Header Reklam

Radyant Soğutma

18 Nisan 2018 Dergi: Nisan-2018

Yazan: Rob Waters

Çeviren: Meriç Noyan Karataş

Kaynak: https://www.hpacmag.com



Isıtma teknolojisi uzmanlarının çoğu radyant zemin ısıtma sistemleri ilkelerine ve çalışma şekillerine oldukça aşinadır. Bu sistemler müşteriye rahat, verimli, sağlıklı ve sessiz ısıtma sunduğu kanıtlanmış sistemler olduğu için, çoğu mühendis ve yüklenici firmanın önerdiği ve HVAC’ın kabul görmüş bir parçası haline gelmiştir. Aynı mühendis grubuna veya yüklenici firmalara radyant soğutma sistemlerini sorduğunuzda alacağınız, muhtemelen karmaşa, bilinmeyenin korkusu ve reddedişin karışımı bir cevap olacaktır.

Radyant soğutma, radyant ısıtmadaki avantajların birçoğunun aynısını sunmaktadır; rahat, verimli ve sessiz soğutma sistemleri. Radyant soğutma sistemleri bir süredir Avrupa’da yaygın bir şekilde kullanılmaktadır ve Kuzey Amerika’da da, özellikle Güneybatı ABD’nin kuru iklimlerinde, gitgide popüler olmaya başlamıştır. Uponor’un Kanada Satış Müdürü Jerry Leyte, Kanada’da kurulmuş birçok radyant soğutma sistemi bulunduğunu belirtiyor. Leyte: “Toronto Bölgesi okul yönetim kurulu ve Manitoba Hydro Place ofis binalarında son derece iyi çalışmakta olan radyant soğutma sistemlerinin yanı sıra, Calgary ve Winnipeg Havalimanlarında kurulmuş olan sistemler bulunmaktadır.” diye belirtiyor Leyte. “Çoğu radyant soğutma uygulaması havalimanları, ofisler, okullar ve müzeler gibi geniş halka açık alanlarda kullanılan ticari uygulamalardır. Konut uygulamaları çok yaygın değildir, fakat çok dikkatli bir şekilde kontrol edilirse kurulabilmektedir” diye de ekliyor.

Radyant soğutma radyant ısıtma ile tersten fakat aynı ilkeleri benimsemektedir. Mahalde bulunan ısıl yükler ile soğuk zemin veya tavan arasında ısıl enerji geçişinin radyant ısı transferi yoluyla gerçekleşmesidir. Nesnelerden, insanlardan, ekipmanlardan ve lambalardan ışıyan enerji soğuk yüzey tarafından soğurulur. Isıtma modunda ise tam tersi olarak radyant panelden ısı nesnelere ve insanlara doğru ışımaktadır. Tüm yıl boyunca en yüksek konforu ve verimliliği sunan, hem ısıtma hem soğutma sağlayan radyant panellere sahip olmak mümkündür.

“Soğuk döşeme” ve “radyant panel” olmak üzere iki yaygın radyant soğutma sistemi tipi mevcuttur. Soğuk döşemeler bina içine kolay entegre olma, düşük kurulum maliyeti ve yüksek termal kütle gibi faydalar sunmaktadır. Çoğunlukla Termal Aktif Bina Sistemleri (TABS) olarak bilinen bu geniş termal kütle, kütlenin elektriğin yoğun kullanılmadığı saatlerde ‘şarj edilebildiği’ bazı uygulamalar için avantajlı olabilmektedir. Radyant döşemeler, yılın farklı zamanlarında kullanılabilmesi adına iki farklı mahale hizmet edecek şekilde konumlandırılırken, yılın farklı dönemlerinde üst kattaki mahali ısıtırken alt kattaki mahali soğutabilirler.

Radyant soğuk döşemeleri, hidronik radyant zemin sistemlerinde kullanılan tasarım ve boyutlandırma prensiplerinin bir benzerini kullanırlar (ısıtmada kullanılan PEX boruların, manifoldların ve pompaların aynı tiplerini kullanır). 55-58 F sıcaklığındaki su; zemine veya tavana gömülü borular içerisinde devirdaim yaptırılır. Radyant soğuk döşemeler, normal şartlarda radyant ısıtma için gerekli olan 9-12 inçten biraz daha dar olan 6-9 inçlik borulama boşluğuna ihtiyaç duymaktadır. Radyant soğutma genllikle tavana monte edilmiş ama ayrıca duvarlara da monte edilebilen özel paneller vasıtası ile de yapılabilir. Paneller, konumlandırılmaları ve asma tavanlara, aydınlatmalara ve diğer elektrik sistemlerine entegre edilme şekillerine bağlı olarak kurulum esnekliği sağlarlar. Panellerin termal kütlelerinin daha düşük olması değişen yüklere çok hızlı bir şekilde cevap vermelerine yardımcı olmaktadır. Radyant soğutma panelleri, plenum alan ihtiyacı fanlı ısıtıcılara veya VAV sistemlerine göre daha az olduğu için eski binaların tavanlarına kolaylıkla monte edilebilirler.  

Döşeme ile yapılan radyant soğutma zeminden veya tavandan bir mahale uygulanabilir. Radyant ısıtma sistemleri genellikle zeminde olduğundan, en bariz ve kolay yöntem, soğuk suyun devirdaim yapılması için ısıtma için kullanılan borulama sisteminin kullanılmasıdır. Bu bazı durumlar için mantıklı olsa da, soğutmayı tavandan yapmanın da birçok avantajı bulunmaktadır. Tavanı altındaki odaya maruz bırakmak daha kolaydır, çünkü kullanıcılara ve nesnelere daha iyi bir ışıma yüzeyi oluşturmaktadır. Zeminlerin genelde kaplamaları ve üzerlerinde mobilyalar olması sebebiyle, zeminden gelen radyant soğutma etkisi azalabilmektedir. Tavan ayrıca yükselen sıcak havayla temas ederek taşınım yolu ile daha yüksek miktarda ısı transferinin gerçekleşmesini sağlar ve bu sayede daha iyi soğutma etkisi yaratır. Zemin soğutması, Güneş ışığının direkt olarak zemine vurduğu ve Güneş ışığından ısı kazanımının yüksek olduğu durumlarda daha mantıklıdır çünkü serin bir zemin bu tip Güneş ışığı kaynaklı yükleri tavana göre daha kolay uzaklaştırır.

 

 tipik radyant soğutma sistemleri

Tipik radyant soğutma tesisatı yöntemleri

Radyant soğutma sistemleri ile ilgili en yaygın sorulan sorulardan birisi şudur; “Havadaki nemle ve döşeme üzerindeki yoğuşma potansiyeli ile nasıl başa çıkıyorsunuz?” Bu, muhtemelen su hasarı, küf ve güvenlik endişeleri taşıyan mühendisler için en sıkıntılı ve belirsiz konudur. Oldukça kritik bir tasarım sorunu olmakla beraber iyi bir tasarım ve kontrol ile üstesinden kolaylıkla gelinebilir.  

Radyant soğutma sistemleri mahal içerisindeki gizli ısıyı uzaklaştırmazlar. Bu yüzden mahaldeki gizli nem yükünü giderme görevi bünyesindeki ayrı bir hava işleme sistemi tarafından yapılması gerekmektedir. Bu hava işleme sistemine aynı zamanda havalandırma ve hava kalite kontrolü sağlamak için de gereksinim duyulur. Havanın çiğ noktasının döşeme veya panel yüzey sıcaklığından daha düşük olmaması için, radyant soğutma sisteminde nem seviyesinin kontrolü her zaman dikkatli bir şekilde sağlanmalıdır. 

Kontrol elemanları çoğunlukla döşemeye içerisine gömülü çoklu sensörler ve mahal içerisindeki nem sensörlerinden oluşmaktadır. Yoguşma problemleri hem nem seviyesinin hem de döşeme sıcaklığının sürekli olarak izlenip kontrol edilmesiyle önlenebilmektedir. Takip edilmesi önem arz eden tasarım kriterleri ise zemin yüzeyi sıcaklığının 66F’dan daha az olmaması ve oda set sıcaklıklarının 76 F ve 78 F arasında bir seviyede tutulmasıdır. Radyant soğutma sisteminin soğutma kapasitesi yaklaşık12-15 btu/h/ft2 ile sınırlıdır.

Hava işleme sistemi soğutma yükünün dengelenmesini sağlamak zorundadır. Radyant soğutma güneşten gelen ışınların direkt olarak zemine vurduğu alanlarda kullanıldığında, soğutma kapasitesi büyük oranda artış göstererek 25-32 Btu/h/ft2’lara ulaşabilmektedir. Bu da dış cephesi camdan oluşan binalarda zemindeki radyant soğutmayı oldukça verimli hale getirmektedir. Radyant soğutmalı döşeme duyulur ısı yükünü uzaklaştıracağı için, hava işleme sisteminin boyutu geleneksel bir soğutma sistemine kıyasla büyük ölçüde azaltılabilmektedir. Daha küçük fanlar, kanal ve dağıtım sistemleri büyük ölçüde kurulum tasarrufu ve aynı zamanda düşük elektrik maliyeti sağlamaktadır. Daha küçük plenumlar bazen bina yüksekliğinden tasarruf sağlamakta ve bu da mimarları mutlu etmektedir.

 

Enerji kullanımı kıyaslaması; geleneksel radyanta karşı. (Courtesy Lawrence Berkeley National Laboratory).

Other Loads: Diğer Yükler
Fan and motor : Fan ve motor
Loads from lights: Işıklardan gelen yükler
Air transport load: Hava transfer yükü
Pumps: pompalar
Conventional HVAC system: Geleneksel HVAC sistemi
Radiant Cooling HVAC system: Radyant Soğutma HVAC sistemi
Chiller: Chiller
Peak Power: Maksimum güç
Sensible Load – Cooling : Duyulur ısı yükü – Soğutma

  •        LBNL tarafından modellenmiş tipik ofis binası
  •        Radyant soğutma sisteminin kullanımı daha küçük HVAC fan boyutlarının kullanılabilmesini mümkün kılar
  •        %42,3 Enerji tasarrufu
  •        Radyant soğutma toplam enerjide %30 tasarruf sağlarken, talepte %27 oranında tasarruf sağlar
  •        Enerji tasarrufu soğuk ve nemli iklimlerde %17 iken, sıcak ve kuru iklimlerde %42’dir.

Radyant soğutma sistemlerinin sunduğu en büyük avantaj geleneksel soğutma sistemlerine kıyasla daha az enerji tüketme potansiyelidir. Kaliforniya eyaletindeki Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarında yapılan bir araştırma radyant soğutmanın iklime bağlı olarak ciddi ölçüde enerji tasarrufu sağladığını göstermiştir. Bu araştırma Amerika’da ortalama olarak tasarrufların geleneksel sistemlere kıyasla %30 civarında olduğunu göstermiştir. Soğuk ve nemli bölgeler %17 tasarruf sağlarken, sıcak ve kurak bölgeler %42 tasarruf sağlayabilmektedir.

Radyant soğutma sistemlerinin enerji tüketiminin daha az olmasının birçok sebebi vardır ve bunlar çoğunlukla su kullanımının faydaları ve ışıma yoluyla ısı transferinin benzersiz yapısı ile bağlantılıdır.  Su basmak hava üflemekten çok daha kolay bir görevdir; aynı miktardaki Btu’nun uzaklaştırılması için bir pompa’nın elektrik tüketimi bir fandan çok daha azdır. Aynı zamanda radyant soğutma sistemindeki hava işleme komponentleri geleneksel soğutma sistemlerindekinden çok daha küçüktür ve bu da daha düşük enerji tüketimi sağlamaktadır.

Radyant soğutma sistemindeki geniş soğuk yüzey vücudumuzdaki ısıyı uzaklaştırmak için bir ısı giderici görevi görür. Isının büyük bir kısmının ışıma yoluyla uzaklaşması sebebiyle, konveksiyon yolu ile taşınacak ısı miktarında azalma olur. Bu da insanların daha yüksek set hava sıcaklıklarında rahat etmesini sağlamaktadır. Tabii ki bu da enerji tasarruflarını ve daha fazla konforu beraberinde getirmektedir. Enerji tasarrufu için diğer bir ihtimal de yüksek kütleli sistemlerin radyant soğutmayı elektriğin daha ucuz olduğu gece saatlerine kaydırabilme yeteneğidir. Genellikle, radyant ısıtma ve soğutma sistemi ısıtma modu için bir yoğuşmalı kazan, soğutma modu içinse bir çiller kullanaktadır. Çift yönlü valfi olan sudan suya jeotermal ısı pompası, radyant ısıtma ve soğutma ile doğal bir sinerji sunmaktadır ve bu cihaz kışın sıcak su sağlarken yazın da soğuk su sağlayabilmektedir. Jeotermal sistemler düşük ısıtma suyu ve orta dereceli soğutma suyu sıcaklıkları sağladığında en verimli şekilde çalışmaktadır. Bu da tam olarak yüksek kütleli bir radyant ısıtma ve soğutma sisteminde gerekli olan çalışma aralığıdır, bu yüzden jeotermal ünite neredeyse tüm yıl boyunca maksimum performansına (COP) yakın çalışacaktır.

İç ortam konfor seviyesi radyant soğutma sistemlerinin diğer bir önemli avantajıdır. Geniş soğuk yüzey hafif bir serinlikle oldukça rahat, sabit oda iklimi yaratarak vücutlarımızdaki ısıyı çekmektedir. Cebri hava debisi hacmi geleneksel hava soğutma sistemlerine kıyasla önemli ölçüde azaltılmıştır. Bu da cereyan potansiyelini ve aynı zamanda toz ve diğer alerjenlerin etrafa yayılmasını azaltmaktadır. Radyant soğutma sistemleri fanlardan ve havalandırmalardan gelen sesin büyük ölçüde azaltılması sayesinde oldukça sessiz çalışmaktadır.

Peki radyant soğutma meskun binalarda kullanılabilir mi? Leyte’ye göre “Bunu yapmak mümkündür ama kesinlikle daha fazla zorlukları ve daha yüksek riski vardır. Kapıların ve camların açık bırakılma ihtimali düşünüldüğünde, nem kontrolü çok zor hale gelebilir.”. Meskun binalar için diğer bir kısıt da radyant soğutmada halı ve ped kullanımının tavsiye edilmemesidir. Bu sebeplerden ötürü, Kanada’da meskun bina radyant soğutma sistemleri için çok kısıtlı bir piyasa vardır ve Leyte’ye göre bunun başlıca sebebi “zorluğa göğüs germeye hazır yaratıcı müşterilerdir.” Soğutmanın büyük bir kısmı gizli değil duyulur ısıyı uzaklaştırdığından, sıcak ve kuru iklimlerin radyant soğutma için en büyük avantaj sağladığı Güneybatı Amerika gibi yerler bulunmaktadır. Bu bölgelerde, meskun bina radyant soğutması çok verimli bir şekilde çalışabilmektedir.

Meskun bina radyant soğutma piyasası Kanada’da gelişmese de, ticari piyasa büyük umut vaad etmektedir. Binalarda enerji tüketimini düşürmeye zorlayan yönetmelikler ve yükselen yeni yeşil bina teknolojileri trendi ile, radyant ısıtma ve soğutma sistemleri birçok bina için popülerliğini arttırmaya devam edecektir. Yüksek verimlilik, yüksek konfor seviyesi, sessiz ve sağlıklı çalışma ve bina entegrasyonu gibi avantajlarla, radyant ısıtma ve soğutma sistemleriyle ilgili sevilecek çok yön bulunmaktadır.