T.C. KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ

2011-2012 ÖĞRETİM YILI BAHAR YARIYILI

İKLİMLENDİRME SİSTEMLERİNDE ENERJİ GERİ KAZANIM SİSTEMLERİ

SUNUMLU PROJE

Hazırlayan : Yusufhan CANALTAY Fakülte No : 080218101

Proje Danışmanı : Prof. Dr. İlhan Tekin ÖZTÜRK

ii

ÖZET

Günümüzde en önemli konulardan birisi olan enerjinin uygun kullanımı, klima sektörünün de

üzerinde çalıştığı konulardan birisidir. Bu proje çalışmasında da öncelikle iklimlendirme

sistemlerinde enerji geri kazanım sistemlerine ihtiyaç duyulmasının nedenleri anlatılmıştır.

Daha sonra tüm enerji geri kazanım sistemlerini kapsayacak şekilde enerji geri kazanım

sistemlerinin ekonomik açıdan faydaları, sistemlerin genel özellikleri, kullanım yerleri ve

sınırlamaları anlatılmıştır. Daha sonra da iklimlendirmede en çok kullanılan enerji geri

kazanım sistemlerinden plakalı, tamburlu, bataryalı ve ısı borulu ısı geri kazanım sistemleri

detaylı olarak anlatılmıştır. Son olarak bir yaz uygulaması için belli özelliklerde seçilen,

plakalı ısı geri kazanım cihazının sisteme sağladığı enerji tasarrufu hesaplanmıştır.

Anahtar Kelimler : Isı Geri Kazanım Sistemleri (IGK) , Plakalı Isı Geri Kazanım Cihazı, Isı

Tekerleği, Isı Borulu Tip Isı Geri Kazanım, Bataryalı Isı Geri Kazanım

iii

ÖNSÖZ

Klima sistemlerinin binalarda yaygın olarak kullanılmaya başlaması ile birlikte binaların

enerji maliyetlerinde de önemli artışlar olmuştur. Dünyanın mevcut enerji rezervlerindeki

azalma ve enerji üretiminin sebep olduğu çevre kirliliği enerji kullanılmasının kontrol altına

alınması gerekliliğini de doğurmuştur. Enerji kullanımının kontrol alınması gerekliliği de ısı

geri kazanım sistemlerine olan ihtiyacı artırmıştır. Gelişen teknoloji daha yüksek verimli ısı

geri kazanım sistemlerinin tasarlanmasını sağlamıştır. İleri teknoloji ürünü ısı geri kazanım

sistemleri binalarda enerji maliyetlerinin azaltılmasında büyük faydalar sağlamaktadır.

Türkiye de enerji geri kazanım sistemlerine ilgi git gide artmaktadır. Enerji geri kazanım

sistemlerinin önemini ve özelliklerini tanıtan pek çok seminerler yapılmakta ve bildiriler

yazılmaktadır. İlerde bir iklimlendirme sistemi denildiğinde ilk akla gelen şeylerden birisinin

ısı geri kazanım sistemi olacağı kesindir.

Mesleki hayatımda çok faydasını göreceğime inandığım bu proje konusunu almamda beni

yönlendiren, kaynak bulmamda yardımcı olan ve proje sürecinde rehberlik eden Sayın Hocam

Prof. Dr. İlhan Tekin ÖZTÜRK ‘e teşekkürlerimi sunarım.

iv

İçindekiler

ÖZET ......................................................................................................................................................... ii

ÖNSÖZ ..................................................................................................................................................... iii

ŞEKİL LİSTESİ ............................................................................................................................................ vi

TABLO LİSTESİ ........................................................................................................................................ viii

1. GİRİŞ .................................................................................................................................................... 1

2. ISI GERİ KAZANIM SİSTEMLERİ ............................................................................................................ 3

2.1 Isı Geri Kazanım Ekipmanlarının İlk Yatırım ve İşletme Ekonomisine Etkileri .................................... 3

2.2 Havadan Havaya Isı Geri Kazanım Sistemlerinin Teknik Özellikleri ................................................... 5

2.2.1 Havadan Havaya Isı Geri Kazanım İşleminin Psikrometrik Diyagramda Gösterimi ........................ 5

2.3 Isı Geri Kazanım Sistemlerinin Performansları .................................................................................. 8

2.4 Isı Geri Kazanım Ekipmanlarında Kirlilik ve Filtrasyon ....................................................................... 9

2.5 Isı Geri Kazanım Ekipmanlarında Kaçaklar ........................................................................................ 9

2.6 Isı Geri Kazanım Ekipmanlarında Yoğuşma ve Donma .................................................................... 10

2.7 Isı Transfer Yüzeyindeki Hava Hızları ............................................................................................... 11

2.8 Isı Geri Kazanımda Buharlaştırmalı Soğutma (Dolaylı Evaporatif Soğutma) .................................. 11

3. İKLİMLENDİRME SİSTEMLERİNDE ENERJİ GERİ KAZANIM ÇEŞİTLERİ ve TEKNİKLERİ ........................ 13

3.1 Plakalı Isı Geri Kazanım Sistemleri ................................................................................................... 13

3.1.1 Plakalı Eşanjörlerin Çalışma Prensibi ............................................................................................ 15

3.1.2 Plakalı Isı Geri Kazanım Sistemlerin Temel Uygulama ve Yerleşim Şekilleri ................................. 18

3.1.2.1 Tek Isı Değiştirici – Tek Geçiş ..................................................................................................... 18

3.1.2.2 İki Isı Değiştirici – İki Geçiş (Seri Bağlantı) ................................................................................. 19

3.1.2.3 İki Isı Değiştirici – İki Geçiş (Paralel Bağlantı) ............................................................................ 20

v

3.1.2.4 İki Isı Değiştirici – İki Geçiş (Karışık Bağlantı) ............................................................................ 20

3.2 Tamburlu Isı Geri Kazanım Sistemleri (Isı Tekerleği) ....................................................................... 21

3.3 Bataryalı Isı Geri Kazanım Sistemleri ............................................................................................... 24

3.4 Isı Borulu Tip Isı Geri Kazanım Sistemleri (Heat Pipe) ..................................................................... 27

4. UYGULAMALAR ................................................................................................................................. 30

4.1 Bir Örnek Uygulama Hesabı ............................................................................................................ 31

4.1.1 IGK Cihazının Soğu Kazancının Hesaplanması .............................................................................. 34

SONUÇLAR ve ÖNERİLER ....................................................................................................................... 38

KAYNAKLAR ........................................................................................................................................... 39

vi

ŞEKİL LİSTESİ

Şekil 2.1 IGK sistemleri için yatırım kararı grafiği. ................................................................... 4

Şekil 2.3 Alüminyum eşanjörlü ısı geri kazanımı uygulamalı hava şartlandırma işleminin

psikrometrik diyagramda gösterimi. ........................................................................................... 7

Şekil 2.4 Selülozik eşanjörlü ısı geri kazanımı uygulamalı hava şartlandırma işleminin

psikrometrik diyagramda gösterimi. ........................................................................................... 8

Şekil 2.4 Dolaylı evaporatif soğutmalı plakalı ısı geri kazanım cihazı. ................................... 12

Şekil 3.1 Tipik bir eşanjör plakası ............................................................................................ 14

Şekil 3.2 Plaka tipi hava ısı eşanjörü. ....................................................................................... 14

Şekil 3.3 Plaklı eşanjörlerde çapraz hava akışı ve tipik bir santralde uygulaması. .................. 15

Şekil 3.4 Plakalı eşanjörlerde donmaya karşı bir önlem örneği ............................................... 16

Şekil 3.5 By-pass geçişli eşanjör. ............................................................................................. 16

Şekil 3.6 İki farklı by-pass konumu ......................................................................................... 17

Şekil 3.7 Plakalar yatay düzleme paralel dizayn ...................................................................... 19

Şekil 3.8 Plakalar yatay düzleme dik dizayn. ........................................................................... 19

Şekil 3.9 Seri bağlantı dizaynı. ................................................................................................. 20

Şekil 3.10 Paralel bağlantı dizaynı ........................................................................................... 20

Şekil 3.11 Yatayda seri, düşeyde paralel bağlantı dizaynı ....................................................... 21

Şekil 3.12 Isı tekerleği ............................................................................................................. 22

Şekil 3.13 Isı tekerleklerinde ısı transferi türleri ...................................................................... 23

Şekil 3.14 Süpürme bölmesinde havanın izlediği yol .............................................................. 24

Şekil 3.14 Bataryalı ısı geri kazanım sistemi ........................................................................... 26

Şekil 3.15 Bataryalı ısı geri kazanım sisteminde hava akışı .................................................... 26

Şekil 3.16 Isı borulu ısı geri kazanım sistemi. .......................................................................... 28

vii

Şekil 3.17 Isı borusunun çalışma prensibi ................................................................................ 28

Şekil 4.2 Prosesin psikrometrik diyagramda gösterilmesi ....................................................... 33

Şekil 4.3 Isı geri kazanımlı sistemin prosesinin psikrometrik diyagramda gösterimi .............. 36

viii

TABLO LİSTESİ

Tablo 3.1 Isı geri kazanım sistemlerinin özelliklerinin karşılaştırılması [6]. ........................... 29

Tablo 4.1 Klima santrallerindeki ısı geri kazanım sistemlerinde elde edilen tasarruf. ............ 30

Tablo 4.2 Sistemdeki noktaların psikrometrik özellikleri ........................................................ 33

Tablo 4.3 Isı geri kazanım sistemdeki noktaların psikrometrik özellikleri .............................. 36

1

1. GİRİŞ

Isı geri kazanım sistemleri enerjiden tasarruf etmek, dolayısı ile de işletme maliyetlerini

azaltmak için kullanılan sistemlerdir. Günümüzde azalan doğal kaynaklar ve artan çevre

kirliliği enerji üretimini daha zor hale getirmekte, dolayısı ile de enerji maliyetleri her geçen

gün artmaktadır. Enerji maliyetlerindeki artış ısı geri kazanım sistemlerine olan ihtiyacı

artırmaktadır. Bu ihtiyaçlardaki artış da yeni ve daha gelişmiş ısı geri kazanım cihazlarının

geliştirilmesini sağlamaktadır [2].

Klima sistemlerinin temel unsurlarından birisi taze hava kullanımıdır. Özellikle insan odaklı

klima sistemlerinde insan ve/veya insan harici kirletici unsurlardan açığa çıkarak mahal

havasına karışan kirliliklerin atılması ve yerine taze hava verilmesi konforun ve sağlıklı

ortamın oluşturulması açısından önemlidir. Taze hava, bazı ortamlarda miktar olarak ısıtma

veya soğutma ihtiyacını karşılamak için gerekli hava miktarından düşük olduğunda karışım

havalı klima santralleri kullanımı ile toplu hava debisinin bir kısmının taze hava olarak

mahalle verilmesi yöntemi kullanılır. Ancak bu miktarlar birbirine yakın ise veya taze hava

ihtiyacı daha fazla ise %100 taze hava klima santralleri tercih edilir. Bunun haricinde %100

taze havalı klima santrallerinin seçim kriterlerinden bazıları, egzoz havasının tekrar mahalle

verilmesini engelleyecek kirleticiler içermesi, mahal özellikleri nedeni ile %100 taze havanın

şart olması veya ısıtma ve soğutma yüklerinin sabit ekipmanlara yüklenmesi ve klima

santralinin sadece havalandırma (primer hava santrali) amaçlı olarak kullanılması sayılabilir

[3].

%100 taze hava kullanımı veya karışım havalı santrallerde taze hava kullanımı, yöntem ne

olursa olsun, kullanılan taze havanın mahalle verilmeden önce mahal sıcaklığına kadar (veya

istenilen bir sıcaklığa kadar) ısıtılması veya soğutulması gereklidir. Bu amaç santral ısıtıcı

veya soğutucu bataryaları mahal yüklerinin yanı sıra taze hava yüklerini de karşılar. Özellikle

%100 taze havalı klima santrallerinde toplam enerji harcamaları inanılmaz boyutlara

ulaşabilir. Isı geri kazanım üniteleri bu aşamada devreye girmektedir [3].

Isı geri kazanımında mantık, mahalden egzoz edilen havanın kullanımı yolu ile kış şartlarında

taze havanın ısıtıcı bataryaya ulaşmadan önce bir miktar ısıtılması veya yaz şartlarında taze

havanın soğutucu bataryaya ulaşmadan önce bir miktar soğutulması şeklindedir. Isı geri

2

kazanımı sistemlerinde iç hava ve dış hava şartları arasındaki farkların daha büyük olduğu

bölgelerde ve zamanlarda kazanç daha da büyük olmaktadır. Taze hava yüklerinde, anlık

kazançlar %75’lere sezonluk kazançlar ise %50-60’lara ulaşabilir. Bu değerler özellikle ısıtma

için geçerlidir. Yaz şartlarında, soğutma durumunda bu değerler bir miktar daha küçüktür.

Sezonluk kazançların %30-40 mertebelerinde olması gibi. Şu ana kadar anlatılanlardan

karışım havalı cihazlarda ısı geri kazanımı uygulamalarının fizibil olmadığı

düşünülmemelidir. Kazançlar taze hava yükleri açısından bakıldığında yine aynı orandadır

[3].

Sistemde mahal ısı yükleri açısından bir kazanç umulmamalıdır. Çünkü sistemde kazanılan

enerji zaten mahal havası kullanılarak elde edilmektedir. Dolayısı ile maliyet ve kazanç

hesapları yapılırken sadece taze hava yükleri değerlendirilmelidir. Ayrıca bu hesaplarda

sadece proje dizayn şartları üzerinde yola çıkılmamalı, sezon sıcaklık geçişleri ve gece

gündüz farkları da bu hesaplarda yerini almalıdır. Bu açıdan bakıldığında, toplam enerji

kazançları ilk bakışta görüldüğü üzere %70-75 değerlerinde değil, daha küçüktür. Ancak

küçük olarak tabir ettiğimiz bu rakamlar sistemi bir sezondan daha kısa bir süreçte amorti

edebilecek kadar büyük olabilir. Bu sistemlerin ülke ekonomisine ve çevreye katacağı

yararlarda göz ardı edilmeyecek kadardır. Belki ileride kullanımının mecbur kılınması

gerektirecek kadar [3].

Bu kazançlara ek olarak, ısı merkezlerinin ve soğutma gruplarının aynı oranda küçük

kurulabilmesi ve yatırım maliyetlerinde olan kazançlardan da bahsetmek gerekir. Daha küçük

kazan/soğutma grubu, daha küçük pompalar ve daha küçük dağıtım sistemleri kurulabilmekte

ve ayrıca mekanik tesisatta kullanılan tüm su ve gaz devresi elemanları (vana,boru,valf,

pompa, izolasyon, vs.) ve yardımcı malzemelerde küçülmekte ve ucuzlamaktadır.

3

2. ISI GERİ KAZANIM SİSTEMLERİ

Isı geri kazanım (IGK) sistemlerinin uygulanması özellikle iç hava kalitesi (IAQ)

standartlarının daha fazla bir şekilde uygulamaya konulduğu ve önem kazandığı günümüzde

iç hava kalitesini artırmak ve iç mekandaki zararlı mikroorganizmaların azaltılması amacıyla

daha fazla taze hava gereksinmesini sağlama amacı ile yaygınlaşmaktadır. Hasta Bina

Sendromunun azaltılabilmesi taze hava miktarının artırılmasını gerektirmektedir. Binaya daha

fazla taze hava verilirken enerji tasarrufu IGK uygulamaların yaygınlaşmasını sağlamaktadır.

Burada amaç şartlandırılmış mahal havası dışarıya egzoz edilirken içeri alınan taze havanın

atılan egzoz havasının enerjisi ile mahal şartlarına yaklaştırılması böylece de enerji tasarrufu

sağlanmasıdır [1].

2.1 Isı Geri Kazanım Ekipmanlarının İlk Yatırım ve İşletme Ekonomisine Etkileri

Isı geri kazanım sistemlerinin binaların ilk yatırım masraflarını ve enerji maliyetlerini

azaltabilmesi için tasarım aşamasında aşağıda belirtilenlerin göz önüne alınması

gerekmektedir :

Birbirinden farklı bütün ısı geri kazanım sistemlerinin ve cihazlarının projeye teknik

uygunluğu gözden geçirilmelidir,

Projeye göre uygulanması mümkün olan her sistemin ilk yatırım ve enerji maliyetleri

hesaplanmalıdır,

Isı geri kazanım cihazlarının kullanımı yüzünden daha büyük fan, motor vb. kullanımının

ilk yatırım maliyetlerine getireceği ilave artışlar hesaplanmalıdır,

Kullanılacak olan daha küçük soğutma makinaları, ısı eşanjörleri, pompalar vb.’nin

sağlayacağı ilk yatırım maliyetindeki düşüşler hesaplanmalıdır,

Cihazların amortisman süreleri ve daha az ana para kullanımının getireceği finansal

avantajlar hesaplanmalıdır,

Kazanılan enerjinin getireceği avantajlar göz önüne alınmalıdır,

Isı geri kazanım cihazlarının kullanımı sebebi ile artacak olan bakım masrafları da

hesaplanmalıdır,

4

İlave olarak ısı geri kazanım cihazlarının sisteme getireceği kompleks yapının kalifiye

işletme personeli ihtiyacı doğuracağı da düşünülmelidir.

Bütün yukarıda belirtilen faktörler göz önüne alındıktan sonra bilinmelidir ki; binalarda

kullanılan ısı geri kazanım sistemlerinin verimliliği (yani kazanılan enerji miktarı) arttıkça

enerji maliyetleri azalmakta ancak ilk yatırım maliyetleri artmaktadır. Dolayısı ile binalarda

kullanılacak olan ısı geri kazanım sistemleri belirlenirken Şekil 2.1 göz önüne alınarak

optimum sistem tercih edilmelidir [2].

Şekil 2.1 IGK sistemleri için yatırım kararı grafiği [2].

Grafikteki sembollerin tanımları aşağıda belirtildiği gibidir :

C: İlk yatırım maliyeti,

Φh: Kazanılan ısı geri kazanım enerjisi,

1: İlk yatırım maliyeti eğrisi

2: Enerji harcamaları eğrisi,

3: Toplam maliyet eğrisi,

4: Optimum maliyet/harcamalar eğrisi.

Eğriden de görülebileceği gibi çok verimli bir sistemin kullanımı her zaman en optimum

sonucu vermemektedir. Isı geri kazanım sistemlerinin tercihinde dikkat edilmesi gerekli olan

bir diğer faktör de ısı geri kazanım sistemlerinin bina içerisinde kaplayacağı alandır. Bu

sistemlerin kullanıldığı binalarda sistemlerin fiziksel boyutları yüzünden bina içersinde daha

büyük tesisat mahallerine ihtiyaç duyulmaktadır. Isı geri kazanım sistemlerinin kullanımı

neticesinde artan statik basıncı yenmek için daha büyük fan ve fan motorlarına ihtiyaç

5

duyulduğu, hava sıcaklıklarının eksi değerlere düştüğü bazı soğuk iklimlerde donmaya karşı

koruma sağlayabilmek için taze havanın ısı geri kazanım sistemine girmeden önce ısıtılması

gerektiği de ilk yatırım ve enerji maliyetleri hesaplarında dikkate alınmalıdır. Bu sistemlerin

kullanımı ile otomatik kontrol maliyetlerinin de artacağı düşünülmelidir [2].

2.2 Havadan Havaya Isı Geri Kazanım Sistemlerinin Teknik Özellikleri

İdeal bir havadan havaya ısı geri kazanım sistemi, iki hava arasında ısı transferini mümkün

olan en verimli şekilde yapabilmeli, iki hava arasında mümkünse nem transferi yaparak ısı

geri kazanım verimini artırabilmeli, iki havanın birbirine karışmasını mümkün olduğunca

önleyebilmelidir. Isı geri kazanım sistemlerinden öncelikle beklenen atık ısının geri

kazanılmasıdır. Nemin geri kazanılması ikinci öncelikli bir beklentidir. Nemin geri kazanımı

sistemin verimini artırdığı için tercih edilir. Sıcak ve nemli bir iklimde kullanılan bir ısı geri

kazanım sistemini örnek olarak alacak olursak; şayet ısı geri kazanım cihazı sadece ısıyı geri

kazanan ve nemi geri kazanmayan bir sistem ise, eşanjörden geçen taze hava iç havadan

alınan enerji ile belirli bir miktarda soğutulacaktır. Ancak ısı geri kazanım süresince dış

havadaki nem alınmadığı için içeride konforsuz bir ortam yaratmamak için ilave bir proses ile

dış havanın nemi alınmalıdır. Nemin alınabilmesi için de ciddi bir enerjiye ihtiyaç

duyulacaktır. Diğer taraftan şayet ısı geri kazanım sistemi hem ısıyı hem de nemi transfer

edebilecek özellikte olsa, bu durumda yüksek sıcaklık ve nemdeki dış hava eşanjörden

geçerken sıcaklık ve nemini düşük sıcaklık ve nemdeki egzoz havasına transfer edecek ve

böylece ısı eşanjöründen geçen taze havanın mahalde istenilen konforu sağlayabilmesi için

gerekli olan ilave enerji ihtiyacı daha az olacaktır.

2.2.1 Havadan Havaya Isı Geri Kazanım İşleminin Psikrometrik Diyagramda Gösterimi

Psikrometri, nemli havanın termodinamik özellikleri ile bu özellikleri kullanarak nemli

havadaki işlemler ve şartlar ile ilgilenen, termodinamiğin bir dalıdır. Psikrometrik diyagram,

genel itibariyle kapalı mahalleri istenilen (sıcaklık, nem) koşullara getirmek amacıyla gerekli

hesapları yapabilmek için kullanılmaktır. Bu mahaller, yaşama alanları veya özellikleri gereği

belli koşullarda kalması gereken hacimler olabilir.

Dünyada kabul edilmiş araştırmalara göre, insanlar havası temiz ve belli bir sıcaklık-nem

aralığında olan ortamlarda rahat etmektir. Bu aralık konfor bölgesi olarak tanımlanmıştır (nem

%30 ile %60, sıcaklık 20 - 27°C). Konfor koşulları yaz ve kış olarak ayrılmalıdır. Kış konfor

6

koşulları 22 C sıcaklık %40 bağıl nem, yaz konfor koşulları da 26 C sıcaklık %50 bağıl nem

olarak kabul edilebilir.

Isı geri kazanım cihazı kullanılmadığı takdirde taze havanın koşullandırılıp ortam şartlarına

getirilmesi Şekil 2.2 ’deki psikrometrik diyagramda gösterilmiştir. Diyagramda 1 noktası

ısıtıcı/soğutucu bataryaya giriş, 2 noktası bataryadan çıkış ve nemlendiriciye giriş, 3 noktası

ise konfor şartlarını göstermektedir. Kış iklimlendirmesi yapılırken soğuk ve bağıl nemi

yüksek olan dış hava bir ısıtıcı bataryadan geçirilir. Bu ısıtıcı bataryanın havaya vermesi

gereken enerji, 1 ve 2 noktaları arasındaki entalpi farkının bataryadan geçen havanın kütlesel

debisi ile çarpımı kadardır. Hava bataryadan geçerken bağıl nemi konfor şartlarının altına

düşer. Bataryadan çıkan ısıtılmış havanın bağıl nemi, nemlendiriciden geçirilerek

yükseltilebilir.

Şekil 2.2 Isı geri kazanımı uygulaması olmayan hava şartlandırma işleminin psikrometrik

diyagramda gösterimi.

Şekil 2.3 ’de iklimlendirme sistemine ısı geri kazanımı uygulaması eklendiğindeki durum

gösterilmiştir. Bu durumda 1 şartlarındaki taze hava önce ısı geri kazanımı cihazından

geçirilerek 1’ konumuna getirilir. Bu sırada, örneğin kış uygulamasında egzoz havasından

7

QIGK= m.(h1-h1’) kadarlık enerji, taze havaya aktarılır. Böylece ısıtıcı bataryanın havaya

vermesi gereken enerji Qbatarya= m.(h2-h1’) kadar olur.

Şekil 2.3 Alüminyum eşanjörlü ısı geri kazanımı uygulamalı hava şartlandırma işleminin

psikrometrik diyagramda gösterimi.

Sistemin kapasitesindeki bu azalma sayesinde kullanılan elemanların boyutları küçülür, ilk

yatarım maliyeti düşer. Geri kazanılan soğutma ve ısıtma miktarlarının toplam ısı yüklerinden

indirilerek su soğutma gruplarının ve ısı merkezlerinin küçültülmesine bağlı yatırım indirimi,

ayrıca azalan kapasitelere paralel olarak küçülen boru çapları, fittingsler, otomatik kontrol

devreleri, kullanılan su miktarı, izolasyonlar, tesisat ile işgal edilen yer azalmaları ısı geri

kazanımının önemini göstermektedir.

Yaz şartlarında taze hava daha yüksek, kış şartlarında ise daha düşük nemlidir. Yani

iklimlendirme sistemine, gerekli mekanik ısıtma soğutma yanında, kış çalışmasında

nemlendirme, yaz çalışmasında ise nem giderme fonksiyonları ilave edilmelidir. Özellikle

pahalı olan ve yüksek enerji sarfiyatı gerektiren nemlendirme gereksinimi, uygulanacak doğru

ısı geri kazanım uygulaması ile büyük oranda ortadan kaldırılabilir. Dönüş havası ile atılan

8

nem, kuru olan taze havaya aktarılır. Ek bir enerji sarfiyatı gerektirmeyen bu işlem hem

iklimlendirme ilk yatırımını, hem de işletme giderlerini azaltır. Bu işlem için genellikle

rotorlu tip veya selülozik malzemeli plakalı ısı değiştiriciler kullanılır. Bu eşanjörler ısı

transferinin yanında nem transferi de yaparak hem sistemin verimini artırır hem de

nemlendirme veya nem alma işlemi gerçekleştirmiş olur.

Isı geri kazanım cihazında selülozik eşanjör kullanılması durumundaki hava koşulları Şekil

2.4 ‘de gösterilmiştir. Selülozik eşanjör, ısının yanında nem transferi de yaparak transfer

edilen enerjiyi büyük ölçüde artırır. Aynı zamanda yazın nemli havanın neminin alınması,

kışın da kuru havaya nem verilmesi işlemini gerçekleştirerek, bu işlem için harcanan enerjiyi

tamamen kaldırır ya da kısmen azaltır.

Şekil 2.4 Selülozik eşanjörlü ısı geri kazanımı uygulamalı hava şartlandırma işleminin

psikrometrik diyagramda gösterimi.

2.3 Isı Geri Kazanım Sistemlerinin Performansları

Su buharının basınç farklılıkları, ısı transfer yüzey alanı, ısı eşanjörü üzerindeki havanın hızı,

hava akış şekilleri veya geometrik konfigürasyon, üfleme ve egzoz havası debileri, donma

9

koruması metotları havadan havaya ısı transferi yapan cihazların performansını etkileyen

değişkenlerdir. Cihazların performanslarını etkileyen bu değişkenlerin dışında cihazların

verimlikleri de aşağıda belirtilen değerlerin ölçümleri ile belirlenebilmektedir [2].

Duyulur enerji transferi yani sadece sıcaklık transferi yapabilen cihazlarda kuru

termometre sıcaklığının ölçümü,

Gizli enerji transferi yani nem transferi yapabilen cihazlarda nem oranının ölçümü,

Toplam enerji transferi yani hem sıcaklık hem de nem transferi yapabilen cihazlarda

entalpi ölçümü

Cihazların enerji transfer oranları da, iklim şartları, paralel akışlı cihazların kullanımı, ters

akışlı cihazların kullanımı, havanın geçtiği pasaj sayıları, hatve aralıkları ve hatve malzemesi,

iki havayı birbirinden ayıran malzemenin ısıl geçirgenliği, iki havayı birbirinden ayıran

malzemenin su buharı dahil çeşitli gazları geçirgenliği gibi faktörlere bağlıdır. Bu faktörler

enerji transferinde artış veya azalmaya sebep olur.

Binalarda yüksek performanslı ısı geri kazanım sistemlerinin kurulmasını temin etmek için

proje safhasında bütün bu belirtilenlerin göz önüne alınması, sistemin bu faktörler

düşünülerek tasarlanması ve hangi ısı geri kazanım sisteminin bina için daha verimli

olacağının tespit edilmesi gerekmektedir.

2.4 Isı Geri Kazanım Ekipmanlarında Kirlilik ve Filtrasyon

Isı eşanjörlerinin yüzeyinde oluşan kirlilik, hava akışının önünde bir direnç oluşturacağı için

ısı transfer katsayısını düşürmekte ve dolayısı ile ısı geri kazanım sisteminin performansını

olumsuz etkilemektedir.

Kirlilik yüzünden artan direnç fanların çekeceği gücü arttırmakta ve hava debisinin

azalmasına sebep olmaktadır. Isı geri kazanım sisteminin performansını artırmak için

eşanjörlerin yüzeyi sürekli temiz tutulmalıdır. Bunu sağlamak amacı ile hem taze hava

tarafına, hem de egzoz havası tarafına mutlaka filtre koymak gerekmektedir. Bu filtreler

sistemin verimini arttıracağı gibi eşanjörlerin bakım masraflarını da azaltır [2].

2.5 Isı Geri Kazanım Ekipmanlarında Kaçaklar

Dönüş havası ile taze havanın birbirine karışmasına sebep olan kaçaklar havadan havaya ısı

geri kazanım sistemlerinin seçiminde önemli bir kriterdir. Dönüş havasının taze havaya

karışmasının sakıncalı olduğu durumlarda seçilecek olan ısı geri kazanım cihazının kaçak

10

olmayacak özellikte seçilmesi gerekmektedir. Isı geri kazanım sistemlerinde kaçaklar, ısı

eşanjörlerinin tip ve tasarımlarına, iki hava arasındaki statik basınç farklılıklarına ve

eşanjörün fiziksel durumuna göre değişiklik göstermektedir [2].

2.6 Isı Geri Kazanım Ekipmanlarında Yoğuşma ve Donma

Yoğuşma, buz oluşumu ve/veya donma, ısı transfer yüzeylerinde gerçekleşmesi olası olan

durumlardır. Kış uygulamalarında, sıcak olan dönüş havası ile soğuk olan taze hava arasında

ısı transferi gerçekleşmeye başladığında, şayet dönüş havası çiğ nokta sıcaklığının altında bir

değere soğutulursa yoğuşma gerçekleşir. Bu yoğuşmanın sonucunda ise ısı transfer

yüzeylerinde ıslaklık oluşur. Şayet ısı transfer yüzeyinin sıcaklığı donma sıcaklığının altına

inerse yoğuşan su donmaya başlar. Bunun dışında dönüş havası sıcaklığının 0 oC ’nin altına

inmesi de yüzeylerde donmanın başlamasına sebep olur. Donmanın hangi bölgelerde olacağı,

yoğuşma oranının ne kadar olacağı ve don miktarının ne kadar olacağı, donma şartlarının

süresine, hava debilerinin oranlarına, giriş hava sıcaklığı ve nem miktarına, ısı eşanjörünün

yüzey sıcaklığına, ısı eşanjörünün verimliliğine, geometrisine, konfigürasyonuna ve ısı

transfer katsayılarına bağlılık gösterir. Yoğuşma, ısı transfer oranını arttıran ve dolayısı ile

duyulur verimliliği arttıran bir olaydır. Aynı zamanda, hava geçiş aralığı az olan ısı

eşanjörlerinde basınç kaybını da arttırır. Yoğuşma ilk başta ısı transfer oranını arttırırken

donmanın oluşmaya başlaması ile birlikte dönüş havasının geçişine engel oluşturur ve

dolayısı ile ısı geri kazanım verimliliğini düşürmeye başlar. Bazı özel durumlarda dönüş

havası tarafı tamamı ile donar ve hava geçişi engellenir. Ayrıca su donunca genleşeceği için

de ısı geri kazanım yüzeylerinde ciddi hasarlara sebep olabilir. Donma oluşumunun sebep

olabileceği olumsuz etkileri ortadan kaldırma için donma olasılığı olan şartlarda çalışan ısı

geri kazanım sistemlerinde özel donma koruma önlemleri alınmalıdır. Taze havanın ısı

eşanjöründe giriş sıcaklığını arttırmak için bir ön ısıtma kullanımı veya ısı eşanjörünün

verimliliğini azaltıcı önlemler almak donma koruma önlemleri arasında sayılabilir.

Isı geri kazanım eşanjörlerinin verimliliğini kontrol etmek için, bataryalı ısı geri kazanım

sistemlerinde üç yollu vana kontrolü, plakalı ısı geri kazanım sistemlerinde taze hava by-

pass’ı, tamburlu ısı geri kazanım sistemlerinde tambur hızının değiştirilmesi, ısı borulu (heat

pipe) tipi ısı geri kazanım sistemlerinde heat pipe cihazının yatay ile olan açısının

değiştirilmesi uygulamaları yapılabilir [2].

11

2.7 Isı Transfer Yüzeyindeki Hava Hızları

Isı eşanjörlerinin yüzey hava hızları belirlenirken hava hızının ısı geri kazanım performansına

etkisinden daha çok basınç kaybına olan etkisi göz önüne alınır. Hava hızı artarken ısı geri

kazanım cihazının performansı azalır. Hava hızındaki artış basınç kaybında da artışa neden

olur. Basınç kaybındaki artışın olumsuz etkileri performansın azalışının olumsuz etkilerinden

daha önemlidir. Düşük hava hızlarında, basınç kayıpları daha az, verimler daha yüksek ve

işletme maliyetleri daha düşük olur. Ancak düşük hava hızlarında seçilmiş bir ısı geri kazanım

sisteminde ilk yatırım maliyetleri daha yüksek olacak ve cihazlar daha büyük seçildiği için de

cihaz yerleşimleri için daha büyük mahallere ihtiyaç duyulacaktır [2].

2.8 Isı Geri Kazanımda Buharlaştırmalı Soğutma (Dolaylı Evaporatif Soğutma)

Buharlaştırmalı soğutma bilinen en eski serinletme tekniklerinden birinin uyarlamasıdır.

Direk evaporatif soğutma, suyun buharlaşma enerjisi kullanılarak havanın soğutulması

esasına dayanır. Hava hem nemlenmekte hem de soğumaktadır. Bu proses psikrometrik

diyagramda sabit yaş termometre sıcaklığı doğrultusunda hareket eden bir prosestir. Soğuma

sınırı nemlendirilen havanın yaş termometre sıcaklığıdır. Serinlik açısından yeterli sıcaklığa

ulaşılsa dahi, resirküle su ile nemlendirilmiş yüksek nemli bir hava elde edilmesi, solunum ve

kullanım açısından günümüzde sorgulanmaktadır [9].

Dolaylı evaporatif soğutma uygulanmasında ise resirküle su ile kullanım havasının teması

yoktur. Burada egzoz havası evaporatif olarak nemlendirilmekte ve soğutulmaktadır. Dolaylı

buharlaştırmalı soğutma sistemi özellikle plakalı ısı eşanjörü ile kullanılan bir yöntemdir. Bu

sistem ile dönüş havası ve taze hava arasındaki sıcaklık farkının artırılması sureti ile ısı geri

kazanımdan kazanılan enerji artırılır. Ayrıca, dönüş havası tarafındaki ısı geri kazanım

yüzeyinin ıslak hala getirilmesi ile de ısı transfer katsayısı artırılmış olur. Buharlaştırmalı

soğutmanın kullanıldığı sistemlerde daha fazla ısı geri kazanımı sağlandığı için ilave soğutma

ihtiyacı da azalmış olur. Bu durum soğutma sistemlerinin daha küçük seçilmesi, dolayısı ile

de daha düşük ilk yatırım maliyetlerini ve daha az soğutma enerjisi kullanımı sağlar [2].

Plakalı eşanjörler için dolayı evaporatif soğutma uygulamasına bir örnek Şekil 2.5 ‘de

gösterilmiştir.

12

Şekil 2.4 Dolaylı evaporatif soğutmalı plakalı ısı geri kazanım cihazı [9].

Şekildeki ısı geri kazanım cihazı aynı zamanda taze ve egzoz havası fanları, plakalı ısı

değiştirici ve su deposu, sirkülasyon pompası ve fıskiyeleri ile temel bir hava serinletme

cihazıdır [9].

13

3. İKLİMLENDİRME SİSTEMLERİNDE ENERJİ GERİ KAZANIM ÇEŞİTLERİ ve

TEKNİKLERİ

Isı geri kazanım cihazlarını ısı transfer metoduna göre ikiye ayırabiliriz.

Duyulur ısı cihazları, sadece duyulur enerjiyi yani sıcaklığı transfer eden cihazlar.

Toplam ısı cihazları, duyulur enerjiyi ve gizli enerjiyi yani sıcaklığı ve nemi transfer eden

cihazlar.

Bunun dışında ısı geri kazanım cihazlarını reküparatif (yüzeyli) ve rejeneratif (dolgu maddeli)

sistemler olarak iki ana kategoriye ayırabiliriz. Reküparatif ısı geri kazanımında akışkanlar,

birbiriyle karıştırılmadan ısı geçişi doğrudan yapılır ve genelde metal malzeme olan katı bir

yüzey ile birbirinden ayrılırlar. Rejeneratif ısı geri kazanımında ise ısı geçişi doğrudan

olmayıp, ısı depo edilir, daha sonra bu dolgu maddesindeki bu ısı soğuk akışkana verilir.

Genel olarak reküparatif ısı geri kazanımında incelemeler zamandan bağımsız olmasına

rağmen, rejeneratif ısı geri kazanımında incelemeler zamana bağlıdır [4].

İklimlendirme sistemlerinde enerji geri kazanımı için rejeneratif ısı geri kazanım

sistemlerinden plakalı ısı geri kazanım cihazları, rejeneratif ısı geri kazanım sistemlerinden de

tamburlu ısı geri kazanım cihazları, bataryalı ısı geri kazanım cihazları ve ısı borulu tip ısı

geri kazanım cihazları incelenecektir.

3.1 Plakalı Isı Geri Kazanım Sistemleri

Plakalı tip ısı geri kazanım sistemleri ağırlıklı olarak duyulur ısıyı, yoğuşmanın oluşması

durumunda da gizli ısıyı transfer eder. Bu tip ısı eşanjörlerinde normal şartlarda nem transferi

söz konusu olmaz, dolayısı ile bu tip ısı eşanjörlerin duyulur ısı eşanjörleri olduğu

söylenebilir. Ancak, çok özel durumlarda ısı transfer yüzeyi olarak kullanılan özel malzemeler

bu eşanjörlerin hem ısıyı hem de nemi, dolayısı ile de toplam enerjiyi transfer edebilme

özelliğine sahip olmasını sağlarlar. Toplam enerjiyi transfer edebilmek için kullanılan ve su

buharının transfer edilmesine izin veren malzemeler özel işlemden geçirilmiş kağıt veya

mikroporous polimerik membran olabilir [2].

14

Plakalı tip ısı geri kazanım eşanjörlerinde cam, alüminyum veya plastik malzemeden yapılmış

paslanmaya karşı dayanıklı özel plakalar iki hava arasında ısı transferinin sağlanmasını sağlar.

Genellikle ısı iletim katsayısı yüksek malzemeden (Alüminyum gibi), hafif, kompakt ve

yüksek verim için özel plaka profillerinden imal edilirler [1]. Şekil 3.1 ‘de tipik bir eşanjör

plakası ve Şekil 3.2 ‘de ısı geri kazanım eşanjörü kesitli olarak gösterilmiştir.

Şekil 3.1 Tipik bir eşanjör plakası [1].

Şekil 3.2 Plaka tipi hava ısı eşanjörü [7].

Bu tiplerde çapraz kirlenme olma ihtimali olabildiğinden hastana gibi uygulamalarda dikkatle

kullanılmalı ve kurulduktan sonra kaçak ve sızıntılara karşı test edilmelidirler. Düşük dış hava

sıcaklıklarında taze dış havanın ön ısıtılması amacıyla kullanıldıklarında donmaya karşı

önlem alınmalıdır. Özel don koruma sistemlerinin kullanılması ile bu modüller çok düşük

sıcaklıklara kadar (-28 oC) %86 ’ya varan verimlerle kullanılabilirler. Plakalı ısı geri kazanım

eşanjörlerinin hareketli parçaları veya endişe edilecek elektrik bağlantıları yoktur. Bu da plaka

ısı geri kazanım cihazlarına %100 güvenilirlik ve montaj kolaylığı sağlar. Isı boruları ya da ısı

tamburlarının aksine yağlanma, ayar ve parça değişimi, freon gazı, özel kaplama vb.

ihtiyaçları yoktur ve çalışma garantisi her zaman %100 dür. Özel tasarımlar sayesinde çok

15

kirli ve yağlı ortamlarda bile temizliğe gerek kalmaksızın ve filtreler kullanılmaksızın

çalışabilirler.

3.1.1 Plakalı Eşanjörlerin Çalışma Prensibi

Plakalı eşanjörlerde iki havanın akışı birbirlerine ters, paralel veya çapraz olabilir. Taze dış

hava ve egzoz havasının ısı geri kazanım cihazından birbirine karışmadan çapraz akışı Şekil

3.3 ‘de gösterilmiştir [2].

Şekil 3.3 Plaklı eşanjörlerde çapraz hava akışı ve tipik bir santralde uygulaması [1].

Sıcak hava akımındaki enerji eşanjörün alüminyum plakalarından geçer ve depo edilir sonra

da diğer tarafta soğuk hava akımı tarafına iletilir. Soğutma amaçlı kullanıldığında da ise

benzer şekilde serin havadan alınan “serin enerji” eşanjörün plakalarından geçirilerek sıcak

hava akımını verimli bir şekilde serinletir [1].

Seçim yapılırken plakaların proflleri, sızdırmazlıklarının sağlanma şekli, köşe birleşme detayı,

korozif ortamda çalışıyorsa korozyona karşı PVC gibi kaplama ile koruma, yüksek

sıcaklıklarda (yaklaşık 288 oC ‘ye kadar) kullanılacaksa köşelerin sızdırmazlığının silikon ile

sağlanması gibi detaylara dikkat edilmelidir [1].

Kışın alınan taze hava sıcaklığının 0 oC ‘nin altında olması durumunda şayet dönüş havasının

çiğ nokta sıcaklığı daha yüksek bir değerde ise egzoz havası yönünde yoğuşma olabilir. Bu

olaydan sonra hava sıcaklığına bağlı olarak yoğuşan suyun plaka yüzeylerinde donma riski

vardır. Buzlanma eşanjör plakalarının en soğuk köşesinde başlar. En soğuk köşe, plaka

yüzeyinin sıcak hava akımına en uzak, soğuk hava akımına en yakın köşesidir. Buzlanma

başlar ve kontrol edilmez ise tüm plaka yüzeyini kaplar, hava akımı durur, fan motorları

yanabilir, basınç farkı sebebi ile santral çökebilir ve ısı değiştirici deforme olabilir. Kısaca

tüm havalandırma sisteminde onarılması güç tahribat oluşabilir [9]. Donma kurma sistemleri

değişik şekillerde yapılmakta olup bir örneği Şekil 3.4 ‘de gösterilmiştir.

16

Şekil 3.4 Plakalı eşanjörlerde donmaya karşı bir önlem örneği [1]

Buzlanmanın, zaman zaman eritilerek kontrol edilmesi için ilk yol by-pass kanalı ve

damperidir. Buzlanma hissedici sensörün damper motorunu uyarması ile ısı değiştirici yüzey

damperi kapanırken, by-pass damperi açılmaya başlar. Isı değiştiricinin soğuk tarafında

azalan veya durdurulan hava debisine karşılık, sıcak dönüş havası tarafındaki hava debisi aynı

kalır. Sıcak hava hakimiyetine geçen ısı değiştirici yüzeylerindeki buz erir. Sensörün ikinci

uyarısı ile damperler normal pozisyonuna döner [9]. Şekil 3.5 ‘de by-pass geçişli bir eşanjör

ve Şekil 3.6 ‘da iki değişik by-pass konumu gözükmektedir.

Şekil 3.5 By-pass geçişli eşanjör [7].

17

Şekil 3.6 İki farklı by-pass konumu [7].

Yukarıdaki senaryoda buz eritme süresince, by-pass damperinden geçen soğuk havanın, ön

ısıtmadan ( ısı geri kazanımı ile ) geçmeden son ısıtıcıya gittiği ve iç mekanda sıcaklık

dalgalanması ( soğuma ) olabileceği kabul edilmelidir. Bu olumsuzluk, santral otomasyonuna

ilave edilecek değişik önlemler ile ortadan kaldırılabilir.

Plakalı ısı değiştiricileri üzerindeki buzlanmanın eritilmesi için en klasik yolun, taze hava

akımının yani fanının durdurulması olduğu söylenebilir. Buzlanmanın kabul edilebilir azami

limitlere ulaştığını algılayan sensörün uyarması ile taze-dış hava fanı durur, egzost fanı

çalışmaya devam eder. Artan sıcak hava hakimiyeti oluşan buzlanmayı eritir. Bu senaryoda

havalandırma işlemi zaman zaman durduğu için çok tercih edilmez. Taze hava fanının

durdurulması yerine, hızının ve debisinin kademeli veya oransal olarak azaltılması tercih

edilmelidir. Hem havalandırma-ısı geri kazanım işlevi tamamen durdurulmayacak, hem de

buz eritme işlevi yerine getirilebilecektir.

Isı geri kazanım cihazında yoğuşma, buzlanma ve buz eritme olasılıkları göz ardı

edilmemelidir. Bunun yanında yoğuşma suyunu toplayacak tava ve su tahliye sistemi

kullanılması gereklidir. Ayrıca suyun göllenmesine ve durgun kalmasına sebep olacak tava ve

su tahliye sisteminin, bakteri üreme olasılığına bağlı olarak, insan sağlığı açısından tehlikeli

olabileceği unutulmamalıdır [9].

Dış hava şartları ile iç dizayn şartlarının birbiri ile aynı veya çok yakın olduğu zamanların

yaşanması mümkündür. İki hava akımı arasında sıcaklık fakının olmadığı veya çok az olduğu

böyle durumlarda, ısı transferi ve ısı geri kazanımı ya hiç olmayacak ya da çok az olacaktır.

Isı geri kazanım eşanjörü işlevini yitirecek, daha da önemlisi ısıtma yada soğutma ihtiyacı

ortadan kalkacaktır. Tanımlanan durumda ısı değiştirici yüzey damperi kapatılıp, filtre edilmiş

temiz ve serin ya da ılık taze hava, by-pass kanalı üzerinden iç mekâna gönderilebilir. Bu

18

senaryoda, fan motoru üzerindeki ısı geri kazanım eşanjörü direnci kalktığı için, fan motoru

daha az enerji sarfedecek ve enerji ekonomisi sağlanacaktır. Bu şekilde sağlanacak enerji

ekonomisi, damper üzerindeki hava hızı ve basınç kaybı ile direkt ilişkili olduğu için, by-pass

genişliği ve kesitteki hava hızının doğru tespit edilmiş olması önemlidir [9].

Plaka tipi ısı geri kazanım ünitelerinin kullanıldığı sistemlerde egzoz aspiratörü ve klima

santrali aynı gövde üzerindedir. Aspiratörün ayrı montajı ve egzoz havası veya taze havanın

kanalla ısı geri kazanım ünitesine taşınması da mümkündür, ancak hava taşımanın enerji

maliyetinin yüksek olması ve hatta bazı durumlarda mimari engeller yüzünden mümkün

olamaması ihtimali nedeni ile bu tarz uygulamalar çok tercih edilmez.

3.1.2 Plakalı Isı Geri Kazanım Sistemlerin Temel Uygulama ve Yerleşim Şekilleri

Isı geri kazanım uygulamaları, uygulamalarda yer alan ısı değiştirici miktarı ile hava

akımlarının ısı değiştirici üzerinden geçiriliş sayısına bağlı olarak, değişik şekillerde

düzenlenebilir. Bu düzenlemeler;

- Tek ısı değiştirici – tek geçiş,

- İki ısı değiştirici – iki geçiş, seri bağlantı,

- İki ısı değiştirici – iki geçiş, paralel bağlantı,

- İki ısı değiştirici – iki geçiş, karışık bağlantı

olarak isimlendirilir [9].

3.1.2.1 Tek Isı Değiştirici – Tek Geçiş

Plakaların yatay düzleme paralel veya dik duruşuna göre iki şekilde kullanılabilir (Şekil 3.7

ve 3.8). Yatay plakalı yerleşimde ısı değiştiriciye, yoğuşma sularının plaka yüzeylerinden

rahatça süzülmesini sağlayacak kadar eğim verilmesi, düşey plakalı yerleşimde ise,

yoğuşmanın olacağı sıcak hava tarafındaki hava akımının, yukarıdan aşağıya doğru

yönlendirilmesi önerilir. Bu önlemler, hem olası buzlanma risk ve hızını azaltacak, hem de

fan motorlarının gereğinden fazla enerji sarf etmesine engel olacaktır.

19

Şekil 3.7 Plakalar yatay düzleme paralel dizayn [9].

Şekil 3.8 Plakalar yatay düzleme dik dizayn [9].

Plakalar yatay düzleme paralel duracak şekilde yapılan uygulamalar, genellikle küçük debili

ve düşük cihaz yüksekliği aranılan yerlerde ön plana çıkar. Bunun yanında, hava akımlarının

yönleri birbirlerine göre paralel veya zıt olabilir. Ancak bu durum, ısı değiştiriciden

beklenilen verimliliği değiştirmez. Çünkü ısı değiştirici üzerindeki hava akımı, her iki

durumda da çapraz akış şeklinde oluşur [9].

3.1.2.2 İki Isı Değiştirici – İki Geçiş (Seri Bağlantı)

İki ısı değiştiricili iki geçişli yerleşim, daha yüksek verimlilik hedeflenen ısı geri kazanım

uygulamalarında ön plana çıkar. İki ısı değiştiricili ve çift geçişli uygulamalarda yüksek

verimlilik aranırken, hava basınç kaybı ve fiyat artışı göz ardı edilmemeli, basınç kaybı, fiyat

ve verimlilik optimizasyonu aranmalıdır. Uygulamanın klima santrali içinde, ayrı dizayn

edilmiş bir ünite olarak veya kanallar üstünde yapılması mümkündür. Seri bağlantı için

tasarım dizaynı Şekil 3.9 ‘da verilmiştir.

20

Şekil 3.9 Seri bağlantı dizaynı [9].

3.1.2.3 İki Isı Değiştirici – İki Geçiş (Paralel Bağlantı)

Hem taze hava akımı hem de egzoz havası, aynı kaset içine yerleştirilmiş iki ayrı ısı

değiştirici üzerinden ve paralel bağlantı esaslarına göre geçirilmektedir. Uygulama, özellikle

her iki hava akımının yüksek debilere sahip olduğu durumlarda kullanılır. İlke olarak tek

geçişli bir uygulama olup, verimlilik ve basınç kaybı seviyeleri diğer tek geçişli uygulamalar

ile aynı seviyededir. Aşırı büyük ve tek parça ısı değiştirici kullanılması opsiyonuna karşılık,

hem daha uygun basınç kayıpları, hem de bakım ve temizlik kolaylığı sağlaması açısından

tercih edilir. Paralel bağlantı için tasarım dizaynı Şekil 3.10 ‘da gösterilmiştir.

Şekil 3.10 Paralel bağlantı dizaynı [9].

3.1.2.4 İki Isı Değiştirici – İki Geçiş (Karışık Bağlantı)

Isı değiştiricilerinin üzerinden, bir hava akımı paralel, diğeri ise seri bağlantı esasına uygun

geçmektedir. Geçiş kesiti açısından daha büyük olması sebebi ile daha fazla debiye sahip olan

hava akımı paralel bağlantı devresinden, daha düşük debiye sahip olan hava akımı ise seri

21

bağlı devre üzerinden geçirilmelidir. Bu sayede, düşük debili devredeki basınç kaybı ile

yüksek debili devredeki basınç kaybının birbirinden çok farklı olmaması sağlanarak, santral

içinde daha dengeli basınç kayıpları sağlanır. Kullanılan her iki ısı değiştiricide de, özellikle

seri bağlı devre üzerindeki plaka aralıklarının eşit olması, aşırı yüksek basınç kayıpları ve

istenilmeyen türbülanslar için aranılması gereken özelliklerdir. Karışık bağlantı için tasarım

dizaynı Şekil 3.11 ‘de gösterilmiştir.

Şekil 3.11 Yatayda seri, düşeyde paralel bağlantı dizaynı [9]

3.2 Tamburlu Isı Geri Kazanım Sistemleri (Isı Tekerleği)

Isı tekerleği taşıyıcı konstrüksiyon üzerine yataklanmış ve çevrelenmiş dönen bir ısı

değiştirgecidir. Genellikle ince alüminyum şeritten üretilen rotor dolgusu, yatay bölme

üzerinde hava kanallarıyla ikiye bölünür. Dairenin bir yarısından egzoz havası geçerken diğer

yarısından taze hava geçer ve bu esnada daire bir elektrik motoru ve kayış kasnak sistemi

vasıtası ile çok düşük devirlerde döndürülür [6]. Şekil 3.12 ‘de ısı tekerleğinin genel görünüşü

ve genel hava akımları gösterilmiştir.

22

Şekil 3.12 Isı tekerleği [6].

Isı tekerleğinde, ısı transferinin yapıldığı hava geçişine izin veren malzeme sadece duyulur ısı

transferini veya toplam ısı transferini (duyulur ısı ve gizli ısı) yapacak şekilde seçilebilir

(Şekil 3.13). Duyulur ısı transfer, sıcak havanın ısı transfer yüzeyini ısıtması ve tamburun

dönerek soğuk havanın önüne gelmesi ve ısınan yüzeyin soğuk havayı ısıtması ile gerçekleşir.

Gizli ısı transferi, yüksek nem oranına sahip havanın içerisindeki nemin ısı transfer yüzeyinde

yoğuşması ile gerçekleşir. Bu durumda nemli hava kururken kuru hava nemlenir. Nem

transferi desiccant kaplama sayesinde gerçekleştirilir. Bu tip ısı geri kazanım cihazları

yaklaşık dakikada 5-10 devir dönerek egzoz ve taze havanın önünden geçerler. Isı

tekerleğinde verimler rahatlıkla %75 değerlerine ulaşabilir [2].

23

Şekil 3.13 Isı tekerleklerinde ısı transferi türleri [1].

Isı tekerleğinde plakaların arasından egzoz havası geçerken taze hava tarafına dönmesi nedeni

ile plakalar arasında bir miktar taşınan egzoz havası taze havaya karışır. Ayrıca ünitenin döner

konumda kalabilmesi için cihazla ünite arasına bir miktar ara bırakılmak zorundadır. Her iki

havanın statik basınçlarının birbirinden farklı olması durumunda, hava yüksek basınçlı

bölümden düşük basınçlı bölüme bu dar aralıktan geçer ve iki hava karışır. Dolayısı ile ısı

tekerleği %100 taze havanın önemli olduğu uygulamalar için uygun değildir. Uygulamaların

bir kısmında da dönüş havasının taze havaya karışması problem olmayabilir [1].

Dönüş havasının taze havaya karışmasını önlemek için gerekli bazı önlemler vardır.

Bunlardan en önemlisi egzoz ve taze hava tarafları arasındaki basınç farklılıklarının çok

yüksek olmamasını sağlamaktır. Basınç farkı yükseldikçe by-pass miktarı artacaktır [1]. Diğer

bir yöntem ısı tekerleğinde süpürme bölmesi (purge) bulunmasıdır. Süpürme bölmesi, ısı

değiştirici dolgusu ile birlikte dış hava dilimine geçen kirli havanın, bir miktar dış hava

kullanılarak, dolgu içinden süpürülüp egzoz havası tarafına nakledilmesi esasına dayanır.

Ayrıca süpürme bölmesi taze havanın içine taşınabilecek kirli dönüş havasının atılmasını

sağlarken, dönüş havası tarafından kirletilen dolgu malzemesini de temizlemiş olur [6]. Şekil

3.14 ‘de süpürme bölmesinin çalışma prensibi gösterilmiştir.

24

Şekil 3.14 Süpürme bölmesinde havanın izlediği yol [6].

Tamburlu ısı geri kazanım cihazının enerji geri kazanım miktarını kontrol etmek için genel

olarak iki metod kullanılır. Birinci metoda taze havanın tamburdan by-pass edilmesi sureti ile

geri kazanım miktarı kontrol altında tutulabilir. Tamburun taze hava çıkış noktasına

yerleştirilmiş olan bir sıcaklık sensörü aracılığı ile kontrol edilen by-pass damperi sayesinde

istenilen miktarda taze hava eşanjörden by-pass edilir. İkinci metoda ise geri kazanılan enerji

miktarı tamburun dönüş hızının değiştirilmesi ile kontrol edilir. Tambur hızı bir frekans

inverter cihazı ile değiştirilebilir. Tambur hızının artırılması ısı geri kazanım verimliliğini de

artırır. Ancak, bu hızın belirli bir üst limiti vardır. Bu üst limitin aşılması durumunda

tamburun havayı taşıma miktarı artar bu da tercih edilen bir durum değildir. Dönüş hızı için

belirlenen üst limite kadar ısı geri kazanım miktarı artarken üst limite ulaşıldıktan sonra

tamburun hızının artırılması ısı geri kazanım miktarını değiştirmez [2].

Düşük sıcaklıkta ve nem oranı yüksek atmosferik hava ile çalışılması durumunda donma

oluşumunu önlemek için taze hava girişine bir elektrikli veya sulu ısıtıcı konulabilir ya da taze

hava ile dönüş havasının karışmasında engelleyici bir durum yoksa karışım damperleri

kullanılabilir [2].

3.3 Bataryalı Isı Geri Kazanım Sistemleri

Bu sistem biri dönüş havası üzerinde, diğeri taze hava üzerinde bulunan iki bataryadan

oluşmaktadır. Bataryalar birbirlerine bir borulama sistemi ile bağlıdır. Isı transferini sağlayan

akışkan bu boruların içinde dolaşır. Bataryalar genellikle bakır boru alüminyum kanatlı olarak

tasarlanır. İki batarya arasında dolaşan suya dış hava sıcaklığına bağlı olarak (donmaya karşı)

glikol katılır. Doğru bir glikol karışımı ve batarya malzemesi ile yaklaşık -45 oC ’deki

25

sıcaklıklara kadar bu ısı geri kazanım sistemi kullanılabilir. Su/glikol karışımının iki batarya

arasındaki sirkülasyonu bir pompa ile sağlanır. Geri kazanılacak olan ısı miktarının ihtiyaç

duyulan değerde olmasını temin etmek için üç yollu vana kontrolü kullanılır. Bu vana taze

havanın geçtiği bataryaya yakın konulmalıdır.

Bataryalı ısı geri kazanım cihazında taze hava ve dönüş havasının birbirleri ile karışma riski

olmadığı için hijyenik sistemlerde ve dönüş havasının taze havaya karışmasında mahsur olan

uygulamalarda kullanılabilir. Ayrıca taze hava girişi ile egzoz havası çıkışının birbirine uzak

olduğu durumlarda özellikle tercih edilir. Çünkü ısının taşındığı bağlantı boruları az yer

kaplar ve kurulumu hava kanallarına göre çok daha ekonomik ve kolaydır. Standart klima ve

havalandırma cihazlarına rahatlıkla adapte edilebildikleri için de ilk yatırım maliyetleri

oldukça düşük olmaktadır.

Bataryalı ısı geri kazanım sistemlerinde ısıyı taşıyan akışkanın debisi artırılıp hava debisi

sabit tutulursa ısı geri kazım miktarı artırılabilir. Bu artış belirli bir değere kadar olabilir, bu

belirli değerden sonra akışkanın debisi artırılırsa da ısı geri kazanım miktarı daha fazla

artmaz. Ayrıca ısı geri kazanım yüzey alanı ne kadar büyük olursa ısı geri kazanım miktarı da

o kadar büyük olur. Dönüş havası debisinin taze hava debisinden fazla olduğu durumlarda da

ısı geri kazanım miktarı fazla olur [2].

Isı transfer akışkanının düşük sıcaklıklarda olması durumunda dönüş havası bataryasının

yüzey sıcaklığı 0 oC ‘nin altına düşebilir. Bu durumda dönüş havasının içerisindeki yoğuşan

su buharı batarya yüzeyinde donabilir. Hava geçişine direnç oluşturacak ve bataryanın

yıpranmasına sebep olacak donmaya karşı mutlaka önlem alınmalıdır. Donma korumasında

kullanılan üç yollu karışım vanası donmayı engellemek için sıcak akışkanın belirli bir

kısmının soğuk akışkan ile karıştırılmasını ve ısı transfer akışkanının sıcaklığının donma

olmasına engel olacak düzeyde tutulmasını sağlar. Sistemin çalışması esnasında donma

oluşumunda sadece dış havanın sıcaklığı değil dönüş havası sıcaklığı ve ısı geri kazanım

sistemi tarafından transfer edilen ısı miktarı da belirleyicidir [2]. Ayrıca dönüş havası

bataryasına yoğuşma tavası ve damla tutucu kullanılmalıdır.

Isı geri kazanım sisteminde iki bataryayı birleştiren boru devresi üzerinde sıcaklık kontrol

vanası ve genleşme tankı kullanılmalıdır. Bataryalı ısı geri kazanım sistemleri en az düzeyde

bakım ihtiyacına sahip sistemlerdir, pompa ve üç yollu vana dışında hareketli parça

bulunmamaktadır. Ancak, sistemin uzun ömürlü ve yüksek performanslı olmasını temin için

her iki bataryanın da girişine filtreler konulmalı, bu filtreler ve bataryalar belirli aralıklarla

26

temizlenmeli ve sistemdeki diğer parçaların bakımları yapılmalıdır. Ayrıca belirli aralıklarla

ısı transfer akışkanı (su/glikol karışımı) değiştirilmelidir.

Şekil 3.14 Bataryalı ısı geri kazanım sistemi [6]

Şekil 3.15 Bataryalı ısı geri kazanım sisteminde hava akışı [6].

27

3.4 Isı Borulu Tip Isı Geri Kazanım Sistemleri (Heat Pipe)

Bir heat pipe tipi ısı geri kazanım cihazı dışarıdan bakıldığında sulu veya buharlı bir

bataryaya benzer. Ancak, aslında bu batarya iki kısımdan oluşmaktadır, bir kısmı evaporatör,

diğer bir kısmı ise kondenser özelliğindedir. Bu sistemde sıcak hava, bataryanın evaporatör

kısmından geçerken soğuk hava kondenser kısmından geçmektedir.

Heat pipe sistemi duyulur ısı transferi sağlayan bir sistemdir. Ancak, batarya üzerindeki

yoğuşma gizli ısı transferinin de oluşmasını, dolayısı ile ısı geri kazanım performansının daha

yüksek olmasını sağlar.

Bakır borular içerisinde freon bazlı bir soğutucu akışkan (R134a, R410a) bulunmaktadır.

Sıcak hava evaporatör üzerinden geçerken soğutucu akışkanın buharlaşmasını sağlar.

Buharlaşan soğutucu akışkan basınç farkı sayesinde cihazın kondenser bölümüne geçer ve

soğuk havanın etkisi ile yoğuşurken ortama gizli ısı bırakır. Bu gizli ısı taze havanın

ısıtılmasını sağlar. Yoğuşan akışkan tekrar evaporatör kısmına geçerek buharlaşır, böylece

çevrim tamamlanmış olur. Cihazın düşeye göre açılı bir konumda olması yoğuşan akışkanın

evaporatör bölümüne daha kolay geçmesini sağlar. Prosesin sürekliliğini sağlayacak miktarda

her iki hava arasında sıcaklık farkı olması durumunda, kapalı devre heat pipe sistemi,

soğutucu akışkanın devamlı olarak evaporasyon ve kondenzasyonu ile çalışmasına devam

eder.

Isı geri kazanım kapasitesi tüp malzemesinin çapına, kullanılan soğutucu akışkanın

termodinamik özelliğine ve heat pipe cihazının açısal konumuna bağlı olarak değişkenlik

gösterir. Kullanılan bakır boru miktarının fazla olması sistem verimliliğinin de fazla olmasını

sağlar. %60 verimliliği olan bir heat pipe cihazının bakır boru miktarının iki misli arttırılması

aynı cihazın verimliliğini %75’e çıkarır. 25 mm’lik iç çapa sahip bakır borulardan oluşmuş bir

heat pipe cihazından alınabilecek kapasite 16mm’lik iç çapa sahip bakır borulu bir cihazın

yaklaşık 2.5 misli daha fazlasıdır.

Kurulmuş olan bir heat pipe cihazının kapasite kontrolü yatay ile olan açısının değiştirilmesi

ile yapılır. Yaz sezonundan kış sezonuna veya kış sezonundan yaz sezonuna geçildiği

durumlarda ısı akışının yönünü değiştirebilmek için cihazın açısının değiştirilmesi

gerekmektedir [2].

Şekil 3.16 ‘da ısı borulu ısı geri kazanım sisteminin genel dış görünümü ve hava akışları

gözükmektedir. Şekil 3.17 ‘de ısı borusunun çalışma prensibi gösterilmektedir.

28

Şekil 3.16 Isı borulu ısı geri kazanım sistemi [6].

Şekil 3.17 Isı borusunun çalışma prensibi [6].

İncelediğimiz 4 farklı ısı geri kazanım sisteminin, piyasadaki genel özelliklerine göre

karşılaştırılması Tablo 3.1 ‘de verilmiştir.

29

Tablo 3.1 Isı geri kazanım sistemlerinin özelliklerinin karşılaştırılması [6].

30

4. UYGULAMALAR

Öncelikle bir mühendislik firması tarafından yapılan ısı geri kazanımlı klima santrali

projesinde, ısı geri kazanım sistemi kullanılmasının sağlayacağı enerji tasarrufuna bakalım.

Kazakistan’ın Alma-Ata şehrinde bulunan The Regent Ankara Hotel ’de 20 adet klima

santrali bulunmaktadır. Bu klima santrallerinin 3’ünde ısı tekerleği, 5’inde plaka tip ısı

eşanjörü ve 3’ünde ısı geri kazanım serpantini olmak üzere toplam 11 adedinde ısı geri

kazanım sistemi kullanılmıştır. AC-5,6,7’de ısı tekerleği, AC-11,13,14,15,18’de çapraz akışlı

ısı eşanjörü, AC-16,17,19’da ise serpantinden serpantine ısı geri kazanım sistemleri

bulunmaktadır. Tablo 4.1 ‘de bu klima santrallerindeki ısı geri kazanım sistemleri ile elde

edilen enerji tasarrufu gösterilmiştir.

Tablo 4.1 Klima santrallerindeki ısı geri kazanım sistemlerinde elde edilen tasarruf [7].

31

Otel’in toplam ısıtma yükü: QT

= 4.350.000 kcal/h

Klima santrallerindeki ısı geri kazanım sistemlerinden elde edilen enerji tasarrufu:

QH/R

/ QT

= 1.108.887 / 4.350.000 = 0.2549

Sonuç olarak, Otelin toplam ısıtma yükünün dörtte biri ısı geri kazanım sistemleri ile geri

kazanılmaktadır.

Bu enerji tasarrufunun fuel-oil karşılığı :

1108887 (kcal/h) / 9700 (kcal/kg) / 0.80 (kazan verimi) = 143 (kg/h)

4.1 Bir Örnek Uygulama Hesabı

Şekil 4.1’ de proses akış şeması verilen ve gerekli bilgiler, çeşitli noktalar için şekil üzerinde

belirtilen, duyulur ısı kazancı 150 000 (kj/h) ve gizli ısı kazancı 50 000 (kj/h) olan ortamın

iklimlendirilebilmesi için ortama üflenecek havanın özellikleri, miktarı ve soğutucunun

kapasitesi önce ısı geri kazanım (IGK) sisteminin olmadığı hal için daha sonra IGK sistemi de

hesaba katılarak hesaplamalar yapılacaktır. Ortama üflenen havanın sıcaklığı ile ortam havası

sıcaklığı arasında 7 oC lik bir sıcaklık farkı konfor şartlarından dolayı kabul edilirse, ortama

üflenecek olan havanın kuru termometre sıcaklığı 15 oC olur.

Şekil 4.1 Sistemin proses akış şeması ve gerekli bilgiler

32

Bağlantı kanallarındaki kayıplar (emme, besleme vantilatörleri ve hava kanalları kayıpları)

ihmal edildiğinde DIO’nı Denklem 4.1 ile hesaplanabilir.

(Denklem 4.1)

DIO = 150000 / (150000 + 50000) = %75

IGK sisteminin olmadığı durum için (0) noktası ile (1) noktası aynı özelliklere sahiptir. IGK

sisteminin olduğu durumla karılaştırılması daha kolay olabilir diye taze hava girişi için IGK

sisteminin olmadığı durumda (1) ifadesi kullanılacaktır.

Psikrometrik diyagram üzerinde (1) ve (4) noktaları verilen bilgiler yardımı ile işaretlenir.

Daha sonra psikrometrik diyagram üzerindeki yarı dairesel ölçek üzerinde DIO = 0.75 olan

doğruya (4) noktasından paralel çizilerek şartlandırma hattı çizilir. (3) noktası bu hat üzerinde

her hangi bir yer olabilirdi fakat ortama üflenen havanın kuru termometre sıcaklığı verildiği

için, hattın bu sıcaklıkla kesiştiği nokta bize üfleme şartlarını vermektedir.

Ortam için gerekli hava miktarı ortam için gerekli enerji dengesinden elde edilebilir. Sürekli

rejim çalışma şartlarında ortam için enerji dengesi Denklem 4.2 ‘de gösterilmiştir.

(Denklem 4.2)

Denklem 4.2 ‘den ortamın ısı yükü bağıntısı Denklem 4.3 ve sisteme gönderilmesi gerekli

şartlandırılmış hava miktarı bağıntısı Denklem 4.4 de verilmiştir.

(Denklem 4.3)

(Denklem 4.4)

Şekil 4.2 ‘de proses psikrometrik diyagramda gösterilmiştir. Psikrometrik diyagramdan (3) ve

(4) noktalarının iki noktasını bildiğimizden entalpilerini okuyabiliriz. Daha sonra tablo

halinde tüm değerler verilecektir.

19048 (kg/h)

= = 19048 (kg/h)

Klima cihazına giren resirküle havası ile dış hava karışımı olan (2) noktasının özellikleri için

sürekli rejimde bir kütle dengesi Denklem 4.5 ‘de gösterilmiştir.

+ = = (Denklem 4.5)

= 19048 – 4000 = 15048 (kg/h)

33

Karışım havası, 15048 (kg/h) debisinde ve 7 nolu özelliklerindeki hava ile 4000 (kg/h)

debisinde dış hava özelliklerinde iki havanın karışımıdır. Burada (2) noktası grafik yolla

bulunmuştur. Bunun için gerekli formül Denklem 4.6 da verilmiştir.

=

= 0.21 (Denklem 4.6)

Bu denklemle (2) noktasının yeri tespit edilir. Şekil 4.2 de psikrometrik diyagramda (2)

noktasının yeri gösterilmiştir.

Şekil 4.2 Prosesin psikrometrik diyagramda gösterilmesi

Bu psikrometrik diyagramda gösterilen noktaların gerekli değerleri Tablo 4.2 ‘de

gösterilmiştir.

Tablo 4.2 Sistemdeki noktaların psikrometrik özellikleri

Psikrometrik Özellik 1 noktası 2 noktası 3 noktası 4 noktası d noktası

Kuru termometre Sıc. 30 23.8 15 22 6.2

Yaş Termometre Sıc. 24.8 17.8 11.8 15.4 6.2

Özgül Nem (gr/kg) 17.4 10.2 7.2 8.2 6

Bağıl Nem (%) 65 56 68 50 100

Özgül Entalpi (kj/kg) 76 51 34 44.5 21

34

Psikrometrik diyagramda (2-3) hattı soğutucu cihazda gerçekleşen prosesi göstermektedir.

Diyagramda (2-3) proses hattını yarı dairesel ölçeğe paralel olarak çizersek, soğutucu ünite

için DIO yaklaşık olarak 0.52 civarındadır (DIOs = 0.52). Soğutucu ünitenin kapasitesinin

hesaplanması için gerekli bağıntı Denklem 4.7 ‘ de verilmiştir.

= (h2 – h3) (Denklem 4.7)

= 19048.(51-34) = 323816 (kj/h)

= 90 kW

= DIOS. = (0.52).90 = 46.8 kW

= 90 – 46.8 = 43.1 kW

Elde edilen sonuçlar incelendiğinde, belirli bir miktar taze havanın şartlandırılmada

kullanılması sonucu, 200000 (kj/h) olan ortamın soğutma yükünün karşılanabilmesi için, bu

çalışma şartlarında soğutucu ünitenin kapasitesi 323816 (kj/h) olmaktadır. Gereken soğutma

ihtiyacı bu şartlarda yaklaşık %62 daha fazladır. Bu fazlalığın sebebi klima santralinde

şartlandırdığımız havanın, taze hava miktarı kadarını dışarıya atmamızdır. Tam bu noktada ısı

geri kazanım cihazları devreye girer. Şartlandırdığımız havanın taze hava miktarı kadarını

dışarıya değil de ısı geri kazanımdan geçirerek, dış ortam şartlarından aldığımız taze havayı

soğutmak için kullanırsak büyük oranda tasarruf etmiş oluruz.

4.1.1 IGK Cihazının Soğu Kazancının Hesaplanması

Yoğuşma ve nem transferinin oluşmadığı durumlarda, soğu kazancı (Q, kW), taze havanın

duyulur ısı değişime eşit olur [10].

= Cp.(Tt ,ç – Tth,g) (Denklem 4.8)

Burada m, ısı geri kazanım cihazından geçen taze havanın kütlesel debisi (kg/s), Cp taze

havanın özgül ısısı (kj/kg.K), Tt ,ç ve Tth,g ise sırası ile taze avanın ci azdan çıkış ve giriş

sıcaklıkları oC) ol aktadır

Egzoz ve taze ava arasındaki sıcaklık farkının ve taze avanın bağıl ne inin yüksek

olduğu soğu kazanı uygula alarında, taze avanın içindeki ne in bir kıs ı ısı geri

kazanı ci azında yoğuş aktadır Bu duru da taze avanın soğu kazancı GK ci azı

giriş ve çıkışı arasındaki entalpi , kj/kg değişi ine bağlı olarak esaplanır [10].

35

= (ht ,ç – hth,g) (Denklem 4.9)

Taze havanın ISG cihazından çıkış sıcaklığı, ideal durumda, egzoz havasının cihaza giriş

sıcaklığına (Teg,g, oC) ulaşacaktır. Cihazın ısıl verimini (η), taze havanın duyulur ısı değişimi

göz önüne alınarak tanımlayabiliriz [10].

η = ,ç ,

, , (Denklem 4.10)

Sistemde ısı geri kazanım cihazı olması basınç düşümünü artıracaktır. Bu basınç düşümü

karşılamak için gerekli fan gücünün hesaplanması gerekmektedir.

P = 2.Vdebi.∆P / ηfan (Denklem 4.11)

Burada P (W) fan gücünü, Vdebi (m3/s) hava debisini, .∆P (Pa) cihazdaki basınç düşümünü

ve ηfan fan verimini göstermektedir. Denklemdeki 2 katsayısı dış atım ve taze hava tarafının

toplam gücünü hesaplamak için kullanılmaktadır.

Bizim uygulamamız için IGK cihazı olarak duyulur ısı transferi yapan ve enerji geri kazanım

miktarı %70 olan bir plakalı ısı geri kazanım cihazı seçtik. Bu halde Denklem 4.10 ‘u

kullanarak (1) noktasının sıcaklığını bulabiliriz.

T1 = T0 + η.(T5 – T0) (Denklem 4.12)

T1 = 30 + (0.70).(22–30) = 24.4 oC

Isı geri kazanım cihazının prosesini ve sistemde yarattığı değişikler Şekil 4.3 ‘de psikrometrik

diyagram üzerinde gösterilmiştir.

Karışım havası, 15048 (kg/h) debisinde ve (7) nolu özelliklerindeki hava ile 4000 (kg/h)

debisinde ısı geri kazanım cihazından çıkan (1) nolu taze havanın karışımıdır. Burada (2)

noktası grafik yolla bulunmuştur. Bunun için gerekli formül Denklem 4.6 da verilmişti.

=

= 0.21 (Denklem 4.6)

Bu denklemle (2) noktasının yeri tespit edilir. Şekil 4.3 de psikrometrik diyagramda (2)

noktasının yeri gösterilmiştir.

36

Şekil 4.3 Isı geri kazanımlı sistemin prosesinin psikrometrik diyagramda gösterimi

Bu psikrometrik diyagramda gösterilen noktaların gerekli değerleri Tablo 4.3 ‘de

gösterilmiştir.

Tablo 4.3 Isı geri kazanım sistemdeki noktaların psikrometrik özellikleri

Psikrometrik Özellik 0 noktası 1 noktası 2 noktası 3 noktası 4 noktası d noktası

Kuru termometre Sıc. 30 24.4 22.3 15 22 6.2

Yaş Termometre Sıc. 24.8 23.2 17.4 11.8 15.4 6.2

Özgül Nem (gr/kg) 17.4 17.4 10.4 7.2 8.2 6

Bağıl Nem (%) 65 88 60 68 50 100

Özgül Entalpi (kj/kg) 76 69 49 34 44.5 21

Psikrometrik diyagramda (2-3) hattı soğutucu cihazda gerçekleşen prosesi göstermektedir.

Diyagramda (2-3) proses hattını yarı dairesel ölçeğe paralel olarak çizersek, soğutucu ünite

için DIO yaklaşık olarak 0.50 civarındadır (DIOs = 0.50). Soğutucu ünitenin kapasitesinin

hesaplanması için gerekli bağıntı Denklem 4.7 ‘ de verilmişti.

= (h2 – h3) (Denklem 4.7)

= 19048.(49-34) = 285720 (kj/h)

= 80 kW

37

= DIOS. = (0.50).80 = 40 kW

= 80 – 40 = 40 kW

Sonuç olarak ; ısı geri kazanım sistemli klima santralinde, iç ortamın 200000 (kj/h) soğutma

yükünün karşılanabilmesi için soğutucu ünitenin kapasitesi 285720 (kj/h) olmaktadır.

Gereken soğutma ihtiyacı bu şartlarda yaklaşık %42 daha fazladır. Isı geri kazanım olmayan

klima santralinde ise gereken soğutma ihtiyacı %62 çıkmıştı. Bu oranın daha fazla

düşürülmesi için ısı geri kazanım verimi daha yüksek olan ve gizli ısı transferi yapabilen bir

IGK cihazı kullanılabilir.

Bu sistemde ısı geri kazanım cihazı ile kazanılan soğu kazancı yaklaşık 10 kW ‘dır ve ilk

durumdaki santral soğutma yükü %11 azalmıştır.

Eğer bu sistem %100 taze hava ile çalışan bir sistem olsaydı, ısı geri kazanım cihazının

kullanılmaması durumundaki santral soğutma yükü ;

, = 19048.(76 – 34) = 800016 (kj/h) = 222.2 kW

Isı geri kazanım cihazı kullanılması durumundaki santral soğutma yükü ;

, = 19048.(69 – 34) = 666680 (kj/h) = 185 kW

Gördüğümüz gibi taze hava miktarımız arttıkça ısı geri kazanım cihazının sağlayacağı soğu

kazancıda artıyor. %100 taze havalı durumda ısı geri kazanım cihazı soğutma yükünü %16.7

azaltmıştır. Ayrıca dış hava sıcaklığımızın daha yüksek olduğu durum için ısı geri kazanımın

sağlayacağı tasarruf daha fazla olacaktır.

38

SONUÇLAR ve ÖNERİLER

Hem Dünyanın hem de ülkemizin ekonomik sıkıntılar içinde bulunduğu günümüzde enerjinin

daha verimli kullanımı için ısı geri kazanım sistemlerinin mümkün olan her uygulamada

kullanılmasında fayda vardır. Isı geri kazanım sistemlerinin kullanımı ekonomi dışında

çevrenin de korunması için oldukça faydalı olacaktır.

Her ısı geri kazanım projesi bir fizibilite çalışması gerektirir. Burada ısı geri kazanım

sisteminin yatırım masrafı, sistemin işletme masraflarına etkisi ve ayrıca klima sistemine

yapılacak yatırımın masrafına etkisi göz önüne alınmalıdır. Isı geri kazanım sistemleri doğal

enerji kaynaklarının ve çevrenin korunmasına katkı sağladığından yatırımlarının fizibıl

oluşunun sorgulanmasında daha hoş görülü olunabilir. Isı geri kazanım sisteminin büyüklüğü,

sağlayacağı fayda ve zararlara bakarak seçilir. Ayrıca hangi ısı geri kazanım sisteminin tercih

edileceği her uygulama için mutlaka incelenmeli, bütün faktörler değerlendirilerek projeye en

uygun ısı geri kazanım sistemi seçilmelidir.

Bir mühendislik firması tarafından yapılan bir otelin ısı geri kazanımlı klima santrali

projesinde, ısı geri kazanım sistemi kullanılmasının sağladığı enerji tasarrufunun 1.108.887

kcal/h olduğu ve otelin toplam ısıtma yükünün dörtte birinin ısı geri kazanım sistemleri ile

geri kazanıldığı görülmüştür. Yapılan yaz uygulaması örneğinde ise %75 resirküle havalı

olduğunda 10 kW soğu kazancı, %100 taze havalı olduğu durumda ise 37 kW soğu kazancı

olduğu görülmektedir. Burada ısı geri kazanım sisteminden sağlanan kazancın taze hava

miktarına ve dış hava sıcaklığı ile taze hava sıcaklığı arasındaki farka bağlı olduğunu

söyleyebiliriz.

39

KAYNAKLAR

1-) TTMD Dergisi 16.Sayı Makalaler (Eylül-Ekim 2001), Yazar : Ömer DEMİREL

2-) TTMD Dergisi 26.Sayı Makalaler (Mayıs-Haziran 2003), Yazar : K.Oktay GÜVEN

3-) TTMD Dergisi 40.Sayı Makalaler (Kasım-Aralık 2005), Yazar : Faruk ÇİMEN

4-) Prof.Dr.Osman F. GENCELİ, Isı Değiştiricileri, 2010

5-) Enerji 2003 Ulusal Enerji Verimliliği Kongresi, “İklimlendirme Tesislerinde Enerji

Tasarrufu“ makalesi, Prof.Dr. İlhan TEKİN ÖZTÜRK , Doç.Dr. Hasan KARABAY, 23-24

Ocak 2003, ANKARA

6-) Isı geri kazanım cihazı üreten firma katalogları

7-) IV. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi ve Sergisi, “Isı Geri Kazanım ve Sudan Suya Isı

Popması Uygulaması” makalesi, Veli DOĞAN

8-) II. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi ve Sergisi, “Yapılarda Isıtma Soğutma

Uygulamalarında Enerji Geri Kazanma Sistemleri ve Enerji Ekonomosi” makalesi, Tuncal

YILMAZ

9-) VI. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi ve Sergisi, “Isı Geri Kazanım Eşanjörlerinin

Kullanım Opsiyonları” makalesi, A. Müjdat ŞAHAN

10-) VII. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi ve Sergisi, “Isı Geri Kazanım Cihazlarının

Bazı Şehirlerdeki Yıllık Toplam Isıtma ve Soğutma Kazançları” makalesi, Serhan KÜÇÜKA