Balanslama hidronik sistemlerde tasarım debisini elde etmek için, cihaz ve armatürlerde basınç farklarının ölçümü ve bunların tasarım değerlerine ayarıdır.
Gelişen teknolojiye paralel ısıtma sistemlerinde kullanılan ısıtıcı cihaz ve kontrol sistemleri teknolojilerinde, enerji tasarrufu ve konfor odaklı baş döndürücü bir değişim söz konusudur. Bu değişimle beraber güneş enerjisi, ısı pompası, ısı değiştiricileri gibi farklı sistemler ortak bir amaç için bir arada kombine kullanılmaya başlanmıştır. Eski ısıtma sistemlerinde en sık duyulan şikayet, sistemin teorik olarak mükemmel planlanmış olmasına rağmen pratikte hedeflenen konforu ve enerji tasarrufunu sağlamadığı yönünde olmuştur.
Balanslama konusu yeterince bilinmediğinden, doğal olarak hata yanlış seçildiği iddia edilen bir pompa ve/veya vananın değiştirilmesiyle giderilmeye çalışılmıştır. Bu şekilde ısınma temin edilmiş olsada artan yatırım ve işletme giderleri, bozulan konfor şartlarına zorunlu katlanılmıştır. Günümüz hidronik ısıtma sistemleri eskiye göre oldukça karma- şık bir yapıya sahip olup, bu sistemlerde balanslama yapmadan konforlu bir ısıtmanın sağlanması ve enerji tasarufu mümkün görünmemektedir. Bu makale ile ana amacı ısıtma tesisatları ile ilgilenen mühendis, tekniker, teknisyen ve tesisat ustalarımızın dikkatini balanslama konusuna çekerek farkındalığı sağlamak ve en azından bir iki pratik örnekle balanslamanın önemini onlara gösterebilmektir.
Hydronic (Hidronik) genellikle bir pompa tarafından basınçlandırılmış suyu kullanan ısıtma veya soğutma sistemlerini inceleyen bir bilim olarak tanımlanmakta ve günümüzde çok sıkça karşımıza çıkmaktadır.
Günümüz ısıtma sistemlerinde gerek ısıtıcı gerek kontrol ekipmanları olarak sofistike cihazlar kullanılıyor olsa da, tesisatta kontrolsüz akış bu cihazların görevlerini yapamamalarına neden olmaktadır. Hedeflenen konfor ve verimin ısıtıcı cihazlardan geçmesi gereken planlanmış doğru su akışlarıyla elde edilebilecektir.
Bir hidronik ısıtma tesisatında dengeleme sorunu olduğunda aşağıdaki sonuçlarla çok sık karşılaşılmaktadır.
• Mahal sıcaklıklarının dizayn sıcaklığına çıkamaması,
• Mahal sıcaklıklarında, çok hassas kontrol ekipmanları kullanılmış olmasına rağmen meydana gelen aşırı dalgalanmalar.
• Kurulu ısıtma gücünün yeterli olmasına rağmen, üretilen gücün aktarılamaması. (Özellikle uzun bekleme süreleri sonrası devreye almalarda.) Dizayn sorunu olmayan tesisatlarda dizayn debisini elde edebilmenin yegane yolu, tesisatı hidrolik olarak balanslamaktır. Balans kelimesinin anlamı dizayn debisi elde edilecek şekilde tüm kontrol ekipmanlarının ayarlanmasıdır.
Şekil 1’de Avrupa’da yapılmış bir çalışmanın sonucu görülmektedir. Örneğin Grafik bize 20 C°dizayn sıcaklığının 1 C° üzerine çıkıldığında yani 21 C° için enerji maliyetlerinin % 8 ile % 12 arasında değiştiğini göstermektedir. Yani Orta Avrupa’da bu değer % 8 olarak gerçekleşiyorken Batı Avrupa’da % 12 olarak gerçekleşmektedir. Yukarıdaki farklılık tek bir oda için çok büyük bir anlam ifade etmezken, tüm tesis için oldukça önemli enerji maliyeti doğurmaktadır. Benzer bir çalışmayı İstanbul için yaptığımızda % 10, Ankara için yaptığımızda % 6 civarında bir enerji tasarrufu potansiyeli olduğunu görmekteyiz.
Ayrıca balanslama yapılmamış bir sistemde tam kapasiteye ihtiyaç duyulan, tatil dönüşleri veya sabah erken saatlerde sistemin rejime girmesi ve konfor şartlarının eldesi oldukça gecikmeli olarak sağlanmaktadır. Yapılan bir istatistik çalışmada sistemin 30 dk erken rejime girmesi ile günde % 6 enerji tasarrufu sağlanabilmektedir.
Şekil 1. Oda sıcaklığının tasarım sıcaklığından göreceli olarak yüksek olması durumunda, enerji maliyetlerindeki yüzde (%) olarak artış.
Radyatör Sistemlerinde Balanslama
Genellikle termostatik vana kullanılan sistemlerde, vananın çalışma prensibi ile ilişkili olarak akış kontrolü ile dengelemenin otomatik olarak yapıldığı zannedilmektedir. Bu durum tüm kontrol devrelerinin stabil olduğu bir ısıtma sisteminde az ya da çok doğru sayılabilir. Ancak balanslanmamış radyatörler akış üzerinde bozucu etki yapacaktır. Bu durumu Şekil 2’de görülen ve 4 radyatörden oluşan Şekil 2’deki tesisatta tüm tesisat ekipmanları (branşman ve radyatörler) balanslandığında hesaplanan parametreler Tablo 2’de verilmiştir. Termostatik vanalar için balanslarına ya uygun Kv değeri olan vananın seçilmiş olması ya da ayarlanabilir Kv değerine sahip olmasıdır.
Şekil 2. 4 radyatörden oluşan, termostatik vanalı örnek ısıtma tesisatı.
Gerçekte tesisat üzerinde bulunan tüm fitinks malzemeler ve armatürler üzerlerinden geçen debi ile ilişkili olarak bir basınç düşü- şü yaratırlar. Diğer bir deyişle yarattıkları basınç düşümünün büyüklüğü aynı zamanda üzerinden geçecek debiyi sınırlar ve buna da o armatüre için debi faktörü (Kv) denir.
Örneğimizde debi olarak (lt/h) ve basınç farkı olarak (kPa) birimleri kullanıldığından hesaplamalar aşağıdaki formülasyonla yapılacaktır.
Yandaki değerler tüm sistemin balanslandığı ideal koşullarda elde edilmiş verilerdir. İdeal olan bu sistemde tesisat ve branşmanlar balanslanmış olmak üzere, gerekli Kv değerine bakılmaksızın seçilmiş ve herhangi bir ön ayar yapılmamış termostatik radyatör vanası kullanıldığı durumda parametrelerdeki değişim Tablo 3’te verilmiştir.
kv=0,001×V /√p
Örnek tesisatımızda 1/2” Köşe Alarko Termostatik Vanalar kullanılmış olsun. Bu vanaya ait Kv değeri (0,9 ) ve diğer teknik bilgiler için kataloğa bakabilirsiniz.
Örnek ısıtma sisteminde yer alan radyatörlerden dizayn debisi geçmesi durumunda radyatör içerisinde oluşan kayıpları yukarıdaki formüle göre hesaplarsak aşağıdaki tabloyu elde edebiliriz.
Tablodan da görüleceği üzere radyatör iç kayıpları önemsenmeyecek kadar düşük gerçekleşmektedir.
Dizayn debisinin üzerinde gerçekleşebilecek değerlerde de kayıp önemli bir büyüklükte olamayacağından, bundan sonraki hesap sistematiğinde dikkate alınmayacaktır. Kombimizin altında bulunan vana aracılığıyla dizayn debisi olan 0,394 m³/h elde edildiği fakat aynı tip 1/2” ön ayarsız termostatik vana kullanıldığı durumu incelemeye devam edelim. Öncelikle sistemin ideal durumda devrelerdeki basınç kayıplarını hesaplamaya çalışacağız.
Şekil 3. Radyatörlerde oluşan basınç düşümü / Varsayım (mss/kPa)
Basınç kayıplarının bulunmasında aşağıdaki grafikten faydalanılmıştır.
Grafik 1. Isıtma sistemlerinde kullanılan PVC borularda içerisinden geçen debiyle ilişkili olarak boru çapına bağlı basınç kayıp grafiği.
Özetle yukarıdaki tablolar ve hesaplamaların sonuçlarını yorumlarsak, Hyronik balanslamanın kısmen bozulduğu durumda (Tablo 5) Mutfak radyatörü aşırı debiye maruz kalarak ortama aktarması gereken ısının % 30 fazlasını aktararak hem konfor şartının bozulmasına hem de ciddi bir enerji kaybına yol açmaktadır. Daha önce mahal sıcaklığının, dizayn sıcaklığının 1 C° üzerinde gerçekleşmesi durumunda Ankara için % 6, İstanbul için % 10’luk bir enerji kaybı söz konusu olduğunu söylemiştik. Bu durumda mutfak için ciddi bir enerji kaybının söz konusu olduğunu söyleyebiliriz. Yatak odası ve banyoda da dizayn ve konfor şartlarından sapma olduğu görülmektedir. Salonda ise ısıtmanın sağlanamadığı ve mahal sıcaklığının dizayn sıcaklığının çok altında gerçekleştiği görülmektedir.
Termostatik vanalar mahal sıcaklığında meydana gelen değişime belirli bir sürenin sonunda cevap verebilirler. Ani açma ve kapama yapmazlar. Bu süre örneğimizde kullanılan Alarko vanalar için 22 dk’dır. Mutfakta istenen sıcaklık radyatör üzerinden geçen aşırı debi nedeniyle kısa sürede yakalansa bile radyatöre takılı termostatik vananın tepki süresi (22 dk) boyunca ortama gereksiz enerji transferi sürecek ve enerji kaybına neden olacaktır. Bu diğer termostatik vanalar içinde aynıdır.
Isıtma tesisatları doğru projelendirilmiş ve projeye uygun yapılmış olsa bile işletmeye alma aşamasında hidronik balanslamaları tam olarak yapılmamışsa arzu edilen konfor şartlarına ulaşılamayacak ve ciddi bir enerji kaybı oluşacaktır. Diğer bir ifadeyle hidronik balanslama ile çok ciddi bir enerji tasarrufu potansiyeli söz konusudur. Tasarrufun boyutu ve hidronik balanslamanın önemi ısıtma sisteminin kompleksliğiyle doğru orantılı olarak artmaktadır.
Isıtıcı cihaz olarak kombilerin kullanıldığı en basit bireysel ısıtma sistemlerinde bile; örneğin kendi evlerimizde kurulu olan kombi sistemleri,
1. Doğru Kv değerine sahip termostatik vana kullanılmamışa,
2. Ayarlanabilir termostatik vana seçilmiş fakat ön ayar yapılmamışsa,
3. Girişte standart radyatör vanası kullanılmış fakat dönüşte ayarlanabilir balans vanası kullanılmamışsa,
Isınma problemi yaşanabilecek ve konfor şartları sağlanamayacaktır. Bazı radyatörler sıcak bazıları soğuk olabilecek ve bazı mahaller radyatör ebatları büyütülse bile dizayn sıcaklığına ulaşmayabilecektir. Bu gibi durumlarda genellikle ya ısıtıcı cihaz ya da tesisatı yapan firma/ usta suçlanacaktır.
Şikayetin giderilmesi için bilinçsizce ve öncelikle başvurulan yol olan ısıtıcı cihazların kapasite artışları, şikayeti giderse bile enerji kaybını ve yakıt giderlerini ciddi olarak arttıracak ve bir başka şikayete yol açacaktır.
Yukarıda anlatılanlar ışığında hidronik balanslamanın öneminin anlaşıldığını ve farkındalığın sağlandığını düşünüyoruz. Bundan sonraki süreç mevcut kurulu ısıtma sistemlerinde hidronik balanslamanın nasıl ve hangi teknikler kullanılarak yapıldığıdır. Bunun için aşağıdaki önerilen kaynaklara ineternet üzerinden ulaşılarak uygulama için gerekli bilgiler edinilebilir.
Kaynak: E. Cüneyt Bulca, Alarko Carrier Sanayi ve Ticaret A.Ş., alarko-carrier.com.tr