Psikrometri Esasları

Transkript

1 Psikrometri Esasları

2 Merkezi İklimlendirme Sistemlerinin Sınıflandırılması Merkezi iklimlendirme sistemleri tesis bakımından iki ana grupta toplanabilir. - Konfor iklimlendirme tesisleri, - Endüstriyel iklimlendirme tesisleri, Tekstil, kimya, şeker, tütün, ilaç, gıda vb. sanayi tesislerinde, hava belirli sıcaklık, nem ve temizlikte tutulduğu takdirde imalat daha verimli ve kaliteli olmaktadır. 2

3 3

4 Psikrometri, nemli havanın termodinamik özellikleri ile, bu özellikleri kullanarak nemli havadaki işlemler ve şartlar ile ilgilenen, termodinamiğin bir dalıdır. 4

5 Nemli Havanın Özellikleri KURU HAVA - İçindeki su buharı tamamen alınmış olan atmosferik havadır. NEM (Rutubet) - Havanın ihtiva ettiği su buharı nem (rutubet) olarak tanımlanır. Havanın ihtiva edebileceği maksimum su buharı miktarı, içerisine karışmış olan diğer gazlara tabi olmayıp, sadece sıcaklığın bir fonksiyonudur. NEMLİ HAVA - Kuru hava ile su buharının karışımından meydana gelir. 5

6 DOYMUŞ HAVA - Hava içinde su buharının maksimum olduğu durumdur. SU BUHARI KISMİ BASINCI (P b ) - Su buharının rutubetli hava içindeki kısmi basıncına buhar basıncı denir. Rutubetli hava, su buharı ile kuru havanın karışımıdır. Normal binalar içindeki hava da kuru hava olmayıp az veya çok rutubetli hava olduğuna göre, bu gaz karışımının toplam basıncı atmosfer basıncı olacaktır. 6

7 KURU TERMOMETRE SICAKLIĞI (t kt ) - Havanın içindeki su buharı veya radyasyon tesirinde kalmadan, herhangi bir termometre veya termo eleman ile ölçülen sıcaklıktır [ o C]. YAŞ TERMOMETRE SICAKLIĞI (t yt ) - Standart bir termometrenin haznesi su ile ıslatılmış bir bezle sarılıp, bezin etrafından yeterli miktarda bir hava akımı geçirildiğinde, termometrede sıcaklığın düştüğü görülür. Düşme sona erdiği zaman okunan sıcaklığa yaş termometre sıcaklığı denir. Bu sıcaklığa adyabatik doyma sıcaklığı da denir [ o C]. 7

8 8

9 9

10 YOĞUŞMA NOKTASI SICAKLIĞI (t yn ) Şartları verilmiş olan bir havanın yoğuşma noktası sıcaklığı, aynı barometrik şartlar altında aynı miktarda su buharı ihtiva eden doymuş havanın sıcaklığına denir [ o C]. Nem ihtiva eden bir havayı soğutursak, belirli bir sıcaklığa kadar soğuyan havanın içerisindeki su buharı yoğuşmaya başlar. Bu sıcaklığa yoğuşma noktası sıcaklığı denildiği gibi çiğ noktası sıcaklığı da denir. Bu sıcaklıkta hava, su buharına doymuş durumdadır. 10

11 BAĞIL NEM () - Verilen havadaki su buharının kısmi basıncının, aynı kuru termometre sıcaklığındaki doymuş havanın su buharının kısmi basıncına oranına denir. Diğer bir ifade ile, verilen havanın içindeki su buharı ağırlığının, aynı şartlardaki havanın içinde bulunması mümkün olan maksimum su buharı ağırlığına olan oranına denir. = P b P s t M b M bs t φ = 0 ise : M b = 0 : Hava kuru demektir. φ = 1 ise : M b = M bs : Hava doymuş demektir. 11

12 12

13 MUTLAK NEM ( b ) - Birim hacimdeki nemli havanın ihtiva ettiği su buharı veya rutubetin miktarına mutlak nem denir. Birimi [kg/m 3 ] dür. b = M b V = P b R T b [kg/m 3 ] 13

14 ÖZGÜL NEM (w) - Nemli hava içindeki, su buharı kütlesinin kuru hava kütlesine oranıdır. Birimi [kg nem/kg kuru hava], [kg/kg] veya [gr/kg] olarak da ifade edilir. w = M b M h [kg/kg ]; [kg-nem/kg-kuru hava] M = M b + M h olup : M b : Nemli havadaki su buharının kütlesi [kg], M h : Kuru havanın kütlesi [kg], M : Nemli havanın toplam kütlesi (nem+kuru hava) [kg] 14

15 15

16 NEMLİ HAVANIN YOĞUNLUĞU (r j ) - Nemli hava kütlesinin nemli hava hacmine oranıdır. φ izafi nemindeki nemli havanın yoğunluğu r j olmak üzere, M V M b V M h M b ve M h yi bulup yerlerine koyalım: Mükemmel gaz kanunundan : P h V = M h R h T P b V = M b R b T 16

17 ÖZGÜL HACİM Özgül hacim yoğunluğun tersi olup; denklemi ile ifade edilebilir. Not : Bazı psikrometrik diyagramlarda özgül hacim, bazılarında ise yoğunluk yer almaktadır. 17

18 18

19 NEMLİ HAVANIN ÖZGÜL ISISI (c p ) Nemli havanın özgül ısısı, kuru havanın özgül ısısı ile w kg lık nemin özgül ısıları toplamıdır. c p = c pa +w c pb Deniz seviyesinde nemli havanın özgül ısısı; c p = 1,003 [kj/kg C] veya, c p = 0,24 [Kcal/kg C] alınabilir. 19

20 NEMLİ HAVANIN ENTALPİSİ (h) Bir ideal gaz-buhar karışımının entalpisi, bileşenlerin kısmi entalpilerinin toplamına eşittir. 0 C sıcaklığındaki nemli havanın entalpisi 0 alınmak suretiyle 1 kg kuru hava içindeki ısı miktarı aşağıdaki gibi hesaplanır. h = c pa t + wh g [kj/kg] t : Nemli hava kuru termometre sıcaklığı [ o C] w : Özgül nem miktarı [kg/kg] : Doymuş buharın entalpisi [kj/kg] h g c pa : Kuru havanın özgül ısısı [kj/kg º K] 0 º C de : 1,006 [kj/kg º K] 80 º C de : 1,010 [kj/kg º K] Ortalama : 1,007 [kj/kg º K] 20

21 h = c p t w [kj/kg] c p : Nemli havanın özgül ısısı [kj/kg º K] c p = c pa + wc pw = 1 + 1,805w w : Özgül nem miktarı [kg/kg] c pw = 1,805 [kj/kg o K] : Sabit basınçta su buharının ortalama özgül ısısı 21

22 Örnek : 22 o C KT sıcaklığında % 50 izafi nemli havanın entalpisini hesaplayınız? Çözüm : Psikrometrik diyagramdan h = 43,01 kj/kg okunur. w = 0,00825 kg/kg okunarak hesapla bulalım : c p = 1 + 1,805w = 1 + 1,805(0,00825) = 1,015 [kj/kg o K] h = c p t w = 1,015(22) (0,00825) = 42,96 kj/kg 22

23 KÜTLE, KÜTLESEL DEBİ VE HACİMSEL DEBİ Kütle: Akışkanın ihtiva ettiği değişmez madde miktarına kütle denir. Kütlesel debi: Bir kesitten birim zamanda geçen akışkan kütlesine kütlesel debi denir (m : kg/s) Hacimsel debi: Bir kesitten birim zamanda geçen akışkan hacmine hacimsel debi denir (V : m 3 /s). İklimlendirmede hava zamana bağlı olarak ısı kazanmakta veya kaybetmekte olduğundan, ısı transferi denkleminde kütlesel debi, kütlenin yerini almaktadır. 23

24 DUYULUR ISI (Q d ) - Bir cismin sıcaklığını değiştirmek için verilen veya alınan ısı miktarıdır. Havanın nem içeriğini değiştirmeden sıcaklığını değiştiren ısıya duyulur ısı denir. Q = m c p t [kj] m : Cismin kütlesi [kg] c p : Cismin özgül ısısı [kj/kg o C] t : Sıcaklık farkı [ o C] Akış halinde bir kesitten birim zamanda geçen akışkandan alınan/verilen duyulur ısı sıcaklık ve entalpi farkları ile; Q d = m c pa t veya Q d = m h [kw] m : Havanın kütlesel debisi [kg/s] c pa : Havanın özgül ısısı [kj/kg o C] t : Havanın sıcaklık farkı [ o C] h : Havanın entalpi farkı [kj/kg] 24

25 GİZLİ ISI (Q g ): Bir cismin sıcaklığını değiştirmeksizin sadece faz durumunu değiştirmek için verilen veya alınan ısı miktarıdır. Kütlesel debi dikkate alınarak hava içine buharlaşan suyun gizli ısısı : Q g = m w h w [kw] Toplam Isı = Duyulur ısı + Gizli ısı (Q t = Q d + Q g ) Suyun atmosferik basınçta buharlaşma gizli ısısı : 0 o C de : h b = 2500,81 kj/kg 100 o C de : h b = 2256,28 kj/kg 25

26 DUYULUR ISI ORANI (F) : Havanın sahip olduğu duyulur ısı miktarının, toplam ısı miktarına oranıdır. Duyulur ısının toplam ısıya oranını ifade eden (F) oranı kullanıldığında, bu oranın her bir değeri, (t-w) eksen sisteminde eğimi belli bir doğru tayin eder. Psikrometrik tablolarda duyulur ısı oranına göre bu eğimler verilmiştir. 26

27 Psikrometrik Diyagram Kuru Termometre Sıcaklığı (KT) Yaş Termometre Sıcaklığı (YT) Entalpi (h - kj/kg) Özgül Nem (w - gr/kg) Bağıl Nem (% RH) Özgül Hacim (v m3/kg) Çiğ Nokta Sıcaklığı (ÇN) 27

28 Psikrometrik Diyagram Eğer havanın herhangi iki özelliği bilinirse, diğer tüm özellikleri belirlenebilir! Kuru Termometre Sıcaklığı Yaş Termometre Sıcaklığı Entalpi Özgül Nem Bağıl Nem Özgül Hacim Çiğ Nokta Sıcaklığı 28

29 Psikrometrik Diyagram Normal Sıcaklıklar Psikrometrik Diyagram, Deniz Seviyesindeki Atmosfer Basıncı (101,325 kpa) İçin Düzenlenmiştir. Farklı Rakımlar İçin, Düzeltilmiş Diyagramlar Kullanılmalıdır. 29

30 30

31 Örnek : t kt = 25 C ve w = 11 gr/kg olarak verilen havanın diğer dört psikrometrik değerini psikrometrik diyagramı kullanarak bulunuz. h =? h = 53 kj/kg =? = 0.55 t yt =? t yt = 19 C t yn =? t yn = 15.5 C bulunur. Temsili Psikrometrik diyagram. 31

32 Örnek : t yt = 20 C ve t kt = 30 C olarak verilen havanın diğer dört psikrometrik değerini bulunuz. Cevap : = 0.40, h = kj/kg, t yn = 15 C, w = 10.6 gr/kg dır. Örnek: t yt = 20 C ve t kt = 40 C olarak verilen havanın diğer dört psikrometrik değerini bulunuz. Cevap : = 0.14, h = 56.7 kj/kg, t yn = 7 C, w = 6.5 gr/kg, v = 0,896 m 3 /kg dır. 32

33 TEMEL İŞLEMLER 33

34 34

35 Bu işlemin enerji denklemini yazarsak; (1) noktasındaki m (kg/s) havanın entalpisi (m 1 = m 2 ) dir. m.h 1 + Q 12 = m.h 2 Q 12 = m. (h 2 h 1 ) [kw] veya Q 12 = m. C ph (t 2 - t 1 ) [kw] 35

36 36

37 Örnek : 3000 m 3 /h debisinde, 2 o C sıcaklıktaki doymuş hava ısıtıcı bir serpantin yardımı ile 40 o C sıcaklığına kadar duyulur olarak ısıtılmaktadır. Serpantine verilmesi gereken ısı miktarını kw olarak hesaplayınız? Çözüm : v 1 = 0,785 m 3 /kg, h 1 = 12,5 kj/kg, h 2 = 51,4 kj/kg olarak psikrometrik diyagramdan okunur. m = 3000/0,785 = 3822 kg/h hesaplanır. Q 12 = m. (h 2 h 1 ) Q 12 = 3822 (51,4 12,5) = kj/h = /3600 Q 12 = 41,3 kw 37

38 Örnek: 1013,25 mbar barometre basıncında, giriş değerleri 21 o C KT, 15 o C YT sıcaklığı olan 1,5 m 3 /s debideki nemli havayı 40 o C ye ısıtan bataryanın yükünü kw olarak hesaplayınız? Çözüm: v 1 = 0,8439 m 3 /kg, h 1 = 41,88 kj/kg, h 2 = 62,31 kj/kg olarak psikrometrik diyagramdan okunur. m = 1,5/0,8439 = 1,7775 kg/s hesaplanır. Q 12 = m * (h 2 h 1 ) Q 12 = 1,7775 (62,31 41,88) Q 12 = 36,3 kw 38

39 Nemli Havanın Soğutulması Kuru Soğutma Bu proses ısıtma prosesinin tam tersidir. Soğutucu yüzey sıcaklığı havanın çiğ noktası (yoğuşma noktası) sıcaklığından büyük olduğu durumlarda geçerlidir. Bu proseste havadan çekilen ısı sadece duyulur ısıdır. Prosesin enerji denklemi aşağıdaki gibidir (m 1 = m 2 ). m 1.h 1 - Q 12 = m 2 +h 2 Q 12 = m. (h 1 - h 2 ) [kw] veya Q 12 = m. c ph (t 1 t 2 ) [kw] 39

40 40

41 Örnek: m 3 /h debisinde, % 27 bağıl neminde ve 39 o C KT sıcaklığındaki nemli hava, 26 o C sıcaklığına kadar soğutulmaktadır. Havadan soğutma serpantininde alınan ısıyı kw olarak hesaplayınız? Çözüm: v 1 = 0,901 m 3 /kg, h 1 = 70 kj/kg, h 2 = 56 kj/kg olarak psikrometrik diyagramdan okunur. m = 20000/0,901 = kg/h Q 12 = m. (h 1 h 2 ) olduğundan; Q 12 = 22198(70 56) = kj/h = /3600 Q 12 = 86,3 kw 41

42 Nem Alarak Soğutma Eğer hava kendi çiğ noktası sıcaklığının altında bulunan bir yüzey ile temas ettirilirse, hava soğurken neminin bir kısmı yoğuşur. 42

43 Bu proseste nemli havanın soğutulması iki safhada incelenebilir. (1) noktasında bulunan hava önce 1-2 yatay doğrusu boyunca soğur ve bu kısımda sistemden çıkarılan ısı duyulur ısıdır (kuru soğutma). Bu havanın daha düşük bir sıcaklığa kadar soğutulması istenirse, (2) noktasında doymuş hale gelen hava, buradan (3) noktasına kadar yoğuşarak soğur. 2-3 arasında hava =1 eğrisi üzerinde hareket eder. Bu sürede havadan çıkarılan ısı gizli ısıdır (yoğuşarak soğuma). 43

44 Soğutma işleminin enerji denklemini yazalım. Çıkarılan toplam ısı : Q 12 = Q t = m (h 1 - h 2 ) Çıkarılan duyulur ısı : Q d = m (h m h 2 ) [kw] [kw] Çıkarılan gizli ısı : Q g = m (h 1 h m ) [kw] Yoğuşan su miktarı : m w = m (w 1 w 2 ) [kg/h] Not : Burada yoğuşan suyun taşıdığı enerji ihmal edilmiştir. 44

45 Örnek : 30 C KT sıcaklığında % 50 bağıl nemde kg/h hava 15 C sıcaklıkta doyma koşullarınaa kadar soğutulacaktır. (1), (2) ve (m) noktalarının karakteristiklerini, çıkarılan duyulur, gizli ve toplam ısı miktarları ile yoğuşan su miktarını hesaplayınız? Şekil 12. Nemli havanın nem alınarak soğutulması. (1) noktası (2) noktası (m) noktası t1 = 30 C t2 = 15 C tm = 30 C 1 = % 50 2 = 100 % m = % 40 w1 = gr/kg w2 = gr/kg wm = gr/kg h1 = kj/kg h2 = kj/kg hm = kj/kg 45

46 Uzaklaştırılan toplam ısı miktarı Q t = m(h 1 - h 2 ) = (10000/3600)(64,23 42,02) = 61,7 kw Uzaklaştırılan gizli ısı miktarı Q g = m(h 1 h m ) = (10000/3600)( ) = 19 kw Uzaklaştırılan duyulur ısı miktarı Q d = m(h m h 2 ) = (10000/3600)( ) = 42,7 kw Uzaklaştırılan toplam ısı Q t = Q g + Q d = ,7 = 61,7 kw Yoğuşturulan su miktarı : m w = Y =? Y = m(w 2 w 1 ) = 10000(0, ,01068) = 26.8 kg/h 46

47 Örnek : m 3 /h debisinde, % 50 bağıl neminde ve 30 o C KT sıcaklığındaki nemli hava, 10 o C sıcaklığında doymuş hale getiriline kadar bir soğutucu serpantin üzerinden geçiriliyor. Bu işlemin gerçekleşebilmesi için gerekli olan soğutma kapasitesini bulunuz? Çözüm : v 1 = 0,877 m 3 /kg, h 1 = 64,3 kj/kg, h 2 = 29,5 kj/kg olarak psikrometrik diyagramdan okunur. m = V/v 1 = (17000/0,877) = kg/h m = 19384/3600 = 5,385 kg/s Q 12 = Q t = m(h 1 h 2 ) olduğundan; Q t = 5,385(64,3 29,5) = 187,4 kw 47

48 İki Nemli Havanın Sabit Basınçta Adyabatik Karışımı İklimlendirme tekniğinde genellikle farklı şartlara sahip hava kütleleri belirli bir oranda karıştırıldıktan sonra klima santralında şartlandırılır. Dolayısıyla değişik sıcaklıklarda bulunan ve bağıl nemleri farklı olan hava kütlelerinin adyabatik olarak karıştırılması sonucunda elde edilen karışımın sıcaklığının ve özgül neminin hesaplanması gerekir. 48

49 Adyabatik karışma prosesi. m 3 = m 1 + m 2 m 3.h 3 = m 1.h 1 + m 2.h 2 m 3.w 3 = m 1.w 1 + m 2.w 2 (maddenin korunumu kanunu) (enerjinin korunumu kanunu) (su buharının kütle denklemi) 49

50 Karışımı teşkil eden havaların kütle oranları w w w w h h h h m m n ) (% ) (% w veya w m w m m m m w m w w ) (% ) (% h veya h m h m m m m h m h h ) (% ) (% t veya t m t m m m m t m t t 50

51 Örnek : 20 C sıcaklığındaki % 50 bağıl nemdeki iç hava ile 30 C sıcaklığındaki % 40 bağıl nemde dış hava sırası ile ¾ ve ¼ miktarlarında karıştırılacaktır. Karışım havasının karakteristiklerini bulunuz. Not : Bileşenlerin (3/4) ve (1/4) miktarında karışıma katılması demek, karışımın dörtte üçünü ve dörtte birini teşkil etmeleri demektir. 51

52 Diyagram yöntemi ile çözüm : Psikrometrik diyagram üzerinde (1) ve (2) noktalarını bulup birleştirelim. (1) noktasına ¼ mesafede olan (3) noktasının karakteristiklerini okuyup aşağıdaki tabloda toplarsak çözüme ulaşmış oluruz. (1) İÇ HAVA (2) DIŞ HAVA (3) KARIŞIM t1 = 20 C t2 = 30 C t3 = 22.5 C 1 = 50 % 2 = 40 % 3 = 47.8 % w1 = 7.29 gr/kg w2 = gr/kg w3 = 8.13 gr/kg h1 = 38,52 kj/kg h2 = 57,28 kj/kg h3 = 43,2 kj/kg 52

53 Formül yöntemi ile çözüm w 3 = (¼).w 2 + (¾).w 1 = (¼) (¾).7.29 = 8.13 gr/kg h 3 = (¼).h 2 + (¾).h 1 = (¼) (¾) = kj/kg t 3 = (¼).t 2 + (¾).t 1 = (¼).30 + (¾).20 = 22.5 C 53

54 Örnek : 34 C sıcaklığında ve 18.5 gr/kg lık özgül neme sahip olan bir hava ile 21.5 C sıcaklığında ve 8 gr/kg özgül neme sahip olan bir hava (m 1 /m 2 ) = 0.40 olacak şekilde karıştırılmaktadır. Karışımın psikrometrik özelliklerini bulunuz? Diyagram yöntemi ile çözüm : Psikrometrik diyagramda (1) ve (2) noktalarının yerleri bulunur ve bu iki nokta birleştirilir. (m 1 /m 2 ) = 0.40 olacak şekilde (3) noktası bulunur. Not : Bileşenlerden biri 40 birim olarak karışıma iştirak ediyorsa diğeri 100 birim olarak karışıma iştirak ediyor demektir ki; burada karışım 140 birim olacaktır. 54

55 (1) NOKTASI (2) NOKTASI (3) KARIŞIM t1 = 34 C t2 = 21 C t3 = 25 C 1 = 54,76 % 2 = 51,54 % 3 = 55 % w1 = 18.5 gr/kg w2 = 8 gr/kg w3 = 11 gr/kg h1 = 81,53 kj/kg h2 = 41,35 kj/kg h3 = 53 kj/kg 55

56 Formül yöntemi ile çözüm t 3 = (%m 2 ).t 2 + (%m 1 ).t 1 t 3 = (0,714).21 + (0,286).34 = 24,7 C w 3 = (%m 2 ).w 2 + (%m 1 ).w 1 w 3 = (0,714).8 + (0,286).18,5 = 11 gr/kg h 3 = (%m 2 ).h 2 + (%m 1 ).h 1 h 3 = (0,714).41,35 + (0,286) = 52,84 kj/kg 56

57 Örnek : 8000 m 3 /h debisinde, 4 o C kuru termometre ve 2 o C YT sıcaklığındaki dış hava ile m 3 /h debisinde, 25 o C KT ve % 50 bağıl nemindeki iç hava adyabatik olarak karıştırılmaktadır. Karışım havasının KT ve YT sıcaklıklarını diyagram yöntemi ile bulunuz? Çözüm : v 1 = 0,789 m 3 /kg ve v 2 = 0,858 m 3 /kg okunur. Buna göre kütlesel debiler : m 1 = 8000/0,789 = kg/h m 2 = 25000/0,858 = kg/h olarak hesaplanır. 57

58 (3-2 doğrusu) / (1-3 doğrusu) = m 1 / m 3 = / = 0,258 veya, (1-3 doğrusu) / (1-2 doğrusu) = m 2 / m 3 = / = 0,742 elde edilir. (12 doğrusu) psikrometrik diyagram üzerinde bir cetvel ile yukardaki oranlarda bölünerek karışımı teşkil eden 3 noktasının yeri tespit edilir. Karışım noktasının kuru ve yaş termometre sıcaklıkları okunur: KT 3 = 19,5 o C YT 3 = 14,6 o C 58

59 Isıtma ve Nemlendirme Genellikle iklimlendirme tesislerinde havanın ısıtılması ve nemlendirilmesi söz konusu olmaktadır. Dışarıdan alınan soğuk bir hava yalnız ısıtılarak içeri verilirse, bu havanın bağıl nemi ısıtma ile biraz daha düşeceğinden, yetersiz olabilir. Isıtma ve nemlendirme birlikte yapıldığında verilen ısının bir kısmı havayı ısıtmaya, diğer bir kısmı da verilen nemi buharlaştırmada kullanılır. 59

60 İlk şartlar belli iken (t 1, w 1 ) istenilen bir (t 2, w 2 ) son şartına varmak istenirse ; m 1.h 1 + m s.h s + Q 12 = m 2.h 2 m 1 = m 2 = m olduğundan; Q t = Q 12 = m.(h 2 - h 1 ) m s h s Q d = m.c p.dt = m (t 2 - t 1 ) [kw] [kw] m s = m.(w 2 - w 1 ) [kg/s] 60

61 Örnek : Başlangıçta kg/h, 14 C sıcaklığında ve % 60 izafi nemli bir havayı 25 C sıcaklığında % 45 bağıl nemli hale getirmek için ne kadar ısı ve nem eklenmelidir? Eklenen ısının duyulur ve gizli kısımları ne kadardır? Duyulur ısı oranı nedir? Çözüm : Psikrometrik tablo veya diyagram yardımı ile her iki noktanın şartları bulunur. 1 noktası 2 noktası t1 = 14 C t2 = 25 C 1 = 60 % 2 = 45 % w1 = 5,96 gr/kg w2 = 8,91 gr/kg h1 = 29,07 kj/kg h2 = 47,75 kj/kg 61

62 Eklenmesi gereken ısı miktarı Q t = Q 12 = m (h 2 - h 1 ) Q t = (12000/3600) (47,75 29,07) = 62,27 kw Duyulur ve gizli ısı miktarları Q d = m c p Dt Q d =(12000/3600).1.003(25-14) = 36,78 kw Q g = Q t Q d = 62,27 36,78 = 25,49 kw Duyulur ısı oranı (F) F 36,78 62,27 0,59 Psikrometrik diyagram incelenecek olursa, 1-2 doğrusu yaklaşık % 60 eğimli duyulur ısı oranına paraleldir. Q Q d t 62

63 İkinci yol : Psikrometrik diyagramda (m) ile iki noktanın eksenlere izdüşüm kesim noktası belirlenir ve bu noktanın psikrometrik değerleri okunur. Bu nokta (1) ile aynı özgül nemde, (2) ile de aynı sıcaklıktadır. Şimdi bu noktanın psikrometrik değerlerini bir tabloda toplayalım : m noktası tm = t2 = 25 C wm = w1 = 5,96 gr/kg m 30 % hm = 40,23 kj/kg olur. Buna göre : Qd = m (hm - h1) = (12000/3600)(40,23 29,07) = 37,2 kw Qg = m (h2 - hm) = (12000/3600)(47,75 40,23) = 25,07 kw Qt = m (h2 - h1) = Qd + Qg = 37,2 + 25,07 = 62,27 kw 63

64 Adyabatik Nemlendirme Klima santralından geçen havanın içerisine, bu havanın yaş termometre sıcaklığındaki suyun püskürtülerek nemlendirilmesi işlemidir. Adyabatik nemlendirme. 64

65 Nemlendirme hücresindeki aynı su sürekli sirküle ettiğinden havanın yaş termometre sıcaklığı ile aynı sıcaklığa kısa sürede ulaşır. Bu durumda giren çıkan hava entalpi farkı: h 2 h 1 = (w 2 w 1 ) h s sağ taraf çok küçük olduğundan ihmal edilebilir ve; h 2 = h 1 alınabilir. h s : Suyun, havanın yaş termometre sıcaklığındaki entalpisidir (kj/kg) Nemli havaya adyabatik nemlendirme yöntemi ile eklenen nem miktarı ise aşağıdaki formül ile hesaplanabilir: Dw = m (w 2 w 1 ) [kg/h] Nemlendiricinin verimi (η) : w 3 : Yaş termometre sıcaklığındaki özgül nemdir (doymuş havanın özgül nemidir). w w 2 3 w w

66 Örnek : m = kg/h için, 30 o C sıcaklığındaki, w 1 = 12 gr/kg ve şartlarındaki hava, adyabatik olarak nemlendirilmektedir. Nemlendirici çıkışındaki BN = % 90 olduğuna göre, havanın entalpisindeki artışı ve nemlendirici verimini bulunuz? Çözüm : Psikrometrik diyagramdan h 1 = 60,75 kj/kg ve w 2 = 15,16 gr/kg okunur. Havanın yaş termometre sıcaklığı t yt = 20,44 o C olduğundan, bu sıcaklıktaki suyun entalpisi de h s = 86 kj/kg alınabilir. Doymuş suyun entalpisi tablodan; h s = 83,90 kj/kg (20 o C YT sıcaklığındaki doymuş su için) ve h s = 88,08 kj/kg (21 o C YT sıcaklığındaki doymuş su için) 66

67 h 2 h 1 = (w 2 w 1 ) h s = (0, ,01200).86 = 0,272 kj/kg h 2 = h 1 + 0,272 = 60,75 + 0,27 = 61,02 kj/kg Entalpi artışı = 0,272/60,75 = 0,0046 = % 0,45 olup, ihmal edilebilir değerde olduğu görülmektedir. w w 0, , ,83 w w 0, , % 83 67

68 Buharla Nemlendirme Havayı nemlendirmede en hijyenik yöntem, buhar enjekte etmektir. İçme suyu şebekesinden alınan suyun sıcaklığı, mikro organizmaların aktif hale geçebileceği sıcaklığın altında, 10 o C civarındadır. Suyun 100 o C ye çıkarılması ve atmosfer basıncında buharlaştırılması sayesinde, enjekte edilen nem, hava kanalları içinde yoğuştuğu halde bile bakteri oluşumu önlenmiş olacaktır. 68

69 Buharın özgül entalpisi, nemlendirilen havanınkinden daha yüksektir. Duyulur ısınma çok az miktarda gerçekleşir. Havanın nem içeriği artar. Kuru termometre sıcaklığı ise nem oranı alt sınırına yakınlığını korur. Adyabatik doyma işleminde, havadan çekilen duyulu ısı, havaya verilen nemin eşdeğeri olan gizli ısıya eşittir. (-Qd=Qg ise Q=0 olur) 69

70 Örnek : Kütlesel debisi kg/h olan t kt = 20 o C, t yt = 8 o C olan hava, 110 o C sıcaklığındaki doymuş buhar ile nemlendiriliyor. Nemlendirici çıkışındaki havanın çiğ noktası 13 o C olması istendiğine göre, bu işlem için gerekli buhar debisini bulunuz? Çözüm : 110 o C deki doymuş su buharının entalpisi (tablodan) h s = 2691 kj/kg olduğundan, psikrometrik diyagramda 1-2 noktası arasındaki doğrunun eğimi; Dh/Dw = 2,691 kj/gr olup, bu eğimdeki doğru, psikrometrik diyagramdaki yarım daire üzerindeki ölçek yardımıyla çizilir, sonra 1 noktasından bu doğruya bir paralel doğru çizilir. t d2 = 13 o C olan çiğ noktası sıcaklığından çizilen yatayın söz konusu doğruyu kestiği nokta 2 noktası olup, w 2 okunur. 70

71 Buhar debisi; m w = m a (w 2 - w 1 ) = (0,0094 0,0018) m w = 76 kg/h 71

72 Psikrometrik Diyagram Üzerindeki Değişim Doğrultuları Diyagramın sol üst köşesinde görülen yarım dairede iki ölçek vardır. Birinci ölçek duyulur ısının toplam ısıya oranını gösterirken, ikinci ölçek entalpi farkının özgül nem farkına oranını göstermektedir. Bu yarım dairedeki ölçekler, psikrometrik diyagramdaki değişimlerin doğrultusunu tespit etmek için kullanılır. Dh DW Q M w h w Bu denklemde; Q [kj/h] toplam ısıyı, M w [kg/h] toplam nem miktarını, h w [kj/kg] nem değişiminin veya gizli ısı değişiminin olduğu sıcaklık derecesindeki suyun entalpisini göstermektedir. 72

73 Dh DW Q M d w h g Bu denklemde; Q d [kj/h] duyulur ısıyı, M w [kg/h] toplam nem miktarını, h g [kj/kg] (t) sıcaklığındaki su buharının entalpisini göstermektedir. h g = ,805t 73

74 ODIO (Oda Duyulur Isı Oranı) : Oda duyulur ısısının, oda duyulur ve gizli ısılarının toplamına oranıdır. ODIO ODI ODI OGI Oda duyulur ısı oranı, psikrometrik diyagramda, iklimlendirme havasının mahale giriş noktası ile mahal şartları noktasını birleştiren doğrunun eğimini verir. Dolayısıyla mahale giriş havası noktası, mahal şartları noktasından geçen bu eğimdeki bir doğrunun üzerinde olmak zorundadır. 74

75 TDIO (Toplam Duyulur Isı Oranı) : Toplam duyulur ısının, toplam soğutma yüküne oranıdır. TDIO değeri dış hava, dönüş kanalı, pompalar ve borulardan gelen duyulur ısı kazançları da eklenerek bulunur. TDIO, psikrometrik diyagramda, mahale giriş havasının iklimlendirme cihazından çıkış şartları noktası ile, dönüş havası + dış hava karışımının cihaza giriş şartları noktasını birleştiren doğrunun eğimini verir. 75

76 Gerekli Hava Debilerinin Hesabı a) Oda ısı yüklerini karşılamak üzere gereken hava debisi; V s ODI. cp.( tr ts ) [m 3 /h] b) Toplam soğutma yüklerini karşılamak üzere iklimlendirme cihazından geçirilmesi gereken hava debisi ; V na TDI. cp.( tm tç) [m 3 /h] 76

77 Bu formüllerde; V s sevk havası miktarını [m 3 /h], V na nemi alınmış hava miktarını [m 3 /h], havanın yoğunluğunu [kg/m 3 ], c p nemli havanın özgül ısısını [kj/kg o K] ifade etmektedir. Not:Yukarıdaki birinci ve ikinci formüller kanallardaki kaçaklar dışında eşit sayılırlar. Birinci formülde V s ve t s ; ikinci formülde ise V na ile t m birbirine bağlı olduğundan deneme yanılma yöntemleri ile sonuca gidilebilir. Bu nedenle bu formüllerin yerine bypass oranı, efektif duyulur ısı ve CÇN kullanılarak yeni bir formül geliştirilmiştir. 77

78 EDIO (Efektif Duyulur Isı Oranı) : Efektif ısılar; oda ısılarına, veriş kanalı ve fanlardaki ısı kazançları ile bypass havasından olan kazançların eklenmesi ile elde edilirler. Buna göre ; EDIO EODI EOTI EDIO CÇN ve BO yardımı ile hava miktarının hesabı V na EODI. c.( t t )(1 BO) p r cçn [m 3 /h] Bu denklemde; t cçn, EDIO kullanılarak bulunur. V na nemi alınmış hava debisi [m 3 /h], EODI [kj/kg], c p nemli havanın özgül ısısı [kj/kg o K], t r, t cçn oda ve CÇN kuru termometre sıcaklıkları, BO ise bypass oranıdır. 78

79 79

80 CÇN ve BY-PASS FAKTÖRÜ Pratikte soğutucu serpantin çıkışında hava, doymuş hale getirilebiliyorsa; bu noktadaki sıcaklığa Cihaz Çiğ Noktası (CÇN) sıcaklığı adı verilir. Bu nokta ideal bir noktadır ve pratik olarak serpantinlerde bu noktaya ulaşılamaz. Bu noktaya ulaşılması halinde serpantin verimi % 100 olur. Pratikteki serpantinlerde ise verim, % mertebesindedir. Serpantinlerde verim tarifi yerine by-pass oranı tarifi daha yaygındır. Verimi % 85 olan serpantinin by-pass oranı % 15 demektir. Yani bu oranda hava şartlanmadan serpantini terk eder. 80

81 Cihaz üreticileri aynı zamanda by-pass oranını da verirler. CÇN sıcaklığı ve by-pass oranı verilen bir serpantinde, giriş şartlarını CÇN na birleştiren doğruyu çizip bunu verim (veya by-pass) oranında bölmek yeterlidir. Baypass Faktörü 81

82 Örnek: Yukardaki örnekte CÇN sıcaklığı 10 o C ve by-pass oranı % 15 olan bir serpantinde gerçekleşebilecek gerçek soğutmayı bulunuz? Çözüm: Aşağıdaki şekillerde görüleceği üzere; 82

83 1 ve 2 noktalarını birleştiren doğru % 15 oranında bölünür. Bunun için kuru termometre sıcaklığından yararlanılabilir. (t 1 t 2 ) / (t 1 t 2 ) = 0,85 buradan t 2 = 13 o C bulunur. h 2 = 35 kj/kg okunur. m = V/v 1 =17000/0,877 = kg/h m = 19384/3600 = 5,384 kg/s olup, Gerçekleşen soğutma: Q 12 = 5,384 (64,3-35) = 157,8 kw 83

84 Cihaz Çiğ Noktasının Tayini (t cçn ) Soğutma serpantininin yüzey sıcaklığını belirten CÇN sıcaklığının, cihaz seçimi bakımından önemlidir. CÇN sıcaklığının tayini; 1)Hazırlanmış tablolarla, 2)Psikrometrik diyagramla, 3)Hesapla yapılabilir. Göze de hitap etmesi bakımından psikrometrik diyagramla CÇN sıcaklığının tayinini inceleyelim. 84

85 Psikrometrik diyagram üzerinde oda şartlarını belirten noktadan geçen; eğimi EDIO değerine eşit doğrunun, doyma eğrisini kestiği nokta, CÇN nı tayin eder. Genellikle psikrometrik diyagram üzerinde ya Dh/DW değerleri ya da DIO (duyulur ısı oranı) değerleri işaretlenmiştir. Dh DW hg 1 ( EDIO) bağıntısı aracılığı ile, EDIO değerine karşılık gelen (Dh/DW) eğimli doğru, diyagram üzerine çizilebilir. 85

86 CÇN nın Soğutma Su Rejimine Etkisi Soğutma grubunun (çiller) su rejiminin tespiti, CÇN nin bulunması sureti ile yapılır. CÇN, havayı şartlandıran cihazın (klima santrali vb.) serpantin yüzey sıcaklığını belirtir. CÇN (ADP), efektif duyulur ısı oranı (EDIO) doğrusunun doyma eğrisini kestiği nokta olarak tespit edilir. CÇN çok düşük değerlere ulaşırsa, daha düşük bir nem oranı sağlanabilir ve soğutucu batarya küçülür. Ancak bu durumda soğutma yükü de arttığından, bunu temin edecek daha düşük sıcaklıkta soğutucu akışkan kullanılması zorunlu hale gelir. Bu nedenle genel kural olarak konfor iklimlendirmesi uygulamalarında istenilen oda şartlarını temin etmek üzere olabildiğince yüksek CÇN sıcaklığının seçimi en ekonomik yoldur. 86

87 Pratik olarak CÇN'nin yaklaşık o C altında bir su rejimi kullanmak klima seçimlerinde iyi sonuç verir. Tecrübelere göre; CÇN = 11.5 o C ise su rejimi 6/10 o C CÇN = 13.5 o C ise su rejimi 7/12 veya 6/12 o C CÇN = 14 o C ise su rejimi 7/13 o C alınabilir. 87

88 Psikrometrik Diyagram Standart Hava 760 mmhg Noktalar Durum 1. A Mahal 2. A - B Dönüş Kanalı Isı Kazancı 3. C Dış Hava 4. D Serpantine Giriş (% 10 Dış Hava) 5. E Serpantin Çıkışı 6. F Mahal Giriş 7. E - F Besleme Kanalı Isı Kazancı 8. F - A Mahalde Isı Kazanma 9. D - E Soğutma Yükü E Entalpi kj/kg (Kuru Hava) F A B D Özgül Nem gr/kg (Kuru Hava) C DIO 8 Yaş Termometre, Sıcaklığı, Çiğ Noktası veya Doyma Sıc. (C) KT (C) 80% 60% 40% 20%

89 Yaz Kliması - Örnek Uygulama Yaz kliması yaz hesap şartları kuru termometre sıcaklığı 33 C KT ve 25 C YT olan bir iklimde, iç şartlar 25 C KT ve bağıl nem % 50 olarak istenmektedir. Gözönüne alınan salonun duyulur ısı kazancı, qs = kj/h, nem kazancı 5kg/h olarak bilinmektedir. Santralda 1 kısım dış hava, 3 kısım iç hava ile karıştırılmaktadır. a. Üfleme sıcaklığının 15 C olabilmesi için soğutucu serpantin CÇN sıcaklığı ve BF ne olmalıdır? b. Soğutucu serpantinin kapasitesi ne olmalıdır? 89

90 Yaz Kliması - Örnek Uygulama - ÇÖZÜM 90

91 Yaz Kliması - Örnek Uygulama - ÇÖZÜM 91

92 Kış Kliması Örnek Uygulama 92

93 Kış Kliması Örnek Uygulama ÇÖZÜM (1/3) 93

94 Kış Kliması Örnek Uygulama ÇÖZÜM (2/3) 94

95 Kış Kliması Örnek Uygulama ÇÖZÜM (3/3) 95

96 Konfor uygulamalarında : Dt = t r t cçn = 6 8 o C Endüstriyel uygulamalarda : Dt = t r t cçn = 12 o C Eğer (t r t cçn ) sıcaklık farkı, istenenden büyük çıkarsa, sistemdeki toplam hava debisi, bir miktar hava iklimlendirme sistemine sokulmadan dolaştırılarak arttırılır. 96