COMSOL MULTIPHYSICS YARDIMI İLE KARIŞTIRMA HÜCRELİ KLİMA SANTRALLERİNDE HAVA KATMANLAŞMASI PROBLEMİNİN ARAŞTIRILMASI MEHMET EREN Danışman: Yrd.Doc.Dr. Doğan ERYENER HAZİRAN 2012
ÖZET Bu çalışmada karıştırmalı hücreli klima santrallerinde hava katmanlaşması bir bilgisayar programı yardımıyla incelenecektir. Daha çok düşük dış hava sıcaklıklarında ortaya çıkan bu problemde dışarıdan alınan nispeten soğuk hava ve içeriden dönen sıcak hava klima santralinin karıştırma hücresinden hemen sonra birbirine tam anlamıyla karışmamaktadır. İncelemede en basit karıştırma odası tasarımından başlayarak farklı tasarımların analizleri gerçekleştirilecek ve bu tasarımlar arasında karşılaştırmalar yapılacaktır. Anahtar Kelimeler: Klima Santrali Hava Katmanlaşması i
ABSTRACT In this study, air stratification has been examined by means of the computer analysis software called Comsol Multiphysics in air handling units that have mixing box. The problem, which mostly emerges in winter, is that relatively cold outside air is not mixing exactly with the hot return air after the mixing chamber of air handling unit. The stratification has been analyzed starting from the easiest to complicated designs of mixing boxes and these designs have been compared with each other. Keywords: Air Handling Unit, Air Stratification ii
İÇİNDEKİLER AD AÇIKLAMA SAYFA 1. GİRİŞ... 1 1.1. KLİMA SANTRALİ 2 2. HAVA KATMANLAŞMASI.. 3 2.1. SERPANTİNLERİN DONMASI 3 2.2. TERMOSTATIN ÇALIŞMAYI DURDURMASI... 4 2.3. SENSÖR HATASINDAN DOLAYI BOŞA ENERJİ KULLANIMI... 4 2.4. HAVA KATMANLAŞMASI PROBLEMİNİN ÇÖZÜM YÖNTEMLERİ 5 3. COMSOL MULTIPHYSICS İLE ÇÖZÜME ULAŞILMASI. 6 3.1. EN BASİT KARIŞTIRMA ODASININ KARIŞTIRMA EFEKTİFLİĞİ.. 6 3.2. ÜSTTEN DÖNÜŞ, ALTTAN DIŞ HAVA GİRİŞLİ KARIŞTIRMA ODASI TASARIMI... 11 3.3. SOĞUK HAVANIN KARIŞTIRMA ODASININ ÜSTÜNDEN VERİLMESİ. 14 3.4. KARIŞITRMA ODASININ UZUNLUĞUNUN ARTTIRILMASI 18 3.5. KARIŞTIRMA ODASINA DAMPERLERİN EKLENMESİ. 22 KAYNAKLAR. 26 iii
ŞEKİLLER DİZİNİ AD AÇIKLAMA SAYFA Şekil 2.1 Donmuş Serpantinler... 4 Şekil 2.2 Kış ve Yaz Aylarında Katmanlaşma Şekli... 5 Şekil 3.1 En Basit Karıştırma Odası... 7 Şekil 3.2 Dış hava oranına bağlı karıştırma efektifliği... 8 Şekil 3.3 Şekil 3.4 Şekil 3.5 Şekil 3.6 %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması sıcaklık analiz sonucu.. 9 %30 dış hava girişinde hava katmanlaşması sıcaklık analiz sonucu.. 10 %50 dış hava girişinde hava katmanlaşması sıcaklık analiz sonucu.. 10 %20 dış hava oranında karıştırma sonunda klima santrali yüksekliğince sıcaklık değişimi... 11 Şekil 3.7 Üstten dönüş, alttan dış hava girişli karıştırma odası tasarımı 11 Şekil 3.8 Şekil 3.9 Şekil 3.10 Şekil 3.11 %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması sıcaklık analiz sonucu.. 12 %10 dış hava oranında karıştırma sonunda klima santrali yüksekliğince sıcaklık değişimi... 13 %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması basınç analiz sonucu.. 13 %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması hız alanı analiz sonucu.. 14 Şekil 3.12 Üstten dış, soldan dönüş havası girişli karıştırma odası tasarımı 15 Şekil 3.13 Şekil 3.14 Şekil 3.15 %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması sıcaklık analiz sonucu.. 15 %10 dış hava oranında karıştırma sonunda klima santrali yüksekliğince sıcaklık değişimi... 16 %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması basınç analiz sonucu.. 17 iv
Şekil 3.16 %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması hız alanı analiz sonucu.. 17 Şekil 3.17 Nispeten uzun karıştırma odası tasarımı.. 18 Şekil 3.18 Şekil 3.19 Şekil 3.20 Şekil 3.21 %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması sıcaklık analiz sonucu.. 19 %10 dış hava oranında 4. Ölçüm noktasında klima santrali yüksekliğince sıcaklık değişimi... 20 %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması basınç analiz sonucu.. 21 %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması hız alanı analiz sonucu.. 21 Şekil 3.22 Damperli karıştırma odası tasarımı.. 22 Şekil 3.23 Dış hava oranına bağlı karıştırma efektifliği karşılaştırması... 23 Şekil 3.24 Şekil 3.25 Şekil 3.26 Şekil 3.27 %10 dış hava oranında karışım sonunda klima santrali yüksekliğince sıcaklık değişimi... 24 %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması sıcaklık analiz sonucu.. 24 %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması basınç analiz sonucu.. 25 %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması hız alanı analiz sonucu.. 25 v
TABLOLAR DİZİNİ AD AÇIKLAMA SAYFA Tablo 3.1 Hava Debilerine Bağlı Karıştırma Efektifliği.. 8 Tablo 3.2 Hava Debilerine Bağlı Karıştırma Efektifliği Karşılaştırmaları.. 22 vi
1.GİRİŞ Günümüzde nüfusun çok hızlı artması beraberinde bir çok problemi getirmektedir. Bunlardan en önemlisi de enerji ihtiyacıdır. Her ne kadar kullanılması diğer kaynaklara nazaran zor olsa da zaman geçtikçe atık ısının kullanılmasına önem verilmektedir. Atık ısı, gelecekte enerji ihtiyacımızın büyük bir bölümünü karşılayacak potansiyele sahip olmasa da hali hazırda başka kaynaklar kullanarak elde ettiğimiz enerjiyi önemli miktarda düşürmektedir. Klima santrallerinde de hastane gibi yüzde yüz temiz hava ihtiyacı duyulan ortamların dışında; fabrika, okul gibi mekanlarda, dönen havanın bir kısmı tekrar içeri verilerek atık ısı kullanımı gündeme gelmiştir. Bu çalışmada karıştırmalı hücreli klima santrallerinde hava katmanlaşması bir bilgisayar programı yardımıyla incelenecektir. Problem, daha çok düşük dış hava sıcaklıklarında ortaya çıkmaktadır. Dışırıdan alınan nispeten soğuk hava ve içeriden dönen sıcak hava birbirine tam anlamıyla karışmamaktadır. Daha önce klima santralindeki termostatın düşük limitlerdeki sıcaklıktan dolayı çalışmayı durdurması ve serpantinlerin donması ile klima santralinin çalışamaz duruma gelmesi konusunda Delaney 1984 te, hava katmanlaşmasından dolayı sensörlerde oluşan hataları Kao 1985 te çalışmalar yapmıştır. Çözüm için en çok gündeme getirilen önerilerden birisi de karıştırmayı geliştirmek için dış havanın karıştırma odasına üst taraftan verilmesidir. Hedeflenen yoğunluğu fazla olan havanın kanalın alt katmanına inerken alttan gelen daha sıcak havayla karışmasıdır. Fakat gerçekte durum böyle değildir. Genellikle dönen sıcak havanın momentumu yoğunluk farkıyla oluşan kuvvetten daha büyüktür. Bununla ilgili çalışmayı Robinson 1999 da gerçekleştirmiştir. Yine düşük hava hızları ve kanal yapılandırmalarının karıştırma efektifliğine etkisini 1998 de, karıştırma ve filtre odalarında, filtrenin karıştırma odasının içine yerleştirilmesinin karıştırma efektifliğini düşürdüğü 1999 da Robinson tarafından gerçekleştirilen deneylerle incelenmiştir. Filtrenin karıştırma odasından çıkarılmasıyla karıştırma efektifliğinin arttığı fakat yine de yeterli olmadığı belirlenmiştir. Bunun için iki çözüm gündeme gelmiştir. Ek karıştırma uzunluğu sunmak için karıştırma odasının uzunluğunu arttırmak veya statik hava karıştırıcıları ekleyerek karıştırmayı iyileştirmek 1
amaçlanmıştır [1]. Statik karıştırıcıların karıştırma efektifliğini arttırmasıyla birlikte basınç düşüşüne neden olarak ekstra maliyete sebep olduğu hesaba katılmalıdır. 1.1. KLİMA SANTRALİ Havalandırma imkanı bulunulmayan kapalı mekanlarda yaşamak kısa ve uzun vadede sağlıkla alakalı ciddi sorunlara, ekonomik olarak kayıplara, çalışma performanslarının düşmesine sebep olur. Klima santrali havalandırma sistemi yapılmak istenen tesise, şartlandırılmış havalandırma sistemi kurmak için kullanılmaktadır. Klima santralleri; endüstriyel tesisler, sinema, otel, hastane, lokanta, okul, büro gibi konforun gerekli olduğu ortamlarda havalandırma, ısıtma, soğutma ve nemlendirme amacıyla kullanılır. Klima santrali kullanma amacına göre genellikle; aspiratör, karışım, filtre, egzoz, ön soğutucu, ön ısıtıcı, nemlendirme, son soğutucu, son ısıtıcı, vantilatör ve susturucu hüclerinden oluşur. 2
2. HAVA KATMALAŞMASI Dış ve dönüş hava akımları sıcaklık, bileşim ve hız bakımından farklı şartlar altındadır. Hava katmanlaşması geri dönen ve dış havanın yetersiz karışımının sonucudur. Hareket eden hava akımlarının momentumlarının doğasında olan bir durumdur [5]. Bahsedilen momentum, hava akımlarının karışması için çok uzun kanallar gerektirir. Katmanlaşmayı arttıran ilk etkenlerden şunlardır; Karıştırma hücresinin tasarımı ve damper ölçüleri, Klima santraline giren dış hava değerlerinin arttırılması, Giren iki hava akımının arasındaki sıcaklık farkının arttırılması Ayrıca şuna dikkat edilmelidir ki; kanal boyunca sıcaklık sabit olsa da akımlar tam olarak karışmamış olabilir. Bu akımların bileşimiyle ilgilidir. Hava katmanlaşmasının sebep olduğu temel problemler şunlardır; Termostatın çalışmayı durdurması, Serpantinlerin donması, Sensör okuma hataları 2.1. SERPANTİNLERİN DONMASI Kış aylarında dış hava sıcaklığı suyun donma noktasının altına düşer. Dış hava sıcaklığının düşmesi karışım sıcaklığını da düşürür. Karışım sıcaklığının arttırılması için dış hava damperi bir miktar kapatılır. Fakat buı kapatma miktarı ASHRAE Standart 62-1989 gibi standartlarla sınırlandırılmıştır. Donma sıcaklığındaki akım, soğutma veya ısıtma için kullanılan serpantinlerle temas haline geçtiğinde donma problemi ortaya çıkar. Yine katmanlaşma olan hava akımında dış hava sıcaklığı donma sıcaklığındaysa, sepantinlerle temas halinde bölgesel donma gerçekleşir. Bu donma daha sonra üstel olarka artar. Serpantinlerin performansında kötüye gitme gerçekleşir. Sonunda 3
çalışamaz duruma gelir. Bu problem dış hava karışıma girmeden, sıcaklığı ölçülerek aşılabilir. Şekil 2.1: Donmuş serpantinler [5] 2.2. TERMOSTATIN ÇALIŞMAYI DURDURMASI Düşük seviye termostatları temas sıcaklığı ayarlanan sıcaklık değerinin altına düştüğünde kapatmayı gerçekleştirmek için tasarlanmıştır. Ayarlama noktası genel olarak 35-38 o F arasındadır. Serpantinleri düşük seviye termostatla korumak çoğu zaman faydalıdır çünkü aksi klima santralini tamamen çalışamaz duruma getirebilir. 2.3. SENSÖR HATASINDAN DOLAYI BOŞA ENERJİ KULLANIMI Karışmış havayı ölçmek için, çoğu zaman büyük karıştırma kaplarında tek nokta elektronik sıcaklık sensörleri kullanılır. Klima santrali yüksekliğince havanın sıcaklık profili farklı olduğu için ortalama sıcaklığı ölçmek için tek nokta sensörü kullanmak 4
hatalı ölçüme yol açabilir. Hatalı ölçüm sonucu kulllanılmaması gereken durumlarda enerji kullanımı veya gereğinden fazla enerji kullanımı gerçekleşebilir. Sensör hatasını daha iyi inceleyebilmek için Şekil 2.2 ye bakılabilir. Bu şekilde sol taraftaki ölçüm sonuçları kış aylarında, sağ taraftaki ise yaz aylarında alınmıştır. Katmanlaşmalar arasındaki fark belirgin olarak görülmektedir. Şekillere göre katmanlaşmanın herhangi bölgesine yerleştirilecek olan sensörde yanlış ölçümler elde edilebilir. Hata, kış aylarında yaklaşık +/- 20 o F olmakla birlikte yaz aylarında ise +/- 11 o F olarak görülmektedir [2]. Şekil 2.2: Kış ve yaz katmanlaşma şekli [2] 2.4. HAVA KATMANLAŞMASI PROBLEMİNİN ÇÖZÜM YÖNTEMLERİ Hava katmanlaşmasını arttıran etkenler olabildiğince en iyi şartlara getirilse de genellikle karışım yeteri kadar sağlanamayabilir. Bu durumda çeşitli çözüm yöntemleri bulunmalıdır. Bazı klima santrallerinde karıştırma odasında hava karıştırıcılar kullanılmayıp gelişmiş sıcaklık ölçme sensörleri kullanılarak daha iyi ortalama sıcaklık belirlenebilir fakat bu durumda serpantinlerin donması problemiyle karşılaşılabilir. Hava karıştırıcıları kullanılarak karışma oranı büyük ölçüde artırılabilir. Böylece katmanlaşma etkenlerine bağlı olarak problem kısmen veya tamamen ortadan kaldırılabilir [6]. 5
3. COMSOL MULTIPHYSICS İLE ÇÖZÜME ULAŞILMASI Klima santrali tasarımı aşamasında hava katmanlaşmasını incelemek için birçok analiz yazılımı kullanılabilir. Bu çalışmada Comsol Multiphysics 4.2 ve 3.5a versiyonları kullanılarak hava katmanlaşması problemi incelenmiştir. Klima santralinin en basit halinden karmaşığa doğru ilerleyerek hava katmanlaşması incelenecektir. 3.1. EN BASİT KARIŞTIRMA ODASININ KARIŞTIRMA EFEKTİFLİĞİ En basit tip karıştırma odasında, odanın üst tarafından 293,15 K sıcaklıkta dönen hava, sol tarafından 273,15 K sıcaklıkta dış hava girdiği kabul edilerek tasarım gerçekleştirilmiştir (Şekil 3.1). Havanın fiziksel özellikleri yazılımın kitaplığından alınmıştır. Klima santrali içindeki havanın başlangıç basıncı 101 Pa ve yine havanın klima santrali çıkış basıncı 101 Pa olarak belirlenmiştir. Şekil 3.1 de 1 girişi dönen hava, 2 girişi ise dış havadır. Hava debileri 1 ve 2 girişlerinin genişlik uzunlukları eşit olduğu için hız ile kontrol edilmiştir. Şekil 3.1 de gösterilen karışımda 1 m/s ile dış hava, 9 m/s ile de dönen hava girişi vardır. Bu karışımda 1/9 oran bulunmaktadır. Buna göre toplam hava debisi sabit tutularak oranlar değiştirilecek, bu oranların değişimiyle efektiflik incelenecektir. 6
Şekil 3.1: En Basit Karıştırma Odası Efektiflik ifadesi havanın ne kadar iyi karıştığı ile ilgilidir. Daha önce yapılan çalışmalardan birisinde; dış havanın sıcaklığının karışımdan sonra ne kadar yükseldiği, dönen havanın sıcaklığının da ne kadar düştüğü incelenerek efektiflik ifade edilmiştir. E = 1 Tmaks Tilk (3.1) Burada; T maks karışım sonrası klima santralindeki en sıcak ve en soğuk havanın farkı, T ilk ise karışıma giren dış ve dönen hava sıcaklıklarının farkıdır. Tablo 3.1 de ve şekil 3.2 de belirlenen hava debilerindeki hava efektifliği sunulmuştur. 7
Tablo 3.1: Hava Debilerine Bağlı Karıştırma Efektifliği Yüzde Dış HavaDış Hava Dönen Hava Efektiflik En Düşük En Yüksek % m/s m/s % Sıcaklık (K) Sıcaklık (K) 0 0 10 100 293,15 10 1 9 56,15 284,38 293,15 20 2 8 24,05 277,96 293,15 30 3 7 7,8 274,7 293,14 40 4 6 1,95 273,52 293,13 50 5 5 0,807 273,2155 293,0541 60 6 4 1,991 273,1582 292,76 70 7 3 6,778 273,1507 291,795 80 8 2 20,466 273,1501 289,057 90 9 1 51,438 273,15 282,8623 100 10 0 100 273,15 Şekil 3.2: Dış hava oranına bağlı karıştırma efektifliği 8
Yukarıdaki verilere göre karışım efektifliğinin en düşük değeri %50 dönen %50 dış hava oranında elde edilir. Karışımın iyileştirilmesi için optimum bir değer belirlenmelidir. Aşağıda farklı karışım oranlarındaki hava katmanlaşması analiz görütüleri sunulmuştur. Şekil 3.3: %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması sıcaklık analiz sonucu 9
Şekil 3.4: %30 dış hava girişinde hava katmanlaşması sıcaklık analiz sonucu Şekil 3.5: %50 dış hava girişinde hava katmanlaşması sıcaklık analiz sonucu 10
Şekil 3.6: %20 dış hava oranında karıştırma sonunda klima santrali yüksekliğince sıcaklık değişimi 3.2. ÜSTTEN DÖNÜŞ, ALTTAN DIŞ HAVA GİRİŞLİ KARIŞTIRMA ODASI TASARIMI Karışımı iyileştirmek için farklı tasarımlar denenebilir. Bu tasarımlardan birisi de alttan dış havanın, üstten dönen havanın karşılıklı olarak karıştırma odasına verilmesidir. Bu tasarım aşağıdaki Comsol Multiphysics 3.5a ile incelenmiştir. Şekil 3.7: Üstten dönüş, alttan dış hava girişli karıştırma odası tasarımı 11
Şekil 3.8: %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması sıcaklık analiz sonucu Şekil 3.8 de üstten dönen, alttan dış hava girişli %10 dış hava oranlı karışım odasında sıcaklık analizi görüntüsü sunulmuştur. Analize göre bu karışım oranında karıştırma efektifliği %64,964 olarak belirlenmiştir. Yine %50 dış hava oranlı analiz yapılmıştır. Bu oranda karıştırma efektifliği %6,110 olarak belirlenmiştir. Klasik tasarıma göre %10 dış hava oranında efektiflik %56,15, %50 dış hava oranında efektiflik %0,807 olarak hesaplanmıştı. Sonuçlara göre karıştırma efektifliğinde belirgin artış gözlemlenmektedir. Bahsedilen artışlarla birlikte tasarımın kullanılabilirliği, hız alanı verileri, basınç düşüşü gibi diğer özellikler de dikkate alınmalıdır. 12
Şekil 3.9: %10 dış hava oranında karıştırma sonunda klima santrali yüksekliğince sıcaklık değişimi Şekil 3.10: %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması basınç analiz sonucu 13
Şekil 3.10 da görüldüğü gibi karışım sonunda 0,142 Pa basınç düşüşü gerçekleşmektedir. Bu basınç düşüşünün kabul edilebilir olup olmadığı dikkate alınmalıdır. Şekil 3.11: %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması hız alanı analiz sonucu 3.3. SOĞUK HAVANIN KARIŞTIRMA ODASININ ÜSTÜNDEN VERİLMESİ Tasarım aşamasında dış havanın dönüş havasına göre nispeten soğuk olmasından dolayı yoğunluğunun daha fazla olacağı düşünülmüştür. Buna göre dış hava karışım odasına üstten verilirse alltan verilen nispeten yoğunluğu düşük havanın altına inme eğilimde bulunacak karışım iyileşeceği düşüncesi doğmuştur. Fakat bu durum hareketli değil, durgun akışkanlar için geçerlidir. Hareketli akışkanlarda ise daha önce bahsedilen akışkanların momentumkarı ile ilgilidir. Bu tasarım aşağıda Comsol Multiphysics 3.5a ile incelenmiştir. 14
Şekil 3.12: Üstten dış, soldan dönüş havası girişli karıştırma odası tasarımı Şekil 3.13: %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması sıcaklık analiz sonucu Şekil 3.13 de üstten dış, soldan dönüş havası girişli %10 dış hava oranlı karışım odasında sıcaklık analizi görüntüsü sunulmuştur. Analize göre minimum sıcaklık 282,7938 K, maksimum sıcaklık 293,15 K olarak saptanmış ve bu karışım oranında karıştırma efektifliği %48,219 olarak belirlenmiştir. Yine %50 dış hava oranlı analiz yapılmıştır. Bu oranda karıştırma efektifliği %0,924 olarak belirlenmiştir. Klasik tasarıma göre %10 dış hava oranında efektiflik %56,15, %50 dış hava oranında efektiflik %0,807 olarak hesaplanmıştı. Sonuçlara göre karıştırma efektifliğinde %10 dış hava oranında artış, %50 dış hava oranında düşüş gözlemlenmektedir. Bahsedilen 15
artışlarla birlikte tasarımın kullanılabilirliği, hız alanı verileri, basınç düşüşü gibi diğer özellikler de dikkate alınmalıdır. Şekil 3.14: %10 dış hava oranında karıştırma sonunda klima santrali yüksekliğince sıcaklık değişimi 16
Şekil 3.15: %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması basınç analiz sonucu Şekil 3.16: %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması hız alanı analiz sonucu 17
3.4. KARIŞITRMA ODASININ UZUNLUĞUNUN ARTTIRILMASI Yapılan araştırmalar sırasında karıştırma odasının uzunluğu arttırılarak karıştırma verimindeki artış da incelenmiştir. Karıştırma odasının boy u tunun artmasıyla karıştırma efektifliğindeki artışın kabul edilebilirliği dikkate alınmalıdır. Bu tasarım aşağıda Comsol Multiphysics 3.5a ile incelenmiştir. Şekil 3.17: Nispeten uzun karıştırma odası tasarımı Şekil 3.17 de gösterildiği gibi karıştırma odası uzunluğu ilk analiz yapılan uzunluğun 3 karı kadar arttırılmıştır. Başlangıçta 2br olan karıştırma odasının son uzunluğu 8 birimdir. Bu uzunlukta her 2 br de bir efektiflik ölçümü gerçekleştirilmiştir. 18
Şekil 3.18: %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması sıcaklık analiz sonucu Karıştırma efektifliği, birinci ölçüm noktasında %57,514, ikinci ölçüm noktasında %71,605, üçüncü ölçüm noktasında %78,212, dördüncü ölçüm noktasında %82,838 olarak hesaplanmıştır. Bu sonuçlara göre karıştırma efektifliğinde bariz bir yükselme gerçekleşmektedir. Buna göre optimum bir karıştırma odası uzunluğu belirlenmelidir. 19
Şekil 3.19: %10 dış hava oranında 4. Ölçüm noktasında klima santrali yüksekliğince sıcaklık değişimi 20
Şekil 3.20: %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması basınç analiz sonucu Şekil 3.21: %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması hız alanı analiz sonucu 21
3.5. KARIŞTIRMA ODASINA DAMPERLERİN EKLENMESİ Basit karıştırma odasına damperlerin eklenmesiyle havanın daha iyi karışması ve dolayısıyla karıştırma efektifliğinde bir artış beklenmektedir. Karıştırma efektifliği sonuçları ve basit karıştırma odasıyla karşılaştırmaları Comsol Multiphysics 3.5a yardımıyla incelenmiştir. Şekil 3.22: Damperli karıştırma odası tasarımı Analiz sonuçları karşılaştırma yapılabilmesi için basit karıştırma odası sonuçlarıyla birlikte Tablo 3.2 de ve şekil 3.23 de sunulmuştur. Tablo 3.2: Hava Debilerine Bağlı Karıştırma Efektifliği Karşılaştırmaları Yüzde Basit Karıştırma Odası Damperli Karıştırma Odası Dış Hava Dış Hava Dönen Hava Efektiflik En Düşük En Yüksek Efektiflik En Düşük En Yüksek % m/s m/s % Sıcaklık (K) Sıcaklık (K) % Sıcaklık (K) Sıcaklık (K) 0 0 10 100 293,15 100 293,15 10 1 9 56,15 284,38 293,15 60,316 285,2125 293,1493 20 2 8 24,05 277,96 293,15 27,84 278,7176 293,1496 30 3 7 7,8 274,7 293,14 9,907 275,1223 293,1409 40 4 6 1,95 273,52 293,13 2,859 273,6903 293,1184 50 5 5 0,807 273,2155 293,0541 1,048 273,2633 293,0356 60 6 4 1,991 273,1582 292,76 2,095 273,1681 292,7492 70 7 3 6,778 273,1507 291,795 6,717 273,1521 291,8087 80 8 2 20,466 273,1501 289,057 20,091 273,1501 289,1319 90 9 1 51,438 273,15 282,8623 51,075 273,15 282,9351 100 10 0 100 273,15 100 273,15 22
Şekil 3.25 de üstten dönüş, soldan dış hava girişli %10 dış hava oranlı karışım odasında sıcaklık analizi görüntüsü sunulmuştur. Analize göre minimum sıcaklık 285,2125 K, maksimum sıcaklık 293,1493 K olarak saptanmış ve bu karışım oranında karıştırma efektifliği %60,316 olarak belirlenmiştir. Yine %50 dış hava oranlı analiz yapılmıştır. Bu oranda karıştırma efektifliği %1,048 olarak belirlenmiştir. Klasik tasarıma göre %10 dış hava oranında efektiflik %56,15, %50 dış hava oranında efektiflik %0,807 olarak hesaplanmıştı. Sonuçlara göre karıştırma efektifliğinde yüzde sıfırdan yüzde elli dış hava oranına kadar damperli karışma odasında, karıştırma efektifliğinde artış görülmektedir. Bununla birlikte yüzde elli dış hava oranından itibaren artarak yüzde yüz dış hava oranına doğru yapılan analizlerde efektifliğin neredeyse aynı olduğu saptanmıştır. Bahsedilen artışlarla birlikte tasarımın kullanılabilirliği, hız alanı verileri, basınç düşüşü gibi diğer özellikler de dikkate alınmalıdır. Şekil 3.23: Dış hava oranına bağlı karıştırma efektifliği karşılaştırması 23
Şekil 3.24: %10 dış hava oranında karışım sonunda klima santrali yüksekliğince sıcaklık değişimi (Maksimum sıcaklık 293,1493 K, minimum sıcaklık 285,2125 K) Şekil 3.25: %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması sıcaklık analiz sonucu 24
Şekil 3.26: %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması basınç analiz sonucu Şekil 3.26 da da görüldüğü gibi yaklaşık 0,648 Pa basınç farkı oluşmaktadır. Şekil 3.27: %10 dış hava girişinde hava katmanlaşması hız alanı analiz sonucu 25
KAYNAKLAR 1- Finaish F., Sauer H., Becalaere V. B., 2002, ASHRAE 1045 TRP: Verifying Mixed Air Damper and Air Mixing Characteristics Final Report, Department of Mechanical and Aerospace Engineering and Engineering Mechanics Universityof Missours Rolla & Ruskin Dampers an Louvers 2- Mixing and Sensor Errors: Temperature Stratification, Blender Products, Inc., 3- Air Mixing Handbook, Blender Products, Inc., 4- How to Write a Good Air Mixing Specification, Blender Products, Inc., 5- Templeton, J.,2009, Air Mixing Basics and Advanced Techniques, Denver ASHRAE & Blender Products, Inc., 6- http://www.airblender.com/ 7- Roger W. PRYOR, 2011, Multiphysics Modelling Using Comsol, Jones Barlett Publishers, 8- Comsol Multiphysics CFD and Heat Transfer Module User s Guide V4.2 & V3.5, 2011, COMSOL, 9- Keith D. Robinson, P.E., 2000, Rating Air-Mixing Equipment, ASHRAE JOURNAL 10- Keith D. Robinson, Wheat Ridge, 2005, Static Mixing Apparatus, Patent No: US6,878,056 B2 11- Delaney, T.A., T.M. Maiocco, A. G. Vogel.,1984, Avoiding coil freezeup, Heating Piping, & Air-Conditioning, 26