Kolon Şeması ve Boru Çapı Hesabı

Boru Çapı Hesabı işlem basamakları detaylı olarak belirtilmiş olup örnek ısıtma tesisatı kolon şeması doğrultusunda açıklanmıştır.

Tesisatı oluşturan kazan, kollektörler, borular, vanalar, ısıtıcılar, genleşme deposu ile diğer donanım ve armatürlerin tümünün düşey görünüşünü iki boyutlu olarak gösteren resme kolon şeması denir. Kolon şemasında düşey ölçüler ölçekli, eğimli olarak döşenen yatay borular ölçeksiz çizilir.Yükseklikleri farklı olan radyatörler değişik yükseklikte gösterilir. Kolonlar ana dağıtım borularından ayrıldıkları sıraya göre kazan veya kollektörlere daha uzak veya daha yakın olarak gösterilir.

Kat planlarında üzerine dilim sayısı ve cinsi yazılan radyatörlerin,kolon şemasında gösterildikleri dikdörtgenin içine oda no, oda sıcaklığı ve radyatör verimi dışında ve üst kısmına radyatörün dilim sayısı ve cinsi yazılır.

Kolon şeması ve kat planında gidiş boruları düz, dönüş boruları ise kesik çizgiler ile gösterilir. Kolonlarda her bir boru parçasının ısı yükü boru uzunluğu hesaplanır ve üzerine yazılır. Bundan sonra boru çapının belirlenmesine başlanabilir. Kritik devreyi gösteren kolonda her bir boru parçası radyatörden başlayıp kazana doğru büyüyen sayılarla numaralanır. Boru çapları bu amaçla hazırlanmış çizelgeler (Çizelge 1) doldurularak hesaplanır.

Boru çapı hesabı yapılırken ya R basınç düşümü kabulünden yada hız değerlerinden hareket edilir. Genellikle bir R basınç düşümü kabulünden hareket edilir. Bu arada çap seçilirken hız değerlerine de bakılmalıdır. Braşmanlarda en küçük değerde olan su hızı boru çapları büyüdükçe düzgün şekilde artmalı ve kazan girişinde en büyük hıza ulaşmalıdır. Su akış sesi çevreyi rahatsız etmemelidir. Bu nedenle konfor ısıtmasında su hızı branşmanlarda 0,2 – 0,3 m/s mertebesinde olmasına dikkat edilir. Su hızının 2″ a kadar borularda 1 m/s, daha büyük çaplı borularda ise 1,5 m/s değerini aşması istenmez.

R basınç düşümünün büyük seçilmesi durumunda boru çapları küçük çıkacak ve buna bağlı olarak da boru şebekesi daha ucuza mal olacaktır. Ancak basınç düşümünün büyük seçilmesiyle sirkülasyon hızları ve basınç kayıpları artacağından pompanın tükettiği enerji miktarı artacaktır.

R basınç düşümünün düşük seçilmesi durumunda ise boru çapları büyük çıkacak ve boru şebekesi daha pahalıya mal olacaktır. Buna karşılık pompanın tükettiği enerji azalacaktır.

Boru şebekesinin ve işletme giderlerinin daha ekonomik olması açısından ortalama basınç düşümleri küçük tesislerde R= 5-8 mmSS/m , büyük tesislerde R=8-15 mmSS/m alınabilir. Bu bilgiler doğrultusunda aşağıdaki adımlarla boru çapları belirlenir.

Boru Çapı Hesabı İşlemler

1. Öncelikle binanın boru planı çizilir.
2. Kritik devre seçilir. Kritik devre yatay doğrultuda en uzak ve düşey doğrultuda en yukarıdaki radyatördür.
3. Kritik devrenin en yukarısındaki radyatörden başlayarak her iki T parçası arasına ayrı bir numara vermek suretiyle devre üzerindeki bütün kısımlar numaralandırılır.
4. Numaralandırdığımız her boru parçasının üzerine taşıdıkları ısı yükleri yazılır.
5. Gidiş ve dönüş boruları birleştirilerek, boru çapı hesabı çizelgesinin a, b ve d sütunlarına sıra ile parça numarası, ısı miktarı ve parçanın uzunluğu yazılır.
6. Pompalı sıcak sulu ısıtmada borulardaki basınç kaybı çizelgesinden (Ek-4) boru çapı değeri araştırılır. Bu amaçla önceden kabul edilen R değeri bulunur. Bu R değerinden itibaren yatay olarak gidilir ve borudan geçen ısı miktarına en yakın ısının büyük olanının yazılı olduğu sütun bulunur. Bu sütunun başında yazılı olan çap değeri, aranan boru çapını verecektir. Bu çap değerinden aşağıya inilmek suretiyle bu borudaki ısı miktarına karşılık gelen en yakın ısı miktarı bulunur. Isı yükünün hemen altında bulunan hız değeri Çizelge 1’in f sütununa yazılır. Buradan yatay olarak giderek bu borudaki gerçek R değeri tespit edilir ve Çizelge 1’in g sütununa yazılır.
7. Gerçek R basınç düşümü ile buna ait boru boyu çarpılarak bu kısımdaki toplam basınç düşmesi bulunur ve boru çapı hesabı çizelgesinin h sütununa yazılır
8. Çizelge 2 yardımıyla özel direnç sayıları toplamı ∑ς değeri bulunarak boru çapı hesabı çizelgesinin ı sütununa yazılır. Çizelge 2’ de 1.sütuna parça numarası, 2 sütuna boru çapı (Çizelge 1’den), 3.-21 sütunlara çizelge 2 de gösterilen kayıplar yazılır. 22. sütuna ise özel dirençlere ait kayıpların toplamı yazılır.
9. Hız ve ∑ς yardımıyla sıcak sulu sistem için boruların Z özel dirençlerini veren EK-6′ daki çizelgeye giderek özel dirençler tespit edilir. Tespit edilen Z değeri Çizelge 1’in k sütununa yazılır.
10. Sürtünme (LR) ve özel dirençler (Z) bir boru için, buru çapı hesabı çizelgesinin h ve k sütunlarına tek tek yazılır. h ve k sütunlarının toplamı ∑LR ve ∑Z’yi verir. ∑LR ve ∑Z’ nin toplamı aşağıdaki ifadede yerine konursa H toplam basıncı bulunur.
11. e ve k sütunları yaklaşık boru çapına göre yapılır. Boru şebekesinde düzensizlikler görüldüğü taktirde elde edilen ilk boru çapı değiştirilerek uygun bir akış sağlanmalıdır. Değiştirilen çapa göre yapılan hesaplar Çizelge 1’in l ve q sütunlarına yazılır. Değiştirilen buru çapı ile hesap yapmanın bir amacı da seçilen iki farklı R değeri ile yapılan hesapların karşılaştırmasını yapmaktır. Kayıplar arasındaki fark Çizelge 1’in r ve s sütunlarına yazılarak en uygun R seçimi yapılır.

Pompalı ısıtma sistemlerinde toplam basınç için aşağıdaki ifade bulunur.

H = ∑( LR) + ∑Z (mmSS/m)

Bu denklemde ;
L : Boru parçasının uzunluğunu (m)
R : Metre boru başına basınç kaybı (mmSS/m)
Z : Özel direnç kayıpları (mmSS/m)

Pompa basıncı H basıncını yenebilecek güçte olmalıdır.

Çizelge 1 Boru Çapı Hesabı Çizelgesi

Çizelge 2 ς (ksi) Değerlerini Hesaplama Çizelgesi

Sirkülasyon Pompası Hesabı

Pompalar debi ve basınç karakteristik özellikleriyle belirlenir. Sirkülasyon pompası, sistemde meydana gelen sürtünme kayıplarını yenebilecek güçte seçilmelidir.

Sirkülasyon Pompası Debisi

Sirkülasyon pompasının debisi Vp aşağıdaki ifadeden bulunur.

Vp =QK / [C g (Tg- Td)]

Burada;
QK : Tesisin toplam ısı ihtiyacı
C : Suyun özgül ısınma ısısı (C= 1 kcal/KgC)
g : Suyun yoğunluğu (Kg/m3)
Tg-Td : Sisteme gidiş ve dönüş sıcaklıkları arasındaki fark (C)

90/70 sıcak sulu sistemlerde Tg-Td = 20 C ve g= 1000 Kg/m3 seçilirse

Vp = QK/20000 (m3/h) ifadesi bulunur.

Farklı sıcaklık aralıklarında yoğunluk değerlerine bağlı olarak su debisi ve boru çapı hesabı yazısını inceleyebilirsiniz.

Sirkülasyon Pompasının Basıncı

Pompanın basıncı;

Hp = ∑( LR) + ∑Z (mmSS)

olacak şekilde seçilmelidir. Emniyette çalışma için bu basınca % 10 ilave yapılır. Kazan dairesi kayıpları dikkate alınmadıysa , hesaplanan basınç 300-800 mmSS kadar artırılır. Bu basınç artırımı, kapasitenin büyüklüğü de dikkate alınarak yapılır.

Hp = (∑( LR) + ∑Z )1.1 (mmSS

Hp = ∑( LR) + ∑Z +(300 – 800) (mmSS)

Uygulamada özellikle büyük tesislerde pompa basıncına % 50’ye varan eklemeler yapılmaktadır.

Örnek Boru Çapı Hesabı

Örnek boru çapı hesabı için Şekil 1’de kolon şeması gösterilen tesisat kullanılmıştır.

Kolon şeması üzerinde her parçanın taşıdığı ısı miktarı o parçanın üzerine yazılmıştır. 1 nolu kolonun en üst noktasındaki radyatör, kritik radyatör olarak belirlenmiş ve her parça numaralandırılmıştır.

Boru çapı hesabı için Çizelge 3 ve Çizelge 4 doldurulacaktır. Çizelge 3’ün h sütununa kadar gelindikten sonra, Çizelge 4 doldurularak değeri ı sütununa yazılır. Ek- 6’da ki Z özel Dirençler Hesabı Çizelgesini kullanarak, W hız ve ∑ς direnç katsayısı değerleri yardımıyla Z özel direnci bulunur.

Çizelge 3’ün 1. satırı aşağıda ayrıntılı olarak yapılmıştır.
a sütununa parça no: 1 (Şekil 4.1’den)
b sütununa 1 numaralı parçanın ısı yükü : 2678 kcal/h (Şekil 5.1’den)
d sütununa1 numaralı parçanın uzunluğu: 8 m (Şekil 5.1’den)
e,f,g sütununun doldurulması için Ek-4′ yararlanılır. R basınç kaybı 6 mmSS/m başlangıç kabul değeriyle hesaba başlanır. Seçilen R=6 mmSS/m değerinden itibaren sağa doru giderek 1 nolu borunun ısı yükü olan 2678 kcal/h’dan büyük ve en yakın değer 3180 kcal/h seçilir. Bu değerden yukarı doğru çıkarak boru çapı 1/2″ olarak saptanır. Seçilen boru çapından aşağıya doğru inilir. 2678 kcal/h’dan büyük ve en yakın değer olan 2710 kcal/h seçilir. Bu değerin yanındaki 0.20 m/sn borudaki su hızını vermektedir. Buradan sola doğru gidilerek R basınç kaybı değeri 4.5 mmSS/m bulunur. Bulunan değerler Çizelge 3’de yerine konulur.

e sütununa d= 1/2″
f sütununa W= 0.20 m/sn
g sütununa R= 4.5 mmSS/m

L boru boyu ile R basınç kaybı değerleri çarpılarak h sütunundaki (LR) yerine yazılır.
LR = 8 x 4.5 = 36 mmSS

i sütunundaki toplam direnç sayısı ∑ς’ nın bulunması için Çizelge 4’ün doldurulması gerekmektedir.

Çizelge 4’ün doldurulması kısaca aşağıda açıklanmıştır:
1.sütuna parça numarası 1 yazılır.
2. sütuna boru çapı 1/2″ değeri Çizelge 3’den yazılır
3.- 21. sütunlarda hangi tür kayıplar varsa bunlar yazılır. 1 nolu parçada radyatörden dolayı 3, T ayrılmadan dolayı 1.5, dirsek kaybı olarak 6, radyatör vanasından dolayı da 10 yazılır.
22. sütuna toplam direnç ∑ς= 20.5 değeri yazılır.
Çizelge 3’ün k sütunundaki Z değerinin belirlenmesinde buradaki su hızı 0.20 m/sn ve ∑ς=20.5 değerlerine bağlı olarak Ek- 6’dan Z değeri 32.8 olarak bulunur.
2, 3, 4, 5 numaralı parçalar için de Çizelge 3 benzer şekilde doldurulur. h sütunundaki ∑LR ve k sütunundaki ∑Z değerleri toplanırsa,
∑LR =165.2 mmSS
∑Z = 158.7 mmSS
bulunur. Bu iki değerin toplanmasıyla toplam direnç şöyle bulunur.

∑LR+∑Z = 323.9 mmSS

Pompa basıncı Hp = ∑LR + ∑Z + (300-500) (mmSS)
Hp = 165.2 + 158.7 + 500 = 824 mmSS bulunur.

Pompa debisi Vp = QK / 20.000 formülünden
Vp = 26.388/20.000 = 1.32 m3/h bulunur.

Şekil – 1 Kolon Şeması ve Boru Çapı Hesabı

Çizelge- 3 Boru Çapı Hesabı Çizelgesi ve Çizelge – 4 Ksi Değerlerini Hesaplama Çizelgesi

Ek – 4 Pompalı Sıcak Sulu Isıtmada Basınç Kaybı Hesap Çizelgesi

Ek – 6 Pompalı Sıcak Sulu Isıtmada Basınç Kaybı Hesap Çizelgesi

Bu bilgiler ışığında boru çapı hesabı işlemleri ile ilgili çeşitli excel hesaplamalarını indirebilirsiniz.

Boru Çapı Hesabı Hesaplama Programları
Açıklama	İndirme Linki
1- Otomatik Isıtma Yük Tablosu Excel	1-otomatik-isitma-yuk-tablosu.xls
2- Otomatik Boru Çap Hesaplama Tablosu Excel	2-otomatik-boru-cap-hesaplama-tablosu.xls
3- Isıtma Tesisat Boru Basınç Kaybı Hesabı Excel	3-isitma-tesisati-boru-basinc-kaybi-hesabi.xls
4- Pratik Kalorifer Tesisatı Boru Seçimi Excel	4-pratik-kalorifer-tesisati-boru-secimi.xls
5- Boru Basınç Kaybı Hesabı Excel	5-boru-basinc-kaybi-hesabi.xls
6- Hazen Williams Boru Çapı Hesabı Excel	6-hazen-williams-boru-capi-hesabi.xls
7- Isı Yüküne Göre Boru Çapı Hesabı Excel	7-isi-yukune-gore-boru-capi-hesabi.xls
8- Boru Çapı Hesabı Excel	8-boru-capi-hesabi.xls
9- Sirkülasyon Pompası Hesabı Excel	9-sirkulasyon-pompasi-hesabi.xls
10- Sirkülasyon Pompası Hesabı Excel	10-sirkulasyon-pompasi-hesabi-2.xls
11- Sirkülasyon Pompası Seçimi Excel	11-sirkulasyon-pompasi-secimi.xls
12- Basınç Kaybı Hesap Çizelgesi	basinc-kaybi-hesap-cizelgesi.xls

Kaynak: Isıtma Sistemleri Ders Notları, Boru Çapı Hesabı, Makine Yüksek Mühendisi Orhan KISA