Merhaba arkadaşlar;

Soğutma sistemlerinin temel kavramlarını inceleyeceğimiz bir
yazı ile karşınızdayız. Bugün ki yazımızda HVAC sistemleri tasarlarken göz
önünde bulundurmamız gereken bazı kavramlar ve proje gereksinimlerine göre detaylı
üzerinde durmamız gereken soğutma sistem tasarımı kriterlerini inceledik ve
derledik. Yazımızı beğenip paylaşmayı unutmayın, iyi okumalar.
1. Isı (Heat) :Isı, bir maddeden başka bir maddeye enerji
transferidir ve genellikle yüksek sıcaklıktan düşük sıcaklığa doğru akar. HVAC
sistemlerinde, isı genellikle soğutucu akışkanlar veya hava aracılığıyla
taşınır. Örneğin, bir klimanın evaporatöründe, sıcak hava soğutucu akışkan
tarafından emilir ve bu ısı dış ortama atılarak iç mekânın soğuması sağlanır.
2. Sıcaklık (Temperature) :Sıcaklık, bir maddenin moleküler
hareketinin ölçüsüdür ve ısının varlığını veya yokluğunu belirleyen bir
büyüklüktür. HVAC sistemlerinde, termometreler ve termostatlar sıcaklığı
ölçerek sistemin çalışma prensibini düzenler. Örneğin, bir oda sıcaklığı 26°C’ye
ulaştığında klima otomatik olarak devreye girer ve ortamı 22°C’ye kadar
soğutur.
3. Basınç (Pressure) :Basınç, bir yüzeye uygulanan kuvvetin
birim alana düşen miktarıdır ve HVAC sistemlerinde çok önemli bir rol oynar.
Soğutma çevriminde, kompresör soğutucu akışkanı sıkıştırarak yüksek basınçlı
hale getirir ve ısının dışarı atılmasını sağlar. Eğer sistemde basınç düşerse,
soğutma performansı azalır ve cihaz verimsiz çalışabilir.
4. Özgül Isı (Specific Heat) :Özgül ısı, bir maddenin
sıcaklığını 1°C artırmak için gerekli olan ısı miktarıdır ve J/kg·K veya
kJ/kg·K birimleriyle ifade edilir. HVAC tasarımında, hava, su veya soğutucu
akışkanların özgül ısıları dikkate alınarak uygun ekipman ve boru çapları
belirlenir. Örneğin, suyun özgül ısısı havadan daha yüksek olduğu için chiller
sistemlerinde soğutucu olarak kullanılır.
5. Entalpi (Enthalpy) :Entalpi, bir sistemin iç enerjisi ile
basınç ve hacim etkilerini içeren toplam enerji miktarıdır. HVAC sistemlerinde,
psikrometrik diyagramlar kullanılarak havanın entalpisi hesaplanır ve nem alma
veya soğutma işlemleri optimize edilir. Örneğin, bir havalandırma sisteminde,
dış hava entalpisi iç hava entalpisinden yüksekse, ısı geri kazanım sistemleri
kullanılarak enerji tasarrufu sağlanır.
Teknik temel kavramlardan sonra bu temel kavramların soğutma
sistem tasarımına etki eden hesap başlıklarına bakalım.
1. Isı Transferi (Heat Transfer)
Soğutma işlemi, ısıyı yüksek sıcaklıktaki bir ortamdan düşük
sıcaklıktaki bir ortama taşımaya dayanır. Bu üç temel mekanizma ile
gerçekleşir: İletim (Conduction): Katı
yüzeyler arasında doğrudan temasla gerçekleşir (örneğin, duvarlardan geçen
ısı). Taşınım (Convection): Hava veya
sıvı akışıyla gerçekleşir (örneğin, fan coil ünitesinden üflenen soğuk hava). Işıma (Radiation): Elektromanyetik dalgalarla
gerçekleşir (örneğin, güneş ışığının iç mekâna girmesi). Ön tasarım aşamasında
bina malzemeleri ve yalıtım analizinde kullanılır.
2. Soğutma Yükü (Cooling Load)
Bir binada konfor şartlarını sağlamak için uzaklaştırılması
gereken toplam ısı miktarıdır. Duyulur ısı (Sensible Heat) ve Gizli ısı (Latent
Heat) olmak üzere iki bileşeni vardır: Duyulur Isı: Sıcaklık değişimine neden olan
ısı (cihazlardan, güneş ışığından gelen ısı). Gizli Isı: Nem değişimine neden olan ısı
(insanların terlemesi, dış havanın getirdiği nem). Ön tasarımda, soğutucu yük
hesaplamaları yapılırken kullanılır.
3. Soğutma Çevrimi (Refrigeration Cycle)
Soğutma işlemi, kapalı bir çevrim içinde çalışan bir
soğutucu akışkanın fiziksel faz değişimlerini kullanarak ısıyı bir ortamdan
diğerine taşır. Dört temel bileşeni vardır: Kompresör: Soğutucu akışkanı sıkıştırarak
sıcaklığını artırır. Kondenser: Soğutucu
akışkanın ısısını dış ortama atarak sıvı hale geçmesini sağlar. Genişleme Valfi: Soğutucu akışkanın basıncını
düşürerek soğumasını sağlar. Evaporatör: Ortamdan ısı alarak soğutucu
akışkanı tekrar buharlaştırır. Sistem seçim aşamasında, DX sistem mi yoksa
soğutma grubu mu kullanılacağı belirlenirken değerlendirilir.
4. Soğutma Kapasitesi ve Verimlilik (Cooling Capacity &
Efficiency)
Soğutma Kapasitesi
(BTU, kW): Bir soğutma sisteminin belirli bir sürede ne kadar ısıyı
uzaklaştırabileceğini ifade eder.
Enerji Verimlilik
Oranı (EER, COP): Sistemin ne kadar verimli çalıştığını gösterir. Daha yüksek
değerler, daha az enerji tüketimi anlamına gelir.Cihaz seçiminde, enerji tasarrufu sağlamak için kullanılır.
5. Havalandırma ve Hava Dağıtımı (Ventilation & Air
Distribution)
Soğutulmuş havanın homojen ve verimli bir şekilde
dağıtılması için hava kanalları (kanal tasarımı) ve fan sistemleri tasarlanır. Düşük Hızlı Kanallar: Konfor için kullanılır,
daha sessiz çalışır. Yüksek Hızlı
Kanallar: Büyük ticari sistemlerde yer tasarrufu için kullanılır. Detaylı
tasarım aşamasında, hava akışının dengeli olması için kullanılır.

1. Soğutma Yükü Hesaplaması
Soğutma yükü hesaplaması, istenen sıcaklığı korumak için bir
alandan çıkarılması gereken ısı miktarını belirler. Bu, bina sakinlerinden,
aydınlatmadan, ekipmandan ve güneş radyasyonu gibi dış kaynaklardan gelen ısıyı
içerir. Ön tasarım aşamasında, mühendisler HVAC ekipmanını uygun şekilde
boyutlandırmak için yazılım veya manuel hesaplamalar (örneğin, CLTD veya RTS
yöntemleri) kullanır.
Soğutma yükü hesaplaması, HVAC sistem tasarımının temelidir.
İstenilen iç ortam sıcaklığını korumak için bir mekandan uzaklaştırılması
gereken ısı enerjisi miktarını belirler. Toplam soğutma yükü, duyulur ısı
(sıcaklık değişimi) ve gizli ısı (nem giderme) bileşenlerinden oluşur.
Isı Kazanımı Türleri
- İç Yükler: Yolculardan, ışıklardan, elektrikli
ekipmanlardan ve cihazlardan gelen ısı.
- Dış Yükler: Duvarlardan, pencerelerden ve çatılardan güneş
ısısı kazancı ve bina kabuğundan ısı iletimi.
- Havalandırma ve Sızma Yükleri: Mekanik havalandırma veya
sızıntılar yoluyla getirilen dış havadan ısı kazancı.
Hesaplama Yöntemleri
- CLTD/CLF Yöntemi (Soğutma Yükü Sıcaklık Farkı / Soğutma
Yük Faktörü): Duvarlardan, çatılardan ve pencerelerden ısı kazancını tahmin
etmek için kullanılır.
- Radyant Zaman Serileri (RTS) Yöntemi: Isı absorpsiyonu ve
yeniden radyasyondaki zaman gecikmelerini açıklayan daha doğru bir yöntem.
- Isı Dengesi Yöntemi: Gelişmiş simülasyonlarda ve yük
hesaplama yazılımlarında kullanılan ayrıntılı bir yaklaşım (örneğin, MTH, HAP,
TRACE 700).
Tasarım Aşaması Uygulaması
Soğutma yükü hesaplamaları, ekipmanı uygun şekilde
boyutlandırmak için ön tasarım aşamasında gerçekleşir. Fazla tahmin etmek aşırı
büyük sistemlere (daha yüksek maliyetler ve verimsizlikler) yol açarken, hafife
almak yetersiz soğutma ile sonuçlanır. Mühendisler, binanın yönüne,
malzemelerine ve doluluk durumuna göre hassas yük hesaplamaları yapmak için Ant
MTH, Carrier HAP veya Trane TRACE 700 gibi yazılımlar kullanır.
2. Isı Transferi Prensipleri
Soğutma sistemleri, ısıyı şartlandırılmış alanlardan
uzaklaştırmak için iletim, konveksiyon ve radyasyona güvenir. Mühendisler,
istenmeyen ısı kazanımını en aza indirmek için yapı malzemelerini, yalıtımı ve
cam özelliklerini analiz eder. Bu, kavramsal tasarım aşamasında gerçekleşir ve
pencerelerde uygun yalıtım ve yansıtıcı kaplamalar yoluyla verimli ısı reddi
sağlar.
3. Soğutma Çevrimi
Soğutma çevrimi (sıkıştırma, yoğuşma, genleşme ve
buharlaşma) HVAC soğutmasında esastır. Mühendisler, verimlilik ve proje
ölçeğine bağlı olarak DX sistemleri, soğutucular veya absorpsiyonlu soğutma
arasında seçim yapar. Bu karar, soğutucu akışkan tipinin, verimliliğinin ve
kapasitesinin proje gereksinimleriyle uyumlu olmasını sağlayan sistem seçim
aşamasında alınır.
4. Hava Dağıtımı ve Kanal Tasarımı
Uygun kanal tasarımı, eşit soğutma sağlar ve basınç
düşüşlerini en aza indirir. Mühendisler, hava akışını optimize etmek için eşit
sürtünme veya statik geri kazanım yöntemleri kullanarak kanal düzenleri
tasarlar. Ayrıntılı tasarım aşamasında, sızıntıyı önlemek ve soğutma
verimliliğini artırmak için malzemeleri, kanal boyutlarını ve yalıtımı
seçerler.
Kanal sistemi, şartlandırılmış havanın bir bina boyunca
verimli bir şekilde iletilmesini sağlar. İyi tasarlanmış bir sistem enerji
kaybını en aza indirir, gürültüyü azaltır ve uygun hava dağılımı sağlar.
Kanal Sistemleri Çeşitleri
- Düşük Hızlı Kanal Sistemleri: Ticari ve konut
uygulamalarında yaygındır, gürültü ve enerji tüketimini azaltır.
- Yüksek Hızlı Sistemler: Alan kısıtlaması olan büyük
binalarda kullanılır. Dikkatli gürültü kontrolü gerektirir.
Kanal Boyutlandırma Yöntemleri
- Eşit Sürtünme Yöntemi: Birim uzunluk başına sabit bir
basınç kaybı sağlayarak uygulamayı kolaylaştırır.
- Statik Geri Kazanım Yöntemi: Statik basıncı korumak için
kanal boyutlarını ayarlayarak eşit hava dağılımı sağlar.
- Hız Azaltma Yöntemi: Hava akış hızlarını sınırlayarak
gürültüyü ve basınç düşüşünü kontrol eder.
Tasarım Aşaması Uygulaması
Kanal tasarımı, soğutma yükü hesaplamalarını takiben detaylı
tasarım aşamasında gerçekleştirilir. Mühendisler, hava sızıntısını ve basınç
kayıplarını önlemek için ASHRAE standartlarını kullanarak kanal boyutlarını,
yerleşimlerini ve malzemeleri belirler. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD)
analizi bazen hava akışı dağılımını optimize etmek için kullanılır.
5. Soğutma Ekipmanları Seçimi
Soğutma grupları, klima santralleri (AHU'lar), fan coil
üniteleri (FCU'lar) veya split sistemlerin seçimi, bina boyutuna ve soğutma
talebine bağlıdır. Mühendisler, ekipman seçim aşamasında EER ve COP gibi
verimlilik derecelendirmelerini göz önünde bulundurarak enerji kodlarına uyum
ve operasyonel maliyet etkinliği sağlar.
Soğutma çevrimi, HVAC soğutma sistemlerindeki temel süreçtir
ve bir alandan ısının uzaklaştırılmasından ve dış mekanda atılmasından
sorumludur. Döngü dört ana bileşenden oluşur:
Dört Ana Aşama
1. Sıkıştırma : Soğutucu gaz sıkıştırılır, sıcaklığı ve
basıncı artar. (Kompresör)
2. Yoğuşma: Sıcak soğutucu gaz çevreye ısı verir ve yüksek
basınçlı bir sıvıya dönüşür. (Kondenser bobini)
3. Genleşme : Sıvı soğutucu akışkan, basıncını ve
sıcaklığını düşüren bir genleşme valfinden geçer. (Genleşme valfi)
4.Buharlaşma: Soğuk soğutucu, iç mekan havasından ısıyı
emerek alanı soğutur. Soğutucu akışkan tekrar gaza dönüşür. (Evaporatör
bobini)
Soğutma Sistemleri Çeşitleri
-Doğrudan Genleşme (DX) Sistemleri: Soğutucu akışkan, ısıyı
doğrudan iç mekan havasından emer. Bölünmüş AC'lerde, VRF/VRV'de ve paketlenmiş
birimlerde kullanılır.
- Soğutulmuş Su Sistemleri: Merkezi bir chiller suyu soğutur
ve daha sonra soğutma için klima santrallerine (AHU'lar) dolaştırılır. Büyük
binalarda kullanılır.
- Absorpsiyonlu Soğutma: Soğutma işlemini yürütmek için
elektrik yerine bir ısı kaynağı (örn. atık ısı, doğal gaz) kullanır.
Endüstriyel ve büyük ticari uygulamalar için uygundur.
Tasarım Aşaması Uygulaması
Soğutma çevrimi, mühendislerin bir DX sisteminin, chiller'in
veya alternatif soğutma yönteminin proje için en iyisi olup olmadığını
belirlediği sistem seçim aşamasında analiz edilir. enerji verimliliği (COP,
EER), soğutucu akışkan türü, çevresel etki (GWP, ODP) ve bakım gereksinimleri
gibi faktörler seçimi etkiler.
6. Kontroller ve Otomasyon
Modern soğutma sistemleri, hassas sıcaklık kontrolü için Bina
Yönetim Sistemleri (BMS) veya akıllı termostatlar kullanır. Mühendisler, enerji
kullanımını optimize etmek, işletme maliyetlerini azaltmak ve otomatik ayar
noktaları ve bölgelendirme yoluyla bina sakinlerinin konforunu artırmak için bu
kontrolleri son tasarım aşamasında entegre eder.
Sonuç olarak İyi bir soğutma sistemi tasarımı için doğru soğutma yükü hesaplanmalı, hava akışı dengelenmeli, verimli soğutucu akışkan seçilmeli, basınç kayıpları minimize edilmeli ve enerji tasarrufu sağlayan otomasyon sistemleri entegre edilmelidir.
Konu ile ilgili bir videoda hazırlıyoruz. [Youtube] kanalımızdan izleyebilirsiniz.
Soğutma sistemleri hesabı ve seçimi ile ilgili en başarılı çözümü, piyasalarda 30.
yaşını kutlayan, Türkiyenin ilk ve tek profesyonel ısıtma klima soğutma
hesap yazılımı MTH Paket içinde bulacaksınız. MTH Paketini yakından
tanımak ve projelerinizde aradığınız kesin, hızlı, güvenilir çözümler
için [burayı] tıklayınız..
Bir daha ki yazıda buluşmak üzere, hoşçakalın.