Klima Genel Özellikleri ve Klimalarda Heat Pump (Isı Pompası) Uygulaması

Klima, havanın nemini, temizliğini ve mekanın ısı gereklerini karşılayacak şekilde hava dağılımının anında kontrolünü sağlamak için işleme tabi tutulması olarak tanımlanır.

Isı kontrolü, soğutma ya da nem giderme şeklinde gerçekleştirilir. Klimanın hava temizleme işlevi havadaki toz, duman bakteri ve kirli gazlar gibi artıkların tamamının ya da bir kısmının giderilmesini kapsar. Havanın hareket ve dağılımının kontrolü ise oda klimalarında havanın basit sirkülasyonu ile, merkezi klima sistemlerinde kanallar vasıtası ile düzenlenebilir.

KLİMA FONKSİYONLARI :

Dış havanın ısı ve nemi mevsimden

sime değişir. Bu nedenle klima iyonlarının da değişmesi gerekir. Klima fonksiyonları aşağıdaki gibi bölümlere ayrılabilir.

- Yıl boyu süren fonksiyonlar : havanın temizlenmesi ve dağıtımı.

- Yaz fonksiyonları : havanın soğutulması ve neminin giderilmesi.

- Kış fonksiyonları : havanın ısıtılması.

Yıl boyu klima sistemi, her üç fonksiyonu da içeren bir sistem olarak tanımlanır.

KLİMA UYGULAMALARI :

Bazen klimanın amacının yalnız insanlara rahatlık sağlamak olduğu sanılır. Böyle olmakla birlikte klima uygulamaları insanlara rahatlık sunmanın oldukça ilerisindedir. Pek çok endüstri dalında havanın bağıl nemi ve sıcaklığı üretim miktarı, ürünün ağırlığı, dayanıklılığı ve görüntü ile yakından ilgilidir. Bazı proseslerde sınırlı toleranslar gereklidir. Kısacası klimanın başlıca iki amacın birine ya da ikisine birden hizmet edebileceğini belirtmek doğru olacaktır. Bunlar:

- İnsanların fiziksel refahlarının gelişimi.

- Endüstriyel proseslerin ve donanım performansının gelişmesidir.

KONFOR BÖLGESİ :

Herhangi bir tesisatın konfor koşullarının belirlenmesi, büyük ölçüde bulunduğu ortamın şartlarına ve bulunma süresine bağlıdır. Bu etkenler belirlendiğinde havalandırma sistemi, bağıl nem ve hava sıcaklığının uygun sınırlar içinde sağlanması için dengelenebilir. İnsan için gerekli bütün koşullan karşılamak için tek bir rahatlık standardı meydana getirilemez, fakat genel fikir vermek amacı ile yaklaşık sınırlar oluşturulabilir. En rahat koşulların seçimine yardım için standart bir konfor grafiğinin tasarlanıp meydana getirdiği deneyler yürütülmektedir.

Bunlar o mekanı işgal eden insanların yaşı, cinsiyeti, sağlığı ve etkinliklerine göre olduğu gibi onların giysilerine ve tesisatın coğrafi yerine göre de değişir.Şekil 1, etkin sıcaklık konfor bölgesinin sınırlarını gösterir. Etkin sıcaklık çizgilerinin tanımlandığı değişik çizgiler insanların büyük çoğunluğunun rahatlık hissedeceği koşulların bileşimini belirterek hakiki konfor eğrilerini temsil ederler. Bu grafikte rahatlığın sıcaklık ve bağıl nem arasındaki bileşimden oluştuğu gözlenebilir. Belli bir etkin sıcaklık eğrisi üzerinde yer alan herhangi iki noktada sıcaklık farklı olduğu halde aynı rahatlık düzeyine sahip olacaktır. Tam tersine, aynı sıcaklık düzeyinde fakat farklı bağıl nem değerlerinde olan iki nokta değişik rahatlık düzeylerine sahip olacaktır. Grafikten belli olacağı gibi sıcaklık ne kadar yüksekse konfor bölgesi sınırlan içinde kalabilmek için o kadar düşük bağıl neme sahip olacaktır. Etkin sıcaklık insan rahatlığının değerlendirildiği tek değişken değildir.

Çok karmaşık bir terim olan insan konforunun değerlendirilmesi için pratik ve uygun ölçüt oluşturmayı sağlayacak bilgiye ulaşmak için dikkate değer deneysel veri toplanmıştır. Terim yanlız ölçülebilen dış fiziksel koşullara değil aynı zamanda çok değişkenli insan tercihlerine de bağlı olduğundan pek çok standardın istatistiki değerleri tesbit edilmiştir.

"HEAT PUMP"lı klima ısının iç alanlardan alınıp dış havaya aktarılması (soğutma), dış havadaki ısının alınıp iç alanlara taşınması (ısıtma-heat pump) kavramı üzerine tasarlanmıştır.Klima sisteminin temel parçaları:

- Bir gövde içine akuple edilmiş motor ve kompresör (rotory veya pistonlu)

- Gazın yoğunlaşmasının meydana geldiği kondenser bataryası

- Kondenser bataryasındaki ısı transferini hızlandıran kondenser fanı

- Soğutucu akışkanın buharlaşmasının oluştuğu evaporatör bataryası

- Evaporatör bataryasındaki ısı transferini hızlandıran evaporatör fanı

- Girişi ile çıkışı arasında soğutucu akışkanda büyük bir basınç düşüşü yaratan küçük çaplı, kılcal boru.

- Isıtma fonksiyonunda gazın akış yönünü değiştiren dört yollu vana.

Soğutma devresi:

Birbirlerine bakır borular ile bağlanan parçalar bir kapalı devre oluşturur.

Atmosfer koşullarında gaz halinde bulunan soğutucu akışkan kompresörde yüksek basınca ulaştırılır, kondensere gelen akışkan bu basınç altında sıvı hale gelir. Kılcal boru da basıncı düşer ve evaporatöre düşük basınçta sıvı halde girer. Soğutucu akışkan evaporatörde ortamdan aldığı ısı ile buharlaşarak kompresöre geçer. Böylece evaporatörün bulunduğu iç ortamdan alınan ısı dış havada bulunan kondenserden dışarıya atılmış olur. ISO R.859, ANSI/ASHRAE 58 ve 16 standartlarına göre soğutmada nominal kapasitelerin belirlendiği ortam sıcaklıkları :

Dış hava kuru termometre sıcaklığı: 35°C

Dış hava yaş termometre sıcaklığı   : 24°C

İç hava kuru termometre sıcklığı     : 26.7°C

İç hava yaş termometre sıcaklığı      : 19.4°C

Bağıl nem         : 51 %

 Isıtma devresi (Heat pump) : İç ortamdan alınan ısının dışarıya atılması yerine, 4 yollu vana vasıtası ile akış yönünü değiştiren akışkan, dış ortamdan aldığı ısıyı iç alanlara aktarır. Böylece iç ortamda bulunan batarya konden-ser dış ortamda bulunan batarya evaporatör görevi yapar. Diğer ısıtma araçlarına göre bu tip ısıtmanın çok sayıda avantajı vardır.

Elde edilen enerji (Watt)

- Dışarıdan gelen ısıdan yararlanıldığından, sadece kompresör ve fanlarda enerji harcandığından, en ekonomik ısıtma yöntemlerinden biri olduğu kanıtlanmıştır. Harcanan elektrik enerjisi ede edilen ısıtma kapasitesinden çok daha azdır.

C.O.P= Elde edilen enerji (Watt)= 2.5-3 (Nominal kapasite şartlarında)

Harcanan enerji (Watt)

- Temiz çalıştırma imkanı, duman ve yakıt artıkları yok.

- İyi filtre edilmiş hava sirkülasyonu.

ISO R-859, ANSI/ASHRAE 58 ve 16 standartlarına göre ısıtmada nominal kapasitelerin belirlendiği ortam sıcaklıkları

Dış hava kuru termometre sıcaklığı: 8°C Dış hava yaş termometre sıcaklığı : 6°C İç hava kuru termometre sıcaklığı: 21°C

Heat pump sisteminin yapısında çok önemli sınırlama vardır.

Şekil 4'de görüldüğü gibi ısıtma kapasite eğrisi +8°C'de % 100 kapasiteyi gösteriyor. Aynı sıcaklıkta C.O.P. değeri ise 2.6 olarak gözükmektedir (C.O.P. değeri kompresörün verimine bağlıdır).

Buna karşılık dış ortam sıcaklığı düştükçe Şekil 4'deki örnekte de görüldüğü gibi binanın ısı ihtiyacı artmakta, buna karşılık ısı pompasının iç ortama transferini yaptığı ısı kapasite verimliliği azalmaktadır. Denge noktasında kapasite % 75'e düşmüştür. Bu noktanın dış ortam sıcaklığı -2°C göstermektedir.

"Heat pump"lı sistemin düşük sıcaklıklarda verimini artırmak ancak ilave ısı kaynakları ile çözümlenebilir. Bir başka yöntemde, sistemin ısı transferini maksimum hale ulaştırması defrost devresi ile mümkün olabilir.

Defrost devresi:

Isıtma konumunda çalışan cihazın dış ortamda bulunan evaporatör bataryasında (-) sıcaklıklarda meydana gelen buz tabakasının eritilme işlemi defrost olarak adlandırılır. Sistem zamana ve batarya sıcaklığına göre farklı uygulama yapar.

I.İşlem : Eğer batarya üzerindeki hissedici (-8°C) duyarsa 30 dakika sonra defrost başlar.

II.İşlem : Eğer hissedici (-4°C) duyarsa 60 dakika sonra defrost başlar.

III.İşlem : Eğer hissedici (-2°C) duyarsa 120 dakika sonra defrost başlar.

Böylece 4 yollu vana sistemi soğutma şeklinde döndürür, fanlar durur, dış ortamda bulunan bataryaya gelen sıcak gaz buzları eritir.

Sistemin ısıtmaya tekrar dönmesi için batarya hissedicisinin (+10°C)'yi hissetmesi veya defrost başlangıcından 10 dakika geçmesi gereklidir.

FİKRİ SAATÇİOĞLU

Makine Mühendisi

1954 İstanbul doğumlu, Fenerbahçe Lisesi 1973 yılı, ODTÜ 1980 yılı mezunudur. 1981 yılından beri Alarko Şirketler Topluluğu'nda çalışmaktadır. Halen kat kliması ürün müdürü görevinde bulunmaktadır.