Su soğutma işleminde kullanılan kanatlı-borulu ısı değiştiricili bir diğer yöntem de Kuru Soğutucu olarak adlandırılan sistemlerdir. İklimlendirme ve proses su soğutma sistemlerinde oldukça yaygın kullanım alanına sahiptirler. Temel mantık sistemdeki dönüş suyu yükünün bir fanlı eşanjör sistemi yardımıyla havaya aktarılmasıdır. Fanlar (vantilatörler) ile emilen havanın kanatlar (lameller) arasından geçerken boru içindeki akışkanı soğutması esasına göre çalışır. Bu yöntemde eşanjörün dış yüzeyi kurudur. Bu durumda kanatlarda kireçlenme ve korozyon gibi sorunlar yoktur. Sistemin kapalı devre çalışması sayesinde soğutma suyunun azalması problemiyle karşılaşılmaz.
Kuru soğutucularda elde edilen su sıcaklığı ortamın kuru termometre sıcaklığına bağlıdır ve bu nedenle de kuru soğutucu olarak anılır. Kuru soğutucular ile kuru termometre sıcaklığının yaklaşık 5ºC üzerine kadar soğutulmuş su elde edilebilir. Daha düşük sıcaklıklarda soğutma suyuna ihtiyaç duyulan durumlarda Islak-Kuru Soğutucular kullanılır.
Kuru soğutucular yukarıda açıklaması yapılan entegre doğal soğutma bataryalı sistemler ile aynı mantıkta çalışmaktadır. Tesiste kurulmuş bir su soğutma grubu mevcutsa ve düşük ortam sıcaklıklarında doğal soğutma işleminden faydalanılmak isteniyorsa kuru soğutucu sistemler bu durum için idealdir. Kuru soğutucular plastik, kimya, enerji, iklimlendirme vb. sektörü içindeki uygulamalarda bir soğutma grubu ile birlikte kullanılabileceği gibi ayrıca soğutma suyu sıcaklıklarına bağlı olarak tek başına da kullanılabilmektedir.
Aşağıdaki şekilde paket tipi iklimlendirme cihazı ile yük paylaşımlı olarak çalışan örnek bir kuru soğutucu sisteminin prensip şeması verilmiştir. Kuru soğutucular özellikle yirmi dört saat sürekli soğutma ihtiyacı olan bilgisayar ve server odaları, internet ve telekomünikasyon veri merkezlerinin soğutulması için kullanılan paket tipi iklimlendirme cihazlarında enerji tasarrufu için uygulanan yöntemlerdendir. Sistemin gece periyodunda sağladığı tasarruf ciddi boyuttadır.
Aşağıdaki şekilde Moskova’da uygulaması yapılan bir alışveriş ve iş merkezi projesinde kullanılan doğal soğutma sisteminin prensip şeması verilmiştir. Alışveriş merkezinde kış ve bahar aylarında da soğutma ihtiyacı mevcuttur. Bu mevsimlerde soğutma grubu kullanılmamakta, soğutma için kuru soğutucu görev yapmaktadır. Kuru soğutucu yaz mevsiminde su soğutmalı kondenserin yoğuşturucu suyunu soğutmak amacı ile kullanılmaktadır. Dış hava sıcaklığının -30ºC derecelere ulaşması nedeniyle kuru soğutucuya yüksek oranda etilen glikol (antifriz) yüklemesi yapılmıştır.
Islak/Kuru (Evaporatif/Adyabatik) Soğutucular
Islak-Kuru, Evaporatif veya Adyabatik Kuru Soğutucular olarak farklı adlandırmalara sahip bu sistemler, temel prensip olarak kuru soğutucular gibi çalışır. Sistemde gerektiğinde ek soğutma sağlayacak bir su spreyleme sistemi veya soğutucu evaporatif petekler bulunmaktadır. Spreylenen su ve soğutucu evaporatif petekler giriş havası akışında adyabatik soğutma etkisi meydana getirir. Bu sistemlerde giriş havası neme doyurulur ve giriş hava sıcaklığı ortam yaş termometre sıcaklığına yaklaştırılmaya çalışılır. Islak-kuru soğutucular temel mantık aynı olmak üzere beş farklı biçimde uygulanabilir:
1. Doğrudan spreyleme sistemi
2. Sisleme sistemi
3. Ağ üzeri spreyleme sistemi
4. Ön soğutucu evaporatif petekli sistem
5. Hibrit sistemler
Islak-Kuru, Evaporatif veya Adyabatik olarak adlandırılan kuru soğutucu sistemlerde adyabatik verimlilik en önemli kavramdır. Adyabatik verimlilik aşağıdaki formül vasıtası ile hesaplanabilir:
Adyabatik Verim = (Tkt,1 – Tkt,2) / (Tkt,1 – Tyt)
Örnek olarak, 32 ºC kuru termometre ve 22 ºC yaş termometre sıcaklığındaki (1. durum) hava, kuru soğutucuya girmeden önce adyabatik ön soğutma işlemine tabi tutulur. Böylelikle 24 ºC kuru termometre sıcaklığına düşürülür (2. durum). Psikrometrik diyagramda hava % 80’nin üzerinde bağıl neme ulaşmıştır. Eğer hava % 100 bağıl neme doyurulabilseydi giriş sıcaklığı 22 ºC’ye düşürülebilecekti. Bu durumda örnekteki adyabatik verim:
Adyabatik Verim = (32 – 24) / (32 – 22)=8/10= %80 olarak gerçekleşir.
Doğrudan Su Spreyleme Sistemli Islak-Kuru Soğutucular
Su püskürtme sistemi yıl boyunca yalnız en sıcak günlerindeki belli saatlerde termostat kontrollü olarak devreye girerek ihtiyaç duyulan ek soğutmayı gerçekleştirmek için kullanılmaktadır. Diğer zamanlarda kuru çalışma olacağı için sistemde su tüketimi yoktur. Spreyleme sistemi kuru soğutucuların yanı sıra hava soğutmalı su soğutma gruplarının kondenserlerine de uygulanabilir.
Aralıklı olarak yerleştirilmiş nozüllerden giriş havasına püskürtülen su zerrecikleri giriş havasını neme doyurmakta ve ortam yaş termometre sıcaklığına yaklaştırmaktadır. Spreyleme sisteminde kullanılan suyun sertliği alınmış ve filtrelenmiş olması gerekir; aksi halde eşanjör kanatları üzerinde biriken kireç ve tortu, zamanla eşanjörün kapasitesini düşürecek ve ömrünün kısalmasına neden olacaktır. Bu etkiyi önlemek için bir ağ sistemi üzerine su spreyleme yapılan Ağ Üzeri Su Spreyleme Sistemli Islak- Kuru soğutucular geliştirilmiştir.
Islak-Kuru Soğutucularda aşındırıcı etkiye karşı ek önlem olarak epoksi kaplı lamel kullanılmalıdır. Epoksi kaplama, ortamdaki tuz ve aside karşı oldukça yüksek dayanıma sahiptir. Ünitenin epoksi toz boyalı galvaniz sac ya da ileri korozif ortamlarda paslanmaz çelik olması tercih edilir. Su kulesine kıyasla suyun zararlı etkilerine çok daha az maruz kalmasına karşın, Islak-Kuru Soğutucuların uzun ömürlü olması için bu önlemlerin alınması önemlidir. Aşağıdaki şekilde doğrudan su spreyleme sistemli ıslak-kuru soğutucu verilmiştir.
Giriş havasının neme doyurulabilmesi amacıyla harcanacak su miktarı kullanılan püskürtücüye ve püskürtme basıncına göre değişiklik gösterir. Seçim, ortam havasının bağıl nemine bağlıdır; bağıl nemi % 100’e mümkün olduğunca yaklaştırmak için yeterli miktarda ve kalitede su püskürtüldüğünden emin olunmalıdır. Bu nedenle tamamen buharlaşacak miktardan bir miktar daha fazla su püskürtülür ve artan su ortamda sıvı olarak kalır. Bu önlem, püskürtme sisteminin performansında zamanla oluşabilecek kayıplara karşı da emniyet sağlar. Doğrudan su spreyleme sistemli Islakkuru soğutucularda herhangi bir su haznesi yoktur.
Sisleme (Fogging) Sistemli Islak-Kuru Soğutucular
Doğrudan su spreyleme sistemlerine benzer bu uygulamada yüksek basınçta (70 bar) nozüllerden 35 mikronunun altında püskürtülen su zerrecikleri giriş havasını neme doyurmakta ve ortam yaş termometre sıcaklığına yaklaştırmaktadır. Bu sistemde de spreyleme sisteminde olduğu gibi kullanılan suyun sertliği alınmış ve filtrelenmiş olması gerekir. Sisleme sistemli Islak-kuru soğutucularda herhangi bir su haznesi yoktur. Aşağıdaki şekilde sisleme sistemli ıslak-kuru soğutucu gösterilmiştir.
Ağ Üzeri (Ecomesh) Su Spreyleme Sistemli Islak-Kuru Soğutucular
Ağ üzeri (Ecomesh) su spreyleme sistemi, kuru soğutucuların ön kısmına yerleştirilmiş geniş sık gözlü ağ yapılı malzemenin üzerine belirli mesafelerde bulunan nozullardan aralıklı olarak sistemin ihtiyacı kadar su spreyleme ve spreylenen suyun adyabatik olarak buharlaşması sonucu ısı değiştiricisi yüzeyine temas eden giriş havası sıcaklığının düşürülerek, soğutmada verimin artırılmasını sağlama mantığı ile çalışan sistemdir. Daha önce de açıklandığı üzere su spreyleme, giriş havası akışında adyabatik soğutma etkisi meydana getirir. Belirlenmiş set değerlerinin aşılması ile kontrol sistemi ısı değiştiricisine giren hava sıcaklığını düşürmek için su spreyleme sistemini başlatır. Çok kuru iklim şartlarında su spreyleme sistemi giriş havası için 15 °C ile 20 °C arası değerlere varan adyabatik soğutma sağlayabilir. Nem değerine ve ortam kuru termometre sıcaklığına karşın yapılabilecek soğutma değerleri aşağıdaki şekilde verilmektedir.
Nem değerine ve ortam kuru termometre sıcaklığına karşın yapılabilecek soğutma (°C) (Not: Verilen değerler Ağ (Ecomesh) üreticisi firma tarafından, ürünün zemine yakınlığı ve zemindeki hava sıcaklığının ortam sıcaklığından ortalama 3 °C daha yüksek olduğu kabulü ile hazırlanmıştır.
Su spreyleme sisteminin çalışma süresi ve frekans ayarı, sistem performansının optimizasyonu ve su tüketiminin en aza indirilmesi amacı ile sürekli olarak kontrol cihazı tarafından sağlanır. Su, ısı değiştiricisi yüzeyine doğrudan püskürtülmediği, ağ yüzeyine püskürtüldüğü için lamellerin üzerinde kireç tabakası oluşmaz. Böylelikle ısıl transfer verimliliğinin düşmesi engellenir. Bu sistemde su yumuşatma işlemine ayrıca gerek de kalmamaktadır. Aşağıdaki şekilde Ağ üzeri (ecomesh) su spreyleme sistemli ıslak-kuru soğutucu yapısı görülmektedir.
Kuru- Islak/Kuru Soğutucu seçiminde dikkat edilmesi gereken bir nokta, tasarımın ortam sıcaklığının yüksek olduğu zamanlarda ihtiyaç duyulan soğutma kapasitesini sağlayacak şekilde yapılması gerekliliğidir. Ancak, hava sıcaklığının daha düşük olduğu zamanlarda, istenen kapasitenin elde edilmesi için fanların hepsinin tam devirde çalışması gereksiz ve masraflı olur. Soğutma suyu çıkış sıcaklığı üzerinden kontrol edilen sistemlerde, fanların düşük devirle çalıştırılması veya devreden çıkarılması ile sistem için uygun debide hava tedariki sağlanır. Otomatik kontrol ile birlikte çift devirli fanların, hız kontrol cihazlarının ve elektronik kontrollü EC fanların kullanılması sisteme ek enerji tasarrufu kazandıracaktır.
Tablo 4.9’da Ecomesh kontrol cihazı çalışma prensibi verilmiştir. Örneğin, operatör H=35 °C bir üst ayar sıcaklığı tanımlamış ise, bu sıcaklığın altında spreyleme süresini (1) 30 saniye ve iki spreyleme arası durma süresini (2) 30 saniye ayarlayabilir. Ortam sıcaklığı 35 °C üzerine çıktığı zamanlar da ise spreyleme süresini (3) 60 saniye ve iki spreyleme arası durma süresini (4) 15 saniye ayarlayarak spreyleme yoğunluğunu değiştirebilir. (5) ve (6) no’lu ayarlar ile bağımsız kontrol yaptırma durumu da mevcuttur.
Evaporatif Ön Soğutuculu Kuru Soğutucular
Evaporatif ön soğutuculu kuru soğutucuların çalışmasındaki temel mantık da ortam sıcaklığını yaş termometre sıcaklığına yaklaştırmaktır. Isı değiştiricilerinin ön kısmına yerleştirilen evaporatif peteklerin üzerinden şebeke basıncındaki suyun akıtılarak peteklerin ıslatılması vasıtası ile havanın geçerken evaporatif ön soğutması sağlanır. Ön soğutucuların tasarımları imalatçı firmalara göre farklılık göstermekle birlikte kasetleme malzemesi genellikle paslanmaz çeliktir. Petekler farklı kalınlıklarda imal edilebilirler. Su, ünitenin yukarısında yer alan dağıtım borusundan püskürtülür ve ünitenin altında toplanarak sirküle ettirilir. İlave su ise, taze su kullanılarak sağlanır. Aşağıdaki şekilde evaporatif ön soğutuculu kuru soğutucu şematik olarak verilmektedir.
Ön soğutma performansı hava şartlarına ve ünite verimliğine doğrudan bağlı olmasına karşın, BSRIA (Building Services Research and Information Association) hesapları bize Londra gibi bir yerde enerji tasarrufunun % 10-12 olabileceğini göstermiştir. Evaporatif soğutucu peteklerin uygulanacakları ünitenin giriş havası basınç kaybını yükselteceği ve buna uygun fan ve motor seçimi yapmak gerekliliği unutulmamalıdır. Evaporatif ön soğutucu sistemin en büyük dezavantajı, havadan gelen toz ve kirin peteklerde toplanmasıdır. İyi bir temizlik ve bakım işlemi yapılmadığı sürece lejyonel vb. bakterilerin su haznesinde oluşması engellenemez. Dolayısıyla mutlaka sık periyotlarda bakım gerektirmektedir. Evoparatif soğutuculu sistemlerin işletme maliyetleri son derece düşüktür. Kış aylarında adyabatik ön soğutma gerekmediğinden, petekler kolayca sökülüp depolanabilir.
Hibrid Kuru Soğutucular
Spreyleme sistemli bir diğer ıslak-kuru soğutucu tip “Hibrid Kuru Soğutucu” olarak adlandırılan sistemdir. Temel olarak diğer adyabatik soğutucular ile aynı mantıkta çalışır. Bir su haznesinden sağlanan su doğrudan lameller üzerine verilmekte ve bu şekilde sirküle ettirilmektedir. Bu sistemlerde suyun sertliğinin alınmış olması veya belirli zamanlarda hızla blöf edilmesi gerekir.
Kuru Soğutucularda Standart Kapasite ve Enerji Sınıflandırması
Kuru soğutucularda standart kapasiteler TS EN 1048 (Isı Değiştiriciler-Hava Soğutmalı Sıvı Soğutucular “Kuru Soğutucular” – Performansın Belirlenmesi İçin Deney Metotları) standardına göre hacmen % 34 etilen glikol oranı için tanımlanmaktadır. Ürünlerde enerji verimliliği Eurovent Rating Standard for Condensers and Dry Coolers – RS 7/C/005 – 2012 standardına göre aşağıdaki tabloda verilen değer aralıkları için hesaplanabilir (Tablo 4.16).
Tablo 4.16 Kondenser ve Kuru Soğutucular İçin Enerji Sınıfları (Eurovent RS 7/C/005-2012)
| Sınıf | Enerji Sarfiyatı | Rkondenser, kuru soğutucuKapasite@DT1 15K / Fan gücü |
| A++ | Olağanüstü düşük | R ≥ 240 |
| A+ | Son derece düşük | 160 ≤ R ≤ 240 |
| A | Çok düşük | 110 ≤ R ≤ 160 |
| B | Düşük | 70 ≤ R ≤ 110 |
| C | Orta | 45 ≤ R ≤ 70 |
| D | Yüksek | 30 ≤ R ≤ 45 |
| E | Çok yüksek | R < 30 |
Kaynak: Friterm, Dr.Kadir İsa, Dr. Ayhan Onat
