Isı geri kazanım cihazı, Emiş egzos hava ile taze üfleme havalandırmanın çakıştırılarak, ön ısıtma yapılmasıyla ısı geri kazanımı sağlanır.
Ekonomikliğin ve enerji tasarrufunun önem kazandığı günümüzde, sistem tasarımcıları ve projeciler ısı geri kazanımının önemi üzerinde daha çok durmaktadırlar. Isı geri kazanımının ekonomisini sadece geri ödeme şartlarına bağlı olarak ele almak doğru bir yaklaşım değildir. Bir ısı geri kazanım ünitesinin geri ödeme süresinin kendi servis süresinden kısa olması gerekir. Bunun için ısı geri kazanım ünitesinin optimum olarak seçilmesi ve bu amaçla belirli yöntemlerle olabilirlik hesabı yapılması gerekmektedir.
Isı Geri Kazanımı nedir ?
Isı geri kazanımı bir binayı ya da prosesi terk eden kütle akışının entalpisinin yeniden kullanılmasının ölçüsüdür. Bunun için ısı değiştiriciler kullanılır. Isı pompası eğer sistemi terk eden akışı ısı geri kazanmak için kullanıyorsa ısı geri kazanımıdır. Bu tip sistemlerde enerji başka bir sistemden alınırsa ısı geri kazanımı olmaz. VDI 2071 e göre kütlenin transferi ısı geri kazanımı değildir. Yani hava karıştırılarak ısı geri kazanımı yapılamaz. Isı geri kazanım cihazı
Isı Geri Kazanım Ünitesi
Isı değiştiricilerin kullanılan ısının bir parçası olan geri kazanılan ısının oluşmasını sağlaması için ısı geri kazanım ünitesi olarak dizayn edilmesi ve dış hava ile atılan hava arasında ısı transferini sağlaması için kullanılmasıdır (Şekil 17.51.A).
Isı Geri Kazanım Sistemleri
Isı geri kazanım sistemleri bir ya da birden çok ısı geri kazanım ünitesinin bağlantısı ile oluşur. Isı geri kazanım üniteleri farklı tipte olabilir. Isı geri kazanım ünitelerinde asıl olarak duyulur ısı transferi gerçekleşir. Gizli ısı geri kazanım ünitesinin yapısına bağlı olarak transfer edilebilir. Isı geri kazanım ünitelerini 4 kategoriye ayırabiliriz: Isı geri kazanım cihazı
– Reküperatif sistemler
Isı ileten hava belirli bir bölgede iletimi gerçekleştirir. Dış hava ve atılan hava bu bölgede ısı ileten bir tabaka ile ayrılır. Hava akışı paralel veya karşı akışlı olabilir. Nemli hava çiğ noktasının altında kalırsa yoğuşma meydana gelecek ve gizli ısı transferi meydana gelecektir. Kaçak olmadığı sürece madde transferi meydana gelmeyecektir. Buzlanma riski vardır. Bu sistemde ısı bir taşıyıcı vasıtası ile iletilmez. Bölgenin en az bir noktasında hava akımları bir araya gelmelidir. Isı transferini kapatmak mümkün değildir. Dış hava by-pass’ı veya atılan hava bypass’ı ısı transferinin kontrolü için gereklidir. Plakalı ve borulu tip ısı değiştiriciler reküperatif sistemdir. Plakalı sistemlerde ısı geri kazanım faktörü ∆ = 0,4 – 0,8 , çapraz akışlılarda 0,9; borulu tiplerde ise ∆ = 0,3 – 0,5 arasındadır.
– Rejeneratif sistemler
Kapalı Çevrim Sistemleri (KVS Sistem); Isı birbirine bağlantılı iki serpantinin üzerinden geçen havalar sayesinde transfer olur. Serpantinlerden biri dış hava tarafında, diğeri atılan hava tarafında olacaktır ve bunlar birbirine bir borulama ile bağlanacaktır. Isı transferini sağlayan akışkan (ısı taşıyıcı) bu boruların içinde dolaşacaktır. Genellikle ısı taşıyıcı olarak kimyasal olarak değiştirilmiş su kullanılır. Gerekiyorsa antifriz de ilave edilmiştir. Isı transferini sağlayan taşıyıcı akışkan, bir pompa sayesinde sistemde dolaştırılır. Bu sistemde gerekli kütle akışı vanalar ile kontrol edilir. Eğer atılan hava çiğ noktasının altında kalırsa nem oluşur. Bu sebeple ek bir gizli ısı transferi meydana gelir. Buzlanma riski vardır (Şekil 17.51.B).Isı geri kazanım cihazı
Kapalı çevrim sistemi, dış hava ile atılan havanın birbirine uzak mesafelerde olsa bile prosesin gerçekleşmesine olanak verir. Hava akımlarının bir araya gelmesine gerek yoktur. Ama buna karşılık çevrimi gerçekleştirecek bir ek enerjiye ihtiyaç vardır. Bu da çevrimi gerçekleştirecek pompayı çalıştırmak için gereken elektrik enerjisidir. Madde, nem ve kirli hava transferi için uygun değildir. Geri kazanılan ısı miktarı su debisi kontrol edilerek kolaylıkla kontrol edilebilir. Sistem kapatılabilir. Hava tarafı by-pass’ı gerektirmez. Bu sitemlerde kompakt veya blok ısı değiştircilerde ısı transferi katsayısı ∆ = 0,3 – 0,5 ; karşı akışlı ısı değiştiriciler için bu oran ∆ = 0,3 – 0,5 arasındadır.
– Rotasyonlu ve rotasyonsuz sistemler
Bu tip sistemlerde ısı (uygulanabildiği durumlarda nem) atılan havadan alınır ve bu ısıyı depolayan kütle ile emilerek edilerek yavaşça dış havaya doğru aktarılır. Sistemde meydana gelebilecek kaçaklara dikkat edilmelidir. Koku transferi de meydana gelecektir. Sorbsiyonlu sistemlerde ısı geri kazanım katsayısı 0,7 – 0,8 arasında, nem geri kazanım katsayısı 0,6 – 0,7 arasında; sorbsiyonsuz sistemlerdeyse ısı geri kazanım katsayısı 0,6 – 0,8, nem geri kazanım katsayısı 0,1 – 0,2 arasında değişmektedir (Şekil 17.51.C).
– Isı pompaları
Isıyı düşük sıcaklıktaki bir havadan alan ve yüksek sıcaklıklarda hava akımına geri besleyen bir makine ya da cihazdır. Buzlanma riski vardır. Isı pompaları genellikle hava soğutma proseslerinde kullanılır. Gerekli olduğu durumlarda ısı geri kazanımında da kullanılabilir. Herhangi bir nem ve madde transferi hava akımlarının belirgin olarak ayrılmasından dolayı meydana gelmez. Kompresörlü ısı pompaları ve absorpsiyonlu ısı pompaları olmak üzere iki tiptir.
Klima Santrallerinde Isı Geri Kazanım Sistemleri
1- Plakalı Isı Değiştirici
Reküperatif tarzda çalışır, alüminyum veya çelik plakalı ısı geri kazanım sistemidir. Sistem çapraz akış için dizayn edilmiştir (Şekil 17.52). Taze hava ve egzoz havası iki ayrı tabakadan geçer. Plakalar maksimum ısı transferini sağlamak üzere dizayn edilmiştir. Minimum % 60 oranında ısı geri kazanımı sağlamalıdır. Hava atış tarafında damla tutucu bulunur. Hava akışını kontrol edebilmek ve donmayı önlemek amacı ile ısı geri kazanım hücresinde by-pass damperi mevcuttur. Egzoz tarafında paslanmaz çelikten imal edilmiş kondens suyu tavası bulunur ve bu tavanın drenaj borusu (paslanmaz çelik) hava sızdırmaz bir biçimde gövde dışına çıkartılır. Besleme tarafındaki filtre dışında egzoz tarafında ısı geri kazanımı serpantini öncesinde de filtre konulması hijyen açısından önemlidir.
2- Bataryalı Isı Değiştirici
Rejeneratif tarzda çalışılr ve ısı değiştiriciler vasıtası ile geri kazanım sağlanır. Sistemde transfer akışkanı olarak glikollu su kullanılır ve sistem egzoz havası bölümünde bulunan serpantin ile besleme havası bölümünde bulunan serpantin arasında pompa vasıtası ile bu transfer akışkanı dolaştırılır (Şekil 17.53). Isı transferinin sürekliliğini sağlamak amacı ile karıştırma vanası kullanılmalıdır. Sistemin pompanın on/off kullanımı ile çalıştırılması gerekmektedir. Sistemin maksimum 20 m borulama için seçilmesi uygundur. Sistem en az % 40 verimle çalışmalıdır. Genellikle serpantinler bakır boru ve alüminyum kanatlı, kolektör boruları bakırdan olarak üretilir. Klima santralleri ve egzoz fanları ayrı yerlere konacak şekilde üretici firma tarafından imal edilebildiği gibi bunlar üst üste veya yan yana da monte edilecek şekilde üretilebilmektedir. Egzoz tarafında ısı geri kazanımı serpantini öncesinde filtre konulması serpantinin temizliği açısından gereklidir. Serpantinlerde boşaltma ve tahliye düzenleri bulunmalıdır. Serpantinler yan taraftan çıkartılabilmeleri için kızaklar üzerine monte edilir. Soğutucu ve (yaz çalışması varsa) ısıtıcı serpantin sonrası damla tutucu mutlaka konulmalıdır. Soğutma serpantinlerinin altında paslanmaz çelikten imal edilmiş kondens suyu tavası bulunur ve bu tavanın drenaj borusu (paslanmaz çelik) hava sızdırmaz bir biçimde gövde dışına çıkartılır.
3- Isı Borulu Isı Değiştirici
Rejeneratif tarzda çalışır, ısı borusu ile ısı geri kazanım sağlanacaktır. Bu sistemde ısıyı transfer etmek için soğutucu akışkan kullanılır ve sistem dönüş havası ile karşılaşılan akışının buharlaşıp tüp içinde yükselmesi ve soğuk havaya ısısını transfer edip tekrar yoğuşması mantığı ile çalışır. Sistem –30 °C ile +55 °C arasında sorunsuz çalışabilmelidir. Minimum %65 oranında ısı geri kazanımı sağlamalıdır. Hava akışını kontrol edebilmek amacı ile ısı geri kazanım hücresinde by-pass damperi mevcuttur. Isı borusu yan yana horizontal tip veya üst üste tipinde kullanılabilir. Yan yana olan tipler gerektiğinde yazın da enerji geri kazanımı yapılabilecek şekilde dizayn edilebilir. Egzoz tarafına damla tutucu konulur. Paslanmaz çelikten imal edilmiş kondens suyu tavası bulunacak ve bu tavanın drenaj borusu (paslanmaz çelik) hava sızdırmaz bir biçimde gövde dışına çıkartılacaktır. Egzoz tarafında ısı geri kazanımı serpantini öncesinde temizlik açısından filtre konulması uygun olacaktır. (Şekil 17.54)
4- Rotasyonlu Tip Isı Değiştirici
Rejeneratif tarzda çalışır, ısı tekerleği vasıtası ile geri kazanım sağlanacaktır. Isı değiştirici tekerleğin dönüş hareketi ile egzoz havası ısısı ve nemi rotorda taşınır ve soğuk hava tarafından ısı ve nem emilir. Isı geri kazanım oranı % 75 in altına düşmemelidir. Kışın yapılan ısı transferi dışında, yazın da enerji transferi ve nem alma prosesi gerçekleştirilebilir. Isı tekerleği genellikle hız kontrollü olarak kumanda edilir. Rotasyonlu tip ısı geri kazamın sistemlerinde rotasyon sırasında meydana gelebilecek hava kaçakları fanın yerleştirilme şekline bağlıdır. Tablo 17.56’da bahsi geçen “aşağı akımlı” ve “yukarı akımlı” tabirleri şekil 17.57’den anlaşılabilir.
Isı geri kazanımı hakkında daha detaylı bilgi için bize ulaşın.
Mekanik tesisat hakkında diğer blog yazılarımız.
KAYNAKLAR
1) Kalorifer Tesisatı Proje Hazırlama Teknik Esasları, TMMOB Makine Mühendisleri Odası, Yayın No: 84
2) HEATING, COOLING, LIGHTING Sustainable Design Methods for Architects Norbert Lechner
3) How Buildings Work THE NATURAL ORDER OF ARCHITECTURE Third Edition EDWARD ALLEN Drawings by David Swoboda and Edward Allen4) Buderus, Handbuch für Heizung und Klimatechnik, 1975
5) ASHRAE Handbook, Fundamentals, 1993
6) Handbook of HVAC Design, N. R. Grimm, R. Rosaler, Mc. Graw Hill, 1990
7) Ventilation of Buildings Second edition Hazim B. Awbi
8) Building Construction Illustrated Fifth Edition Francis D.K. Ching
