ISI GERİ KAZANIM CİHAZLARININ BAZI ŞEHİRLERDEKİ YILLIK TOPLAM ISITMA VE SOĞUTMA KAZANÇLARINA ETKİSİ

Doç. Dr. Serhan KüçükaDokuz Eylül Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümü

Konular

Isı geri kazanım cihazları, çalışma ilkeleri ve nemli hava diyagramıüzerinde gösterimiYıllık toplam ısı ve soğu kazancının bölgelere göre değerlendirilmesiSonuçlar ve değerlendirme

Isı geri kazanım cihazı

İÇ ORTAMDAN DÖNÜŞ HAVASI

DIŞ ATIM

DIŞ ORTAMDAN SOĞUK HAVA

ÖN ISITMALI HAVA

KIŞÇALIŞMASI

Çatı üstü klima sistemi önüne tesis edilmiş olan bir ısı geri kazanım cihazının yaz ve kış çalışma durumları şematik olarak gösterilmiştir.

İÇ ORTAMDAN DÖNÜŞ HAVASI

DIŞ ATIM

DIŞ ORTAMDAN SICAK HAVA

ÖN SOĞUTMALI HAVA

YAZ ÇALIŞMASI

IKG Cihazı VerimiDış (taze) havanın cihazdan çıkış sıcaklığı, en çok iç havanın giriş sıcaklığına ulaşabilir. Gizli ısıdeğişiminin gözönüne alınmadığı durumda cihaz verimi aşağıdaki şekilde tanımlanır:

Antalya için verilen 39°C dış hava sıcaklığı, 26°C iç hava sıcaklığı ve %50 verim durumunda, taze havanın cihaz çıkış sıcaklığı 32.5°C olmaktadır.

Dış havanın havanın cihazdan çıkışsıcaklığı :

g,thg,ek

g,thç,th

TTTT

−

−=η

( )g,thg,ekg,thç,th TT*TT −η+=

Dış ortam 39°C

İç ortam 26°C

İçeriye 32.5°C Dış atım

HESAP ÖRNEĞİ (Yaz Çalışması)

%50 verimli ve 1000 m3/saat ( 0.333 kg/s) hacimsel debiye sahip ısı geri kazanım cihazının Antalya ili için soğu yüküne etkisi tasarım koşullarında hesaplanmıştır.

Dış koşullar: 39ºC KT, 28ºC YT, 0.0194 kg_nem/kg_hv, h=109.2 kJ/kgİç ortam: 26ºC KT, 19ºC YTÜfleme şartları: 15ºC KT, 14.5ºC YT, 60.64 kJ/kgSoğu yükü: 0.333(109.2-60.64)= 16.2 kW

IGK kullanılması hali:Cihaz çıkış durumu: 32.5ºC KT, 0.0194 kg_nem/kg_hv, h=102.2 kJ/kgSoğu yükü: 0.333(102.2-60.64) = 13.85 kWSoğu yükündeki azalma miktarı ve oranı: 2.35 kW, %14.5

Aynı cihazın %50 geri dönüş havası kullanılan ancak toplam kapasitesi iki katı olan sistemde işletilmesi halinde, Cihazın hava giriş-çıkış sıcaklığı ve kazanç miktarı(2.35 kW) değişmeyecek, ancak kazancın toplam yüke oranı %7.3’e düşecektir.

Soğu kazancının tasarım yüküne oranı: %15

Dış atımSoğutma birimi çıkış

mahal

Dışhava

IKG çıkış

Ön soğutma (Isıgeri kazanım cihazı

Isı geri kazanım cihazıEntalpi eğrisi Dış atım

Soğu

tma g

urub

u

yükü

Soğu

kaza

ncı%100 taze havalı (IGK üzerinden)

üfleme havası şartlandırma işleminin psikometri üzerinde gösterimi (yaz çalışması)

Dış atımmahal

Dışhava

IKG çıkış

Ön soğutma (Isıgeri kazanım cihazı

Isı geri kazanım cihazı

Karışım noktası(IGK ile)

Soğutma birimi çıkış

%50 taze hava (IGK üzerinden) karışımlıüfleme havasışartlandırma işleminin psikometri üzerinde gösterimi (yaz çalışması)

Karışım noktası(IGK kullanılmadan

Entalpi eğrisi

Soğu

tma g

urub

u

yükü

Soğu

kaza

ncı

HESAP ÖRNEĞİ (Kış Çalışması)

%50 verimli ve 1000 m3/saat ( 0.333 kg/s) hacimsel debiye sahip ısı geri kazanım cihazının Antalya ili için ısı yüküne etkisi tasarım koşullarında hesaplanmıştır.

Dış koşullar: 3ºC KT, İç ortam: 20ºC KTÜfleme şartları: 40ºC KTIsı yükü: 0.333*1.005 (40-3) = 12.4 kW

IGK kullanılması hali:Cihaz çıkış durumu: 3+0.5*(20-3) = 11.5ºC KTIsı yükü: 0.333*1.005(40-11.5) = 9.5 kWIsı yükündeki azalma miktarı ve oranı: 2.9 kW, %24

Aynı cihazın %50 geri dönüş havası kullanılan ancak toplam kapasitesi iki katı olan sistemde işletilmesi halinde, Cihazın hava giriş-çıkış sıcaklığı ve kazanç miktarı(2.9 kW) değişmeyecek, ancak kazancın toplam yüke oranı %12’ye düşecektir.

Basınç düşümünün etkisi

ÖRNEK:Cihaz debisi: 1000 m3/saat Basınç düşümü: 150 Pa Fan verimi: 0.70Fan gücü:

kW12.0W1193600*7.0150*1000*2P ===

Isı geri kazanım cihazı verimi ve yakıt fiyatları da göz önüne alınarak, iç ve dış sıcaklık arasında 1-2°C ve daha düşük fark bulunduğu zaman, basınç düşümünün etkisinin beklenen kazançtan fazla olduğu hesaplanmıştır.

Fan gücüne karşılık gelen soğu yükü:

kW36.0P*COPQsogu ==

IGK CİHAZININ YILLIK TOPLAM ISITMA/SOĞUTMA YÜKÜNE KATKISI

Ekim Nisan ayları arasında dış sıcaklığın 20ºC altına indiği saatlerde ısıtma, Mayıs-Eylül ayları arasında dış sıcaklığın 26ºC üzerine çıktığı saatlerde soğutma yapıldığı kabul edilmiştir. TTMD tarafından kabul edilmiş olan tipik yıl sıcaklıkları esas alınarak İzmir ve Ankara için ısıtma ve soğutma yapılan saatlerin yıllık dağılımı takip eden grafiklerde verilmiştir.

Verilen ısıtma ve soğutma saatleri ve dereceleri kullanılarak(derece-saat), 1000 m3/saat hava debisine sahip ve %50 verimli IGK cihazının tüm yıl işletilmesi ile elde edilecek olan ısı ve soğu kazançları 4 ayrı bölge için hesaplanmış ve tabloda verilmiştir. Tabloda sistemin 0800-2000 arası 12 saat veya tüm gün işletildiği iki ayrı durum göz önüne alınmış, %100 taze havalısistem için ısı geri kazanımı kullanılması ile ısıtma ve soğutma pik (tasarım) yüklerindeki azalma oranı ayrıca verilmiştir.

Yıllık Sıcaklık Değişimi

İzmir tipik yıl (1993) sıcaklık dağılımı

050

100150200250300350400

39342924191494-1

Dış sıcaklık, C

Sıca

klık

dağılı

mı,

saat

/yıl

Isıtma dönemi

Soğutmadönemi

Kaynak: ARISOY, A., ŞEN, O., ŞAYLAN L., TOROS, H., “Türkiye İklim Verileri “, TTMD Teknik Rapor, 2000

Yıllık Sıcaklık Değişimi

Kaynak: ARISOY, A., ŞEN, O., ŞAYLAN L., TOROS, H., “Türkiye İklim Verileri “, TTMD Teknik Rapor, 2000

Ankara için tipik yıl (1990) sıcaklık dağılımı

0

100

200

300

400

33.028.023.018.013.08.03.0-2.0-7.0-12.0

Dış sıcaklık (C)

Sıca

klık

dağılı

mı,

saat

/yıl

Soğutmadönemi

Isıtma dönemi

1000 m3/saat hava debisi için yıllık toplam ısı ve soğu kazancı

2733(6892)

3.33 kW(%25)

892(977)

1.88 kW(%18)İzmir

4297(9364)

3.83 kW(%29)

232(236)

1.2 kW(%12)İstanbul

2126(6154)

2.84 kW(%23)

940(1020)

2.27 kW(%14)Antalya

5102(12052)

5.33 kW(%31)

319(326)

1.33 kW(%24)Ankara

Yıllık toplam ısıkazancı

(kW-saat/yıl)12 saat/gün24saat/gün

Tasarım ısıkazancı ve

toplam yükeoranı

Yıllık toplam sogukazancı

(kW-saat/yıl ) 12 saat/gün 24 saat/gün

Tasarım sogukazancı ve

toplam yükeoranı

Bölge

Etkileri

Isı geri kazanım cihazının kullanılması ileYıllık ısı (soğu) tüketimi azalmaktadır.Tasarım noktasındaki ısıtma (soğutma) yükü azalmaktadır.Direk genleşmeli soğutma guruplarında (çatı üstü gurupları), dış hava soğutma bölümüne doğrudan gelmektedir. Bu şekilde yaz sıcaklığının aşırı arttığı saatlerde, buharlaştırıcı sıcaklık ve basıncı artmaktadır. Gerek dış sıcaklığın artması, gerekse soğutma yükünün artmasıyoğuşturucu yükü ve basıncını arttırmaktadır. Bu durum, sistemin yüksek basınç nedeni ile durmasına neden olabilmektedir. Buharlaştırıcıya gönderilen havaya ön soğutma yapılmış olması, yoğuşma basıncının istenen değerlerin üzerinde artmasınıönleyecektir.

SonuçlarIKG cihazlarının kullanılması ile, yöreye ve taze hava oranına bağlıolarak tasarım (pik) yükü soğutmada (%5-24), ısıtmada ise (%10-31) oranında azalmaktadır. Tasarım yükünün azalması, soğutma ve ısıtma guruplarının yanı sıra pompa, fan gibi yardımcı ekipmanların küçük güçte seçilmesini ve tasarım dışı günlerdeki yükün, tasarım yüküne yaklaşmasınısağlayacaktır. Yıllık toplam kazançta, ısıtma mevsimindeki kazanç ön plana çıkmaktadır. Ekonomik değerlendirmede, cihazın bulunduğu yöre ve ısıtma için kullanılan yakıtın maliyeti temel rol oynayacaktır.

KAYNAK: Küçüka, S., Isı Geri Kazanım Cihazlarının Bazı Şehirlerdeki Yıllık Toplam Isıtma ve Soğutma Kazançları, Teskon VII. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi Bildiriler Kitabı, 39-47, 2005