Günümüzde ısıtma teknolojisindeki gelişmelere paralel olarak düşük sıcaklıkta ısıtma giderek önem kazanmaktadır.
Sıcak sulu merkezi ısıtma sistemlerinde geleneksel su sıcaklığı 90/70 °C değerindedir. Dolayısı ile bütün tanımlar, diyagramlar,tablolar v.s. bu değerlere göre düzenlenmiştir. Bu sıcaklık değeri klasik sistemler için optimum kabul edilebilir. Ancak düşük sıcaklıkta örneğin döşemeden ısıtmada su sıcaklıkları 55°C değerini aşmaz. Türkiye’de kalorifer kazanları en soğuk havada 65-70°C ‘yi geçmeyen sıcaklıklarda çalışmaktadır.
Radyatörlerle ısıtmada da son yıllarda düşük sıcaklığa doğru bir eğilim vardır. Özellikle döküm kazan+ doğal gaz çifti söz konusu olduğunda bu olanak ortaya çıkmaktadır. Yakıt olarak kömür veya fuel oil kullanıldığında, asit korozyonu nedeni ile su sıcaklıkları kazanda daha fazla düşürülememektedir. Özellikle çelik kazanlarda korozyon duman borularını çok çabuk delmekte ve kazan ömrünü azaltmaktadır. Bu nedenle kazan suyu sıcaklığı yüksek (90°C) tutulmakta, sıcak havalarda yakıt ekonomisi için üç veya dört yollu vanalarla dönüş suyu kısa devre edilerek sisteme gönderilen su sıcaklığı düşürülmektedir. Ancak bu önlemler pahalı kontrol sistemlerini gerektirmektedir. Ayrıca yüksek sıcaklıkta çalışan kazanın baca gazı sıcaklığı da yükseleceği için verimi ortalama %4 daha azalacaktır.
Halbuki doğal gaz yakılması durumunda yakıt kükürt içermediğinden asit korozyonu yerine yüksek nem oranına bağlı kondens korozyonu önemlidir. Yeni jenerasyon sıcak su kazanları düşük su sıcaklıklarında çalışmak için tasarlanmıştır. Aynı zamanda dış sıcaklık yükseldiğinde herhangi bir karıştırmaya gerek kalmadan kazan su sıcaklığı termostatik kontrolla düşürülerek yakıt tasarrufu sağlanabilir . Böylece daha ucuz fakat daha kusursuz kontrol sistemleri kullanılabilir.
Kazanlar için 90/70 °C yerine 70/55 °C sıcak sulu ısıtma sistemi kullanıldığında aşağıdaki avantajlar elde edilir:
1. Düşük su sıcaklığına bağlı olarak kazanda duman gazı ile su arasındaki sıcaklık farkı artmakta, baca sıcaklığı düşmekte ve kazan verimi artmaktadır. Verimdeki bu artış oranı üzerinde aşağıda özellikle durulacaktır.
2. Düşük sıcaklık dolayısıyla ısıtmadaki konfor hissi artmaktadır.
3. Toz yanması sonucu duvar ve perdelerdeki islenme ve kirlenme problemi en aza inmektedir. Buna karşılık düşük sıcaklık ısıtması gerekli radyatör yüzeylerini artıracağından sistemin ilk yatırım maliyeti artacaktır. Ancak bu ilave yatırım yapılan yakıt tasarrufu ile kompanse edilecek ve ilave yatırım kendini bir süre sonra amorti edecektir.
Düşük Sıcaklık Sisteminin Ekonomikliği
Düşük sıcaklık 70/55°C ısıtmanın sağladığı verim artışının belirlenmesi için teorik bir model kurulmuştur. Bu teorik çalışmada aynı sistem 90/70°C kontrollü olarak ve 70/55°C yine kontrollü olarak dizayn edilmiştir. Örnek alınan bir ısıtma mevsimi için (1960 yılı) saatlik dış sıcaklık değişimleri (meteoroloji bülteninden) bire bir dikkate alınarak her iki sistemin bir yılda yaktığı yakıt miktarı ve sistemlerin yıllık ortalama verimleri hesaplanmıştır.
Bu hesaplarda,
1. Yapının proje şartlarındaki ısı kaybı 300.000 kcal/h, kazanın faydalı ısı gücü 315.000 kcal/h ve brülör kapasitesi 355.000 kcal/h alınmıştır. Yakıt olarak motorin kullanılmıştır.
2. Otomatik kontrol dikkate alınmış ve her iki hal için de en uygun değişim eğrisi seçilmiştir.
3. Durma sırasındaki soğuk hava kayıpları, sıcak cidar kayıpları, her ateşleme sırasındaki eksik yanma kayıpları dikkate alınmıştır.
4. Su sıcaklığına bağlı olarak verimdeki artış dikkate alınmıştır. Buna göre yapılan hesaplar sonucunda yıllık yakıt sarfiyatı:
a.90/70°C sistemde 54.977 kg/yıl motorin
b.70/55°C ” 50.269 kg/yıl ” bulunmuştur.
Sistemin yıllık ortalama verimi ise,
a.90/70°C sistemde % 74,1
b.70/55°C ” % 81,1 bulunmuştur.
Buna göre yıllık % 7 verim artışı ile 4.708 kg yakıt tasarrufu sağlanmaktadır. Doğal olarak koşullar değiştikçe yapılan tasarruf miktarı değişecektir. Ancak bu hesap mertebe olarak bir fikir vermektedir. Bu sistemde ısıtıcı olarak kolonu döküm radyatör kullanıldığı kabul edilirse 90/70°C sistem için gerekli ısıtma yüzeyi,
F= q/ K.∆t= 300.000/(7,7.60)= 650 m2
70/55°C sistemde sıcaklık fark,
∆t= (70+55)/2- 20= 42,5°C olup, radyatör ısıl kapasitesindeki düşme,
q / qo=(∆t /∆to)^n= (42,5 / 60)^1,3
kabul edilir. Buna göre 70/55°C sistem için gerekli radyatör yüzeyi,
F= 1.000 m2 bulunur. Aradaki gerekli ilave radyatör yüzeyi,
F= 1.000- 650 =350 m2
olmaktadır. Hesap tarihindeki radyatör fiyatı 17,5 $/m² ve yakıt fiyatı 0,225 $ / kg alınırsa,
70/55°C sistemin ilave yatırım maliyeti: =350×17,5 = 6.125 $
70/55°C sistemin işletme maliyeti tasarrufu; = 4.708 x 0,225 = 1.059 $
Yaklaşık Amortisman Süresi= 6125/1059= 5.8 yıl
Sonuç: En pahalı radyatör kullanılması halinde bile sistem kendini 5 yılda amorti edebilmektedir.
70/55°C Sistemin Projelendirilmesi
70/55°C sistemin projelendirilmesinde esas farklılık ısıtıcı seçimi ile boru çapları hesabında olacaktır. 70/55°C sistem projelendirmesi MMO 84 no’lu yayını olan kalorifer proje hazırlama esaslarına dayandırılarak anlatılacaktır.
1. Isı kaybı hesaplarında bir değişiklik yoktur.
2. Isıtıcı seçimi:
Isıtıcıdaki ortalama su sıcaklığı ile oda iç sıcaklığı arasındaki fark, 90/70°C sistemde standart olarak 60°C’dir.
∆to= (90+70) / 2 – 20= 60°C
Bu fark 70/55°C sistemde standart olarak daha düşük olacaktır.
∆t= (70+55) / 2 – 20= 42,5°C
Sıcaklık farkına bağlı olarak radyatörlerin ısıl gücü de düşecektir. ∆t’ye bağlı olarak yeni ısıl güç,
q= qo ( 42.5 /60)^n = qo.f
şeklinde ifade edilebilir. Burada,
q= Radyatörlerin 70/55°C sistemdeki standart ısı gücü
qo= Radyatörlerin 90/70°C sistemindeki standart ısı gücü, n=Üs katsayısı.
Bu katsayı ısıtıcının tipine bağlı olarak 1,2 ile 1,3 arasında değişir ve ancak deneyle bulunabilir. Radyatörler için n=1,3 alınabilir.
f= Düzeltme faktörü
Radyatörler için düzeltme faktörü, f’in değeri
f= ( 42,5 /60)^1,3= 0,639
olarak bulunur. Radyatör güçleri firma kataloglarında 90/70°C sistem için verildiğinden, oda sıcaklığına bağlı olarak katalogdan okunan değer f faktörü ile çarpılırsa 70/55°C sistemindeki radyatör gücü bulunur.
70/55°C sistemde radyatör dilim sayısını belirlemek için, söz konusu oda ısı kaybı, f değerine bölünerek izafi ısı kaybı bulunur. Bu değerde katalogdan seçilen radyatör tipinin dilim sayısı okunur.
Örneğin odanın ısı kaybı 1000 kcal / h ise ve 221 / 500 kolonlu radyatör seçildi ise,
İzafi ısı kaybı = 1.000 / 0.639 = 1.565 kcal / h
Oda sıcaklığı 22 °C ise gerekli dilim sayısı katalogdan yaklaşık 11 olarak okunur. Gerekli radyatör miktarları hesaplandıktan sonra, radyatör yerleştirilmesi aynıdır.
3. Kolon şeması ve boru çapları
Kolon şeması aynen çizilir. Boru çaplarının hesabında ise, kolon şemasına her boru parçasının ısı yükü yanında, boru parçasından geçen kütlesel debi de yazılır. Kütlesel debi,
m = Q/c.(tg-tç) = Q / 1.(70-55)= Q/ 15[ kg/h]
bulunur. Burada,
Q= Boru parçasının ısıl yükü [kcal/h °C]
Örnek 1.500 kcal/h taşıyan boruda debi 100 kg/h değerindedir.
Kritik devre belirlendikten sonra boru çapı hesabında ve boru hesabı cetvelinin doldurulmasında tek farklılık cetveldeki sütuna akışkan debisinin yazılmasıdır.
Örneğin; 1500 kcal/h ısı taşıyan boruda debi 100 kg/h olup, bu borunun çapı1/2″ise tablolardan basınç kaybı, R= 2,6 mmss/m ve su hızı, V= 0,15 m/s okunur. Özel direnç katsayılarının ve özel dirençlerin bulunması değişmez.
4. Kazan ve kazan dairesi projelendirmesi değişmez.
5. Baca hesabı değişmez
6. Genleşme deposu ve güvenlik boruları hesabı değişmez
7. Dolaşım pompası hesabında sıcaklık farkı azaldığından pompa debisi artar. Pompa debisi yine aynı formülle hesaplanır .
Kaynak: Isısan Isıtma Tesisat Kitabı