VII. BÖLÜM SO UTULMUfi SU DEVRELER

Transkript

1 VII. BÖLÜM SO UTULMUfi SU DEVRELER 7.1. SO UTULMUfi SU DEVRELER NDE BASINÇ Bir yüksek binan n boru sisteminin tasar mda önemli bir rolü, binan n yüksekli inin yaratt hidrostatik bas nç oynar. Hidrostatik bas nç sadece boru, vana ve bunlar n fittingslerini de il, binadaki tesisat ekipmanlar n da etkiler. Binadaki hidrolik sistemin (sulu so utma sisteminin) etkilenen ekipmanlar ; - Su so utma gruplar - So utulmufl su pompa gövdeleri - Havaland rma cihaz içindeki so utma bataryalar - Kazanlar ve di er s de ifltiriciler - Fan coiller veya zon s t c lar - Boru, vana ve fittingsler - Di er cihazlar ile ilgili benzer serpantinler - Kondenserler ve ekipmanlar - Pompalar vb Binan n yüksekli inden dolay meydana gelen hidrostatik bas nc n yan nda, bir de pompalar taraf ndan yarat lan dinamik bas nç vard r. Dinamik bas nç binadaki tüm elemanlar n çal flma bas nc n belirlemek için statik bas nca eklenmelidir. Pompadaki dinamik bas nc oluflturan faktörler: - Boru ve ilgili vana ve fittingslerdeki sürtünme kayb, - En uzaktaki s de ifltiricinin bas nç kayb (Bu, ekipman n kontrol vanas ndaki bas nç düflümünü ve ekipman n kendi sürtünme kayb veya bas nç düflümünü de kapsar.), - lave bas nç (emniyet katsay s ). Binan n çeflitli yüksekliklerinde binan n boru tesisat na ba l olan boru ve ekipmanlar n iflletme bas nçlar n n belirlenmesi gereklidir. Bunu yapman n yolu seçilen noktadaki hidrostatik bas nç yüksekli inin o noktada pompa taraf ndan üretilen dinamik bas nç yüksekli ine eklenmesidir. Düflünülen dinamik basma yüksekli i, pompan n tam h zda maksimumda veya buna yak n bir noktada yaratt basma yüksekli idir. De iflken debili pompalar kullan lsa bile pompalar maksimum basma yüksekli inde tam h zda çal flt rmak mümkündür, bu geçerlidir SO UTULMUfi SU POMPALARI VE DEVRELER (fiekil 7.1) Her projede so utulmufl su borulamas, tasar mc deneyimin bir fonksiyonu olarak, projenin yap ld bölgede geliflmifl pratikler ve projenin ihtiyac na ba l olarak alternatif yaklafl mlar ile de erlendirilir. Yüksek yap - larda temelde iki alternatif yaklafl m vard r. Bu her iki temel alternatif de tasar mc taraf ndan temel prensipler ayn kalmak kayd ile çeflitlendirilebilir PR MER POMPALI S STEMLER Bu sistemde pompalar, çiller de so utulmufl olan suyu so utma bataryalar na ve di er so utulmufl su ihtiyac gösteren s de ifltiricilere gönderir. fiekil 7.2 de 3 adet su so utma grubu görülmektedir. Her bir grup bina yükünün 1/3 ünü karfl lamaktad r. Bir çok projede ise her biri yükün %50 sini karfl - layan iki adet su so utma grubu kullan lmaktad r (fiekil 7.3). Ancak 4. su so utma grubunun da konulmas çok seyrek de ildir. Bu durumda iki grup 1/3, 1/3 karfl larken, di er iki grup 1/6, 1/6 karfl lamaktad r (fiekil 7.4). Bu flekilde örne in gece bir bilgi ifllem odas gibi küçük yüklerde sistem daha verimli çal fl r. Bir binada kullan lacak cihaz say s, o binan n k smi yüklere ihtiyac olaca hafta sonu ve gece çal flmalar ndaki ihtiyaçlar da dikkate al narak tasar mc taraf ndan belirlenmelidir. Firmalar n servis verme ve yedek parça tedarik etme imkanlar n n iyi oldu u yerlerde yedek bir su so utma grubu bulundurmak çok gerekli de ildir. Dünya üzerinde servis ve yedek parçaya kolay ulafl lamayan bölgelerde, pratikte bir adet yedek cihaz ve belirli bir yedek parça stoku bulundurulmas önemlidir. fiekil 7.2 de 3 grup yan nda, 4 adet so utulmufl su pompas da görülmektedir. Her bir pompa çillerlerden geçecek su debisine göre boyutland r lmal d r. E er projede, birçok projede oldu u gibi, so utulmufl su debisi kontrolü s transfer cihazlar nda (klima santral serpantini, fan coil, vb) iki yollu vanalar ile yap l yorsa, pompalanan so utulmufl su miktar binan n yüküyle birlikte de iflecektir. Bu durumda pompalar de iflken debili olarak ve frekans konvertörü ihtiyaç gösterecektir. Serpantin girifllerinde iki yollu oransal vanalar kullan l yorsa bir by pass hatt na ihtiyaç vard r. Bu projede hem pompalar, hem de çillerler tesisatta paralel ba lanm flt r. Böylece herhangi bir çiller, herhangi bir pompa ar za yapt nda yedek pompa ile çal flacakt r. Sisteme yedek pompa konulmas, pompalar zaman zaman ar za ya da bak m veya tamir için devre d fl kald klar nda yararl olacakt r. Burada gösterilmese de so utma cihazlar n n kondenser taraflar nda da benzer flekilde 3 cihaz için 4 adet pompa konulmufltur ve herhangi bir pompa herhangi bir su so utma grubu ile çal flabilmektedir. Bu kondenser pompalar nda yüke ba l olarak debi de iflimi olmad ndan de iflken frekansl konvertörlere ihtiyaç olmayacakt r. 285

2 286 fiekil 7.1. SO UTMA KULES DEVRES

3 PR MER VEYA SEKONDER POMPALI S STEMLER Primer pompal sistemlerde, her çiller kendine ait sabit h z ve sabit debili bir pompa ile çal flmaktad r. Çillerler ve pompalar paralel ba lan p araya fiekil 7.2 deki gibi yedek pompa konulabilir. fiekil 7.5 te görülen de iflken devirli sekonder pompalar suyu havaland rma ve so utma cihazlar n n (klima santral, fan coil, vb) so utma bataryalar na ve projede ihtiyaç duyulan di er s transfer ekipmanlar na götürmektedir. Bu uygulamada her çillerden geçen debi sabit olup, so utma bataryalar ve di er s transfer ekipmanlar ndaki kontrol vanalar, ihtiyaç azald nda so utulmufl su debisini k sacaklard r. Birçok çiller üreticisi, çillerin so utma taraf nda genellikle yaklafl k maksimumda 3 m/s, minimumda ise 1 m/s h zla ak fl olmas n ister. fiekil 7.3 teki borulamada ak fl n sabit olmas garanti alt ndad r ve mümkün olabilecek ak fl problemleri elimine edilmifltir. fiekil 7.2 deki uygulamada, e er so utma kapasite kontrolü, her s transfer ekipmanlar nda iki yollu k sma vanalar ile yap l yorsa, bir by pass hatt na ihtiyaç vard r. fiekil 7.4 teki borulamada ak fl n sabit olmas garanti alt ndad r ve olas ak fl problemleri elimine edilmifltir. fiekil 7.5 te ise sekonder devre için by pass hatt na ihtiyaç vard r. Her durumda sistem düflük yüklerde s transfer ekipman n n istedi inden daha fazla su pompalayaca ndan, pompalanan fazla suyun geri dönebilmesi için by pass hatt gerekli olacakt r. Burada önemli bir konu primer ve sekonder pompalar n bas nçlar aras ndaki fark n fazla oldu u sistemlerde pompalar n birbirini etkilememesi için da- t m kolektörü bir denge kab gibi boyutland r lmal d r. Günümüzde daha çok de iflken debili pompalar kullan lmaktad r. Bu sayede debi yükle orant l olarak de iflmekte ve by pass ihtiyac ortadan kalkmaktad r. fiekil 7.2 ve 3 te by pass hatt gösterilmemifl olup, de iflken debili pompalar kullan ld nda ihtiyaç olmamaktad r. Önce çillerden geçen minimum su debisi garanti alt na al nmal d r. Primer ve sekonder devreli 4 borulu fan coil sistemleri, 3 yollu motorlu vana kontrollü (fiekil 7.7) veya 2 yollu motorlu vana kontrollü (fiekil 7.8) yap labilir SU SO UTMA GRUPLARININ YER N N ETK S Bir binada so utma makinelerinin, so utulmufl su ve kondenser suyu pompalar n n konaca yer konusunda al nacak karar, so utma ekipmanlar n n, pompalar n borulaman n, fittings ve vanalar n maliyetine etki edecektir. Su so utma gruplar, bodrumdan çat kat na kadar her kata konabilir. Su so utma gruplar - n n bir binada farkl seviyelere konmas ile ortaya ç kan etkiyi göstermek üzere, fiekil 7.9 da 70 katl 280 m yüksekli inde bir binada 3 ayr alternatif çiller yerlefltirme ihtimali gösterilmektedir. Bu alternatifler bodrum kat, bina ortas mekanik oda, çat mekanik odad r. Her üç alternatifte de binan n çat s nda olan genleflme tank, sistemin en üst noktas nda bulunan aç k bir tankt r. E er kapal bir genleflme tank kullan l rsa iflletme bas nc da dikkate al narak bir maksimum bas nç yarat lmal d r. Bir binan n herhangi bir noktas ndaki herhangi bir ekipman n ve vanas n n veya fittingsinin çal flma bas nc, o noktadaki suyun hidrostatik yüksekli i ile pompan n o noktada yaratt dinamik bas nc n toplam d r. Hidrostatik ve dinamik bas nçlar metre su sütun olarak belirlenir. Bunlar n toplam, referans al nan noktadaki toplam bas nç veya çal flma bas nc d r. Örne in fiekil 7.9 daki A çözümünde su so utma grubunun üzerindeki dikey su sütunun yüksekli i 280 m dir. Suyu çillerlere basan pompan n maksimum basma yüksekli i 40 m dir. Toplam bas nç bu iki bas nç toplam olan 320 m dir. Bu de ere kapal genleflme deposu kullan l yorsa genleflme deposunun üst bas nç fark da eklenmelidir. Büyük üreticilerin üretti i su so utma gruplar n n (kondenserlerinin de) standart çal flma bas nc 10 bar d r. Bu gruplar ilave maliyet ile 10 bar n üzerinde her türlü iflletme bas nc nda (örne in 16 bar) çal flabilecek flekilde imal edilebilir. Çal flma bas nc yükseldikçe ilave maliyet de artacakt r. HVAC tasar m mühendisinin görevi, su so utma grubunun so utma ve kondenser taraflar ndaki iflletme bas nc n hassas olarak belirlemek ve flartnameye koymakt r. Su so utma grubundaki çal flma bas nc, so utulmufl su pompas emifle de il de gidifl hatt na konarak düflürülebilir. E er bu yap l rsa, kalan pompa bas nc su so utma grubunda minimum de erdedir. Bu sonuçta su so utma grubunun maliyetinde azalma sa layabilir ama pompa gövdesindeki, flanfllar ndaki ve gidifl borular ndaki bas nc de ifltirmez. Bu bas nç hala statik ve dinamik bas nc n toplam d r SO UTULMUfi SU S STEMLER NDE BASINCIN AZALTILMASI Çal flma bas nc n n cihazlarda ve borularda artmas yla, boru, vana, fittings ve so utma ekipmanlar nda maliyetler artacakt r. So utma ekipmanlar - n n üzerine gelen bas nc n azalt lmas için, ekipmanlar n yerinin bodrum kat n n üzerindeki seviyelere ç kart lmas gerekir. Ancak bu boru, fittings 287

4 fiekil 7.2. PR MER POMPALI S STEMLER (HER Ç LLER TOPLAM YÜKÜN 1/3 ÜNÜ KARfiILIYOR) fiekil 7.3. PR MER POMPALI S STEMLER (HER Ç LLER TOPLAM YÜKÜN 1/2 S N KARfiILIYOR) 288

5 fiekil 7.4. PR MER POMPALI S STEMLER (TOPLAM 4 Ç LLERL S STEM) fiekil 7.5. PR MER VE SEKONDER POMPALI S STEMLER 289

6 290 ﬁekil 7.6. HAVA SO UTMALI SO UTMA GRUBU (So utma Kapasitesi: 430 kw)

7 fiekil 7.7. PR MER - SEKONDER DEVREL K BORULU FAN COIL S STEM (3 Yollu Motorlu Vana Kontrolü) (Soru: 3 yollu vanaya by pass vanas kullanmak ne kadar yararl?) 291

8 292 fiekil 7.8. PR MER - SEKONDER DEVREL DÖRT BORULU FAN COIL S STEM (2 Yollu Motorlu Vana Kontrolü)

9 ve vanalar n kullan ld klar her noktada karfl laflabilecekleri maksimum bas nc de ifltirmeyecektir. Bina içindeki su sistemlerinde bas nç zonlamas nda hedef kullan lacak yere göre belirlenmelidir: - Maksimum 6 bar - Maksimum 10 bar - Maksimum 16 bar Yine de plakal s eflanjörleri kullanarak so utulmufl su iflletme bas nc n hem ekipmanlarda hem de borularda azaltabiliriz. Bu sayede katlar kendi içinde ayr lm fl statik bas nç zonu haline gelecektir. Örne in düz plakal s eflanjörleri kullanarak tüm borular, vanalar, fittingsler ve s transfer ekipmanlar ndaki statik bas nc azaltabiliriz. Primer su s cakl ndan 1 C veya daha az farkla sekonder su s cakl elde etme imkan veren plakal eflanjörler sayesinde, ikincil da t m sistemlerinin kullan m, primer ve sekonder su s cakl aras ndaki fark n da 4,5 C ile s n rl oldu u borulu eflanjörlerin kullan ld dönemde olmayan, geliflmeye aç k bir opsiyon olarak kullan labilir. Su so utma gurubu zemin kat nda olan 280 m yüksekli inde bir binan n so utma suyu tesisat n fiekil 7.10 da görüldü ü gibi 3 ayr zona bölmek mümkündür. Her bir zon bina toplam yüksekli inin 1/3 ü kadar statik bas nç alt ndad r (93 m). Tüm pompalar so utma cihazlar n n ya da sekonder devre s de ifltiricilerin ç k fllar na yerlefltirilmifltir. fiekil 7.9. SU SO UTMA GRUPLARININ YER N N ETK S (70 Katl Bina) 293

10 Bunun sonucunda her zondaki maksimum bas nç, izin verilen maksimum bas nç olan 10 bar n alt nda gerçekleflmektedir. Sekonder sistemlerin olmad yerlerde, primer so- utulmufl su pompas n n basma yüksekli i istenilenden ba ms z olarak de iflmeyecektir, çünkü primer so utulmufl su pompas plakal eflanjörün bas nç kayb n da yenmek zorundad r. Buna ilaveten her sekonder s eflanjörüne pompalar ilave edilmifltir. Sonuçta iki ilave zonun sisteme eklenmesi ve so utma su s - cakl n n yükselmesi ile üst katlardaki sistemde dolaflan suyun debisi artacakt r. Bundan dolay bas nc n azalmas n n avantajlar olsa da, ekipman, vana, boru ve fittingslerdeki iflletme bas nc n düflürmek için kullan lan plakal eflanjörlerin ve ekipmanlar n n ilave kurulufl maliyeti ve iflletme maliyetinin, hatta sistemin verimlili inin çok iyi analiz edilmesi gerekir. Zonlama: Hidrolik sistemdeki bas nc azalmak için yap l r. Avantaj : Su so utma grubu, pompalar, vanalar, borular ve fittingsler daha düflük bas nçta seçilir. Dezavantaj : - Her zon için ilave pompalar eklenir. Pompalar plakal eflanjörlerin bas nçlar n da yenmek zorundad r ve ilave enerji tüketir. - Her ilave zonda su s cakl yükseltilmek zorundad r. Bunun sonunda klima santral, fan coil, vb cihazlar n kapasiteleri art r lmak zorundad r. - Pompalar da daha büyük debide seçilir. Kurulufl ve iflletme maliyeti artar. Yer kayb oluflur. Plakal s eflanjörlerinin kullan m ve so utma suyu sistemindeki yeri, alternatif uygulamalar n ilk yat r m 294 fiekil SO UTULMUfi SU S STEMLER NDE ZONLAMA - 3 ZONLU S STEM (70 Katl Bina) 3 zonlu, 2 plakal eflanjörlü bu sistem nadiren ekonomik olabilir.

11 maliyetlerini ve iflletme maliyetlerindeki de iflimleri içeren maliyet analizi aç s ndan önemlidir. fiekil 7.10 da gösterildi i gibi iki plakal eflanjör ve üç pompa grubundan oluflan sistem nadiren ekonomik olabilir ve bu nedenle nadiren tercih edilir. Genelde uygulanan borular, vanalar ve s transferi ekipmanlar n n maliyetlerini düflürecek flekilde tüm so utma suyu sisteminin bas nc n belli de- erde düflürecek tek bir eflanjörün kullan lmas d r (fiekil 7.11). Kondenser su borulamas genellikle tek bir flaftta minimum dirsek ile (veya dirseksiz olarak) ve çok az fittings ile ba land ndan, su so utma grubunun kondenser taraf nda iflletme bas nc nda düflme elde etmek için plakal eflanjör kullan m genelde düflünülmez. Su so utma gruplar n n en üst seviyeye (çat kat na) montaj binan n statik yap s aç s ndan sorun de ilse daha uygun çözüm olabilir. Bu durumda so utma grubu (çiller ve kondenser) afl r bas nç alt nda kalmayaca için özel imalat ihtiyac olmaz ve sat n alma maliyeti artmaz. Ayr ca so utulmufl suyun düfley yönde afla ya do ru gönderilmesi de do al sirkülasyon içinde avantaj olacak, bas nç kay plar azalacakt r. Sonuç olarak: Zon say s konusu çok iyi analiz edilmelidir. Kurulufl ve iflletme maliyetleri birlikte irdelenmelidir. Kondenser su borulamas genellikle tek bir flaftta minimum dirsek ile ve çok az fittings ile ba land - ndan, kondenser taraf ndaki iflletme bas nc n n azalt lmas için plakal eflanjör kullan m genelde düflünülmez. fiekil SO UTULMUfi SU S STEMLER NDE ZONLAMA - 2 ZONLU S STEM (70 Katl Bina) Bu yükseklikteki binalar için 2 zonlu, tek plakal eflanjörlü sistem genellikle daha ekonomiktir. 295

12 7.5. BORU TES SATI TASARIMINDA D KKAT ED LMES GEREKENLER Boru tesisat n n tasar m esnas nda, binan n çelik konstrüksiyonu üzerinde etki eden borulardaki genleflme, büzüflme ve borulara etki eden statik ve dinamik yükler göz önüne al nmal d r. Bina infla edildikten sonra yap lacak periyodik denetlemelere dayanarak binan n konstrüksiyonunda düzenlemeler yap labilir ve boru tesisat üzerine kompansatörler, sabitleyiciler ve sismik emniyet elemanlar yerlefltirilebilir. Hava s cakl ndaki de iflimlere veya pompalanan s v n n s cakl na ba l olarak borular n uzay p k - salmas na ek olarak betonarme binalarda karfl m za baflka bir problem ç kabilir. Bu problem zamanla betonun büzülmesi ve bina iskeletinin daralmas d r. Betonarme binalar zaman içinde kat bafl na 3 mm kadar büzülebilirler. Oldukça küçük gözüken bu k - salma 70 katl bir binada 225 mm ye ulaflmaktad r. Bu boru hatt tesisat n n tasar m yap l rken, tasar mc n n borular n alt na ve üstüne, sabit noktalar aras na, borular n binan n iskeletine göre yeterli esnekli i sa lamas gerekti ini göstermektedir. Boru hatt tasarlan rken, inflaat mühendisinden betonun büzüflmesi sonucu borunun maruz kalabilece i daralma bilgisi al narak tesisat ona göre yap lmal d r BORULARDAK GENLEfiME VE BÜZÜfiME Boru tesisat n n farkl iflletme dönemlerindeki hareketleri HVAC tasar m mühendisi taraf ndan önceden tahmin edilmelidir. Bu analizde borular n inflaat esnas ndaki hareketi de dikkate al nmal d r. Borular n hareketinin getirdi i yük önemli oldu undan, borular n hareketinin binan n inflaat projesi yap l rken dikkate al nmas çok önemlidir. nflaat esnas nda bina ne s t l p ne de so utulaca ndan, borular çok fazla de iflen d fl hava s cakl klar na maruz kalacaklar ve bu yüzden inflaat esnas nda borular üzerinde s k ve uzun süreli yüksek yükler olacakt r. HVAC tasar m mühendisi, inflaat mühendisine, borular n ak flkan dolu a rl n da dikkate alarak, borularda beklenen statik ve dinamik yükleri (borular n genleflme ve büzüflmeleri s ras nda ortaya ç - kan kuvvetlerin de erlerini) vermelidir. Özellikle sabit noktalar için statik mühendisinin ilave önlemler almas gerekebilir SICAKLIK DE fi MLER N N EKONOM S Su so utma gruplar n n seçiminde: - Çiller su girifli ve ç k fl aras ndaki s cakl k fark : 5,0-7,0 C Kondensere su girifl ve ç k fl aras ndaki s cakl k fark : 5,0-5,5 C al nabilir. Bu yaklafl m, proje maliyetine etkisi az oldu u için, küçük binalarda uygundur. Ancak büyük ve özellikle yüksek ticari binalarda bu konuda de iflik bir perspektiften bak labilir. Bu tip projelerde, daha yüksek s cakl k farklar ve daha düflük su debisi ile boru çaplar nda da buna ba l olan azalma ile boru, vana ve fittingslerin ilk yat r m maliyeti, su so utma gruplar n n iflletme giderlerinde bir miktar art fl ile önemli oranda azalt labilir ÖRNEK PROJE So utma kapasitesi: kw So utulmufl su s cakl k fark 5,6 C veya 2,4 galon/ton (0,04 ml/j) ise so utma sistemindeki debi: 600 L/s olacakt r. 5,6 C s cakl k fark ndaki boru çap 20" (500 mm) ve h z 3,0 m/s nin alt nda olacakt r. E er s cakl k fark olarak 8,9 C veya 1,5 galon/ton (0,027 ml/j) kullan l rsa so utma sistemindeki debi: 380 L/s olacakt r. S cakl k fark 8,9 C oldu unda; boru çap 16" (400 mm) ve h z yine 3,0 m/s nin alt nda olacakt r. Daha yüksek s cakl k farklar nda boru maliyetlerinden daha fazla tasarruf söz konusu olacakt r. Bundan öte, so utma gruplar nda kw/ton her iki koflulda da çal fl lmas gereken bir konu oldu undan, ayn ç k fl s cakl nda iflletme enerji tüketimi büyük olas l kla de iflmeyecektir kw so utma kapasiteli tesisatta, kondenser devresinde s cakl k fark 5,6 C al nd nda, su debisi 760 L/s olacakt r. E er s cakl k fark 8,3 C e ç kart l rsa kondenser debisi 500 L/s ye düflecektir. Boru çap 760 L/s debi için: 24" (600 mm), 500 L/s için boru çap : 20" (500 mm) olacakt r. Yine bu de ifliklik ilk yat r m maliyetinde ciddi bir düflme getirecek, bu düflme ancak so utma makineleri ve so utma kulesi aras ndaki mesafenin fonksiyonu olarak de iflecektir. So utma sisteminin so utma bölümünde ve kondenser bölümünde yüksek s cakl k farklar n n öngörülmesi, tüm ticari yüksek bina projelerinde de erlendirmeye de er bir konudur. Bu sayede so utma sisteminin parçalar olan boru, fittings ve vanalarda ciddi tasarruflar elde edilebilir. Ancak bu tercihlerde binan n y ll k enerji tüketimi de hesaplanarak de erlendirme yap lmal d r. Artan petrol fiyatlar nedeniyle binalar n enerji tüketimlerinin gelecekte çok daha yüksek maliyetler oluflturabilece i de unutulmamal d r.