isitma, soĞutma, havalandirma sİstemlerİ sİstemlerİ ve enerjİ verİmlİl İĞİ margem enerjİ...

ISITMA, SOĞUTMA, HAVALANDIRMA SİSTEMLERİ VE ENERJİ VERİMLİLİĞİ

MARGEM ENERJİ MÜHENDİSLİK LTD. ŞTİ.

Yalım AtalayMak. Yük. Mühendisi

TEMEL SOĞUTMA

Margem Enerji Mühendislik A.Ş., Yalım Atalay

Sıcak ve Soğuk Kavramı

• Sıcak ve soğuk kavramı tamamen görecelidir ve tanımlanan nesnenin referans nesnesine göre ne kadar ısı içerdiğine göre değerlendirilir.

• Dolayısıyla referans noktalarının doğru belirlenmesi enerji ekonomisi için ilk adımdır.


Isı Transferi

• Isı enerjisi, farklı sıcaklıklardaki iki cisim arasında yüksek sıcaklıktaki cisimden alçak sıcaklıktaki cisime doğru taşınım, iletim ve ışınım yollarıyla aktarılır. Cisimlerin sıcaklıkları arasındaki fark ne kadar fazlaysa akış da o kadar fazla olacaktır.

Kondüksiyon Konveksiyon Radyasyon


Isı Transferi• Oda sıcaklığını 1°C arttırmak için yaklaşık % 6 oranında daha

fazla yakıt gerekmektedir.

Oda sıcaklığı 23 °C iken ısı kaybı 100 ise;Oda sıcaklığı 22 °C olursa % 6 tasarrufOda sıcaklığı 21 °C olursa % 12 tasarruf Oda sıcaklığı 20 °C olursa % 18 tasarruf sağlanabilir.


Konfor Sıcaklık/Nem Aralığı


Hal Değişimi ve Basıncın Etkisi

• Maddenin hal değiştirebilmesi için üzerindeki ısıyı atması ya da ısı alması gerekir.

• Buharlaşmanın hızı isecisme verilen ısıyla doğru ve üzerindeki basınçla ters orantılıdır.

Kaynama sıcaklığı 92C

Rakım : 2400m

Kaynama sıcaklığı 100CRakım : 0m


Kaynama Noktası1 atm basınçta farklı kimyasal özelliklere sahip soğutucu

akışkanların kaynama noktaları da farklıdır. • Su 100 oC• R-134a -26,0 oC• R-22 -41,0 oC• R-407c -44,0 oC• R-410A -51,5 oC

Aynı soğutucu akışkanın farklı basınçlar altında kaynama noktasının da değiştiğini görmüştük. Bu mekanik soğutmanın

temelini oluşturur.


Mekanik Soğutma

EVAPORATÖR KOMPRESÖR KONDENSER

BASINÇ DÜŞÜRÜCÜAlçak basınç Yüksek basınç

Q


Isı Pompası

Dış Ünite Bataryasıİç Ünite Bataryası4 yollu vana

LPHP

Yüksek basınç anah.

Soğutma Operasyonu


Isı Pompası

4 yollu vana

LPHP

Yüksek basınç anah.

Dış Ünite Bataryasıİç Ünite Bataryası

Isıtma Operasyonu


Mekanik Soğutma Elemanları

Elektrik Tüketimi !

Elektrik Tüketimi !


Mekanik Soğutma Enerji Verimliliği

Qs: Ortamdan çekilen ısı

Atmosfere atılan ısı

Pe2: Fan motoruiçin harcanan elektrik enerjisi

Pe3: Fan motoruiçin harcanan elektrik enerjisi

Pe1: Kompresör için harcanan elektrik enerjisi

COP=Qs (Watt)

Pe (Watt)

Pe = Pe1 + Pe2 + Pe3

COP : Coefficient Of Performance)

EER : Energy Efficiency Ratio


İç Yüklerin DeğişimiSoğutma ve ısıtma yükleri


Mevsimsel Enerji Verim OranıYılın aylarına göre dış hava sıcaklığı değişimi

Tasarım Şartı


Mevsimsel Enerji Verim Oranı

Günün saatlerine göre dış hava sıcaklığı değişimi

10

12

14

16

18

20

22

24

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Out

door

tem

p (C

)

Time (C)

Tasarım Şartı



Bina konumuna Göre Oda Yüklerinin Değişimi



İnsan Davranışlarına göre oda yüklerinin değişimi



MEVSİMSEL ENERJİ VERİM ORANI FORMÜLÜ

İKLİMLENDİRME SİSTEMLERİ


Seçilecek Sistemden Beklentiler KONFOR

o Sıcaklık Kontrolüo Nem Kontrolü

İÇ HAVA KALİTESİo Gerekli olan taze havanın sağlanmasıo Zararlı gazların uzaklaştırılmasıo Zararlı partiküllerin uzaklaştırılması

KESİNTİSİZ ÇALIŞMAo İklimsel Uyumo Arızasız çalışma

BAKIM VE İŞLETME KOLAYLIĞIo Cihaz ile ilgilio Yan ekipmanlar ile ilgili

ÇEVRESEL ETKİ


Sistem Seçim Kriterleri1. YAPININ KONUMU VE ŞEKLİ

2. YAPININ KULLANIM AMACI

3. ENERJİ MALİYETLERİ

4. İLK YATIRIM MALİYETİ

o Cihaz yatırımı

o Yapıya etkisi

5. İŞLETME MALİYETİ

o Cihazın ve yan ekipmanlar için

6. KURULACAK TOPLAM KAPASİTE

7. KONFOR İHTİYACI

o Sıcaklık, nem, hava hızı, ses

8. ÖZEL İHTİYAÇLAR

o Hijyen, güvenlik

9. KESİNTİSİZ ÇALIŞMA

o İklimsel uyum, arızasız çalışma

10. BAKIM VE İŞLETME KOLAYLIĞI

11. ÇEVRESEL ETKİ

12. YER İHTİYACI

13. ÇEVRESEL KAYNAK KULLANIMI


Konutlarda Kullanım

Küçük konutlarda temel amaç ısıtmak ve soğutmaktır, havalandırma doğal yollarla yapılabileceğinden yatırımı ve işletmesi ek maliyet getirecektir.

Özellikle ısıtmada kesintisiz çalışma temel beklentidir, bu yatırımcıyı ısıtma öncelikli konvansiyonel sistemlere yönlendirir.


Ticari Alanlarda Kullanım

KONFOR

TAZE HAVA İHTİYACI

İŞLETME MALİYETİ

KESİNTİSİZ ÇALIŞMA

BAKIM VE İŞLETME KOLAYLIĞI

DEĞİŞKEN YÜKLERE HIZLI TEPKİ


Yüksek Binalarda Kullanım

İLK YATIRIM MALİYETİo Cihaz yatırımıo Yapıya etkisi

YER İHTİYACI

KONFOR



HIZLI TEPKİ


Hastanelerde Kullanım

HİJYEN

KONFOR




Otellerde Kullanım

KONFOR

YATIRIM VE İŞLETME MALİYETİ

KURULACAK TOPLAM KAPASİTE



ÇEVRESEL ETKİ

ÇEVRESEL KAYNAKLARIN KULLANIMI


Kullanım Şekline Göre

Kullanım Şekline Göre

Merkezi

Konutlar Alışveriş Merkezleri İmalat Ofisler Havaalanları

Bağımsız

Konutlar Küçük İşyerleri

Tek noktadan birden fazla zonun soğutulma ya da ısıtılmasının yapıldığı sistemleridir.

Tek bir zonun soğutulması ya da ısıtılması için tasarlanan sistemlerdir.


Transfer Medyasına Göre

Soğutma sistemleri her zaman soğutmanın yapıldığı mekana konulamazlar, dolayısıyla soğutma prosesinin yapıldığı merkezle soğutma ihtiyacı olan mekan arasında soğuk (ya da sıcak) bir medyanın transfer edilmesi gerekir.

TAM HAVALI SİSTEMLER


Tam Havalı Sistemler

Soğutulan ya da ısıtılan hava klima santralında bir fan vasıtasıyla basınçlandırılarak hava kanalları içerisinden soğutma (ya da ısıtma) yapmak üzere ilgili zonlara gönderilir. Enerji tasarrufu için, kanal kaçaklarının minimize edilmesi, kanalların temiz tutulması ve kanal izolasyonunun iyi yapılması gereklidir.


VAV ve CAV Sistemler

Zon sıcaklık kontrolü için sabit sıcaklıktaki hava debisinin değiştirildiği VAV(Değişken Hava Debili) ve sabit debide hava sıcaklığının değiştirildiği CAV(Sabit Hava Debili) sistemler mevcuttur.


Avantaj ve DezavantajlarıAvantajları:1. Kirlenmiş iç havanın rahat atılarak, taze, kokusuz ve partiküllerden arındırılmış dış

havanın zonlara verilebilmesi.2. Bina içerisinden elektrik ve drenaj (su) boru bağlantıları geçmediği için hasar

bölgelerinin bulunması. 3. Zonlarda pozitif basınç sağlayarak kirletici partikül ve koku girişini engeller. 4. Dış hava sıcaklığının uygun olduğu dönemlerde dış hava ile soğutma ve ısıtma

imkanı vardır.

Dezavantajları:1. Havanın özgül ısısının düşük olması nedeniyle yeterli soğutma için gerekli olan

hava miktarı fazladır. Yeterli boyuttaki hava kanalları bina yapısına uygun olmayabilir.

2. Kanallarda hava balansının yapılması zordur. 3. Ana sistem arıza yaptığında yapının tamamında iklimlendirme durur.


Klima Santralleri

Aldığı havayı şartlandırarak kanallar vasıtasıyla ilgili mekanlara yollayan sistemlerdir. Klima santralleri tamamen ortam havası şartlandırabilecekleri gibi bu havayı taze dış havayla karıştırabilir hatta %100 taze dış hava ile çalışabilirler.

Klima santrallerinde havanın sıcaklığı, nemi, kalitesi ve basıncı rahatlıkla ayarlanabilir.


Klima Santralleri

Karışımsız Klima Santralı

Enerji Ekonomisi:• Doğru fan

• Doğru serpantin• Doğru su rejimi• Sızdırmazlık

• Termal izolasyon


Klima Santralleri

Karışımlı Klima Santralı

Enerji Ekonomisi:• Buna ek olarak doğru taze hava oranı


Santrallerde Isıtma ve Soğutma• Klima santralının havayı

ısıtabilmesi için gerekli olan enerji bir sıcak su kazanından gelen sudan, buhar kazanından gelen buhardan ya da elektrikli ısıtıcılardan alınabilir.

• Aynı şekilde soğutma için gerekli ısı transferi soğuk suya ya da bir soğutucu akışkana yapılır, bunun için bir soğuk su üreticisi (chiller) ya da DX kondenser gereklidir.


Karışım Havası


Karışım EtkisiQ=ma (hç – hg)

mk hk = mo ho + md hd

h=cp t

mk tk = mo to + md td

tktd to tç


Karışım Etkisi

tk tdtotç


Filtreler• Amaç ortam dönüş ve dış hava içerisinde

bulunan zararlı partiküllerin ortama üflenmesinin engellenmesidir.

• Filtre malzemesi olarak isteğe göre sentetik, cam elyaf, metal ve karbon filtre gibi seçenekler vardır.

• Filtrelenmesi istenen partiküllerin boyutuna göre çeşitli klasları vardır (G3, G4, F6, F7, F8, F9, H10, H11, H12, H13 ve H14 gibi) Filtrenin tutabileceği partiküllerin çapı küçüldükçe, filtre dokusu sıklaşır, dolayısıyla içinden hava geçmesi zorlaşır, ve bu ek enerji tüketimi demektir.

• Panel, torba , kaset ve hepa tipleri vardır.• Minimum enerji tüketimi için kullanım amacına

özel doğru tipin seçilmesi ve işletme esnasında sürekli temiz tutulması önemlidir.


Serpantinler• Isıtma ve soğutma için kullanılan serpantinler

genel olarak bakır boru, alüminyum kanatlı tipte üretilirler. Buharlı sistemlerde çelik boru, çelik kanatlı bataryalar kullanılmaktadır.

• Serpantinler, servis kolaylığı için kızaklar üzerine monte edilirler.

• Serpantin içinden uygun rejimde sıcak ve soğuk su geçirildiği gibi doğrudan genleşmeli sistemlerde soğutucu akışkanlarda kullanılmaktadır.

• Yoğuşan suyun ilerlemesini engellemek için hava atış tarafında damla tutucular kullanılır.

• Hem hava tem su tarafının doğru dizayn edilmesi, serpantin kanat temizliği enerji ekonomisi için şarttır.

Isıtma serpantin yüzeylerinde hava geçiş hızı: 3~8 m/s, Su tarafı basınç kaybı 2,5 mSSSoğutma Serpantinlerinde serpantin yüzeylerinde hava geçiş hızı: 2~6 m/s, su tarafı basınç kaybı 4 mSS alınarak; ısıl verimi maksimum seviyeye çıkması sağlanır.


Elektrikli Isıtıcılar• Ekonomik olmasa bile aşırı soğuk taze havanın

filtre ve serpantinlerde zarar vermesini engellemek üzere ön ısıtılmada ya da geleneksel ısıtma sistemlerinin kullanılma zorluğu olduğu yerlerde düşük kapasiteli ısıtma yapmak gibi farklı nedenlerle elektrikli ısıtıcı kullanılabilir.

• Elektrikli ısıtıcılar koruma sistemleri ile beraber monte edilirler.


Nemlendirme Elemanları• Amaç özellikle kış ısıtma periyodunda üfleme

havası bağıl neminin istenilen seviyeye (%40-60 RH) ulaştırmaktır.

• Farklı tiplerde buharlı nemlendiriciler vardır.

• Adyabatik buharlaştırmalı pedli tip.• Elektronik buharlı tip. • Elektronik ultrasonik tip.• Adiyabetik yıkayıcılı tip.

• Kullanım ve buhar ihtiyacına doğru karar vermek gerekir.

• Ucuz olmalarına rağmen bakteri oluşma riskinden dolayı sulu tipler tercih edilmemektedir.


Emiş ve Üfleme Fanları• Klima Santrallerinde kullanılan fanlar, çift emişli

radyal fanlardır. Ana seçim kriteri yenilmesi gereken; emiş ve üfleme tarafı dış statik basınçları ile santral iç elemanlarının oluşturduğu iç statik basınçlardır. Doğru seçilmemiş bir fan yüksek enerji tüketimine ve ses oluşumuna neden olur.

• Santrallerde, alçak basınçlı cihazlarda ileri eğik sık kanatlı fanlar, yüksek basınçlı cihazlarda geriye eğik seyrek kanatlar fanlar kullanılır. Fanlar servis kolaylığı açısından kızaklar üzerinde monte edilir.

• Kıvılcım çıkartmayan ya da yüksek sıcaklığa dayanıklı tipleri de mevcuttur.

• Fan motoru bir kayış kasnak sistemi ya da direkt olarak fana bağlanabilir.

• Değişken devirli fan motorları yaygınlaşmaktadır.


Susturucular• Yüksek hızlı havanın çıkardığı sesin zonlara

taşınmasını engeller, bunun bedeli ise klima santralı fanlarına ek yük getirmesidir.

• Bu nedenle izin verilen ses sınırlarının iyi belirlenmesi ve buna uygun susturucu seçilmesi esas olmalıdır.

• Üfleme fanından sonra konulan susturucular ile fan arasında havanın jet yapmasını önlemek için susturucudan önce için difüzör plakası konulmalıdır.

• Susturucu malzemesi cam yünü olmalıdır ve hava ile birlikte sürüklenmesini önlemek için üzerleri tül ile kaplanmalıdır. .


Isı Geri Kazanım Üniteleri• Amaç atık ısının kullanılmasıdır. Özellikle ısıtma

sistemlerinde amortisman süreleri düşüktür.• İlk yatırım maliyetlerinin yüksek olması, santral

fanlarına ek yük getirmesi ve işletme zorluklarıseçim yapılmasında azami dikkat gerektirir. Diğeryandan da soğutma (chiller) ve ısıtma (kazan)kurulu kapasitesi ile pompa boyutunu düşürür.

• Kazanılan enerjinin getirisi ile ilk yatırım ve işletmegider dengesine iyi bakılmalıdır. Unutulmamasıgereken bir kere kuruldukları ve iyi işletildiklerisürece sürekli enerji ekonomisi sağlayacağıdır.

• Plakalı, bataryalı ve tamburlu temel tiplerinde ısıgeri kazanım üniteleri yaygın olarak kullanılır.


Serpantinli Isı Geri Kazanım Üniteleri• Serpantinli ısı geri kazanımında mahalden emilen

hava bir batarya üzerinden geçirilir ve batarya içindeyer alan glikollü su ısıtılarak üfleme sistemi üzerindeyer alan diğer bataryaya gönderilir, bataryaiçerisinde yer alan ısınmış su taze havayı ısıtarakısıtma serpantin kapasitesini azaltır. Bu yöntem enucuz maliyeti olan yöntem olup verimi %30-%50arasındadır. Bu sistemin amortismanı hesaplanırkenbataryaların yaratacağı ilave basınç ve iki bataryaarasında yer alan pompanın çekeceği güç de hesabakatılmalıdır. Kontrol 3 yollu vana ile yapılır.

üfleme

Emiş

Pompa


Plakalı Isı Geri Kazanım Üniteleri• Plakalı ısı geri kazanımında dönüş havası plakalı ısı eşanjörünün bir tarafından, taze

hava da diğer tarafından geçirilerek taze hava dönüş havasından alacağı enerji ile ısıtılır.Maliyeti bataryalıya göre daha yüksek olup verimi %50 ile %70 arasında olabilir.Amortisman hesabında getireceği ilave basınç hesaba katılmalıdır. Kontrol taze havaby-passı ile yapılır.


Tamburlu Isı Geri Kazanım Üniteleri• Tamburlu sistem en yüksek verime sahip olup %60 ile %80 arasında verime ulaşılabilir.

İlk yatırımı en pahalı sistemdir. Dönen bir tamburun öncelikle dönüş havasının önünegelerek ısınması, ardından da ısınan yüzeyin taze havanın önüne gelerek taze havayıısıtması prensibi ile çalışır. Amortisman hesabında ilave basınç kaybı ve tamburudöndürmek için harcanan elektrik enerjisi hesaba katılmalıdır. Kontrol tambur hızı ileyapılır.

SULU SİSTEMLER


Sulu Sistemler

Soğutulan ya da ısıtılan su chiller/kazan’dan bir pompa vasıtasıyla basınçlandırılarak su boruları içerisinden soğutma (ya da ısıtma) yapmak üzere ilgili mekanlara gönderilir. Su borularının uygulanması kanallara göre daha basit ve daha düşük maliyetlidir. Dezavantajı ise su kaçaklarında bina konstrüksiyonuna zarar verilebilmesidir. Enerji tasarrufu için boru izolasyonlarının iyi yapılması , pompaların doğru seçilmesi gereklidir.


Sulu Sistemler

Fan coil seçiminde, öncelikle seçilen fan coil cihazının mahallin duyulur soğutmakapasitesini, ardından toplam soğutma kapasitesini karşılaması sağlanır, sonuçolarak da ısıtma kapasitesini karşılayıp karşılamadığı kontrol edilir.

Bütün bu değerleri karşılayan fan coil cihazının ses seviyesi kontrol edilmelidir. Fancoil cihazları mahallin içerisinde bulunduklarından dolayı ses seviyeleri çokönemlidir. İnsanların konfor şartlarını bozmayacak düzeyde bir ses seviyesine haizcihaz seçilmelidir.


Fan Coil Yapısıkontrol

serpantin

Fan


2 Borulu FCU Cihazları

FAN COİL CİHAZLARI

SICAK SU KAZANI

SOĞUK SU ÜRETİCİSİ

SİRKÜLASYON POMPASI


4 Borulu FCU Cihazları

SICAK SU KAZANI

SOĞUK SU ÜRETİCİSİ



SU SOĞUTMA GRUPLARI


Su Soğutma Grupları

Klima sistemlerinde soğutma yapabilmek için gerekli olan soğuk suyu üretencihazlara su soğutma grupları denir.

Su soğutma grupları kompresör, evaporatör, kondenser ve genleşme vanası adıverilen dört ana ekipmandan oluşur.

Su soğutma grupları kondenser yapısına, kompresör motor yapısına ve kompresörtipine göre ayrılırlar.


Su Soğutma GruplarıHava soğutmalı kondenserli gruplar soğutucu akışkanın hava ile yoğuşturulduğu gruplardır. Bu tipgrupların kondenserleri hava ile soğutulduğu için cihazlar bina dışarısına konulmalıdır. Soğutmakapasiteleri 4.000 kcal/h’den 1.250.000 kcal/h’e kadar olabilir.

Su soğutmalı kondenserli gruplar soğutucu akışkanın su ile yoğuşturulduğu gruplardır. Bu tipgrupların kondenserleri su ile soğutulduğu için cihazlar bina içerisine konulmalı ve bir su soğutmakulesi ile birlikte çalışmalıdırlar. Soğutma kapasiteleri 4.000 kcal/h’den 5.000.000 kcal/h’e kadarolabilir.


Chiller Kompresör Tipleri

Pistonlu (1.000 kW’a kadar) Vidalı (350 – 1.000 kW arası)

Scroll (100 kW’a kadar)Santrifüj (35.000 kW’a kadar)


Free Cooling


Soğutucu Akışkanlar

Soğutma gruplarında içlerinde klor atomu bulundurmayan HFC bazlı (içerisindehidrojen, flor ve karbon bulunan akışkanlar) R134a, R407c ve R410a olarak bilinenakışkanlar kullanılır.

CFC bazlı (içerisinde klor, flor ve karbon bulunan akışkanlar) R11 ve R12 olarak bilinenakışkanlar bütün gelişmiş dünya ülkeleri ile birlikte ülkemizde de 1996 yılından itibarenyasaklanmıştır.

Küçük kapasiteli gruplarda scroll ve pistonlu kompresörlü gruplarda R407c, orta vebüyük kapasiteli vidalı ve santrifüj kompresörlü gruplarda ise R134a akışkanı kullanımıen iyi çözümü vermektedir. R410a akışkanı ise yüksek basınçlı olduğu için şimdilik splitve paket klima sistemleri ile çok küçük kapasiteli gruplarda tercih edilmektedir.


Soğutucu Akışkanlar• R134a

– Klorsuz, yanıcı olmayan, zehirsiz

– Mevcut, (Santrifujlerde,Otomotivde,evsel uygulamalarda)

– Kullanımı kolay : azeotrope

– Verimi R22’ye yakın

– Soğutma Kapasitesi -35% / R22 (Yüksek Maliyet)

– EN GÜVENİLİR SOĞUTUCU AKIŞKAN


Soğutucu Akışkanlar• R407c

– 3 element :R32,R125,R134a

– Zeotrope (+/- 6K)

• Ayarlaması hassas

– Yükleme, kaçak problemi var

– Soğutma kapasitesi ve verimi R22’ye yakın

• ORTA DÜZEYLİ SOĞUTUCU AKIŞKAN



– Klorsuz, yanıcı olmayan, zehirsiz

– Mevcut, (Santrifujlerde,Otomotivde,evsel uygulamalarda)

– Kullanımı kolay : azeotrope

– Verimi R22’ye yakın

– Soğutma Kapasitesi -35% / R22 (Yüksek Maliyet)

– EN GÜVENİLİR SOĞUTUCU AKIŞKAN



– 2 element R32+R125

– Düşük zeotrope (<1K)

– Yüksek Basinc (+50%)

– Çok iyi performans

– GELECEĞİN SOĞUTUCU AKIŞKANI


Doğrudan Genleşmeli Sistemler

Soğutma ünitesinde şartlandırılan soğutucu akışkan (R22, R134a, R407c, R410a vb) bakır borulardan soğutma yapılacak mekana transfer edilir. Sulu sistemlere göre çok daha ince borular kullanıldığından daha az yer kaplarlar ve ısıtma soğutma tepki süreleri daha hızlıdır. Enerji ekonomisi için borulama güzergahının ve borulama izolasyonlarına dikkat edilmelidir.


TEŞEKKÜR EDERİZ

isitma, soĞutma, havalandirma sİstemlerİ sİstemlerİ ve enerjİ verİmlİl İĞİ margem enerjİ...

Documents