ISITMA, SOĞUTMA, HAVALANDIRMA SİSTEMLERİ VE ENERJİ VERİMLİLİĞİ

Transkript

1 ISITMA, SOĞUTMA, HAVALANDIRMA SİSTEMLERİ VE ENERJİ VERİMLİLİĞİ MARGEM ENERJİ MÜHENDİSLİK LTD. ŞTİ. Yalım Atalay Mak. Yük. Mühendisi

2 TEMEL SOĞUTMA

3 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.

4 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

5 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 tasarruf Oda sıcaklığı 21 C olursa % 12 tasarruf Oda sıcaklığı 20 C olursa % 18 tasarruf sağlanabilir.

6 Konfor Sıcaklık/Nem Aralığı

7 Hal Değişimi ve Basıncın Etkisi Maddenin hal değiştirebilmesi için üzerindeki ısıyı atması ya da ısı alması gerekir. Kaynama sıcaklığı 92C Buharlaşmanın hızı ise cisme verilen ısıyla doğru ve üzerindeki basınçla ters orantılıdır. Rakım : 2400m Kaynama sıcaklığı 100C Rakım : 0m

8 Kaynama Noktası 1 atm basınçta farklı kimyasal özelliklere sahip soğutucu akışkanların kaynama noktaları da farklıdır. Su 100 o C R-134a -26,0 o C R-22-41,0 o C R-407c -44,0 o C R-410A -51,5 o C Aynı soğutucu akışkanın farklı basınçlar altında kaynama noktasının da değiştiğini görmüştük. Bu mekanik soğutmanın temelini oluşturur.

9 Mekanik Soğutma EVAPORATÖR KOMPRESÖR KONDENSER Q Alçak basınç BASINÇ DÜŞÜRÜCÜ Yüksek basınç

10 Isı Pompası Soğutma Operasyonu LP HP İç Ünite Bataryası 4 yollu vana Yüksek basınç anah. Dış Ünite Bataryası

11 Isı Pompası Isıtma Operasyonu LP HP İç Ünite Bataryası 4 yollu vana Yüksek basınç anah. Dış Ünite Bataryası

12 Mekanik Soğutma Elemanları Elektrik Tüketimi! Elektrik Tüketimi!

13 Mekanik Soğutma Enerji Verimliliği Atmosfere atılan ısı Pe2: Fan motoru için harcanan elektrik enerjisi Pe1: Kompresör için harcanan elektrik enerjisi COP= Q s (Watt) P e (Watt) Pe3: Fan motoru için harcanan elektrik enerjisi Qs: Ortamdan çekilen ısı COP : Coefficient Of Performance) P e = P e1 + P e2 + P e3 EER : Energy Efficiency Ratio

14 İç Yüklerin Değişimi Soğutma ve ısıtma yükleri

15 Mevsimsel Enerji Verim Oranı Yılın aylarına göre dış hava sıcaklığı değişimi Tasarım Şartı

16 Mevsimsel Enerji Verim Oranı Günün saatlerine göre dış hava sıcaklığı değişimi 24 Tasarım Şartı Outdoor temp (C) Time (C)

17 Mevsimsel Enerji Verim Oranı Bina konumuna Göre Oda Yüklerinin Değişimi

18 Mevsimsel Enerji Verim Oranı İnsan Davranışlarına göre oda yüklerinin değişimi

19 Mevsimsel Enerji Verim Oranı MEVSİMSEL ENERJİ VERİM ORANI FORMÜLÜ

20 İKLİMLENDİRME SİSTEMLERİ

21 Seçilecek Sistemden Beklentiler KONFOR o Sıcaklık Kontrolü o Nem Kontrolü İÇ HAVA KALİTESİ o Gerekli olan taze havanın sağlanması o Zararlı gazların uzaklaştırılması o Zararlı partiküllerin uzaklaştırılması KESİNTİSİZ ÇALIŞMA o İklimsel Uyum o Arızasız çalışma BAKIM VE İŞLETME KOLAYLIĞI o Cihaz ile ilgili o Yan ekipmanlar ile ilgili ÇEVRESEL ETKİ

22 Sistem Seçim Kriterleri 1. 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

23 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.

24 Ticari Alanlarda Kullanım KONFOR TAZE HAVA İHTİYACI İŞLETME MALİYETİ KESİNTİSİZ ÇALIŞMA BAKIM VE İŞLETME KOLAYLIĞI DEĞİŞKEN YÜKLERE HIZLI TEPKİ

25 Yüksek Binalarda Kullanım İLK YATIRIM MALİYETİ o Cihaz yatırımı o Yapıya etkisi YER İHTİYACI KONFOR KESİNTİSİZ ÇALIŞMA BAKIM VE İŞLETME KOLAYLIĞI HIZLI TEPKİ

26 Hastanelerde Kullanım HİJYEN KONFOR KESİNTİSİZ ÇALIŞMA BAKIM VE İŞLETME KOLAYLIĞI

27 Otellerde Kullanım KONFOR YATIRIM VE İŞLETME MALİYETİ KURULACAK TOPLAM KAPASİTE KESİNTİSİZ ÇALIŞMA BAKIM VE İŞLETME KOLAYLIĞI ÇEVRESEL ETKİ ÇEVRESEL KAYNAKLARIN KULLANIMI

28 Kullanım Şekline Göre Kullanım Şekline Göre Merkezi Bağımsız Konutlar Alışveriş Merkezleri İmalat Ofisler Havaalanları Konutlar Küçük İşyerleri Tek noktadan birden fazla zonun soğutulma ya da ısıtılmasının yapıldığı sistemleridir. Tek bir zonun soğutulması ya da ısıtılması için tasarlanan sistemlerdir.

29 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.

30 TAM HAVALI SİSTEMLER

31 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.

32 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.

33 Avantaj ve Dezavantajları Avantajları: 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.

34 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.

35 Klima Santralleri Karışımsız Klima Santralı Enerji Ekonomisi: Doğru fan Doğru serpantin Doğru su rejimi Sızdırmazlık Termal izolasyon

36 Klima Santralleri Karışımlı Klima Santralı Enerji Ekonomisi: Buna ek olarak doğru taze hava oranı

37 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.

38 Karışım Havası

39 Q=m a (h ç h g ) m k h k = m o h o + m d h d h=c p t m k t k = m o t o + m d t d Karışım Etkisi t d t k t o t ç

40 Karışım Etkisi t ç t o t k t d

41 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.

42 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 mss Soğutma Serpantinlerinde serpantin yüzeylerinde hava geçiş hızı: 2~6 m/s, su tarafı basınç kaybı 4 mss alınarak; ısıl verimi maksimum seviyeye çıkması sağlanır.

43 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.

44 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.

45 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.

46 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..

47 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 zorlukları seçim yapılmasında azami dikkat gerektirir. Diğer yandan da soğutma (chiller) ve ısıtma (kazan) kurulu kapasitesi ile pompa boyutunu düşürür. Kazanılan enerjinin getirisi ile ilk yatırım ve işletme gider dengesine iyi bakılmalıdır. Unutulmaması gereken bir kere kuruldukları ve iyi işletildikleri sürece sürekli enerji ekonomisi sağlayacağıdır. Plakalı, bataryalı ve tamburlu temel tiplerinde ısı geri kazanım üniteleri yaygın olarak kullanılır.

48 Serpantinli Isı Geri Kazanım Üniteleri Serpantinli ısı geri kazanımında mahalden emilen hava bir batarya üzerinden geçirilir ve batarya içinde yer alan glikollü su ısıtılarak üfleme sistemi üzerinde yer alan diğer bataryaya gönderilir, batarya içerisinde yer alan ısınmış su taze havayı ısıtarak ısıtma serpantin kapasitesini azaltır. Bu yöntem en ucuz maliyeti olan yöntem olup verimi %30-%50 arasındadır. Bu sistemin amortismanı hesaplanırken bataryaların yaratacağı ilave basınç ve iki batarya arasında yer alan pompanın çekeceği güç de hesaba katılmalıdır. Kontrol 3 yollu vana ile yapılır. üfleme Pompa Emiş

49 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 hava by-passı ile yapılır.

50 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 önüne gelerek ısınması, ardından da ısınan yüzeyin taze havanın önüne gelerek taze havayı ısıtması prensibi ile çalışır. Amortisman hesabında ilave basınç kaybı ve tamburu döndürmek için harcanan elektrik enerjisi hesaba katılmalıdır. Kontrol tambur hızı ile yapılır.

51 SULU SİSTEMLER

52 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.

53 Sulu Sistemler Fan coil seçiminde, öncelikle seçilen fan coil cihazının mahallin duyulur soğutma kapasitesini, ardından toplam soğutma kapasitesini karşılaması sağlanır, sonuç olarak da ısıtma kapasitesini karşılayıp karşılamadığı kontrol edilir. Bütün bu değerleri karşılayan fan coil cihazının ses seviyesi kontrol edilmelidir. Fan coil cihazları mahallin içerisinde bulunduklarından dolayı ses seviyeleri çok önemlidir. İnsanların konfor şartlarını bozmayacak düzeyde bir ses seviyesine haiz cihaz seçilmelidir.

54 Fan Coil Yapısı kontrol serpantin Fan

55 2 Borulu FCU Cihazları FAN COİL CİHAZLARI SİRKÜLASYON POMPASI SOĞUK SU ÜRETİCİSİ SICAK SU KAZANI

56 4 Borulu FCU Cihazları SİRKÜLASYON POMPASI SOĞUK SU ÜRETİCİSİ SİRKÜLASYON POMPASI SICAK SU KAZANI

57 SU SOĞUTMA GRUPLARI

58 Su Soğutma Grupları Klima sistemlerinde soğutma yapabilmek için gerekli olan soğuk suyu üreten cihazlara su soğutma grupları denir. Su soğutma grupları kompresör, evaporatör, kondenser ve genleşme vanası adı verilen dört ana ekipmandan oluşur. Su soğutma grupları kondenser yapısına, kompresör motor yapısına ve kompresör tipine göre ayrılırlar.

59 Su Soğutma Grupları Hava soğutmalı kondenserli gruplar soğutucu akışkanın hava ile yoğuşturulduğu gruplardır. Bu tip grupların kondenserleri hava ile soğutulduğu için cihazlar bina dışarısına konulmalıdır. Soğutma kapasiteleri kcal/h den kcal/h e kadar olabilir. Su soğutmalı kondenserli gruplar soğutucu akışkanın su ile yoğuşturulduğu gruplardır. Bu tip grupların kondenserleri su ile soğutulduğu için cihazlar bina içerisine konulmalı ve bir su soğutma kulesi ile birlikte çalışmalıdırlar. Soğutma kapasiteleri kcal/h den kcal/h e kadar olabilir.

60 Chiller Kompresör Tipleri Pistonlu (1.000 kw a kadar) Vidalı ( kw arası) Santrifüj ( kw a kadar) Scroll (100 kw a kadar)

61 Free Cooling

62 Soğutucu Akışkanlar Soğutma gruplarında içlerinde klor atomu bulundurmayan HFC bazlı (içerisinde hidrojen, flor ve karbon bulunan akışkanlar) R134a, R407c ve R410a olarak bilinen akışkanlar kullanılır. CFC bazlı (içerisinde klor, flor ve karbon bulunan akışkanlar) R11 ve R12 olarak bilinen akışkanlar bütün gelişmiş dünya ülkeleri ile birlikte ülkemizde de 1996 yılından itibaren yasaklanmıştır. Küçük kapasiteli gruplarda scroll ve pistonlu kompresörlü gruplarda R407c, orta ve büyük kapasiteli vidalı ve santrifüj kompresörlü gruplarda ise R134a akışkanı kullanımı en iyi çözümü vermektedir. R410a akışkanı ise yüksek basınçlı olduğu için şimdilik split ve paket klima sistemleri ile çok küçük kapasiteli gruplarda tercih edilmektedir.

63 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

64 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

65 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

66 Soğutucu Akışkanlar R410a 2 element R32+R125 Düşük zeotrope (<1K) Yüksek Basinc (+50%) Çok iyi performans GELECEĞİN SOĞUTUCU AKIŞKANI

67 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.

68 TEŞEKKÜR EDERİZ