Nem alma veya nem giderme işlevi insanların yüzme sporunu kesintisiz olarak yapma istekleri, açık havuzların kapalı havuza dönüşmesine neden olmuş, buna paralel olarak klima tekniğinde ön plana çıkmıştır. Nem alma işleminin temeli; mutlak nemi düşük bir havanın, gönderildiği hacimde bulunan su buharını yüklenmesi ve dışarı taşıması prensibine dayanır. Şu halde içeriyi kurutacak hava, içeride istenilen seviyeden daha kuru olmalıdır ki, bu işlemi gerçekleştirebilsin.
Kapalı havuz klima tekniğinde, yakın zamanlara kadar iç havanın neminin alınması için, kışın, daha kuru olan dış hava yeterli oranda iç hava ile karıştırılarak kullanılmaktaydı. Fakat bu yöntemin iç ortamda rahatsızlık verici bir ortam oluşturduğu ve yüksek enerji masraflarına yol açtığı anlaşılmıştır.
1970’li yıllarda yaşanan petrol krizi; 1952’de denenmiş ve rafa kaldırılmış olan “ısı pompası = heat pump” teknolojisinin tekrar gündeme gelmesini sağlamış ve ikinci deneme başarılarak bu uygulama tüm dünyaya yayılmıştır. Buna paralel olarak benzer bir uygulama ile kapalı hacimlerin nemlerinin alınması işleminde “mekanik soğutma” uygulamasına gidilmiştir. Bu uygulamaya bazı literatürlerde “ısı pompası” , bazılarında ise “ısı geri kazanımı = heat recovery” isimleri uygun görülmüştür.Termodinamik kanunlarına göre ; ısı, kendi halinde sıcaktan soğuğa doğru akar; soğuktan sıcağa ise, akması mümkün olmadığı için pompalanır.Isı pompası adı, bu düşünce tarzının sonucunda ortaya çıkmıştır.Havuz klima tesisatlarında uygulanan mekanik soğutmalı nem alma sistemlerinde, sistemdeki gazın çeşitli akış şekilleri dikkate alındığında “ısı pompası” tanımlamasının uygun olacağı görüşündeyiz.
Kapalı havuz klima tesisatlarında dış havanın kuruluğu esasına dayanan alışılagelmiş uygulamaların yanı sıra, ısı pompası sistemi ile çalışan tesisat türleri de bu yazının konusunu oluşturmaktadır.
Kapalı Havuz Tipleri
Kullanım amaçlarına göre ;
1) Süs Havuzları: İnsanların doğrudan kullanmadıkları bu havuzların derinlikleri azdır.Su yüzeyindeki buharlaşmanın su kütlesi ile ilgisi olmadığı için bu tip havuzlarda da çevreyi rahatsız edici buharlaşma olabilir, havuz suyu sıcaklığının düşürülmesi ile önlenebilir.
2) Özel Havuzlar: Genellikle konutlarda bulunur.
3) Yarı Özel Havuzlar: Genelde otellerde bulunur.
4) Spor Amaçlı Havuzlar: Bu havuzlar olimpik ( 50 m ) ve yarı olimpik ( 25 m ) olarak iki ayrı kulvar uzunluğunda yapılır.
5) Halka Açık Havuzlar: Soğuk iklimli ülkelerde yaygın olarak kullanılmaktadırlar.
Bina Yapısı
İnşaat avan projesi aşamasından itibaren göz önünde tutulması gereken noktalar şunlardır;
1) Binanın Konumu:
Bina arsa üzerinde konumlandırılırken, havuzun uzun kenarına paralel olan bina dış duvarının güney yönüne bakması sağlanmalıdır.Buradaki amaç kış aylarında hayli eğik olarak alınan güneş ışınlarından en iyi şekilde yararlanmaktır.
2) Dış Yapı Elemanları:
Yapı elemanlarının ısı iletim katsayıları (K), aşağıda açıklanan kriterlere göre kontrol edilmelidir. Önce, havuz holü iç hava şartlarına göre “ çiğ noktası” bulunur.Bilindiği gibi nemli hava soğutulurken belli bir sıcaklığa düşünce yoğuşmaya başlar.Bu sıcaklık derecesine “ çiğ noktası” denilmektedir.
Çiğ Noktası Sıcaklığı: Bir hava – buhar karışımının ihtiva ettiği su buharı ağırlığı veya kısmi basıncı değişmeksizin tamamen doymuş hale geldiği sıcaklık derecesine denir.
Yapı elemanın iç yüzey sıcaklığı, tespit edilen çiğ noktası değerinden daha sıcak olmalıdır. Yeterli izolasyonun sağlanmasından sonra ayrıca izole malzemesinin sıcak yüzüne “buhar kesici” tabaka uygulanmalıdır.
Yoksa;
• İyi izole edilmemiş bina dış yüzeyleri, iç ve dış kısımlardan,
• İzole edilmiş fakat buhar kesici tabaka yapılmamış bina dış yüzeyleri ise dış kısımlardan,aşırı ıslaklık problemleriyle karşılaşacaktır.
Dış yapı elemanının içten dışa doğru sıcaklık değişimleri şu şekilde hesaplanabilir:
Önce malzeme cins ve kalınlıklarına göre ısı iletim katsayısı (K) hesaplanır:
K = 1 /(1/&ı + dı/yı + …..+ 1/dd) (1)
K: ısı iletim katsayısı ( kcal/h . m² . ºC)
&ı: iç yüzey film katsayısı ( kcal/h . m² . ºC)
&d: dış yüzey film katsayısı ( kcal/h . m² . ºC)
d: malzeme kalınlığı(m)
y: malzeme ısı iletim katsayısı ( kcal/h .m .°C)
Daha sonra, 1 m² yapı malzemesi için ısı kaybı (Q) bulunur.
Q = K.F. (tı – td ) (2)
Q: toplam ısı kaybı (kcal/h)
K: ısı iletim katsayısı ( kcal/h . m² . ºC)
F: yüzey (m²)
tı: iç sıcaklık (ºC)
td: dış sıcaklık (ºC)
İçten dışa doğru, sırayla tüm malzemelerin başlangıç noktalarındaki yüzey sıcaklıkları hesaplanır.Burada film katsayıları da malzeme gibi ele alınır:
1) Birinci malzeme iç yüzey sıcaklığı( film tabakasının arkası ):
tı = tı – ( Q / F) .(1/&ı) (3)
2) İkinci malzeme iç yüzey sıcaklığı ( birinci malzemenin arkası):
t2 = tı – (Q/F) .(dı/yı) (4)
3) Hava Kanalları Geçiş Yerleri ve Santral Odası:
Binanın avan mimari proje aşamasında ele alınması gereken konularda biri de, havalandırma tesisatının yerleşimidir.Normal yapıların projelerinde daha ileri adımlarda gündeme gelen bu konu, kapalı havuz klimasında hava debilerinin bir hayli yüksek ( örneğin 1.000 m² havuz yüzeyi için 80.000 ila 100.000 m³/h) olması nedeniyle başlangıçta çözümlenmelidir.
Üfleme Kanalları: Holün yapısında ısı izolasyonun en zayıf olduğu malzeme pencerelerdir.Kışın sıcak olan üfleme havası dış pencerelerin yüzeylerine doğru üflenerek buralardaki muhtemel yoğuşma olayları önlenmiş olur.
a)Galeriden hava üflemesi,
b)Döşeme seviyesinden ve üst seviyeden üfleme,
Yukarda ki her iki üfleme şeklinde menfezler, alt kat tavanından geçen ana kanaldan beslenir. Alt katta havuz çanağı bulunmaktadır.Çanağın dört bir yüzeyini çevreleyen PVC havuz suyu tesisatı için bırakılmış bir “galeri” boşluğu vardır ve ana üfleme kanalı buradan geçirilir.
Orta büyüklükteki ve özel küçük havuzlarda düzgün bir dış cephe ve dış pencere yapısı olmayabilir. Üfleme kanalları iç hacim tavanından geçirilir ve dış pencerelere doğru olan üfleme, pencere üzerinden aşağı doğru yapılabilir. Pencerelerin haricinde hole doğrudan üfleme yapılacaksa, üfleme havasının yüzücüleri rahatsız etmemesi için, menfezler yerden 2.0- 2.5 m kadar yükseğe yerleştirilir.
Dönüş Kanalları: Havuz havasındaki yüksek nemin, kimyasal buharın ve klor kokusunun çevredeki bölümlerde rahatsızlık yaratmaması için, hol hava basıncının mümkünse 15 –30 Pa kadar negatif olması istenir.Bu nedenle dönüş havası, üfleme havası debisinden %5 civarında daha yüksek seçilmelidir.
Holden emilecek havanın en uygun toplama noktaları, havuz su yüzeyinin mümkün olduğu kadar üst ve orta kısımları olacaktır. Bu şekilde havuzun bir veya birkaç yan kenarı boyunca üflenen hava, havuzdan çıkan su buharını da alarak yükselecek ve hacmi terk edecektir.Dönüş havası, üfleme hava debisinden % 5 civarında daha yüksek seçilmelidir.
Santral Odası: Küçük yüzeyli havuzların yapımında santral odası ayrılmasına gerek yoktur. Buralarda ısı pompası sistemi ile yapılmış küçük ve orta kapasiteli nem çözme cihazları ile “kurutma” işlemi ve kısmen de ısıtma işlemi gerçekleştirilebilir.Bu cihazların ana görevi havadaki nemin alınması olduğu için, havuz holünün ısıtılması bilinen usullerle çözülmelidir.
Ortalama 100 ila 300 m² su yüzeyinden itibaren merkezi klima tesisatı ve dolayısıyla santral odası yapılması kaçınılmaz olur.Santral odası, egzost ve taze hava dahil tüm kanallarının bodrum kattaki geçiş mesafelerini en az uzunluğa indirecek şekilde yerleştirilmiştir.Ayrıca, havuz kimyasallarının pompalandığı dozaj istasyonundan ve ısıtma merkezinden uzak olmalı.
Büyük kapasiteli santrallerin ve bunlara ait kanalların yerleştirilmesinde zorluk çekildiği için, büyük havuzlarda iki veya üç adet santralın paralel çalıştırılması zorunlu olmaktadır.Bu durum aslında, düşük yük zamanlarında tek bir santralın çalıştırılması ile enerji tasarrufu sağladığı ve ayrıca arıza halinde yedekleme olanağı yarattığı için işletmede fayda sağlamaktadır.Aynı görüşle, nispeten daha küçük kapasiteli tesisatlarda da iki adet santral kurulması düşünülebilir.
Santrallerin debi ve sayıları yaklaşık olarak avan proje aşamasında belirlenmeli, kanal kesitleri hesaplanmalı ve santral odası büyüklüğü saptanmalıdır.Oda “net yüksekliği” incelenmeli, gerekiyorsa bu kısım için zemin suyu kontrol edilerek düşük döşeme uygulaması yapılmalıdır.
Nem Alma ve Buharlaşma Miktarının Hesabı
Bir su yüzeyinden buharlaşan suyun birim zamandaki miktarı, su yüzeyindeki film tabakasının basıncı ile ortam havası basıncının farkına göre değişir. Miktar, bu fark ile doğru orantılı olarak artar.
Psikrometrik kartta, bilindiği gibi; su yüzeyi film değeri doyma eğrisi (q = %100 üzerinde belirtilmektedir. Diğer bir anlatımla, “ su sıcaklığı = YT” sıcaklığı olarak ele alınmaktadır.
Basınç farkı ( P) arttıkça, buharlaşan su miktarı da artacaktır.Bu farkın azalmasıyla buharlaşma azalır, fark sıfırlanınca buharlaşma durur; fark negatife dönüşürse, yani su yüzeyi basıncı hava basıncının altına düşerse bu kez hareket ters yöne çevrilir ve havadaki su buharı yoğuşarak suya karışır.
Daha önce ( Kapalı Havuz Tipleri) bölümünün (Süs Havuzları) paragrafında yer alan “havuz suyu sıcaklığının düşürülmesiyle buharlaşmanın önlenebileceği” ifadesi, yukarıda verilen bilgilerin ışığı altında açıklığa kavuşmuş olmaktadır.Bu tip küçük havuzlarda su- hava basınç farkının minimuma indirilmesi, yani suyun biraz soğutulması, problemi çözecektir.
Havuzlardaki buharlaşan su miktarını, nem alma işlemi adı altında üç ayrı kaynaktan inceleyelim;
1) VDİ 2089 Normuna göre: Kapalı havuzlarla ilgili Almanya’da geliştirilmiş bir normdur.
W = Ab . e. ( Ps – Pd ) (5)
W: buharlaşan su miktarı (g/h)
Ab: su yüzeyi (m²)
e: toplam buharlaşma sayısı (g/h. m².mbar)
Ps: su sıcaklığındaki havanın doyma eğrisindeki basıncı (mbar)
Ph: hol havasının basıncı (mbar)
Norm, buharlaşma sayısı için üç ayrı kullanım etkinliğine göre değer vermektedir:
Düşük işletme e = 13 g/h.m².mbar( özel havuzlar, otel havuzları)
Orta işletme e = 28 g/h.m².mbar( normal kullanımlı havuzlar)
Aşırı işletme e = 35 g/h.m².mbar( yatay dalgalandırılmış özel yarışma havuzları)
2) Recknagel’e göre:
W = o. (xs– xh) (6)
W: birim yüzeyden buharlaşan su miktarı(kg/h.m²)
o: buharlaşma sayısı (kg/h.m².(kg/kg))
xs: su sıcaklığındaki havanın doyma eğrisindeki mutlak nemi (kg/kg)
xh hol havasının mutlak nemi (kg/kg)
o = 25 + 19 . V (6a)
Havuzdaki kullanım etkinliğinin şiddetine bağlı olan su yüzeyindeki “hava hızı”nı belirmektedir ve aşağıdaki değerler tavsiye edilmektedir.
Özel havuzlar V = 0.1 m/s
Otel havuzları V = 0.3 m/s
Genel havuzlar V = 0.5 m/s
3) Ashrae’ye göre:
W = Ab. (0.0887 + 0.07815 . v)/ Y.(Ps – Ph ) (7)
W: buharlaşan su miktarı (kg/s)
Ab: su yüzeyi (m²)
v: su üzerindeki hava hızı (m/s)
Y: suyun buharlaşma gizli ısısı (kJ/kg)
Ps: su sıcaklığındaki havanın doyma eğrisindeki basıncı (kPa)
Ph: hol havasının basıncı (kPa)
Ashrae’ de hava hızı ile ilgili ayrıntılar bulunmamakta, sadece formül ortalama bir (Y) değeri ve 0.05 – 0.15 m/s hava hızları için sadeleştirilerek;
W = Ab. ( Ps – Ph ) /2500 (8) şeklini almaktadır.
Görüldüğü gibi, her üç kaynağa göre farklı sonuçlar elde edilmektedir.VDİ normundaki değerlerin biraz emniyetli tutulduğu yönündedir.
Buharlaşmanın Etkisiyle Suyun Soğuması
Bilindiği gibi, buharlaşan su çevresinden ısı çeker.Bu ısı geçişi önce suyun kendi bünyesinde oluşur ve ayrılan kısım gerekli ısının kalan kütleden alır; sonuçta, başka yerden ısı almıyorsa kalan kütlede soğuma meydana gelir. Havuz tesisatlarında bu soğuma miktarı hesaplanır ve su sıcaklığının aynı değerde korunabilmesi için aynı miktarda ısıtma yapılır.Konu edilen bu ısı, buharlaşan su ile havaya “gizli ısı” olarak geçmektedir.
Buharlaşmanın gizli ısısı, 0°C’ deki suyun fiziksel özellikleri baz alınarak şu şekilde hesaplanabilir.
r = ( 597 + 0.46. ts) – ts (9)
r : (ts) sıcaklığındaki suyun buharlaşma gizli ısısı (kcal/kg)
597: 0° C sıcaklığındaki suyun buharlaşma gizli ısısı (kcal/ kg)
0.46: su buharının ortalama ısınma ısısı (kcal/kg.°C)
ts: buharlaşan suyun sıcaklığı (°C)
Hava Debisi
Havuz holünde gerekli minimum hava debisi, havadan alınması gereken su buharına göre hesaplanır. Bulunacak miktar ısıtma ihtiyacı için genellikle yeterli olmaktadır.Yetersizlik halinde aradaki kapasite açığı, radyatör veya konvektör gibi ilk yatırım ve işletme masrafları daha düşük olan ısıtıcı yüzeylerle kapatılmalıdır.Seçilecek debi, içeride yeterli hava değişimini sağlayacak büyüklükte olmalıdır.
M= (W / xh – xü ).y (10)
M: hol sirküle hava debisi (m³/h)
W: holden alınacak nem(=buharlaşan su) miktarı (kg/h)
xh: hol hjavası mutlak nemi (kg/kg)
xü: üfleme havası mutlak nemi (kg/kg)
y: vantilatör geçişindeki hava özgül ağırlığı (kg/m³)
Hava miktarını tayin eden en önemli faktörün üfleme havasının “kuruluğu” olduğu görülmektedir. Üfleme havasının nemi;
a)Dış havanın kuruluğu esasına dayanan sistemlerde, dış hava mutlak nem değerine,
b)Isı pompası sistemi ile çalışan tesisatlarda, çevrimin tasarlanmış sıcaklık değerlerine,
göre değişkenlik gösterecektir.Tesisatta hava sirkülasyonu için bir enerji harcanmaktadır; bu nedenle istenilen hedefleri gerçekleştirebilecek miktardaki hava ile yetirilmelidir.
Daha önce belirttiğimiz gibi, hava debisinin yüksekliği zorunu ile veya yedeklemek amacıyla birden fazla sayıda santral kullanılıyorsa, bu santraller kademeli ve iki konumlu bir higrostat kumandası ile sırayla devreye sokulmalıdır.Böylece düşük yük zamanlarında az sayıda santralın çalışmasıyla düşük hava debisi ile enerji tasarrufu yapılabilir.Tek santral kullanılan tesisatlarda bile düşük yük zamanlarında vantilatör hava debisinin iki devirli motor kullanılarak azaltılması gibi uygulamalar son yıllarda sıkça görülmektedir.
Dış Hava Kullanımlı Tesisatlar
Dış hava kullanılarak nem alma esasına dayanan klasik tesisat türlerinde, dış havanın daha yüksek miktarda nem taşıdığı yaz mevsimi çalışma şartları önem kazanmaktadır.Her ne kadar kapalı havuz kış mevsiminde spor yapılabilmesini sağlamak amacıyla inşa edilmiş ise de, yapılan yatırımdan tüm yıl boyunca yararlanılmak istenilmesi doğal karşılanmalıdır.
Mal sahibinin isteği havuzun yaz mevsiminde de kullanımı yönünde ise, hava debisi yaz mevsimi şartlarına göre seçilmeli, daha sonra kış mevsimine uygunluğu kontrol edilmelidir.Yaz mevsiminde dış hava daha nemlidir ve ayrıca ısıtılmasına gerek yoktur, bu nedenle yaz çalışmasında %100 dış hava kullanılır, amaç, dış hava şartlarını olabildiğince içeriye taşımaktır.
Kış mevsiminde dış hava oranı (DHO) = %59’dur.
DHO = ( xü –xd)/(xh –xd) (11)
ve
tk = DHO.(th –td) + td (12)
formülleriyle hesaplanabilir.
Havanın hol şartlarına kadar “geri ısıtma” işlemi için harcanacak enerjiyi, aşağıdaki formülle hesaplayabiliriz;
Qgı =M. ch.(th – tk) .y (13)
ch: havanın ısınma ısısı = 0.24 kcal/kg.ºC
Yaz ve kış çevrimlerinin incelenmesinde görüldüğü gibi tesisat, nemli yaz günlerinde maximum, kuru kış günlerinde ise minimum dış hava ile çalışacaktır.
Bu uygulamada “minimum” değerdeki dış havanın bile bir hayli fazla (% 59.4) kullanılması nedeniyle, daha önce açıklanan esaslara göre hesaplanacak “taze havanın gereğinden çok daha fazla miktarlarda alınmakta olduğu görülmektedir.
İzmir iklim şartlarında çalışan bir havuz, daha nemli dış hava ile çalışacağı için bir hayli yüksek hava debisi gerekmektedir.
Hava debisini önceki örnekteki gibi aynı miktarda sabit tutarsak, kışın en soğuk günde alınan dış hava oranı % 51’ e kadar düşecek, diğer günlerde bu oran yükselecektir.
Dış hava sistemli tesisatlarda, dönüş havasını kontrol eden higrostat oransal olarak “egzost + karışım + taze hava” damper sistemine kumanda eder; iç nemin yükselmesine paralel olarak dış hava oranını arttırır, verilen örneklerde görüldüğü gibi dış havanın nemlenmesiyle bu oran % 100 değerini bulur.Tesisatın ısıtma kontrolü ise normal konfor tesisatlarında olduğu gibi yapılır.Dönüş havası sıcaklığı izlenerek oransal servomotor ile santral ısıtma eşanjörünün sıcak su vanasına kumanda edilir.İçeride soyunuk insanlar bulunacağından, üfleme havası alt sınır sıcaklığı kontrolü mutlaka yapılmalıdır.
Isı Pompalı Sistemli Tesisatlar
Isı pompası sistemi ile yapılmış kapalı havuz klima tesisatı, normal klima tesisatlarında bulunanlara benzeyen bir “mekanik soğutma” devresiyle donatılmıştır.Bu soğutma sisteminde, çevrimin “soğuk bölgesi” nde (evaporatörde) yoğuşturulmak suretiyle havanın nemi alınmakta ve bu arada hava istenilmeden soğutulmuş olmakta; sistemin “sıcak bölgesi” nde (konsenderde) ise, bir önceki işlemde istek dışı soğutulan hava bu defa ısıtılmaktadır, öyle ki, ısıtma işleminin soğutma işleminden daha yüksek kapasitede sağlanması mümkün olmaktadır, işte bu yüksek ısıtma kapasitesi çok zaman fazla gelmekte fakat dışarıya atılamayarak başka bir yerde (genellikle suyun ısıtılmasında ) değerlendirilmektedir.
Isı pompası sistemini harekete geçiren olgu, holdeki nemin yükselmesidir, nem yükseldiğine göre havuzda buharlaşma var demektir.Buharlaşma olduğu sürece suda soğuma vardır.Dolayısıyla ısıya gerek vardır.Sudaki buharlaşmanın durduğu anda, suyun ısıtılma gereksinimi de bitecektir, zaten buharlaşma durduğu için ısı pompası sistemi de duracak ve “artık enerji” kalmayacaktır. Suyun buharlaşması ve yoğuşması birbirine zıt, ancak eşdeğer enerjiler ile oluşan fiziksel olaylardır.
Burada bir parantez açarak, kondenser kapasitesinin soğutma kapasitesinden daima büyük olduğunu hatırlıyalım.
Qk= Qs + Pm.860 (14)
Qk: kondenzasyon kapasitesi (kcal/h)
Qs: soğutma kapasitesi (kcal/h)
Pm: kompresör motoru mil gücü (kw)
Havanın soğutularak neminin alındığı evaporatör ile “artık” enerjiyle ısıtıldığı kondenser, bakır boru – alüminyum kanatlı olarak yapılmış birer hava eşanjörüdür.
Havanın ısıtılmasından artan enerjinin kullanıldığı diğer kondenser ise genellikle AISI 316 malzeme ile yapılmış kaynaklı – levhalı tip bir ısı eşanjörüdür ve bir bölmesinde soğutucu akışkan (R22 olabilir), diğer bölmesinde filtrelenmiş havuz suyu dolaşır.Şu halde soğutma kompresörünün birisi hava – diğeri su soğutmalı tip olmak üzere iki adet kondenseri ve sadece hava ile çalışan bir adet evaporatörü bulunmaktadır.
Hava ile çalışan evaporatör ve kondenserin kanatları, havada bulunan aşındırıcı kimyasal buharlardan korunması için PVC film tabakası ile kaplanmış özel alüminyum folyo ile imal edilmiş olmalıdır.
Isı pompalı bir santralın hava akış şeması görülmektedir.Holden dönen havanın % 30 ila 40 oranındaki bir bölümü evaporatöre girmeden önce by – pass edilerek doğrudan kondenser bölümüne verilmektedir, bundaki amaç, daha fazla hava debisine ihtiyaç gösteren kondenseri besleyebilmektir. By – pass miktarı, seçilecek kondenzasyon sıcaklığına ve kondenser büyüklüğüne göre değişecektir, optimum miktar yapılacak birkaç ayrı hesap ile bulunabilir.
By – pass edilen miktardan sonra kalan hava (toplam debinin % 60 ila 70’i ), evaporatörden geçirilir ve soğutularak içindeki nemi alır.
Hava, evaporatör çıkışından sonra “karışım hücresine gelmekte ve burada gerekli miktarda egzost yapılarak yerine taze hava alınmaktadır.Dikkat edilirse “dış” yerine “taze” kelimesi kullanılmıştır.Çünkü ısı pompası sisteminde kurutma işlemi mekanik olarak yapıldığından, bu iş için dış havaya gerek yoktur ve bunun sonucu dış havanın şartları da önemini kaybetmektedir.Bu durumda dışardan alınacak havanın, miktarları aşmamasına dikkat edilmelidir.Gerekli taze havanın miktarı, içerdeki insanların sayısına ve hareketliliğine bağlı olarak değişecektir.Gerçek değerlerin temini için günde birkaç kez yeni ayar yapılması gerekir, pratikte bu imkansız olduğu için “ortalama” olarak yapılmış bir ayar, tesisatın ömür boyunca gereksiz enerji sarfiyatına yol açar.Havuz tesisatlarının geceleri de çalıştığı dikkate alınırsa, taze hava ayarının önemi daha da artar.Bu konuda hem konforu hem de tasarrufu sağlamak için “ hava kalite kontrol” paneli kullanılması uygun olacaktır.Bu panelde hava kütlesi değişik seviyelere göre ayarlanabilmekte ve taze hava yapılan ayarın gerektirdiği kadar alınmaktadır.
Dış hava alınmasıyla ilgili bir ayrıntı daha vardır; kış mevsiminde dış hava sıcaklığı evaporatör çıkış havası sıcaklığından daha yüksek ve dış mutlak nem üfleme havası mutlak neminden daha küçük veya eşit ise, hava karışım damperleri otomatik olarak % 100 dış hava ile çalışmaya başlar ve şartlar değişinceye kadar bu çalışma devam ederek enerji tasarrufu sağlanmış olur.
Yeterli miktarda taze havanın alınmasından sonra, salondan dönen nemli hava ile birleşen ve toplam debiye ulaşan hava, önce “hava soğutmalı” kondenserden, daha sonra su eşanjöründen geçmekte ve vantilatör tarafından havuz holüne gönderilmektedir.
Havuz suyunun ısıtılması için ayrıca kalorifer kazanından beslenen ısıtma eşanjörü tesis edilir.Isı pompasının çalışmadığı zamanlarda ve ilk çalıştırma ile bakım sonrası devreye alma işlemlerinde bu eşanjör kullanılır.
Kış mevsiminde bina ısı kaybı açısından hava debisinin uygunluğu araştırılır ve yetersiz kalıyorsa, daha önce belirtildiği gibi, ucuzluğu nedeniyle aradaki fark alışılmış ısıtıcılarla (radyatör vb.) karşılanır.Isı kaybının bir kısmını da, bu tip yapılar için ideal olan “yer kaloriferi tesisatı” ile sağlanabileceği unutulmamalıdır.Binanın ısı izolasyonu zorunlu olarak çok iyi yapıldığından, soğutma kompresörünün kondenser enerjisi kış mevsiminde ısıtma işlemi için- kompresörün çalıştığı zamanlarda- genellikle yeterli olmaktadır. İçerdeki nemin düşük olduğu ve dolayısıyla soğutma kompresörünün çalışmadığı zamanlar için santralde normal ısıtma eşanjörü ve kalorifer kazanında buna göre ayrılmış ısı kapasitesi bulunmalıdır.
Yaz mevsiminde de nem çözmek amacıyla hava istek dışı soğutulduğu için, santraldeki hava soğutmalı kondenser yine “ısıtıcı” görevini sürdürecektir.Kompresör durduğunda, doğal olarak bu kez sıcak sulu hava ısıtıcısının devreye girmesine gerek kalmayacaktır.Yaz mevsiminde bina genelinde ısı kayıplarının düşük oluşu, ısı pompası sisteminin kondenser enerjisinin tam olarak kullanılmasını biraz zorlaştırabilir. Kondenser enerjisinin fazla kısmı yine havuz suyunun ısıtılmasında kullanılır, buradan artacak enerji ile duş boylerinin ısıtılması ve/veya hol sıcaklığının birkaç derece daha yükseltilmesi düşünülebilir.
Isı pompası sisteminde kompresör kapasitesi, %100 dış hava esasına göre hesaplanır.Tazelemek amacıyla alınacak dış hava ihmal edilebilir.Zaten kış mevsiminde alınacak dış havanın etkisinin soğutma kapasitesini düşürme yönünde olacağı bellidir.
Qs=Me.(delta)i .y (15)
Qs: soğutma kapasitesi (kcal/h)
Me: evaporatörden geçen hava debisi (m³/h)
(delta)i: evaporatör giriş – çıkış hava antalpi farkı (kcal/kg)
y: aspiratör geçişindeki hava özgül ağırlığı (kg/m³)
Soğutma kompresörünün seçiminde, kapasiteyle beraber evaporasyon ve kondenzasyon sıcaklıklarının da bilinmesi gerektiğini hatırlatırız.Bu sıcaklıklar seçildikten sonra evaporatör ve kondenser imalatçısı ile işbirliğine gidilerek daha ekonomik çözümler ile gerekirse bazı düzeltmeler yapılmalıdır.
Evaporasyon sıcaklığı 5 ila 10 °C arasında olabilir.Daha düşük sıcaklıklar exterm şartlarda evaporatörde buzlanmaya neden olacağı için tehlikelidir. Kondenzasyon sıcaklığı 45 – 55 °C arasında seçilebilir.
Soğutma kompresörlerinin;
a) evaporasyon sıcaklıkları yükseldikçe,
b) kondenzasyon sıcaklıkları düştükçe,
soğutma kapasiteleri artmakta ve dolayısıyla enerji tüketimleri azalmaktadır.
Isı Pompası ve Dış Hava Esaslı Sistemlerin Enerji Giderleri
Isı pompası sisteminin açığa çıkan 557472 kcal/h’lık ısı kapasitesinin harcama dağılımını şöyle özetleyebiliriz;
a) havanın geri ısıtılması (Qgı) : 231684 kcal/h
b) havuz suyunun ısıtılması (Qsu – gizli) :192602 kcal/h
c) bina kaybına katkı (Qbina) :133186 kcal/h
Toplam :557472 kcal/h
Bu kapasitenin sağlanması için harcanan enerji 140.2 kw, 1995 haziran ayında sanayi kuruluşlarına uygulanan TEK tarifesi, KDV hariç 2.800.- TL/kw .h olduğuna göre birim harcama;
140.2kw × 2.800.- TL/kw .h = 392.560.- TL/h olur.
Dış havalı sistemde de kalorifer kazanlarının aynı enerjiyi üreterek tesisatta harcanıldığını kabul edelim.Harcamanın dağılımı şöyle olacaktır: kış mevsimi çalışmasında hol havası geri ısıtılması için 194000 kcal/h harcandığı görülmektedir.Havuz suyu buharlaşma kaybı için aynı değerlerin geçerli olduğu bellidir. Toplam kapasitenin eşitlenmesi için, bina ısı kaybına yapılan katkı miktarı büyütüldüğünde, dağılım tablosu :
a) havanın deri ısıtılması(Qgı) :194000 kcal/h
b) havuz suyunun ısıtılması (Qsu – gizli) :192602 kcal/h
c) bina ısı kaybına katkı (Qbina) :170870 kcal/h
Toplam :557472 kcal/h
Bu enerjinin Hu= 9700 kcal/kg alt ısıl kapasiteli fuel – oil ile, yanma randımanı hy = % 80 olan bir kalorifer kazanında sağlanacağı kabulü ile kullanılan yakıt;
m = Q / Hu .ny (16) = 557472 /9700 × 0.8 =71.840 kg/h
Fuel – oil’ in KDV hariç birim fiyatı 10.628.- TL/kg olduğuna göre birim harcama:
71.840 kg/h × 10.628.- TL /kg = 763.516.- TL/h olur.
Görüldüğü gibi, ısı pompası sistemi fuel – oil’ e göre % 50’ye yakın bir enerji tasarrufu getirmektedir.
Aynı karşılaştırmayı doğal gaza göre yaparsak,
Hü= 8250 kcal/ m³,
ny = % 90 için, (17) no’lu formül ile 75.08 m³/h yakıt tüketimi ve 523.082.-TL/h’ lik harcama bulunur.
Isı pompası sisteminin doğal gaza göre % 25 civarında ucuz olduğu görülmektedir.
NOT: Isı pompası ile yapılan tesisatın hava debisi, verilen örneklerde % 40 kadar fazla çıkmıştır. Aslında bu fazlalık enerji karşılaştırmasında dikkate alınması gereken ek bir vantilasyon harcamasını getirir. Ancak; bu sistemin günlük çalışma diliminde toplam 10 –12 saat “tam yük” çalışacağı, diğer “düşük yük” zamanlarındaki çalışmada aspiratörün tamamen durduğu ve vantilatörün ise kondenser by – pass damperinden geçiş yapan hava ile düşük devirde ve % 50 – 60 debi ile çalıştığı dikkate alınacak olursa, söz konusu ek sarfiyatın önemsiz hale geleceği anlaşılır.
Isı Ekonomizörleri
Yapılacak tesisatın türü ne olursa olsun, klima santralına bir ısı ekonomizeri tesis edilmesi çok büyük ekonomik faydalar getirecektir.
Dış hava esasına dayanan santrallerde bu ekonomizer , ekzost havası ile alınan dış hava arasına konulur.Isı pompası sistemli tesisatın santralında ise, evaporatör giriş ve çıkış havalarının arasına yerleştirilir.
Uygulamada, “ısı borusu = heat pipe” ve “levhalı” tip ekonomizerler yaygın olarak kullanılmaktadır.Isı borusu tip olanların yapısı, santral hava ısıtıcı eşanjörlerine benzer, boruların içersinde sıvı – buhar fazları arasında kolay dönüşebilen özel bir akışkan vardır, fiyatları daha pahalı olmakla beraber çok az yer kapladıkları ve hafif oldukları için özellikle “paket tip” cihazlarda kullanılırlar.Daha eski geçmişleri olan levhalı tip eşanjörler büyük boyut ve ağırlıkta olmalarına karşın daha ucuzdurlar.
Her iki tip için, nek = % 40-60 randımanlı seçilmiş ekonomizerlerin uygun çözüm getirecekleri söylenebilir.Her iki yöndeki hava debilerinin birbirine eşit olmaları halinde ekonomizlerin randımanı:
nek = (tç-dış – td)/(ti – td) (17)
nek : ekonomizer ısı randımanı (%)
tç-dış: dış havanın ekonomizerden çıkış sıcaklığı(°C)
td : dış hava sıcaklığı (°C)
ti: iç hava sıcaklığı(°C)
aynı formülden, alınan havanın eşanjörden çıkış sıcaklığı;
tç-dış = td + (ti – td). nek olarak bulunur. (18)
İncelendiğinde görüleceği gibi ekonomizer, enerji tüketiminde kendi randıman oran kadar düşme yapmaktadır.Örneğin % 40 randımanlı olarak seçilmiş bir ekonomizer, tüketilecek enerjide de % 40 oranında bir azalma sağlayacaktır.
% 50 randımanlı bir ekonomizerin kullanılmasıyla;
a) Soğutma kompresörü sayısında bir azalmaya gidilebilir.
b) Enerji harcamasında yarı yarıya kazanç sağlar.
c) Soğutma kapasitesinin düşmesiyle ilk tesis masraflarını azaltır.
d) Ekonomizere yapılan yatırım, başlangıçta çok fazlası ile geri alınır.
Dış havalı sistemlerde ekonomizer‘in amortisman müddetinin tesisin çalışmaya başlamasından sonraki tarihlerde fakat kısa bir vadede olacağı tahmin edilebilir, kesin tespit ekonomizer büyüklüğü ve yakıt cinsi seçimi yapıldıktan sonra güncel fiyatlara göre belli olacaktır.
Yukarıda verilen nem alma hesaplamalarının yanı sıra havuz nem alma santrali seçiminin doğru bir şekilde yapılabilmesi için Kapalı Yüzme Havuzlarında Isıtma Yükü Hesabı yapılarak havuzun ısı kaybı ve ısı kazancı değerleri de dikkate alınmalıdır.
Kapalı Yüzme Havuzlarının Nem Kontrolü ve Ekonomik olarak İklimlendirilmesi ile ilgili diğer makaleyi inceleyebilirsiniz.[2]
[pdfviewer width=”600px” height=”800px” beta=”true/false”]https://dl.dropboxusercontent.com/s/l2nwq0erlhyot1c/Kapal%C4%B1%20Y%C3%BCzme%20Havuzlar%C4%B1n%C4%B1n%20Nem%20Kontrol%C3%BC%20ve%20Ekonomik%20olarak%20%C4%B0klimlendirilmesi.pdf”]
Bu bilgiler ışığında Kapalı Yüzme Havuzlarında Nem Alma ile ilgili çeşitli excel hesaplamalarını indirebilirsiniz.
| Kapalı Yüzme Havuzu Nem Alma Hesap Programları | ||||
| Açıklama | İndirme Linki | |||
| Havuz Nem Alma Hesabı Excel |  Havuz-nem-hesabi.xls | |||
| Verdber3 Havuz Nem Alma Excel | Verdber3-havuz-nem-alma.xls | |||
| Kapalı Yüzme Havuzu Nem Alma Excel | Kapali-yuzme-havuzu-nem-alma.xls | |||
Kaynak:
1- İbrahim İŞBİLEN, Makine Mühendisi, Ref Isı (Özel izin alınmıştır.)
2- Yard.Doç.Dr. Müslüm ARICI (Özel izin alınmıştır.)