Merhaba arkadaşlar;
Soğutma sistemlerinin temel kavramlarını inceleyeceğimiz bir yazı ile karşınızdayız. Bugün ki yazımızda HVAC sistemleri tasarlarken göz önünde bulundurmamız gereken bazı kavramlar ve proje gereksinimlerine göre detaylı üzerinde durmamız gereken soğutma sistem tasarımı kriterlerini inceledik ve derledik. Yazımızı beğenip paylaşmayı unutmayın, iyi okumalar.
1. Isı (Heat) :Isı, bir maddeden başka bir maddeye enerji transferidir ve genellikle yüksek sıcaklıktan düşük sıcaklığa doğru akar. HVAC sistemlerinde, isı genellikle soğutucu akışkanlar veya hava aracılığıyla taşınır. Örneğin, bir klimanın evaporatöründe, sıcak hava soğutucu akışkan tarafından emilir ve bu ısı dış ortama atılarak iç mekânın soğuması sağlanır.
2. Sıcaklık (Temperature) :Sıcaklık, bir maddenin moleküler hareketinin ölçüsüdür ve ısının varlığını veya yokluğunu belirleyen bir büyüklüktür. HVAC sistemlerinde, termometreler ve termostatlar sıcaklığı ölçerek sistemin çalışma prensibini düzenler. Örneğin, bir oda sıcaklığı 26°C’ye ulaştığında klima otomatik olarak devreye girer ve ortamı 22°C’ye kadar soğutur.
3. Basınç (Pressure) :Basınç, bir yüzeye uygulanan kuvvetin birim alana düşen miktarıdır ve HVAC sistemlerinde çok önemli bir rol oynar. Soğutma çevriminde, kompresör soğutucu akışkanı sıkıştırarak yüksek basınçlı hale getirir ve ısının dışarı atılmasını sağlar. Eğer sistemde basınç düşerse, soğutma performansı azalır ve cihaz verimsiz çalışabilir.
4. Özgül Isı (Specific Heat) :Özgül ısı, bir maddenin sıcaklığını 1°C artırmak için gerekli olan ısı miktarıdır ve J/kg·K veya kJ/kg·K birimleriyle ifade edilir. HVAC tasarımında, hava, su veya soğutucu akışkanların özgül ısıları dikkate alınarak uygun ekipman ve boru çapları belirlenir. Örneğin, suyun özgül ısısı havadan daha yüksek olduğu için chiller sistemlerinde soğutucu olarak kullanılır.
5. Entalpi (Enthalpy) :Entalpi, bir sistemin iç enerjisi ile basınç ve hacim etkilerini içeren toplam enerji miktarıdır. HVAC sistemlerinde, psikrometrik diyagramlar kullanılarak havanın entalpisi hesaplanır ve nem alma veya soğutma işlemleri optimize edilir. Örneğin, bir havalandırma sisteminde, dış hava entalpisi iç hava entalpisinden yüksekse, ısı geri kazanım sistemleri kullanılarak enerji tasarrufu sağlanır.
Teknik temel kavramlardan sonra bu temel kavramların soğutma sistem tasarımına etki eden hesap başlıklarına bakalım.
1. Isı Transferi (Heat Transfer)
Soğutma işlemi, ısıyı yüksek sıcaklıktaki bir ortamdan düşük sıcaklıktaki bir ortama taşımaya dayanır. Bu üç temel mekanizma ile gerçekleşir: İletim (Conduction): Katı yüzeyler arasında doğrudan temasla gerçekleşir (örneğin, duvarlardan geçen ısı). Taşınım (Convection): Hava veya sıvı akışıyla gerçekleşir (örneğin, fan coil ünitesinden üflenen soğuk hava). Işıma (Radiation): Elektromanyetik dalgalarla gerçekleşir (örneğin, güneş ışığının iç mekâna girmesi). Ön tasarım aşamasında bina malzemeleri ve yalıtım analizinde kullanılır.
2. Soğutma Yükü (Cooling Load)
Bir binada konfor şartlarını sağlamak için uzaklaştırılması gereken toplam ısı miktarıdır. Duyulur ısı (Sensible Heat) ve Gizli ısı (Latent Heat) olmak üzere iki bileşeni vardır: Duyulur Isı: Sıcaklık değişimine neden olan ısı (cihazlardan, güneş ışığından gelen ısı). Gizli Isı: Nem değişimine neden olan ısı (insanların terlemesi, dış havanın getirdiği nem). Ön tasarımda, soğutucu yük hesaplamaları yapılırken kullanılır.
3. Soğutma Çevrimi (Refrigeration Cycle)
Soğutma işlemi, kapalı bir çevrim içinde çalışan bir soğutucu akışkanın fiziksel faz değişimlerini kullanarak ısıyı bir ortamdan diğerine taşır. Dört temel bileşeni vardır: Kompresör: Soğutucu akışkanı sıkıştırarak sıcaklığını artırır. Kondenser: Soğutucu akışkanın ısısını dış ortama atarak sıvı hale geçmesini sağlar. Genişleme Valfi: Soğutucu akışkanın basıncını düşürerek soğumasını sağlar. Evaporatör: Ortamdan ısı alarak soğutucu akışkanı tekrar buharlaştırır. Sistem seçim aşamasında, DX sistem mi yoksa soğutma grubu mu kullanılacağı belirlenirken değerlendirilir.
4. Soğutma Kapasitesi ve Verimlilik (Cooling Capacity & Efficiency)
Soğutma Kapasitesi (BTU, kW): Bir soğutma sisteminin belirli bir sürede ne kadar ısıyı uzaklaştırabileceğini ifade eder.
Enerji Verimlilik Oranı (EER, COP): Sistemin ne kadar verimli çalıştığını gösterir. Daha yüksek değerler, daha az enerji tüketimi anlamına gelir.Cihaz seçiminde, enerji tasarrufu sağlamak için kullanılır.
5. Havalandırma ve Hava Dağıtımı (Ventilation & Air Distribution)
Soğutulmuş havanın homojen ve verimli bir şekilde dağıtılması için hava kanalları (kanal tasarımı) ve fan sistemleri tasarlanır. Düşük Hızlı Kanallar: Konfor için kullanılır, daha sessiz çalışır. Yüksek Hızlı Kanallar: Büyük ticari sistemlerde yer tasarrufu için kullanılır. Detaylı tasarım aşamasında, hava akışının dengeli olması için kullanılır.
1. Soğutma Yükü Hesaplaması
Soğutma yükü hesaplaması, istenen sıcaklığı korumak için bir alandan çıkarılması gereken ısı miktarını belirler. Bu, bina sakinlerinden, aydınlatmadan, ekipmandan ve güneş radyasyonu gibi dış kaynaklardan gelen ısıyı içerir. Ön tasarım aşamasında, mühendisler HVAC ekipmanını uygun şekilde boyutlandırmak için yazılım veya manuel hesaplamalar (örneğin, CLTD veya RTS yöntemleri) kullanır.
Soğutma yükü hesaplaması, HVAC sistem tasarımının temelidir. İstenilen iç ortam sıcaklığını korumak için bir mekandan uzaklaştırılması gereken ısı enerjisi miktarını belirler. Toplam soğutma yükü, duyulur ısı (sıcaklık değişimi) ve gizli ısı (nem giderme) bileşenlerinden oluşur.
Isı Kazanımı Türleri
- İç Yükler: Yolculardan, ışıklardan, elektrikli ekipmanlardan ve cihazlardan gelen ısı.
- Dış Yükler: Duvarlardan, pencerelerden ve çatılardan güneş ısısı kazancı ve bina kabuğundan ısı iletimi.
- Havalandırma ve Sızma Yükleri: Mekanik havalandırma veya sızıntılar yoluyla getirilen dış havadan ısı kazancı.
Hesaplama Yöntemleri
- CLTD/CLF Yöntemi (Soğutma Yükü Sıcaklık Farkı / Soğutma Yük Faktörü): Duvarlardan, çatılardan ve pencerelerden ısı kazancını tahmin etmek için kullanılır.
- Radyant Zaman Serileri (RTS) Yöntemi: Isı absorpsiyonu ve yeniden radyasyondaki zaman gecikmelerini açıklayan daha doğru bir yöntem.
- Isı Dengesi Yöntemi: Gelişmiş simülasyonlarda ve yük hesaplama yazılımlarında kullanılan ayrıntılı bir yaklaşım (örneğin, MTH, HAP, TRACE 700).
Tasarım Aşaması Uygulaması
Soğutma yükü hesaplamaları, ekipmanı uygun şekilde boyutlandırmak için ön tasarım aşamasında gerçekleşir. Fazla tahmin etmek aşırı büyük sistemlere (daha yüksek maliyetler ve verimsizlikler) yol açarken, hafife almak yetersiz soğutma ile sonuçlanır. Mühendisler, binanın yönüne, malzemelerine ve doluluk durumuna göre hassas yük hesaplamaları yapmak için Ant MTH, Carrier HAP veya Trane TRACE 700 gibi yazılımlar kullanır.
2. Isı Transferi Prensipleri
Soğutma sistemleri, ısıyı şartlandırılmış alanlardan uzaklaştırmak için iletim, konveksiyon ve radyasyona güvenir. Mühendisler, istenmeyen ısı kazanımını en aza indirmek için yapı malzemelerini, yalıtımı ve cam özelliklerini analiz eder. Bu, kavramsal tasarım aşamasında gerçekleşir ve pencerelerde uygun yalıtım ve yansıtıcı kaplamalar yoluyla verimli ısı reddi sağlar.
3. Soğutma Çevrimi
Soğutma çevrimi (sıkıştırma, yoğuşma, genleşme ve buharlaşma) HVAC soğutmasında esastır. Mühendisler, verimlilik ve proje ölçeğine bağlı olarak DX sistemleri, soğutucular veya absorpsiyonlu soğutma arasında seçim yapar. Bu karar, soğutucu akışkan tipinin, verimliliğinin ve kapasitesinin proje gereksinimleriyle uyumlu olmasını sağlayan sistem seçim aşamasında alınır.
4. Hava Dağıtımı ve Kanal Tasarımı
Uygun kanal tasarımı, eşit soğutma sağlar ve basınç düşüşlerini en aza indirir. Mühendisler, hava akışını optimize etmek için eşit sürtünme veya statik geri kazanım yöntemleri kullanarak kanal düzenleri tasarlar. Ayrıntılı tasarım aşamasında, sızıntıyı önlemek ve soğutma verimliliğini artırmak için malzemeleri, kanal boyutlarını ve yalıtımı seçerler.
Kanal sistemi, şartlandırılmış havanın bir bina boyunca verimli bir şekilde iletilmesini sağlar. İyi tasarlanmış bir sistem enerji kaybını en aza indirir, gürültüyü azaltır ve uygun hava dağılımı sağlar.
Kanal Sistemleri Çeşitleri
- Düşük Hızlı Kanal Sistemleri: Ticari ve konut uygulamalarında yaygındır, gürültü ve enerji tüketimini azaltır.
- Yüksek Hızlı Sistemler: Alan kısıtlaması olan büyük binalarda kullanılır. Dikkatli gürültü kontrolü gerektirir.
Kanal Boyutlandırma Yöntemleri
- Eşit Sürtünme Yöntemi: Birim uzunluk başına sabit bir basınç kaybı sağlayarak uygulamayı kolaylaştırır.
- Statik Geri Kazanım Yöntemi: Statik basıncı korumak için kanal boyutlarını ayarlayarak eşit hava dağılımı sağlar.
- Hız Azaltma Yöntemi: Hava akış hızlarını sınırlayarak gürültüyü ve basınç düşüşünü kontrol eder.
Tasarım Aşaması Uygulaması
Kanal tasarımı, soğutma yükü hesaplamalarını takiben detaylı tasarım aşamasında gerçekleştirilir. Mühendisler, hava sızıntısını ve basınç kayıplarını önlemek için ASHRAE standartlarını kullanarak kanal boyutlarını, yerleşimlerini ve malzemeleri belirler. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) analizi bazen hava akışı dağılımını optimize etmek için kullanılır.
5. Soğutma Ekipmanları Seçimi
Soğutma grupları, klima santralleri (AHU'lar), fan coil üniteleri (FCU'lar) veya split sistemlerin seçimi, bina boyutuna ve soğutma talebine bağlıdır. Mühendisler, ekipman seçim aşamasında EER ve COP gibi verimlilik derecelendirmelerini göz önünde bulundurarak enerji kodlarına uyum ve operasyonel maliyet etkinliği sağlar.
Soğutma çevrimi, HVAC soğutma sistemlerindeki temel süreçtir ve bir alandan ısının uzaklaştırılmasından ve dış mekanda atılmasından sorumludur. Döngü dört ana bileşenden oluşur:
Dört Ana Aşama
1. Sıkıştırma : Soğutucu gaz sıkıştırılır, sıcaklığı ve basıncı artar. (Kompresör)
2. Yoğuşma: Sıcak soğutucu gaz çevreye ısı verir ve yüksek basınçlı bir sıvıya dönüşür. (Kondenser bobini)
3. Genleşme : Sıvı soğutucu akışkan, basıncını ve sıcaklığını düşüren bir genleşme valfinden geçer. (Genleşme valfi)
4.Buharlaşma: Soğuk soğutucu, iç mekan havasından ısıyı emerek alanı soğutur. Soğutucu akışkan tekrar gaza dönüşür. (Evaporatör bobini)
Soğutma Sistemleri Çeşitleri
-Doğrudan Genleşme (DX) Sistemleri: Soğutucu akışkan, ısıyı doğrudan iç mekan havasından emer. Bölünmüş AC'lerde, VRF/VRV'de ve paketlenmiş birimlerde kullanılır.
- Soğutulmuş Su Sistemleri: Merkezi bir chiller suyu soğutur ve daha sonra soğutma için klima santrallerine (AHU'lar) dolaştırılır. Büyük binalarda kullanılır.
- Absorpsiyonlu Soğutma: Soğutma işlemini yürütmek için elektrik yerine bir ısı kaynağı (örn. atık ısı, doğal gaz) kullanır. Endüstriyel ve büyük ticari uygulamalar için uygundur.
Tasarım Aşaması Uygulaması
Soğutma çevrimi, mühendislerin bir DX sisteminin, chiller'in veya alternatif soğutma yönteminin proje için en iyisi olup olmadığını belirlediği sistem seçim aşamasında analiz edilir. enerji verimliliği (COP, EER), soğutucu akışkan türü, çevresel etki (GWP, ODP) ve bakım gereksinimleri gibi faktörler seçimi etkiler.
6. Kontroller ve Otomasyon
Modern soğutma sistemleri, hassas sıcaklık kontrolü için Bina Yönetim Sistemleri (BMS) veya akıllı termostatlar kullanır. Mühendisler, enerji kullanımını optimize etmek, işletme maliyetlerini azaltmak ve otomatik ayar noktaları ve bölgelendirme yoluyla bina sakinlerinin konforunu artırmak için bu kontrolleri son tasarım aşamasında entegre eder.
Sonuç olarak İyi bir soğutma sistemi tasarımı için doğru soğutma yükü hesaplanmalı, hava akışı dengelenmeli, verimli soğutucu akışkan seçilmeli, basınç kayıpları minimize edilmeli ve enerji tasarrufu sağlayan otomasyon sistemleri entegre edilmelidir.
Konu ile ilgili bir videoda hazırlıyoruz. [Youtube] kanalımızdan izleyebilirsiniz.
Soğutma sistemleri hesabı ve seçimi ile ilgili en başarılı çözümü, piyasalarda 30. yaşını kutlayan, Türkiyenin ilk ve tek profesyonel ısıtma klima soğutma hesap yazılımı MTH Paket içinde bulacaksınız. MTH Paketini yakından tanımak ve projelerinizde aradığınız kesin, hızlı, güvenilir çözümler için [burayı] tıklayınız..
Bir daha ki yazıda buluşmak üzere, hoşçakalın.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder