Tesisat Mühendisliği Dergisi Sayı: 87, s. 43-48, 2005 Soğutma Yükü Hesaplamaları İçin Alternatif Bir Yazılım Reşat SELBAŞ* Önder KIZILKAN** Arzu ŞENCAN*** O. Burak AKALAN Özet Soğutma eğitimi bilindiği üzere lisans düzeyinde Makine Mühendisliği ve Tesisat Öğretmenliği Bölümlerinde, ön lisans düzeyinde ise lklimlendirme-soğutma ve Doğalgaz-Sıhhi Tesisat programlarında verilmektedir Gelişen bilgisayar teknolojileri ve yazılımları sayesinde soğutma eğitimi alanında da oldukça önemli gelişmeler ortaya konmuştur. Bu çalışmada, soğutma yükünün hesaplanması ve soğutma sistemi elemanlarının doğru bir şekilde seçilebilmesi amacıyla Delphi programlama dilinde Soğutma Yükü Hesap Programı hazırlanmıştır. Hazırlanan programla, soğutma ile ilgili hesaplamaların bilgisayar ortamında çok daha kolay ve hızlı bir biçimde yapılması mümkün olmaktadır. 1. GİRİŞ Alan yazılımlarının Meslek Yüksekokullarında kullanımı ilk defa 2002 yılında hazırlanan MEB-YÖK Meslek Yüksekokulları Program Geliştirme Projesinde dikkate alınmış ve İklimlendirme ve Soğutma Programında 4. yarıyılda seçmeli olarak "İklimlendirme ve Soğutma Yazılımları" adlı bir ders konulmuştur. Alan yazılımlarının bir derste kapsamlı olarak işlenebilmesi mümkün değildir. Bundan dolayı mesleki derslerin verildiği laboratuarlarda bilgisayar-projeksiyon (veya büyük ekran TV) desteği gereklidir. Böylece dersler bilgisayar desteğinde işlenerek alan yazılımlarının tüm meslek derslerinde kullanılması sağlanabilir. İklimlendirme ve soğutma eğitimi alanında kullanılabilecek yazılımlar genel olarak şu şekilde sınıflandırabilir [1]: Birim çevirme Psikrometrik hesaplama Ders sunumları Ürün tanıtım ve seçimi Isı yükü ve yalıtım hesaplama Soğutucu akışkan seçimi ve su buharı termodinamik özellikleri Basınç kaybı ve boru çapı, kanal çapı hesabı İklimlendirme ve soğutma sistem analizi ve taşanını İç hava kalitesi hesaplama ve danışma Animasyon ve simülasyonlar * Yrd. Doç., Süleyman Demirel Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü ** Aıij. Gör.. Süleyman Demirel Üniversitesi *** Öğr. Gör., Süleyman Demirel Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü 43
2. ISI YUKU VE YALITIM HESAPLAMA YAZILIMLARI İsıtma, soğutma, klima-havalandırma ve ısı yalıtımı gibi tüm yük hesapları yazılımlar ile daha kolay yapılabilmektedir. Örnek olarak bir soğuk hava deposunun elle hesaplanabilmesi ısı kazançlarının çeşitliliğine bağlı olarak bazen birkaç saat alabilmektedir. Ancak aşağıda gösterilen yazılımlarla bu işlem 2 dakikada tamamlanabilmektedir. Ayrıca belli markalardan cihaz seçimi yapılabilmekte, boru çapları da hesaplanabilmektedir. Danimarka Teknik Üniversitesi tarafından ticari kaygı olmaksızın hazırlanan CoolPack programı ile soğuk oda, klima, su soğutma grubu ve ticari soğutucu yük hesapları yapılabilmektedir [1]. 3. MATERYAL VE METOT 3.1. SOĞUTMA YÜKÜNÜN HESABI Soğutma yükünün hesabındaki amaç soğutma sistemi elemanlarını (kompresör, kondenser, evaporator, termostatik ekspansiyon valfi, soğutucu akışkan boruları ve diğer soğutma aksamı) doğru ve ekonomik bir şekilde seçebilmektedir. Soğutma ele-manlanmn doğru seçimi ile sistemin verimli, bekleneni verecek tarzda ve aksamadan senelerce çalışması sağlanmış olabilecektir. Soğutma yükünü meydana getiren ısı kazançlarını dört grupta toplamak mümkündür 1. Soğutulan hacmi çevreleyen duvar, döşeme ve tavandan geçen ısı. transmisyon ısısı. 2. Soğutulan hacme dışarının daha yüksek ısı tutumundaki havasının girmesiyle meydana gelen ısı yükü, infiltrasyon ısısı. 3. Soğutulan hacme konulan malların ısısı. 4. Soğutulan hacmin içerisindeki ısı kaynaklarından gelen ısı (insanlar, aydınlatma, motor, vs.) Transmisyon Isısının Hesabı Transmisyon ısısının mümkün olduğunca düşük tutulmasında çok yarar vardır ve bunun sağlanabilmesi, duvarlarla tavan ve döşemenin ısı geçirme katsayısının düşük tutulması ile mümkün olabilecektir. Zaten, ısı geçiş alanları ve iç-dış sıcaklıklar uygulamanın şekline göre belirlidir ve değişmez. Ayrıca güneş ışınlarına maruz kalan dış yüzeylere sıcaklık farklarının eklenmesi gerekir. İç sıcaklıkların saptanmasında, soğutulacak hacmin kullanma maksadı göz önünde bulundurulur. Bazı özel kullanma maksatları söz konusu olduğunda bu maksada uygun olan sıcaklık esas alınır. Soğuk oda uygulamalarında, soğuk odada muhafaza edilecek maddelerin gerektirdiği oda sıcaklığı iç sıcaklık olarak alınmalıdır. Tablo 1. İsı vuku hesaplama yazılımları Yazılım MTH 2.4 ChillCalc DWcalc Coldroom Coolpack DDKth Demırdokum E.C.A. AECalc Radyatör v5.1 TS825 Hvac-Calc Residential Trace 700 Load Design Turu Mekanik tesisat hesaplama yazılımı Soğutma grubu yük hesabı Dean-Wood klima yuk hesabı Dean-Wood soğuk depo yuk hesabı HVAC yazılımı Kalorifer tesisatı hesap programı Klima ısı kazancı Isı kaybı hesabı Isı yuk hesabı Bina içi ısı kayıpları hesabı Isı yalıtım hesabı Proje hesap programı Trane yuk hesabı Firma web adresi http://www.antmekamk.com http://fridgetech.com http://www.dean-wood.com http://www.dean-wood.com http://www.dtu.dk http://www.demirdokum.com.tr http://www.demirdokum.com.ti http://www.emas.com.tr http://www.aecalc.com http://www.alargesoft.com http://www.izoder.org.tr http://www.wwwebworks.com http://www.trane.com 44 TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ DERGİSİ. Savı 87. 2005
Infiltrasyon - Hava Değişimi Isısının Hesabı Soğuk oda kapısının her defa açılıp kapatılışında bir miktar harici sıcak hava soğuk odaya girerek ek bir soğutma yükü oluşturur. Harici havada daha fazla olan su buharı da bu soğutma yükünün bir parçasını oluşturur. Bu yükün sağlıklı bir şekilde saptanması, gerçek kullanma durumunun bilinmesi ile mümkündür. Bu ise çoğu zaman kullananın tutumu ve ihtiyacına göre değişmektedir. Bu sebeple, infiltrasyon yükünü tam olarak hesaplamak güçtür. Uygulamada yapılan deneyler infiltrasyon yükünü meydana getiren oda hava değişiminin oda hacmine bağlı olduğunu göstermiştir. Deneysel olarak tespit edilmiş hava değişimi değerlerine göre soğuk odaya giren harici havanın ısı tutumu ile soğuk oda şavtlarındaki havanın ısı tutumu farkı ve havanın özgül ağırlığı uygulanmak suretiyle infiltrasyon ısısı hesaplanır. Mal Isısının Hesabı Soğuk odaya, muhafaza edilmek üzere konulan değişik türden malların meydana getirdiği ısı zaman zaman soğutma yükünün en önemli ve en büyük bölümünü teşkil edebilmektedir. Soğuk oda yüklerinin hesaplanmasında değişik tür muhafaza şekillerine göre mal hareketi miktarı bulunarak maldan gelen ısı yükleri hesaplanır. Araştırmalar göstermiştir ki soğuk odalara muhafaza edilmek üzere konulacak sebze, meyve, et, süt. yumurta, vs. gibi çoğu gıda maddelerinin tabii kaynaklarından alındıktan hemen sonra bir ön soğutmaya tabi tutulup süratle soğutulması ve daha sonra uzun süreli muhafaza odalarına konulması bu maddelerin soğuk odada muhafaza süresini uzatmaktadır. Mal ısısı ile ilgili olarak önemli olan bir ısı kaynağı da "olgunlaşma ısısı"dır. Bütün sebze ve meyveler canlılığı olan ve bunu soğuk muhafaza sırasında hatta pazarlama sırasında da devam ettiren maddelerdir. Bunun anlamı, sebze ve meyvelerin bir solunum yaptığı, bu esnada havadaki oksijeni alıp yerine karbon dioksit ile "ısı" verdiği anlamındadır. Meyvelerde buna "olgunlaşma" denilir ve elma, muz gibi bazı tür meyvelerde, bir seviyeye kadar olgunlaşma istenen bir husustur. Olgunlaşmanın aşırı olması halinde ise meyve ve sebze yumuşar, lezzetini kaybeder, görünüşü bozulur, koruyucu tabakası zarara uğrar, sonuç olarak ticari değerini yitirmiş olur. Aşm olgunlaşma, sebze ve meyvelerin iç yapılarındaki kimyasal değişme sonucu bozulmasıdır. Bundan başka, kuruma (aşırı nem-su kaybı) ve mikroorganizmaların sebep olduğu hastalıklar sonucu da meyve ve sebzelerin bozulması ve ticari değerini yitirmesi mümkündür. Gerek olgunlaşmanın kontrolünde ve gerekse kuruma ve mikroorganizı.ıalara bağlı bozulmanın önlenmesinde en etkin yol sıcaklıkların belirli seviyelere düşürülmesi yani soğutma uygulaması suretiyle olanıdır. Soğutulan Hacmin içerisinde Meydana Gelen Isı Bunlar, soğutulan hacimde zaman zaman bulunabilecek insanlar ile bu hacimdeki aydınlatma armatürleri, elektrik motorları, elektrikle veya sıcak gaz ile defrost işlemi ve daha başka ısı neşreden cihaz ve elemanlardan oluşmaktadır [2, 3]. 3.2. SOĞUTMA YÜKÜ HESABI PROGRAMININ KULLANIMI Soğutma yükünün hesaplanması ve soğutma sistemi elemanlarının doğru bir şekilde seçilebilmesi amacıyla hazırlanan program için Delphi programlama dili kullanılmıştır [4-6]. Programın girdileri için literatürde var olan soğutma yükü hesaplama yöntemleri kullanılmıştır [2. 3. 7]. Genel olarak bakıldığında literatürde kullanılan soğutma yükü hesaplama prosedürü, deneysel verilerden elde edilen sonuçlara dayanmaktadır. Elde edilen bu veriler ile hesaplama işlem basamakları Delphi programlama dilinde yazılarak bir arayüz oluşturulmuştur. Böylelikle hazırlanan program ile, soğutma ile ilgili hesaplamaların bilgisayar ortamında çok daha kolay ve hızlı bir biçimde yapılması mümkün olmaktadır. Şekil l'de program anamenüsü gösterilmiştir. Hesaplamaya geçebilmek için öncelikle anamenüde görülen gerekli tanımlamalar»irilir. Daha sonra de- TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ DERGİSİ. Savı 87. 2005 45
nuna tıklayarak direkt olarak bu kısımlara yazılabilir, bilinmiyorsa "Hesapla" butonuna tıklayarak açılan bölümden hesaplanabilir. Hesaplamak için bina malzemeleri ilgili bölümden tanımlanmalıdır. Program, bu malzemeler için gerekli değerleri otomatik olarak seçerek Ku değerini hesaplar. Bölümler kısmından ise "Komşu Hacimler", "Transmisyon Isısı", "Hava Değişimi Isısı", "Mallardan Gelen Isı", "Muhtelif Isılar", "Tabloları Listele" bölümlerine polanacak mal bilgileri, yer bilgileri ve bina bilgileri ile soğuk oda boyutlan girilir. Soğuk oda boyutları metre cinsinden girilmelidir (Şekil 2). Bütün bu değerler program içinde mevcut olup sadece seçim yapılması yeterlidir. Duvarların ısı iletim katsayıları değerleri (Ku) değerleri biliniyorsa ilgili bölümden "Hazır Gir" buto- Şekil 3. Kıı Değerlerinin Girilmesi re Diğer bölümler. Şekil 2. Soğutulacak gıdanın, şehrin, sıcaklıkların vs. girildiği Bölüm. Şekil 4. Komşu Hacimlerin Tanımlandığı Bölüm. 46 TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ DERGİSİ Sayı 87, 2005
ulaşılabilir. Bu bölümlerde yapılan hesaplamaların sonucu karşılarındaki metin kutularında gösterilir. Program içinde komşu hacim tanımlamaları butonuna basıldığında, bu hacimlerden uygun olanı seçilir. Komşu hacim ismi standart olarak "Alt Kat" şeklindedir. Yonu, sıcaklığı, seçilmeli ve bunun yanında soğuk oda alt toprağa temaslı sekmesi, soğuk deponun altında başka bir kat olduğu taktirde kaldırılmalıdır. Transmisyon hesabının yapılabilmesi için tüm duvarların bilgilen bu bölüme girilmelidir. Burada Ku değerini program otomatik olarak daha önce hesaplanan değerden alacak ve girilen en, boy, sıcaklık bilgilerine göre her bir duvar için hesaplamaları yapacaktır. Tablo doldurulduktan sonra transmisyon ısısı değeri otomatik olarak hesaplanır, "Değerleri Al" butonuna tıklayarak bu değer Ana Menüdeki yerine alınır. Şekil 6. Ha\a Değişiminden Gelen Isının Hesaplandığı Bolum Şekil 7. Mallaidan Gelen Isının Hesaplandığı Bolum Şekil5. Tıansmıssoıı Isısının Hesaplandığı Bolum Hava değişiminden gelen ısının hesaplanması için ilgili bölümdeki kısımda değerler daha önceden girilen bilgilere göre otomatik olarak gelir. Bütün değerler ayarlandıktan sonra "Hesapla" butonuna tıklayarak, hava değişiminden gelen ısı değeri bulunur, istenilirse otomatik değerler yerine elle de değer girilebilir. "Değerleri Al" butonuna tıklayarak bu değer Ana Menüdeki yerine alınır. Mallardan gelen ısı bölümünde mal cinsi ana menuden otomatik olarak gelir. Diğer bölümler de girilen veriler ışığında otomatik olarak girilmiş haldedir, istenirse yine bu bölümde de elle ginne işlemi yapılabilir. Oda içinde meydana gelen muhtelif ısılar kısmı, insan bölümü, aydınlatma bölümü, motor bölümü, elektrikli defrost bölümü ve sıcak gaz defrost bölümünden oluşmaktadır. Gerekli bilgiler girilerek ısı kazancı hesaplanır. "Değerleri Al" butonuna tıklayarak bu değer Ana Menüdeki yerine alınır. Soğutma yükü hesabı için tüm değerlerin girilmesinden sonra sonuçlar kısmında otomatik olarak ısı kazancı bilgileri çıkmaktadır. Elde edilen sonuçlar ile yapılan hesaplamaların bulunduğu soğutma yükü hesap tablosu program tarafından otomatik olarak oluşturularak istenirse çıktı olarak ta alınabilir. Ayrıca farklı hesaplamalar için ayrı ayrı tablolar oluşturularak bunlar sistem içerisinde saklanabilir (Tablo 1, Tablo 2, vs.) ve her tab- TESISAT MÜHENDİSLİĞİ DERGİSİ. Sayı 87. 2005 47
elektrik enerjisine bağımlı ve bu nedenle de daha pahalıdır. Buna rağmen tasarım ve projelendirme aşamalarına yeterince önem verilmemektedir. Uygulama alanında çalışan teknik elemanlar soğutma sistemi seçiminde çoğu zaman oldukça kaba yöntemler kullanmaktadırlar. Genel uygulamada soğutma yükü hesaplanırken, oda hacminin pencere alanı ve güneye bakan cephe alanı ile artan bir katsayı ile çarpıldığı görülmektedir. Sonuçta çoğu zaman gerekenden büyük bir soğutma sistemi seçilerek ilk yatırım ve işletme giderlerinde ortaya çıkan fazla maliyet tüketicinin zararına olmaktadır [8]. loda istenilen kayıt silinebilir, bulunup, değiştirilebilir veya mevcut olmayan bir kayıt tabloya eklenebilir. Her tablonun kendisine ait verileri, örneğin Tablol "de: "Şehir", "Kuru Termometre", "Yaş Termometre". "Entalpi" değerleri girilerek, "Kaydet" butonuna tıklayarak tabloya yeni bir kayıt eklenebilir. Her tablonun kendisine ait ilk verisi, örneğin Tablo l'de: "Şehir" ismi girilip "Bul" butonuna tıklayarak o kayıt bulunabilir, "Sol Ok" veya "Sağ Ok" butonlarına tıklayarak da bir önceki ve sonraki kayıta ulaşılabilir. Bulunan bu değerler ise üzerinde istenilen değerleri değiştirerek "Değiştir" butonuna tıklayarak değiştirilebilir veya "Sil" butonuna tıklayarak o kayıt tamamen silinebilir. Hazırlanan programda ayrıca bir de yedekleme böliimü mevcuttur. Bu bölümün amacı ise, kullanıcının üzerinde değişiklik yaptığı bütün tabloları istediği bir dizine yedeklemesim sağlayarak, programın bir sonraki kurulumunda da bu tabloları yedekten geri alarak kullanabilmesini sağlamaktadır. 4. SONUÇ Binaların soğutulmasında, ısıtmaya gore daha büyük enerji gereksinimi vardır. Soğutma genellikle Bu çalışmada, bir soğutma yükü hesabında karmaşık hesaplamaları kolaylaştıracak, ülkemize ait verileri içeren bir bilgisayar yazılımı hazırlanmaya çalışılmıştır. Bilgisayar yazılımı için Delphi programlama dili kullanılmıştır ve bu yazılım ile programının ihtiyaçları karşılayacağı düşünülmektedir. Hazırlanan programa ayrıca sonradan çıkabilecek değerlerin girilmesi ve program üzerinde değişikliklerin yapılabilmesi mümkün olup eksik veya hatalar açısından da gelişmeye açıktır. Hazırlanan program ile bu konuda çalışan tasarımcı ve uygulayıcılara, üniversitelerimizin soğutma ve iklimlendirme bölümlerinde öğrenim gören öğrencilere, kısacası soğutma ve iklimlendirme konularında çalışan herkese kolaylık sağlanacağı düşünülmektedir. KAYNAKLAR [1] Bulgurcu. H., MMO, Tesisat Mühendisliği Dergisi, Mart- Nısan 2004 Sayı 80, Sayfa 80-89 [2] Ozkol, N., Uygulamalı Soğutma Tekniği, TMMOB Makına Mühendisleri Odası Yayın No:l 15, Ankara, 1999. [3] Savaş, S., Soğuk Depoculuk ve Soğutma Sistemlerine Giriş, Uludağ Uruveısıtesı. Bursa, 1987. [4] Daşdemır, Y, Ventabanlan ve SQL Delphi ile Ventabam Uygulamaları Geliştirme, Turkmen Kıtabevı. 670s. istanbul 2002 [5] Yanık, M., Borland Delphi ile Ventabam. Beta Basım Yayım Dağıtım A.Ş.. 518 s, İstanbul. 2002 [6] Yanık. M., Borland Delphi 6, Beta Basını Yayını Dağıtım A.Ş., 1232 s, İstanbul, 2002 [7] Kokturk, U., Soğutma Tekniği, Busen Yayınevi, istanbul. 1999. [8] Atmaca, H., Bınalaıda Soğutma Yuku Hesabı Yapan Bir Bilgisayar Programı. Mühendislik Bilinilen Genç Araştırmacılar 1. Kongresi. 17-20 Şubat 2003. istanbul. 48 TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ DERGİSİ. Savı 87. 2005
Tesisat Mühendisliği Deıgısı Sayı 87, s 49-52, 2005 Soğutma Kulelerinin Isıl Hesaplarında Kullanılan Pratik Yöntemin Hata Analizi Hilmi Cenk BAYRAKÇP Arif Emre ÖZGÜRE Özet Solutma kıdekıı ıklınılendınne sıstemlen ye solutma sıstemleıı çıbı atık ısı uıeten bııçok sistemde kıdlanılıı laı Solutma kukleıının ısıl hesaplanılın hassas olaıak \apılması zoı \e deta\lı bıı ışlemdıı Bu sebeple soqutma kıdelen um \apdan ısıl hesaplat da bııçok basıtlcştıı ıcı kabıdleı \apdıı Pıatık ıt\e,ıdamalaıda \apilan bu kabulleı ısıl hesap laı ıtı hassasiyetini azaltmaktadıı Pıatık olaıak kullanılan en \a\ çın soğutma kulesi hesap metodu Meıkel metodu ola tak da bilinen Entalpı Potansiyeli metodııduı Bu metot ıklımleııdııme ile ılçılı bııçok ka\nak kitap ye ^a\ında açıklanmaktadıı Bu çalışmada Entalpı Potansiyeli metodu de solutma kulelennın ısıl hesaplan ıçııı çelıştııılmış hassas bu metot kaı şılaştııdmıştıı Hassas metot entalpı potansiyeli yönteminde yapılan ıhmallen \e lıteıatındeki bııçok çalışmada çoz aidi edilen bııçok hususu da dikkate ahi Hassas yöntemde metilen denklemleı Runçe - Kutta yöntemi de ço-iılmuştuı Deneysel amaçlı bıı solutma kulesinden elde edilen \enleı ışınında heı ıkı \emtem ile ısıl lıeseıplaı yapılmışta Semuç olaıak ıkı yöntemin bu bıı Ici ı ile kıyaslanması yapılat ak entalpı potansiyeli yönteminin hassas \onteme goıe hata oıa nı yu.de olaıak sıınulmııstuı 1. GİRİŞ Soğutma kuleleri, dilimlendirme sistemleri ve soğutma sistemleri gibi atık ısı üreten bııçok sistemde kullanılulaı Soğutma kulelerinin ısıl hesaplarının hassas olarak yapılması zoı ve detaylı bir işlemdir Bu sebeple soğutma kuleleri için yapılan ısıl hesaplaıda bııçok basitlesinıcı kabuller yapılıı Pratik uygulamalarda yapılan bu kabuller ısıl hesapların hassasiyetini azaltmaktadır Pıatık olaıak kullanılan en yaygın soğutma kulesi hesap metodu, Merkel metodu olarak da bilinen Entalpı Potansiyeli metodudur Merkel analizinde, bir soğutma kulesinde buharlaşma sırasında olan su kaybı ihmal edilmiştir ve sistem için Lewis sayısı ' 1 kabul edilmiştir Sistem den çıkış şartların belirlenmesi birden çok diferansiyel denklemin tekrarlı sayısal ıntegrasyonunu gerektırmektedıı Ogı Gor Süleyman Demırel Unıveısıtesı Senırkent MYO Iklımlendııme Soğutma Bolumu Ars Gor Süleyman Demııel Unıveısıtesı Teknik Egıtım Fakültesi Makine Eğitimi Bolumu 49
Detaylı yöntemde ise Merkel metodunda kullanılan kabulleri kullanmayarak eğer doğru transfer katsayısı kullanılırsa Bu çalışmada, Entalpi Potansiyeli metodu ile, soğutma kulelerinin ısıl hesaplan için geliştirilmiş hassas bir metot karşılaştırılmıştır. Hassas metot, entalpi potansiyeli yönteminde yapılan ihmalleri ve literatürdeki birçok çalışmada göz ardı edilen birçok hususu da dikkate alır. Hassas yöntemde üretilen denklemler Runge - Kutta yöntemi ile çözülmüştür. 2. SOĞUTMA KULESİ ANALİZİ 6) Herhangi bir kule kesitinde su akışı boyunca uniform sıcaklık dağılımı vardır. Merkel analizini basite indirgemek için iki kabul yapmıştır. Soğutma kulesinde buharlaşma sırasında olan su kaybı ihmal edilmiştir ve sistem için Lewis sayısı " 1 " kabul edilmiştir. Soğutma kulesi hesaplamalarında kullanılan eşitlikler aşağıdaki gibi olmaktadır. Havaya buharlaşma yoluyla giden su miktarı; dm s = m h.d x (2.1 ) şeklinde, buharlaşmadan dolayı df yüzeyli soğutma hacminden hava hacmine giren su kütlesi dm s = (x d -x).df (2.2) olarak ifade edilmektedir. Bu ifadelerden m h dx = (x d -x).df (2.3) olmaktadır. Soğutma suyu kontrol hacmine giren enerjinin burayı terk eden enerjiye eşitliği yazılarak yukarıdaki ikinci denklemin de yardımıyla; Şekil 1. Ters akımlı bit soğutma kulesinin şematik gastet mu Ters akımlı bir soğutma kulesi şematik olarak giriş çıkış durumları ile birlikte Şekil T de gösterilmiştir. Detaylı analizde denklemlerin basit olarak türetilmesi için şu kabuller yapılmıştır. 1 ) Bir yöndeki ısı ve kütle transferi sadece akış normali doğrultusundadır. 2) Kuleden çevreye akış boyunca ısı transferi ihmal edilebilir. 3) Kule fanından veya fanlarından havaya veya suyun buharlaşmasıyla ısı transferi ihmal edilebilir. 4) Su ve kuru termometre sıcaklıkları sabittir. 5) Hava buhar karışımındaki su buharı kütle oranı yaklaşık olarak nem oranına eşittir. ri^hs + d(m s h s ) - rh s h s = rh h (h h + dh h ) - m h h h (2.4) elde edilir. Bu ifade düzenlenirse, m s dh s + drh s h b = m h dh h (2.5) olacaktır. Hava kontrol hacmi için enerji denge denklemi gibi yazılırsa, m, dh s = [a sh (T d -T h )+o(x d -x) (h tg +h g,)]df (2.6) denklemi elde edilir. h te değeri yazılır ve yukarıdaki eşitlik enerjinin eşitliğinde yerine konursa; m s dh s =[a sh (T d -T h )+a(x d -x) (h tg +h,-h s )]df (2.7) olur. 50 TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ DERGİSİ. Savı 87. 2005
Su yüzeyi ile sınırlı hava kontrol hacmindeki enerji denge denklemlerinden; (2.8) elde edilir. Hassas yöntemde izlenilen yol şu şekildedir. Soğutma kulesi dolgu yüksekliği 1, kule enine kesit alanı A, 1 m 3 kule dolgu hacmindeki su yüzeyi a ise F= A.l.a yazılabilir. A = 1 m 2 seçilerek diferansiyel alınırsa df= a.dl olur. (2.2) denkleminin dl'ye göre değişimi, acp/a sh oranı Lewis faktörü Le ile gösterilerek, gösterilen diferansiyel kontrol hacminde dl mesafesi boyunca, sırasıyla buharlaşan su kütlesi sebebi ile su debisindeki değişimi, serbest hava akımının özgül nem değerinin değişimini, su sıcaklığının değişimini ve hava sıcaklığının değişimini ifade etmektedir. Su ve havanın kuleye giriş büyüklükleri bilindiğine göre önceden kule yüksekliğine göre beürlenen adıma uygun artışlar verilerek G s, x, t h ve t^ belirtilen denklem sistemlerinden bulunabilir. Bu değerler bulunurken iterasyonlu olarak Runge-Kutta Metodu kullanılmıştır. Kullanılan hassas yöntem, Merkel metodundaki yapılan kabullerin ve ihmal edilen kısımların hesaba katılmasıyla şekillenmiştir. 3. BULGULAR Yapılan deneyler neticesinde elde edilen veriler hassas yöntem ve Merkel metoduyla çözülmüş ve elde edilen değerler karşılaştırmalı grafikler halinde verilmiştir. (2.9) şeklinde olurken, (2.3.) no'lu denklemin değişimi; (2.10) Şekil 1. Ozgul nem değişimi olmaktadrr. Aynı şekilde (2.7) ve (2.8) ifadeleri de gerekli ara işlemler ve dl'ye göre diferansiyelleri alınarak; Şekil 1 'de iki farklı L/G (hava debinin su debisine oranı) değeri için hassas yöntem ve Merkel ile yapılan hesaplamalar neticesinde bulunan özgül nem değişimi yüksekliğe bağlı olarak grafiksel olarak verilmiştir. ve (2.12) şeklinde düzenlenecektir. Bu denklemler. Şekil 1 'de Şekil 2. Su sıcaklığı deyişimi TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ DERGİSİ. Sayı 87, 2005 51
Şekil 2'de ise kule yüksekliğine bağlı olarak su sıcaklığı verilmektedir. L/G = 0,4 oram için bir kısımda çakışma görülürken, L/G = 0,36 oramnda ise veriler birbirine yakm olmakla beraber çakışma olmamaktadır. malar sonucunda deney sonuçları ile hassas metodun, Merkel metoduna göre daha uyumlu olduğu görülmüştür. Buna dayanarak, incelenen sistemde ısı ve kütle transferi mekanizmaları için kullanılan hesaplamalar yüzde 4 ila 10 arasında hata payı içermektedir. Bu da hassas yöntemle yapılacak hesapların daha verimli olacağını göstermektedir. Şekil 3. Ha\a sıcaklığı değişimi Şekil 3'de ise kule yüksekliğine bağlı olarak hava sıcaklığı değişimi görülmektedir. L/G = 0,4 ve L/G = 0,36 oranlan için farklılıklar açıkça görülmektedir. Şekil 4. Sudan transfer olan ısı (Qsu) değişimi Şekil 4'de sudan transfer edilen ısı miktarları görülmektedir. Hassas yöntemle yapılan hesaplamalarda transfer edilen ısı miktarının Merkel Metoduna göre daha fazla olduğu görülmektedir. 5. SONUÇ Soğutma kulelerinin ısıl hesapları hassas, zor ve detaylı bir işlemdir. Bu sebeple soğutma kuleleri için yapılan ısıl hesaplarda birçok basitleştirici kabuller yapılır. Pratik uygulamalarda yapılan bu kabuller ısıl hesapların hassasiyetini azaltmaktadır. Bu çalışmada hassas yöntemle yapılan hesaplamalarda transfer edilen ısı miktarının Merkel Metoduna göre daha fazla olduğu görülmektedir. Yapılan hesapla KAYNAKLAR ASHRAE Handbook, Applications, 1991. ASHRAE Handbook, Fundementals, 1993. Dreyer, A.A., Erens, P.J., 1990. Heat and Mass Transfer Coefficient and Pressure Drop Correlations for a Crossflow Evaporative Cooler. Proceedings of The Ninth International Heat Transfer Conference. (Hetsroni, G.,- eds), 233-238, Jarusalem. Hasan, A., Siren, K., 2002. Theoretical and Computational Analysis of Closed Wet Cooling Towers and its Applications in Cooling of Buildings. Energy and Buildings. 34, 447-486. Kim, J.K., Smith, R., 2001. Cooling Tower System Design. Chemical Eng. Science. 56, 3641-3658. Kunduz, M.. 1992. Soğutma Kulelerinde Isı ve Kütle Transferi Analizi ve Çözümü, Güneş Enerjisi Enstitüsü Dergisi. Cilt: 1, Sayı: 4, 63-71. Merkel, F. 1926. Verdunstungskühlung, VDI-Zeitsehrift, Vol.70, 95-102. Stefanovic, V, Lakovic, S., Radojkovic, N., Ilic, G., 2000. Experimental Study on Heat and Mass Transfer in Cooling Towers. Facta Universitatis Mechanical Eng. Series. 1(7), 849-861. Sutherland, J.W., 1983. Analysis of Mechanical- Draught Counterflow Air/Water Cooling Towers. Trans, of ASME. 105, 576-582. Webb, R.L., 1988. A Critical Evaluation of Cooling Tower Design Methodology. Heat Transfer Equipment Design. (Shah, R.K., Subba Rao, E.C., Mashelkar, R.A.,- eds), 547-558, Hemisphere Publishing Company, Washington. Zalewski, W., Gryglaszewski P.A., 1997. Mathematical Model of Heat and Mass Transfer Processes in Evaporative Fluid Coolers. Chemical Eng. and Processing. 36, 271-280. 52 TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ DERGİSİ. Sayı 87. 2005