ISITMA SİSTEMLERİ TASARI VE UYGULAMA 2010-2011 Bahar Dönemİ 1
Yrd.Doç.Dr. YILDIZ KOÇ
Hazırlayan: Yüksel Sağlam 071524021 Makine mühendisliği Bölümü(II.Örgün)
2
Kişisel not;
Araştırma sonucu, ısıtma sistemlerinin arz-talep alanındaki ürün çeşitliliği sayılamayacak kadar fazla fakat bir çoğunun temelde aynı prensiplere dayanmakta olduğunu görmüş oldum. Üretici firmaların katalogları ve bulunursa teknik dökümanları da süzgeçten geçirilerek yani başlıkları azaltılarak çalışmaya eklenmiş oldu. Toplamda 4 başlık altında ve Özellikle Radyant sistemlerin açıklama ve projelendirmesi üzerinde özet niteliği taşısa da ağırlıklı durmuş oldum. Saygılarımla arz ederim.
İÇİNDEKİLER ISITMA SİSTEMLERİ: Syf no.
((1)) Radyant Isıtıcı Sistemler 1- Radayant ısıtıcı tipleri(kapalı). A)Düşük yoğunluklu radayant ısıtıcılar A.1.) Tek yakıcılı boru radyant tipleri A.2.) Çok yakıcılı borulu radayant tipleri B)yüksek yoğunluklu radyant ısıtıcılar I) Düşük ve Yüksek yoğunluklu ısıtıcıların kıyaslanması II) Radyant ısıtıcıların uygulama alanları Klasik sistemle mukayese
4 6
8 9 10 11 12
Radyant Isıtma Sistemlerin Projelendirilmesi ……………………………..14 1.Işıma ısıtma sistemleri 1.1. Sınıflardırma 1.1.1. Açık radyant 1.1.2. Kapalı radyant(siyah) 16 1.2. Enerji bilançosu 20 1.3. Sıcaklık dalga boyu 24 1.4. Cihaz uzunluğu 25 Ekonomikliği 27 Sonuç 29 ((2)) Quartz Sobaların Yapısı Ve Çalışma Prensipleri
30
((3)) Gaz ve Elektrik Yakıtlı Sıcak Hava Üreteçleri
33
((4)) Hava Perdeleri Kaynakça
38 42
3
ISITMA SİSTEMLERİ 1))RADYANT ISITICI SİSTEMLER 1800 yılında Sir William Herschell adlı bir İngiliz astronomu enfraruj ışınların ısıtıcı etkisi olduğunu bulmuştur. Bir prizma yardımıyla yayılan güneş ışığının ısısını ölçmek için kullandığı termometrenin üzerinde, mavi ışığın en az miktarda ısı artışına neden olduğunu ancak rengin kırmızı spektruma dönüşürken sıcaklığın da arttığını bulmuştur. William Herschell'in bulduğu ve termometre üzerinde daha yüksek bir sıcaklığa ulaşmasını sağlayan spektrum gerçekten de kırmızı spektrumun ötesiydi. O enfraruj (kızılötesi) spektrumdu. 1950'li yıllarda Amerikalı araştırmacılar Roberts ve Gordon, güneşin direkt ışınlarına benzeyen gaz yakmalı infraruj radyant tüp ısıtmanın kavramlarının anlaşılmasına ve gelişimine öncülük ettiler. İnfraruj ilkeli ısıtıcıların hatırı sayılır derecede yakıt ekonomisi sağladığı görüldü. A.B.D.'de 1950'li yıllardan beri radyant sistemler kullanılmaya başlanmış olup, sürekli gelişmeler kaydedilmiştir. Özellikle A.B.D.'nin soğuk olan kuzey bölgelerinde ve Kanada'da radyant sistemlerin kullanımı yaygınlaşmıştır. 1970'li yıllardan itibaren Avrupa'da doğalgazın yaygınlaşması ile Batı Avrupa'da radyant sistemler kullanılmaya başlanmıştır. Bazı bölgelerde L.P.G. yakıt ile çalışan sistemlerin kullanılması radyant sistemlerin tanıtımına öncülük etmiş ve bu sistemler daha sonra doğalgaza dönüşmüş veya dönüştürülmektedir. Dünyada özellikle endüstriyel ve ticari tesislerde kendisine uygulama alanı bulan Radyant ısıtma sistemleri, 1990’ların başından beri ülkemizde de kullanılmaktadır. Radyant ısıtma sistemlerinde prensip geleneksel ısıtma sistemlerine göre farklıdır. Geleneksel ısıtıcılarda ısı transferi “taşınım (konveksiyon)” vasıtasıyla yapılarak ortam havası belirli bir sıcaklığa getirilmek suretiyle ısıl konfor arttırılır. Buna karşın radyant ısıtıcılarda ise, ısı transferinin diğer bir tipi olan “ışınım” yaymak suretiyle cisimleri ısıtırlar. Işınım ile ısı transferi; sonlu sıcaklıktaki (0ºK üzeri) her cisim, atomlarının ya da moleküllerinin elektron yapılarındaki değişim hareketinden ötürü, elektromanyetik dalgalar yayarlar. Cismin sıcaklığının artması, atom ve moleküllerin hareketini arttırdığından elektromanyetik dalga şiddeti yani ısı
4
ışınımı da artmaktadır Kapalı mekânlardaki Radyant ısıtma sistem uygulamalarında da öncelikle ışınım etkisi hissedilir ve bilahare mekândaki hava ısınan cisimlerden taşınım vasıtasıyla aldığı enerji ile ısınır. Bu temel prensip özellikle yüksek mekânlarda ve açık hava ısıtmasında birçok avantaj doğurmaktadır. Sıcak hava üflenerek ısıtılan yerlerde, sıcak hava, soğuk havadan daha az yoğunluğa sahip olduğundan ötürü, yükselerek ortamın tavanında birikir. Bu durumda, yükseklik arttıkça, tabandaki hava sıcaklığını arttırmak giderek zorlaşmaktadır. Radyant ısıtıcıların çalışma prensibi oldukça basittir. Yakıcı haznenin içerisinde yanan gaz vakumlu fan yardımı ile özel kuvars kaplı borular içerisinde ısısını boruya bırakarak ilerler. Borudan yayılan ısı üzerinde bulunan reflektör yardımı ile yansıyarak zemine iletilir. Isıl ışınım, maddenin sahip olduğu ısı enerjisini elektro-magnetik dalgalarla, sıcaklığı nedeniyle yaymasıdır. Tüm maddeler sıcaklıklarına bağlı olmak üzere ışınım ile ısı yayarlar. Ancak ısıtma amaçlı ışınım uygulamalarında, ısıtmayı sağlayacak yüzeyin sıcaklığının 2001000°C arasında olması beklenir. Işınım ile ısı geçişinde ışınlar dalga mekaniği kuramlarına göre enerjiyi iletmektedir. Sonuçta enerji bir ışın demeti ile yayılmaktadır. Işınlar gaz ortamda hareket edebildikleri gibi boşlukta da yol alabilirler. Taşınımda akışkan bir ortamın bulunması zorunludur. Oysa ışınım ile ısı transferinde boşluk, geçişi tam tersine iyileştirmektedir. Buna en canlı örnek olarak dünyadan yaklaşık 150 milyon km. uzaktaki güneşin dünyayı ısıtması gösterilebilir. Dolayısıyla ışınım, dünyadaki canlı hayatın oluşmasını ve bugünkü hale gelmesini sağlamıştır. Diğer hiçbir ısı geçişi yöntemi ile izah edilemeyecek bu örnek, ışınım için ışın teorisini ve dalga teorisini pekiştirmektedir.
5
1. Radyant Isıtıcı Tipleri Radyant ısıtıcılar pratikte iki ana grup altında incelenebilmektedirler: A)Düşük Yogunluklu Radyant Isıtıcılar: Radyant yüzey sıcaklığı 200 ile 815 ºC arasında olan ısıtıcılara düşük yoğunluklu Radyant ısıtıcılar denir [RG]. Bu ısıtıcıların yüzeyinden yayılan ısınımların dalga boyları 2 ile 10 mikron arasında değişebilmektedir. Çeşitli tiplerdeki borulu radyant ısıtıcılar (gaz yakıtlı) ve evsel tip elektrikli ısıtıcılar bu kategoride yer almaktadır. Borulu tip Radyant ısıtıcılar iki ana baslık altında incelenir: 1. Tek yakıcılı borulu radyant ısıtıcılar 2. Çok Yakıcılı borulu radyant ısıtıcılar A.1.Tek Yakıcılı Borulu Radyant Isıtıcılar: Türk Standartları Enstitüsünün TS EN 416-1 1 no’lu standardı tek yakıcılı Radyant ısıtıcı sistemlerden bahseder. Tek yakıcılı ısıtıcılar, Düz tip ve U tip olarak iki ana baslık altında toplanır. Sekil 3’de Düz tip bir vakumlu Radyant ısıtıcı görülmektedir. Brülör (1), Radyant boru (2), Yansıtıcı Reflektör (3), ve Vakum Fanı (4) olmak üzere 4 ana parçadan oluşan bu cihazların çalışma prensibi aşağıdaki gibidir:
6
1. Cihaz çalıştırıldığında ilk olarak vakum fanı çalışır ve Radyant boru içersindeki havayı emerek dışarı atmak suretiyle içeride vakum oluşturur. 2. Vakum seviyesi belirli bir değere ulaştığında brülörün ateşleme modülüne bağlı vakum şalteri bunu hisseder ve ateşleme devresini açar. 3. Ateşleme devresi açılınca, brülörün elektronik solenoid vanası gaz girişine müsaade eder ve aynı anda cihazın ateşleme elektrotu da çakmaya başlar. 4. Gaz hava karışım oranı uygun seviyeye geldiğinde brülörün içersinde alev oluşur. Bu alev sistemin sonundaki vakum fanı vasıtasıyla emilir. 5. Sistem dışına çıkmak için tüm Radyant boruları kat etmek zorunda olan yanmış gaz, Radyant boruları ısıtmak suretiyle soğurlar. 6. Isınan Radyant borular ışınım yaymaya başlarlar. Boruların üst yüzeyinden çıkan ışınlar ise reflektörler vasıtasıyla aşağıya yansıtılırlar. 7. Böylelikle gaz yakılarak ortaya çıkan ısı radyant boruların yaymış olduğu ısınıma dönüştürülür ve cihazın alt kısmında bulunan cisimler, insanlar, makineler, taban vs. bu sayede ısınır. Düz tip ısıtıcılar, mekânın tümü ısıtıldığında ve cihazlar uygun şekilde yerleştirildiği takdirde homojen bir ısı dağılımına sahip olabilirler. Aslında bu durumda homojen ısı dağılımı spot ısıtma kadar önem arz etmemektedir. Toplam kurulu güç, mekan soğukken 30 dakika içersinde konfor sıcaklığına ulaştıracak şekilde seçilmelidir. Bu dizayndaki bir sistemde ısı dağılımındaki değişiklikler rahatsız edici olmamaktadır. Bunlara ilaveten, cihazların brülör yönleri ısıyı eşit olarak dağıtacak ve ya ısı kaybının çok olduğu kapı veya pencere taraflarına denk getirildiği takdirde, ısı dağılım daha eşit gerçekleştirilmiş olur. Düz tip radyant ısıtıcıların ısı dağılımındaki farklılıklar bu dezavantajı gideren U-tip borulu radyant ısıtıcıların geliştirilmesine sebebiyet vermiştir. Utip ısıtıcıların temel farkı, düz tip ısıtıcılarda tek sıra olan radyant boruların bir U boru ile çift sıra haline getirilmesidir. (Sekil3).
7
U-tip bir vakumlu borulu radyant ısıtıcıda, fan yine en son boruya bağlıdır ancak, cihaz ortadan ikiye katlı bir düz tip ısıtıcı olduğundan, en soğuk boru yüzeyi ile en sıcak boru yüzeyi yan yana gelir. Bu durum tüm ısıtıcı yüzeyi boyunca devam eder. Örneğin en sıcak boru yüzeyi 650ºC olan bir ısıtıcıda, en soğuk yüzeyi 120ºC civarındadır ve bu iki yüzey yan yanadır. Aynı ısıtıcıda 350ºC yüzey sıcaklığı olan borunun yanındaki boru ise yine 350ºC civarındadır. Bu özellik U-tip borulu radyant ısıtıcıların düz tip ısıtıcılara nazaran daha homojen bir ısı dağılımına sahip olmalarını sağlar. Dolayısıyla da U-tip ısıtıcılar direkt ve lokal ısı ihtiyaçlarına daha iyi cevap verebilmektedirler. A.2. Çok Yakıcılı Borulu Radyant Isıtıcılar: Türk Standartları Enstitüsünün TS EN 777-1, TS-EN 777-2, TS-EN 777-3 ve TS-EN 777-4 no’lu standartları Çok Yakıcılı Borulu Tip Radyant Isıtıcıları içerir. Bu standartlartda 4 tip çok yakıcılı radyant ısıtıcıdan bahsedilir: D Tipi Çok yakıcılı radyant ısıtıcı: Brülörlerde fan bulunmazken bağlı bulundukları ortak hattın sonunda bir fan bulunan ve her bir tali hatta sadece bir brülör bağlı bulunan cihazlar. E Tipi Çok yakıcılı radyant ısıtıcı: Her bir brülörünün kendi fanı bulunan fakat bağlı bulunduğu ortak hat üzerinde başka fan bulunmayan ve her bir tali hatta sadece bir brülör bağlı bulunan sistemler. F tipi Çok yakıcılı radyant ısıtıcı: Her bir brülörünün kendi fanı bulunan ve bağlı bulunduğu ortak hat üzerinde de müşterek bir fan bulunan ve her bir tali hatta sadece bir brülör bağlı bulunan sistemler.
8
H tipi Çok yakıcılı radyant ısıtıcı: Aynı hat üzerinde birden fazla brülörün ortak fana sahip bir hatta bağlı bulunduğu ve her bir tali hat için iki veya daha fazla brülör kullanılan sistemler. Çok yakıcılı sistemlerde yukarda bahsi geçen tiplere bağlı olarak, tek yakıcılı cihazlara göre bir dizi avantajı söz konusudur. Ancak verimlilik ve düşük yakıt tüketimi konusunda H tipi cihazlar ön plana çıkmaktadırlar. H tipi cihazlarda boru hattı boyunca birden fazla brülör kullanıldığı için egzoz gazı sıcaklığı sistemin verimini maksimize edecek şekilde düşürülebilmektedir. Ayrıca sık aralıklarla nispeten küçük kapasitelerdeki yakıcılar kullanılabildiğinden, ısı dağılımı da daha eşit olmaktadır. B) Yüksek Yogunluklu Radyant Isıtıcılar: Radyant yüzey sıcaklığı 815 ºC ve üzerinde olan ısıtıcılara Yüksek Yoğunluklu Radyant ısıtıcılar denir. Yüksek yoğunluklu ısıtıcıların yüzeyinden yayılan ısınların dalga boyları 1 ile 6 mikron arasındadır. Seramik plakalı radyant ısıtıcılar (doğalgazlı), seramik plakalı bahçe, veranda ve teras ısıtıcıları ve yüksek yüzey sıcaklığına sahip, özellikle de endüstriyel tip elektrikli Radyant ısıtıcılar bu kategoride yer alırlar. Seramik plakalı Radyant ısıtıcılar, literatürde açık alevli olarak da adlandırılabilmektedirler. Açık alev ifadesi bu cihazların ısınım yayma şeklinden ileri gelmektedir. Cihazların aşağıda tarif edildiği şekilde çalışırlar : 1. Gaz jeti bir orifis yardımıyla venturi içersine gönderilir ve Venturide basınç düşüşüne neden olur. Bu düşüş sayesinde vakum etkisi ortaya çıkar ve cihaz içersine atmosferden hava emilir. 2. Venturi yapısı gaz jetini yakacak uygun oranda hava emer şekilde dizayn edilmiştir. Bu sayede yakıt karışım odasında, ideal yanma şartlarında hava gaz karsımı elde edilir. 3. Bu karısım seramik plakalara ulaşır ve plakalar üzerindeki deliklerden geçerek dışarı çıkmaya çalışır. Tam dışarı çıktığı noktada da yanarak seramik yüzeyinde kısa bir alev oluşturur. Yani her bir delik aslında bir brülör gibi çalışır. 4. Seramik yüzeyindeki kısa alev seramiğin sıcaklığını yükseltir ve dolayısıyla da kızarmasına neden olur. Kızaran seramikler Isınım yaymaya başlar ve cihazın reflektörleri sayesinde de alt seviyelere yönlendirilirler.
9
5. Cihaz verimini arttırmak amacıyla kimi ısıtıcılarda izolasyon ve ısıl ataleti rezerve eden çelik tel kafesler de kullanılabilmektedir.
I)Düsük Ve Yüksek Yogunluklu Isıtıcıların Kıyaslaması: Isınım ile yapılan ısı transferi ısınım yapılan yüzeyin sıcaklığının dördüncü kuvveti ve yüzey alanı ile doğru orantılıdır. Yani bir cismin yüzey alanı sabit tutulup yüzey sıcaklığı 2 katına çıkarıldığında o yüzeyden ısınım ile yayılan enerji tam 16 misli artmaktadır. Sıcaklığı sabit tutulup, yüzey alanı 2 misline çıkarıldığında ise ısınım şiddeti de 2 misline çıkmaktadır. Aynı kapasiteye sahip hem düşük yoğunluklu hem de yüksek yoğunluklu ısıtıcılar incelendiğinde, düşük yoğunluklu Radyant ısıtıcılar yüksek yoğunluklu cihazlara göre daha düşük yüzey sıcaklığına sahiptiler. Bu durum, birim yüzeyden yayılan ısınım enerjisinin daha düşük olması manasına gelir. Ancak düşük yoğunluklu cihazların da yüzey alanları yüksek yoğunluklu cihazlara göre çok daha fazladır. Eğer aynı kapasitedeki Düşük ve Yüksek yoğunluklu iki farklı cihaz, aynı yüksekliğe asılırsa, düşük yoğunluklu ısıtıcı enerjisini daha fazla alana yayarken, yüksek yoğunluklu ısıtıcı ise daha küçük bir alanı daha yüksek sıcaklıklara çıkarabilmektedir. Bu iki farklı özellik, farklı uygulama alanlarında ön plana çıkmaktadır. Bir mekânın tamamı ısıtılmak isteniyorsa, yani genel ısıtma yapılacak ise bu durumda, daha fazla alanı kapsayabilecek borulu Radyant ısıtıcıları seçmek daha verimli olabilmektedir.
10
Yüksek yoğunluklu cihazlar ise “spot” ısıtma denilen, bölgesel, lokal htiyaçlara ve izolasyonun kötü olduğu mekanlardaki direkt ısı ihtiyaçlarına daha iyi cevap verebilmektedirler. Buna mukabil, cihaz kullanımları uygulamadan uygulamaya ve kullanıcının tercihine bağlı olarak değişiklik arz edebilir. Düşük yoğunluklu cihazların spot ısıtma amaçlı ve benzer şekilde yüksek yoğunluklu cihazların da genel ısıtma amaçlı kullanılması mümkündür. II)Radyant Isıtıcıların Uygulama Alanları: Gaz yakıtlı radyant ısıtıcılar ilk etapta endüstriyel uygulamalar için geliştirilmiş olsalar da günümüzde değişik ihtiyaçlar için de kullanılabilmektedirler. Pratikte borulu tip radyant ısıtıcıların 4 m’nin, açık alevli ısıtıcıların ise 5 m’nin altındaki bir yüksekliğe monte edilmeleri aşırı ısınma hissine neden olduğundan tercih edilmemektedirler. Radyant ısıtıcılar, özellikle geleneksel metotlarla ısıtılması zor veya imkansız olan büyük ve yüksek mekânlarda, izolasyonun kötü olduğu mekânlarda, yarı açık veya dış ortam ısıtma uygulamalarında oldukça başarılı bir şekilde ısıtma yapabilmektedirler. Fabrikalar, atölyeler, servis istasyonları, ibadethaneler, stadyumlar, spor salonları, depolar, hangarlar, fuar sergi salonları, seralar, hayvan çiftlikleri bunlara örnek olarak gösterilebilir. 11
Klasik sistemler mukayese KONVANSİYONEL SİSTEMLER
RADYANT SİSTEMLER Isıtma, ışınım yoluyla Isıtma, taşıma yoluyla gerçekleşmektedir. Sistem ısıtılacak gerçekleşmektedir. Merkezi bir kaynak mekandadır ve tavana asılıdır. Brülör (kazan brülör vs.) vasıtasıyla elde edilen vasıtasıyla yakılan gaz radyant sıcak hava, buhar ya da sıcak su ; boruların içerisinde dolaştırılır ve sirkülasyon pompaları, fanlar, borular/ ısıtılan borunun üzerinden yayılan kanallar vasıtasıyla esas olarak enerji yansıtıcılarla aşağılara ısıtılacak mekana taşınır ve apareyler, yönlendirilerek (güneşin bizleri ısıttığı konvektörler veya menfezler gibi...) ısıtma yapılır. Hiçbir taşınan aracılığıyla içeriye sıcak hava olarak akışkan(sıcak su, buhar, sıcak hava vs.) basılır. Amaç; önce mekanın havasını ve transfer elemanı (pompa, boru, vana, ısıtmaktır. İkincil olarak da insanlar, kollektör, aparey, kanal vs.) yoktur. makinalar vs. ısınır. Ancak ısınan hava Yani transfer kaybı % 0'dır. Amaç; önce tabiatıyla yükseldiğinden özellikle cisimleri ve insanları ısıtmaktır. Isıtma yüksek yapılarda, izolasyonun kötü da öncelikle zeminden başlar ve çok olduğu binalarda ya da hava kısa sürede hissedilir. Özellikle yüksek değişiminin fazla olduğu işletmelerde yapılarda, izolasyonun kötü olduğu bu tür bir sistemle ısıtma çok geç ve zor binalarda ya da hava değişiminin fazla gerçekleşir. Sonuç olarak çok fazla olduğu işletmelerde en ideal ısıtma enerji harcayan (yakıt giderleri yüksek) sistemidir. Sonuçta yakıt giderleri ve yeterli konforu sağlayamayan bir düşük ve yüksek konfor sağlayan bir sistemle ısıtma yapılmaya çalışılır. sistemle ısıtma yapılır. Isı üretimi için mutlaka bir kazan Isı üretimi ısıtılacak mekanda, dairesine ya da ısı santraline ihtiyaç tavanda gerçekleştiğinden ilave bölüme vardır. ihtiyaç yoktur. Homojen ısıtma yapmak güçtür. Isıtma homojendir. Tavan ile taban Tavan ile taban arasındaki sıcaklık arasındaki sıcaklık farkları düşüktür. farkları çok yüksektir. (12°C ile 20°C) (4°C ile 8°C) Isı iletimi fanlarla sağlandığından Isı iletimi ışınımla sağlandığından hava hareketi söz konusudur. Bu hava hava hareketi yoktur ve ortamda hava hareketi sistem rejime girene kadar hareketi olmadığından tozlar soğuk olarak hissedilir ve çalışanları hareketlenmez ve ürünlerin, hastalanmasına ya da hastalıkların makinaların üzerine yapışmaz. Ayrıca taşınmasına sebep olur. Ayrıca hastalıkların taşınması riski ortamdaki tozu hareketlendirir ve minimumdur. Bu sebepten olan ürünlerin, makinaların üzerine hastalanmalar radyanlarla ısınan yapıştırır. mekanlarda görünmez. Sistemin rejime girme süresi 1-2 Sistemin rejime girme süresi 15-30 saattir. Bu yüzden işyeri mesaiye dakikadır. Bu yüzden işyeri mesaiye
12
başlamadan birkaç saat önce sistem işletmeye alınmalıdır. Sistemin kurulması için gerekli ilk yatırım maliyeti yüksektir ve tesisin kurulum süresi uzundur. İşletme, bakım, yedek parça giderleri yüksektir. Ayrıca kazan dairesindeki birçok parçadan yalnızca birinin arıza yapması durumunda bile tüm sistem devre dışı kalabilir ve arıza giderilene kadar tesis ısıtılamaz. Yıllık elektrik sarfiyatı işletme giderlerinde önemli bir pay tutar. Lokal veya bölgesel ısıtma yapmak çok güçtür. Mevcut bir sistemin sökülüp başka bir tesiste kullanılabilme ihtimali düşüktür. Ancak çok az sayıda mevcut ekipman kullanılabilir. İmalat şeklinin veya yerleşiminin değişimine göre sistemde değişiklikler yapmak zordur. Zamana bağlı olarak verim kaybı söz konusudur. Yıllar geçtikçe sistemin verimi düşer.
Düz ısıtıcı sistem
başlamadan birkaç dakika önce sistem işletmeye alınabilir. Sistemin kurulması için gerekli ilk yatırım maliyeti düşüktür ve tesisin kurulum süresi çok kısadır. İşletme, bakım, yedek parça giderleri çok düşüktür. Ayrıca cihazlardan birinin arıza yapması durumunda bile arızalı cihaz haricindeki diğer tüm sistem çalışmaya devam eder ve ısıtmada pek sorun yaşanmaz. Yıllık elektrik sarfiyatı önemsenmeyecek kadar düşüktür. İstenildiği gibi Lokal veya bölgesel ısıtma yapılabilir. Mevcut bir sistem kolayca sökülüp başka bir tesiste kullanılabilir. İmalat şeklinin veya makine yerleşiminin değişimine göre sistemde değişiklikler yapmak mümkündür, çok kolaydır ve kısa zamanda yapılabilir. Zamana bağlı verim kaybı söz konusu değildir. Uzun yıllar aynı performansla çalışır.
U tipi sistem
Çok Yakıcılı Sistem
13
RADYANT ISITMA SİSTEMLERİNİN PROJELENDİRİLMESİ ÖZET Isıtma sistemlerindeki tüm gelişmeler günümüzde tasarruf kelimesinde odaklanmıştır. Enerjinin her zerresi kayıp olmadan kullanıcının konforuna en ucuz şekilde sunmak için yeni teknolojiler üretilmekte veya geliştirilmektedir. Bunlardan biri de ışıma ile yapılan ısıtmadır. Yüksek ve büyük hacimli mekanlarda konveksiyon ile yapılan ısıtmanın etkisiz kalması veya yüksek enerji maliyetlerine neden olması, ışıma ısıtma sistemleri teknolojileri gelişmesini ve yaygın olarak kullanımını sağlamıştır. Işıma (radyant) ısıtma güneş doğası ile aynı fenomene sahiptir. Enerji merkezinden ışınım şekliyle çıktıktan sonra düştüğü yüzeyi (Çalışanları veya bina tabanını) ısıtır. Böylece –konveksiyonlu ısıtmanın aksine- yüksek binaların tabanı ve çalışanları ısınırken tavan veya çatı bölümü gereksiz yere ısınmaz. Uygun cihaz kullanımıyla konforla birlikte %80 tassaruf sağladığı yapılan ölçümlerle tespit edilmiştir.[1.1] Uygun cihazın seçimi ve projelendirilebilmesi için temel kavramların yanı sıra sistem parametrelerinin bilinmesi gerekmektedir. ülkemizde de yaygınlaşmaya başlayan ışıma ısıtma sisteminin fiziksel temel fenomenleri, cihaz seçim ve montaj kriterleri gibi projelendirilme de izlenecek yolu, tesisatçı, projeci mühendislerin yanısıra fabrikaların ısı veya planlama mühendislerine gösterebileceği nitelikte konuyla ilgili temel olabilecek özet bilgiler sunulmuştur. 1. IŞIMA ISITMA SİSTEMLERİ 1.1.
Işıma Isıma Sistemlerinin Sınıflandırılması
Işıma ısıtma sistemleri genelde yapı ve yanma sistemlerine göre " açık radyant" ve "kapalı radyant veya siyah ısıtıcı" diye ikiye ayrılmasına karşın ülkemizde "radyant ısıtıcı" olarak bilinmektedir. İngiliz literatüründen dilimize geçen bu kelime ( radiant=parlak ışık ) sadece açık radyant sistemleri için doğrudur. 1.1.1. Açık Radyant Hava gaz karışımının atmosferik ortamda bir bek üzerinde yanması ve açık parlak alevin görünmesi nedeniyle "açık radyant" denilmektedir. Tanımdan da anlaşılacağı üzere alev açık ortamda atmosferik brülörle gerçekleşmededir.
14
Gaz cihaza yaklaştığında venturi prensibi ile havayı emer. Hava gaz karışımı seramik yüzeyde yanar ve yüzey sıcaklığını 900°C yükseltir. Kızaran seramik radyasyon (ışınım) yaymaya başlar. Alevin oluştuğu seramik yüzeydeki 2 deliklerin birim cm deki sayısı alev oluşumunun ve yanma veriminin kriteridir. Bu sayı ile birlikte verim de artar. (Resim 1.1.1.1) Yanma gazları yanma şeklinden ötürü fazla zararlı değildir. EN 13410.2001 normuna göre bu cihazların konduğu mahallerde cihazın altına bir temiz hava ve cihazın üstüne de bir baca gazı tahliye menfezleri açılmalıdır. Menfez kesitleri sistemin tabii veya cebri havalandırmalı oluşuna ve her KW için 10 m3/h hava sirkülasyonuna uygun olacak şekilde hesaplanmalıdır.
Açık radyant cihazları kendi içinde üç evre geçirmiştir. Sadece alevin oluştuğu brülör ve onu çevreleyen reflektör sacdan oluşan basit tipli radyantların verimi %45-50 dır. Verimi artırmak için alevin oluştuğu yüzeye ince çelik borular konarak kapalı radyatlar da olduğu gibi malzemenin ışıma özelliğinden de faydalanılarak- verim artışı (%55-58) sağlanır. Bu özelliğinden dolayı kombine radyant olarak isimlendirilmiştir. Bu sistemin üzerine ısının yukarıya doğru kaçışını önleyen ve her istenilen açıda ışıma yapabilen izolasyonlu konverter tipler yapılmıştır. Bunlar açık radyant içinde verimi en yüksek -%65- 73 - olan cihazlardır. [2.1]
15
Kullanım alanları genelde açık veya yarı açık örneğin stadyumlar gibi mekanlar olan bu cihazlar kapalı ortamda kullanıldığında yukarıda belirtildiği gibi havalandırma yapılmalıdır. Kurutma proseslerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak her prosesin kendine özgü parametreleri ve hesap yöntemi olduğu için bu makalede değinilmeyecektir. Cihazların montajı , ısı hesapları ve konacağı yerlerde aranan özellikler kapalı radyant bölümünde bahsedilmiştir. 1.1.2. Kapalı Radyant "Siyah Isıtıcı" Hava gaz karışımı fanlı bir brülörle siyah renkli ışıma borularının içinde yanar. Alevin ince ve uzun olması için brülör özel dizayn edilmiş ve vakum altında çalışmaktadır. Alevi açık radyantlarda olduğu gibi dışarıdan görmek mümkün olmadığından "kapalı radyant" veya brülörün verdiği ısıyı absorbe edip emisyonla ışımaya döndüren siyah ışınım borularına atfen "siyah ısıtıcı" denilmektedir. Lineer tip olarak ilk uygulamaya giren kapalı radyant sistemleri homojen ısıtma, tassaruf ve verimi artırmak için yapılan geliştirmelerde u-tip , en son olarak da izolasyonlu ve re sirkülasyon brülörlü U-tipler geliştirilmiştir.
16
Lineer tip kapalı radyant sistemlerinde ışınım borularının üzerinde alüminyum reflektörler vardır. Fanlı brülörün dışında atık gazların tahliyesi için cihaz ucunda bir fan daha bulunur. Fanın konuş yerine, birkaç cihazın atık gazlarının bir bacada toplanması şekline göre D-tipi, E-tipi,F-tipi ve H-tipi diye sınıflanırlar.
Birkaç lineer veya U-tipli cihazın tek bir baca gazı kollektöründe toplanması durumunda baca sistemi DIN4705 göre hesaplanmalıdır. Baca çekişi brülörlerin yanmasını etkilemeyecek ve hiçbir yerde yoğuşma yapmayacak şekilde sıcaklık, basınç, baça çapları, uzunluk, kapasite, fan kapasitesi, gibi parametreler bir simülasyon programında yapılmalıdır.
17
1.1.2.1Resirkülasyonlu İzolasyonlu, Radyant Cihazları Kapalı radyant cihazlarında lineer tip den daha homojen ısıtan U-tipine doğru gelişmiştir. Işınım borularının üzerindeki reflektör malzemesi ısınarak çatıya doğru konveksiyon ısı kaçışına, -yapılan ölçümlere göre enerjinin %50 kayıp olmasına-, neden olmaktadır. [2.5 ] Resim 1.1.2.1 de en son geliştirilen U-tipi bir cihazın kesiti görülmektedir. Işınım boruları üzerindeki reflektörün kalın bir izolasyonla çevrildiği ve izolasyonun dışında istenilen renge boyanabilen ikinci bir gövdenin olduğu görülmektedir. Bu konstrüksiyonla birlikte resim 1.1.2.2 de görülen re sirkülasyonlu , çift veya modülasyonlu brülör ve ısı geri kazanımlı baca sistemiyle konvensiyonel sistemlere %80, diğer tür radyantlara göre de %50 yakın tassaruf yaptığı tespit edilmiştir. [2.3 ]
18
Baca gazları içinde yanmamış gazların tekrar brülör yanma hücresine gönderilerek yakılmasına resirkülasyon denilmektedir. Böylece tam yanma sağlanarak verim artarken baca gazı emisyon değerleri de minimuma inmektedir.
Lineer ve U tipi cihazların verimi %45-65 arasındadır. İzolasyonlu ve re sirkülasyonlu sitemlerde verim %93-95 dır. Cihaz uzunlukları 3m den 90 m kadar 3 ün katları olabilmekte kapasite değerleri de 20 kw den 300 kw kadar tek brülörle sağlanabilmektedir. (Resim 1.1.2.3) 24 kw den 150 kw kadar ring sitemi kurulabilmektedir. (Resim 1.1.2.4)
Resim 1.1.2.3. U-tipi izolasyonlu resirkülasyonlu radyant
Resim 1.1.2.4. 24...150 kW ring sistem
1.1.2.2.Kapalı Radyant Cihazların Özelliklerini Belirleyen Parametreler Radyatörlü veya sıcak hava apareyli ısıtmada konveksiyonla ısı transferi olur. Ortam havası ısınır, ısınan hava yoğunluk kaybedeceğinden yükselir ve tavan altında birikir. Bu şekilde ısınan hava tavandan tabana doğru inmeye başlar. Bina yüksekliği 3m yi geçtiğinde ve yüksekliğin daha da artığı durumlarda, özelikle fabrika binalarında, hangarlarda, yüksekliği 15 m yi bulan spor salonlarında vs. ısıtma etkinliğini kaybeder ve maliyeti artar. Isının çatı altına gidip kaybolması değil de insanların bulunduğu tabandan 2 m yüksekliğe kadar yoğunlaşması istenir. Güneş ışınları binlerce km uzaklıktan gelerek uzay boşluğunda enerjilerini hiç kaybetmeden geçerler ve düştükleri yer yüzünü ısıtırlar. Aynı prensiple çalışan radyant cihazındaki ışınım boruları brülörün yanmasından aldıkları iç enerjiyi absorbe ederler ve ışınım (elektromanyetik dalga) yayarlar. Işınımlar düştükleri taban yüzeyi veya insanları ısıtırlar. Isıtma yoğunluğu tabanda oluşmaktadır. [2.1] Işınımla (foton tanecikleriyle) primer (resim 1.2.3 /2) ve sekunder (resim 1.2.3 /3 ) olmak üzere iki kat ısıtma sağlanır. Işımayla gelen foton tanecikleri enerjilerini ilk olarak (primer) düştükleri yüzeye, örneğin insan vücuduna, tabana, makinalara vs nüfus ederek (absorbe olarak ) onları ısıtırlar. Isınan cisimler sekonder olarak ısı yayarlar. Taban absorbe ettiği foton enerjileri ile sıcaklığı yükselir ve yerden ısıtma da olduğu gibi ısı yaymaya başlar. Yayılan ısı tabandaki havayı ısıtarak ortam sıcaklığını artırır. Sekonder ısıtma primer ısıtmanın -ışının ısıtması- tersine konveksiyonla yapılan bir ısıtmadır. Ancak ısı
19
yoğunluğu radyatörlü veya apareyli sistemde olduğu gibi tavanda değil tabandadır. Isıtmanın verimli olabilmesi için cihaza giren enerjinin ışınıma dönüşmesi minimum kayıpla olmalıdır. Enerji bilançosu, İşletim sıcaklığı, dalga boyu, ışınım dağılımı diyagramları incelendiğinde cihazların verimi ve konstruksiyonlarının nasıl olması gerektiği ve değişik cihazlar arasındaki farkın ne olduğu kolayca anlaşılır.
Resim 1.2.1. Radyatörlü veya apareyli ısıtma
20
Resim 1.2.2. Radyant ısıtma ısıtma iki şekilde olur
Resim 1.2.3. Radyantla
1.2.Enerji Bilançosu Her sistemde olduğu gibi ışınım sistemlerinde toplam enerji bilançosu (resim 1.2.1.1) verimlilik ve sistem konstruksiyonu hakkında bize detaylı bilgi verir. Yakıt olarak kullanılan gazla sisteme yanarak ısıya dönüşen bir enerji (Q) girmektedir. Yanma (ηbrülör yakma =0,80..0,96) ve işletme (ηbrülör işletme ) verimleri, brülörün tek , çift kademeli veya modülasyonlu, re sirkülasyonlu olma özelliklerine bağlıdır.
Sadece yanma veriminin yüksek olması yeterli değildir. İşletme esnasında sıcaklığa göre brülör hareketlerini kısıtlayan, ısıyı kontrol eden; =0,75) tek kademe, (η (η (η
brülör işletme brülör işletme brülör işletme
=0,9) çift kademe, =1) modulasyon
faktörleri toplam brülör verimini η brülör yakma brülör işletme =η
*η
brülör = 0,65...0,96 verir.
Isının bir bölümü reflektör gövdesinin yaydığı Q
kenarlardan yukarıya Q
Gövde
, diğer bir kısmı de
, ile çatıya doğru giderek kaybolurlar
konveksiyon
Baca gazı sıcaklığı ve oluşan su buharı ile dışarı atılan kayıp enerji de QBaca dır. Enerji bilançosun da toplam kayıp; QKayıp = QGövde + QBaca + Qkonveksiyon dır. QIŞIMA = [Q*ηbrülör - QKAYIP ] * ε Verim ; η = QIŞIMA / Q dır (1.2.1.1.) Burada en önemli faktörlerden biri ε= ışıma verimi (ışınım borularının emisyon veya siyahlık derecesi) dır. Pazardaki cihazların ışıma verimleri genelde %45-60dır. Bir firma yaptığı AR-GE çalışmaları neticesinde 2001 yılı
21
itibariyle ε= 0,94 olarak elde ederek patent hakkını aldığını bildirmiştir.[2.5 ] Bilindiği gibi ε=siyah ideal cisme ait bir özellikdir ve üzeride topladığı (absorbe ettiği) ısının tümünü ışınıma çevirir. Malzeme yüzeyini işleme tekniği ile bu sayı iyileştirilmektedir. Gövde kayıpları Enerji bilançosunda görüldüğü gibi gövde üzerinden çatı altına doğru ısı kaçışı cihaz verimini çok büyük ölçüde etkilemektedir. Resim 1.2.1.2. a da izolasyonlu gövde de ısı kaybının olmadığı, resim 1.2.1.2 b de ısının büyük bir bölümünün kayıp olduğu termografik fotoğraflarda görülmektedir. Resim 1.2.1.3 a/b de cihaz kesitleri görülmektedir.
22
Resim 1.2.1.2.a İzolasyonlu Radyant cihazında ısı kaçışının olmadığını gösteren termografik reisimi
Resim 1.2.1.2.b İzolasyonsuz Radyant cihazında ısı kaçışının termografik resmi
Resim 1.2.1.3.a İzolasyonlu gövde
Resim 1.2.1.3.b İzolasyonsuz gövde
Baca Kayıpları Yanan gazlar çıkış sıcaklıkları ile orantılı olarak enerji kaybına neden olurlar. %15 civarında olan bu kaybın, yeni baca sistemleri ile - dışardan emdiği temiz havayı baca gazları ile ısıtarak - % 7-12 sinin geri kazanımı sağlanmaktadır. Ortam havasını yakan cihazlar yakılan kadar dışardan soğuk hava geleceğinden ek bir enerji kaybına neden olurlar.
23
Resim 1.2.1.4. Isı geri kazanımlı baca
1.3.Sıcaklık ve Dalga Boyu Resim 1.2.2.1 de görünür ışık λ =0,7 μm den başlayan radyant ısıtma cihazlarının sıcaklığa bağlı dalga boyları ve ışıma yoğunluğu görülmektedir.[2.3] Dalga boyunun büyüklüğü tamamen sıcaklığın bir fonksiyonudur. Işıma borusunun yüzey sıcaklığı 700-900 C de λ =1,2-2 μm, 300 C de λ= 4 - 5 μm dir. Dalga boyunun uzun olması - güneş ışımasında olduğu gibi- ışınım daha uzaklara gitmesini sağlamakta ve ısıtma daha konforlu rahatsız etmeyen nitelikte olmaktadır. Dalga boyu küçüldükçe -yüksek sıcaklıklı ışınım borularında- ışıma yoğunluğu artmakta , konfor azalmakta ışıma mesafesi de azalmaktadır. Resim 1.2.2.2 : Cam λ=2 μm kadar ışımayı geçirir ama bunun üzerindeki dalga boylarına bir duvar gibi davranır ve geçirmez. Pencereler veya duvarları cam olan yapılarda uygun cihaz kullanıldığında ışımayla ısı kaçışı olmaz.
24
Resim 1.2.2.1. Sıcaklığa bağlı olarak cihazların dalga boyları
Resim 1.2.2.2. Camın ışımanın dalga boyuna göre geçirgenliği 1.4.Cihaz Uzunluğu Isının verimli üretilmesi kadar tüm alan boyunca homojen dağıtılması da önemlidir. Cihazın 120 derecelik açıyla gördüğü alana örtülen kısım denir. Projelendirmede hesaplanan ısı kapasitesinden önce cihazın alanı örtmesine bakılır. Kapasite uygun olsa bile örtme faktörü iyi değilse homojen ve verimli ısıtma sağlanamaz. Öncelikle örtme faktörü iyileştirilmelidir. Resim 1.2.2.1 de 80 kW 33 m uzunlukta tek bir cihazla ısıtma yapıldığında homojen ve verimli bir ısı dağılımı alınırken, resim 1.2.2.2 de aynı işi 20 kW lık dört cihaz yapmakta ve ısı dağılımında istenmeyen soğuk ve sıcak bölgeler oluşmaktadır. Cihaz ne kadar uzun olursa örtme faktörü, homojen ısıtma, verim o kadar iyi olur.
Resim 1.2.2.1. 80 kw lik tek cihazla ısıtma
25
Resim 1.2.2.2. 20 kw lik dört cihazla ısıtma Cihaz uzunluğunun yanı sıra ışıma borularının başı ve sonu arasında ışıma yoğunluğu farkı olmamalıdır. Tüm yüzey aynı sıcaklıkta olmalıdır. Resim 1.2.2.3.’de 9 m ile 36 m uzunluğunda iki cihaz mukayese edilmiştir. Cihaz boyu (9 m) küçük olmasına rağmen brülör tarafı ile cihaz sonu arasında 600-200 kW gibi ışıma yoğunluğu farkı vardır. Bu şu demektir brülörün altında duran biri sıcaktan kavrulurken cihazın ucundaki diğeri soğuktan titreyecektir. 36 m’lik cihaz başı ve sonu arasında aynı ışıma yoğunluğuna sahiptir ve her noktada homojen ışıma yapmaktadır. Bu özellik cihazın uzunluğundan değil ışınım borularının içine konan özel izolatörler sayesinde olmaktadır.
Resim 1.2.2.3. Işıma yoğunluğunun cihaz boyuna gore dağılımı
26
Radyant Isıtmanın Ekonomikliği Gelişmiş ülkelerde Radyantla yapılan ısıtmanın yüksek ve büyük hacimli binalarda alternatifsiz olmasının nedeni enerji tassarufudur. İlk yatırım maliyeti merkezi sisteme yakın olmasına karşın %80 lere varan yakıt tassarufu, homojen ve sorunsuz ısıtması onu vazgeçilmez kılmaktadır. [1.1], [2.4] "GASWAERME International" da yayınlanan ve 5 sene boyunca kullanıcı fabrikanın kendi mühendisleri -H.G Bruchmann ve J. Hausschild - nin yaptığı gerçek ölçümlere dayanan değerlendirmenin özeti bu konuda her şeyi söylemektedir. Firma Erfurt GmbH 1992 yılından başlayarak merkezi sistemle ısınan fabrikasının bir bölümünü radyant ısıtmaya dönüştürür. (Resim 2.3.1) Ve her sene kullandıkları yakıt miktarını ölçerler. 1997 de bütün fabrika bölümleri radyantla ısıtmaya geçtiğinde, 1992 yılında %100 olan enerji girdilerinin 1997 itibari ile %25 e düştüğünü tespit ederler. Böylece tassaruf edilen enerji %75 gibi oldukça büyük bir rakamdır. (Resim 1.3.2.)
27
Resim 1.3.1. Radyat cihazların Fabrika bolümlerine yerleşim planı
Resim 1.3.2. % olarak yıllara Göre enerji girdisinin azalışı SONUÇ Yüksek yapıların, fabrika bölümlerinin, hangarların spor salonlarının konveksiyonlu ısı tranferi -radyatör , hava apareyi vs.- ile ısıtılmasında ortaya çıkan; • Isının çatı altına yükselişi, • Isıtmaya çok önceden başlanması, • Isınmanın uzun süre istemesi, • Homojen ısınamamak yüzünden iş verimim kaybolması, • Lokal ısıtma yapılamaması, • Hava sirkülasyonun çok olduğu örneğin kaynak atölyeleri yerlerde ısıtma malıyetinin çok yüksek olması, -çünkü ısınan hava sirkülasyonla dışarı atılıyorgibi sorunların giderilmesinde radyant ısıtma sistemleri hedefe yönelik ısıtma yapabilmeleri nedeniyle kesin çözümdürler. Bu ve buna benzer tüm dezavantajları ortadan kaldırdıkları gibi %80 varan yakıt tassarufu sağlarlar. Yalnız burada en önemli konu - diğer ısı sistemlerinde olduğu gibi - her cihaz aynı kefeye konulmamalı ve doğru seçim yapılmalıdır. Ancak o zaman 100 birim yerine 20 birim enerjiyle ısıtmamızı sağlayabiliriz. İş yeri sahiplerinin, mühendislerin, mimarların ve konuyla ilgili tüm kişilerin cihazları seçebilme ve değerlendirebilmeleri için ışın teorisi ve bilimsel seçim parametrelerini bilmeleri gerekir. İngiliz ve Alman literatüründen toplayarak özetle sunulan bu makale bu konuda yardımcı olacaktır. Yaşantımızdaki her şeyın - ayakkabının, gömleğin, bilgisayarın , kalemin, kağıdın vs.- ana maddesi enerjidir. Onsuz hiçbir şey olmaz. Ama o bitmek üzere.
28
Fosil yakıtların ömrü 30- 40 sene olarak hesaplanıyor. Ya sonrası yaşantımızdan alışkanlıklarımızdan vazgeçebilecekmiyiz. Alternanif olarak gösterilen füsyon enerjisinin yaşama geçmesi için de bilim adamlarınca 30- 40 senelık süre isteniyor . O zaman enerji tassarufunda sadece kesemiz için değil, ülke ekonomisi için, dünya insanlığı için, ekolojik dengeyi bozmamak için enerjiyi minimumda kullanmalıyız ve teşfik etmeliyiz.
29
2)) Quartz Sobaların Yapısı ve Çalışması Quartz sobalar, ışıma yoluyla anında ısıtma yapmaktadır. İnsan veya cisimleri direkt olarak ısıtırlar. Normal ısıtma sistemlerinde önce hava ısıtılmaktadır. Isınan hava, kapalı mekân içerisinde tavana yükselerek dağılmaya başlar ve ardından cisimleri ısıtır. Quartz ve ınfrared sistemin çalışma mantığı ise ısının ışık dalgaları ile nakledilmesine dayanmaktadır. Halk arasında enfraruj olarak da bilinir. Güneş ışıklarının bir kısmına verilen addır. Infrared ışıkları, turuncu renginde olup güneşin doğuşu ve batışı sırasında net olarak görülebilen ışıklardır. Öncelikle ışığın vurduğu cisimler ısınır. Böylece ısının yönlendirilmesi sağlanmaktadır. Infrared ısıtma tekniği sayesinde boş alanlar yerine sadece istenen objeler daha aktif ve verimli bir şekilde ısıtılır. Resim 2.5’te ortamın soğuk ve karlı olmasına rağmen (özellikle yüksek dağlık yerlerde) güneşin bu ışık demetinin (enfraruj) ısıtma özelliği vurgulanmıştır. Resim 2.6’da ise bu ısıtıcıların çeşitli kullanım alanları görülüyor.
30
Resim 2.5: Güneşin infrared ısıtma özelliği
Resim 2.6: Enfraruj ısıtma özelliğinin kullanma alanları Çalıştırıldığı andan itibaren resim 2.7’deki cam tüpün yüzeyi, 2 saniye içerisinde 900°C sıcaklığa ulaşabildiğinden anında ve etkin ısıtma sağlar. Bu da özellikle ısıtılması zor,geniş ve yüksek alanlarda veya dış ortamlarda oldukça tasarruflu etkin ısıtma sağlar.
Resim 2.7: Quartz cam tüpü
Resim 2.8: Quartz tüpün yapısı Resim 2.8’de görülen tungsten filaman, lamba yüzeyinin 900°C’ye ulaşmasını sağlayan tungsten elementinden oluşturulmuş rezistanstır. Tungsten erime sıcaklığı çok yüksek (3400°C) olduğundan dolayı tercih edilmiştir ve çalışma sırasında filaman sıcaklığı 1200°C’yi bulmaktadır. Lambanın tüpü, gerçek quartz kristalinden yapılmıştır. Quartz, yüksek sıcaklıklara dayanabilen bir maddedir. Ayrıca ani sıcaklık değişikliklerinde oluşabilecek şoklara karşı da dirençlidir. Bu iki özelliği, lamba yüzeyinin 2 saniye gibi bir kısa sürede 900°C’ye çıktığı göz önüne alındığında önem kazanmaktadır. Quartz Sobaların Elektrik Devre Şeması Bütün quartz sobaların prensip devre şemaları aynıdır. Resim 2.10’da görülen quartz sobanın elektriki devre şeması şekil 2.3’te görülmektedir. Bu sobalara devrilmeye karşı oluşabilecek yangın ve diğer tehlikeleri önlemek için devrilme emniyet anahtarı (S0) yerleştirilmiştir. Bu anahtar, cihazın ayağındadır ve zeminle birleştiği anda kontağını kapatır. Yaylı bir mekanizmaya sahiptir. Devrildiği anda rezistansa giden enerjiyi keser. Quartz cam tüpü sayısı fazla olanlarda şekil 2.3’teki paralel bağlı rezistanslar (R) artar. Resim 2.9: Quartz soba Şekil
31
Şekil 2.3: Quartz soba elektrik devre şeması S Açma kapama anahtarları ( ON / OF ) anahtarı R Quartz rezistanslar N Nötr
SO Devrilme emniyet L Faz E Toprak
32
3)) Gaz ve Elektrik Yakıtlı Sıcak Hava Üreteçleri Endüstriyel ve konut dışı mekânlarda, kendi bünyesinde doğalgaz yakarak ısı enerjisi elde eden ve bu enerjiyi kullanarak ortama cebri konveksiyon yapmak suretiyle mahal ısıtması yapan cihazlara sıcak hava üreteci denmektedir. 1. Sıcak Hava Üreteçleri Çalışma Prensibi: Cihaz çalıştırıldığında ilk olarak yanma odasına gerekli havayı sağlayan ve aynı zamanda yanmış gazları da dışarı atmakla görevli olan baca fanı devreye girmektedir. Belirli bir ön süpürme yapıldıktan sonra, yanma odası içerisindeki brülöre otomatik olarak gaz verilir ve ateşleme yapılır. Brülörden çıkan yanmış gazlar yanma odasının üst kısmındaki ısı eşanjörlerinden geçerek ısıtırlar ve en üst kısımdaki manifoldda toplanarak baca fanı vasıtasıyla cihazdan dışarıya tahliye edilirler. Isı eşanjörünün sıcaklığı uygun dereceye geldiğinde konveksiyon fanı otomatik olarak devreye girer ve eşanjörlerin üzerine ortamdan aldığı havayı üfler. Sıcak yüzeye temas eden hava ısınır ve ortama üflenir. Genellikle emilen hava ile ortama basılan hava arasındaki sıcaklık farkı (ΔT) 30 – 40 °C olmaktadır. Sıcak hava üreteçleri yakma ve fan sisteminin yapısında göre On/Off, kademeli veya modülasyonlu olarak üç tipte üretilebilmektedir. Buna göre, On/Off ve Kademeli modellerin verimleri %90 seviyelerindeyken, Modülasyonlu cihazlarda bu oran %96’ya varabilmektedir
Şekil – 1: çalışma prensibi
33
2. Sıcak Hava Üreteçleri Emniyet Sistemi: Standardı gereği, sıcak hava üreteçlerinin üç emniyetli kontrol sistemine sahip olması zorunludur: 1. Limit Termostat: Eşanjörlerin aşırı ısınmasına karşı emniyet tedbiridir. Sıcaklık belirli değerin üstüne çıktığında sistemi kilitleyerek herhangi bir tehlikeye önlemek için cihazı arıza konumuna alır. 2. Basınç Anahtarı: Cihazın yanma odasına sağlanan vakumlu havanın basıncında istenmeyen bir düşüş olduğunda ısıtıcıyı kitler ve arıza konumuna alır. Şekil – Üç’lü emniyet sistemi 3. Elektrik Panosu Emniyet Termostatı: Elektrik panosunu aşırı ısınmalara karşı korur, sıcaklık belirli bir değerin üstüne çıktığında devreye girerek ısıtıcıyı arıza konumuna alır.
34
Şekil – 2: Üç’lü emniyet sistemi
3. Sıcak Hava Üreteci Tipleri: Sıcak hava üreteçlerini çeşitli sınıflandırmalara tabi tutmak söz konusudur ancak yapısal olarak 2 ana başlık altında incelenebilir: 3.1. Standart Tip Sıcak Hava Üreteçleri: Bu tip sıcak hava üreteçleri ısıttıkları ortama monte edilen ve ortamdan aldıkları havanın sıcaklığını arttırıp tekrar ortama basan cihazlardır. Kanala bağlanma imkanları olmadığı gibi dış ortamdan temiz hava alma imkânı da yoktur. Genellikle konveksiyon fanı aksial tiptedir.
Şekil – 3: Örnek Standart Tip Sıcak Hava 3.2. Kanal Tipi Sıcak Hava Üreteçleri: Kanal tipi sıcak hava üreteçleri standart tip ısıtıcılara göre sıcak hava çıkış basınçları daha yüksek olan ve bu sayede de kanala bağlanabilen cihazlardır. Ortam dışından %100 taze hava alıp ısıtarak veya kısmi taze hava, kısmi olarak da iç ortam havasını karıştırıp ısıtarak çalışabilmektedirler. İç ortama monte edilmek için veya dış ortam şartlarına dayanıklı olarak geliştirilmiş modelleri mevcuttur. Genellikle konveksiyon için santrifüj tipi fanları vardır.
Şekil – 4: İç ortama monte edilen kanal tipi sıcak hava üreteci uygulaması
35
Üstteki şekilde görülen kanal tipi sıcak hava üreteci sistemi temel olarak 5 ana elemandan oluşmaktadır: 1 – Taze havanın giriş yaptığı menfez ve arkasındaki hava filtresi 2 – Taze hava ile iç ortam havasının karıştırıldığı karışım odası 3 – Karışım odasının girişlerini kontrol eden damperler 4 – Dağıtım kanalı ve karışım odasını ısıtıcıya bağlayan vibrasyon alıcılar 5 – Isıtılmış havanın mekân içerisine dağıtımını yapan kanallar (İstenilmediği takdirde dağıtım kanalları iptal edilebilmektedir). Üsttekine benzer bir sistem dizayn edilirken seçilecek cihazın gücü yanında, toplam kanal basınç kaybının ısıtıcının konveksiyon fanının çıkış basıncını geçmemesine ve aynı zamanda toplam baca basınç kaybının da cihazın baca fanının çıkış basıncını geçmemesine dikkat edilmelidir. Dış ortam şartlarına dayanıklı modeller, özellikle mekan içersinde yeterli yer olmadığında veya içeride gazla çalışan bir cihaz istenmediğinde tercih edilmektedirler. Alttaki resimde, farklı şekillerde uygulaması yapılmış, dış ortam tipi sıcak hava üreteci uygulaması görülmektedir.
36
Şekil – 5: Dış ortam tipi sıcak hava üreteci uygulaması
4. Sıcak Hava Üreteçleri İçin Baca Çıkış Detayları: Sıcak hava üreteçlerine hemen hemen her türlü yanma havası girişi ve baca gazı tahliyesi detayını uygulamak söz konusudur. 5. Sıcak Hava Üreteçleri Kullanım Alanları: Sıcak hava üreteçleri ticari ve endüstriyel tipte ısıtıcılar olup bu kapsama giren her türlü mekanda kullanılabilirler. Kazana, sıcak su veya kızgın buhar sirkülasyon tesisatına ve özel personele ihtiyaç duymayan bu ürünler sadece gaz ve elektrik tesisatının çekilmesiyle devreye alınarak tam otomatik şekilde çalışabilmektedirler. Başlıca uygulama sahaları: Fabrikalar, atölyeler, depolar, hangarlar, servis istasyonları, spor salonları, ticaret haneler, dükkânlar, restaurantlar, cafeler, camiler, ibadethaneler, seralar, hayvan çiftlikleri ve buna benzer tesisler olarak sıralanabilir. Sıcak hava üreteçleri piyasada marka bazında farklılık gösterse de 7 kW’dan başlayarak 120 kW’a kadar değişen güçlerde üretilmektedirler.
37
4))Hava Perdeleri Perdesi Nedir?
Hava perdesi, binaların giriş kapısı üzerine veya dik olarak yanına monte edilebilen, bina içindeki klimatize edilmiş, ısıtılmış ve filtre edilmiş temiz havayı muhafaza etmek amacıyla kullanılan, fan ve ısıtıcıdan oluşan bir cihazdır. Hava perdesi kullanımı ile, yazın sıcak havanın, kışın soğuk havanın içeri girmesi önlendiği gibi, dışarıdaki egsoz gazlarının, dumanların, kokuların, tozun, sineğin içeri girmesi de önlenir. 2- Hava Perdesi Seçimi Hava perdesi seçilirken, kapı genişliği, kapı yüksekliği, kapı üzeri ile tavan arasındaki ölçü, kullanım amacı (personel girişi, malzeme girişi, konveyör geçişi), ilklim şartları gibi temel bilgilere ihtiyaç vardır. Bu bilgelerin ışığında hava perdesinin boyutları, fan kapasitesi seçilir. Isıtma için doğalgaz, buhar, kaynar su, sıcak su, elektrik gibi enerji kaynaklarından, kullanılabilir ve en ekonomik olanını seçmek gerekir. Hava perdesi seçiminde bir diğer önemli husus, üfleme hızının tayinidir. Mağaza, otel, banka, restaurant v.b. yerlerin girişindeki hava perdesi, enerji tasarrufu sağlamanın yanı sıra, içeri giren müşteri üzerinde olumlu bir etki yapma görevi de görür. Yüksek hızlı bir hava perdesi seçildiğinde, özellikle bayan müşterilerin yapılı saçlarının bozulma riski vardır. Bu tür müşteri girişinde bulunan hava perdelerinin, insanları rahatsız etmeden fonksiyonunu yerine getirmesi gerekir. Buna karşın restaurantların arka kapısında, malzeme, çöp v.s. giriş çıkışlarında, yüksek hızlı hava perdeleri kullanılarak, sinek bariyeri (fly stop) oluşturmak ön plandadır.
38
İdeal hava perdesi seçildiğinde, kapılardan kaçan enerjiden % 85 tasarruf sağlanabilir. Bu verim oranı, hava perdesi ve montaj şekline göre değiştiği gibi, iç ortamdaki hava dengesine göre de değişir. İç ortamda pozitif veya negatif basınç olması halinde, bu verimde düşme olacaktır.
3- Hava Perdesi Tipleri A- Kullanım amacına göre Hava perdeleri, kullanma amacına göre, ticari, endüstriyel ve soğuk oda tipleri olmak üzere 3 genel grupta toplanabilir. A.1- Ticari amaçlı hava perdeleri, mağazalar, oteller, restaurantlar, bankalar, marketler, hastaneler gibi, müşteri giriş çıkışlarının yoğun olduğu yerlerde kullanılır. Kapı yüksekliğine göre 2 m, 2,3 m ve 2,9 m asma yüksekliği olan tipleri vardır. Genişlikleri, kapı genişliğine göre değişebilir. A.2- Endüstriyel amaçlı hava perdeleri, kapı yüksekliği 6 m’ye kadar olan fabrika, garaj, spor salonları gibi mahallerde kullanılır. Kapı yüksekliği 4 m’ye kadar olanlarda modüler tipler, 4 m. İle 6 m. arasında olanlarda özel tip endüstriyel hava perdeleri kullanılır. A.3- Soğuk oda hava perdeleri, soğuk oda, soğuk depo kapılarında kullanılarak, malzeme giriş çıkışı esnasındaki büyük enerji kaybını önlediği gibi, soğuk oda şartlarının değişmemesini de sağlar. Avrupa nın birçok ülkesinde, gıda malzemesinin soğuk odaya transferi esnasında hiçbir yerer değmemesi zorunlu olduğundan, parçalı PVC perdelerin kullanılmasına izin verilmemektedir. Bu yüzden soğuk oda girişlerinde hava perdesi yaygın olarak kullanılmakta, bu
39
sayede hijyen kuralları sağlandığı gibi, PVC perdeye oranla daha iyi bir enerji tasarrufu sağlanmaktadır. B- Montaj Şekline Göre B.1- Kapı üstü modeller: En yaygın kullanımı olan ve en verimli çalışan modellerdir. En fazla hava akışı kapının üst kısmında olduğundan, kapı üstünden yapılan üfleme, hava akışı ile birlikte oluşan enerji kaybını daha kolay önleyecektir. B.2- Düşey hava perdeleri: Kapı üzerine montajın mümkün olmadığı hallerde veya mimari açıdan tercih edildiğinde, kapının yanına, dik olarak hava perdesi monte edilebilir. Bu durumda, hava perdesinin yüksekliği (uzunluğu), kapı yüksekliği kadar olacaktır. Kapı genişliğine bağlı olarak, hava perdesi kapının bir yanında veya iki yanında olabilir. B.3- Gizli tavan tipleri: Bina girişinde asma tavan varsa hava perdesinin görünür olması istenmiyorsa, gizli tavan tipleri kullanılabilir. Asma tavan içine monte edilen hava perdesinin sadece menfezi görünür. Üfleme ve emme kanatçıkları, aynı menfez üzerinde, farklı açılarda olmalıdır. C- Isıtma Enerjisine Göre Hava perdeleri, Türkiye nin iklim koşullarında genel olarak ısıtıcılı kullanılmaktadır. Ancak, sadece yaz şartlarında kullanılan güney bölgelerinde ortam havalı tiplerde kullanılabilir. Soğutma kapasitesinin yeterli olmadığı bazı mahallerde, soğutma sistemine takviye olması amacıyla, hava perdesinden yazın soğutucu akışkan geçmesi istenebilir. Bu durumda, yoğuşma tavalı özel cihaz sipariş etmek gerekir. Esasen soğutma kapasitesi fan-coiller veya hava kanallarıyla sağlandığından, hava perdesinden ilave bir soğutma beklenmez ancak yetersizlikler karşılaşıldığında, hava perdesiyle bu ilaveyi sağlamak mümkündür. Bu özel durum dışında, hava perdelerinin aşağıdaki ısıtıcı tiplerine göre de sınıflandırmak mümkündür. C.1- Ortam havalı hava perdeleri. C.2- Elektrik ısıtıcılı hava perdeleri. C.3- Sıcak su ısıtıcılı hava perdeleri. C.4- Kaynar su ısıtıcılı hava perdeleri. C.5- Buhar ısıtıcılı hava perdeleri. C.6- Doğalgaz ısıtıcılı hava perdeleri.
40
Hava perdesi, iç ortamda bulunan ısıtılmış veya soğutulmuş (yani şartlandırılmış) havanın kalitesini muhafaza ederek, dış ortamda bulunan olumsuz havanın (sıcak-soğuk-kirli hava-nem-toz-sinek) iç ortama girmesini (Montaj şekline göre yatay veya dikey hava akımı ile ) belirli hızda hava üfleyerek perdeleme yaparak engelleyen cihazlardır. Su serpantinli hava perdeleri, ortam havası ile çalışabildiği gibi içerisinde dolaşan su sayesinde ısıtma yapabilen hava perdeleridir. Su serpantinli hava perdeleri, ısıtma kazanı veya kombi sistemine bağlanabilirler. Bu sayede içerisinde dolaşan suyun sıcaklığına bağlı olarak ısıtma yapabilirler. Isıtıcılı Hava Perdesi Nerelerde Kullanılır? Hava perdelerini, • • • • • • • • • • • • •
Hava giriş, çıkışının olduğu tüm ortamlarda, Hastanelerde; Süper marketlerde, Bankalarda, Sağlık kuruluşlarında, Salonlarda, Okullarda, Otellerde, Terminallerde, Depolarda, Garajlarda, Stadyumlarda, Fabrikalarda ve işyerlerinde güvenle kullanabilirsiniz.
HAVA PERDESİ VERİMLİLİĞİ Hava Perdesinin amacı kapı veya perdeleme istenen açıklarda iç ortam kapasitesini dış ortam olumsuz etkilerden korumaktadır. Bu sebeple doğru seçimden sonra korulum montaj cihazın verimliğini artırır. Hava perdesi montaj yapıldığı kapı aralığına belirli bir hızla hava üfleyerek perdeleme yapar. Böylece güçlü bir hava akışı sağlar. Bu hava akışı kendi başına ısı ve nem kaybını önleyen bir kapı görevi görür. Yer seviyesinde hava akışı 1.5-2.0 m/s’den az olmalıdır.
41
Kaynakça : - Çukurova Isıtma sistemleri web. (http://www.cukurovaisi.com) -iGDAŞ Aşiv web. -Trotect (http://www.trotec24.com/tr-tr/makineler/isitma/) - http://www.scribd.com - http://www.alizehavaperdesi.gen.tr/
42
