YAPILARDA ISITMA SOUTMA UYGULAMALARINDA ENERJ GER KAZANMA SSTEMLER VE ENERJ EKONOMS Tuncay YILMAZ 1945' de Tarsus'ta dodu. 1968' de Berlin Teknik niversitesi'nin Makina Fakltesini bitirdi. 1972 ylnda ayn niversitede doktorasn tamamlad. 1973 ylnda Karadeniz Teknik niversitesi Makina Mhendislii Blmnde greve balad. 1977 ylnda Makina Mhendislii Blm'nde Is ve Ktle Transferi Bilim Dalnda doent oldu. 1983'te ukurova niversitesi Makina Mhendislii Blm Termodinamik Anabilim Dal' na profesr olarak atand. Almanya dnda ngiltere' de Cambridge ve Liverpool niversiteleri'nde, ABD ' Massachusetts Institute of Technology' de misafir retim yesi olarak bulundu. 1982-83 yllarnda K.T.. Makina Mhendislii Blm Bakanl grevini yapt. 1986-1989 yllan arasnda ukurova niversitesi Mhendislik-Mimarlk Fakltesi Dekanlk grevini yrtt. Halen ukurova niversitesi Mhendislik Mimarlk Fakltesi Makina Mhendislii Blm Bakanl ve ukurova niversitesi Soutma ve klimlendirme Teknii Uygulama ve Aratrma Merkezi Mdrl grevlerini srdrmektedir. ZET Enerji geri kazanm gelimi lkelerde vazgeilemez bir yntem olmasna karn lkemizde yeni bir konudur. Burada enerji geri kazanmnda nemli yeri olan dner rejeneratrler, levhal eanjrler, ift ve tek fazl ift eanjrl sistemler, s borular aklanacak ve s pompas uygulamasna deinilecektir. Ayrca yaz ve k klimasnda enerji geri kazanm yntemleri ve buharlatrmal soutmal sistemler de tartlacaktr. GR lkemizde enerji tketiminin yaklak % 40' yaplarda kullanlmaktadr. Bu da enerji geri kazanm hususunda en byk potansiyelin de burada bulunduunu gstermektedir. Yaplarda enerji geri kazanm Avrupa, ABD gibi gelimi sanayi lkelerinde youn bir ekilde kullanlmasna ramen lkemizde bu sistemler maalesef yaygn deildir ve sadece mahdut sayda yksek ve lks yaplarda kullanma rnekleri vardr. Bundan dolay da bu sistemlerin youn bir biimde tantlmasnn yararl olaca aktr.

Is geri kazanmnda kullanlan eanjrn veya sistemin etkinlii aadaki gibi tarif edilir.

Is transferi sadece duyulur s ile olduu gibi duyulur ve gizli slar ile birlikte de olabilir. Sadece duyulur s transfer edilen sistemlerde durum psikrometrik diyagramda ekil la' da gsterilmitir. Sistemde s transferi esnasnda youma ve buharlamadan dolay gizli s transfer ediliyorsa durum ekil 1b'de psikrometrik diyagramda gsterilmitir. Eer adsorpsiyon ve desorpsiyon mmkn ise gizli s transferi 2 ve 3 noktalarnn i nokta scaklklar 1 ve 4 noktalarndaki scaklklarn kk olsalar dahi gizli s transferi mmkn olup, bu durum ekil 1c'de psikrometrik diyagramda verilmitir. Cihazlarn ayrntl aklamalarnda bu durumlara ayrca deinilecektir.

UYGULANAN SSTEMLER Enerji geri kazanm sistemleri genelde yaplarn iklimlendirilmesinde ve havalandrlmasnda en etkin olarak kullanlrlar. Bina iinde bulunan kullanlm atk hava ile binaya alnacak temiz hava arasndaki s transferinden dolay kazanlan enerji en nemli olan enerji tasarrufudur. Bunun eitli yntemleri bulunmakta olup, ekil 2'de bu durumlar aklanmtr. ekil 2a'da dner bir eanjr yardmyla atk hava ve taze hava arasnda s transfer edilmekledir. Bu eanjrler yaplarna gre hem duyulur sy hem de gizli sy transfer edebilirler. ekil 2b'de sabit apraz akl s eanjrnde atk ve taze hava arasndaki s transferi gsterilmitir. Is transferi ekil 2c' de dolayl olarak nc bir akkan zerinde pompal devridaimle salanmaktadr. Is borularyla s transferi de ekil 2e' de gsterilmitir. Bu eanjrlerde de s transferi nc bir akkan zerinden olmakta, ancak pompaya ihtiya duyulmamaktadr. Is pompalar da enerji geri kazanmn salayan cihazlar olup ekil 2f de gsterilmitir.

DNER REJENERATRLER Dner rejeneratrler ilk olarak gaz trbnlerinde enerji geri kazanm iin uygulanm daha sonra termik santrallerde de hava n stcs grevini yapmtr. lkemizde bir firma tarafndan ithal edilmekte olup, baz lks otellerde de atk havann ss ve soukluundan faydalanmak iin kullanlmaya balanmtr. malat Trkiye' de ilk olarak ukurova niversitesi Makina Mhendislii Blm' nde gerekletirilmi ve denemesi yaplmtr. Dner tip rejeneratrler hakknda genel bilgiler Reay (1) ve Jttermann (2) tarafndan verilmitir. Bu eanjrlerin hesaplama ekli, kullanm ve imalat ile ilgili ayrntl bilgiler Ylmaz ve Cihan (3) ve Ylmaz (4) tarafndan yaplan almalarda mevcuttur. ekil 3 ve 4' te dner rejeneratrler prensip olarak gsterilmitir. Bunlar genelde disk ve tambur eklinde imal edilmekte olup, disk eklinde olanlarda ak genelde aksiyal, tambur eklinde olanlarda ise genelde radyal biimdedir. Eanjrlerin iinde matris ad verilen kat malzemeler s depolama grevi yaparlar ve ok eitli ekillerde olabilmektedirler. ekil 5' de eitli matris elemanlar gsterilmi olup, ekil 6'da da laboratuarmzda imal edilen matris ayrntl olarak gsterilmitir. Is tekerleklerinin imalinde kolaylk salanmas iin birok paradan mtekkil yaplr.

Matrislerin yapm makinalar tarafndan seri olarak gerekletirilebilir. Byle bir makina

laboratuarmzda imal edilmi olup ekil 7de gsterilmitir. Matris malzemeleri ok eitli

olabilmelerine ramen genelde alminyum kullanlmaktadr. Malzeme kalnl da 50-100

m arasnda deimektedir. Gizli sy da transfer edebilecek nitelikte olan eanjrlerde yzeyler metal oksit ve baz tuzlar ihtiva ederler (5). Son zamanlarda ekenar gen

biiminde ve ekil 6'da gsterildii ekilde olan matris elemanlar sellozdan da

yaplmaktadr (6). Bu tr maddeler higroskobik olduundan hem duyulur hem de gizli snn

transferinde baar ile kullanlmaktadr

LEVHALI ISI EANJRLER Levhal s eanjrleri ekil 8'de gsterildii gibi genelde apraz akl s eanjrleri olarak imal edilmektedirler. Levha iindeki matris elemanlar genelde ekil 5b'de gsterildii gibi yaplmaktadr. Bu eanjrlerde levhalar aras uzaklk birka mm civarnda imal edilmektedir. En byk problemleri ise dner rejeneratrlerle karlatrldklarnda daha yksek olan basn kayplardr. Ayrca iki akkann karma ve ksa devre imkan bunlarda da dner eanjrlerde olduu gibi yksektir. Baz firmalar tarafndan eitli byklklerde yaplmaktadr. Kanal elemanlar genelde alminyum malzemeden imal edilmektedir. Ancak yksek scaklklarda elik ve sulu ortamlarda (youma olabilme ihtimali olan yerlerde) de ince plastikler kanal eleman olarak tercih edilmektedirler. Bilhassa buharlatrmal soutmann da beraber yapld eanjrlerde plastik malzemeler kullanlmaktadr. Levhal s eanjrleri byk sistemlerde olduu gibi kk sistemlerde ve havalandrmada s geri kazanmnda da baar ile kullanlmaktadr (7-12).

FT EANJRL SSTEMLER ift eanjrl sistemlere rnek ekil 9' da verilmitir. Bu sistemlerde iki fancoil s eanjr bir pompa ile balanmaktadr. Birincide scak hava eanjr iindeki svy stmakta ve alnan bu s ikinci eanjrde souk havaya aktarlmaktadr. Bylece d ve i havann karmas kesinlikle nlenmi olmaktadr. Eanjrlerin yapm kolay ve balant elemanlar da kolayca yaplabilecek trdendir. Sisteme yollu vana ilavesi ile yaz ve k artlarnda altrma imkan mevcuttur (13). Bu sistem sadece duyulur enerji transferi iin uygundur. FT FAZLI FT EANJRL SSTEMLER Sistemde yaz ve k scak ve souk yerleri deimiyorsa akkan olarak soutucu bir akkan kullanarak pompasz bir sistem de yapmak mmkndr. Ancak o zaman sistemin belirli bir yksek basn altnda alma mecburiyeti vardr (14 - 17). ekil 10' da bu tr sistemlerin alma prensibi verilmitir. ekil 10a' da soutucu akkan altta buharlamakta ve stte de youarak duvarda film eklinde akarak tekrar evaporatrde birikmektedir. ekil 10b'de ise evaporatrde iki fazl akta buharlama olmakta ve buhar fazlalaarak evaporatr terk edip kondensere gelmektedir. Kondenserde youan akkan depoda toplanmakta ve buradan bir boru ile tekrar evaporatre gelmektedir.

ISI BORULU SSTEMLER Is borulu s eanjrleri prensipte nceki ksmda aklanan ift fazl ift eanjrl sistemlere benzerdir (18,19). ift bazl ift eanrl sistemlerde evaporatre sv dn yerekimi kuvveti ile olmasna ramen, s borulu eanjrlerde sv dn yzeysel kuvvetler yardm ile olmaktadr. Is borulu s eanjr ekil 11'de gsterilmitir.

Is borulu s eanjrlerinin ift fazl ift eanjrl sistemlere gre fark evaporatrle kondenser arasndaki bir ykseklik fark bulunmas mecburiyetinin olmamasdr. nk ak yzeysel gerilme kuvvetleri vastasyla gl bir biimde gerekletirilebilmektedir. Bu sistemler de iklimlendirmede enerji geri kazanm iin baar ile kullanlmaktadr (20). ISI POMPALI SSTEMLER ekil 12' de s pompasnn s eanjr olarak kullanlmas gsterilmitir. Is pompas kullanlmas durumunda

scak havadan souk havaya s katlanarak aktarabilmektedir. Bu tip s geri kazanmnda tabii ki belirli bir de elektrik enerjisi kullanlmas zorunluluu vardr. Son senelerde bilhassa kk sistemlerde s pompal s geri kazanm sistemleri ska kullanlmaktadr.

TASARIM ESASLARI Burada aklanan s eanrleri ortalama scaklk fark veya eanjr etkinlii prensiplerine gre hesaplanabilir. Her iki metotta da s transferi katsaylarnn bilinmesi gerekmektedir. Her trl kanal geometrisinde s transferi katsays, laminar akta Ylmaz ve Cihan (21, 22) tarafndan ve trblansl akta da Kaka, Shah ve Aung'un (23) kitabnda verilen eitliklerden hesaplanabilir. Is eanjrlerinde kullanlan kanatkl borularda ve kanal tekil etmeyen rejeneratr matrislerinde s transferi katsaylar Kays ve London (24) tarafndan verilen diyagramlardan elde edilebilir. Ortalama scaklk fark metodundaki logaritmik ortalama scakln bulunmas eitli eanjr ekilleri iin literatrde verilen diyagramlarla mmkndr (25,26). Eanjr etkinlii metodundaki etkinlik deeri de yine literatrlerden temin edilebilir (24,26). Rejeneratrlerin hesaplanmas iin yukarda aklananlar dnda ek baz eitlikler geerlidir. Dner rejeneratrlerle bilhassa devir says ve temizleme blmnn etkisi nem tamakta olup, bunlarla ilgili eitlikler hesaplarda dikkate alnmaldr (3,27). Is eanjrleri dizayn edilirken yalnz sl hesaplar kafi deildir. Basn kayplarnn da bilinmesi gereklidir. Kanal eklindeki eanjrlerde basn kayplar laminar ak iin Ylmaz (28) tarafndan verilen eitliklerle, trblansl ak iin de literatrde bilinen bantlarla (23) hesaplanabilir. Dier biimdeki eanjrlerde ve rejeneratr matrislerinde basn kayplarn hesaplamaya yarayan eitlikler ve diyagramlar mevcuttur (24,25). Yaplm cihazlarda retici firmann verdii deerler kullanlmaldr. Eanjr dizayn edilmesinde son yllarda minimum entropi retimi metodu yaygnlamaktadr. Ancak bu metodun sadece iletme masraflarna gre uygun olabilecei ve metodun ilk yatrm masraflarn dikkate almad unutulmamaldr. Bu metot hakknda ayrntl bilgi Bejan'n (29) kitabnda mevcuttur. Pratik iin faydal sonular Nag ve Mukhar Jee (30) ve Nag ve Kumar (31), Erican (32) ile Sekuli (33) tarafndan verilmitir. ETL UYGULAMALAR Is geri kazanm sistemlerinin uygulanmas, eksoz edilecek atk havann oalmasyla daha ok ekonomik olmaktadr. Binalarda atk havann kanallarla yaplmamas durumunda da s geri kazanm s pompalar vastasyla yine de yaplabilmektedir. ekil 13' te k klimasnda s geri kazanml bir sistem gsterilmitir, 1 durumunda alnan taze hava nce s geri kazanm eanjrnde n stmaya tabi tutulmaktadr. n stlan hava mahalden alnan evrim havasnn atlmayan ksm ile kartrlmakta ve 3 durumu elde edilmektedir. Bu hava bir nemlendiricide kafi miktarda nemlendirilerek 4 durumu elde edilmekte ve burada hava fleme scaklna kadar stlarak 5 durumda mahale verilmektedir. fleme havas mahal s kaybn karlayarak mahal iin istenen 6 durumuna gelmektedir. Aklanan bu sistem ekil 14' te psikrometrik diyagramda verilmitir. Burada eanjr etkinlii iddial olmayan bir deer olarak % 70 alnmtr. Nemlendirici etkinlii de makul olup % 80'dir. D hava durumu 0C% 80 (Adana) ve mahal havas ise ideal durum olan 20C/ %50 olarak kabul edilmitir. Temiz evrim hava karm oran da %50 olarak kabul edilmitir. Buradan da s geri kazanm ile (h5-h4) miktarnda bir s harcanrken, s geri kazanmz h8-h5 dir ki ikisinin oran 1.43' tr. Bylece s geri kazanm ile %43 enerji tasarrufu yaplmaktadr. Temiz hava oran arttka da bu oran artmaktadr.

ekil 15'te ise yaz klimasnda enerji geri kazanm sistemi gsterilmitir. Bu durum psikrometrik diyagramda ekil 16'da verilmitir. Burada temiz scak hava 1 durumundan 2 durumuna eanjrde n soutulmaktadr. evrim havas ile kartrlarak 3 durumu elde edilmektedir. Buradan sonra hava soutma grubuna sevk edilerek fleme durumu 4 elde edilmektedir. Eanjr olarak %70 etkinlikli dner 38 50/ %50 temiz ve evrim havas karmyla Adana artlarnda (d hava 38C/%40), i mahal 28C/%50 geri kazanml yaz klima sistemi psikrometrik diyagramda ekil 16' da gsterilmitir. Enerji geri kazanmsz (h7-h4) miktarl soutma gerekmesine karlk s geri kazanml bu miktar (K3-H4) de olmaktadr ki, verilen sistemde bu oranlar 1.21'dir. Bylece bilhassa yksek oranl temiz hava kullanmnda enerji geri kazanmnn nemi de hemen anlalmaktadr. Yaz klimasnda enerji geri kazanm asndan daha da etkin bir sistem ekil 17'de gsterilmitir. Bu sistemde nceki sistemlerden farkl olarak atk mahal havas eanjre girmeden nce nemlendirilerek biraz daha dk scakla indirilmektedir (7,34). Nemlendirici etkinlii %90 ve eanjr etkinlii %70 ve Adana artlar iin bu sistem ekil 18' de psikrometrik diyagramda gsterilmitir. Burada enerji geri kazanml ve nemlendirmeli yaz klimas h3-h4 iken enerji geri kazanmsz sistemde h8-h4' dr ki, bu da iki durumdaki soutma miktarlarnn orannn 1.41 olduunu gstermektedir. Nemlendirmesiz sisteme gre nemli bir iyiletirme elde edilecei ve k klimalarnda elde edilene yakn %41 enerji tasarrufu yaplaca grlmektedir. Byk binalarda bazen stma ve soutma ilemlerinin bir arada yaplmas gerekmektedir. Bilhassa ilkbahar ve sonbahar aylarnda bu duruma ska rastlanlabilir. zel binalarn baz ksmlarnda (bilgisayar merkezleri v.b.) k aylarnda dahi srekli soutma gerekebilir. Bu durumda btn binada su dolatrlarak mahallerde s pompas uygulamas da enerji gere kazanm bakmndan ok ilgin bir yntemdir (35,36). Bu yntemde her

mahalin stma ve soutma durumlarn ayr ayr belirleme imkan da domaktadr. Byle bir sistem ematik olarak ekil 19'da gsterilmitir. Su tm binada srekli olarak devridaim edilmektedir. Mahallere yerletirilen s pompalar stma modunda altklarnda su dolamndan s ekmekte, soutma modunda altklarnda ise su dolamna s vermektedirler. Su deposu scakl belirli bir deerin zerine ktnda soutma kulesi, su scakl belirli bir deerin altna indiinde s kazan devreye girmektedir. Bylece binann sadece net stma veya net soutma ihtiyac karlanmakta ve byk bir enerji geri kazanm elde edilmektedir.

SONU Binalarn iklimlendirilmesi esnasnda bir ksm s atk hava ile atmosfere verilmeden nce binaya gerekli olan taze havaya transfer edilerek veya yazn d scak hava dar atlacak serin hava ile n soutmaya tabi tutularak nemli lde enerji tasarrufu salamak mmkndr. Ayrca yazn atk havann nemlendirilmesiyle de bu tasarruf daha da bytlmektedir. ok byk binalarda binann bir ksm stlrken bir ksmnda da soutma uygulanabilmektedir. Bu durumda bina iindeki mahallerde s pompalarnn kullanlmasyla da sadece net s kazanc ve net s kaybn karlayan tasarmlarla nemli lde enerji tasarrufu mmkndr. Is geri kazanm yalnz byk sistemlerde deil kk sistemlerde de baar ile uygulanmaktadr. KAYNAKA

1. D.A.. Reay, A rewiew of gas-gas heat recovery systems, Heat Recovery System, 1 (1981), 3-41. 2. H. Jttermenn, Waermerckgewinnug in raumlufttechnischen Anlagen Verlag C.F. Mller, (1984), Karlsruhe. 3. T. Ylmaz, E. Cihan, Enerji geri kazanmnda etkin bir ara: Dner tip rejenaratrler, Tesisat Mhendislii dergisi, Aralk 1993. 4. T. Ylmaz, MISAG-50, TBTAK Projesi kesin roporu, (1995). 5. Anonim, Munter (sve) firma prospekts. 6. Jrgen Schenk, Regeneratoren mit Cellulose als Speichermatrial, Ki Luft-und Kaeltetehnik 2/1994,81-83. 7. A.. Ney, Adiabate Khlung, Klimatisierung mit Verdunstungskhlung, Ki Klima-Klte-Heizung 7-8/1992,252-254. 8. P. Tpler, Friseursalon mit Be-und Entlftung und Wrmerckgewinnung, Elektrowrme International 48 (1990), A138. 9. E. Klawitter, Kleinlftungsgert fr die dezentrale Lftung mit Wrmerckgewinnung. Elektrowrme International 51 (1993), Al Mrz, A55-A56. 10. H. Klaus, Wohnungslftung mit Wrmerckgewinnung Beispiele und Praxiserfahrung, Elektrowrme International 49 (1991), A l Mrz, Al 9-A24. 11. E. Kohnke, Zentrale und dezeantrale Geraete fr die Wohnungsluftung mit Wrmerckgewinnung, Elektrowrme International 49 (1991) Al Mrz, A24-A27. 12. D. Gttert und H. Eickenhorst, Wohnungslftung mit Waermerckgewinnung in Sechsfamilienhaus, Elektrowrme International, 51 (1993), Al Mrz, A37-A40. 13. ASHRAE Handbook, HVAC Systems and Equipment (1992), 44.1-44.3. 14. T. Ylmaz, H. Ylmaz, Kirli akkanlar iin eanjr gelitirilmesi, .. Aratrma Fonu 1. Bilim Kongresi, Cilt l, (1998), 323-332. 15. G.S.H. Lock, The Tubular Thermosyphon, Oxford University Press, Oxford (1992). 16. T. Ylmaz, Computer simulation of two-phase flow thermosyphon solar water heating system, Energy Conversion and Managment, 32/2 (1991), 133-144. 17. Z.J. Zuo, F.S. Gunnerson, Numerical modelling of the steady-state two-phase closed thermosyphon, Int.J. Heat Mass Transfer 37/17 (1994), 2715-2722. 18. O.F. Genceli, Is Borusu, .T.. Makina Fakltesi, Is Teknii ve Ekonomisi Aratrma Enstits, Blten No 19 (1976). 19. A..F zg, Is Borusu Ders Notlar, .T.. Makina Fakltesi, (1989). 20. A... Grses, E. Ylmaz, Is. borusu ile iklimlendirme sistemlerinde enerji geri kazanm, Gne Enerjisi Enstits Dergisi 1/1 (1989), 51-64. 21. T. Ylmaz, E. Cihan, General equation for heat transfer for laminar flow in ducts of arbitrary cross-sections, Int. J. Heat Mass Transfer. 22. T. Ylmaz, E. Cihan, An equation for laminar flow heat transfer for constant heat flux boundry condition in ducts of arbitrary crosssectional area, J. Heat Transfer (to be published). 23. S. Kaka, R.K. Shah, W. Aung, Handbook of Single-Phase Convective Heat Transfer, John Wiley & Sons, New York, 1987. 24. W. M. Kays, A.C.London, Compact Heat Exchangers, 3. edition (1984), New York. 25. Anonim, VDI-Wrmeatlas, VDI Verlag Dsseldorf, 1994. 26. Anonm, Standarts of the tubular exchangers manifacturers association, 7. edition, (1988), New York.

27. P. Worse Schmidt, Effect of fresh air perging on the efficiency of energy recovery from exhaust air in rotary regenerators, Int.J.Refrigeration, 14 (1991), 233-239. 28. T. Ylmaz, General equation for pressure drop for laminar flow in ducts of arbitrary crosssections, J. Energy Resourches

Technology, 112 (1990), 220-223. 29. A. Bejan, Entropy Generation Through Heat and Fluid Flow, John Wiley & Sons, New York, 1994. 30. P.K. Nag, P. Mkher Jee, Thermodynamics optimization of convective heat transfer through a det with constant wall tempereture, Int. J. Heat Mass Transfer, 30 (1987), 401-405. 31. P. K. Nag, N. Kumar, Second law optimization of convective heat transfer through a det with constant heat flux, Energy Research, 13 (1989), 537-543. 32. N. Erican, Is deitiricisi tasarmnda termodinamiin ikinci kanununa dayanan bir yntem, Mhendis ve Makina, Say 354, Cilt 30, (Temmuz 1989), 10-16. 33. D. P. Serkuli, The second aw of energy transformation in a heat exchanger, J. Heat Transfer, 112(1990), 295-300. 34. M. Bischoff, H. Doerk, D. Kipping, A. Ney, Klimatisierung mittels Verdunstungskhlung, Ki Luftund Kaeltetechnik 2 (1994), 77-80. 35.E.A. Kush, C.A. Burunner, Optimizing vvater-loop heat pump design and performance, ASHRAE Journal, February 1992, 14-39. 36. K. Hartmann, Kleinklima und Kleinwaermepumpensysteme mit Umlaufwasser, Ki Klima - Kaelte - Heizung 9 (1993), 348-352.