3. ÖZEL UYGULAMALAR
3.1. AT NALI ISI BORUSU UYGULAMALARI
Isı boruları veya yaygın olan İngilizce tanımıyla “heat pipe” aslında yerçekimi ile çalışan pasif bir ısı geri kazanım ve transferi elemanıdır. Konstrüksiyon olarak bakır boru-aluminyum/bakır kanatlı hava ısıtıcı/soğutucu bataryaları andırmaktadır. Boruların içleri fabrikasyon esnasında R-134A, R404A gibi soğutucu akışkanlarla doldurulmuştur. Çalışma prensibi aşağıdaki şemada görülmektedir.
Isı borusunun alt bölümünden geçen sıcak hava, içindeki ısının bir miktarını transfer ederek eşanjör içindeki akışkanın buharlaşmasına neden olur. Buharlaşan akışkan yoğunluk farkı nedeniyle yükselir (mavi oklar). Üst kısma gelince ise soğuk dış hava ile temas eder, içindeki ısı enerjisini soğuk havaya transfer ederek ısınmasına neden olur. Kendi de ısı kaybı neticesi yoğuşur, yoğunluğu arttığı için tekrar aşağı iner (kırmızı oklar). Bu ısı geri kazanım cihazlarının verimleri yalnız duyulur ısı bazında olup genelde %50’nin altındadır. Yerçekimi ile çalıştıkları için genelde dik bir yapıya veya kondenser kısmının daha yüksek bir seviyede olmaları gerekir.
Atnalı uygulaması da aynı prensip ile çalışan, nem alma işlemlerinde enerji tasarrufuna yönelik bir uygulamadır.
Bu uygulama ile ilgili resimler aşağıda görülmektedir.
Resimlerde de görüldüğü gibi ısı borusu atnalı tarzında imal edilmiş; “U” harfi tarzındaki formunun ortasında da soğutma serpantini yerleştirilmiştir. Ancak ısıyı tranfer edecek olan akışkan yerçekimi ile çalıştığı için kondenser görevini gören ısıtma parçası biraz daha yükseğe yerleştirilmiş bulunmaktadır.
Nemli ve sıcak hava ilk olarak , ön soğutma amacıyla atnalı ısı borusunun evaporatör kısmıyla temas ederek içindeki ısının bir kısmını akışkana transfer ederek duyulur ısı bazında bir soğuma işlemine tabi olur. Bu işlemden sonra kısmen soğumuş hava soğutucu batarya ile temas eder. Burada hem soğutma hem de nem alma işlemleri gerçekleştirilir. Nem alma miktarı soğutucu bataryada kullanılan soğutucu akışkanın ve dolayısıyla soğutucu bataryanın satıh sıcaklığına bağlıdır. İçindeki nemi büyük oranda burada bırakan hava atnalı ısı borusunun son elemanı olan kondenser kısmıyla temasa geçer. Burada daha önce soğurken vermiş olduğu ısıyı geri kazanır, ısınmış ve nemi düşmüş olarak mahalle sevk olunur.
Şimdi bu işemi bir örnekle pekiştirelim:
Problem: Kapalı bir yüzme havuzundaki toplam buharlaşma miktarı 42 kg/saat’tir. Yüzme havuzunun bulunduğunu mahallin tasarım şartları 26oCKT, %50 rH olup müsaade edilen maksimum bağıl nem seviyesi %65’dir. Sistem %100 resirküle hava ile çalışmaktadır. Isı borusunun verimi %50’dir.Aşağıdaki doneleri bulunuz:
- Gerekli hava debisi
- Gerekli soğutma yükü
- Atnalı ısı borusu kullanılmasaydı gerekli olacak soğutma ve son ısıtma yükleri.
Yapacağımız ilk işlem havanın soğutucu bataryadan çıkış sıcaklığını tahmin etmektir. Bunun için mahal tasarım şartı olan 26oCKT, %50 rH’ı psikrometrik diyagram üzerinde belirler, bu noktadan yatay bir hat çizeriz. Hattımız %100 doyma eğrisini 14.4oC’ta kestiğine göre soğutucu batarya çıkışını yaklaşık %95 rH’a tekabül eden 15oCKT olarak kabul edebiliriz. Bu sıcaklık “t3”kuru termometre sıcaklığıdır.
Bundan sonra yapılacak ikinci işlem TS-308’e göre ısı geri kazanım ünitesi verim denklemini kurmak ve gerekli “t2” sıcaklığını bulmaktır.
η= (t1-t2)/(t1-t3)
0.50= (26-t2)/(26-15)
t2= 20.5oCKT
Aynı şekilde t4kuru termometre sıcaklığını da bulabiliriz. Bu sıcaklık ta 20.5oCKT bulunur.
Şimdi artık psikrometrik diyagramı çizebiliriz.
Psikrometrik diyagramımızda “RA” konumu mahal şartlarını, “1” konumu da maksimum mahal şartlarını belirlemektedir. “1-2” ve “3-4” doğrularıyla gösterilen prosesler atnalı ısı borusundaki ısı alış verişlerini göstermektedir. “1” konumundaki iç hava ısı borusunun üzerinden geçerken “2” noktasına kadar duyulur soğutma işlemine tabi olmaktadır. “2” konumunda ısı borusunu terk eden hava soğutucu bataryada “3” konumuna kadar soğutulmakta ve nemi alınmaktadır. “3” konumudaki hava ise atnalı ısı eşanjörünün son kademesinden geçerek “4” konumuna kadar ısıtılmakta ve mahalle sevk edilmektedir.
Bu örnekte yalnız nem alma öngörüldüğünden “4” konumundaki havanın “RA” şartlarına kadar tekrar ısıtılması yapılmamaktadır. Mahalde ayrı bir ısıtma sistemi ve/veya dahili ısı kazançlarının olduğu varsayılmaktadır. Eğer “RA” şartlarına kadar bir
Isıtma işlemi gerekirse, “4-RA” prosesinde gösterilen son ısıtıcı bataryanın klima santralına ilavesi gerekir.
Şimdi psikrometrik diyagram üzerinden okuduğumuz değerleri kaydedelim.
w1= 13.9 gr/kg
w2= 10.8 gr/kg
h1= 62.0 kJ/kg
h2= 55.7 kJ/kg
h3= 41.5 kJ/kg
h4= 47.8 kJ/kg
Verilen değerleri esas alarak hava debisini belirleyelim:
V= (M x 1000)/[(w1-w4)x(1/γ)]……………………………… ( M= 42 kg/saat)
V= (42 x 1000)/[(13.9 – 10.8)x(1/0.850)]
V= 11 516 m3/saat
Şimdi de soğutucu batarya büyüklüğünü belirleyelim.
Qsoğ= V x (1/γ) x (h2-h3)
Qsoğ= 11 516 x (1/0.850) x (55.7 – 41.5)
Qsoğ= 192 385 kJ/saat
Qsoğ= 53.4 kW
Atnalı ısı borusu uygulaması, daha önce de belirtildiği gibi enerji tasarrufuna yönelik bir uygulamadır. Eğer bu uygulama yerine klasik soğutma ve son ısıtma uygulamasını yapmış olsaydık enerji sarfiyatımız ne olurdu hesaplayalım.
Qsoğ= V x (1/γ) x (h1-h3)
Qsoğ= 11 516 x (1/0.850) x (62.0 – 41.5)
Qsoğ= 277 739 kJ/saat
Qsoğ= 77.2 kW
Qısıt= V x (1/γ) x (h4-h3)
Qısıt= 11 516 x (1/0.850) x (47.8 – 41.5)
Qısıt= 85 354 kJ/kW
Qısıt= 23.7 kW
ΣQ = Qsoğ+ Qısıt
ΣQ = 77.2 + 23.7 = 100.9 kW
Bu uygulamadaki enerji tasarrufumuz ise:
100.9 – 53.4 = 47.5 kW olmaktadır.
Buna benzer diğer bir uygulama da %100 dış havalı, ancak mutlak nemi yüksek olan klima sistemlerinde nem kontrolunu atnalı ısı borusu ile sağlamaktır. Bunu da bir örnekle pekiştirelim:
Problem: Dış hava şartları 36oCKT, 27oCYT, mahal şartları 26oCKT, %50rH olan bir mahallin taze hava ihtiyacı 8000 m3/saat’tir. Sistemi %100 taze hava ile çalışacaktır ve dış hava mahalle mahal şartlarında üflenecektir. Sistemi atnalı ısı borusu kullanmak suretiyle çözünüz. Kullanılacak ısı geri kazanım eşanjörünün verimi %45’dir.
Aynı bahsin bir önceki örneğinde olduğu gibi, psikrometrik diyagramda “RA” mahal şartlarından yatay bir hat çizerek bu hattın %100 doyma eğrisiyle kesişmesi sağlanır. Bu hat üzerinde soğutucu batarya çıkış şartı 15oCKT, %97rH olarak kabul edilir. 15oCKT bizim “t3” kuru termometre sıcaklığımızdır. İkinci aşama olarak ısı geri kazanım eşanjörü verimini esas alarak “t2” sıcaklığını belirleriz.
η= (t1-t2)/(t1-t3)
0.45= (36-t2)/(36-15)
t2= 26.5oCKT
Aynı şekilde “t4” sıcaklığını da belirleriz.
η= (t4-t3)/(t1-t3)
0.45= (36-t2)/(36-15)
t2= 24.5oCKT
Artık psikrometrik diyagramımızı çizebiliriz.
Bir önceki örnekte olduğu gibi bu örneğimizde de “1-2” hattı atnalı ısı borusunda dış havanın soğuması, “2-3” hattı soğutma bataryasında havanın soğutulması, “3-4” hattı da soğutucu bataryadan çıkan havanın ısı geri kazanımı sonucu “4” noktasına kadar ısınması prosesidir. Eğer mahalde herhangi bir ısı kaynağı yoksa “4-RA” prosesine uygun bir son ısıtma yapılabilir.
Aşağıdaki değerler psikrometrik diyagramdan alınmıştır.
h1= 85.7 kJ/kg w1= 19.0 gr/kg
h2= 76.4 kJ/kg
h3= 41.4 kJ/kg
h4= 50.3 kJ/kg
hRA=53.0 kJ/kg wRA=10.4 gr/kg
Soğutucu bataryanın büyüklüğü:
Qsoğ= V x (1/γ) x (h2-h3)
Qsoğ= 8 000 x (1/0.850) x (76.4 – 41.4)
Qsoğ= 329 412 kJ/saat
Qsoğ= 91.5 kW
Son ısıtıcı bataryanın büyüklüğü:
Qısıt= V x (1/γ) x (hRA-h4)
Qısıt= 8 000 x (1/0.850) x (53.0 – 50.3)
Qısıt= 24 412 kJ/kW
Qısıt= 7 kW
3.2. ÇİFT TAMBURLU ISI GERİ KAZANIMLI SİSTEMLER
Yüksek dış hava kuru termometre sıcaklığına ve yüksek bağıl neme sahip yerlerde gerekli konfor şartlarını temin edebilmek için havanın soğutulması, mutlak neminin azaltılması ve bilahare belirli bir konuma kadar ısıtıldıktan sonra mahalle sevk edilmesi gerekir. Bu uygulama işletme ekonomisi açısından çok pahalı bir sistemdir. Çünkü bağıl nemin kontrol edilebilmesi için havanın gereğinden fazla soğutularak neminin azaltılması, bilahare aynı havanın normal üfleme şartlarına kadar son ısıtıcıda tekrar ısıtılması gerekmektedir. Bu uygulama konu 2.4’de anlatılmıştır. Daha önce anlatılmış bu konuda maksimum enerji geri kazanımı ile minimum enerji sarfiyatı ve dolayısıyla minimum işletme masrafıyla bu prosesi gerçekleştirebilmek için geliştirilen sistemlerden biri de çift tamburlu ısı geri kazanım sistemleridir. Çift tamburlu sistem uygulamasıyla soğutma ihtiyacı minimumda tutulmakta, mahalden egzost edilen havanın içindeki enerjiden maksimum tarzda faydalanılmaktadır.
Bu uygulamada kullanılan klima santralları iki katlı olup şematik çizimi aşağıda gösterilmektedir.
Santral %100 taze hava ile çalışmaktadır. Dönüş havası önce duyulur ısı tamburundan geçerek içinde enerjinin bir miktarını bırakmakta, bilahare absorbsiyon tamburunda ise büyük oranda hem duyulur ısısının hem de gizli ısısının taze havaya transferini gerçekleştirmektedir. Aynı şekilde taze hava da absorbsiyon tamburundan geçerek egzost edilen havanın duyulur ve gizli ısısını kazanmaktadır. Bundan sonraki aşamada taze hava soğutucu bataryada soğutulmakta, bilahare duyulur ısı tamburunda da ısı transferi sayesinde belirli bir konuma kadar ısıtılmakta ve mahalle sevk olunmaktadır.
Önceki sayfadaki psikrometrik diyagramda dış havanın klimatizasyonu ile ilgili prosesler kırmızı, dönüş-egzost havası ile ilgili prosesler de mavi hatlarla gösterilmektedir. Kırmızı “OA-1” proses hattı ile mavi “3-EA” hattı absorbsiyon tamburunda toplam enerji transferini simgelemektedir. “OA” konumundaki dış hava “1” konumuna kadar soğur ve nemini kaybederken içindeki nem ve ısıyı “3” konumundaki egzost edilecek havaya transfer etmektedir. “1-2” ise absorbsiyon tamburundan çıkan havanın soğutulması işlemidir ve hava “2” konumuna kadar soğutulmaktadır. “2” konumundaki hava ile “RA” konumundaki mahal havası ise duyulur ısı tamburunda yalnız duyulur ısı bazında ısı tranferini gerçekleştirmektedir. Bu prosesler mavi “RA-3” ve kırmızı “2-SA” hatlarıyla gösterilmektedir. “SA-RA” hattı ise mahalle sevk edilen havanın %55 duyulur ısı oranıyla mahalde ısınmasını göstermektedir.
Şimdi de bununla ilgili bir örnek yapalım:
Problem: Bir mahallin duyulur ısı oranı %55, mahallin ısı yükü ise 60kW’tır. Mahal şartları 26oCKT, %50rH, dış hava şartları 36oCKT, 30oCYT’dir. Sistem %100 dış hava ile çalışacaktır. İki katlı klima santralı kullanılacak olup dış hava sırasıyla absorbsiyon tamburu, soğutucu batarya ve duyulur ısı tamburundan geçtikten sonra mahalle sevk edilecektir. Taze hava-klimatize hava iki katlı klima santralının alt katını oluşturacaktır. Üst kat ise dönüş havası-egzost için ayrılmış olup akış yönü taze havaya göre ters yöndedir (bkz. şekil s.61). Duyulur ısı tamburunun verimi %50’dir. Absorbsiyon tamburunun duyulur ısı verimi %85, gizli ısı verimi ise %75’tir. Kullanılacak soğutucu akışkan 7/12oC soğuk sudur.
- Psikrometrik diyagramı çizin
- Hava debisini belirleyin
- Soğutucu batarya yükünü belirleyin.
Soğutucu bataryada kullanılacak soğutucu akışkan 7/12oC soğuk su olduğundan soğutma prosesi cihaz çiy noktasını “ADP” 7oC,ve belirli bir by-pass oranı kabulüyle soğutucu batarya çıkış şartlarını 11oCKT olarak kabul edebiliriz. (burada soğutucu bataryanın ters yönlü ısı eşanjörü olduğunu kabul ediyoruz, bu durumda ADP 7oC’tır. Eğer soğutucu batarya paralel yönlü ısı eşanjörü olsaydı ADP 12oC olurdu) Bu kabuller neticesi “2” noktasını psikrometrik diyagram üzerinde belirleyebiliriz.
Dönüş havası duyulur ısı tamburundan geçeceği için buradaki proses yatay çizgilerle gösterilecektir. Bu nedenle “2” noktasından yatay bir hat, “RA” noktasından da diğer bir yatay hattı çizebiliriz.
Şimdi sırada “RSHR” oda duyulur ısı oranını esas alarak klimatize havanın mahalde ısınmasını belirleyen yatay hattı çizmemiz gerekir. Bunun için “qsens/qtot” çemberinde RSHR=0.55 hattını çizer ve bunu paralel bir şekilde “RA” noktasına taşırız. Bu hatla “2” noktasından gelen yatay hattın kesiştiği nokta, klimatize havanın mahalle üfleneceği “SA” noktasıdır. Ancak bu noktanın duyulur ısı tamburunun verimi olan %50 şartını karşılaması gekekir. Şöyleki:
η=(tSA-t2)/(tRA-t2)
η=(tSA– 11)/(26 -2)=0.50
tSA =18.5oCKT
Dolayısıyla seçimimiz doğrudur. Eğer psikrometrik diyagramdaki çizim ile hesap neticesi bulunan “tSA” birbirinden farklı çıkarsa iki uygulama yapılabilir.
- “t2”şartının konumu, istenen eşitlik sağlanana kadar deneme-yanılma metoduyla değiştirilir, veya
- Duyulur ısı tamburunun verimi değiştirilerek yeniden belirlenir.
Aynı şekilde “3” konumunun kuru termometre sıcaklığını da hesaplayabiliriz.
η=(tRA-t3)/(tRA-t2)
η=(26-t3)/(26 – 11)= 0.50
t3= 18.5oCKT
Egzost havası “3” konumunda absorbsiyon tamburundan geçerek bu tambura “OA” şartlarında giren dış havayla duyulur ve gizli ısı transferinde bulunur. Bu tamburun iki verimi vardır.
Duyulur ısı verimi:
ηsens=(tOA-t1)/(tOA-t3)= 0.85
ηsens=(36-t1)/(36-18.5)= 0.85
t1= 21.13oCKT
Gizli ısı verimi:
ηlat=(wOA-w1)/(wOA-w3)= 0.75
ηlat=(24.8-w1)/(24.8-10.5)= 0.75
w1= 14.08 gr/kg
Bu iki değeri belirledikten sonra “1” konumunu psikrometrik diyagram üzerinde işaretleyebiliriz. Şimdi de aynı yöntemle “EA” konumunu belirleyebiliriz.
ηsens=(tEA-t3)/(tOA-t3)= 0.85…………………buradan tEA= 33.38oCKT
ηlat=(wOA-w1)/(wOA-w3)= 0.75…………….buradan da wEA= 21.33 gr/kg bulunur.
“EA” değerleri yalnız bilgi için olup psikrometrik prosesimizle direkt ilişkili değildir.
Tekrar hava debisinin hesaplanmasına dönelim:
ΣQ= V x (1/γ) x (hRA-hSA)
veya
QSENS= ΣQ x RSHR
QSENS= V x cpx (tRA-tSA)
Q)hSENS= 60 x 0.55 = 33 kW = 118 820 kJ/saat
118 820 = V x 1.0054 x (26 – 18.5)
V = 15757 ~ 16 000 m3/saat
Hava debisini bulduktan sonra soğutucu batarya büyüklüğünü belirleyebiliriz. Ancak ondan önce psikrometrik diyagramımızdan okuduğumuz entalpi, mutlak nem ve kuru termometre değerlerini bir tablo halinde aşağıya yazalım.
hOA= 101.0 kj/kg wOA= 24.8 gr/kg tOA= 36.0oCKT
hEA= 87.0 kj/kg wEA= 21.3 gr/kg tEA= 33.0oCKT
h1 = 57.8 kj/kg w1 = 14.3 gr/kg t1 = 21.3oCKT
hRA= 52.5 kj/kg wRA= 10.6 gr/kg tRA= 26.0oCKT
h3 = 45.0 kj/kg w3 = 10.6 gr/kg t3 = 18.5oCKT
hSA= 38.7 kj/kg tSA= 18.5oCKT
h2 = 31.0 kj/kg t2 = 11.0oCKT
Bu değerleri belirledikten sonra soğutucu batarya büyüklüğünü belirleyebiliriz.
Qsoğ= V x (1/γ) x (h1-h2)
Qsoğ= 16 000 x (1/0.850) x (57.8 – 31.0)
Qsoğ= 504 471 kJ/saat = 140 kW
Bu uygulama ile ne kadar enerji tasarrufu yaptığımızı belirleyebilmemiz için hiç enerji geri kazanımı yapmaksızın salt soğutma ve son ısıtıcı ile “SA” noktasını gerçekleştirmek için enerji gereksinimimizi hesaplamamız gerekir.
Önce soğutma yükünü hesaplayalım:
Qsoğ= V x (1/γ) x (hOA-h2)
Qsoğ= 16 000 x (1/0.850) x (101.0 – 31.0)
Qsoğ= 1 317 647 kJ/saat = 366 kW
Şimdi de son ısıtıcı yükünü hesaplayalım:
Qısıt= V x (1/γ) x (hSA-h2)
Qısıt= 16 000 x (1/0.850) x (38.7 – 31.0)
Qısıt= 144 941 kJ/saat = 40.3 kW
Neticede 366+40.3= 406.3kW enerji sarfiyatı ile gerçekleştirilecek bir yaz kliması, ısı geri kazanımı sayesinde 140kW ile çözülmektedir. Buradaki enerji tasarrufu:
η= (406.3-140)/406.3 = 0.656 ~ %66 oranındadır.
Aynı uygulamayı kış için yapalım.
Problem: Önceki örnekteki mahallin ısıtma yükü 30kW’tır. Mahal şartları 22oCKT, %50rH, dış hava şartları -10oCKT, %60rH’dır. Sistem %100 dış hava ile çalışacaktır ve hava debisi bir önceki örnekte hesaplandığı gibi 16000 m3/saat’tir. Aynı klima santralı kullanılacaktır.
Duyulur ısı tamburunun verimi %50’dir. Absorbsiyon tamburunun duyulur ısı verimi %85, gizli ısı verimi ise %75’tir. Kullanılacak ısıtıcı akışkan 60/40oC sıcak sudur.
- Psikrometrik diyagramı çizin
- Hava debisini belirleyin
- Isıtıcı batarya yükünü belirleyin.
Psikrometrik diyagramda ilk yapacağımız işlem mahal “RA” ve dış hava şartlarının “OA” konumlarını belirlemek olacaktır. Bir önceki örneğimizde olduğu gibi duyulur ısı tamburundaki ısı transferi prosesi sonucu “2” ve “4” konumları bulunur. “4” konumundaki hava absorbsiyon tamburuna girmekte, içindeki duyulur ısı ve nemi dış havaya transfer etmektedir. “OA-1” prosesi dış havaya olan ısı ve nem transferini, “4-EA” prosesi de duyulur ısı tamburundan çıkan mahal havasının içindeki duyulur ısıyı ve nemi dış havaya transfer ettikten sonra “EA” şartlarında egzost edilmesini göstermektedir. Burada dikkat edilecek bir husus vardır. “4-EA” prosesi 4.5oC’ta doyma noktasına varmakta ve bu noktadan itibaren %100 doyma eğrisini takip etmektedir. “EA” ise egzost edilen havanın konumunu göstermektedir. “1” konumunda absorbsiyon tamburunu terk eden dış hava “1-2” prosesi ile duyulur ısı tamburunda “2” konumuna kadar ısınır.
61’inci sayfada şematik olarak gösterilen klima santralı dış havayı “2” şartlarında mahalle sevk edebilecek durumdadır. Ancak mahallin 30 kW ısı kaybını karşılayabilmek için iki yol vardır.
- Kış uygulamasında duyulur ısı tamburunu kullanım dışı bırakmak. Bunun için tamburun dönüş hızının sıfıra ayarlanması Böyle bir uygulamada soğutma bataryası kış uygulamasında ısıtma bataryası olarak çalışacaktır. Bu uygulama ile ilgili psikrometrik diyagram aşağıdadır.
- Diğer bir uygulama da her iki tamburun kış uygulamasında çalışması, ancak soğutucu bataryanın devre dışı kalmasıdır. Bu uygulamada duyulur ısı tamburu ile vantilatör arasına bir ısıtıcı batarya ilavesi gerekecektir. Bu uygulamaya ait klima santralının şematik çizimi aşağıdadır.
Isı ekonomisi açısından çift tamburlu ve ilave ısıtıcı bataryalı klima santralı uygulaması daha uygundur. Çünkü çift tamburlu kış uygulamasında ısıtma prosesi “2-3”den ibarettir. Halbuki soğutma bataryasının ısıtıcı olarak kullanılmasında “1-3” hattında görüldüğü gibi daha yüksek bir ısı ihtiyacı oluşacaktır.
3.3. ABSORBSİYONLU NEM ALMA SİSTEMLERİ:
Adsorbsiyonlu nem alma “Psikrometri-I” isimli kitabımızın 118’inci sayfasındaki 6.8.2. sayılı bahiste geniş olarak anlatılmıştır. Burada yalnız bu işleme uygun bir klima santralının çizimini vermekle yetinecek, bir nem alma problemini çözeceğiz.
Problem: 26oCKT, %65 rH şartlarındaki bir mahalde insanlardan ve havuz sathından 69 kg/saat su buharı üretimi bulunmaktadır. Mahalli istenen şartlarda tutabilmek için gerekli adsorbsiyon tamburlu klima santralının proses havasının ve reaksiyon havasının debilerini hesaplayınız. Kullanılacak olan adsorbsiyonlu tamburun belirtilen şartlardaki nem alma miktarı 9 gr/kg kuru havadır (imalatçı firma kataloğundan).
Bu uygulamada normal sıcaklık psikrometrik diyagramı yerine yüksek sıcaklık psikrometrik diyagramını kullanmamız gerekecektir. Çünkü reaksiyon havasının sıcaklığı 120oCKT olacaktır.
İlk olarak mahal şartını, mahal havasının 120oCKT sıcaklığına kadar ısıtılmış durumunu psikrometrik diyagramda işaretleyelim. Psikrometri-I kitabımızda belirtildiği gibi nemi alınacak olan havanın üçte biri kadarı da 120oCKT’ye ısıtılacak ve nemi taşıyan adsorbiyonlu tamburun kurutulmasını sağlayacaktır.
Prosesimiz teorik olarak adyabatik bir işlem olarak kabul edilebilir. Bu nedenle “A” şartlarındaki havanın adyabatik olarak “B” şartına kadar kurutulması işlemi “A-B” proses hattı ile gösterilmiştir.
“A” konumun şartlarını psikrometrik diyagramımızdan veya “Tablolar ve Diyagramlar” bölümündeki Tablo-1’den alabiliriz.
WA= 0.01385 kg/kg kuru hava
WB= 0.01385 -0.009 =0.00485 kg/kg kuru hava
γA-B= 1.000 m3/kg (26oC ile 120oC arası yaklaşık ortalama değer)
Bu durumda gerekli hava debisi:
Vpro= M/[( WA– WB) x (1/ γA-B)]
M = 69 kg/saat olduğuna göre
Vpro= 69/[(0.01385-0.00485)x (1/1)]
Vpro= 7666 ~ 7700 m3/saat proses havası
Adsorbsiyonlu tamburu kurutmak için gerekli reaksiyon havası proses havasının 1/3’ü olduğuna göre:
Vrea= (1/3) x Vpro
Vrea= (1/3) x 7700
Vrea= 2567 m3/saat reaksiyon havası
Reaksiyon havasını 120oCKT sıcaklığına kadar ısıtabilmek için gerekli ısı miktarı:
Qrea= Vreax (1/ γA-B) x cpx(tC– tA)
cp= 1.007……………….. (26oC ile 120oC arası ortalama değer)
Qrea= 2567 x (1/ 1) x 1.007 x(120 – 26 )
Qrea= 242 987 kJ/saat = 67.50 kW
Reaksiyon havasını 120oC’a kadar ısıtabilmek için 67.50 kW kapasiteli bir ısıtıcı bataryaya ihtiyaç vardır. Hava çıkış sıcaklığının yüksek olması nedeniyle böyle bir işlem için elektrikli ısıtıcı veya akışkan sıcaklığı 120oC’ın üzerinde olan, örneğin kızgın su veya buhar kullanan bir batarya gereklidir.
“A” şartlarındaki nemli hava adsorbsiyon tamburundan “B” şartlarında çıkacak ve mahalle üflenecektir. “C “ şartına kadar ısıtılmış hava ise tamburdaki nemi alacak, bu işlem esnasında adyabatik olarak soğuyacak, “D” şartlarında atmosfere egzost edilecektir. “A-B” prosesi ile alınan toplam nem miktarı ile “C-D” ile atmosfere egzost edilen nem miktarı birbirlerine eşittir. “A-B” ve “C-D” prosesleri teorik olarak adyabatiktir. Ancak uygulamada adsorbsiyonlu tamburun ısı taşınımını gerçekleştirmesi nedeniyle adyabatik uygulamadan küçük sapmalar meydana gelmektedir. Bunun için uygulamacılara, adsorbsiyonlu tambur üreticilerinin kataloglarına ve/veya seçim programlarına refere olmaları önerilir.
3.4. YÜZEY KONDANSASYONUNA ENGEL OLMAK İÇİN GEREKLİ İZOLASYON KALINLIĞI.
Nem oranı yüksek ve/veya dış hava sıcaklığı çok düşük yerlerde duvar ve pencerelerde yüzey kondansasyonu çok sık karşılaşılan bir sorundur. Buna mani olmak için bu satıhlara paralel sıcak hava üflenir. Bu uygulama bir çözümdür, ancak enerji sarf etmeden de bunun önlenmesi mümkündür. Bu da bir etüd gerektirir. Prosedürü şu şekilde özetleyebiliriz:
- Önce mahal şartları dikkate alınarak oda çiy noktası “DP” psikrometrik diyagram üzerinden belirlenir.
- Separasyonun (duvar, pencere, tavan vb.) satıh sıcaklığı hesap yoluyla bulunur. Bu sıcaklık oda çiy noktası “DP” ile karşılaştırılır. Eğer hesaplanan sıcaklık “DP”den düşükse satıh kondansasyonu oluşacaktır.
- Bu durumda duvar ısı iletim katsayısı izolasyon malzemeleri de dikkate alınarak yenilenir. Yeni hesaba göre satıh sıcaklığı tekrar hesaplanır. Bulunan sıcaklık “DP”den büyükse çalışma başarılı olarak neticelenmiştir. Eğer değilse izolasyon kalınlığı arttırılarak veya cinsi değiştirilerek tekrarlanır.
Problem:Oda şartlarımız 26oC, %65 rH, dış hava şartlarımız da -12oC (örneğin Ankara) olan bir mahalde dış duvar kalınlığı 50mm sıvasız beton perdedir. Kondansasyon olup olmayacağını, eğer oluşuyorsa gerekli izolasyon kalınlığını hesaplayın:
Psikrometrik diyagramdan 26oC, %65 rH oda şartları için doyma noktası “DP” 19,3oCKT olarak bulunur.
İkinci olarak beton perde duvarın ısı iletim katsayısını hesaplayalım:
K=Isı iletim katsayısı (W/oK.m2)
αiç=İç hava film katsayısı (23,50 W/oK.m2)
αdış=Dış hava film katsayısı (8,15 W/oK.m2)
δ = duvar kalınlığı (0,05 m)
λ = ısı iletkenliği (0,80 W/m.oK)
k = 1,64 …………( W/oK.m2)
Üçüncü olarak ısı denklemini kuralım. Denklem 1 metrekare yüzey alanı için yapıdığından denklem alan ölçüsü “F” bulunmayacaktır.
q1= k1(tiç-tdış)
q1= 1,64 x 38 =62,32 W/m2
Dördüncü olarak iç sathın sıcaklığını hesaplamak için ısı eşitlik denklemini kuralım.
q2= k2(tsatıh-tdış)
q1= q2
k1(tiç-tdış)= k2(tsatıh-tdış)
62,32= k2(tsatıh-tdış)
Beşinci olarak “k2” diye adlandırdığımız, iç hava filmini dikkate almayan ısı iletim katsayısını hesaplayalım.
Bulduğumuz bu değeri ısı eşitliği denklemindeki yerine koyarak satıh sıcaklığını bulalım.
k1(tiç-tdış)= k2(tsatıh-tdış)
62,32= 2,05 (tsatıh+12)
tsatıh= +18,4 < 19,3oC
Bulduğumuz bu sonuca göre satıhta terleme olacaktır. Terlemeye mani olmak için iç sathı poliüretanla izole edeceğimizi kabul edelim ve izolasyon kalınlığını hesaplayalım.
Bu formülde ,
δ = izolasyon kalınlığı (X m)
λ = ısı iletkenliği (0,03 W/m.oK)
k1(tiç-tdış)= k2(tsatıh-tdış)
k1(26+12)= k2(19,3+12)
38k1= 31,3k2
X= 0,0025m (≃30mm) izolasyon kalınlığı bulunur.
Aynı işlemi pencereler ve vitrin camlar için de yapabiliriz