Seminer.doc

KLİMA SANTRALLERİ SEÇİM ESASLARI
HVAC uygulamalarındaki temel ortam, kuru hava ve su buharının karışımı, “Nemli
Hava” diğer bir değişle atmosferik havadır. Nemli havanın termodinamiği veya
“Psikrometri” , hava ve su buharı karışımının özelliklerini inceleyen bir bilim dalıdır.
Bir HVAC Mühendisi , bir cihaza giren, içinden geçen ve terkeden havanın
termodinamik özelliklerindeki değişimi kesinlikle bilmelidir. Bunu yapabilmek için
psikrometrik diyagramlardan faydalanılır . Bu nedenle HVAC Mühendisi için
psikrometrik diyagram vazgeçilmez bir araçtır.
Şekil 1.1: Psikrometrik Diyagram-Deniz Seviyesi
1911 yılında Willis H.Carrier nemli havanın özellikleri arasındaki termodinamik
ilişkileri bir “Psikrometrik Diagram “ ile birlikte yayınladığı zaman HVAC sektörüne
çok önemli bir katkıda bulunmuş ve bu formüller HVAC endüstrisinin temelini
oluşturmuştur.
1
A ) NEMLİ HAVA PROSESLERİ :
1- Isıtma veya Soğutma:
Nemli hava içindeki nem miktarını kaybetmeden ısıtıldığında veya soğutulduğunda
Psikrometrik diyagram üzerinde bir yatay düz çizgi halinde hareket eder. Santral
içerisindeki ısıtma serpantinleri buna iyi bir örnektir.
Şekil 1.2: Nemli Havanın Isıtılması/Soğutulması
Termodinamiğin 1. Kanunu ve Kütlenin Korunumu ilkesini kullanarak bir ısıtma veya
soğutma serpantini (Cooling and Heating) için toplam ısıl kapasite, Q;
Q= ma ( h2 – h1)
(Formül 1.3)
şeklinde ifade edilir.
Burada;
Q: Toplam serpantin kapasitesi, kW
ma Kütlesel hava debisi , kg/s
h : Entalpi , kj/kg
Nemli havayı ideal gaz olarak kabul edersek, serpantin ısıl kapasitesi, Q;
Q= ma* Cp * (t2 – t1)
(Formül 1.4)
şekline dönüşebilir.
(Formül 1.5)
Cp= Cpa+W*Cpv
2
Burada;
Cp: Sabit basınç spesifik ısı değeri, kj/kg°C
t : Sıcaklık , °C
W: Nem oranı (kgm/kga)
Nemli hava problemlerindeki normal sıcaklık aralıklarında;
Cpa= 1.00 kj/kg°C
Cpv=1,872 kj/kg°C
W= 0.01 kgm/kga
Buradan Cp=1.00+0,01*1,872
Cp= 1.01872 kj/kg°C
Serpantin ısıl kapasitesi, Q;
Q= d *Cp * (V) * (t2-t1)
(Formül 1.6)
(Watt)
Burada,
d: Havanın yoğunluğu (kg/m3)
V: Debi (L/s)
Eğer,
F1= d * Cp ise
Q= F1*V* (t2-t1)
(Formül 1.7)
(Watt)
olarak ifade edilebilir.
Deniz seviyesinde , standart hava için serpantin kapasitesi Q;
(Formül 1.8)
Q= 1.23 * V * (t2-t1) (Watt)
Deniz seviyesinden farklı yükseklikler için
gösterildiği şekilde düzeltilmelidir.
F1 faktörü aşağıda (Tablo-2) de
2- Soğutma ve Kurutma :
Nemli hava kendi çiğ noktasının altındaki bir sıcaklığa soğutulduğu zaman ,
içerisindeki su buharının bir kısmı yoğunlaşacak ve havadan ayrılacaktır.
Şekil 1.3 bir soğutma ve kurutma cihazının şematik olarak gösterimidir.
3
Şekil 1.3: Nemli Havanın Soğutulması ve Kurutulması
Termodinamiğin 1. Kanunu ve Kütlenin Korunumu ilkesini kullanarak, bir soğutma ve
kurutma serpantini için toplam ısıl kapasite , Q;
Q=ma * (h1 – h2) – ma * hw * (W1 - W2)
(kW)
(Formül 1.9)
Soğutma ve kurutma prosesi hem duyulur hem de gizli ısı transferlerini içerir.
Duyulur ısı transferi kuru termometre sıcaklığındaki düşüş ile ilgili iken , gizli ısı
transferi nem oranındaki azalma ile ilişkilidir. Toplam soğutma kapasitesini gösteren
Formül 1.9‟u duyulur ve gizli ısı olmak üzere iki parçaya ayırmak gerekirse;
(Formül 1.10)
Q= QS + QL
Burada ;
QS : Duyulur Isıl Kapasite (kW)
QL : Gizli Isıl Kapasite (kW)
Veya ;
QS = ma * Cp * (t1 – t2 )
(Formül 1.11)
(kW)
QL = ma * hw * (W2 – W1) (kW)
(Formül 1.12)
Burada ,
4
hw = hg - hf = 2500 kj/kg
2500 kj/kg yaklaşık olarak 24°C KT ve %50 BN deki havanın içindeki su buharının ısıl
içeriğinden 10°C suyun ısıl içeriğinin farkıdır. Buradaki 24°C ve %50 BN kullanılan en
yaygın oda konfor şartı , 10°C ise soğutma – kurutma serpantinleri için normal
yoğuşma sıcaklığıdır.
Tekrar düzenlenirse;
QL= d * V * 2500 *( W1 – W2) (Watt)
(Formül 1.13)
Eğer;
F2=d*2500
olarak tanımlanırsa
QL= F2 * V *( W1 – W2) (Watt)
(Formül 1.14)
Toplam ısı Kapasitesi , Q ise;
Q = ma (h1 – h2) = d * V * (h1 – h2) (Watt)
(Formül 1.15)
Deniz seviyesinde , standart hava için serpantin duyulur ve gizli ısıl kapasiteleri;
QS = 1.23 * V *(t2-t1)
(Formül 1.16)
(Watt)
QL = 3010 * V * (W1 – W2) (Watt)
(Formül 1.17)
Toplam ısı kapasitesi , Q ise;
Q= 1.20 * V * (h1 – h2) (Watt)
(Formül 1.18)
Deniz seviyesinden farklı yükseklikler için yoğunlukla birlikte F1 ve F2 faktörleri
aşağıda Tablo-2 de gösterildiği şekilde düzeltilmelidir
5
3- Adyabatik Nemlendirme:
Nemli hava içerisine adyabatik bir ortamda (ısı transferi olmaksızın) buhar veya su
enjekte edildiği zaman nem oranı yükselir.
Şekil 1.4 :Nemli Hava İçerisine Su/Buhar Püskürtülmesi
Enerjinin ve Kütlenin Korunumu ilkelerini kullanarak;
ma h1 + mw hw =ma h2
(Formül 1.19)
ma W1 + mw =ma W2
(Formül 1.20)
Buradan ;
h2 - h1 / (W2 – W1) = hw
(Formül 1.21)
Eğer enjekte edilen buharsa ve sıcaklığıda biliniyorsa buhar tablolarından entalpi
değerini bulmak mümkündür. Nemlendirme işlemi oda konfor şartlarını sağlayacak
nem oranına kadar yapılacağından nemlendiricinin çıkışındaki nem oranını tesbit
etmek kolay olacaktır. Formül 1.21 de tüm bilinenleri yerine koyduğumuzda
nemlendirici çıkışındaki entalpi değerini bulabiliriz. Bundan sonra da diğer tüm
termodinamik özellikleri psikrometrik diyagramdan rahatlıkla okuyabiliriz.
Eğer nemli havaya yaş termometre sıcaklığında su enjekte edilirse, sabit bir yaş
termometre sıcaklığı eğrisi üzerinde doyma noktasına gelinceye kadar (%100 BN)
proses devam eder. Nemlenen havanın kuru termometre sıcaklığı düşerken nem
oranı artacaktır. Uygulamada bu proses “Evaporative Cooling” olarak bilinir ve nemli
hava %100 BN noktasına gelmeden proses sona erer. Nemlendiricinin veya
evaporatif soğutucunun verimlilik değeri, çıkış noktasının belirlenmesinde etkili
olacaktır.
6
Buna göre , sulu tip nemlendirici için Verimlilik Eff;
Eff = (Tdb1 – Tdb2 ) / (Tdb1 – Twb1)
(Formül 1.22)
Burada ;
Tdb1 : Nemlendirici girişi kuru termometre sıcaklığı , °C
Tdb2 : Nemlendirici çıkışı kuru termometre sıcaklığı , °C
Twb1: Nemlendirici girişi yaş termometre sıcaklığı, °C
4- İki Ayrı Hava Akımın Adyabatik Karışımı:
Bir klima santralı içerisinde kullanımı oldukça yaygın bir prosestir. Şekil 1.5, iki hava
akımının karışımını göstermektedir.
Şekil 1.5: İki Hava Akımının Adyabatik Karışımı
Enerjinin korunumu ilkesi ile,
(Formül 1.23)
ma1 h1 + ma2 h2 = ma3 h3
Kuru havadaki kütlenin korunumundan,
(Formül 1.24)
ma1 + ma2 = ma3
Su buharı üzerindeki kütlenin korunumu ilkesi ile,
(Formül 1.25)
ma1 W1 + ma2W2 = ma3 W3
7
Formul 1.22, 1.23 ve 1.24‟ ü birleştirdiğimiz zaman, aşağıda gösterilen sonucu elde
edebiliriz.
h2 – h3 W2 – W3
ma1
--------- = ------------- = ------h3 – h1 W3 – W1
ma2
(Formül 1.26)
İki ayrı hava akımının karışım noktası, bu iki hava noktasını birleştiren doğrusal çizgi
üzerinde olmak zorundadır.
B ) STANDART HAVA KAVRAMI :
HVAC hesaplarıyla ilgili temel formüller “Standart Hava” değerleri
üzerine
kurulmuştur. ASHRAE standart havayı aşağıda belirtilen şekilde tanımlamıştır.
Buna göre ”Standart Hava”, deniz seviyesinde;
15°C de sıcaklığa sahiptir.
İdeal gaz olarak kabul edilir.
Barometrik basıncı 101.325 kPa dır.
ASHRAE‟ ye göre , Standart Havanın yoğunluğu 1,204 kg/m 3 olarak kabul edilmiştir.
Bu değer 15°C deki doymuş su buharı ile 20°C deki kuru havanın yoğunluk değerine
eşdeğerdir. Standart hava sıcaklığının 15°C de kabul edilmiş olmasının nedeni ise,
genelde HVAC proseslerinde serpantinlerden, fanlardan ve kanallardan geçen
havanın bu sıcaklığa yakın bir değerde olmasıdır. Standart hava değerlerini
kullanarak yapılan hesaplar genellikle % 2 veya %3 den daha fazla hata payı içermez
ve HVAC hesaplarında da kullanımı rahatlıkla kabul edilebilir.
İdeal gaz denklemlerinin nemli hava problemleri için –50 ile +50°C arası sıcaklıklarda
standart atmosferik basınçta kullanılması %0,7 den daha az bir hata oranı ortaya
çıkarmaktadır. Ayrıca, bu hata payı daha düşük atmosferik basınçlarda (deniz
seviyesi üzeri) daha da düşmektedir. Bu nedenle HVAC alanında basit ideal gaz
denklemlerinin kullanılması yeteri kadar hassasiyet vermekte ve kullanımı kolay
olmaktadır.
Ancak, atmosferik basınç her zaman deniz seviyesi olarak kabul edilmemeli
(101,325 kPa) ve farklı irtifalar için düzeltilmelidir. Bu da, kullandığımız psikrometrik
diyagramın yüksekliğe göre düzeltilmiş olması gereğini ortaya çıkarmaktadır.
Aşağıda Tablo-1 de 10000 m ye kadar olan irtifalar için Standart Atmosferik Hava
verileri verilmiştir.
8
Standart Atmosferik Data
Yükseklik
M
-500
0
500
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Sıcaklık
°C
18,2
15,0
11,8
8,5
2,0
-4,5
-11,0
-17,5
-24,0
-30,5
-37,0
-43,5
-50,0
Basınç
kPa
107,478
101,325
95,461
89,874
79,495
70,108
61,640
54,020
47,181
41,061
35,600
30,742
26,436
ASHRAE 1989 Fundamentals Handbook-Chp.6.8 Table-3
Tablo-1 : Yüksekliğe Bağlı Standart Atmosferik Data
Tablo-1 de görüldüğü üzere deniz seviyesi üzerine çıkıldakça havanın basıncı düşer.
Hava basıncının yüksekliğe bağlı olan formulasyonu aşağıdaki gibi ifade edilebilir.
Buna göre;
P= 101,325 * (1 – 2,255802 * 10-5 * H )5,2561
(Formül 1.27)
Burada ,
P= Barometrik Basınç, kPa
H= Yükseklik, m
Yükseklik arttıkça, basınçla birlikte havanın yoğunluğuda düşmektedir. Yoğunluk
ayrıca havanın sıcaklığı ile lineer olarak değişmektedir. Fakat konfor klimasının ve
ısıtmanın yapıldığı normal sıcaklık aralıklarında standart yoğunluğun kullanımı kabul
edilebilir. Havanın yoğunluğu ideal gaz denklemleri ile aşağıda belirtildiği şekilde
hesaplanabilir.
Buna göre;
(Formül 1.28)
d = (P-Pw) / (Ra * T)
Burada;
d = Havanın Yoğunluğu (kg/m3)
P = Barometrik Basınç (kPa)
Pw = 15°C Su Buharının Doyma Basıncı, (1.7055 kPa)
Ra = Kuru Havanın Gaz Sabiti, (0.287055 kJ/Kg. K)
9
T= Sıcaklık , (°K)
Yüksekliğin artması neticesi havanın yoğunluğu düştüğü için buna bağlı olarak
havanın kütlesel debisi de düşmektedir. Bir tarafı hava olan ısı eşanjörü için ısı
transferi hacimsel debi ile değil, kütlesel debi ile değişkendir. Bu nedenle bir çok
HVAC ekipmanın ısıl kapasitesi yüksek irtifalarda düşmektedir.
Tam vurgulamak gerekirse ; denilebilirki,
“Daha yüksek bir yerleşimde, deniz seviyesindeki aynı ısıtma , soğutma
kapasitesini ve kütlesel debiyi yakalayabilmek için havanın hacimsel debisini
arttırmak gerekir.”
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Yükseklik Basınç
Altitude Pressure
Metre
KPa
0
101,325
250
98,357
515
95,289
600
94,321
652
93,733
700
93,193
800
92,076
894
91,036
1024
89,613
1285
86,810
1732
82,175
Hava Yoğunluğu
Air density
kg/m3
1,204
1,168
1,131
1,120
1,113
1,106
1,093
1,080
1,063
1,029
0,973
Faktör1
F1
Faktör2
F2
1,23
1,19
1,15
1,14
1,13
1,13
1,11
1,10
1,08
1,05
0,99
3011
2921
2828
2799
2781
2765
2731
2700
2657
2572
2432
İstanbul
Urfa
Diyarbakır
Ankara
Konya
Sivas
Van
Tablo –2 : Farklı yükseklilklerdeki Basınç ve Yoğunluk İlişkileri
Yükseklik
havanın yoğunluğunu düşürüp, klima santralları içerisindeki ısıl
kapasiteleri azalttığından dolayı sistem içerisindeki basınç kayıplarının düşmesine
neden olur. Basınç kayıplarındaki değişmeler klima santralları içerisindeki fanların
seçilmesinde önem arzeder. Fan seçimleri hacimsel debiye dayanır.
Fan
imalatçılarının seçim eğrileri deniz seviyesi için hazırlanmış olsa bile fan debisi
hacimsel olduğu için bunlar aynen kullanılabilir. Ancak, fan basınç hesaplarının
yüksekliğe göre düzeltilmesi şarttır.
Herhangi bir fanı seçmeden önce
hesaplanmalıdır. Bilindiği üzere bunlar,
sistem
içerisindeki
basınç
kayıpları
Cihaz içi kayıplar
Cihaz dışı kayıplar (kanallarda oluşan)
Sistem etkisi (System Effect) ile meydana gelen kayıplardır.
Cihaz içi kayıplar ısıtma, soğutma serpantinlerinden, nemlendiriciden,
damperlerden, filtrelerden vb klima santralı içi ekipmanlardan gelmektedir. İmalatçı
firmaların katologlarından tasarımını yaptığımız klima santralının konfigürasyonuna
10
göre cihaz içi basınç kayıpları her eleman için ayrı olarak belirlenip toplanmalıdır.
Ortaya çıkan değer deniz seviyesinde cihaz içi basınç kayıplarının toplamıdır. Bu
değeri aşağıda belirtilen barometrik düzeltme faktörü (Formül 1.28) ile çarparsak
kendi yüksekliğimizdeki cihaz içi basınç kayıpları toplamını bulmuş oluruz.
Barometrik Düzeltme Faktörü , BDF ;
Bulunduğumuz Yükseklikteki Barometrik Basınç
BDF= -----------------------------------------------------------------Deniz Seviyesi Barometrik Basınç
(Formül 1.29)
Düzeltilmiş cihaz içi basınç kayıpları, P DCİHAZ;
(Formül 1.30)
P DCİHAZ = PCİHAZ * BDF
Kanal Basınç Kayıplarının düzeltilmesi deniz seviyesi üzeri yüksekliklerde
yoğunluğun değişmesi sebebiyle gereklidir ve oldukça zahmetlidir. Bu nedenle
genellikle ihmal edilir. Bu durum teorik ve teknik olarak doğru olmasada , ihmal
sonucu düzeltilmemiş basınç kayıplarının kullanılması tasarımın emniyetli olmasını
sağlayacaktır.
Sistem Etkisi Faktörü (System Effect), fan giriş ve çıkış bağlantı ağızlarına sahada
yapılan farklı geometrideki kanal uygulamalarının fan imalatçısının kendi test
ortamlarındaki ideal bağlantı şekillerinden farklı olması nedeniyle meydan gelen
performans düşüklüğüdür. AMCA (Air Movement Control Association) farklı fan kanal
bağlantılarına göre çeşitli Sistem Etkisi Faktörlerini yayınlamıştır. Bu değerler farklı
yükseklik durumlarında (Formül 1.30) da gösterildiği gibi düzeltilmelidir.
Eğer , kullanacağımız fanımızın debisini (hacimsel) ve belirtilen yükseklikteki basınç
kayıpları toplamını biliyorsak;
1. Barometrik Düzeltme Faktörünü (BDF) hesaplarız,
2. Basınç kayıplarını BDF değerine bölüp düzeltilmemiş deniz seviyesi değerini
bulabiliriz.
3. Debi ve deniz seviyesi basınç değerleri ile imalatçı fan eğrilerini kullanıp
fanımızı seçebiliriz. Bulduğumuz fan motor gücünü (BHP) BDF değeri ile
çarpıp fanımızın gerçek değerini hesaplarız.
11
Şekil 1.6 Fan Sistem Performansı
Şekil 1.7 Fan Çıkışı Hava Hız Profili
12
Yükseklik Nedeniyle Psikrometrik Diyagramdaki Değişiklikler:
Yüksekliğin arttmasıyla psikrometrik diyagramın değişimi aşağıda belirtildiği şekilde
özetlenebilir;
1. Kuru termometre sıcaklık doğruları değişmez,
2. Bağıl nem çizgileri doyma eğrisini de içerecek şekilde yukarıya ve sola doğru
kayar,
Şekil 1.8 Bağıl Nem Çizgilerindeki Değişim
3. Yaş termometre eğrileri yukarıya ve sağa doğru kayar,
Şekil 1.9 Yaş Temometre Çizgilerindeki Değişim
13
4. Spesifik hacim eğrileri yukarıya ve sağa doğru kayar,
Şekil 1.10 Spesifik Hacim Eğrilerinde Değişim
5. Entalpi çizgileri değişmez.
Şekil 1.11 Entalpi Çizgileri
14
Örnek Problem 1:
Aşağıda tasarım verileri belirtilmiş ve deniz seviyesi psikrometrik değerlerine göre
hesabı yapılmış olan bir klima santralının Ankara şartlarında kullanılması durumunda
ortaya çıkan sonuçları görebilirsiniz.
Klima Santralı Verileri :
Klima Santralı % 100 Taze Havalı
Fan Pozisyonu : Draw Thru
Dış Hava Şartları :
Yaz : 34 °C KT ve 21 °C YT
Kış : -12°C KT ve % 90 BN
Oda Konfor Şartları :
Yaz : 26°C KT ve % 50 BN
Kış : 20°C KT
Oda Duyulur Isı Kazancı (Qs) : 35000 W
Oda Gizli Isı Kazancı (QL) : 3500 W
Oda Isı Kaybı : 25000 W
Asgari Taze Hava İhtiyacı : 3000 m3/h
Ortam Basıncı : Notr
Dönüş Havası Isı Kazancı :0 W
Oda Havası ve Üfleme Havası Arası Sıcaklık Farkı : 11 °C
By Pass Faktörü : % 5
Vantilatör Verileri :
Vantilatör Toplam Basıncı : 75 mmSS
Vantilatör Motor Pozisyonu : Fan ve Motor Hava Akımı İçerisindedir.
Vantilatör Fan Verimi : % 65
Vantilatör Motor Verimi : % 65
15
Sonuç 1 : Deniz Seviyesinde Santral Hesaplanırsa
Formül 1.8 den QS = F1 * V *(t2-t1)
(Watt)
V= 35000 / (1.23419 * (26-15))
V= 2578 L/s = 9281 m3 / h
Santral Hava Debisi : 9281 m3/h
Cihaz Çiğ Noktası : 12.5°C
Soğutucu Serpantin Giriş Noktası :34°C KT, 21°C YT, 60.45 kj/kg
Soğutucu Serpantin Çıkış Noktası : 13.59°C KT, 13°C WB ,36.54 kj/kg
Soğutucu Serpantin Kapasitesi ,QCC :
QCC= 1.20 * 9281 * (1000 /3600) * ( 60.45-36.54)
QCC=73957 W
Isıtıcı Serpantin Kapasitesi , QHC:
QHC = 1.23 * 9281 * (1000/ 3600) * ( 27.9- (-12))
QHC = 126523 W
Sonuç 2 : Aynı Santral 895 m – Ankara’da Kullanılırsa
Soğutucu Serpantin Giriş Noktası :34°C KT, 21°C YT, 65.07 kj/kg
Soğutucu Serpantin Çıkış Noktası : 13.59°C KT, 13°C WB ,39.36 kj/kg
Soğutucu Serpantin Kapasitesi ,QCC :
QCC= 1.08 * 9281 * (1000 /3600) * ( 60.45-36.54)
QCC=66573 W
Soğutucu Serpantin Kapasitesindeki Düşüş : 73957 – 66573 = 7384 W ,( % 10 )
Isıtıcı Serpantin Kapasitesi , QHC:
QHC = 1.10 * 9281 * (1000/ 3600) * ( 27.9- (-12))
16
QHC = 113151 W
Isıtıcı Serpantin Kapasitesindeki Düşüş : 126523-113151 = 13372 W, ( %10.5)
Fan BHP değeri düşer.
Sonuç 3 : Ne Yapılması Gerekir ?
A – 895 m ye göre düzeltilmiş psikrometrik diyagram üzerinde tüm hesaplar
yapılmalıdır.
B – Hava debisi ve kapasiteler buna göre tayin edilmelidir.
Böylece aşağıdaki değerler elde edilir.
Santral Hava Debisi : 10352 m3/h
Cihaz Çığ Noktası : 12.3°C
Soğutucu Serpantin Giriş Noktası :34°C KT, 21°C YT, 65.07 kj/kg
Soğutucu Serpantin Çıkış Noktası : 13.43°C KT, 12.8°C WB ,38.71 kj/kg
Soğutucu Serpantin Kapasitesi ,QCC :
QCC= 1.08 * 10352 * (1000 /3600) * ( 65.07-38.71)
QCC=81864 W
Isıtıcı Serpantin Kapasitesi , QHC :
QHC = 1.10 * 10352 *(1000/ 3600) * (27.9-(-12))
QHC = 126208 W
Debideki Artış = 10352-9281 = 1071 m3 /h ( % 11.5 )
Soğutma Kapasitedeki Artış = 81864 – 73957 = 7907 W (%10.7)
Isıtma Kapasitesinde Artış Yoktur.
17
Örnek Problem 2 :
Örnek 1 deki santral 1732 m yükseklik (Örneğin Van) için dizayn edilirse:
Sonuçları karşılaştırabilmek amacıyla dış hava kuru termometre ve yaş termometre
sıcaklıkları aynı alınırsa:
Soğutucu Serpantin Giriş Noktası :34°C KT, 21°C YT, 69.99 kj/kg
Soğutucu Serpantin Çıkış Noktası : 13.23°C KT, 12.59°C WB ,40.93 kj/kg
Böylece aşağıdaki değerler elde edilir.
Hava yoğunluğu: 0.973 kg/m3
Santral Hava Debisi : 11490 m3/h
Cihaz Çiğ Noktası : 12.16°C
Soğutucu Serpantin Kapasitesi ,QCC :
QCC= 0.973 * 11490 * (1000 /3600) * ( 69.99-40.93)
QCC= 90245 W
Isıtıcı Serpantin Kapasitesi , QHC :
QHC = 0.99 * 11490 *(1000/ 3600) * (27.9-(-12))
QHC = 126074 W
Debideki Artış = 11490-9281 = 2209 m3 /h ( % 23.8 )
Soğutma Kapasitedeki Artış = 90245 – 73957 = 16288 W (%18)
Isıtma Kapasitede Artış Yoktur.
18
C ) PSİKROMETRİK ANALİZLER :
Yukarıda anlatılan nemli hava proseslerinin bir veya birkaçının birlikte kullanılması
halinde istenilen mahal konfor şartları bir klima santralı tarafından sağlanacaktır.
Buna göre “Klima Santralları” nın görevini kısaca;
Belirlenen sıcaklıkta ve nemde, bir hava debisi ile yazın mahalde oluşan
duyulur ve gizli ısı kazançlarını, kışın ise ısı kayıplarını bertaraf ederek,
istenilen sıcaklık ve nem şartlarını yerine getirmek.
Bunu yaparken ayrıca iç ortam hava kalitesini ve hava dağıtımını mahalin
ihtiyaçlarına göre tesis etmek.
şeklinde özetleyebiliriz.
Klima Santrallarının Yaz Durumu Psikrometrik Analizleri :
1. Gereklinin Verilerin Hazırlanması:
a. Sistem Verileri
a.1) Klima Santralının Tipi :
% 100 Taze Havalı
Karışım Havalı
a.2) Fan Yerleşimi :
Draw Through
Blow Through
b. Tasarım Verileri
Yükseklik
Dış Hava KT Sıcaklığı, TO , °C
Dış Hava YT Sıcaklığı , WBO, °C
Mahal KT Sıcaklığı , TZ, °C
Mahal BN Şartı , RZ, %
Mahal Duyulur Isı Kazancı , RSH, W
Mahal Gizli Isı Kazancı , RLH, W
Taze Hava İhtiyacı , OSA, (L/s)
Mahal Ortam Basıncı , EP, +/- %
Dönüş Havası Kanal Isı Kazancı ,ZR, W
Oda ile üfleme Havası Arası Sıcaklık Farkı , DTR, °C
Soğutma Serpantini By-Pass Faktörü, BF
19
c. Fan Verileri
Vantilatör Toplam Basıncı, TPv , mmSS
Vantilatör Motor Yerleşimi
- Hava Akımı İçinde
- Hava Akımı Dışında
Vantilatör Fan Verimi , Fveff , %
Vantilatör Motor Verimi , Mveff, %
Aspiratör Toplam Basıncı, TPa , mmSS
Aspiratör Motor Yerleşimi
- Hava Akımı İçinde
- Hava Akımı Dışında
Aspiratör Fan Verimi , Faeff , %
Aspiratör Motor Verimi , Maeff, %
d. Analiz Verileri
Klima Sistemi Analizi
- Sabit Hava Debisi Yöntemi
- Nem Kontrol Yöntemi
2. Temel Hesaplar :
2.1) Mahal Duyulur Isı Faktörü (RSHF) :
Oda duyulur ısı kazancının (RSH) , oda toplam ısı kazancına oranıdır.
RSH
RSHF= --------------RSH+RLH
(Formül 2.1)
20
Şekil 2.1 Oda ve Üfleme Havası Noktası Arasındaki RSHF Doğrusu
RSHF doğrusu mahal içerisinde üfleme havasının psikrometrik prosesini
tanımlar.
2.2) Toplam Duyulur Isı Oranı (GSHF) :
Toplam duyulur ısı kazancının (TSH), toplam ısı kazancına oranıdır.
TSH
GSHF= --------------TSH+TLH
(Formül 2.2)
TSH = RSH + OSH (Watt)
(Formül 2.3)
Burada ;
OSH , dış hava duyulur ısı kazancıdır ve aşağıdaki gibi ifade edilir.
OSH = 1.23 * OSA * ( TO-TZ ) (Watt)
OSA : Dış hava debisi, (L/s)
Toplam gizli ısı kazancı , TLH ;
21
(Formül 2.4)
TLH = RLH + OLH
(Formül 2.5)
(Watt)
Burada ;
OLH , dış hava gizli ısı kazancıdır.
OLH = 3010 * OSA * (WO – WZ ) (Watt)
(Formül 2.6)
Formül 2.6 da;
WO : Dış Hava Nem Miktarı , kgm/ kga
WZ : Mahal Nem Miktarı , kgm/ kga
Şekil 2.2 Serpantin Giriş ve Çıkış Noktaları Arasındaki GSHF Doğrusu
2.3) Etkin Duyulur Isı Oranı (ESHF) :
Etkin duyulur ısı kazancının (ERSH) , etkin toplam ısı kazancına oranıdır.
ESH
ESHF= --------------ESH+ELH
(Formül 2.7)
ESH = RSH + BF * (OSH ) (Watt)
(Formül 2.8)
22
BF : By pass faktörü , Serpantin içerisinden geçerken serpantin yüzeyi ile
temas etmeyip , sıcaklığında düşüş olmayan hava miktarının oranıdır.
ELH = RLH + BF * (OLH ) (Watt)
(Formül 2.9)
Şekil 2.3 Oda Mahal Konfor Şartı ve Cihaz Çiğ Noktası Arasındaki ESHF Doğrusu
2.4) Hava Debisi , QTA (L/s) :
Oda içerisinde oluşan ısı kazancını kaldırmak için gerekli olan hava debisi ,
QTA (L/s) ;
RSH
QTA = ---------------------1.23 * ( TZ – TS )
(L/s)
(Formül 2.10)
Eğer bu hava debisi serpantinden geçen hava debisine eşitse;
TSH
QTA = ------------------------1.23 * (TMA – TL)
(L/s)
23
(Formül 2.11)
Burada ;
TMA : Karışım Hava Noktası Sıcaklığı, °C
TL : Serpantin Çıkış Havası Sıcaklığı, °C
2.5) Sistem Isı Kazançları :
Vantiilatör ve Aspiratör fan motorlarından gelen ısı kazançlarıdır.
QTA * TP
Fan Gücü = --------------1000* Feff
(Watt)
(Formül 2.12)
QTA : L/s;
TP : Fan Toplam Basıncı , (Pa)
Feff : Fan Verimliliği
Fan Gücü
Motor Gücü = ------------------- (Watt)
Meff
(Formül 2.13)
Meff : Motor Verimliliği
Vantilatör motorundan gelen sıcaklık artışı , ZDTF, °C;
TPv
ZDTF = ---------------------------------1.23 * 1000 * Feff* Meff
(Formül 2.14)
Buradan ,
ZSH = RSH + 1.23 * QTA * ZDTF
(Formül 2.15)
ZSH : Zon Duyulur Isı Kazancı (Watt)
Aynı şekilde ,
Aspiratör motorundan gelen sıcaklık artışı , DTFR, °C;
TPa
DTFR = ---------------------------------1.23 * 1000 * Feff* Meff
24
(Formül 2.16)
Buradan , (Draw thru fan için)
ESH =ZSH+BF*(OSH + ZR + 1.23*RA*DTRF ) (Watt) (Formül 2.17)
ZR : Zon Dönüş Havası Isı Kazancı
3. Analiz Yöntemleri :
Psikrometrik analizlerin doğru sonuca ulaşabilmesi için tasarımcının bilgisayar
ortamında hesaplarını yapması şarttır. Aksi takdirde bulunan sonuçlar bir
tahminden öteye geçemeyecek ve hassas olamayacaktır.
3.1) Sabit Hava Debisi Yöntemi :
Eğer ortamda hassas bir nem kontrolü istenmiyor ise bu yöntem uygulanabilir. Buna
göre, tasarımcı ;
Oda ve üfleme noktaları arasında sabit bir sıcaklık farkı ( DTR) belirler.
Bu DTR değeri ile hava debisini hesaplar. (Formül 2.10)
Yaklaşık bir BF faktörü kabul eder (BF=0.5)
Cihaz Çiğ Noktasını (ADP) ve serpantin çıkış KT Sıcaklığını (TL1) aşağıda
belirtilen şekilde hesaplar
TL1 – BF * TMA
ADP = ---------------------1 – BF
(°C)
(Formül 2.18)
TL1= TZ – DTR – ZDTF
(°C)
(Formül 2.19)
Burada ,
TL1: Sabit Hava Debisi Yöntemine göre cihaz çıkış sıcaklığıdır.
Bu değerlere uyacak Oda Nem Oranını (WZ) bulur.
1
WZ = WADP + (TZ – ADP ) * ( -------- - 1) / 2447
ESHF
(Formül 2.20)
Burada ,
RSH + BF*OSH
ESHF = --------------------------------------------------------(RSH + BF*OSH) + (RLH + BF*OLH)
Cihaz çiğ noktası nem oranı (WADP) ise , ADP ve Çiğ noktası BN „i (%100)
kullanılarak psikrometrik diyagramdan okunabilir.
25
Bulduğu WZ değerini kullanarak tüm gizli ısı kazançlarını yeniden
hesaplayarak karışım hava noktasını bulur. Formül 2.18‟i kullanarak yeni bir
cihaz ciğ noktası hesaplar. Yeniden ESHF‟ü hesaplar ve bununla yeni bir WZ
değeri bulur. Bu işlemi arka arkaya bulduğu iki WZ değeri birbirine çok yakın
oluncaya kadar devam ettirir. İterasyon tekniği ile bu işlemi bilgisayar yardımı
ile yapmak kısa zamanda doğru sonuca ulaştıracaktır. Aksi takdirde oldukça
zaman tüketici bir hesap yöntemi haline gelir. Fakat doğru sonuca ulaşmak
için başka çare yok gibidir.
Psikrometrik diyagram üzerinden gerekli değerleri bularak Soğutma Serpantin
kapasitesini hesap eder.
Sonuç :
Hesap ettiği son WZ değeri ile istediği konfor şartının WZ değeri farklıdır.
Amaç edilen KT sıcaklığı sağlanırken BN değeri hedeften sapar. Ne kadar
sapıldığının tesbit edilmesi gereklidir. Bu değer toleranslar dahilinde ise sorun
yoktur.
Eğer mahaldeki gizli ısı kazancı yüksekse;
Ulaşılan Oda Bağıl Nemi (BN) > İlk İstenilen Bağıl Nem (BN)
Eğer mahaldeki gizli ısı kazancı az ise ;
Ulaşılan Oda Bağıl Nemi (BN) < İlk İstenilen Bağıl Nem (BN)
26
Şekil 3.1 Sabit Hava Debisi Yöntemi ile Çizilmiş Psikrometrik Diyagram
3.2) Nem Kontrol Yöntemi :
Ortamda hassas bir nem kontrolü isteniyor ise, tasarımcı bu yöntemi uygulamak
durumundadır. Buna göre tasarımcı;
Başlangıç için, amaçlanan oda şartının çiğ noktasına (td) eşit bir Cihaz Çiğ
Noktası (ADP) sıcaklığı bulur.
ADP = td= DBRH ( TZ, RZ)
Bu Cihaz Çiğ Noktasının (ADP) nem oranını (WADP) tesbit eder.
WADP = W = DBRH(ADP,100)
İterasyon tekniği ile cihaz çiğ noktasını çok küçük sıcaklık aralıkları ile (örneğin
0.01 °C) azaltarak buna ilişkin ESHF‟ ü ( geçici diğer olarak) aşağıdaki formül
kullanarak bulur.
27
1
ESHFTR = ----------------------------------------3010
WZ-WADP
1+ (----------) x (----------------)
1.23
TZ-TADP
(Formül 2.21)
Bu işlemi, geçici ESHF „ ün gerçek ESHF‟ e eşit oluncaya değin devam eder.
Sonuca ulaştığında, cihaz çıkış kuru termometre sıcaklığı , TL2;
TL2 = ADP + BF * (TMA –ADP) (°C)
(Formül 2.22)
TL2: Nem Kontrol Yöntemine göre cihaz çıkış sıcaklığıdır.
Yeniden hatırlarsak TL1;
TL1= TZ – DTR – ZDTF
(°C)
Eğer TL2 > TL1 ise “HAVA DEBİSİNİ ARTTIRMAK GEREKİR”
Buna göre ;
ZSH
QTA = --------------------- (L/s)
1.23*(TZ – TL2)
(Formül 2.23)
Bu yeni debi ile dönüş hava sıcaklığı , karışım hava sıcaklığı ve tüm duyulur
ısı faktörleri yeniden hesaplanarak, serpantin çıkış nem oranı (WL) bulunur.
1
1.23
WL = WMA – (TMA – TL2) * ( -------- - 1) * --------GSHF
3010
(Formül 2.24)
Debiyi oldukça küçük aralıklarla arttırarak , WL değeri artık değişemez
noktasına geldiğinde iterasyon işlemini durdurulur. Belirlenen son noktaya
göre Serpantin kapasitesi hesaplanır.
Eğer TL2 < TL1 ise “ REHEAT” yapmak gerekir .
28
29