalınmış , türbülans ve ölçüm hatalarından arınmış bir sistem çalışması gerçekleşecektir.
  • VAV terminal üniteleri branşman ayrımlarından, reglaj veya kapatma damperlerinden minimum dört çap uzaklıkta olmalıdır.
  • Branşmanlar üzerine debi-basınç reglajı için “iris” damper veya benzeri debi regraj üniteleri konulmalıdır.
  • VAV terminal ünitesinin damperinin mili muhakkak yatay (yere paralel) konumda olmalıdır. VAV servomotoru montaj esnasında ünitenin altında veya üstünde kalmamalıdır.
  • Üfleme kanalı üzerindeki VAV üniteleri izoleli olmalıdır. Fabrikasyon izoleli olanlar tercih edilmeli, izolasyonun şantiyede yapılması cihetine gidilmemelidir.
  • Her mahal müstakil bir zon olarak kabul ediliyorsa muhakkak ayrı bir VAV terminal ünitesine sahip olmalıdır. Aspirasyon kanalı üzerine de VAV terminal ünitesi konmalıdır.
  • Bir branşman üzerine birden fazla VAV terminal ünitesi seri olarak bağlanmamalıdır. Başka bir ifade ile vantilatör ile klimatize mahal arasında yalnız bir adet VAV terminal ünite olmalıdır.
  • Bir branşman ve/veya ana kanal üzerinde sabit ve değişken hava debili uygulamalar olabilir. Değişken debili hacimler için nasıl VAV terminal ünitesi uygulanıyorsa sabit debili hacimler için de CAV terminal üniteleri kullanılmalıdır. Aksi taktirde sabit hava debisi uygulanan hacimlerde debiyi sabit tutmak mümkün olmaz. Sabit debili hacimler tek bir branşman üzerinde birleştirilip tek bir CAV ünitesi kullanılabilir.
  • Kullanılan CAV üniteleri sabit debiye ayarlanmış VAV terminal üniteleri olabileceği gibi mekanik CAV üniteleri de olabilir (bkz resim) .

4.1.1.2. Eşit Sürtünme Katsayısı

Proje mühendisleri tarafından en çok kullanılan kanal hesap ve boyutlandırma metodudur. Bu metodda kanalın beher metre uzunluğu için bir basınç kayıp katsayısı, örneğin 5 Pa/m seçilir. Bu değer tüm ana kanallar ve branşmanlar için uygulanır. Ancak debinin 4,000 lt/saniyeyi geçmesi halinde sabit sürtünme katsayısı terk edilip sabit hız uygulamasına geçilir.  Bu hususu bir de şu şekilde izah eebiliriz. 6,000 lt/san debili bir sistemin ana üfleme kanalı 14 m/san ila 20 m/san arası sabit bir değerde ve sabit hızda, debi 4,000 lt/saniyeye düşünceye kadar tasarlanır. 4,000 lt/san’den sonra ise sabit hız uygulaması terk edilip sabit basınç kaybı uygulamasına geçilir.

Bu metodun en prtik yönü manuel olarak kolayca yapılabilmesidir.

4.1.1.3. Statik Basınç Geri Kazanımı

Statik basınç geri kazanımı ile hava kanallarının hesaplanması ve ölçülendirilmesi kanal içindeki hava hızının düşmesi neticesi düşen hızın, başka bir deyişle azalan dinamik basıncın statik basınca dönüşmesi temel prensibine dayanır. Örneğin bir branşmanda, debi bölünmesi neticesi ana kanalda hava hızı düşecektir. Hava hızının ne kadar düşeceğini proje mühendisi belirler. Düşen hava hızı neticesinde de belirli miktarda statik basınç geri kazanılır. Branşmandaki konik veya prizmatik daralma (eğer öngörülmüşse) belirli bir miktarda basınç kaybına neden olur. Buna özel eleman basınç kaybı denir. Ancak hava debisi azaldığından kanal içindeki havanın hızı da düşer ve düşen hız kadar dinamik  basınç statik  basınca dönüşmüş  olur. Eğer statik  basınca  dönüşen hız düşümü özel eleman

basınç kaybından fazla ise statik basınç geri kazanılmış olur. Bu hesap tarzıyla klima santralından  tüm terminal ünitelerine kadar olan basınç kaybını eşit tutmak mümkündür. Manuel olarak yapılması oldukça zor ve uğraştırıcı olan bu hesap tarzı için bilgisayar yazılımları mevcuttur.

VAV terminal üniteleri üzerindeki damperin kısma neticesi basınç kaybına neden olacağı ve bu sayede gerekli debi reglajını gerçekleştireceği varsayımı ile hareket edilmemeli, terminal ünitelerinin girişlerine kadar olan kanal basınç kayıplarının mümkün olduğunca eşit veya birbirine yakın olarak belirlenmesi yoluna gidilmelidir. Bu sayede VAV kontrolları daha kolay ve hassas olacak, gereksiz gürültü yaratılması ile enerji israfı engellenmiş olacaktır.

4.1.1.4. Öneriler.

4.1.1.1 sayılı bahiste VAV terminal ünitelerinin yerleştirilmesiyle ilgili bazı önemli hususlar anlatılmıştı. Bu konumuzda da kanal konstrüksiyonu ile ilgili ilave hususlara değineceğiz.

  • Projelendirme esnasında ana kanalların ve branşmanların mümkün olduğunca simetrik olmasına dikkat ediniz. Bu özellik basınç dengelenmesinde size büyük yarar sağlayacaktır.
  • Ana kanalların, ana branşmanların mümkün olduğunca insansız mahallerden, koridorlardan geçmesini sağlayınız.
  • Klima santralı ile VAV terminal ünitesi arasındaki kanallarda asla esnek (flexible) kanal kullanmayınız. Çünkü bu kanallar yüksek basınç ve yüksek hız kanallarıdır. Yuvarlak esnek kanalları VAV terminal ünitelerinin çıkışından sonra kısa mesafeler için kullanabilirsiniz.
  • Fan gürültü seviyesini kontrol ediniz, gerekirse fan çıkışına fabrikasyon susturucu koyunuz. Gerektiği taktirde VAV terminal ünitelerinin çıkışlarına da susturucu koyabilirsiniz. Kanalların iç yüzeylerine akustik kaplama yapılmasını tercih etmeyiniz.
  • VAV terminal ünitelerini branşman ayrılmaları yakınına koymayınız.Minimum mesafe VAV terminal ünitesi giriş çapının (veya dikdörtgenlerde geniş kenarın) minimum dört katı mesafede olmalıdır.
  • Klima santralına yakın branşmanlarda iris damper veya benzeri reglaj damperi kullanınız.

4.1.2.  Menfez ve Difüzör Seçimi

Menfez ve difüzör seçiminde, sabit hava debili ve tümü havalı havalandırma-klima sistemleri için geçerli olan kuralların tümü aynen geçerlidir. Ancak değişken hava debili klima klima sistemleri, isminden de anlaşılacağı gibi mahal yüküne bağlı olarak değişken klimatize hava sevk eden sistemlerdir. Çok önemli olan bu husus menfez, difüzör ve benzeri terminal üniteleri yerleşiminde dikkate alınmalıdır.

Menfez ve difüzörler maksimum yüke bağlı olarak belirlenen hava debilerine, üfleme mesafesine göre, ses seviyeleri de dikkate alınarak seçilir. Ancak kısmi yüklerde hava debisi azalacağından istenen üfleme mesafesi gerçekleşmeyebilir. Bu nedenle vantilasyon ve aspirasyon menfezlerinin birbirine yakın olarak, örneğin aynı yan duvar veya asma tavanın aynı cephesine yerleştirilmesi durumunda bu problemle karşılaşmak mümkündür. Bunun iki çözümü vardır.

  • Debiye bağlı olarak kanat açıları ayarlanabilen özel difüzörlerin kullanımı. Bu tip difüzörler nozıl tipinde, kurveli iki kanada sahiptirler. Debinin azalması durumunda kanatlar birbirine yakınlaşarak kesiti daraltır ve üfleme hızının sabit kalmasını sağlar. Bu işlem mekanik olarak gerçekleştirilebildiği gibi servomotor yardımıyla da yapılabilir. Genelde yan duvar uygulamaları için tercih edilmelidir.
  • Üfleyici ve emici menfez/difüzörlerin karşılıklı duvarlara, asma tavanda karşı köşelere yerleştirilmesi bu sorunu büyük ölçüde çözer. Üfleyici ve emici menfezlerin ilk hızları değişse dahi emici menfezin yarattığı kısmi vakum nedeniyle emici menfez tarafına doğru sürekli bir hava hareketi olacaktır. Bu işlem içten yanmalı motorlarda “cross scavenging” boyuna süpürmeye benzer. Benzer bir uygulama aşağıdaki resimde görülmektedir.

4.1.2.1. Plenum Hücre ve Terminal Üniteleri.

Değişken debili klima uygulamalarında plenum hücreli terminal üniteleri önerilir. Bu durumda VAV terminal ünitesinin çıkış tarafına fabrikasyon olarak bir plenum hücre monte edilmiş olacaktır. Bu hücre klimatize havanın dağıtımını sağlayacaktır. Aynı şekilde üfleyici ve toplayıcı menfez ve difüzörlerin de plenum  kutulu  olması önerilir.  Böyle  bir uygulamada  plenum  hücre ile  üfleyici menfezler arasındaki bağlantı dairesel kesitli fleksibl kanallarla gerçekleştirilecektir.Bu suretle  dirsek, redüksiyon,adaptör gibi parçaların kullanımından kaçınılmış olacak, kaçaklar ve basınç kayıpları minimuma indirilmiş olacaktır.

  4.1.2.2. Lineer ve Slot Difüzörler.

Lineer ve slot difüzörler değişken hava debili klima sistemlerinde en çok kullanılan difüzör tiplerinden biridir. Yapısal özellikleri sayesinde son derece estetik bir görünüşe sahiptirler ve mimariyle çok güzel bir uyum sağlarlar. Slot difüzörleri uç uca ekleyerek bütün bir duvar boyunca veya köşe birleştirme parçaları kullanmak suretiyle bütün bir odayı asma tavan içinden çepeçevre dolaşmak mümkündür. Aşağıdaki çizimdeki “Montaj Alternatifleri” kısmında tek ve çok parçalı slot

difüzörlerin montaj şekilleri, köşe birleştirme parçaları görülmektedir. Aynı çizimin sağ tarafındaki “Plenum Hücreler” kısmında da izoleli ve izolesiz plenum kutular görülmektedir. İzolasyon malzemesi üretici firmaya göre değişiklik göstermekle birlikte en çok kullanılan izolasyon malzeme köpürtülmüş kauçuk şilteleri ve üzeri aluminyum folyo kaplı camyünü kullanılmaktadır. Genelde 2 metre uzunluğu geçen slot difüzörler çok parçalı olarak üretilemktedir. 1 metre uzunluğa kadar tek yaka, daha uzun olanlarda ise her 1 metre uzunluk için bir yaka kullanılmaktadır.

Slot difüzörlerin önemli bir özelliği de atış ağzına yakın yerdeki yönlendirici kanatlar sayesinde istenen üfleme yönünün önceden belirlenebilmesidir. Lineer menfezlerde bulunmayan bu özellik değişken hava debili klima sistemlerinde pozitif havalandırmanın sağlanmasında büyük bir üstünlük sağlamaktadır.

  4.1.2.3. Tavan Difüzörleri.

Havalandırma literatüründe yer alan tavan difüzörlerinin tamamı değişken hava debili klima sistemlerinde kullanılabilir. Yuvarlak ve kare anemostatlar, helisel üflemeli difüzörler, kanatları hareketli difüzörler ve döner gövdeli difüzörler bunların bir kısmıdır.

Tavan yüksekliği 3,5 metrenin üstünde olan hacımlar için kanatları yaz-kış durumuna göre hareketli difüzörler veya döner gövdeli difüzörler kullanılmaktadır. Aşağıdaki resimde her iki modelin yaz ve kış çalışmasındaki konumları ve üfleme durumları görülmektedir.

Helisel difüzörler  2.6 metre ila 4 metre arası tavan yüksekliği olan mahaller için ideal üfleme üniteleridir. Helisel bir patern ile havayı üflediğinden mahal havası ile üfleme havası çok çabuk ve kısa mesafede birbirine karışır. Bu özellik sayesinde üfleme ve mahal havası arasındaki sıcaklık farkı alışılmış olan 8 ila 10oC’ın üstünde, örneğin 12 hatta 14oC alınabilir. Bu sayede gerekli olan maksimum hava debisi de aynı oranda azalmış ve belirli bir oranda enerji tasarrufu sağlanmış olur. Tavan yüksekliği 4 metrenin üstünde olan hacimlerde teleskopik difüzör, jet nozıl gibi terminal elemanları da kullanılabilir. Ancak bu tip bir uygulamada minimum debideki atış mesafelerinin kontrol edilmesi, eğer yetersiz kalıyorsa ona göre tedbir alınması gerekir. Anemostatların kullanıldığı bir uygulama aşağıdaki çizimde görünmektedir.

Bu uygulamada da kısmi yüklerde pozitif havalandırma yapılabilinmes iiçin enine süpürme uygulanmıştır.

4.2.  Perimetrik Hacimler ve İç Hacimler

Perimetrik hacimler, genelde bir yapının ekseriyetini oluşturan, yaz aylarında ısı kazancı, kış aylarında da ısı kaybı olan hacimlerdir. Bu nedenle hem soğutma, hem de ısıtmaya ihtiyaç gösterirler. Bu nedenle karşımıza değişik VAV klima uygulamaları çıkar.

      4.2.1.Döşemeden Isıtma

Bu uygulamada ısıtma prosesi değişken hava debili sistemin görevi dahilinde değildir. Sistem yalnız yaz kliması (soğutma) ve havalandırma ihtiyacını karşılar. Yaz çalışmasında mahallin yük durumuna göre hava debisinin VAV terminal üniteleri vasıtasıyla ayarlanması ile yaz ve geçiş mevsimlerinin gerekli soğutma ve havalandırma ihtiyacı karşılanır. Kış uygulamasında ise sistem ve VAV terminal üniteleri yalnız taze hava ihtiyacını karşılamak üzere minimum debide çalışırlar. Isıtma ise döşemeye yerleştirilmiş borularla yapılır. Döşemeden ısıtma yerine radyatör, döşeme tipi konvektör veya fan-coil üniteleri de kullanılabilir.

     4.2.2. Tavandan Isıtılmış Hava Sevki (dual conduit)

Bu uygulamada da değişken hava debili klima sistemi, bir önceki uygulamada olduğu gibi yalnız soğutma ve taze  hava  ihtiyacını karşılar. Isıtma  için  asma tavan  içine monte edilmiş kısa kanallara bağlı fan-coil üniteleri kullanılır. Kış uygulamasında mahal sıcaklığı fan-coillerin ısıtıcı bataryalarına kumanda edilmek suretiyle gerçekleştirilir. Bu çalışma esnasında VAV klima sistemi mahallere minimum debide hava göndermektedir. Benzer bir uygulama 103’üncü sayfadaki çizimde gösterilmektedir.

     4.2.3. Son Isıtıcılı VAV Uygulamaları

Son ısıtıcılı VAV terminal ünitesi uygulaması perimetrik hacimlerle ısı kaybı olmayan hacimlerin bir arada bulunduğu yapılarda yaygın olarak kullanılan değişken debili klima sistemlerinden biridir. Bu uygulamada merkezi klima santralı yaz ve kış uygulamalarında minimum sıcaklıkta, örneğin 14oC veya 16oC’ta klimatize havayı mahallere sevk eder. Bunun nedeni ısı kaybı olmayan iç hacimlerin kış çalışmasında da soğutmaya ihtiyaç göstermeleridir. İç hacimler kış çalışmasında da aynen yaz çalışmasında olduğu gibi değişken debili soğutma prosesine devam ederler. Perimetrik hacimlerin kış uygulamasında herhangi bir soğutmaya ihtiyacı olmaması, bilakis ısıtmaya ihtiyacı olması nedeniyle bu hacimlere ait VAV terminal üniteleri minimum hava debisinde çalışmaya başlarlar. Mahallerin ısı ihtiyacı ise VAV terminal ünitelerinin çıkış tarafına konan ısıtıcı bataryalar ile sağlanır. Bu bataryalar sıcak su ile çalışabileceği gibi elektrikli de olabilirler. Ancak elektrikli ısıtıcı kullanımında bazı emniyet tedbirlerinin alınması gereklidir. Örneğin hava akışı durdurunda elektrikli ısıtıcı devre dışı bırakılacaktır. Keza üfleme sıcaklığı önceden belirlenen bir değerin üzerine çıktığında emniyet termostadı devreyi kesecektir gibi.

105’inci sayfada da perimetrik hacimlerle ısı kaybı olmayan iç hacimlerin iç sıcaklığa bağlı olarak hava debisi kontrolleri grafik olarak görülmektedir. Perimetrik hacimlerde yaz mahal sıcaklığı oransal olarak kontrol edilmekte, ancak mahal sıcaklığının belirli bir sıcaklığın altına düşmesi halinde sistem devamlı minimum hava debisinde çalışmaktadır. Örneğin mahal sıcaklığını 26oC ve oransal bandı 2oC aldığımızda   mahal  27oC’ta  maksimum  debi ile,  25oC’ta  da minimum  debi  ile çalışmaktadır .  Kış sıcaklığının 22oC alındığını kabul edersek, bu sıcaklık 25oC’ın altında olduğu için sistem tüm ısıtma peryodu boyunca minimum hava debisinde çalışacaktır.

Isı kaybı olmayan mahallerde ise durum farklıdır. Burada da yaz mahal sıcaklığının 26oC, kış mahal sıcaklığının 22oC ve her iki durumda da oransal bandın 2oC olduğunu varsayarsak her iki iç dizayn şartı için VAV sistemi benzeri bir çalışma gösterecektir. Yaz çalışmasında sistem 25-27oC arasında oransal çalışacaktır. 25-21oC arası ise geçiş zonu olduğundan mahal sıcaklığı 23oC’a düşünceye kadar minimum debide çalışacak. 23-21oC arasında da aynen Yaz çalışmasında olduğu gibi bir oransal çalışma sergilececektir. Eğer mahal şartı yaz ve kış için aynı ve 26oC alındıysa sistem devamlı olarak 2a-2baralığında çalışacaktır.

     4.2.4. Klima Santralından Isıtılmış Hava Sevki

Klimatize edilen tüm mahallerin kış uygulaması esnasında ısıtmaya ihtiyaç göstermesi, örneğin binada ısı kaybı olmayan iç hacimlerin bulunmaması durumunda uygulanabilen bir sistemdir. Son derece yaygın olarak kullanılan bu sistem sayesinde döşemeden ısıtma, fan-coillerle tavandan ısıtılmış resirküle hava sevki gibi uygulamalar gereksiz olur.

Yaz uygulamalarındaki sabit sıcaklıkta hava sevkine benzer bir uygulamadır. Ancak yazın sevk olunan hava ile kışın sevk olunan havanın sıcaklıkları birbirinden farklıdır. Kış üfleme sıcaklığı maksimum yaz ebisi esas alınarak, maksimum ısıtma yüküne göre belirlenir. Yaz çalışması esnasında üfleme havası mahal yüküne bağlı olarak değişiklik gösterir. İşlem 2a-2barasındaki oransal band içinde maksimum ve

minimum debi arasında sıcaklık artışına bağlı düz oransal değişim gösterir. Kış çalışmasında ise 1a-1barasında sıcaklığa bağlı olarak oransal değişim gösterir. Ancak bu değişim ters oransal çalışmadır, çünkü sıcaklığın düşmesi durumunda debi artmakta, sıcaklık arttıkça debi azalmaktadır.

4.3.  Siste Çalışma ve Kontrol Modları

Değişken debili klima sistemlerinin tasarımında, şu ana kadar anlatılan çalışma modlarına ilaveten üç değişik çalışma modunun da dikkate alınmasında yarar vardır. Bu ilave modlar sistemin otomasyonu ile ilgili olup şunlardan meydana gelmektedir.

  • Dolu hacimler
  • Boş hacimler
  • Rejime alma işlemleri

4.3.1. Dolu Hacimler

Bu çalışma modunda bina, zon veya hacim normal kullanım durumundadır. Ofis kompleksi, alış-veriş merkezi gibi yapılarda gündüz, çalışma saatleri dahilinde meydana gelir. Hastane ve benzeri kuruluşların büyük bölümünde ise 24 saat devamlı olarak bu çalışma modu uygulanır. Bu çalışma esnasında projede öngörülen sıcaklık , bağıl nem ayarları gerçekleştirilir, havalandırma ise devamlı olarak gerçekleştirilir. Bu modun temel karakteristikleri şunlardır.

  • Merkezi klima ünitesinin vantilatör ve aspiratörü devamlı olarak çalışır.
  • Mahal sıcaklığı önceden belirlenen sıcaklıkta, “set-point” değerinde tutulur.
  • Mahalle sevk edilen hava, mahal ısı yüküne bağlı olarak modüler bir tarzda ayarlanır.
  • Mahal yük durumu, yaz-kış çalışma durumu ne olursa olsun hiçbir zaman minimum debinin altına düşülmez.
  • Vantilatör, VAV ünitelerinin çalışmalarına bağlı olarak statik basıncın değişmesiyle gerekli statik basınç ve debi değişikliklerini gerçekleştirir.
  • Karışım havalı sistemlerde dış hava damperi ile by-pass damperi konumları, gerekli olan dış havayı temin edecek tarzda otomatik olarak ayarlanır. 

    4.3.2. Boş Hacimler

Bu çalışma modu ticari kuruluşlarda karşılaşılan bir durumdur ve genelde geceleri meydana gelir. O anda mahalde insan bulunmadığından klimatizasyon ve havalandırma gerekmez. Mahal sıcaklığı kontrol edilmez, vantilatör ve aspiratörün çalışması durdurulur veya aralıklı olarak kontrollu çalışması sağlanır. Ancak, özellikle kış çalışmasında mahallin ısısının çok düşmemesi, örneğin 15-16oC’ın altına inmemesi için önlemler alınır. Böyle bir önlemin yaz çalışmasında yapılması gerekli değildir. Bu çalışma modunun temel amacı enerji ve işletme maliyetinden tasarruftur. Bu modun temel karakteristikleri şunlardır.

  • Herhangi bir hacimde, özellikle perimetrik hacimlerde sıcaklığın belirlenen bir değerin altına düşmesi durumunun haricinde vantilatör ve aspiratör çalışmaz. Ancak hacimlerde ısıtma başka türlü gerçekleştiriliyorsa, örneğin tavandan ısıtılmış hava sevki, döşemeden ısıtma gibi sistemler mevcutsa vantilatör ve aspiratörün bu moddaki çalışma esnasında devreye girmesi gerekmez.
  • Dış hava damperi kapalıdır, by-pass damperi açıktır.
  • Eğer ısıtma işlemi değişken hava debili klima sistemiyle karşılanıyorsa, bu çalışma modunda VAV terminal ünitelerinin ayarları (“set-point”leri) otomatik olarak olarak minimum konuma getirilir. Bu işlem BMS/DDC kontrol sistemlerinin bünyesindeki yazılım ile gerçekleştirilir.

   4.3.3. Rejime Alma İşlemleri

Bu çalışma modu “Boş Hacimler” çalışma modundan normal çalışmaya, “Dolu Hacimler” moduna geçiş sürecini kapsar. Genelde sabah saatlerinde, örneğin ofis komplekslerinde mesai başlama saatinden belirli bir süre önce başlar. Temel amaç mümkün olan en kısa sürede hacimleri, istenen konfor şartlarına getirmektir. Ancak bu çalışma modu süresinde bina ve hacimler insansız olacağından taze hava gerekmez, sistem resirküle hava ile çalışır (dış hava damperleri kapalı, by-pass damperi açıktır). Bu modun temel karakteristikleri şunlardır.

  • Merkezi klima santralı vantilatör ve aspiratörü devamlı olarak maksimum debide çalışır. Bunun tek istisnası, kış uygulamasında ısıtma başka yöntemlerle gerçekleştirilmesi durumudur. Bu durumda fanların devreye girmesinin gereği yoktur; ısıtma sisteminin çalışması ile yetinilir.
  • Dış hava damperleri bu çalışma modu esnasında kapalı konumdadır. İşlem resirküle hava ile gerçekleştirilir. Ancak mahalde normal çalışma modu öncesi herhangi bir nedenle kısmi havalandırma, örneğin koku giderme vb gerekiyorsa dış hava damperleri kısmen açık konuma getirilebilir.
  • VAV terminal ünitelerinin damperleri tam açık konumunda bulunur. Üniteler maksimum kapasitede çalışır.

Bu moddaki çalışma iki şekilde sona erer.

  • Mahallerin istenen sıcaklık konumuna gelmeleri veya,
  • Rejime alma işlemleri için belirli bir sürenin belirlenmiş olması ve bu sürenin sona ermesi.

Bu işlemlerin tamamı BMS/DDC bünyesindeki yazılımlarla gerçekleştirilir.

DEĞİŞKEN HAVA DEBİLİ KLİMA SİSTEMLERİ – Bölüm 5 – UYGULAMA ÖRNEKLERİ

5. Uygulama Örnekleri

5.1. Maksimum ve Minimum Hava Debileri

Tümü havalı klima sistemlerinin tümünde mahal maksimum hava debilerinin hesaplanması aynıdır. Hesaba esas alınan bina yapı itibariyle birden fazla cepheye ve dolayısıyla zona sahipse ve tek merkezi klima santralı kullanılacaksa her iki zonun maksimum hava debilerinin toplamı yerine bina maksimum hava debisinin kullanılması daha doğru bir uygulama olur. Örneğin bina batı ve doğu zonlarından oluşuyorsa, doğu zonunun maksimum yükü saat 10.00’da, batı zonunun maksimum yükü saat 16.00’da meydana geliyorsa doğu zonu için saat 16.00 yük hesabını, batı zonu için de saat 10.00 yük hesabını yapmak gerekir. Bu durumda saat 10.00’daki ve saat 16.00’daki yükler ve bu yüklere göre belirlenen hava debileri saat bazında toplanacak, hangisi büyükse bina yükü olarak o esas alınacaktır. Klima santralı da bu yüke göre belirlenecektir.

Diğer önemli bir husus ta bir zonu meydana getiren odalarda maksimum yükün aynı anda oluşmayacağıdır. Bu nedenle proje müellifi merkezi klima santralının hava debisini belirlerken bir diversite faktörü (çarpım katsayısı) kullanabilir. Genelde kullanılan faktör 0.80 ila 0.90 arasındadır.

     5.1.1. Maksimum ve Minimum Hava Debilerinin Belirlenmesi.

Hava debisinin hesap yoluyla belirlenmesi 1.2. numaralı “Sabit Debili Sistemler” isimli konuda örneğiyle birlikte anlatılmıştı. Aynı hesap tarzı değişken hava debili klima sistemleri için de geçerlidir. 1.2.  numaralı konudaki örneği tekrar veriyoruz.

Örnek-1: Bir mahallin toplam klima yükü 8600 kCal/h, duyulur ısı oranı %82’dir. Mahal sıcaklığı 26oC, istenen üfleme sıcaklığı 16oC olduğuna göre mahal hava debisini hesaplayın.

 

Bu hesabımızı yeni “SI” birimleri ile yaparsak:

Qduy= 8600×0,82kCal/h=7052 kCal/h= 7052x(4,1868 kJ/kCal)=29525 kJ/h

cp        = 0,24 kCal/kg       = 1,00483 kJ/kg

ϒ = 0,87 m3/kg

Δt= 10oC

Bu hesap tarzında duyulur ısı yükü esas alınarak hava debisi belirlenmiştir. Bu hesap tarzındaki önlemli bir faktör proje müellifi tarafından mahal havası ile üfleme havası arasındaki sıcaklık farkı (ΔT)nin kabulüdür. ΔT klasik menfez kullanımında 8 ila 10oC kabul edilir (yukarıdaki örnekte bu fark 10oC alınmıştır). Ancak helisel üflemeli difüzörlerde bu sıcaklık farkı 12 ila 14oC alınabilir.

Bazı projecilerimiz hava debisini toplam ısı yükü üzerinden hesaplamaktadır. Esasında iki yöntemin birbirinden hiçbir farkı yoktur. Fark olmadığını, yukarıdaki örneğimizi esas alarak aşağıdaki psikrometrik diyagramda inceleyebiliriz.

Kuru termometreler arasındaki farkın debi, özgül ısı (cp) ve özgül yoğunluk ile çarpımı bize mahal duyulur ısı yükünü verir. Antalpi farklarının debi ve özgül yoğunluk ile çarpımı isi mahal toplam ısı yükünü verir. Dolayısıyla duyulur ısı yükünün özgül yoğunluk, (cp) ve (ΔT)’ye bölümü bize hava debisini verecektir. Keza toplam ısı yükünü özgül yoğunluk ve (ΔT)’ye bölersek te aynı hava debisi bulunacaktır. Bu hesabımızı yeni “SI” birimleri ile yapalım.

Aradaki 50 m3/saat’lik debi farkı psikrometrik diyagramda yapılan okuma hatalarından kaynaklanmaktadır. Neticede her iki hesap tarzı da aynı sonucu vermektedir, her iki metod da projeciler tarafından kullanılabilir. Hatta metodlardan biri ile maksimum hava debisi hesaplandığında diğer metod doğrulama amaçlı olarak kullanılabilir.

     5.1.2. Minimum Hava Debisinin Kontrolu

Değişken hava debili klima sistemlerinde minimum hava debisi iç hava kalitesinin “IAQ” temini amacıyla belirlenen bir hava debisidir. Genellikle bu debi, eğer herhangi hava kirletici bir unsur mevcut değilse, mahallerdeki insan sayısına bağlı olarak belirlenir. Carrier’ın 1960 ve 1970’lerde yayınlanan literatürlerinde, örneğin 1965 baskısı “Handbook of Air Conditioning System Design” isimli kitabın 1-97’nci sayfasındaki 45 numaralı tabloda havalandırma standartları verilmektedir. Bu değerlerden zamanında ülkemizde uygulanabilir olanları aşağıda gösterilmektedir.

Yukarıdaki tablo yalnızca bilgi amaçlı olarak verilmiştir. Ancak bu kuralların uygulandığı bazı ülkeler hala vardır. Ancak son yıllardaki gelişmelerin ışığı altında hava kirliliği ve hijyen koşulları dikkate alınarak kapalı mahallerde tütün ürünlerinin tüketimi yasaklanmıştır. Havalandırma konusunda yapılan araştırmalar da yukarıdaki gösterilen kişi başına taze hava miktarlarının yetersiz olduğunu ortaya koymuştur. Günümüzde kişi başına 60 m3/saat taze hava önerilmektedir. İnsan sayısının belli olmadığı mahaller, örneğin koridorlar ve benzeri hacımlar için yukarıdaki tabloda verilen birim alan başına taze hava debileri uygulanabilir.

Değişken hava debili merkezi bir klima santralının minimum hava debisinin belirlenmesinde mahallerin taze hava gereksinimlerinin toplamı dikkate alınacaktır ve bu miktarlar mahal bazında belirlenecektir. Ancak mahallerde VAV terminal üniteleri kullanıldığından minimum hava debisinin o mahaldeki VAV terminal ünitesinin 2 m/saniye’deki giriş hızından daha düşük olmaması gerekir. Çünkü bu hızın altında VAV terminal ünitelerinin pitot tüpleri ölçme hassasiyetlerini kaybederler. İkinci bir husus ta VAV terminal ünitelerinin kalibrasyon özelliğinden kaynaklanmaktadır. VAV terminal   ünitesinin  maksimim   ve   minimum  hava   debileri   kalibrasyon  esnasında  belirlenir  ve sabitlenir.Minimum debi maksimum debinin %20’sinin altına olamaz. Onun için minimum hava debisi her mahal için taze hava gereksinimi, 2 m/san hava hızındaki VAV terminal ünitesinin debisi ve maksimum hava debisinin %20’sinin hangisi büyükse minimum debi olarak o miktar esas alınarak belirlenecektir. Bu çalışmayı aşağıdaki resim ile gösterebiliriz.

Değişken hava debili klima sistemlerinde toplam hava debisi mahallin yük durumuna göre değişken olmasına karşın taze hava debisi sabittir. Toplam hava debisinin maksimum olan debisi, eğer karışım havası varsa resirküle hava ile taze hava debilerinin toplamından meydana gelir. Minimum hava debisi ise doğrudan taze hava debisine eşittir veya VAV terminal ünitelerindeki minimum hız limitlemesi nedeniyle biraz daha büyüktür. Dolayısıyla maksimum hava debisinde karışım havası ile çalışan bir klima santralının minimum hava debisi %100 dış havadan oluşabilir. Bu nedenle bu uygulamada dış hava debisini sabit tutacak tarzda önlem alınması gereklidir. Eğer sistem %100 dış hava ile çalışıyorsa böyle bir önleme gerek yoktur.

Basitleştirilmiş bir karışım havalı değişken debili klima sisteminin otomatik kontrol sistemi şematik olarak yukarıdaki akış şemasında gösterilmektedir. Bu şemada “P” rumuzuy gösterilmiş “1” ve “2” numaralı elemanlar difensiyel basınç algılayıcılarıdır (sensörleridir). “1” numaralı algılayıcının görevi daha önceki sayfalarda detaylı olarak incelenmiştir.Ana görevi üfleme kanalındaki basınç değişikliğine bağlı olarak vantilatör dönme hızını, dolayısıyla debi ve basıncı regüle etmektir. “2” numaralı algılayıcı da taze hava kanalındaki hava hızını algılar ve doneleri analog girdi “AI” olarak DDC/BMS’e iletir.”3”,”4” ve “5” numaralı elemanlar ise sırasıyla dış hava, by-pass ve egzost havası kanalı üzerindeki damperlere kumanda eden oransal servomotorlardır. DDC/BMS “2” nolu algılaycıdan gelen sinyaller paralelinde, bünyesinde yazılım paralelinde .”3”,”4” ve “5” numaralı servomotorlara kumanda ederek taze hava debisinin sabit kalmasını sağlar. Klima santralı maksimum debide çalışırken belirli konumda olan damperler, minimum debiye gelindiğinde “4” numaralı servomotor by-pass damperini tamamen kapatır. “3” ve “5” numaralı damperler ise vantilatör ve aspiratör kumandalarından bağımsız olarak egzost ve taze hava debilerini sabit tutar.

     5.1.3. Kış Uygulamalarında Donmaya Karşı Koruma

Tüm havalı klima sistemlerinde olduğu gibi değişken hava debili klima sistemlerinin merkezi klima santralları için, eğer dış hava sıcaklığı 0oC’ın altındaysa daima donma riski mevcuttur. Bu risk özellikle yalnız yaz kliması için tasarlanmış, kış aylarında çalışmayan sistemler için çok büyük boyutlardadır. Bu nedenle donmaya karşı gerekli önlemlerin alınması gereklidir. Isıtıcı bataryanın içindeki akışkan, örneğin sıcak su, donma riskinin olduğu zamanlarda sürekli çalışma halinde olacağı için norma koşullarda donma olayı olmaz. Ancak sirkülasyon pompasının herhangi bir nedenle devre dışı kalması, açık durumda olması gereken kapatma vanalarından birinin kapalı konumda olması batarya üzerindeki ısıtıcı akışkanı engelliyeceği için donma riski meydana gelebilir. Bu durumda alınacak ilk önlem ısıtıcı bataryanın hava çıkış tarafına iki konumlu bir donma termostadının monte edilmesidir. Ancak ısıtıcı batarya hava çıkış sıcaklığı her noktada aynı olmayacağı için tek hissedicili termostat yerine uzun bir kılcal borulu hissedicisi olan donma termostadı tercih edilmelidir. Bu sayede ısıtıcı bataryanın hemen hemen tüm yüzeyinde hava çıkış sıcaklığının ölçümü yapılabilecektir. Donma termostatları muhakkak manuel resetli olmalıdır. Hava çıkış sıcaklığı yükselse dahi devreye girmemelidir. Bu sayede arızanın nereden kaynaklandığı araştırılabilir; arıza giderildikten sonra manuel olarak “reset” düğmesine basılarak sistem normal çalışmaya geçirilebilir. Donma termostadından “donma sinyali geldiğinde, ki bu sinyal DDC/BMS’e dijital bir girdi “DI” olarak iletilecektir, DDC/BMS kontrol ünitesinin aşağıdaki  işlemleri yapması gerekir.

  • Sesli ve/veya ışıklı bir ikazın yayınlanması.
  • Vantilatör ve aspiratörün durudurulması
  • Egzost ve dış hava damperlerinin tam kapalı, by-pass (resirküle hava) damperinin tam açık konuma getirilmesi.
  • Sistemin durmasına rağmen sirkülasyon pompasının çalışmaya devam etmesinin sağlanması.

Yalnız soğutma bataryalı, yaz çalışması için tasarlanmış merkezi klima santralarında bataryanın drene edilmesi, yani içinde akışkanın boşaltılması uygun bir yöntemdir. Batarya içindeki akışkanın su-etilen glikol karışımından meydana gelmesi de bu riski ortadan kaldırabilecek diğer bir uygulama tarzıdır. Ancak etilen glikol boru içi film katsayısını azaltacağından ısı transfer katsayısı azalacak, bunun neticesi olarak ısıtıcı-soğutucu bataryanın ısıl verimini de düşürecektir.

Isı geri kazanım ünitelerinin kullanımı da donma riskini azaltabilir. Bu husus bir sonraki bahiste ele alınacaktır.

     5.1.4. Isı Geri Kazanımı

Isı geri kazanımlı klima santralarının kullanımı yalnız değişken hava debili klima sistemlerine mahsus bir uygulama değildir. Sabit hava debili klima sistemlerinde de olduğu gibi dört değişik ısı geri kazanım sistemi değişken hava debili klima sistemlerinde de kullanılmaktadır. Salt bilgilendirmek amacıyla bu sistemler aşağıda şematik olarak, gerekli teknik açıklamalarıyla birlikte gösterilmektedir.

        5.1.4.1. Çift Serpantinli Sistemler

Kullanımı en eski olan ısı geri kazanım sistemidir. Isı geri kazanım verimi düşük, duyulur ısı bazında %40 civarında olmasına rağmen bazı avantajları vardır. Örneğin klima santralı ile egzost fanının değişik yerlerde olması durumunda dahi kolaylıkla uygulanabilir. Rusya Federasyonu’nda yaygın olan tümü havalı klima uygulamalarında klima santralı zemin veya bodrum katta, egzost fanı/fanları ise çatı katında konuşlandırılmaktadır. Sistem iki ayrı serpantinden oluştuğu ve birbirine boru şebekesi ve sirkülasyon pompası ile bağlandığından uygulama kolaylıkla gerçekleştirilebilmektedir. Aşağıdaki çizimde çift serpantinli bir ısı geri kazanım uygulaması görülmektedir.

İki serpantin arasındaki sirkülasyon bir santrifuj pompa ile sağlanır. Sistemdeki sıvının özgül hacmi sıcaklık ile değişeceğinden bir genleşme kabının kullanılması gereklidir. Günümüzdeki uygulamalarda membranlı kapalı genleşme kapları kullanılmaktadır. Resimde görülen üç yollu motorlu vana iki konumlu olup defrost uygulaması olan ısı geri kazanım sistemlerinde kullanılmaktadır. Buradaki uygulama şudur. Aspiratör tarafındaki ısı geri kazanım serpantini üzerinde bir adet diferansiyel basınç şalteri bulunmaktadır (çizimde gösterilmemiştir). Egzost edilen hava serpantin üzerinden geçerken soğur ve içindeki mutlak nemi serpantin üzerine bırakır. Eğer satıh sıcaklığı 0oC’ın altında ise satıhta karlanma başlar. Bir müddet sonra bu karlanma artar ve serpantin üzerindeki hava basınç kaybının artmasına neden olur. Artış önceden belirlenen bir seviyeye geldiğinde diferansiyel basınç şalteri üç yollu motorlu vananın egzost tarafındaki serpantininden gelen akışkanın portunu kapatıp by-pass portunu açarak serpantin üzerindeki akışı ve dolayısıyla soğumayı durdurur. Sıcaklığı mahal sıcaklığına eşit olan  egzost  havası da bir  müddet  sonra karlanmayı  eriterek  defrostu tamamlar.  Hava  tarafı basınç kaybı normal seviyeye düşünce diferansiyel basınç şalteri by-passı kapatıp ısı geri kazanımını normal çalışma moduna döndürür.

Dış hava sıcaklığının 0oC’ın altında olduğu uygulamalarda dış hava sıcaklığına bağlı olarak sisteme etilen glikol eklenmesi gereklidir. Aksi taktirde sistemde donma meydana gelir.

Çift serpantinli ısı geri kazanım sistemleri yalnız duyulur ısı bazında ısı geri kazanımı yaparlar, gizli ısı geri kazanımı yapmazlar. Özellikle yaz uygulamalarında entalpi bazındaki geri kazanım verimleri %40’ın çok daha altındadır.

           5.1.4.2. Isı Borusu

Isı borusu da çift serpantinli ısı geri kazanım ekipmanları gibi ısı taşınımı için hidronik bir eleman kullanan sistemdir. Ancak su veya etilen glikollu su yerine soğutucu akışkan kullanır. Bu uygulamada iki katlı santral kullanılması zorunludur. Üzerinden geçen sıcak egzost havasının içindeki ısı nedeniyle ısınan soğutucu akışkanın yoğunluk değişikliği nedeniyle yükselmesi ve ısıyı dış havaya (kış klimasında) aktarması, bu esnada soğuyup yoğuşarak tekrar alçalması ile çevrimi tamamlayarak ısı transferini sağlar.

Duyulur ısı bazında ısı geri kazanım verimi %40 civarlarında olan bu uygulama gizli ısı transferi yapamaz. Yaz uygulamalarında dış hava egzost havası kuru termometre sıcaklığının egzost havası kuru termometre sıcaklığından daha yüksek olması nedeniyle verimi büyük ölçüde düşer. Kış uygulamasında dış hava sıcaklığının çok düşük olduğu durumlarda egzost havası tarafında satıh karlanması olabilir. Karlanmanın hangi dış hava sıcaklıklarında başlayacağı ısı borusunun verimiyle ilgili olduğundan üretici firmanın kataloglarına başvurulması gerekir. Eğer karlanma riski varsa ısı borusunun dış hava tarafına bir by-pass konulmalı, by-pass ve ısı borusu sathına da alın damperleri konulmalıdır. Normal çalışmada by-pass damperi kapalı, alın damperi açık durumda olacaktır. Defrost sinyali geldiğinde alın damperi kapanarak ısı borusu üzerinden soğuk havanın geçişini engelleyecektir. Eş zamanlı olarak açılan by-pass damperi de havanın by-pass hattı üzerinden geçmesini sağlayacaktır.

           5.1.4.3. Plakalı Isı Geri Kazanım Eşanjörleri

Plakalı ısı geri kazanım eşanjörleri kullanımı en yaygın olan ısı geri kazanım elemanlarından biridir. Dört köşe, kare kesitli ve çapraz akımlı plakalı eşanjörlerde ısı geri kazanım verimi %50 ila %65 arasındadır.   Altı  köşeli,  ters   akımlı eşanjörlerde   verim   %85’lere kadar   çıkmaktadır.  Ancak  bu modellerde basınç kaybı yüksek olduğu için küçük debili klima santrallarında, ısı geri kazanım ünitelerinde uygulama alanı bulabilmektedir.

Plakalı eşanjörlerin plakaları metaldir ve genellikle aluminyum levhalardan üretilmektedir. Bu nedenle yalnız duyulur ısı geri kazanımında kullanılabilirler. Selüloz esaslı, lityum bromür emdirilmiş plakalardan üretilmiş eşanjörler hem duyulur hem de gizli ısı geri kazanımını gerçekleştirirler. Ancak lityum brömürün sağlığa zararlı olması nedeniyle Avrupa’da hijyenik klima sistemlerinde kullanımı yasaklanmıştır, konfor klimasında da kullanımı önerilmemektedir. Aşağıdaki çizimde karışım havalı, plakalı ısı geri kazanım eşanjörlü bir merkezi klima santralı görülmektedir.

Plakalı ısı geri kazanım uygulamalarında da dış hava sıcaklığına bağlı olarak egzost hava tarafında karlanma ve bu nedenle tıkanma riski mevcuttur. Buna karşı en çok yapılan uygulama plakalı eşanjörün yanına, dış hava için bir by-pass geçişi koymaktır. By-pass geçişi ile eşanjörün dış hava girişi tarafındaki alına birer adet damper monte edilecektir. İki konumlu bir servomotorla kumanda edilecek bu damperlerden normal çalışmada alın damperi açık, by-pass damperi kapalı olacaktır. Defrost sinyali alındığında alın damperi kapanacak, by-pass damperi açılacaktır. Egzost tarafındaki karlanma giderildikten sonra normal çalışmaya geçilecektir. Defrost durumu iki konumlu bir diferansiyel basınç şalteri ile kontrol edilebilir.

           5.1.4.4. Döner Tamburlu Eşanjörler

Döner tamburlu ısı geri kazanım eşanjörleri tipik bir kararsız rejim ısı transferi uyugulamasıdır. Isı geri kazanım sistemleri arasında en yüksek ısı geri kazanım verimine sahiptir. Çalışma tarzı dönme neticesi üzerine yüklenmiş olan egzost havasının ısısını dış havaya transfer etmektir. Bu nedenle yüksek verime sahiptirler. Salt duyulur ısı bazında geri kazanım yapan modeller olduğu gibi duyulur ve gizli ısı bazında, toplam entalpi geri kazanımı yapanlar da mevcuttur. Döner tamburlu ısı geri kazanım eşanjörleri konstrüktif açıdan üç değişik modelden oluşmaktadır.

  • Salt aluminyum folyodan üretilmiş olanlar. Bu modeller yalnız duyulur ısı bazında ısı transferi gerçekleştirirler, gizli ısı bazında bir ısı transferleri yoktur. Üç model içinde ilk tesis maliyeti en düşük olanlardır. %75, %85 gibi duyulur ısı bazında yüksek bir ısı geri kazanımı sağlarlar.
  • Oksitlenmiş satha sahip olanlar. Bu modeller aluminyum folyodan üretilmiş olan tamburların özel banyolarda işleme tabi tutulması neticesi satıhlarında ince bir aluminyum oksit tabakası yaratılması ile üretilir. Satıh kaplamasının özelliği sayesinde havadaki nemi absorbe edip dış havaya transferini sağlarlar. Bu modellerin duyulur ısı geri kazanım verimleri %70-85, gizli ısı geri kazanım verimleri ise duyulur ısı geri kazanım veriminin yaklaşık yarısı kadardır.
  • Sathı silika-jel kaplanmış olanlar. Aluminyum folyodan üretilmiş tamburların, tamburu oluşturan aluminyum folyonun satıhlarının özel bir işlemle silika-jel ile kaplanması suretiyle üretilir. Bu modellerin duyulur ısı ve gizli ısı geri kazanım verimleri son derece yüksektir; her ikisi de %70-85 civarındadır.

Aşağıdaki şematik resimde döner tamburlu ısı geri kazanım sistemine sahip iki değişik klima santralı görülmektedir. Üstteki %100 dış havalı, alttaki ise karışım havalı uygulamadır.

Döner tamburlu ısı eşanjörlerinde karlanma nedeniyle tıkanma olayı çok ender görülür. En yaygın defrost uygulaması normal çalışmada 50 ila 100 d/dak olan dönme hızının 5 d/dak gibi çok düşük bir seviyeye düşürülmesi, bu sayede karlanmanın oluştuğu satıhların daha uzun süreli sıcak hava ile temas etmesini sağlamaktan ibarettir.

Tambur büyüklüğü belirlenirken değişken debili klima santralının maksimum debisi dikkate alınmalıdır.Bu değer %100 dış havalı santrallarda toplam debiye, karışım havalı santrallarda ise maksimum dış hava debisine eşittir.

     5.1.5. Basınçlandırma ve Basınç Kontrolu

Bir mahallin basınçlandırılması, çevre hacimlerle veya bitişik odayla aralarındaki basınç farkının sabit tutulması VAV terminal ünitelerinin kullanımı ile kolaylıkla gerçekleştirilebilir.

Yukarıdaki çizimde biri pozitif basınçlı, diğeri negatif basınçlı iki komşu mahal görülmektedir. Negatif basınçlı odadan pozitif basınçlı odaya hava geçişi istenmemektedir. Soldaki odanın yoğun bakım odası, sağdaki odanın ise bulaşıcı hastalıklara ayrılmış bir oda olduğunu farz edelim (aynı faraziye soldaki odanın laboratuar, sağdaki odanın da herhangi bir çalışma odası olması tarzında da yapılabilir). Bu durumda sağdaki odadan soldaki odaya herhangi bir hava geçişi istenmemektedir. Bunun gerçekleştirilmesi için soldaki odanın pozitif basınçta, sağdaki odanın da negatif basınçta tutulması gerekir. Bu durumda dönüş-egzost havasının bir kısmı pozitif basınçlı odadan negatif basınçlı odaya devamlı olarak geçecek, negatif basınçlı odadaki kontamine havanın pozitif basınçlı odaya akışı engellenmiş olacaktır.

Her oda da değişken hava debili klima sistemine sahiptir. Mahal sıcaklıkları odalarda bulunan “T” oda termostatlarınca algılanmakta ve üfleme kanalı üzerinde bulunan VAV terminal ünitelerine kumanda edilerek üflenen hava debisi kontrol edilmektedir. Dönüş hava kanalı üzerinde bulunan VAV terminal üniteleri de üfleme kanalı üzerindeki VAV terminal ünitelerine bağlı olup asil-köle sistemi ile çalışmaktadır. Üfleme debisinin artış ve eksilişine bağlı olarak dönüş-egzost havası debisi de ayarlanmaktadır. Pozitif basınçlı odanın üfleme debisi dönüş havası debisinden belirli bir miktarda daha büyüktür. Negatif basınçlı oda da dönüş havası debisi üfleme debisinden daha büyüktür. Bu sayede iki oda arasında bir basınç farkı yaratılmaktadır. Bu basınç farkının örneğimizde 20 Pa olduğunu varsayalım. Otomatik kontrol sisteminin görevi bu basınç farkını sabit tutmak ve bu değerin altına düşmesine engel olmaktır. Bunun için sisteme “ΔP” diferansiyel basınç sensörü konulmuştur. Bu sensör hissedici uçları vasıtasıyla iki oda arasındaki basınç farkını algılamaktadır. İki oda arasındaki basınç farkı 20 Paskalın altında düştüğünde dönüş havası kanalı üzerindeki VAV terminal ünitelerine oransal olarak kumanda ederek pozitif basınçlı odadan emilen hava debisini azaltmakta, negatif basınçlı odadan emilen hava debisini de arttırmaktadır. Ancak basınç farkının 50 Pa’ın üzerinde olmaması gerekir. Zira böyle bir durumda pozitif basınçtaki odandın kapısının açılması zorlaşır. Dönüş kanalı üzerindeki VAV terminal ünitelerine kumanda edilirken asil-köle bağlantı sisteminin önüne geçilerek basınç farkı kumandası devreye girer.

     5.1.6. Temiz Oda Uygulamaları   

Temiz oda uygulamaları şu ana kadar anlattığımız değişken hava debili sistemlerden oldukça farklıdır. Bu odalarda DIN 1946/4’e göre klima sisteminin asla kapatılmaması gerekir. Oda kullanım halindeyken tam debide, kullanım dışı iken ise alçak debide çalışması gerekir. Örneğin 1946/4-1989’a göre (bu standart 2008’de yenilenmiş ve DIN 1946/4-2008 olmuştur) 2400 m3/saat debisi olan bir temiz odanın (ameliyathanenin) kullanım dışı olduğu zamanlardaki debisi minimum 1200 m3/saat olmalıdır. Bu nedenle sistemin yerine getirmesi gereken şartlardan iki debili olmaktır.

Bu temiz odalarda hijyenik şartları temin edebilmek amacıyla HEPA filtreler kullanılmaktadır. Bu filtrelerin başlangıç dirençleri 100 Pa civarında olup kirlenme nedeniyle basınç kayıpları 700Pa değerine kadar yükselmektedir. Bu değişen basınç karşısında debiyi sabit tutmak için, eğer klima santralı yalnız bir temiz hacme hizmet ediyorsa değişken debili, frekans kontrollu vantilatöre sahip bir klima santralı kullanılmalı, eğer birden fazla hacme hizmet ediyorsa frekans kontroluna ilaveten her hacim için birer adet VAV terminal ünitesi kullanılmalıdır. Aynı şekilde dönüş-egzost havası kanalında da, üfleme kanalındaki VAV terminal ünitesi ile asil-köle bağlantısına sahip VAV üniteleri kullanılmalıdır.

Yukarıdaki çizimde DIN 1946/4’e göre tasarlanmış bir ameliyathane klima santralı görülmektedir. “5c” olarak gösterilen son ısıtıcı bataryanın görevi ısıtma işleminden ziyade “5b” soğutma bataryası ile birlikte çalışarak nem kontrolunu sağlamaktır. Debi ölçüm ve kontrolu kolaylığı açısından radyal fan yerine “plug-fan” kullanılmıştır. Bu fanların emiş hunisi üzerinden yapılan ölçümlerle fan debisi belirlenebilmekte, bu sayede frekans konvertörlerine kumanda edilerek istenen fan debisi gerçekleştirilmektedir.

Aşağıdaki iki akış diyagramında da tek temiz  odaya hizmet eden  VAV terminal ünitesiz klima santralı ile birden fazla ameliyathaneye hizmet eden VAV terminal ünitelerine sahip bir sistemin otomatik kontrol diyagramları görülmektedir.

VAV terminal üniteli sistemlerde ünitenin görevi HEPA filtre üzerinden geçen debiyi regüle etmektir. Bu işlemi bir örnekle daha rahat açıklayabiliriz. HEPA filtre üzerinden geçen hava debisinin 2400 m3/saat olduğunu kabul edelim. HEPA filtremizin başlangıç basınç kaybı 100 Pa, tam kirlendiğinde ise 700 Pa olması halinde VAV terminal ünitesi “700-100=600 Pa” bir direnç yaratarak VAV+HEPA direncinin sabit, dolayısıyla hava debisinin sabit olmasını sağlar. Bu işlemi de bünyesindeki klapeyi oransal kontrol etmesi ile gerçekleştirir.

VAV terminal ünitesinin kalibrasyonu maksimum ve minimum olmak üzere iki değer üzerinden yapılır. Eğer kumanda sinyali olarak 2-10VDC seçilirse 10VDC kumanda sinyalinde maksimum debi olan 2400 m3/saat , 2VDC kumanda sinyalinde de minimum debi olan 1200 m3/saat ünite tarafından gerçekleştirilir.

Klima santralı birden fazla temiz odaya hizmet ediyorsa bazı odaların kullanımda, bazı odaların da kullanım dışı   minimum   debide  olmaları   olasıdır.   Bu husus  VAV   terminal   üniteleri  tarafından gerçekleştirilir. Ancak enerji tasarrufu açısından klima santralı fanlarının da frekans konvertörlü olmaları tercih edilmelidir. Bu uygulama ile debi ihtiyacı kullanım nedeniyle azaldığında üfleme kanalında artan basınç “12”numara ile gösterilen basınç hissedici eleman tarafından algılanıp analog girdi “AI” olarak BMS/DDC’ye iletilecek ve fanın devri de frekans konvertörüne gönderilen analog çıktı “AO” sinyali ile gereken tarzda değiştirilecektir.

Tek bir temiz odaya hizmet eden klima santrallerinde VAV terminal ünitesi kullanımı gerekmediğinden bu görev klima santralı tarafından yerine getirilecektir

DEĞİŞKEN HAVA DEBİLİ KLİMA SİSTEMLERİ – EKLER

6. EKLER

6.1. REFERANSLAR:

  • 2000 ASHRAE Systems & Equipment Handbook
  • VAV Systems –Trane TRC014EN.PPT, 2001
  • Intro to Constant Volume And VAV Systems, Frank Moccio, Primera Engineers
  • Belimo 4.NMV-D2M katalog
  • Belimo VAV-Compact NMV-D2M katalog
  • Belimo CR24-B1/B2/B2E/B3 katalogları
  • Belimo Fan-Optimizer Sistemleri
  • High-Performance VAV Systems. John Murphy, ASHRAE Journal, October-2011
  • Optimized Fan Control in Variable Air Volume HVAC Systems Using Static Pressure Resets. John William Kimla, Texas A&M University
  • Adapting Variable Air Volume (VAV) Systems for Office Buildings without Acitve Control Dampers. Mari-Liis Maripuu, 2006
  • İMEKSAN, IDH-K VAV terminal üniteleri kataloğu

BİRİM DÖNÜŞÜMLERİ

Birim dönüşümleri için çarpımlar

Birim dönüşümleri için çarpımlar

1-BASINÇ

2- KİTLE

3- HACIM

4- ENERJİ

5- ÖZGÜL AĞIRLIK

6- ÖZGÜL HACIM

7- SICAKLIK DÖNÜŞÜMLERİ

DEĞİŞKEN HAVA DEBİLİ KLİMA SİSTEMLERİ – ÖNSÖZ

Değişken hava debili klima sistemleri veya en yaygın tanımıyla “VAV” sistemleri ABD’de doğan, gelişen bir sistem olup günümüzde tüm Dünya ülkelerinde yaygın bir kullanıma sahiptir. Bu sistemin doğuş ve gelişmesindeki en büyük neden tümü havalı ve sabit debili klima sistemlerinin çok hacimli binalarda değişen mahal şartları nedeniyle istenen konforu sağlayamaması olmuştur. Mahallerin müstakil kontrolu ancak bu sistemin gelişmesiyle mümkün olmuştur. Çok hacimli binalarda uygulandığı taktirde her hacimde, sanki o hacim bağımsız bir zon gibi, optimum konforu değişen mahal yüklerinde dahi sağlayabilmektedir. Buna ilaveten hava ve soğutucu akışkan debilerinde sağladığı değişkenlik sayesinde işletme masrafında çok önemli tasarruflar da sağlamaktadır.

Bundan onbeş ila yirmi yıl öncesinde oldukça pahalı olan VAV terminal üniteleri, otomatik kontrol ekipmanlarında, özellikle mikro-işlemcili servomotorlarda sağlanan ilerlemeler neticesi daha verimli ve eskiye nazaran çok daha makûl fiyatlarla satın alınabilir duruma gelmiştir.

VAV terminal ünitelerinin diğer bir avantajı da HEPA filtrelerin kullanıldığı temiz odalarda, özellikle ameliyathanelerde değişen filtre basınç kayıpları karşısında gerekli olan sabit debiyi gerçekleştirmeleridir. Bu nedenle VAV terminal üniteleri günümüzde temiz oda teknolojisinin vazgeçilmez bir elemanı olmuştur.

Ülkemizde de her geçen gün daha geniş bir uygulama sahası bulan, ameliyathanelere ilaveten ofis kompleksleri, sinema ve konferans salonları gibi mahallerde de kullanılmaya başlanan bir sistemle ilgili maalesef Türkçe birkaç makalenin dışında detaylı bir referans kitabı bulunmamaktadır. Bu kitabın yazımındaki amaç bu boşluğun doldurulması ve tesisat mühendisliği konusunda çalışan projeci ve uygulamacı arkadaşlarımızın kullanabileceği bir eserin bulunmasıdır. Bu nedenle 2010 yılında İmeksan Akademi Yayınları No2/Tur olarak yayınlanan “Değişken Hava Debili Klima Sistemleri ve VAV-CAV Ünitelerinin Kullanımı” isimli kitapçığımızı genişleterek bir referans kitabı haline getirmeye karar verdik; ve neticede bu kitap meydana geldi. Bu kitap önümüzdeki yıllarda sizlerin de katkılarıyla daha da genişleyecek ve daha doyurucu bir duruma gelecektir.Bu nedenle tüm meslektaşlarımın yapacakları tenkitlerin bu kitabın yazarını yalnızca memnun ve mutlu edeceğini bilmelerini rica ederim. Bu görüşlerin ışığı altında kitabımı beğenilerinize sunuyorum.

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

M.Halûk SEVEL

mhsevel@gmail.com

Temmuz 2014, İzmir

DEĞİŞKEN HAVA DEBİLİ KLİMA SİSTEMLERİ – Bölüm 1 – DEĞİŞKEN HAVA DEBİLİ KLİMA SİSTEMLERİ

1.1 Klima Sistemlerinin Genel Tanımı

Klima sistemlerini “Merkezi Sistemler” ve “Üniter Sistemler” olarak iki ana gruba ayırmak mümkündür. Merkezi sistemlerde bütün mahallerin klima yükleri tek veya birkaç merkezde bulunan ekipmanlar tarafından karşılanır ve projede belirlenen ihtiyaçlara göre mahallere dağıtılır. Dağıtım için hava kanalı, boru sebekesi gibi elemanlar kullanılır. Üniter sistemlerde ise her mahal için bağımsız bir klima ünitesi vardır. Buna örnek olarak “split” klima cihazları gösterilebilir. Bazen odalar birleştirilip çoklu “split” (multi-split) uygulamalarda yapılır ve bu uygulama da bir üniter sistemdir.

Merkezi klima sistemleri  ASHRAE’e göre üç ana gruptan oluşur. Bu gruplar “Tümü Havalı Sistemler”, “Tümü Sulu Sistemler” ve “Kompozit Sistemler”dir. Tümü havalı klima sistemlerinde mahallerin duyulur ve gizli ısı yükleri bir veya birkaç merkezde şartlandırılmış hava ile karşılanır. Aynı hava ısınma gereksiniminin olduğu zamanlarda ısıtmayı da temin etmekte kullanılır.

“Tümü Havalı Sistemler” kendi içlerinde “Sabit Debili Sistemler” ve “Değişken Debili Sistemler” olarak iki grup içinde toplanır. Tümü havalı sistemlerin müşterek bir yanı merkezi ekipmanların, bazı ayrıntılar dışında, benzerlik taşımalarıdır. Bu sistemlerin tamamında merkezi bir klima-havalandırma santralı bulunur. Keza bu sistemlerin tamamında merkezi klima santralında şartlandırılan hava, hava kanalları vasıtasıyla mahallere dağıtılır.

Tümü havalı sistemleri iki ana kategoride incelemek mümkündür. Bu kategoriler “Tek Kanallı Sistemler” ve “Çift Kanallı Sistemler”dir. Tek kanallı sistemlerde ısıtma ve soğutma bataryaları aynı kanal sistemi içinde yer alır, mahallere tek bir kanal dağıtım sistemi ile dağıtılır. Çift kanallı sistemlerde ise sıcak hava ve soğuk hava birbirinden ayrı dağıtım sistemlerine sahiptir.Merkezi şartlandırma tek ve iki santraldan meydana gelebilir. Bu sistemleri aşağıdaki gibi özetleyebiliriz:

  • Tek Kanallı Sistemler

-Tek kanallı sabit debili sistemler

-Tek kanallı değişken debili sistemler

-Tek kanallı, zon ısıtıcılı sistemler

  • Çift Kanallı Sistemler

-Çift kanallı değişken debili sistemler

-Çok zonlu sistemler

Tümü havalı sistemlerin sağladığı avantajları şu şekilde özetleyebiliriz:

  • Ana ekipmanların merkezi bir mahalle yerleştirilebilmeleri. Bu sayede işletme ve bakım kolaylığı sağlanmış olmaktatır.
  • Klimatize mahallerde,yüksek güçlü elektrik dağıtım sistemlerine, hidronik boru şebekesine, özellikle drenaj sistemlerine gereksinim göstermez.
  • Dış havanın soğutma amaçlı kullanılabilinmesine olanak sağlar. Bu sayede özellikle geçiş mevsimlerinde mekanik soğutmaya ihtiyaç göstermeksizin klimatizasyonu temin eder.
  • Zonlamaya, dolayısıyla sıcaklık ve nem kontrolunda esnekliğe imkan verir.
  • Isı geri kazanım sistemlerine kolaylıkla adapte edilebilir.

Ancak bu avantajlarının yanı sıra bazı dezavantajları da bulunmaktadır.

  • Kanallar çok yer işgal etmektedir. Bu nedenle kolonlar için oldukça geniş şaftların ayrılması gerekir.
  • Yatay kanal dağıtımı için kat yüksekliklerinin arttırılması, birçok yerlerde asma tavan uygulaması kaçınılmazdır.
  • Dış duvarı ve penceresi olan perimetre hacimlerde ısıtma işlemi için uzun süreli vantilatör çalışmaları gerekebilir.
  • Otomatik debi reglaj üniteleri bulunmayan tümü havalı, sabit debili sistemlerde debi reglajı oldukça zordur.

“Tümü Sulu Sistemler”de veya daha doğru bir tanımla “Hidronik Sistemler”de mahal soğutma ve ısıtma gereksinimleri, bir veya birkaç merkezde şartlandırılmış sıvı akışkanın, genellikle suyun, boru şebekesi yardımıyla mahallere dağıtımı  ve mahallerdeki terminal üniteleri ile karşılanır. Bu uygulama için  gösterilebilecek en güzel örnek fan-coil’li klima uygulamalarıdır.

“Kompozit Sistemler” ise bu iki ana grubun karışımdan meydana gelir. Kompozit sistemlerde hem merkezi hava şebekesi, hava kanalları hem de merkezi hidronik şebeke örneğin sıcak ve soğuk su hatları yer alır. Bu sistem, ASHRAE el kitaplarında “Havalı-Sulu Sistemler” (Air-Water Systems) olarak da tanımlanmaktadır. Bu sistemin en belirgin örneği endüksiyon cihazlarının kullanıldığı klima sistemleridir. Bu sistemlerde fan-coil ünitelerine benzer cihazlar klimatize mahallere yerleştirilmektedir. Ancak içinde fan bulunmayan bu cihazlara primer hava kanallar vasıtasıyla iletilmektedir. Nozıllardan yüksek hızda üflenen primer hava serpantin arkasında bir kısmi  vakum  meydana getirmekte  ve  bu sayede  “sekonder” olarak adlandırabileceğimiz mahal havası ısıtıcı/soğutucu serpantin üzerinden endüklenerek lokal ihtiyaçlar paralelinde ısıtılmakta veya soğutulmaktadır. Isıtıcı/soğutucu bataryanın ihtiyacı olan sıcak ve soğuk su merkezi hidronik şebeke sayesinde cihazlara iletilmektedir.

Son ısıtıcılı VAV terminal üniteleri de komposit sistemlere ait diğer bir örnektir.

Tümü sulu sistemler bu kitabın kapsamı dışında olduğundan yalnız endüksiyon cihazları ile son ısıtmalı değişken hava debili “VAV” sistemleri ele alınacaktır.   Ayrıca kitabımızda sabit debili sistemler ve değişken debili sistemler incelenecek, iki sistemin mukayesesi yapılacaktır.

 1.2. Sabit Debili Sistemler

Tümü havalı sabit debili sistemler en yaygın uygulamaya sahip klima ve havalandırma sistemleridir. Bu sistemde mahallere sevk edilecek hava debisi o mahallin maksimum duyulur ısı yüküne göre belirlenir.

Burada: Qduy= Mahal duyulur ısı kazancı (kCal/h)

cp = Havanın sabit basınçtaki özgül ısısı (0,24 kCal/kg)

ϒ  = Havanın özgül hacmi (m3/kg)

Δt= Oda ile üfleme havası arasındaki sıcaklık farkı (oC)

Ancak hava debisi değişen mahal yüküne bağlı olmayıp sabittir. Diğer bir ifade tarzıyla, mahal yükü ne olursa olsun üflenen hava debisi daima sabittir. Ancak değişen yük üflenen havanın sıcaklığının kompanzasyonu ile sağlanır. Bu özelliği bir örnekle gösterelim.

Örnek-1: Bir mahallin toplam klima yükü 8600 kCal/h, duyulur ısı oranı %82’dir. Mahal sıcaklığı 26oC, istenen üfleme sıcaklığı 16oC olduğuna göre mahal hava debisini hesaplayın.

 

Bu hesabımızı yeni “SI” birimleri ile yaparsak:

Qduy= 8600×0,82kCal/h=7052 kCal/h= 7052x(4,1868 kJ/kCal)=29525 kJ/h

cp        = 0,24 kCal/kg       = 1,00483 kJ/kg

ϒ = 0,87 m3/kg

Δt= 10oC

Yukarıdaki örneğimizde 26oC mahal kuru termometre sıcaklığı, 16oC ise arzu edilen klimatize hava üfleme sıcaklığıdır ve bu sıcaklık maksimum yükte gerçekleştirilecek olan üfleme sıcaklığıdır.

Hesapladığımız debi dış hava şartları ve mahal yükü ne olursa olsun sabittir. Mahal kuru termometre sıcaklığı dönüş hava kanalı veya mahalle yerleştirilen bir termostat veya sıcaklık algılayıcısı ile ölçülüp kumanda paneline (DDC panel veya BMS) bildirilir. Bu panelden gelen komutlar ile kış çalışmasında ısıtıcı batarya üzerindeki, yaz çalışmasında ise soğutucu batarya üzerindeki oransal motorlu vanaya kumanda edilerek mahal sıcaklığı  sabit tutulmaya çalışılır. Bu sabit tutulma işlemi üflenen havanın sıcaklığını değiştirmek suretiyle gerçekleştirilir. Yaz klimasında 16oC olarak belirlenen sıcaklık değişen yüke bağlı olarak oransal olarak 16-26oC arasında değiştirilir.

1.2.1. Maksimum ve Kısmi Yüklerde Çalışma Karakteristikleri

Klimatize bir mahallin projelendirilmesinde maksimum şartlar esas alınır. Ancak bu şartlar bir işletme sezonu boyunca çok kısa süreli olarak meydana geldiğinden klima sistemi ekseriyetle kısmi yüklerde çalışır. Örnek olarak duyulur ısı yükünün %50 olduğu bir durumu inceleyelim.

Örnek-2: Toplam klima yükü 8600 kCal/h (36006 kJ/h), duyulur ısı oranı %82 olan bir mahallin sıcaklığı 26oC, maksimum yükte istenen üfleme sıcaklığı 16oC’tır. Belirlenen hava debisi 2600 m3/h olduğuna göre %50 duyulur ısı yükündeki üfleme sıcaklığını hesaplayın. (Dış hava şartları 33oCKT, 24oCYT’dir).

 Tam yükteki duyulur ısı (Qduy-100)=36006 x 0,82 = 29525 kJ/h

Tam yükteki gizli ısı        (Qgiz-100) =36006 – 29525= 9481 kJ/h

%50 yükteki Qduy= 29525 kJ/h x 0,50= 14763 kJ/h

%50 duyulur ısı yükündeki duyulur ısı oranı (RSHR)=14763/(14763+9481)=%61

(Gizli ısı kazancı insanlardan ve dahili ekipmanlardan kaynaklandığı varsayımıyla sabit kabul edilmiştir.)

Bu durumda üfleme sıcaklığı:

 

14763 =3002,94 x(26-T)

T= 21,08oC……………………….. bulunur.

Tam yük ve %50 duyulur ısı yükündeki soğutma ve mahalde ısı kazanma proseslerini psikrometrik diyagram üzerinde gösterirsek mahalde istenen bağıl nem seviyesinin tutturulamadığını ve bu seviyenin %50 ile %58 arasında değiştiğini görürüz. Aşağıdaki psikrometrik diyagramda kırmızı hatlar tam yükteki (RSHR=%82) prosesi, yeşil hat ise %50 duyulur ısı yükündeki prosesi göstermektedir.

Bu diyagramda “OA” dış hava şartlarını, “RA” mahal şartlarını, “SA” üflenen klimatize hava şartlarını, “ADP” de cihaz çiy noktasını göstermektedir. “RSHR” ise mahal duyulur ısı oranıdır.

Kış uygulamasında tam veya kısmi yüklerde çalışma karakteristiklerinde önemli değişiklikler  gözlenmemekte,  istenen mahal  şartları  daha büyük  bir  hassasiyetle gerçekleştirilebilmektedir. Bu durumu aşağıdaki psikrometrik diyagram üzerinde görmek mümkündür.

Kış klima proseseinde “0A-1” hattı dış havanın ısıtılmasını , “1-2” hattı ise havaya buhar püskürtülmek suretiyle bağıl ve mutlak nemin arttırılmasını göstermektedir. Kısmi yüklerde ısıtıcı bataryanın yükü azalmakta, ancak buharlı nemlendiricinin oransal kontrolu ile “2-RA” doğrusu yakalanmaktadır.Bu diyagramda “2-RA” hattı mahallin ısı kaybı neticesi soğumayı göstermektedir.

1.2.2. Çok Hacimli Binalarda Uygulama

Tümü havalı sabit debili klima sistemleri yapısı nedeniyle yalnız bir termostadın uyarılarına göre kontrol  edilebilir. Bu termostat çok hacimli yapılarda müşterek dönüş kanalı üzerine yerleştirilir. Bu nedenle ancak benzeri karakteristiğe sahip hacimler merkezi tek bir klima santralına bağlanabilirler. Bu durum da çoğu zaman yeterli olmaz, ani yük değişiklikleri nedeniyle mahallerde sıcaklık ve bağıl nem dalgalanmaları meydana gelir. Bu nedenle eğer bir bina değişik karakteristikte ve değişik soğutma/ısıtma ihtiyaçlarına sahip hacimlerden meydana geliyorsa her hacim müştakil bir klima sistemine sahip olmalıdır.

Bu hususu gerçekleştirmek için soğutucu batarya ve vantilatörden meydana gelen bir merkezi klima santralına ilaveten aşağıdaki iki uygulamanın yapılması gereklidir.

  • Merkezi klima santralında soğutulmuş primer hava ile sıcak havanın, örneğin soğutulmamış dış havanın mahal şartlarına göre karıştırılarak sevki. Ancak bu uygulamada primer hava ile soğutulmamış dış havanın debilerinde devamlı değişiklik gerekeceği için bu uygulamayı sabit debili sistemlerde yapmak mümkün değildir.
  • Zon ısıtıcısı kullanımı.

1.2.3. Zon Isıtıcısı Kullanımı

Zon ısıtıcılı bir sabit debili klima sistemi aşağıda görülmektedir. Bu uygulamada üfleme sıcaklığı en kritik, soğutma yükü en fazla olan mahalle göre belirlenir. Soğutma yükünün fazla geldiği mahallerde, yaz uygulamasında, zon ısıtıcıları devreye girerek aşırı soğutmayı giderirler.

Kış uygulamasında ise en yaygın uygulama mahallere klima santralından mahal sıcaklığında, sabit sıcaklıkta ve debide hava gönderilmesidir. Mahallerin ısı kaybı zon ısıtıcıları ile karşılanır. Zon ısıtıcıları mahallerde bulunan termostatlar ve motorlu vanalar ile kontrol edilir.

Bu uygulama esasında “Tümü Havalı Sabit Debili Klima Sistemleri”nden ziyade “Kompozit Sistemler”in alt grubunu oluşturan “Tek Kanallı Son Isıtmalı CAV Sistemleri”ne aittir.

1.3. Değişken Debili Klima Sistemleri

Değişken debili klima sistemlerinin en büyük özelliği mahallere sabit sıcaklıkta hava sevk etmesi, ancak mahal klima gereksinimleri paralelinde üflenen klimatize hava debisini modüler olarak değiştirmesidir.

Yukarıdaki şematik çizimde tek kanallı bir değişken debili klima sistemi görülmektedir.

Değişken debili klima sistemleri, veya kısa tanımıyla “VAV” sistemleri ASHRAE’in klima sistemleri tanımına göre “tüm havalı” ve hava-su karışımı “kompozit” sistemlerin her ikisi içinde de yer alır. Tüm havalı klima sistemleri de kendi içlerinde “tek kanallı sistemler” ve “çift kanallı sistemler” olarak ikiye ayrılır. VAV sistemleri bu iki sistemin her ikisinin içinde de yer almaktadır.

Tek kanallı değişken debili sistemlerde, kış çalışmasında perimetrik hacimlerin ısıtma ihtiyaçlarını karşılayabilmek amacıyla VAV terminal ünitelerine hava ısıtıcı bataryalar da takılabilmektedir.Bu uygulama nendeniyle VAV sistemlerini kompozit sistemler içinde de yorumlamamız mümkündür. Değişken debili kompozit sistemlere diğer bir örnek te endüksiyonlu klima sistemleridir.

1.3.1. Maksimum ve Kısmi Yüklerde Çalışma Karakteristikleri

Değişken debili klima sistemlerinde de bir mahal için gerekli hava debisi sabit debili sistemlerde olduğu gibi hesaplanır. Burada, her iki sistemde de müştereken yapılan uygulama oda kuru termometre sıcaklığı ile üfleme havası kuru termometre sıcaklığı arasındaki farkın kabulüdür. Bu fark genelde 8oC ila 10oC olarak alınır. Daha önce sabit debili sistemlerle ilgilibölüm 1.2. “Sabit Debili Sistemler”de vermiş olduğumuz formülü burada tekrarlayacağız.

Burada: Qduy= Mahal duyulur ısı kazancı (kCal/h)

cp = Havanın sabit basınçtaki özgül ısısı (0,24 kCal/kg)

ϒ  = Havanın özgül hacmi (m3/kg)

Δt= Oda ile üfleme havası arasındaki sıcaklık farkı (oC)

Oda kuru termometre sıcaklığı ile üfleme havası kuru termometre sıcaklığı arasındaki fark genelde 8oC ila 10oC alınır. Örnek-1’deki hesabı tekrarladığımızda gerekli hava debisinin 2556,35 m3/h olduğunu, 2600 m3/h değerinin kabul edildiğini görürüz. VAV klima sistemlerinin en büyük özelliğinin, değişen mahal şartlarını karşılamak için hava debisini değiştirdiğini ancak üfleme sıcaklığını sabit tuttuğunu belirtmiştik. Bu durumu bir örnek ile gösterelim (mukayese kolaylığı açısından Örnek-2’deki değerler aynen alınmıştır).

Örnek-3: Toplam klima yükü 8600 kCal/h (36006 kJ/h), duyulur ısı oranı %82 olan bir mahallin sıcaklığı 26oC, maksimum yükte istenen üfleme sıcaklığı 16oC’tır. Belirlenen hava debisi 2600 m3/h olduğuna göre %50 duyulur ısı yükündeki gerekli hava debisini hesaplayın. (Dış hava şartları 33oCKT, 24oCYT’dir).

 Tam yükteki duyulur ısı (Qduy-100)=36006 x 0,82 = 29525 kJ/h

Tam yükteki gizli ısı        (Qgiz-100) =36006 – 29525= 9481 kJ/h

%50 yükteki Qduy= 29525 kJ/h x 0,50= 14763 kJ/h

%50 duyulur ısı yükündeki duyulur ısı oranı (RSHR)=14763/(14763+9481)=%61

(Gizli ısı kazancı insanlardan ve dahili ekipmanlardan kaynaklandığı varsayımıyla sabit kabul edilmiştir.)

Bu durumda kısmı yükteki hava debisi: 

V =1.278 m3/h …………………..bulunur.

Maksimum ve kısmi yükteki tek kanallı VAV uygulamalarının priksometrik diyagramı aşaıda gösterilmektedir.

Yukarıdaki örnekte yalnız duyulur ısı yükünün %50 oranında azaldığı ancak gizli ısı yükünün değişmediği varsayımı ile olaşan kısmi yük prosesi gösterilmiştir. Bu nedenle oda duyulur ısı oranı “RSHR” %61 olmuştur. Bu durumda da mahal kuru termometre sıcakığı 26oC olarak kalmakta, ancak bağım nemin %50’den %58’e yükseldiğini görürüz. Bu en ekstrem durumdur. Ancak gizli ısı yükünün önemli bir kısmının enfiltrasyon ile geldiğini kabul edersek gizli ısı yükününde değişeceğini kabul etmemiz gerekir. Duyulur ısı yüküne paralel olarak gizli ısının da azalacağını kabul ettiğimizde, örneğin enfiltrasyondan gelen gizli ısı yükünün azalacağını dikkate aldığımızda “RSHR” oda duyulur ısı oranının %61’den daha yüksek değerlere ulaşacağını ve mahal şartları olan “RA” bağıl nem değerinin maksimum yükteki değere çok yakın olacağını görürüz.

Kış rejiminde ise iki değişik uygulama karşımıza çıkmaktadır.

  • Minimum sabit debi, üfleme sıcaklığının modüler kompanzasyonu.
  • Sabit üfleme sıcaklığı, üfleme debisinin “VAV” olarak uygulanması.

Bu sistemlerden hangisinin tercih edileceği proje müellifi kadar mimari projenin özelliklerine de bağlıdır. Tümü dış duvarlı olan, perimetrik odalara sahip bir konstrüksiyonda tesisat projesini yapan mühendis kış uygulaması için iki sistemden birini tercih edebilir. Ancak bina perimetrik hacimlere ilaveten dış duvarı olmayan iç hacimler içeriyorsa sabit debili uygulamayı seçebilir. Bu durumda perimetrik hacimlerin  ısı kayıplarının  kompanzasyonu için  VAV  terminal ünitelerinin çıkışlarına

Isıtıcı bataryalar konulması, bu bataryaların motorlu vanalar ile donaltılması ve motorlu vanalara oda termostatları ile kumanda edilmesi gekekmektedir. Her iki uygulama aşağıdaki psikrometrik diyagramnda görülmektedir.

1.3.2. Sağladığı Avantajlar ve Üstünlükleri

Tümü havalı klima sistemlerinde gerekli hava debisi mahal soğutma yüküne bağlı olarak belirlenmektedir. Ancak bu debi maksimum yüke tekabül etmektedir. Maksimum yaz klima yükünün tüm çalışma sezonu boyunca ancak birkaç günde ve bu günlerde yalnız azami iki ila üç saat için gerekeceğini düşünürsek bu debinin kısmi yük altındaki çalışmalarda gereksiz olduğu ortaya çıkar. Bu mahsur VAV uygulamaları ile giderilmektedir. İlerideki bölümlerde anlatılacağı gibi, VAV terminal üniteleri bünyelerinde debi ölçme ve reglaj sistemleri sayesinde mahalle, ancak o andaki ihtiyacı kadar hava sevkini sağlar. Terminal ünitelerindeki bu reglaj, doğru bir otomatik kontrol sistemi seçimi ile merkezi klima santralına da yansır  ve santralın üfleme  ve emme-egzost debileri  VAV terminal ünitelerindeki azalma ve çoğalmalar paralelinde otomatik olarak azalır veya artar. Ancak klima yükünün “sıfır” olduğu durumlarda üflenen klimatize hava debisi asla sıfıra eşit olmaz. Mimimum yükteki klimatize hava debisi mahallin IAQ paralelinde, mahalde mevcut insan sayısının altına düşmeyecek tarzda belirlenir. Bu uygulama gerek hava debisinin reglajı, gerekse ısıtma-soğutma   için   enerji   kullanımındaki   değişimler   nedeniyle  önemli  enerji tasarrufları sağlar. Doğru bir projelendirme ile %40’a varan hatta bu değerin dahi üstünde enerji tasarrufu sağlamak mümkündür.

VAV sistemlerinin sağladığı diğer bir avantaj da her mahallin bağımsız bir zon olarak çalışabilmesidir. Sabit debili klima sistemleri değişik hacimlerin değişen klima taleplerini karşılayamaz. Sabit debili üfleme havasının sıcaklığı kritik olarak seçilen bir mahalle veya daha yaygın bir uygulamayla dönüş kanalına yerleştirilen bir termostat veya sıcaklık sensörü ile yapılır. Bu durumda ortalama mahal sıcaklığı algılanıp ona göre üfleme sıcaklığı ayarlandığı için mahallerdeki yaz kliması gereksinimlerine istenen hassasiyetle cevap veremez, mahallerdeki sıcaklıklarda dalgalanma olur. Kış klimasında bu eksiklik zon ısıtıcıları ile kısmen giderilse de bu uygulama yaz kliması için mümkün değildir. Çünkü soğutucu serpantinlerin büyüklüğünden meydana gelen basınç kayıpları, yüzey kondansasyonu, damla tutucu ve terleme tavası gereksinimleri buna engel olan ana nedenlerdir.

1.4. CAV ve VAV Sistemlerinin Karşılaştırılması

CAV ve VAV sistemleri arasındaki en önemli fark temel felsefelerinden kaynaklanmaktadır. CAV sisteminin felsefesi basit debide hava ile klimatizasyonu gerçekleştirmek, mahal sıcaklık ayarlarını ise üfleme sıcaklığının modülasyonu ile gerçekleştirmektir. VAV sistemlerindeki temel felsefe ise üfleme sıcaklığını sabit tutmak, mahal sıcaklığını debi regrajı ile gerçekleştirmektir. Diğer farklılıklar bu iki temel felsefenin uygulamalarından kaynaklanmaktadır.

Değişken hava debili klima sistemleri sabit debili sistemlerin eksikliklerini gidermek üzere 1960’lı yıllarda ilk olarak ABD’lerinde ortaya çıkmıştır. 1970 sonrası yaşanan gelişmelerde VAV terminal ünitelerinin otomasyon sistemlerindeki hassasiyet arttırıcı ve maliyet düşürücü gelişmelerin neticesi ABD dışına da çıkmış, Avrupa ve Asya ülkelerinde de geniş tatbikat alanı bulmuştur. Özellikle temiz oda teknolojisinde HEPA filtrelerinin kullanımı VAV terminal ünitelerinin kullanımlarını vazgeçilmez bir unsur haline getirmiştir.

Her iki sistem arasındaki temel farklılıkları aşağıdaki gibi özetleyebiliriz.

  • Hava debisi: Her iki sistemde de hava debileri mahallin maksimum klima yükü dikkate alınarak hesaplanmaktadır. Bu debi genellikle IAQ iç hava kalitesinin gereksinimi olan taze hava debisinin çok üzerindedir. CAV sistemlerinde hesaplanan maksimum debi tüm uygulama esnasında sabit tutulmaktadır. Bu da mahallere, maksimum yük durumları haricinde gereksiz klimatize hava sevkiyatı ile neticelenmektedir. VAV sistemlerinde ise hava debisi aynı yöntemle hesap  edilmekle birlikte mahal şartları  paralelinde modüler  olarak kontrol edilmekte, yalnız gerektiği kadar hava üflenmektedir. VAV sisteminde mahallere sevk olunan minimum hava debisi o mahallin IAQ gereksinimlerine göre belirlenmiş hava debisine eşittir. Özetle CAV uygulamasında devamlı sabit debi kullanılmasına karşıt VAV uygulamalarında değişken hava debileri kullanılmaktadır. Bu da işletme ekonomisi açısından VAV lehine büyük bir avantaj sağlamaktadır.Maksimum dizayn şartlarına göre hesaplanmış hava debisini CAV uygulamalarında mahallere sevk ettiğinizde kısmi yüklerde mahalde ısıtma gerekir. Bunun alternatifi de değişken üfleme sıcaklığıdır. Halbuki VAV uygulamalrında bu iki uygulama handikapının üstesinden gelinmiştir. Bu hususu aşağıdaki grafikte görebilirsiniz:

Bu grafik gösterimde, CAV uygulamasında eğer üfleme sıcaklığı sabit tutulursa sarı kısımlar yaz klimasında dahi ısıtma ihtiyacı olacağını göstermektedir. CAV uygulamaları içinde bu handikapa üfleme sıcaklığının kontrolu ile çözüm bulunmaya çalışılmıştır. VAV sistemleri ise bu hususu debi reglajı ile gerçekleştirmektedir.

Sabit debili klima sistemlerindeki üfleme sıcaklık modülasyonu ile değişken debili klima sistemlerinde hava debisi modülasyonu yukarıdaki grafikte görülmektedir.

CAV uygulamalarında debinin sabit olduğunu daha önce de belirtmiştik. Yukarıdaki grafik örnekte 300 W/m2maksimum yükte 24 litre/saniye debideki üfleme havasının oda sıcakılığından 10oC daha düşük sıcaklıkta, örneğin oda sıcaklığı 26oC ise, üfleme havasının 16oC olduğu bir sistem gösterilmektedir. CAV uygulamasında mahal yükü 180 W/m2’ye düştüğünde üfleme sıcaklığı ile oda sıcaklığı arasındaki farkın8oC’a, 60 W/m2’ye düştüğünde de 2oC’a düştüğünü görmekteyiz. Bu uygulama, oldukça düşük sıcaklık farklılıklarında oldukça zor ve dalgalanmalı bir uygulamadır. VAV uygulamalarında ise sıcaklık sabit olup kontrolu son derece kolaydır. Mahal gereksinimini debi reglajı ile gerçekleştirilmektedir.

  • Zonlama:Bir bina yön itibariyle günün değişik saatlerinde maksimum yüke sahip olan hacimlere sahip olabilir. Örneğin bir binanın hakim cepheleri Doğu ve Batı ise Doğu’ya bakan mahaller sabah saatlerinde, örneğin saat 9:00, 10:00’da maksimum yüke sahiptirler. Batı yönündeki mahaller ise maksimum yüke saat 16:00 ila 18:00 arasında erişirler. Doğu hacimler maksimum yükteyken Batı yönlü hacimler minimumda, Batı yönlü hacimler maksimum yüke sahipken Doğu’ya bakan mahaller ise minimum yüktedir. Bu husus sabit debili sistemlerde bu durumun çözümü binayı iki zona ayırıp iki değişik klima santralı kullanımı ile çözülmektedir. Benzeri uygulama aşağıdaki şemada gösterilmektedir.

Değişken debili sistemlerde iki binayı zonlamaya gerek kalmadığı gibi tek klima santralı ile sistemi çözmek mümkündür.Her oda için bağımsız debi reglajı VAV terminal üniteleriyle yapılması bu olanağı sağlamaktadır.Bu uygulamayı aşağıdaki şemada görüyoruz.

Bu farklılığı şu şekilde rakamlar kullanarak özetleyebiliriz:

Sabit debili (CAV) klima sistemi uygulamasında her zon için ayrı bir klima santralı kullanılacaktır. Doğu zonu klima santralının hava debisi 13.500 m3/saat ,batı zonunun klima santralının hava debisi ise 16.000 m3/saat olacaktır. Halbuki binanın maksimum yükü saat 16:00’da meydana gelmektedir ve gerekli olan hava debisi 21.500 m3/saat’tir. Kurulu iki klima santralının toplam hava debisi 13.500+16.000=29.500 m3/saat olmasına karşılık maksimum kullanma miktarı 21.500 m3/saat’ten ibarettir. Değişken hava debili uygulamada ise 21.500 m3/saat hava debili tek bir klima santralı kullanılacaktır. Mahal debi gereksinimleri ise her mahallin üfleme kanalı üzerine yerleştirilen bir adet VAV terminal ünitesi ile sağlanacaktır. VAV terminal ünitesine o mahalle yerleştirilen bir termostat kumanda edecektir. Mahal dönüş havası kanalı üzerine de bir adet VAV terminal ünitesi konulması gereklidir. Bu durumda üfleme tarafındaki VAV asil (master), dönüş havası tarafındaki VAV ise ikincil(slave) olacaktır.


Yukarıdaki tablo ile ilgili işlemlerde debi duyulur ısı yükünün havanın sabit basınçtaki özgül ısına( Cp=0,24), özgül yoğunluğuna (δ=1,159 ve oda sıcaklığı ile üfleme sıcalığı arasındaki farkın 8oC alınması ile bulunmuştur. Duyulur ısı yükü toplam yük ile mahal duyulur ısı ornaının (RSHR) çarpımına eşittir.

Bu uygulama önemli bir miktarda işletme ekonomisi sağlamaktadır. CAV uygulamasındaki     sabit     29.500 m3/saat      hava   debisine      karşılık    VAV uygulamasında ise maksimum 21.500 m3/saat olacak, bu debi de mahallerin ve mevsimsel gereksinimlerin paralelinde minimum debi ile maksimum debi arasında değişecektir.

Yukarıdaki grafikte “İKİ ZONUN MAKSİMUMLARININ TOPLAMI” tanımıyla gösterilen çizgi aynı zamanda iki zona hitap edenCAV sistemi klima santralarının toplam hava debisini ,“TOPLAM YÜK” eğrisi ise tüm binaya hizmet eden tek VAV klima santralının değişken hava debisini göstermektedir.

  • Mahal sıcaklık kontrolu:Değişken debili sistemlerde mahal sıcaklığı mahalle üflenen klimatize havanın debisinin reglajı ile sağlanmaktadır. Bu husus VAV terminal ünitesinin üzerindeki mikro-işlemcili servomotora mahalle yerleştirilen bir elektronik termostat veya BMS (bina otomasyon sistemi)’den gelen sinyaller ile gerçekleştirilmektedir. Bu sayede son derece hassas, esnek ve ekonomik bir oda sıcaklık kontrolu yapılabilmektedir.

Sabit debili sistemlerde ise mahalle sevk olunan debi sabittir. Mahal sıcaklıklarının müstakilen kontrolu mümkün değildir. Termostat dönüş kanalı üzerine konulmakta ve o klima santralının beslediği hacimlerin ortama bir değeri dönüş kanalı üzerinden ölçülebilmektedir. Bu uygulamada mahal sıcaklıklarının hassas bir şekilde kontrolu gerçekleştirilememektedir. Bu mahsur kış uygulamasında zon ısıtıcıları konması ile kısmen giderilse de yaz uygulamasında bu mümkün değildir. Çünkü soğutma serpantinlerinin ısıtma serpantinlerine nazaran çok daha sıra sayısına sahip olmaları basınç kaybını arttırmaktadır. Soğutucu   bataryaların  satıhlarında   genelde    kondansasyon meydana gelmektedir. Kondansasyonun kanala sürüklenmemesi için serpantin çıkışına damla tutucu ve altına da terleme tavası konması gerekmektedir. Damla tutucu da ilave bir basınç kaybı getirmektedir. Meydana gelen bu yüksek basınç kaybı uygulamanın ekonomik boyutlarını aşmakta, meydana gelen yoğuşmanın drene edilmesi için ilave bir drenaj şebekesine gerek duyulmaktadır.  Bu nedenle zon soğutucu uygulaması tercih edilmemektedir.

  • Kanal Uygulaması:CAVuygulamalarında klimatize hava genellikle sevk kanallarında düşük hız ve düşük basınçlı hava kanalları kullanılmaktadır. Bunun temel nedeni de ses ve gürültü nedeniyle belirli seviyelerin üstüne çıkamamaktır. Bu nedenle birçok uygulamalarda 60 ila 80 cm, hatta daha fazla asma tavan arası boşluklara gerek görülmektedir.Bu hızlar ana kanallarda 8 ila 10 m/san hava hızı, branşmanlarda da 4 ila 6 m/san hava hızı ile sınırlı kalmaktadır. Ancak VAV uygulamalarında VAV terminal ünitelerine kadar herhangi bir mahalle çıkış noktası olmadığından çok daha hızların uygulanması mümkündür. Ancak muhtemel hava kaçağının yüksek hızlarda büyük ses seviyelerine neden olacağı nedeniyle yüksek hız ve yüksek basınçlı kanal uygulamalarında dikdörtgen kesitli hava kanalları yerine spiral kenetli dairesel veya yassılaştırılmış dairesel hava kanalları (flat-oval air ducts) tercih edilmelidir.VAV terminal ünitelerinden sonra ise düşük hızlı ve düşük basınçlı kanal uygulamalarına geçilmelidir. Aşağıdaki kanal basınç kaybı diyagramında tavsiye edilen ve genelde uygulanan kanal hız ve basınç kayıpları görülmektedir.

  • Statik hava sorunu: Değişken hava debili klima sistemlerinde en çok karşılaşılan sorunlardan biri de statik (stagnant=durağan) hava sorunudur. VAV sistemlerinde de gerek kanal hesabı, gerekse menfez, difüzör gibi terminal ünitelerin seçimi maksimum yükteki hava debisine göre yapılır. Özellikle menfez-difüzör seçim ve yerleştirilmesinde mahalde hava cereyanı yaratmayan pozitif bir hava sirkülasyonu, insanların baş seviyesinde optimum hava hızları dikkate alınır. Sabit debili sistemlerde mahal klima yükündeki değişikler üflenen havanın sıcaklığının değiştirilmesi suretiyle regüle edildiği için hava debisi tüm işletme süresince sabittir. Eğer terminal ünite seçim ve yerleştirilmesi uygun bir biçimde yapılmışsa, bu uygunluk işletme süresince devam eder ve bir problem yaratmaz. Ancak değişken hava debili sistemlerde bu durum farklıdır. Kısmi yüklerdeki hava debilerinin düşük değerlerde olması mahallin üfleme elemanına uzak kısımlarında statik ve durağan havanın yaratılmasına neden olabilir.

Yukarıdaki resimde görünen durumum izale edilmesi için menfez ve difüzörlerin maksimum ve minimum debilerdeki performansları incelenmeli, seçim ona göre yapılmalıdır. Önerilen çözümlerden biri de menfezlerin mümkünse karşıt duvarlara konularak çapraz süpürmenin gerçekleştirilmesidir. Bu uygulama da sorunu büyük ölçüde ortadan kaldırır. Aynı durum asma tavana yerleştirilen difüzörler için de geçerlidir. Fanlı VAV terminal üniteleri ve endüksiyonlu VAV ünitelerinin kullanımı yetersiz hava dağılım sorunu için alternatif çözümler oluşturmaktadır. Fanlı ve endüksiyonlu VAV terminal üniteleri ileriki sayfalarda ele alınacaktır.

  • Ses seviyeleri: Değişken hava debili klima sisitemlerinde tam kapasitede çalışma durumunda ses seviyesi önemli bir sorun değildir. Ancak kısmi kapasitelerde, özellikle maksimum debi için VAV terminal ünitesi yüksek hızlarda, örneğin 10 m/s – 12 m/s gibi limit değerlerde seçildiyse, özelikle kısmi yük durumundaki çalışmalarda ses seviyesi istenen konfor şartlarının üzerinde oluşabilir. Çünkü kısmi yük durumundaki çalışmalarda VAV terminal ünitesi içindeki reglaj damperi kısmen kapalı (kısık) durumda olacaktır. Bu konum da basınç kaybına bağlı olarak ses seviyesinin artmasına neden olacaktır. Aşağıdaki diyagramda bir  VAV  terminal  ünitesi   içindeki   reglaj damperinin ( dairesel klapenin) kanat açısına bağlı olarak basınç kayıplarını göstermektedir.

VAV terminal ünitesinde meydana gelen ses seviyesi de basınç kaybının bir fonksiyonu olarak gelişmektedir. Aşağıdki tablo İMEKSAN A.Ş. üretimi IDH-D serisi VAV terminal ünitelerinin ses seviyelerini göstermektedir.

Odaya yansıyan ses seviyesi arzu edilenin üzerinde ise ünite çıkışına susturucu konulmalıdır. VAV terminal ünitelerine entegre ssuturucular 2. Bölüm’de incelenecektir.

  • Yetersiz havalandırma sorunu:

Yanlış uygulamalar sonucu değişken hava debili sistemlerde IAQ şartlarına uymayan yetersiz  havalandırma ile karşılaşılmaktadır. Yetersiz havalandırma bu sistemin bir eksikliği olmayıp yanlış projelendirilmeden kaynaklanmaktadır. Değişken hava debilerinde  bir mahallin maksimum hava debisi o mahallin maksimum klima yüküne göre belirlenir. Minimum hava debisi ise o mahalde mevcut insan sayısı için IAQ şartlarına göre gerekli olan hava debisidir. İmalatçı firma kataloglarında VAV terminal ünit debileri genellikle  2 m/s ila 12 m/s arasındaki alın hızlarına göre verilir. Maksimum hava debisi de proje müellifi tarafından seçilen büyüklükteki ünitenin yine proje müellifi tarafından seçilen alın hızındaki debidir. Minimum debi ise mahaldeki insan sayısına göre belirlenir. Seçilen VAV terminal ünitesindeki minimum debi bu debi olacaktır. Bu debinin tekabül ettiği alın hızı 2 m/s’nin üzerinde olabilir. Örneğin bir VAV ünitesinde istenen maksimum debi 2800 m3/saat , minimum debi de 500 m3/saat olsun. Bu durumda 2800 m3/saat için 10 m/s alın hızı olan bir ünite seçilirse minimum debinin tekabül edeceği hız 1,78 m/s bulunur. VAV uygulamalarında 2 m/s alın hızı altındaki uygulamalar  sağlıksız bir çalışma olacağı için yapılacak şey iki uygulamadan birini yapmaktır.

a) Bunlardan birincisi 2 m/s’nin karşıtı olan 560 m3/saat’i miminum debi olarak seçmektir.Bu durumda VAV ünitesi 2800 m3/saat maksimum (10 m/s alın hızı), 560 m3/saat (2 m/s alın hızı) minimum debilerde çalışacaktır.

b) İkinci seçim ise bir büyük VAV terminal ünitesine geçip 2800 m3/saat için daha yüksek alın hızına sahip, örneğin bu debiyi 12 m/s’de veren bir ünite seçmektir. Bu durumda 500 m3/saat debiyi ünite 2,14 m/s alın hızında verecektir.

Bu uygulamalardan her ikisi de doğrudur ve tercih tamamen projenin insiyatifine kalmıştır.

Yukarıdaki örneklerde %100 dış hava ile çalışan bir değişken havalı klima sistemi kabul edilmiştir. Ancak sistem karışım havası ile çalışıyorsa, örneğin %50 karışım havası ile çalışıyorsa yukarıdaki uygulama, eğer gerekli önlem alınmamışsa, eksik ve yanlıştır. Bu durumda merkeziklima santralının %50 dış havasının debisinin maksimum yükteki debisinin sabit tutulması, dönüş havası debisinin ise gereksinimler paralelinde regüle edilmesidir. Bu husus yukarıdaki grafikte gösterillene uygun bir otomatik kontrol donanımı ile gerçekleştirilebilir. Bu husus 2. Bölüm, 2.2.3. “Klima santarlı Otomatik Kontrolu”na detaylı bir şekilde incelenmektedir.

  • Enerji Tasarrufu: Klima yükünün kaydırılabilir ve değiştirilebilir olması değişken hava debili sistemlerin en büyük avantajıdır. Sabit hava debili sistemlerde maksimum hava debisi maksimum yüke göre belirlenir. Bu yük ısı iletimi, radyasyon, enfiltrasyon, aydınlatma, ekipman ve insanlardan kaynaklanan ısı kazançlarının toplamından meydana gelir. Aynı hesap tarzı değişken hava debili sistemler için de geçerlidir. Her iki sistemde de maksimum hava debisi aynı yöntemle hesaplanır. Hesaplama en kritik şartlar dikkate alınarak yapılmaktadır. CAV sistemlerinde maksimum yüke göre belirlenen debi sabittir ve değişmez. Halbuki VAV uygulamalarında değişen ve azalan yüklere göre hava debilerini de azaltmak mümkündür. Değişen hava debileri paralelinde merkezi klima santralının hava debisinin de değişmesi işletme açısından çok büyük tasarruflar getirir. Günümüzde merkezi klima santralarının vantilatör ve aspiratör debilerinin reglajında frekans konvertörleri kullanılmakta, güç kullanımında önemli tasarruflar sağlamaktadır.

Diğer önemli bir husus ta kullanılmayan mahallerin devre dışı bırakılabilmesidir. 2-10 VDC kumanda sinyali ile çalışan bir VAV terminal ünitesi 2VDC’de minimum, 10VDC’de ise maksimum hava debisini mahalle sevk eder. Diğer bir deyişle 10VDC sinyalde kontrol klapesi en açık konumunda, 2 VDC’de ise minimum açıklıktadır. 0 VDC sinyal ise klapenin tam kapanması manasına gelir ki bu uygulamada kullanılmayan mahal devre dışı bırakılmış olur.

VAV uygulamalarında çok zonlu bir sistemin klimatizasyonunun tek bir klima santralı ile sağlanabileceğini önceki bahislerimizde (bkz. Konu No. 1.4. “CAV ve VAV Sistemlerinin Karşılaştırılması, sayfa-17) detaylı bir biçimde anlatmıştık. Bu uygulama da bize hava debisi açısından önemli bir avantaj sağlar.

VAV uygulamalarında, kısmi yüklerdeki hava debilerinin daha düşük değerlerde olması ısıtıcı ve soğutucu akışkan debi ve kapasiteleri açısından olduğu kadar, ısıtıcı-soğutucu ünitelerle sirkülasyon pompalarının enerji harcamaları açısından büyük tasarruflar sağlar.

VAV sistemleri işletme masraflarının toplamında %40’a varan tasarruf sağlar.

  • İlk Tesis Maliyeti: VAV sistemleri ve onların ayrılmaz bir parçası olan VAV terminal üniteleri, ilk kullanıma sunulduğu 1960’lı yıllarda çok yüksek fiyatlara mal oluyor ve satılıyordu. Bu rakamlar ABD Doları bazında üç sıfırlı rakamlardı. Bunun nedenlerinden biri de her VAV üreticisi firmanın kendi otomatik kontrol sistemini geliştirmesi ve bu sistemleri kendi monopollerinde bulundurmalarıydı. Ancak özellikle 1970 sonrası ve 1980’li yıllarda gelişen elektronik ve otomatik kontrol sanayi sayesinde OEM bazında özel servomotorların üretimi başladı. Bunun öncülüğünü yapan firmaların başında İsviçre’de bulunan BELİMO firması gelmektedir. Bu firmanın ve onu takip eden diğer firmaların sayesinde VAV uygulamasına uygun mikro işlemcili özel servomotorların fiyatları ABD Doları bazında iki sıfırlı seviyelere düştü. Bunun neticesi olarak VAV ünite ve sistemleri daha yaygın olarak kullanılmaya başlandı.

 Tek zonlu sistemlerde VAV sistemleri CAV uygulamalarından belirli bir oranda daha yüksek ilk yatırım maliyetleri gerektirmektedir. Bu rakam %30 ila %50 arasında değişebilir. Ancak zon sayısı arttıkça aradaki ilk tesis maliyeti farkı azalmakta, hatta çok hacımlı ve değişik kullanım mahallerine sahip komplike konstrüksiyonlarda daha da ucuza mal olmaktadır. Ancak ilk tesis maliyeti ne kadar yüksek olursa olsun, her geçen gün artmakta olan enerji maliyetleri karşısında VAV klima sistemleri uzun vadede, örneğin 10 yıllık bir çalışma sürecinde ilk tesis ve işletme masrafları dikkate alındığında çok daha avantajlı durumdadır.

1.5. VAV Uygulamalarında Bina Karakteristikleri

1.5.1. Değişken Yük Profilleri

VAV klima sistemlerinin sağladığı en önemli avantajlardan biri, bir binaının değişik hacimlerindeki konfor gereksinimlerini hassas bir şekilde karşılayabilmek ve bu sayede vantilatör/aspiratör ve soğutucu sistemin kullandığı enerjilerden büyük tasarruflar sağlamaktır. Binanın konstrüktif ve kullanım özelikleri termik yüklerin gün boyunca değişimine neden olur. Bu eğişim şematik olarak yukarıdaki resimde gösterilmiştir. Bu değişim yıl boyunca da devam eder. VAV uygulaması ise bu değişmlerin getirdiği gereksinimleri optimum şartlarda minimum enerji tüketimiyle sağlar.

1.5.2. Çoklu ve Bağımsız Hacim Kontrolları

VAV uygulamalarının diğer önemli bir özelliği de bir bina dahilindeki değişik hacimlerin klimatolojik gereksinimlerini verimli bir şekilde sağlayabilmesidir. Bu özellik değişken hava debili sistemlerde her mahallin ayrı bir zon gibi kontrol edilmesinden kaynaklanmaktadır. Bu husus dış duvarı olmayıp kış aylarında dahi soğutma isteyen hacimler için de geçerlidir. İleriki bahislerde detaylı bir biçimde inceleyeceğimiz bu durum perimetrik hacimlerin VAV terminal ünite çıkışlarına ısıtıcı batarya montajı ile karşılanmaktadır.

1.5.3. Müşterek Dönüş-Egzost Kanalı Kullanımı

VAV uygulamalarında her hacim müstakil bir zon olsa dahi müşterek dönüş-egzost havası kanalı kullanırlar. Birçok durumda dönüş havası kanalı dahi kullanmadan, asma tavanın içini plenum hücre olarak kullanarak dönüş havasının merkeziklima santralına iletilmesi gerçekleştirilebilir.