http://www.aldag.com.tr/ 

 

PSIKROMETRİK DİYAGRAM ÜZERİNDE YAZ VE KIS PROSESLERİNİN HAZIRLANMASI

05 Nis 1999

Giriş

Isıtma, soğutma, havalandırma ve ik-limlendirme konularında ana hedef insanlara daha iyi, daha rahat, huzurlu, sağlıklı ve emniyetli bir yaşam sağlamaktır. Bunun için ortam havasının uygun şartlarda olması gerekmektedir. Bu şartlar; sıcaklık, nem, oksijen miktarının ayarlanması, içerde bulunan toz.duman, koku gibi zararlı maddelerin ortamdan uzaklaştırılması ve ortam havasının tüm hacimden homojen olarak dağıtılmasıdır. Bu amaçla uygulanan işlemlere "Havanın Şartlandırılması" denilmektedir. Bu şartlandırma işlemi bir klima sistemi içerisinde gerçekleştirilmektedir.

İklimlendirme işleminin temelinde hava esas unsuru teşkil eder. Bu da hava unsurunu çok iyi tanımamızı ve fiziksel  özelliklerini   iyi   kavramamızı gerektirir.

Bunun için, havanın iklimlendirme amacıyla kullanılmasına özgü değişik konum ve işlemleri irdelemede kolaylık sağlamak üzere geliştirilmiş olan Psikrometrik diyagramdan yararlanılır. Öncelikle; psikrometri nedir, psikrometrik diyagram nedir, proses nedir, yaz ve kış prosesleri nasıl hazırlanır konularını açıkladıktan sonra konuyu bir örnekle irdeleyelim.

Psikrometri Nedir?

Havanın özelliklerini inceleyen bilim dalıdır. Psikrometriye konu olan nemli hava olarak tanımladığımız, atmosfer havası; ısıtma, havalandırma ve klima işlerinde termodinamik bir çalışma malzemesi olarak kullanılır. Klima sistem tasarımcısı, istenilen ortamın özelliklerine uygun olarak, atmosferik hava ile barındırdığı su buharının özelliklerini göz önünde bulundurmak zorundadır. Bir sistemin tam olarak çalışabilmesi için tasarımcının proje içerisinde değişen havanın özelliklerini de tam olarak bilmesi gerekir. Bunu da deneysel tablolar ya da ampirik denklemler vasıtasıyla sağlayabilir.

Psikrometrik işlemlerde, hava sıcaklıkları, nem miktarı ve nem oranı diğer işleri yapabilmemizde başlangıç oluşturur.

Psikrometrik Diyagram Nedir?

Çalışma kolaylığı açısından nemli havanın termodinamik özellikleri grafiksel ortama aktarılmıştır. Bu grafiksel ortama "Psikrometrik diyagram" denir. Psikrometrik diyagram sayesinde klima ve havalandırma mühendisliğinde, sistem tasarımı sırasında karşılaşılan sorunlara çare bulmak, çeşitli çözüm yolları hakkında fikir edim mümkündür.

Psikrometrik diyagram ilk defa 1923 yılında Molier tarafından oluşturulmuştur. Molier, diyagramı oluştururken kuru termometre sıcaklıklarını apsise, nem miktarlarını ise ordinata yerleştirmiştir. Bu tasarımı sayesinde diyagramın sınırlan içinde kalan herhangi bir noktanın termodinamik özelliklerini öğrenmek mümkündür. Psikrometrik diyagram üzerindeki parabolik eğriler izafi nem eğrileridir. Basit olarak havanın tuttuğu nem miktarlarının yüzde olarak ifadesidir.

Proses Nedir?

Olanın şartlandırılması sırasındaki mlerin tümüne proses, diyagram üzerinde çizim yolu ile gösterilmesine ise proses çizimi denir. Psikrometrik işlemlerin kesinliği ve görselliği düşünülecek olursa psikrometrik diyagram üzerinde çalışmanın önemi daha iyi anlaşılmış olur.

Proses, mevsimin ve şartlandırılacak ortamın özelliklerine göre farklılık gösterir. Basit gibi görünse de diyagram üzerinde çizimi karmaşık ve karmaşıklığı ölçüsünde dikkat gerektiren bir iştir. Aşağıda, en çok kullanılan proses çizim yöntemleri hakkında bilgi verilmiştir.

Psikrometrik diyagram üzerinde proses hazırlanması:

Yaz Prosesinin Hazırlanması

çelikle hesabı yapılan şehrin dış nava dizayn değerleri bilinmelidir. Dış havanın özelliklerini belirten nokta, diyagram üzerinde kuru ve yaş termometre ifadelerinden yararlanarak işaretlenir. Psikrometrik diyagramın alt kısmında bulunan kuru termometre sıcaklıkları ile doyma eğrisi üzerindeki yaş termometre sıcaklıkları kesiştirilerek istenen özellikteki hava noktasal olarak işaretlenir. Bu noktanın diğer özellikleri de böylece diyagram üzerinde belirlenmiş olur. Iklimlendi-rilecek ortamın özelliklerinin diyagram üzerinde tayininde, dış hava değerlerinde yapılan işlemler tekrar edilir.

Dış hava (Nokta 1) ve İç hava (Nokta 2) değerlerini temsil eder. Bu değerler diyagram üzerinde işetlendikten sonra noktalar bir doğru ile birleştirilir.

 

Karışım havası (Nokta 3) bu doğru üzerinde olmak zorundadır. Karışım havası doğru üzerindeki konumu iç ve dış havanın karışım oranına bağlı olarak değişir. Karışım havası 2 noktasına yakın ise sistemde dolaşan taze hava miktarı sistemde dolaşan iç ortamdan alman hava miktarından daha azdır. Eğer 1 noktasına daha yakın ise sistemde dolaşan taze hava miktarı daha fazladır.

Karışım havası sıcaklığı; denklemi ile ifade edilir. Mj: Dış hava debisi, Mj iç hava debisi, Mt Toplam hava debisi t, Dış hava sıcaklığı, t2 iç hava sıcaklığıdır. Karışım  havası  bulunduktan   sonra, Duyulur Isı Oranının (DIO) bulunması gerekir. Duyulur Isı Oranı; oda duyulur ısısının oda toplam ısısına oranlanması ile bulunur. DIO l'den büyük olamaz.  Yaklaşık olarak duyulur ısı oranı (DIO) aşağıdaki formül ile bulunur

Dİ (ODA DUYULUR İSISI): Ortamın kuru termometre sıcaklığını doğrudan etkileyen bir ısı olup, ortamdan alınması işlemine soğutma denir. Yukarıdaki formülde görüldüğü gibi yüksek olması durumundna DIO doğrusunun eğiminin sıfıra yaklaşması demektir. Klasik proses uygulamalarında DlO'nın 0.7 ve 1 arasında kalması istenir.

Gl (ODA GİZLİ İSISI): Ortam havasın-daki nem miktarının artmasıyla kendini gösteren ısıdır. Diyagramın üzerinde sabit kuru termometre sıcaklığında, nem miktarının arttırılması halinde belirgin şekilde görülebilir. Gl kuru termometre sıcaklığını etkilemez. Fakat (Qt) toplam soğutma yükünü değiştirir. Gl'nın fazla olması konfor kliması uygulamalarında istenmeyen bir durumdur.

Duyulur Isı Oranı bulunduktan sonra, Nokta 2'den % 100 doyma eğrisine, diyagramda standart olarak bulunan DIO cetveli yardımıyla aynı eğime sahip doğru çizilir.

Bu doğrunun doyma eğrisini kestiği nokta cihaz çiğ noktasıdır. Bu da (Nokta 4) ile gösterilir. Bu nokta aynı zamanda serpantin yüzey sıcaklığını ifade eder. Daha sonra (Nokta 3)'den cihaz çiğ noktasına bir doğru çizilir. (Nokta 2)'den çizilen oda duyulur ısı oranının bu doğruyu kestiği nokta havanın cihazdan çıkış şartlarını (Nokta 5)'i verir. Bu aynı zamanda odaya havanın üfleme sıcaklığını da temsil eder.

Bu diyagramda; t|:   Dış hava sıcaklığı t2:   iç hava sıcaklığı t3:   Karışım havası sıcaklığı

(soğutucu bataryaya giriş

sıcaklığı) t4:   Serpantin yüzey sıcaklığı.

(Çiğ nokta sıcaklığı) t5:   Üfleme sıcaklığı (soğutucu

batarya çıkış sıcaklığı)'nı

göstermektedir. Soğutucu batarya kapasitesi (Qs) Qs=Vt.p.(h,-h5)  denklemi   ile  ifade edilir.

Bu denklemde; Qs:   Soğutucu batarya kapasitesi

(kcal/h) Vt:    Toplam hava debisi (mVh) p:      Havanın yoğunluğu (1.2 kg/m') h3:    Soğutucu batarya giriş entalpisi

(kcal/kg) h5:    Soğutucu batarya çıkış entalpisi

(kcal/kg)'dir. Özellikle gizli ısının söz konusu olduğu yaz klimasında soğutucu yükü hesabı entalpi farkı esasına göre yapılır. Yaz prosesi konfor klimasında tavsiye edilen oda sıcaklığı ile üfleme sıcaklığı arasındaki fark 6 ile 10 °C değerleri arasında olmalıdır.

Kış Prosesinin Hazırlanması

Kış proses çizimine, yaz prosesinde anlatıldığı gibi, iç ve dış hava değerlerinin belirlenmesi ile başlanır. Sisteme dışarıdan alınacak taze hava miktarı ve dolaşması planlanan sevk havası miktarından yararlanarak karışım havasının özellikleri bulunur. Karışım havasından, yaş termometre sıcaklığı sabit kalmak şartı ile % 100 doyma eğrisine çizilen doğru, iç havanın nem şartlarına ulaşmadan doyma eğrisini kesiyor ise sisteme ön ısıtıcı konulmalıdır.

Ön ısıtıcının diyagram üzerinde gösterilişi nem miktarı sabit kalmak şartı ile karışım havasından başlayarak çizilen doğrudur. Doğrunun bitim noktasında hava ön ısıtıcısından çıkıp nemlendirici hücresine girer. Nemlendirici hücresinde, sabit yaş termometre ve entalpi koşullarında nem miktarı ve izafi nemi artan hava, artık ikinci ısıtıcıya girmeye hazırdır. Nemlendirici hücresinden çıkan havanın, ortamın nem miktarına nemlendiril-mesi gerekir, ikinci ısıtıcıya giren hava önceden hesaplanan üfleme sıcaklığına kadar ısıtılarak, kliması yapılan mahale yollanır. İşlemin diyagram üzerinde gösterimi sabit nem koşullarında nemlendirici çıkışından üfleme sıcaklığına kadar çizilen yatay bir doğru şeklindedir.

Kış prosesinde ön ısıtıcı konulması gerekiyor ise proses çizimi 6 noktalıdır. Bu noktalar; I. Nokta Dış hava, 2. Nokta iç hava, 3. Nokta Karışım havası, 4. Nokta Ön ısıtıcıdan çıkış, 5. Nokta Nemlendiriciden çıkış ısıtıcıya giriş, 6. Nokta Isıtıcıdan çıkan ve ortama üflenen havadır. Karışım havası 1 noktasına yani dış hava şartlarına yakın ise ön ısıtıcı konulur.

Ön ısıtıcısız bir proses de karışım havası oranı azaltılarak yapılır. Kış prosesinde çiğ noktası bulunmaz. Ön ısıtıcısız bir kış prosesinde karışım havası doğrudan doğruya nemlendinci hücreye sokulur. Nemlendirilen hava üfleme sıcaklığına kadar ısıtılarak ortama verilir. Kış kliması uygulamalarında havanın ısıtılması nem miktarı sabit kalmak şartı ile havanın ental-pisinin arttırılmasıdır. Entalpisi artan havanın kuru termometre sıcaklığı da artacaktır.

(Karışım havası 2 noktasına yani iç hava şartlarına yakın ise ön ısıtıcı konulmaz).

Havalandırma havası (taze hava miktarı) az ise hava iç hava şartlarına yakındır.

Kış kliması proseslerinde; Ön ısıtıcı yükü:

olarak ifade edilebilir.

Son denklemdeki formülde;

Q,: Isıtıcı yükü (kcal/h)

Vt:   Toplam hava debisi (m3/h)

C :  Havanın özgül ısısı (0.24

kcal/kg°C) p:    Havanın yoğunluğu (1.2 kg/m3) t5:    Havanın ısıtıcıya giriş sıcaklığı

(°C) t6:    Havanın ısıtıcıdan çıkış sıcaklığı

(°C)'dır. Kış klimasında oldukça sık uygulanan nemlendirme işlemi, havanın iç ortam şartları göz önüne alınarak şartlandırılmasını ifade eder. Nemlendirme işlemi sırasında kullanılacak nemlendiricinin kapasitesi;

 N=Vt.p.(xç-xg) şeklinde ifade edilebilir.

Bu formülde;

N:    Nemlendirici kapasitesi (kg/h) Vt:   Toplam hava debisi (mVh) p:    Havanın yoğunluğu (1.2 kg/m3) xç:   Havanın nemlendirici çıkışındaki

özgül nem miktarı (gr su/kg kh) xg:   Havanın nemlendiriciye girişteki

özgül nem miktarı (gr su/kg kh) Bu ön ısıtıcısız kış prosesinde ise proses çizimi 5 noktalıdır, bu noktalar; 1. Nokta dış hava, 2. Nokta iç hava, 3. Nokta karışım havası, 4. Nokta nemlendiriciden çıkıp ısıtıcıca giriş. 5 Nokta ısıtıcıdan çıkan ve c^B ma üflenen havadır.

Örnek Proje

Bir sinema salonunun konfor (yaz+kış) kliması için aşağıda verilen değerlere göre projelendirilmesi ve psikrometrik diyagram üzerinde proseslerin gösterilmesi. Verilenler:

Salon hacmi: 14000 m3 Seyirci sayısı: 650 kişi Sigara içme: Yok Mahal Rakımı: Deniz seviyesi Yaz ısı kazancı:

Duyulur ısı kazancı: Qd= 120000 kcal/h

Gizli ısı kazancı: Qg=30000 kcal/h Toplam ısı yükü: Qt= 150000 kcal/h Kış ısı kaybı: Toplam ısı kaybı: Q= 250000 kcal/h

Yaz Çalışması

1.         Dış hava debisi: Kişi  başına  taze  (dış)  hava  miktarı I57h

Vd=650x 15=9750 m7h

2.         Toplam hava debisi:

V=Qd/pCpAt)=120000/Cl.2x0.24x9)=

00 mVh yaz yaz çalışmasında, duyulur ısı değerine göre ve iç hava ile üfleme havası arasındaki sıcaklık farkı t2-t5=9°C kuru termometre kabulü ile toplam hava debisi bulunur.

3.         İç  hava   debisi  Vj=Vt-Vd=45500-9750=35750 mVh

4.         Yaz karışım havası:

t3=(Vd.t,+Vj.t2)/Vt=(9750x33+35750x26)/45500

t3=27.5 °C KT t3=20.2 °C YT h3= 13.8 kcal/kg

5.         Duyulur ısı oranı: DIO=Qd/Qt=l 20000/150000=0.80

6.         Üfleme havası sıcaklığı:2-5 doğrusu, Qd/Qt=0.80 doğrusuna paralel.

t2-t5=9°C olacak şekilde 5 noktası

t5=I7°C KT

=14.8°C YT

=9.8 kcal/kg olarak bulunur.

7.         Cihaz çiğ noktası: t4=12°C

8.         Cihaz soğutma kapasitesi (kcal/h) Qs=Vtxpx(h3-h5)=45500xl ,2x (13.8-9.6)=233000 (kcal/h)

Kış Çalışması

Kış proseslerinde, yaz prosesinde bulunan Vi, Vd ve Vt değerleri geçerlidir. Çünkü (yaz+kış) kliması proseslerinde en büyük hava debisi yaz prosesine göre çıkmaktadır. I. Kış karışım havası: t,=(Vd.t.+Vi.t,)/Vt

3=(9750x(-3)+35750x20)/45500

t3=15CKT

t3=10.7°C YT

h3=7.4 kcal/kg

2. Karışım havası iç hava şartlarına

daha yakın olduğundan ön ısıtıcısız

proses uygulanır.

Nemlendirici çıkışı: 3 noktasından, h3=h4 olacak şekilde çizilen doğru ile oyma eğrisine doğru 2 noktasından çizilen yatay doğrunun kesim noktası olan 4 noktasıdır. Buradan: t?=12.5°CKT t?=10.7°CXT h4=7.4 kcal/kg <t>4=% 80

Burada t4 sıcaklığı aynı zamanda ısıtıcıya giriş sıcaklığı olmakta, ısıtıcıdan çıkış yani üfleme sıcaklığı ise t5 noktasıdır.

3. Nemlendirici kapasitesi (kg/h) N=Vtxpx(xç-xg) N=45500xl.2x(0.0073-0.006)=71 kg/h

4. Isıtıcı kapasasitesi (kcal/h) Kış çalışma proseslerinde üfleme sıcaklığı ile oda sıcaklığı arasındaki fark 19'Cdir.

At=tüf-toda=I9°C tüf=19+20=39°C tüf=t5 olduğundan Q,=Vt.p.Cp.(t5-t4) Q|=45500xl.2x0.24x(39-I2.5) Q,=348000 kcal/h

Kaynaklar

1,         Ashrae Temel El Kitabı (Bölüm 6) Ocak, 1997.

2.         MTH için psikrometrik diyagram. Dipro Ltd Şti.

3 Alarko (Panel Klima Santralları Katalogu)

4.  F.Osman Genceli;  "iklimlendirme esasları" İTÜ. Yayınları, Sayı 1287, 1984

 

BAHAR BAYBOZ

Balıkesir Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü


Etiketler