Fark Basıncını Göz Önünde Bulundurun

Çeviri: Meriç Noyan Karataş

Stephan Eder, Hoval’in Business Unit Climate Technology Direktörü; plakalı ısı eşanjörlerinde fark basıncın ve fan dizilişlerine dikkat etmenin önemini açıklıyor.

Havalandırma sistemlerinin besleme ve emiş taraflarında; bu kısımlardaki kurulu komponentlere ve fanların dizilişlerine bağlı olarak, farklı basınç değerleri görülmektedir. Bu durum özellikle; sadece ince bir plaka ile birbirinden ayrılan iki hava akışının etkilediği ve iki farklı basıncın bir lokasyonda yer değiştirdiği plakalı ısı eşanjörlerinde çok daha belirgindir. Bu iki basınç arasındaki fark, fark basıncı olarak adlandırılır ve ortaya çıkan yüzey kuvvetinin sonucu olarak plakayı deforme ederek olası bir sızıntıya neden olabilir. Bu da, plakalı eşanjördeki plaka aralıklarının değişmesine ve dolayısıyla da basınç kaybının değişmesine neden olur. Dolayısıyla, ilgili plaka tipi ısı değiştiricisi için fark basıncı, havalandırma sisteminin planlanması ve sorunsuz işletilmesi için sınırlanmalıdır.

Detaylı Olarak Fark Basıncı 

Bir plakalı eşanjördeki fark basınç fan dizilişine ve kurulu komponentlere oldukça bağlıdır. Bu durum tipik bir havalandırma sisteminin olası değişkenleri ile en iyi şekilde anlatılabilir (Şekil 1). Isı eşanjörü olarak, fark basıncı açısından en kompleks olan çapraz-akışlı ısı eşanjörü (140 Pa) seçilmiştir. Havalandırma sistemindeki kurulu olan diğer komponentler ve onların basınç kayıpları 2018 için “normal”dir. Temiz hava fanı için A ve B pozisyonları, emiş fanı için ise C ve D pozisyonları mümkündür (1 = içeriden atılan hava EXT; 2 = besleme havası SUP)
 

Şekil 1 : Bir havalandırma sisteminin değişkenleri

Weather : hava
Guard: siper
Grille : kafes
Filter : Filtre
Cable : Kablo
Heating/cooling : Isıtma / soğutma
Coil Cable : serpantin kablosu
Olası dört varyant için ortaya çıkan basınçlar Tablo 1’de özetlenmiştir.
 

Tablo 1. Çapraz akış plakalı ısı eşanjör basınçları

Fresh Air Fan OUT : Taze Hava Fanı (OUT)
Extract Air Fan (EXT) : Emiş Havası Fanı (EXT)
Variant : Varyant
Leakage : Sızıntı Yönü
Sucks : emiş
Pushes : itiş

Sonuçları tartışmadan önce, çapraz akış kollektöründeki fark basıncının sabit olmadığını, kendi basınç kaybı sebebiyle akış ile değiştiğini fark etmek önemlidir. Özellikle Almanya'da yaygın olarak kullanılan bir varyant olan Şekil 2 buna bir örnek olarak gösterilebilir:
 

Şekil 2. Lokal fark basıncı

Aşağıdaki noktalar önemlidir:

• Fark basıncı, emiş havasındaki basıncın p1'in besleme havasındaki basınçtan p2'den çıkarılmasıyla elde edilir. Bu ayrıca plakalı eşanjördeki olası sızıntılar için önemli olan basınç gradyanını da tanımlar:

Negatif fark basıncı → Besleme havasına kaçak → İstenmeyen
Pozitif fark basıncı → Emiş havasına kaçak → kabul edilebilir
Dikkat: Pozitif basınç ile negatif basınç toplanır.

• Köşe noktalarındaki belirtilen basınç farkları, pozisyona bağlı olarak değerlerin ne kadar net bir şekilde farklılaştığını göstermektedir. Şimdi soru şu ki, tanım için hangi değerin kullanıldığıdır. Mantıklı (ve yaygın olan) olan, değişim merkezine yerleştirilen ortalama değerdir. 
• Ekstrem değerler için, bir fanın kapatıldığında hangi fark basınçlarının oluştuğunu kontrol edin (örneğin, başlatma modunda). 
• Çapraz akışlı ısı değiştirici için geçerli olan bu ifadeler, ters akışlı ısı eşanjörü için de geçerlidir.

Aşağıdakiler Tablo 1’deki farklı fan dizilişleri’ne bağlı olarak yorumlanmalıdır:

a. Bu varyant en yaygın olarak kullanılandır. Alan tasarrufu sağlar ve karışık hava metoduyla çalışmaya izin verir. Nominal hava akış debileri fan çıkışlarına karşılık gelir. Dezavantajı, besleme havasına doğru basınç düşüşüdür; sızıntı durumunda, emiş havası besleme havasına aktarılır. Bu nedenle, "dar" plakalı bir ısı eşanjörü, olası bir sızıntıyı düşük seviyede tutmak için bir ön koşuldur. Fark basıncı (p2M - p1M) -330 Pa'da orta düzeydedir.

b. Bu varyantta, fark basıncı en yüksek değerdedir : 930 Pa, ancak basınç düşüşü emiş havasına doğrudur. Fanların birbirinin üstünde yerleştirilmesi – ( a) varyantındaki gibi) alan tasarrufu sağlar.

c. Bu varyant oldukça alışılmadıktır. Tüm fanlar havayı ısı değiştirici yönünde ittiğinden, basınç düşüşü net bir şekilde tanımlanmaz; bu durumda, kurulu komponentlerin basınç kayıplarına bakılır. 

d. Bu varyant, fark basıncı açısından en iyi çözümdür (yalnızca 160 Pa). Basınç düşüşü aynı zamanda emiş havasına karşı avantajlıdır. Dezavantajı, fanların ısı değiştiricinin akışönünde ve akışarkasında düzenlenmesinden dolayı büyük alan gereksinimidir.

Daha önce birkaç kez belirtildiği gibi, sızıntı durumunda fark basıncı sızıntı miktarı ve yönü üzerinde belirleyici bir etkiye sahiptir. Ayrıca plaka aralığını ve dolayısıyla basınç kaybını da etkiler.

Fark basıncı sebebiyle plakaların deformasyonu

Havalandırma teknolojisinde plakalı ısı eşanjörleri genellikle sadece 0,05-0,15 mm kalınlığında ince alüminyum plakalardan yapılırlar. Üreticiye özgü spesifik profilleme belli bir dayanıklılık sağlar, ancak bu, plakaların daha yüksek fark basınçlarında deforme olmasını engelleyemez (Şekil 3).

Şekil 3: Plaka deformasyonunun şematik gösterimi.

Şekil 3, plakalı ısı eşanjörlerinde emiş havası 1 ve temiz hava 2 akışını göstermektedir. Temiz havadan emiş havasına doğru bir fark basıncı vardır, bu da plakaları, ara pulları (örneğin, tutaçlar, aralık çubukları) arasında Δh kadar sıkıştırır. Bu, emiş havasının kesitini azaltır ve basınç kaybını artırır. Aynı zamanda, temiz hava üzerindeki kesit artar; basınç kaybı azalır. Çok basitleştirilmiş bir şekilde, aksi durumda sabit koşullar altında (hacim akışı, sıcaklık vb.) deformasyonun basınç kaybı üzerindeki etkisi şu şekilde temsil edilebilir:
 

 
Nominal Pressure Loss : Nominal Basınç Kaybı

Pressure Loss at differantial Pressure : Fark basıncındaki basınç kaybı
Coefficient of resistance : Direnç katsayısı
Volumetric Flow : Akış debisi
Cross sectional area : Kesit alanı
Plate Spacing : Palaka aralığı
Deformation : Deformasyon
Speed: Hız
Example : Örnek

Yukarıdaki örnek, plakaların deforme olduğunda her iki hava akımının toplam basınç kaybının hafifçe arttığını göstermektedir. EU 1253-2014'e göre, bu nedenle SFP değeri kontrol edilmelidir. 

Şekil 3 ve formüller, belirli bir fark basıncında basınç kaybındaki değişimin, yani en sondaki plaka aralığının, bağıl deformasyona Δ h/h'ye bağlı olduğunu göstermektedir. Plaka aralığı ne kadar düşerse, deformasyon basınç kaybını o kadar etkiler. Bu içgörü, küçük plaka aralıklarının gerektiği yüksek performanslı uygulamalar için önemlidir. Özellikle ters akışlı ısı eşanjörleri, daha yüksek dayanımlı plakalar kullanmalıdır. 

Önceki düşünceler, plakaların elastik olarak deforme olduğunu, yani plaka aralığındaki değişimin fark basınçla artıp azaldığını varsayar. Bu varsayım, bir yayla karşılaştırılabilir. Ancak, yüksek fark basınçta deformasyon çok büyük olduğunda ve plastik deformasyon meydana geldiğinde bu durum farklılık gösterir. Yani bu durumda fark basınç azalsa bile (veya fanlar kapatılırsa), deformasyon hala aynı şekilde kalır. Bu durumda ısı eşanjörü arızalıdır; sızıntılar meydana gelebilir ve öngörülemeyen teknik değerler ortaya çıkabilir. 

Belli bir ısı eşanjörü için izin verilen fark basıncını belirlemek için üreticinin, iki kriteri göz önünde bulundurması gereklidir: 

• Kabul edilebilir sınır değer içinde, plastik deformasyonların meydana gelmesine izin verilmez; bir güvenlik marjı gerekir. Bu kriter için referans değer maksimum fark basıncıdır ve yaygın kullanımda olduğundan farklı olarak ortalama değildir! (bkz. Şekil 2) 
• Elastik deformasyon için, fark basıncından kaynaklanan basınç kaybındaki artışı tahmin etmek veya ölçmek gerekir. Kullanıcı daha sonra uygun belgeleri kullanarak (Diyagram 1) uygulamayı nasıl yapacağına karar verebilir. Ancak, fark basıncı sonucu basınç düşüşünde %40'tan fazla artıştan kaçınılmalıdır.

Diyagram 1. Basınç kaybı ile palaka aralığı arasındaki bağıntı

Plate spacing (mm) : Plaka aralığı
Fark basınçtaki basınç kaybı artışı (%)

ÖZET

Bir havalandırma sisteminin plaka tipi ısı geri kazanım ünitesindeki iki hava akımı arasındaki fark basınç değerleri, kaçınılmazdır. Ancak, fanların dizilişine dikkat edilerek, fark basınç değerleri makul sınırlar içinde tutulabilir. Isı geri kazanımının planlanması ve uygulanması, fark basıncın etkileriyle ilgilenen kaynak belgeler gerektirir. Tablo 1'deki değerlerin nispeten "yüksek performanslı uygulamalar" olduğunu ve bu nedenle bazı sistemlerde önemli ölçüde daha yüksek olabileceğini düşünürsek, izin verilen fark basınçlar en az 1500 Pa veya daha iyisi 2000 Pa olmalıdır. Bu, planlama ve uygulama değişiklikleri için istenen güvenlik toleransını sağlamalıdır.