ISI GERİ KAZANIM CİHAZLARININ BAZI ŞEHİRLERDEKİ YILLIK TOPLAM ISITMA VE SOĞUTMA KAZANÇLARINA ETKİSİ Doç. Dr. Serhan Küçüka Dokuz Eylül Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümü
Konular Isı geri kazanım cihazları, çalışma ilkeleri ve nemli hava diyagramı üzerinde gösterimi Yıllık toplam ısı ve soğu kazancının bölgelere göre değerlendirilmesi Sonuçlar ve değerlendirme
Isı geri kazanım cihazı Çatı üstü klima sistemi önüne tesis edilmiş olan bir ısı geri kazanım cihazının yaz ve kış çalışma durumları şematik olarak gösterilmiştir. İÇ ORTAMDAN DÖNÜŞ HAVASI DIŞ ORTAMDAN SOĞUK HAVA ÖN ISITMALI HAVA DIŞ ATIM KIŞ ÇALIŞMASI İÇ ORTAMDAN DÖNÜŞ HAVASI DIŞ ORTAMDAN SICAK HAVA ÖN SOĞUTMALI HAVA DIŞ ATIM YAZ ÇALIŞMASI
IKG Cihazı Verimi Dış (taze) havanın cihazdan çıkış sıcaklığı, en çok iç havanın giriş sıcaklığına ulaşabilir. Gizli ısı değişiminin gözönüne alınmadığı durumda cihaz verimi aşağıdaki şekilde tanımlanır: İçeriye 32.5 C Dış atım η = T T th,ç ek,g T T th,g th,g Dış havanın havanın cihazdan çıkış sıcaklığı : T th,ç = T th,g +η* ( T T ) ek,g th,g İç ortam 26 C Dış ortam 39 C Antalya için verilen 39 C dış hava sıcaklığı, 26 C iç hava sıcaklığı ve %50 verim durumunda, taze havanın cihaz çıkış sıcaklığı 32.5 C olmaktadır.
HESAP ÖRNEĞİ (Yaz Çalışması) %50 verimli ve 1000 m 3 /saat ( 0.333 kg/s) hacimsel debiye sahip ısı geri kazanım cihazının Antalya ili için soğu yüküne etkisi tasarım koşullarında hesaplanmıştır. Dış koşullar: 39ºC KT, 28ºC YT, 0.0194 kg_nem/kg_hv, h=109.2 kj/kg İç ortam: 26ºC KT, 19ºC YT Üfleme şartları: 15ºC KT, 14.5ºC YT, 60.64 kj/kg Soğu yükü: 0.333(109.2-60.64)= 16.2 kw IGK kullanılması hali: Cihaz çıkış durumu: 32.5ºC KT, 0.0194 kg_nem/kg_hv, h=102.2 kj/kg Soğu yükü: 0.333(102.2-60.64) = 13.85 kw Soğu yükündeki azalma miktarı ve oranı: 2.35 kw, %14.5 Aynı cihazın %50 geri dönüş havası kullanılan ancak toplam kapasitesi iki katı olan sistemde işletilmesi halinde, Cihazın hava giriş-çıkış sıcaklığı ve kazanç miktarı (2.35 kw) değişmeyecek, ancak kazancın toplam yüke oranı %7.3 e düşecektir.
%100 taze havalı (IGK üzerinden) üfleme havası şartlandırma işleminin Soğu kazancının psikometri üzerinde gösterimi tasarım (yaz yüküne çalışması) oranı: %15 Soğutma gurubu yükü Soğu kazancı Ön soğutma (Isı geri kazanım cihazı IKG çıkış Dış hava Entalpi eğrisi Soğutma birimi çıkış Dış Dış mahal atım atım Isı geri kazanım cihazı
%50 taze hava (IGK üzerinden) karışımlı üfleme havası şartlandırma işleminin psikometri üzerinde gösterimi (yaz çalışması) Soğutma gurubu yükü Soğu kazancı Karışım noktası (IGK ile) Ön soğutma (Isı geri kazanım cihazı IKG çıkış Dış hava Karışım noktası (IGK kullanılmadan Entalpi eğrisi Soğutma birimi çıkış mahal Isı geri kazanım cihazı Dış atım
HESAP ÖRNEĞİ (Kış Çalışması) %50 verimli ve 1000 m 3 /saat ( 0.333 kg/s) hacimsel debiye sahip ısı geri kazanım cihazının Antalya ili için ısı yüküne etkisi tasarım koşullarında hesaplanmıştır. Dış koşullar: 3ºC KT, İç ortam: 20ºC KT Üfleme şartları: 40ºC KT Isı yükü: 0.333*1.005 (40-3) = 12.4 kw IGK kullanılması hali: Cihaz çıkış durumu: 3+0.5*(20-3) = 11.5ºC KT Isı yükü: 0.333*1.005(40-11.5) = 9.5 kw Isı yükündeki azalma miktarı ve oranı: 2.9 kw, %24 Aynı cihazın %50 geri dönüş havası kullanılan ancak toplam kapasitesi iki katı olan sistemde işletilmesi halinde, Cihazın hava giriş-çıkış sıcaklığı ve kazanç miktarı (2.9 kw) değişmeyecek, ancak kazancın toplam yüke oranı %12 ye düşecektir.
Basınç düşümünün etkisi ÖRNEK: Cihaz debisi: 1000 m 3 /saat Basınç düşümü: 150 Pa Fan verimi: 0.70 Fan gücü: 1000 *150 P = 2* = 119W = 0.7*3600 0.12kW Fan gücüne karşılık gelen soğu yükü: Q sogu = COP*P = 0.36kW Isı geri kazanım cihazı verimi ve yakıt fiyatları da göz önüne alınarak, iç ve dış sıcaklık arasında 1-2 C ve daha düşük fark bulunduğu zaman, basınç düşümünün etkisinin beklenen kazançtan fazla olduğu hesaplanmıştır.
IGK CİHAZININ YILLIK TOPLAM ISITMA/SOĞUTMA YÜKÜNE KATKISI Ekim Nisan ayları arasında dış sıcaklığın 20ºC altına indiği saatlerde ısıtma, Mayıs-Eylül ayları arasında dış sıcaklığın 26ºC üzerine çıktığı saatlerde soğutma yapıldığı kabul edilmiştir. TTMD tarafından kabul edilmiş olan tipik yıl sıcaklıkları esas alınarak İzmir ve Ankara için ısıtma ve soğutma yapılan saatlerin yıllık dağılımı takip eden grafiklerde verilmiştir. Verilen ısıtma ve soğutma saatleri ve dereceleri kullanılarak(derece-saat), 1000 m3/saat hava debisine sahip ve %50 verimli IGK cihazının tüm yıl işletilmesi ile elde edilecek olan ısı ve soğu kazançları 4 ayrı bölge için hesaplanmış ve tabloda verilmiştir. Tabloda sistemin 08 00-20 00 arası 12 saat veya tüm gün işletildiği iki ayrı durum göz önüne alınmış, %100 taze havalı sistem için ısı geri kazanımı kullanılması ile ısıtma ve soğutma pik (tasarım) yüklerindeki azalma oranı ayrıca verilmiştir.
Yıllık Sıcaklık Değişimi İzmir tipik yıl (1993) sıcaklık dağılımı Sıcaklık dağılımı, saat/yıl 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Isıtma dönemi Soğutma dönemi -1 4 9 14 19 24 29 34 39 Dış sıcaklık, C Kaynak: ARISOY, A., ŞEN, O., ŞAYLAN L., TOROS, H., Türkiye İklim Verileri, TTMD Teknik Rapor, 2000
Yıllık Sıcaklık Değişimi Ankara için tipik yıl (1990) sıcaklık dağılımı 400 Sıcaklık dağılımı, saat/yıl 300 200 100 0 Isıtma dönemi -12.0-7.0-2.0 3.0 8.0 13.0 18.0 23.0 Soğutma dönemi 28.0 33.0 Dış sıcaklık (C) Kaynak: ARISOY, A., ŞEN, O., ŞAYLAN L., TOROS, H., Türkiye İklim Verileri, TTMD Teknik Rapor, 2000
1000 m 3 /saat hava debisi için yıllık toplam ısı ve soğu kazancı Bölge Tasarım sogu kazancı ve toplam yüke oranı Yıllık toplam sogu kazancı (kw-saat/yıl) 12 saat/gün 24 saat/gün Tasarım ısı kazancı ve toplam yüke oranı Yıllık toplam ısı kazancı (kw-saat/yıl) 12 saat/gün 24saat/gün Ankara 1.33 kw (%24) 319 (326) 5.33 kw (%31) 5102 (12052) Antalya 2.27 kw (%14) 940 (1020) 2.84 kw (%23) 2126 (6154) İstanbul 1.2 kw (%12) 232 (236) 3.83 kw (%29) 4297 (9364) İzmir 1.88 kw (%18) 892 (977) 3.33 kw (%25) 2733 (6892)
Etkileri Isı geri kazanım cihazının kullanılması ile Yıllık ısı (soğu) tüketimi azalmaktadır. Tasarım noktasındaki ısıtma (soğutma) yükü azalmaktadır. Direk genleşmeli soğutma guruplarında (çatı üstü gurupları), dış hava soğutma bölümüne doğrudan gelmektedir. Bu şekilde yaz sıcaklığının aşırı arttığı saatlerde, buharlaştırıcı sıcaklık ve basıncı artmaktadır. Gerek dış sıcaklığın artması, gerekse soğutma yükünün artması yoğuşturucu yükü ve basıncını arttırmaktadır. Bu durum, sistemin yüksek basınç nedeni ile durmasına neden olabilmektedir. Buharlaştırıcıya gönderilen havaya ön soğutma yapılmış olması, yoğuşma basıncının istenen değerlerin üzerinde artmasını önleyecektir.
Sonuçlar IKG cihazlarının kullanılması ile, yöreye ve taze hava oranına bağlı olarak tasarım (pik) yükü soğutmada (%5-24), ısıtmada ise (%10-31) oranında azalmaktadır. Tasarım yükünün azalması, soğutma ve ısıtma guruplarının yanı sıra pompa, fan gibi yardımcı ekipmanların küçük güçte seçilmesini ve tasarım dışı günlerdeki yükün, tasarım yüküne yaklaşmasını sağlayacaktır. Yıllık toplam kazançta, ısıtma mevsimindeki kazanç ön plana çıkmaktadır. Ekonomik değerlendirmede, cihazın bulunduğu yöre ve ısıtma için kullanılan yakıtın maliyeti temel rol oynayacaktır. KAYNAK: Küçüka, S., Isı Geri Kazanım Cihazlarının Bazı Şehirlerdeki Yıllık Toplam Isıtma ve Soğutma Kazançları, Teskon VII. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi Bildiriler Kitabı, 39-47, 2005