GiriÅŸ

Endüstri ve diÄŸer büyük alanlı binalar için, HVAC sistemleri tasarımcıları bugünlerde konut alanlarında olduÄŸu gibi enerji tüketimini azaltmak adına gelen baskıları çözmeye çalışmaktadır. Ancak özellikle büyük binalar için, en azından Avrupa’da, bir tasarım yöntemi eksikliÄŸi bulunmaktadır. Bu eksiklik özel olarak herhangi bir üreticiyle ve uygulandığı zaman enerji tüketiminde önemli azalmalar saÄŸlama potansiyeli olan tekliflerle doÄŸrudan ilgili deÄŸildir. Bu yılın ilkbaharında tam olarak büyük binalarda kullanılan deÄŸiÅŸik ısıtma sistemlerindeki tasarımlar için yeni yaklaşım konusuna ve sunulan sistemlere yönelik yeni REHVA Kılavuzu (No 15) yayınlandı. Bu yazıda yöntemin esasları basit bir örnekle, radyant panel kullanılan 3 bölümlü bir sanayi tesisi ile gösterilecektir. Kullanılan yöntemin ayrıntıları ve en yaygın kullanılan, ısıtma sistemleri için deÄŸerlendirme prosedürü de dahil olmak üzere kılavuz içinde bulunabilir.

 

GeçmiÅŸten Bugüne Bölge Esaslı Yaklaşım

Çek Cumhuriyeti’ndeki radyant sistemlerde en önemli deÄŸiÅŸiklik, Çek Bilimler Akademisi’nden Bay Cihelka’nın geniÅŸ bir araÅŸtırmaya dayanan ilk radyant panel tasarımı için ilk yöntemi formüle ettiÄŸi 1952 yılından sonra meydana geldi. Çalışması ilk olarak 1957 yılında yayınlandı ve 1961’de yeniden yayınlandı, hatta bugün dahi Radyant Isıtma (Radiant Heating (Salave vytapêni) [1] isimli kitabından alıntılar yapılmaktadır. Büyük alanlar için ısıl bölgeler oluÅŸturma konsepti Çek Cumhuriyeti’nde ilk olarak 1958 de, Bay Kotrbaty konu üzerine Bay Cihelka tarafından yapılan bakış faktörleri hesaplamalarıyla ilgili makalesini yayınladığında, piyasada görülmüÅŸtü. Zaman içinde bu konsept daha da geliÅŸtirildi ve daha sonra 1980’lerde Almanya’da Prof. Gluck’un [2] eserinde görüldü. Bu yöntemin sıkıntısı tasarımcı ve imalatçıların bu cihazları büyük ölçekteki yerlerde kabul etmemeleri ve bu nedenle yavaÅŸ yavaÅŸ unutulmuÅŸ olması gerçeÄŸiydi. DeÄŸiÅŸiklik, Çek Cumhuriyeti’nde 1991 yılında Bay Kotrbaty’in büyük alanlı binaların ısıtma sistemlerini, ilk olarak tasarım ve ithalatını, imalat ve montajını da yapan bir firma kurup satışa sunmasından ve tüm ürünleri (plaka ve tüp gaz radyant ısıtıcılar ve radyant paneller) için ısıl bölgeler yöntemini kullanmaya baÅŸlamasından sonra meydana geldi. Son yıllarda kullanılan yöntem gerçek tesisatlarda denendi, düzeltildi ve Prag’daki Çek Teknik Üniversitesi (Prof. Bašta, Prof. Kabele), Bratislava’daki Slovak Teknoloji Üniversitesi (Prof. Petraš) ve Köln Uygulamalı Bilimler Enstitüsü (Prof. Sommer) iÅŸbirliÄŸiyle geliÅŸtirildi. Daha sonra Klima 2010 kongresinde bu maksatla baÅŸlatılan bir atölye çalışmasında [3] bu yöntem tartışıldı. Çalışma,büyük alanlarda kullanılan ısıtma sistemlerine uygulanabilecek üniversal bir yöntem oluÅŸturma olarak özetlenebilir. Yöntem REHVA Kılavuz yayını No.15’de [4] yayınlandı.

 

Standart Yaklaşım – GeniÅŸ Alanda Isıtıcı Yüzeylerin Düzgün Dağılımı

Standart metodoloji ve bölgesel metot arasındaki fark en iyi özel örnekle görülebilir. Åžekil 1’de geniÅŸ alanlarda kullanılan ısıtma sistemlerinin tasarımına iliÅŸkin en çok kullanılan yaklaşım bulunabilir. Burada tipik bir 3-bölmeli ve her bir bölmesinin ölçüleri 60 x 18 x 7 m olan bir sanayi ortamı bulunmaktadır. Ön tarafta eklenmiÅŸ bir ofis binası vardır. Ana bina normal olarak standart pencereler ve tavan pencereleriyle izole edilmiÅŸtir. Åžekilden de açık olarak görüldüÄŸü gibi radyant panellerin yerleÅŸimi tamamen düzgün bir yerleÅŸimdir. Ä°lk bakışta her ÅŸey uygun gibi gözükmektedir. Tesisatı yapılmış sistemin ısıl gücü ısı kayıplarını mükemmel bir ÅŸekilde karşılamaktadır ve bu nedenle herhangi bir problem yok gibi görülmektedir. Ancak gerçekte iki deÄŸiÅŸik çalışma vardır. Åžimdi A bölmesini ele alalım: 

a) Genel sıcaklık kontrol sensörü 1. veya 2. veya 3. bölgeye yerleÅŸtirilir;

b) Genel sıcaklık sensörü 4. bölgeye yerleÅŸtirilir.

 

Bu yerleÅŸtirme genel olarak iki olası çalışma durumunda ÅŸöyle sonuç verir:

a) EÄŸer tasarım yeterince emniyet payı bırakılarak yapılmışsa 4. bölgede önemli seviyede aşırı ısınma olacaktır. Ancak eÄŸer tasarım sınırda yapılmışsa 1, 2 ve 3 bölgelerde istenilen sıcaklığa (dış hava sıcaklığı tasarım sıcaklığında olduÄŸunda) hiçbir zaman ulaşılamayacaktır;

b) 1, 2 ve 3 bölgeler yetersiz ısınacaktır; tasarıma esas ısı kayıpları Φi ve radyant panellerin yerleÅŸik kapasiteleri ΦHL,i alanın bir bölgesi için Tablo 1’de verilmiÅŸtir. 

 

GöründüÄŸü gibi, Åžekil 1’deki sonuçları saÄŸ tarafta izlemek kolaydır. ÖrneÄŸin 1. Bölgede monte edilmiÅŸ olan radyant paneller belirlenen ÅŸartlarda ihtiyaç duyulandan %30,3 daha az ısı verirler. DiÄŸer taraftan 4. ve 8. bölgelerde radyant paneller ihtiyaç duyulandan %41,3 daha fazla enerji verirler. Bunun anlamı ise ısıtıcı yüzeyler ne kadar düzenli tasarlansa da, ÅŸartları düzenli olmayacaktır.

 

Sonuç özeti ise basittir: söz konusu alanda düzenli ısıl konfor ÅŸartları elde etmek için, ısıtıcı sistemi düzensiz ÅŸekilde tasarlamaya ihtiyaç vardır.  

 

Bölgesel Yöntem – Isıtıcı Yüzeylerin Kabul Edilen Ölçüleri

Her bir bölgedeki farklı ısı verilmesi ihtiyacını karşılamak için, ısıtma yüzeyleri farklı tasarlanmalıdır. Zira radyant panellerin boyları alanın ihtiyacına göre verilir, uyarlanan parametre (radyant panel kullanılması durumunda) ısıtma yüzeyinin geniÅŸliÄŸidir. Tasarım sürecinde radyant paneller için uygun ölçüler (geniÅŸlik) tüm bölgelerde ısıl ÅŸartlara uyarlanmalıdır ve radyant ÅŸeritlerin eÅŸ zamanlı çalışacak ÅŸekilde baÄŸlanmaları da önemli bir etkendir. Åžekil 2’den tüm binanın farklı yerleri (ısıl bölgeleri) ve ısı verilmesi için farklı ÅŸartları olduÄŸu açık olarak gözükmektedir. Ancak bu durumda da tüm ısıtıcı sistemi mümkün olduÄŸunca basit yapmaya da, en azından kontrol bakım maksatları için, ihtiyaç vardır. Bu nedenle sistem ayrı olarak kontrol edilebilir üç bölgeye ayrılmıştır. BaÅŸlangıç prensibi tamamlanınca, ısıl bölgelerin belirlenmesi gerekmiÅŸtir. Sınırların belirlenmesinde kurallar daha sonra belirlenmiÅŸtir. Sonuç olarak, boylamasına iki bölge ve toplam çaprazlamasına beÅŸ bölge. (sınırlara yakın bölgelerin her birine iki adet ilave olarak iç bölgeye de bir tane).

 

AÅŸağıdaki hususlar tüm sistemin etkinliÄŸini ve verimini önemli ölçüde etkilemektedir:

a) Radyant şeritlerin su devrelerine bağlanması (en sıcak giriş sınıra yakın şeritlere bağlanmalıdır- bu husus ayrıntılı olarak [5] de anlatılmıştır);

b) Uzunlamasına sınıra yakın olan bölgelere daha geniÅŸ radyant ÅŸerit koyarak ısı gönderilmesini artırın;

c) Çapraz yerleÅŸtirilen bölgelere ısı geliÅŸini her ÅŸeridin uç kısmındaki radyant panelleri daha geniÅŸ yaparak artırın. 

Radyant Şeritlerin Su Devrelerine Bağlanmaları

A bölmesinde, baÄŸlantı sırası ÅŸeridin hemen yan tarafından baÅŸlar ve içeri doÄŸru birbiri arkasından devam eder. Dış duvardan olan mesafe arttıkça, kullanıcıların ısıl konfor için ihtiyaç duydukları gönderilmesi gereken ısı miktarı da azalacaktır.

 

C bölgesi tam tersi özelliktedir.

 

B bölmesinde üç ayrı durumun karşılanması lazımdır. Birinci olarak düzenli bir ısı beslemesi gerekmektedir bu nedenle baÄŸlantı düzeni farklı olacaktır. Isı ilk olarak yan ÅŸeride bir taraftan (ÅŸerit B1) verilir, daha sonra baÄŸlantı suyu bölmenin karşı tarafına (ÅŸerit B2) yönlendirir. Hemen sonra içteki (B3 ve B4) ÅŸeritleri baÄŸlanır. Bu ÅŸekilde çaprazlamasına düzgün dağılmış bir su sıcaklığı saÄŸlanmış olur. 

 

Uçlardaki Boylamasına Bölmelere Gönderilen Isının Artırılması 

BaÄŸlantının kendisi her zaman yeterli olmayabilir. Bazı durumlarda sınırdaki ısı bölgeleriyle içteki bölgeler arasındaki ısı kayıpları farkı o kadar büyük olabilir ki düzenli bir ısıl konfor saÄŸlamak için aynı zamanda radyant panellerin geniÅŸliklerinde de deÄŸiÅŸikliÄŸin yapılması gündeme gelebilir.

 

Çaprazlamasına Bölmelere Gönderilen Isının Artırılması 

Çaprazlamasına yönde ise burada da, ön duvara komÅŸu olan bölgeler dikkate alınmalıdır. Buralardaki kapı ve pencereler mutlaka karşılanması gereken ısı kayıplarını önemli ölçüde artırabilir. Burada da ek bir ÅŸerit boyunca da olsa ÅŸeritlerin eninde deÄŸiÅŸiklik yapma imkanı vardır.

 

Buradan durumun çok daha düzelmiÅŸ olduÄŸunu görmekteyiz, zira ısının gönderilmesi her bir alandan gelen talepleri çok daha iyi takip etmektedir. En yüksek aşırı ısınma yaklaşık %14,7’dir ve sıcaklık sensörü nereye koyulursa koyulsun ısının sevk edilmediÄŸi hemen hemen hiçbir bölge kalmamaktadır.Bölgeler arasındaki fark %6,8’den fazla deÄŸildir.

 

Isıl Bölgelerin Sınırları Nasıl Belirlenir

Kalan tek soru ÅŸudur; dış ve iç ısıl bölgelerin sınırları nerelerdir? Bu sorunun cevabı söz konusu alana ısının nasıl gönderildiÄŸinde yatmaktadır. Konveksiyonla ısı transferi olan sistemlerde ısıl bölgeleri alan içinde birbirinden ayırmak zordur, zira verilen hava miktarı arttıkça havanın ortamla karışması birbirinden hemen hemen hiç ayrılamaz ÅŸartlar oluÅŸturmaktadır. DiÄŸer taraftan radyant ısıtma sistemleri bu maksat için ideal çözüm olmaktadır. Daha küçük ısı kaynakları kullanıldığında (elektrik veya gaz radyant ısıtıcılar) her çeÅŸit ısıtma kaynağının belli bir ısıl bölgeye tahsis edilebileceÄŸi kolaylıkla düÅŸünülebilir. Daha büyük sistemler (düÅŸük sıcaklık ve uzun borulu gazlı radyant ısıtıcılar ve su/buhar radyant panelleri) kullanıldığında durum biraz daha zorlaşır. Åžüphesiz dış duvardan olan mesafe arttığında farklı ısıtma yüzeylerinden gelen ısı radyasyonunun yayılması da artacaktır. Bu matematiksel olarak tüm ısıtma yüzeylerinden gelen ‘görüÅŸ katsayısı özeti’ hesaplamasıyla açıklanabilir. GörüÅŸ katsayısı dış duvardan olan uzaklığın bir fonksiyonu olarak bir grafik üzerinde gösterilebilir. EÄŸri ÅŸekli baÅŸlangıcından itibaren takip edersek, iyice yükseldiÄŸini ve belli bir noktada görüÅŸ katsayısının maksimum deÄŸere ulaÅŸtığını görürüz. Bu noktadan itibaren görüÅŸ katsayısı ortalama bir deÄŸer etrafında dalgalanır: Bu ÅŸekilde uçtaki ısıl bölgenin ideal sınırı eÄŸrinin yükselmesini tamamlayıp kararlı hale geldiÄŸi noktada belirlenebilir. Gerçekte eÄŸrinin (ısıtma yüzeylerinin yerleri ve ölçülerine baÄŸlı olarak) deÄŸiÅŸik ÅŸekilleri olabilir ve bu nedenle tarımcıların vereceÄŸi karara ihtiyaç vardır. 

 

Sonuç

Önerilen tasarım yöntemi birçok gerçek projeyi kapsayan uygulama deneyimlerine ve teorik altyapıya dayanmaktadır. Karmaşık matematiksel formüller olmadan kolay kullanılması amacıyla yazılmıştır. Yöntem uygulanabilir ve ürün yelpazelerinin hem en üst hem de alt grubuna aynı etkiyi yapar. Büyük alanlar için standart uygulamalara ve tekdüze yaklaşımlara göre çok daha verimli ısı gönderilmesini saÄŸlar ve sadece tasarımcılardan biraz daha fazla gayret göstermelerini ister. Gaz, elektrik, su ve hatta buhar esaslı radyant ısıtma sistemlerini kapsar. Yöntem büyük (özellikle yüksek) alanlarda konveksiyonla ısıtma yapan sistemlerden çok daha fazla verimli olan radyant ısıtma sistemleri için önerilmiÅŸtir.

 

Referanslar

[1] Cihelka, J.: Salave vytapêni. SNTL. Prag61. 2nci baskı. Sayfa 373.

[2] Gluck, B.: Strahlungsheizung- Theorie und Praxis. Verlag Muller, Karlsruhe (1982)

[3] Hojer, O.; Kotrbaty, M.: (Büyük alanlar için Isıtma yükünün deÄŸerlendirilmesi ve HVAC tasarımına bölgesel yaklaşım). 

    Konferans bildirileri, Klima 2010 Antalya, Türkiye, Mayıs 2010, ISBN 978-975-6907-14-6,

[4] Kabele, K., Hojer, O., Kotrbaty, M., Sommer, K., Petraš, D. Büyük salonların enerji tasarruflu ısıtma ve havalandırması. REHVA Kılavuz kitabı No.15 REHVA Brüksel ISBN 978-2-930521-06-0

[5] Kotrbaty, M.: Büyük alanlar için radyant ısıtma. REHVA Dergisi 2009. 46(2). Sayfa 44-48. ISSN 1307-3729