www.a305teyim.com
ISITMA HAVALANDIRMA Isıtma: Bir insanın rahat yaşama ve çalışabilmesi için çevre sıcaklığının belirli değerde olması gerekir. Bu değer yaklaşık olarak 15-26oC arasında değişir. Diğer taraftan mevsimler nedeniyle dış sıcaklık dereceleri de devamlı olarak değişir. Bu yüzden kış aylarında mahallerden dışarıya, yaz aylarında ise dışarıdan içeriye ısı transferi olur. Yapıya Isı Verme Düzenleri Binalar bir çok hacimsel şekilde olabilir. Bu hacimlerin hepsinin veya bir kısmının ısıtılması mümkündür. Bu ısıtma düzeni üç biçimde olabilir. Bunlar; lokal ısıtma (ocak , şömine, soba ), merkezi ısıtma (sıcak havalı, sıcak sulu, buharlı ) ve bir merkezden ısıtma (bölgesel ısıtma ) düzenidir. a) Lokal Isıtma (Faydaları): Zorunlu olan yerlerde yalnız yakıt yakılarak ısıtma yapıldığından az yakıt yakılarak senelik ısıtma masrafı az olur ve kuruluşu hesaplı olur. Sakıncaları: Yakıt yanan yerden itibaren en yakın yer en sıcak yerdir ve uzaklaştıkça sıcaklık azalır. Belirli ilaveler yapılmazsa yüksek sıcaklık nedeniyle döşemeye doğru sıcaklık azalır ve tavana doğru artar. Oda içerisinde 15-35oC arasında sıcaklık farkı meydana gelebilir. Sağlık için sakıncaları vardır. Yakıt taşımak, temizlemek ve daima kontrol etmek diğer zorluklarıdır. a) Merkezi Isıtma (Faydaları): Odalara verilen ısı bilinçli olarak dağıtılarak odanın içinde farklı sıcaklıkların meydana gelmesi önlenir. Bu da sağlık bakımından önemlidir. Yapının bütün bölümleri belirli olarak birbirine yakın derecelerde ısıtıldığından ısı farkı nedeniyle rahatsızlık hissedilmez. Yakıt ve kül odalara girmediği için temizdir. Bir çok sobanın yakılması ve kontrolü yoktur. Sakıncaları: Bir veya iki odaya nazaran her tarafın ısıtılması zorunludur ve buna bağlı olarak yakıt masrafı fazladır. Isı düzenin kurulması pahalıdır. a) Bölgesel Isıtma: Eğer birden fazla bina için her binada ayrı ayrı kazan dairesi tahsis etmek yerine bu binaların dışında tesis edilecek bir tek kazan dairesinden ısıtılırsa böyle bir ısıtma düzenine bölgesel ısıtma, ortak kazan dairesine ise bölgesel ısıtma santrali denir. Bölgesel ısıtmaya örnek olarak konut siteleri üniversiteler vs gösterilebilir.
1
www.a305teyim.com
Bölgesel ısıtma santralinin yeri tayin edilirken bazı noktalara dikkat etmek gerekir. Bunlar; • Isıtma şebekesinin maliyeti optimum olacak şekilde ısı santralinin yeri seçilmelidir. • Hakim rüzgar dikkate alınmalı, baca gazları bölgeyi kirletmeyecek şekilde ısı santralinin yeri seçilmelidir. • Baca yeterli yükseklikte tesis edilmelidir. • Yakıt ikmali ve kül nakli en kolay olacak şekilde ısı santralinin yeri seçilmelidir. • İnşaat programının yapılmasında ısı santralinin yeri dikkate alınmalıdır. Sakıncaları : Kuruluşu pahalıdır. Yapılara gelene kadar ısı kaybı fazladır. Tesisatın kontrolü ve yönetimi yetkili birisi tarafından devamlı yürütülmelidir. Faydaları : Bir merkezden ısı sağlandığından her cins yakıt yakılarak yüksek ısıl verim sağlanabilir. Bir çok kazan dairesi, kazan, brülör yerine yüksek kapasiteli aparat ve cihazlar kullanılır. Balım kolaylığı dolayısıyla toplamı daha ucuza mal edilen bir ısıtma düzeni sağlanmış olur. ISI İHTİYACI HESAPLARI Yapı bölümlerini belirli ısı düzeyinde tutabilmek için yapıya devamlı belirli ısı enerjisi verilmesi zorunludur. Verilmesi zorunlu ısı enerjisi ise bölümlerden değişik nedenlerle kaçan ısının toplamıdır ve aşağıdaki nedenler ısıyı etkilemektedir. • İç ve dış sıcaklık dereceleri • Bina inşaatında kullanılmış malzeme cinsi • Yapının kurulacağı yerin iklim koşulları, çevresi ve arazi şartları • Binanın ısıtılmasının işletme şekli ( okul ev hastane) Bina yapısını belirleyen unsurları sıralayacak olursak ; a) Duvarları oluşturan ana malzemeler (taş, tuğla, beton), iç ve dış sıva cinsleri, varsa ısı yalıtım cinsi ,bunların kalınlıkları, duvarların boyutları, zeminin veya bodrumun toprağa bitişik olup olmadığı b) Pencere ve kapıların boyutları, yapılış şekli ve cinsi, malzeme ve açılan kısımların boyutları c) Döşeme kalınlıkları yapısı, malzeme ve döşeme durumu yani döşemenin toprak teması, açık geçit üzerindeki döşeme vs.
2
www.a305teyim.com
d) Tavan yapıları, malzemeleri, kalınlıkları, tavanın durumu yani üzeri çatıyla örtülmüş tavan, düz çatı veya teras döşemeleri gibi e) Çatıyı oluşturan yapı malzemeleri ve kalınlıkları, çatının şekli varsa ısı yalıtım cinsi, çatı arası duvarların yapısı ve ebatları Bu bilgiler binanın yapısal durumunu belirler ve ısı kaybı hesaplarında gereken sayısal değerleri seçmek veya hesaplamak için gereken verileri oluşturur. Binanın konumunu belirleyen unsurlara gelince ; • Binanın bulunduğu kent projeden hesaplanır. Kentin dış hava sıcaklığı ve rüzgar durumu ilgili çizelgeden alınır. • Binanın kuzeye bakan cephesi mimarı projenin vaziyet planında görülür ve belirlenir. • Binanın korunmuş, serbest yada çok serbest olan konumu vaziyet planından anlaşılır. Tüm bu bilgiler binayı çevreleyen dış koşullarla ilgili olup gerekli sayısal değerleri seçmek için bilinmelidir. Yapacağımız ısı kaybı hesapları normal malzeme ve düşüncelerle inşa edilecek binalar içindir. Aşağıdaki özellikleri içeren binalar için farklı şekilde ısı kaybı hesapları yapmak gerekir. • Seyrek ısıtılan binalar • Çok ağır malzeme ile inşa edilecek binalar • Toprakla büyük ölçüde çevrili binalar • 8m den daha fazla kat yüksekliği olan binalar Isı kaybının hesaplanmasıyla mahal sıcaklığının sabit kalabilmesi için verilmesi zorunlu toplam ısı enerjisi (Qh) iki bölümden oluşmuştur. Bu iki bölüm ayrı ayrı hesap edilmelidir. Bunların toplamı Qh=QL+QT toplam kaçan ısı enerjisini verir. QT : Transmisyon yoluyla kaçan ısı ( iletimle oluşan artırımlı ısı gereksinimi) QL : Enfiltrasyon yoluyla kaçan ısı (Hava sızıntısı ısı gereksinimi ) Transmisyon Yoluyla Kaçan Isı : Mevsimlere bağlı olarak içeriden dışarıya veya dışarıdan içeriye doğru bir ısı transferi olacaktır. Hesaplamalarımızda yalnız kış aylarına
3
www.a305teyim.com
göre ısı transferi kabulü ile ısı akımı içerden dışarıya doğru olacaktır. Bu nedenle bir yapıyı oluşturan gereçlerin özelliğine göre ısıyı bir yüzeyden bir yüzeye veya bir ortamdan diğer ortama yapı elemanları çabuk veya yavaş taşırlar. Bu taşınan ısı bölmeden iletimle kaçan QT ısısıdır. Bir hacmin iletimle oluşan artırımsız ısı iletimi (Qo) pencerelerden kapılardan dış ve iç duvarlar ile döşeme ve tavanlardan meydana gelen qo ısı kayıplarının toplamıdır. Qo= ∑qo olur.
Qo= k. f.(ti-td)
f : Isı geçirme yüzeyi (m2) k : Isı geçirme katsayısı (kcal/ m2hoC ) ti : Isıtılacak hacmin hava sıcaklığı ( oC ) td : Dış hava veya komşu hacmin sıcaklığı (oC) Artırımlı olarak toplam ısı ihtiyacı ise QT= Qo.(1+%artırımlar ) formülü ile hesaplanır. ARTIRIMLAR (ZV,ZA,ZH) Bir hacmin iletimle oluşan artırımlı ısı gereksinimi (QT) o hacmin (Qo) iletimle oluşan artırımsız ısı gereksinimin Z gibi bir artırım faktörünün çarpılmasıyla elde edilir. Z artırım faktörü aşağıdaki çeşitli artırımlardan oluşur. ZU Artırımı: Isıtılmanın aralıklı yapılmasında (kesintili ısıtma rejimi artırımı ) ZA= Soğuk dış yüzeylerin iç yüzeylere göre olan durumunda (Soğuk dış yüzeylerin tesirinin dengelenmesi için alınır. ) ZH = Coğrafi yönden Z=1+ZU+ ZA+ ZH dır. Hacmin toplam iletimle olan artırımlı ısı gereksinmesi hesaplandıktan sonra ısıtılmada büyük tesir gösteren birleşik ortalama ısı geçirme katsayısı(D) değerinin hesaplanması gerekir. Bu değerin hesaplanabilmesi için aşağıdaki özelliklerden faydalanılır. 1. İletimle oluşan artırımsız ısı gereksinimi
4
www.a305teyim.com
2. Hacmin toplam hudutsal yüzeyleri (FT) (iç ve dış duvar yüzeyleri, pencere ve kapı yüzeyleri, döşeme ve taban yüzeyleri, toplam hacmin yüksekliği(h) döşeme üzerinden döşeme üzerine kadar olan yüksekliktir. Birleşik ortalama ısı geçirme katsayısı (D) aşağıdaki formülle hesaplanır. D=
Qo FT (t i − t d )
kcal/m2 oCh
Qo= artırımsız ısı gereksinimi
Kesitli Isıtma Rejimi Artırımı ZU: İşletmenin kısmen azaltılması veya tamamen durdurulması ve binanın tekrar işletmeye konması halinde daha fazla ısıtmaya ihtiyaç vardır. Kesintisiz işletme halinden başka aşağıdaki üç işletme şekli vardır. 1-İşletme Şekli 1: Kesintisiz işletme yalnız geceleri ısıtma azaltılır. 2-İşletme Şekli 2: Isıtılmanın günde 8-12 saat kesintili yapılması 3- İşletme Şekli3: Isıtmanın günde 12-16 saat kesintili yapılmasıdır. ZA Artırımı: ZA artırımı soğuk dış yüzeylerin dengelenmesi için alınır. Odayı çevreleyen yüzeylerin ortalama sıcaklıkları D değerinin hesaplanmasında kendilerini gösterirler. Zira bu değer dış yüzeylerin ortalama K değeri ile dış yüzeylerin yüzölçümünün bütün çevre yüzeyleri yüzölçümüne bağlıdır. Bu nedenle ZA artırımları D değerine göre bulunabilir. Her iki artırımda (ZU, ZA) D değerine bağlıdır. Bu nedenle birleştirilmiş artırımlar ZD= ZU+ ZU dır. Birleştirilmiş artırım katsayısı ZD D
İşletme Durumu
0,1-0,29
0,30-0,69
0,70-1,49
>1,50
%ZD I. İşletme Durumu
7
7
7
7
II. İşletme Durumu
20
15
15
15
III: İşletme Durumu
30
25
20
15
Yön Artırımı ZH : Yön artırımının sebebi çeşitli yönlerde ortalama güneş ışınları tesirinin farklı olmasıdır. Bir hacmin iletimsel ısı kaybına dış duvarlarının baktığı yöne göre ZH yön artırımı uygulanır. Çünkü kuzey yarım kürede binaların güneye bakan odaları güneş ışınlarının radyasyonu etkisiyle bir miktar ısınır. Üç tarafı kapalı plan odalarda yön artırımına dış duvarın yönü köşe odalarda köşenin yönü esas alınır. 3 veya
5
www.a305teyim.com
4 tarafı dış duvar olan odalarda ise en büyük artırım hesaba katılır. İç hacimlerde yön zamanı hesaba alınmaz. YÖN %ZH
G -5
GB -5
B 0
KB 5
K 5
KD 5
D 0
GD -5
Enfiltrasyon Yoluyla Oluşan Isı Kaybının Hesabı Enfiltrasyon nedeniyle oluşan ısı kaybı rüzgar etkisiyle pencere ve kapı aralıklarından yapı bölümlerinin içine sızan soğuk havanın ısıtılması için gerekli ısı enerjisidir. (QL) QL aşağıdaki formülle hesaplanır. QL=∑( a.l )d.R.H.(ti-td).ZE
kcal/saat
a : 1kg/m3 basınç farkı altında 1m sızıntı aralığından sızan hava miktarı l : Rüzgarın geldiği kapı ve pencerenin hava sızıntı aralığının boyu ∑( a.l ) :Rüzgarın geldiği bütün dış pencere ve kapılardan sızan hava sızıntısı Pencere ve Kapı Çerçevesinin Hava Sızdırma Katsayısı ( a ) Malzeme Ahşap Plastik Çerçeve Çelik veya Metal Çerçeve İç Kapılar
Pencere veya kapı şekli Tek Pencere Çift Camlı Pencere Çift Pencere Tek veya Çift Camlı Pencere Çift Pencere Çift Camlı Pencere Çift Pencere Eşiksiz Kapılar Eşikli Kapılar
(a) 3,0 2,5 2,0 2,0 1,5 1,5 1,2 40,0 15,0
Dış kapılar aynen pencere gibi hesaplanır
Hava sızıntısı ısı kaybının hesabında iki farklı duvarda pencere varsa en geniş pencere alanı olan duvardaki pencereler göz önüne alınır. Örnek : Çift camlı pencerelerin ısı ekonomisine faydaları Tek camda ; ti
td
hi= 7
hd= 20
kcam= 0,7 kcal/mhoC
6
www.a305teyim.com
1 1 l 1 = + + K hi k hd
l=3mm
K=5.08 kcal/m2hoC
K= genel ısı transferi katsayısı
Çift camda ; 3mm
1 1 0,003 0,003 1 = + + 0,16 + + K 7 0,7 0,7 20
3mm
K = 2,77 kcal / m 2 h o C
10mm Ti Td
Td
Isıtma projesinin yapımı esnasında pencere konstrüksiyonu henüz belli olmamış ise ısı ihtiyacının ön tespitini yapabilmek için aşağıdaki tablodan faydalanılır. Bu tabloda hava sızıntısı aralığı ( l )ile pencere veya kapı yüzeyi ( F ) arasındaki yaklaşık oran W=L/F hesap edilmiştir. Ancak bu şekilde yapılan takriben hesaplama sağlıklı olmayacağı düşünülmektedir. Örnek : h= 1,25
W=4,1
W=l/f=12,3 bulunur.
f= 3m2
Pencere veya Yapının Şekli
Kapının
W=L/F
Muhtelif Çok
Yüksekliği -h0,50 0,63 0,75 0,88 1,00
7,20 6,20 5,30 4,90 4,50
Kanatlı Pencereler
7
www.a305teyim.com
1,25 1,50 2,00 2,50 2,5 2,10
İki Kanatlı Kapı Tek Kanatlı Kapı
4,10 3,70 3,30 3,0 3,30 2,60
Oda Durum Katsayısı ( R ) : Oda durum katsayısı hesaplanan toplam ( ∑(a.l) ) ile oda içine giren havanın akıp gidebilme durumunu belirtir. Oda özelliği ( R ) hesabı yapılan odaya sızan havanın dışarıya kaçmasını önleyen bütün dirençlerin etkisini kapsar. R katsayısının tam olarak hesaplanması mümkün değildir. Fakat aşağıdaki tabloda gerekli olan R’nin yaklaşık değerleri verilmiştir. Bölümün hava değiştiren yüzey oranı durumu katsayısı FA/FT dir. FA= Dış pencere alanı FT= İç kapıların alanı Oda Durum Katsayısı ( R ) Pencere Cinsi Tahta veya plastik kapı Çelik veya metal pencere
Tahta veya Plastik Pencere
Çelik veya Metal pencere
İç Kapı Aralıklı Aralıksız
FA/FT <3 <1,5
R
Aralıklı
<6
0,9
Aralıksız
<2,5
Aralıklı
3-9
Aralıksız
1,5- 3
Aralıklı
6 - 20
Aralıksız
2,5 - 6
0,7
Bina Durum Katsayısı ( H ) ( Yapı ısı Özelliği ) Yapının uygulandığı yerin çevrenin durumu ve inşaat tarzına bağlı özelliklerin etkisinde bulunan bir katsayıdır. Yapının uygulandığı yerin çevre durumu ; • Normal Bölge : Şehir içinde 50 m den daha yakında binalar varsa normal bölge kabul edilir. • Rüzgarlı Bölge : Deniz göl kenarı 50 m den yakında binalar olmayan tepede ve çok rüzgarlı bölgedeki yapıların durumu rüzgarlı bölge kabul edilir. Bu bölgedeki yapılar a) Bodrum zemin ise korunmuş
8
www.a305teyim.com
b) Üst katlar ise serbest c) En üst katlar ise çok serbest Korunmuş halde bulunana binalar ; şehir içerisinde, mahalle arasındaki bitişik nizamda inşa edilmiş alçak binalardır. Serbest binalar ; rüzgara açık bulunan bölgelerdeki binalar, bitişik nizamdaki yüksek binalar ile, şehir civarındaki ayrık nizamda inşa edilmiş bahçeli evlerdir. Çok serbest binalar ; bunlar tepeler üzerinde deniz veya göl kenarında olan tek binalardır. Bina durum katsayısı aşağıdaki tablodan bulunur. Bina Durum Katsayısı ( H ) Bölgenin Durumu Normal Bölge
Rüzgarlı Bölge
Binanın Durumu Mahfuz Serbest Çok Serbest Mahfuz Serbest Çok Serbest
Bitişik Nizam 0,24 0,58 0,84 0,41 0,60 0,82
Ayrık Nizam 0,34 0,58 0,84 0,58 0,84 1,13
NOT : Bir katta birden fazla dairesi veya birbiri ile irtibatlı olmayan oda gruplarına haiz binalar bitişik nizam olarak kabul edilir. Ancak yüksek yapılarda üst katlarda rüzgarın etkisi artacağı için sızan hava miktarıda artar. Bu yüzden H katsayısı yüksekliğe bağlı bir katsayı ile çarpılmalıdır. Bu katsayı E dir. Aşağıdaki tablodan bulunur. Ym 5-10 15 E 1,0 1,2
20 1,4
25 1,5
30 1,6
35 1,7
40 1,9
45 2
50 2
55 2,1
60 2,2
65 70-75 80 2,3 2,4 2,5
85 90-95 100 2,6 2,7 2,8
Y : Yerden Yükseklik ( m ) Köşe Pencere Durum Katsayısı (Ze ) Köşe penceresi veya kapısı olan durumlarda Ze =1,2 diğer bütün hallerde Ze=1 alınacaktır. Isı Geçirme Katsayısı Hesabı k : Hesaplanacak olan malzemenin ısı iletim katsayısı (kcal/mhoC ) K : Hesaplanacak genel ısı iletim katsayısı
9
www.a305teyim.com
h(α) : İç ve dış yüzeysel ısı iletim katsayısıdır. (kcal/m2hoC) 1 1 l1 ln 1 = + + ....+ + K αi k1 kn αd
Bilinen bu değerler ile K değeri şöyle hesaplanır. Değişik gereçlerden oluşan yapı elemanlarının ısı iletim katsayılarını hesaplamak için aşağıdaki tablodan yararlanılır. Isı akım Yönü
Α
Kapalı hacimlerin iç yüzeylerinde doğal hava hareketi
Tavan
halinde, duvar yüzeyleri, iç pencerelerde ısı iletiminin
Duvar
aşağıdan yukarı olması durumunda Isı iletiminin yukarıdan aşağıya doğru olması halinde tavan
Döşeme Tavan
ve döşemeler. Rüzgar hızının orta derecede olması halinde bütün dış yüzeyler
7
5 20
Yapı Elemanlarının Isı Geçirme Katsayıları Hesabı Uygulamaları I.
Dış Duvar ( Dış sıva + delikli tuğla + köpük levha +delikli tuğla +iç sıva )
a b c d e
Malzeme cinsi Dış sıva Delikli Tuğla Köpük levha Delikli tuğla İç sıva
Kalınlık (d) cm 3,0 8,5 3,0 8,5 2.0
10
Isı iletim katsayısı (k) 1,200 0,430 0,034 0,430 0,750
www.a305teyim.com
1 da db dc dd de = + + + + + Λ ka kb kc kd ke 1 = 1,33→ Λ = 0,752kcal/ m2hoC Λ 1 1 1 1 1 1 1 1 = + + = + + → = 1,523→ K = 0,66kcal/ m2h0C K αiç Λ αdış 7 0,752 20 K
Kalorifer Tesisatı Projelerinde Kullanılan Semboller Sembol TP ÇP ÇCP DK İK BK DD İD Ta Dö
Anlamı Tek pencere Çift pencere Çift camlı pencere Dış kapı İç kapı Balkon kapısı Dış duvar İç duvar Tavan Döşeme
11
www.a305teyim.com
Rüzgar Zammı ( ZW ): Yapı bileşenlerinin ısı geçirme katsayılarının hesaplanmasında önemli terimlerden birisi bina dış yüzeyindeki ısı taşınım katsayısıdır. Bilindiği gibi hesaplarda 20 kcal/ m2hoC olarak alınan αd değeri rüzgarın 2m/sn hızı için geçerlidir. Yapının konumu ne olursa olsun belirli birkaç kattan daha yukarda ki katlarda rüzgar hızı daha fazla olacaktır. Buna bağlı olarak αd değeri de artacaktır. Ayrıca kazan dairesinden ayrılan kolonlarda sıcaklığı 90oC olan su yüksek katlara çıkıncaya kadar kolonlarda ısı yalıtımı olmadığı için soğuyacaktır. Bu yüzden rüzgar zammı da işlemler içine katılmalıdır.
Kat Numaraları
Tavsiye Edilen Kat Yükseklik Artırımları (ZW ) 4 3,2,1 4
5 3,2,1 4 5
6 3,2,1 4,5 6
7 3,2,1 4,5 6 7
8 3,2,1 4,5 7,6 8
9 3,2,1 4,5,6 8,7 9
10 3,2,1 4,5,6 9,8,7 10
11 3,2,1 4,5,6 7,8,9 10 11
12 3,2,1 4,5,6 7,8,9 11,10 12
13 14 3,2,1 4,3,2,1 4,5,6 5,6,7 7,8,9 8,9,10 10,11,12 11,12,13 13 14
15 4,3,2,1 5,6,7 8,9,10 11,12,13,14 15
Binaların Yaklaşık Isı İhtiyacının Hesaplanması Bina hacmi ( V ) ve dış sıcaklık td ye göre ısı hesabı yaklaşık olarak hesaplanabilir. Q = q.V
[kcal/h ]
Q : Binanın yaklaşık ısı ihtiyacı q : Binanın her m3’ne karşılık gelen saatteki ısı ihtiyacı V : Binanın dış ölçülerine göre hacmi q = f.( m+n ) f = dış sıcaklığa bağlı bir katsayı m = bina dış ölçülerine göre (a,b) katsayı [a = en , b = boy ] n = bina kat adedi ve kat yüksekliğine bağlı bir katsayı
12
ZW 0 %5 %10 %15 %20
www.a305teyim.com
Örnek : Sivas’ta inşa edilecek 4 katlı bir binanın yaklaşık ısı ihtiyacı hesap edilecektir. Binanın eni a = 20m boyu b = 35m kat yüksekliği h = 3m kat adedi Z = 4 Sivas için td = -18oC’dir. f = 175 ( tablodan ) m = 0,075 ( tablodan ) n = 0,083 ( tablodan ) q = f.( m + n ) = 27,216 kcal/m3h Bina hacmi V = 20x35x3x4 = 8400 m3 Q = q.V = 8400x27,216 = 228615 kcal/h Isı Kaybı Çizelgesinin Hazırlanması Bir binanın ısıtılması için gerekli ısı ihtiyacı binanın kaçan ısılarının hesap edilmesiyle bulunabilir. Bu kaçan ısılar ; QH = QT + QL dir. Burada : QT = ∑k.F.( ti – td ) ......... Transmisyonla kaçan ısıların toplamı QL = ∑ ( a.l )d.R.H.(ti –td ).ZE .......... enfiltrasyonla kaçan ısıların toplamı Bu hesaplamalar için yapıya ait bilinmesi zorunlu bilgiler şunlardır ; 1. Yapının 1/50 ölçekli plan ve kesitlerinin bulunması 2. Plan ve kesitlerde her bölüm ve yapı elemanlarının ölçümleri 3. Kapılar, açılıp kapanan pencereler ve ölçüleri 4. Kesitlerde kapı, pencere, kat yükseklikleri, döşeme ve tavan yapı gereçleri ile kalınlıkları, toprak içinde kalan yüzey ölçüleri 5. Çatı cinsi, çatı kaplama gereçleri, oluşumu ve kalınlıkları 6. Yapının yapıldığı yerin yönlü durum planı, bitişik binaların ne ile ısıtıldığı 7. Yapının oturduğu arazinin vaziyet planı ile tepe, deniz kenarı gibi bölgenin hakim rüzgarlarının yönünün belirlenmesi 8. Yapının yapıldığı şehrin en düşük sıcaklık ortalaması 9. Bölümlerin istenilen iç sıcaklık derecelerinin belirtilmesi 10.
Yapının ne amaçla kullanılacağı, hangi işletme durumunda
çalışacağı
13
www.a305teyim.com
Hesaplara başlayabilmek için bu bilgilerin projenin üzerinde bulunması zorunludur. Isı kaybı çizelgesinde sütunlar itibariyle 1,2,3,4,5,6 ve 7 nolu sütunlar, plan ve kesitlere bakılarak 6,8,9,12,13 nolu sütunlar aritmetik işlemler yapılarak 10. sütun ısı geçirme katsayıları hesaplanarak, 11. sütun sıcaklık farkı değeri, 14. sütun d değeri hesaplanarak ve ilgili cetvelden Zd değeri seçilerek 15.sütun ilgili cetvelden rüzgar zammı seçilerek 16. sütunda ZH odanın yönüne göre cetvelden alınır. Ve % olarak 17. sütuna eklenir. Böylece transmisyonla olan ısı kaybı hesabı yapılmış olur. Enfiltrasyonla ısı kaybı her bölüm için ayrı ayrı uygulanır ve o bölüm için ; QH = QT +QL Toplamı alınarak toplam ısı kaybı hesaplanmış olur. ISITICILAR Yapı bölümlerine ısı ısıtıcılar yardımıyla verilir. Bu ısıtıcılar kendilerine ulaşan ısıyı kondüksiyon, konveksiyon ve radyasyon yoluyla bölüm ortamına ileterek ortamın ısınmasını sağlarlar. Başlıca ısıtıcılar ; • Boru ısıtıcılar • Dilimli ısıtıcılar • Levha ısıtıcılar • Konvektörler • Sıcak su apareyleri Boru Isıtıcılar : Borular bükülerek veya kaynakla birleştirilerek yapılır. Isıl verimi yüksektir. Isıtma yüzeyi küçük olduğundan istenilen ısıyı elde etmek için uzun boru kullanılır. Bu tip ısıtıcılar sera, gemi vb. yerlerde kullanılır. Bir borudan veya baş tarafları bir kollektör ile birleştirilmek suretiyle birkaç borudan yapılmış boru ısıtıcılar için k katsayıları cetvellerde verilmiştir. Birim uzunlukta bir borunun ısıtma yüzeyi ( borunun dış yüzeyi ) şu şekilde hesaplanır ; Q = Fy.K ( Fy =
t p + tç 2
− toda
Q K .(tm − toda )
tp = suyun ısıtıcıya giriş sıcaklığı tç = suyun ısıtıcıdan çıkış sıcaklığı
14
www.a305teyim.com
K = boruların yüzeysel ısı geçirme katsayıları ( kcal/m2hoC ) Fy = ısıtıcı ısıtma yüzeyi (Fy = λ.D.L ) Dilimli Isıtıcılar : buharlı ve sıcak sulu tesislerde en uygun şekilde kullanılan ısıtıcılar dilimli ısıtıcılardır. Dilimleri eklemek suretiyle istenilen büyüklükte ısıtma yüzeyi elde edilebildiğinden yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Radyatörler yapılmış olduğu malzemenin cinsine göre isim alırlar. Örneğin ; döküm, sac ve çelik radyatörler gibi. Radyatör dilimlerinin birbirine eklenmesi sağ ve sol dişli nipellerle yapılır. Radyatörün yüzü denildiği zaman hava ile temas eden ısıtma yüzeyi anlaşılır. Radyatörlerin genişliği dıştan dışa olan genişliğidir. Yüksekliği ise daima ek yeri olan nipellerin ortasından ortasına kadar olan yüksekliktir. Isıtıcı seçimi radyatör hesabı cetvelinin ilgili sütunlarına oda no, oda adı, odanın ısı kaybı ve sıcaklığı yazılarak ve ısıtıcının cinsine göre hesaplanan yapılmasıyla tamamlanır. Her hacmin ısı kaybı bir dilim radyatörün verimine bölünerek o hacim için gereken radyatör miktarı bulunur. Hesap sonucu kesirli çıkarsa 01 ile 0,4 kesirlere dikkate alınmaması, 0,5 ile 0,8 kesirleri için radyatörün bir dilim artırılması uygun olur. Bir grup radyatör zorunluluk yoksa 30 dilimi geçmemelidir. Geçiyorsa 2 grup halinde yapılması önerilir. Isı kaybı küçük olan hacimlerde radyatör iki dilimden az çıkarsa o hacme radyatör koymamaya dikkat edilir ve o hacmin ısı kaybı komşu hacimlerin ısı kaybına eklenmelidir. Pencere önleri en soğuk yerler olduğu için ısıtıcılar pencere altlarına ve estetik bir görünüm vermek için pencereyi ortalayacak bir şekilde yerleştirilir. Yükseğe asılan ısıtıcılar görevlerini tam olarak yapamazlar. Eğer zorunlu olursa %10’luk bir randıman düşüklüğü göz önüne alınmalıdır. Yerleştirilecek olan kalorifer boru kolonları mümkün olduğu kadar köşelere yerleştirilmelidir. Radyatörlerin ısıtma yüzeyi boru ısıtıcılar için verilmiş olan Q = F.K. (tm-toda ) ile hesaplanır. Ayrıca 1m2 radyatörün verdiği ısıyı ( g ) ile gösterirsek radyatörün ısıtma yüzeyi ; F = Q/g ile hesaplanır. Veya F= n.f n = dilim sayısı f = bir dilim radyatörün ısıtma yüzeyi
15
www.a305teyim.com
Levha Isıtıcılar : Alüminyum veya levha ısıtıcılardan yapılı, kalınlığı az olan bu ısıtıcıların içinden sıcak su veya buhar dolaşır. 110 -1000mm arasındaki çeşitli yüksekliklerde yapılırlar. Uzunlukları radyatörlere nazaran çok fazla olur. Düz olduğu gibi köşeli ve kavisli olarak da yapılmaktadır. Bunlar duvarlara biraz açıkta ve özel bir şekilde yerleştirilerek bölümün geniş yüzeylerinin çabuk ısınmasını sağlarlar. Levha ısıtıcılar boru ısıtıcılar gibi hesaplanır. Konvektörler : Özel yuva veya örtüler içine gizlenen kanatlı boru ısıtıcılardır. Konvektör aslında buharlı ısıtmada kullanılmak üzere geliştirilmiş bir ısıtıcıdır. Isıtıcı yüzeylerin görünmemesini istemek ve bir mobilya içine konulması imkanı konvektörün sıcak sulu ısıtma alanında da kullanılmasına yol açmıştır. Bir başka faydası da konvektörün su hacminin az olması ısıtma tesisatının rejime geçmesi için geçecek zamanı kısıtlamasıdır. Sıcak Hava Apareyleri : Bunlar kanatlı borulardan meydana gelen ve kanatların arasındaki havayı bir vantilatörle üfleyen yüksek verimli bir ısıtıcıdır. Verimi ; serpantinin ısıtma yüzeyi, boruların içinden geçen akışkanın sıcaklığı, debisi ve vantilatörün üflediği hava miktarına bağlıdır. Isıtma Tesisatı Sıcak sulu ısıtma tesisatında binanın durumuna bağlı olarak üç şekilde ısıtma ve tesisatı yapılır. 1. Doğal dolaşımlı sıcak sulu kalorifer tesisatı 2. Pompalı sıcak sulu kalorifer tesisatı 3. Kat kaloriferi tesisatı Doğal dolaşımlı sıcak sulu kalorifer tesisatında ( alttan dağıtmalı ) tesisattaki gidiş ve dönüş dağıtma boruları bodrum tavan altından geçer. Bodrum olmayan bir binada alttan dağıtma sistemi gerekirse borular döşemede açılacak kanallara döşenir. Boruların döşenmesinde uygun meyil verilmek suretiyle tesisat su ile doldurulurken içinden havanın çıkması sağlanır. Tesisattan havayı atmak için iki yol vardır. a) Merkezi Hava Atma : Merkezi hava atma gidiş kolonunun sonuna yani en yüksek yerde bulunan ısıtıcı bronşmanının 10cm kadar üzerine ½”lik borudan yapılan havalandırma borusu yapılır ve en yakın gidiş kolonu veya gidiş güvenlik borusu ile birleştirilir.
16
www.a305teyim.com
b) Lokal Hava Atma : Merkezi hava atma yapı tarzından her zaman mümkün olmayabilir. Böyle durumlarda her bir düşey kolondaki hava lokal olarak dışarı atılır. Hava atma yalnız bir kolonun en yüksekte bulunan radyatörleri için gereklidir. Daha aşağıdaki radyatörlerin havası kendiliğinden yukarı çıkar. POMPALI ISITMA TESİSATI Yatay doğrultularda geniş alan kaplayan büyük tesislerde doğal dolaşımlı sistemleri aşırı derecede büyük çaplı boru tesisatını gerektirir. Bunu önlemek için sıcak sulu ısıtma tesisleri genellikle pompalı yapılır. Dolayısıyla boru çapları daha küçük olur. Boru tesisatının küçük çaplı olması daha az tesis masrafı, daha az ısı kaybı daha az su kütlesi ve daha çabuk ısıtma demektir. Tesis masrafından yapılacak tasarruf genellikle pompa fiyatını karşılamayacak kadar fazla olur. Radyatörler kazan seviyesinden daha aşağıda bulunabilir. Genellikle tesislerde yedek bir devridaim pompası ilave edilir. Pompa karaktersitği : bir pompanın basıncı ve debisi pompanın yapısına ve büyüklüğüne ve devir sayısına bağlıdır. Basıncıyla debisi arasındaki bağlantı deneyle tespit edilen bir eğri olarak verilir. Bu eğri yardımıyla belirli bir pompanın belirli güç sınırları içerisinde her basınca karşılık gelen debisi okunabilir. O halde bir pompanın çalışma durumu daima karakteristik eğrisinin sınırları içerisinde olmalıdır. BORU PLANI VE KOLON ŞEMASI Isıtıcı hesapları yapıldıktan sonra ısıtıcılar mimari plan üzerine ölçekli bir şekilde çizilir. Giriş boruları düz çizgi, dönüş boruları kesik çizgi ile gösterilir. Boru planında kolon çıkış yerleri küçük dairelerle gösterilir ve roman rakamıyla numaralandırılır. Kolon şemasında önemli olan düşey kolonların ve bronşmanların açık ve dikkatli gösterilmelidir. Düşey kolonların yatay kısımlarını gerçek uzunlukları boru planında ölçekli olarak gösterildiğinden şemadaki yatay kısımlar ölçeksiz gösterilir. Kazana nazaran en uzak yatay mesafede bulunan kolon en dışa alınır. ŞEKİL Kat planlarında üzerinde dilim sayısı ve cinsi yazılan radyatörlerin kolon şemasında gösterildikleri dikdörtgenin içine oda no, oda sıcaklığı ve radyatör verimi dış tarafına (üstüne) ise radyatörün cinsi ve petek sayısı yazılır. Kolonlarda her bir boru
17
www.a305teyim.com
parçasının taşıdığı ısı yükü ve boru uzunluğu hesaplanır ve üzerine yazılır. Bundan sonra boru çaplarının belirlenmesine başlanır. Kritik devreyi gösteren kolonda herdir boru parçası radyatörden başlayıp kazana doğru büyüyen sayılarla numaralandırılır. BORU TESİSATINDAKİ DİRENÇLER Boru şebekesindeki direnç ne kadar az olursa su dolaşımı hızı o kadar fazla olur. Direncin büyük olması halinde dolaşım hızı azalacağından dolaşan su miktarı azalmış olur. Bu duruma göre direncin dolayısıyla boru kesitinin suretiyle ısıtıcıdan ısıtılacak odanın ısı ihtiyacını karşılayacak miktarda su dolaşımını temin etmek mümkün olur. Sistemdeki su dolaşımı denge konumuna bağlıdır. Dolaşım hızı dolaşım kuvveti ile dirençler arasında denge meydana getirecek seviyede olmalıdır. O halde dolaşım kuvveti = dirençler olacaktır. Bir boru şebekesindeki dirençler iki gruba ayrılır. a) Düz borulardaki sürtünme kayıpları b) Özel dirençler Düz borulardaki sürtünme kaybı : Bu kayıpta su partikülleri ile boru iç yüzeyi arasındaki sürtünme ifade edilmektedir. Bu kayba etki eden faktörler ; 1. Boru uzunluğu etkisi 2. Boru çapının etkisi ( azalacak ) 3. Boru pürüzlülüğünün etkisi 4. Hız etkisi ( sürtünme direnci hızın karesiyle orantılıdır. ) Düz borulardaki sürtünme kaybı her m’deki basınç kaybı olarak tespit edilir ve ( R ) mss olarak gösterilir. R’nin m cinsinden L boru uzunluğu ile çarpılmasıyla o düz borudaki sürtünme kaybı mss cinsinden bulunur. Özel Dirençler : Yön değiştirmeler ve borulardaki armatörler suyun akışına direnç gösterir. Bu dirençlerin büyüklüğü deneysel yolla tespit edilmiş olan ξ veya Z’ye bağlıdır. Bundan başka dirençlerin büyüklüğü daha etkili olarak suyun boru montaj malzemesinin içinden geçiş hızına bağlıdır. Form katsayıları toplamı ( ζZ ) ve akış hızında tablo yardımı ile bir kısım boru için Z değeri tespit edilir. Bu şekilde bir kısım
18
www.a305teyim.com
için toplam basınç = R.L+Z olur. Bu basınç kayıplarının toplamının etken basınçla denge meydana getirmesi gerekir. Böylece etken basınç ; H = ∑R.L +∑Z H : etken basınç R.L : devrelerin düz borularındaki basınç kaybı (mss) Z : devrenin özel dirençlerindeki basınç kaybı (mss ) Pompalı sistemlerde dolaşım pompası basıncı hesaplanan toplam basınç kaybını karşılayacak büyüklükte olmalıdır. Aksine durumlarda veya uygun olmayan hız değerleri elde edilmesi halinde boru çaplarında düzeltmeler yapılarak cetvelin değiştirilmiş boru çapı bölümünde tekrarlanır. Boru Hesabında İzlenecek Yol 1. Hesaba başlarken kritik boru devresi seçilir. Eğer pompalı sistem ise pompa basıncı hesaplanır. Kritik boru devresi olarak kazana uzunlukta en uzak kolonun en üst ısıtıcılarından en büyük ısı yükünü taşıyan seçilir. 2. Boru üzerlerine uzunlukları yazılır. 3. En uzaktaki kolona nazaran içinden değişik ısı yükü geçen boru parçaları numaralandırılır. 4. En son kat radyatörüne kadar getirecek olduğu ısı miktarları ısıları taşıyacak boruların üzerine yazılır. İlgili boru hesabı cetveli örneğindeki ilk dört sütun kolon şemasındaki bilgileri içerir. Kritik devredeki borular için bu bilgiler işaretlendikten sonra 5. sütuna her bir boru için seçilen veya ilk tahmin edilen boru çapları değerleri yazılır. 6. ve 7. sütunlardaki boru içindeki su hızı ve basınç kaybı değerleri basınç kaybı çizelgelerinden okunur. Bu çizelgelerdeki boru iç çapı esas olup iç çapları ara değerlerde olan farklı borular için interpolasyon yapılır. 7. sütun doldurulduktan sonra 4. ve 7. sütundaki değerler çarpılarak her bir boru parçasındaki sürtünme kaybı değerleri 8. sütuna yazılır. Dirsekler, bronşmanlar, ayrılma ve birleşmeler, ekleme parçaları, ekleme parçaları, vana, kollektör ve radyatör gibi elemanlardaki yerel basınç kayıpları da hesaplanarak sürtünme kayıplarına eklenir. Bu amaçla boru devresindeki elemanların özel direnç katsayıları belirlenir ve 9. sütuna her bir boru parçasındaki toplam ∑ξ değerleri işlenir. Bu değerlerden yararlanılarak Z özel değerleri çizelgeden okunur ve 10. sütuna yazılır.
19
www.a305teyim.com
Küçük tesislerde boru çapı tayin edilirken bazı pratik değerlerden hareket edilir. Öncelikle basınç düşümü yada hız seçilir. R basınç düşümünü seçmek yaygın olarak kullanılır. Sıcaklık düşüşü ( Δt ) 20oC için R değeri şu şekilde alınabilir. a) Sistemin pompa durduğu durumda da çalışması bekleniyorsa R = 2,5-3 mmss/m
seçilir.
b) Pompa devre dışı kaldığında tabii sürkilasyonla çalışması beklenmiyorsa küçük tesisler için R = 5-8 mmss/m büyük tesisler için R = 10-15 mmss/m alınabilir. Boru çapı hesabına bir örnek : Zemin katı bulunan ve üzerinde iki katı bulunan bir binadaki kritik boru çapı hesaplaması yapılacaktır. Kolon şeması üzerinde her parçanın taşıdığı ısı miktarı o parçanın üzerine yazılmıştır. Kritik devre kritik radyatör belirlenmiştir ve her parça yukarıdan aşağı doğru numaralandırılmıştır ve toplam 5 parça bulunmaktadır. a sütununa : 1nolu parça yazılır. b sütununa : 1 numaralı parçanın ısı yükü : 1288kcal/h d sütununa : 1 numaralı parçanın uzunluğu : 8m e,f,g sütunları : bunların doldurulması için R basınç kaybı çizelgesinden yararlanılır. R = 3mss/m başlangıç değeri kabulü ile başlanılır. R = 3 değerinden sağa doğru gidilerek 1. borunun ısı değeri olan 1288kcal/h büyük ve en yakın 2170kcal/h seçilir. Bu değerden yukarı doğru çıkılarak boru çapı ½” saplanır. Seçilen boru çapından aşağı doğru inilir ve 1288’den büyük ve en yakın değer olan 1810kcal/h seçilir. Bu değerlerin yanındaki 0,13m/sn borudaki su hızını vermektedir. Buradan tekrar sola doğru gidilerek R basınç kaybı değeri olan 2,2mss/m değeri bulunur ve çizelgedeki g,f,e sütunlarına R = 2,2 W = 0,13 D = ½” olarak işlenir. L boru boyu ile R basınç kaybı değerleri çarpılarak H sütununa RxL = 17,6mss yazılır. İ sütununa toplam direnç sayısı ∑ξ bulunması için ξ tablosunun doldurulması gerekir. Bu ilk sütunda 1- Radyatör ( ½” ) : 3 2- T birleşme : 1 3- T ayrılma : 1,5 4- Dirsek x 2 : 3,4 Toplam ∑ξ : 8,9 olarak bulunur.
20
www.a305teyim.com
1.satırın son adımında k sütunundaki boru parçaları için Z değerlerinin belirlenmesi yapılır. Z değerinin belirlenmesinde verilen tablodan yararlanılır. W = 0,13m/sn ve ∑ξ = 8,9 deπerine karşılık gelen Z değerini bulmak için interpolasyon yapılır. Z = 7,51 olarak bulunur. 2,3,4,5 numaralı parçalar içinde yukarıdaki işlemler tekrarlanır ve hesaplamalar sonucunda ∑L.R = 88,6mss ∑Z = 71,75mss bu iki değerin toplamı ve pompa basıncı değerine gelince Hp = 160,35 + 500 = 660mmss böylece pompanın basınç değeri bulunmuş olur. Dolaşım Pompası Hesabı Pompalar debi ve basınç karekteristlik özellikleriyle belirlenir. Dolaşım pompası sisteminde
meydana gelen sürtünme kayıplarını yenebilecek güçte
seçilmelidir. Dolaşım pompası debisi tesisin toplam ısı ihtiyacı Qk ve suyun gidiş dönüş Δt değerine bağlıdır. Buna göre ; VP =
Qk C p .ρ.(Tg − Td )
VP = m3/h dolaşım pompası debisi CP = suyun özgül ısınma ısısı ρ = suyun yoğunluğu Pompa basıncı HP = ∑L.R +∑Z
(mmss ) olarak bulunduktan sonra emniyetle
çalışması için bu bulunana basınca %10 ilave yapılır. Kazan dairesi kayıpları göz önüne alınmıyorsa hesaplanan basınç 300-800 mss kadar artırılır. HP = (∑R.L +∑Z ).1,1 ve Hp = ∑L.R +∑Z +( 300-800 ) [mss ] Uygulamada özellikle ısı ihtiyacı fazla olan tesislerde pompa basıncına %50’ye varan eklemeler yapılmaktadır. Ayrıca başlangıçta pompa seçimi yapılıp daha sonra boru çapı ve hızı hesabı da yaygın olarak kullanılır.
21
www.a305teyim.com
KAZANLAR VE KAZAN DAİRESİ Genellikle bodrum katına konulan kazan merkezi ısıtma tesisinin en önemli kısmıdır. Kazanlar çeşitli kriterlere göre sınıflandırılır. 1. Kazan yapımında kullanılan malzemenin cinsine göre 2.
Kazan ocağının tipi, tasarlanma biçimi ve gazın ocaktan dışarı atılmasına göre (tam veya alttan yanan kazanlar )
3. Kullanılan yakıtın cinsine göre 4. Yanma odasının basıncına göre 5.
Isıtıcı akışkanın cinsine göre ( sıcak sulu, kaynar sulu, alçak ve yüksek basınç buharlı kazanlar )
6. Kazanın yapısal tasarımı açısından ( Alev borulu, duman borulu veya su borulu kazanlar ) 7. Kazanın biçimi açısından ( yarı veya tam silindirik kazan ) 8. Kazan dairesinin binadaki yeri aşağıdaki nedenler göz önünde tutularak belirlenir. •
Kazan dairesi mümkün olduğu kadar binanın orta yerinde
olmalıdır. Böylece her yönde giden ısıtma ana boruları birbirine yaklaşık uzunlukta ve kesitte olur. Bu şekilde ısı ayarlanmasıyla kolay ve iyi çalışan bir tesisat elde edilir. •
Kazan dairesi orta yerde olursa bacaya yakın olur ve yatay kanal
azalır. Böylelikle bacanın çekişi kuvvetli olur. •
Kazan dairesi yeri seçilirken yakıtın getirilmesini kül ve curufun
dışarı atılmasını planlamak gerekir. •
Kazan dairesi ölçüleri kullanılan kazanın kapasite ve cinsine göre
yerleştirme şekline bağlıdır. Bazı kazan dairelerinin yüksekliklerine örnek verilecek olursa ; • •
Yalnız ısıtma olan kazan dairesinin yüksekliği 3m
Isıtma ve merkezi sıcak su olan apartmanlarda 4m •
Alçak basınçlı buhar olan hastaneler, okullar ve oteller için en az
7m
22
www.a305teyim.com
•
85 tarihli yönetmeliğe göre kazan kenarlarının duvarlardan veya
duvara monte edilmiş cihazlardan yüksekliği en az 70cm •
İki kazan arasındaki mesafe en az 50m olmalıdır. Kazan dairesinin
yüksekliği kazan üzerinde yer alacak ekipmanların gerektiğinde tamir ve
bakımın
yapılmasında
zorluk
doğurmaması
için
kazan
aksesuarlarının üzerinde en az 1m’lik mesafe bırakılmalıdır. •
Kazan dairesi ve kömürlüğün boyutlarını tespit etmek için önce
yaklaşık ısı ihtiyacından başlanır. Normal olarak her m3 hacim için 40kcal/h ısı kaybı kabul edilir. Bu şekilde toplam ısı ihtiyacı bulunduktan sonra kazan dairesi ve kömürlüğün alanı bulunur. Kazan Kapasitesi,Isıtma Yüzeyi Hesabı Sıvı yakıt ve doğal gaz kazanlarında kazan kapasitesi kazan yüzeyi ( m2 ) olarak değil ısıl kapasite olarak tanımlanmaktadır. Bu durumda kazan kapasitesi ; Qk = Qh ( 1+ZR ) Qh = Kazanın ısı yükü ( kcal/h ) ZR = Kazan ısı yükü artırım katsayısı ZR katsayısı için 3 durum tanımlanmıştır. 1.
Ana dağıtma ve toplama boruları yalıtılmış sıcak hacimlerden geçiyor ve kolonlar duvarın iç yüzeylerinde ise ZR = 0,05
2.
Ana dağıtma ve toplama boruları yalıtılmış ısıtılmayan hacimlerden geçiyor ve kolonlar duvarın iç yüzeylerinde bulunuyorsa ZR = 0,1
3.
Ana dağıtma ve toplama boruları yalıtılmış ısıtılmayan hacimlerden veya kanallardan ve kolonlar ise tesisat bacalarından geçiyor ise ZR = 0,15 alınır.
Kömürlü tip kazanlarda kazan kapasitesi ısıtma yüzeyi ile tanımlanmaktadır. Kazan kapasitesi ( yani ısıtma yüzeyi ) ısı kaybı hesabı sonucu bulunan Q H değeri esas olarak alınarak yapılır. Belirli bir tip için ısıtma yüzeyi ; Fk =
QH (1+ ZR ) K
Fk : Kazanın m2 cinsinden alanı K : Kazanın birim ısıtma yüzeyine düşen ısıl güç Kömür için K = 6000 kcal/m2h Fuel-oil K = 8000 kcal/m2h alınabilir.
23
www.a305teyim.com
K değerinin değişik olmasından dolayı kazan seçiminde kazan ısıtma yüzeyi yerine firmaların onaylanmış ısıl kapasitelerini esas almak daha doğru olur. Örnek :
100000kcal/h için kaç m2 kazan kullanmalıyız. ( yakıt linyit Z.R = 0,05
linyit için k = 5000 kcal/ m2h ) FK = 100000/5000 (1+0,05 ) = 21m2 olarak bulunur. Örnek :
Binanın ısı ihtiyacı Qh = 152750kcal/h ise kazan kapasitesi Qk ne
olmalıdır. ( ZR= 1 ) QK = Qh (1+ZR ) = 152750(1+1) = 168025
ve gerekli olan kazan verilen
tablolardan belirlenir. Örneğin demir döküm kazan MD9 BACALAR Bir ısıtma tesisatının iyi ve ekonomik çalışabilmesi için birinci şart teknik özellikleri tam olan bir bacanın bulunmasıdır. Bacanın görevi yakıtın yanmasından oluşan baca çekişi sayesinde ateşin devamlı olarak yanmasını sağlamak için ocağın bulunduğu yere gerekli havanın gelmesini sağlamaktır. Bir bacanın çekişi baca içindeki sıcak gazların özgül ağırlığı ile soğuk dış havanın özgül ağırlığı arasındaki farktan ileri gelir. Buna bağlı olarak bacanın çekim gücü ; H = h.(γa –γi ) H : mmss olarak bacanın çekim gücü h : m cinsinden bacanın dikey yüksekliği γi : kg/m3 cinsinden bacadaki yanmış gazların özgül ağırlığı γa : bacanın dışındaki gazların özgül ağırlığı Bacalarda yön değiştirme köşe daralmalar, yatay kanallar, iç yüzey bozukluğu gibi kusurlar bacanın çekiş gücünü azaltır. Çünkü çekiş gücünün belli bir oranı bunların oluşturduğu zorlanmayı yenmeye harcanır. Kusurlu bacalar çabuk soğur ve bu nedenle çekişi azalır. Bunun sonucu olarak ; • Kazan iyi yanmaz • Baca soğuması sonucu yoğunlaşma olur ve kanalları katran kaplar ve bunun temizlenmesi için ekstradan iş gücü ve maddi kaynak gerektirir. 1.
Her kazanın ayrı bir duman bacası olmalı kalorifer
bacalarına soba, şohbenin bacaları bağlanmamalıdır.
24
www.a305teyim.com
2.
Baca duvarlarının et kalınlığı 1 tuğladan az olmamalı baca
duvarı yapımında delikli tuğla ve briket kullanılmamalıdır. Dolu tuğla veya ateş tuğlası gibi elemanlar kullanılmalıdır. 3.
Baca iç duvarı sızdırma olmayacak biçimde sıvanmalıdır.
4.
Bacalar dış duvardan uzak ve çoğunlukla binanın orta
noktalarına yani çatının en yüksek noktasına getirmeli ve çatıdan en az 80cm yüksek tutulmalıdır. Tek yöne eğimli çatılarda çatının en yüksek noktasından en az 100cm daha yüksek olmalıdır. Bacalarda korozyon oluşumunun başlıca nedenleri şunlardır. • Aynı bacaya birden fazla kazan bağlanması • Bacanın izolasyonsuz olması • Kazan kapasitesinin ihtiyaçtan büyük seçilmesi durumunda baca kazan göre seçileceği için büyük olacaktır ve bu durumda gaz debisi baca kesiti için küçük kalacak ve yoğuşma olacaktır. • Kazanın düşük kapasitede çalışması da yoğuşmaya neden olacaktır. Baca kesit hesabı yapılırken kullanılan yakıt cinsinin önemini büyüktür. Çünkü her yakıtın yanması için gerekli hava miktarı ile ortaya çıkan atık gaz miktarı aynıdır. Pratik olarak baca kesit alanı aşağıdaki formül ile hesaplanır. Yakılacak yakıtın bacayı etkilemesinden linyit için bacalar %20 daha büyük sıvı yakacaklar için %20-25 daha küçük alınır. F =
Q 30 h
Q : yapının toplam ısı ihtiyacı
h : bacanın dikey yüksekliği (kömürlü kazanlarda yanan ızgaradan brülörlü kazanlarda brülörün memesinden başlar ) GENLEŞME DEPOLARI VE GÜVENLİK BORULARI HESABI Sıcak su kazanları bir gidiş güvenlik borusu ( SV ) birde dönüş güvenlik borusu ile donatılmalı ve bir genleşme kabı üzerinden serbest atmosfere ulaştırılmalıdır. 110oC’nin üzerinde çalışan kazanlar DN4750’ye uygun bir güvenlik sifonu ile kapalı tutulan bir genleşme kabına bağlanabilir. Gidiş güvenlik borusu (SV ) kazanın üzerinden
25
www.a305teyim.com
çıkar ve genleşme kabında son bulur. Borunun iç çapı 25mm’den az olmamak üzere ; dsv = 15 +1,5√Q/1000 (mm) iç çap güvenlik dönüş borusu ( SR ) genleşme kabının alt kısmı ile kazan dönüş hattı arasına bağlanır. Borunun iç çapı 25mm’den az olmamak üzere dsr = 15 +√Q/1000 (mm) olmalıdır. Gidiş ve dönüş güvenlik boruları kapatılabilir olmamalıdır. Kesitleri daralmamalı ve genleşme kabına çekilişi hava toplamaya imkan vermeyecek şekilde olmalıdır. Açık tip genleşme depolarının tesisata bağlanış şekilleri aşağıdaki gibidir. ŞEKİL Havalandırma taşıma boruları iç çapları 25mm’den düşük olmamak üzere güvenlik gidiş borusu çapına eşit olmalıdır. Taşıma borusu kazan dairesine ulaşmalı ve görülebilecek yerde olmalıdır. Havalandırma ve taşıma boruları dışarıya verilemez. Genleşme kapları, güvenlik boruları, havalandırma ve taşma boruları donmaya karşı korunmalıdır. Güvenlik yönetmeliğin de genleşme kaplarının büyüklüğü tam olarak belirtilmemiştir. Fakat en az ısıtma sonunda suyun genleşme yoluyla artan hacmini kapsayacak büyüklükte olmalıdır. Bununla birlikte kaçınılmayan su kayıplarını karşılamak için belirli bir su yedeği de bulundurmalıdır. a) Radyatörle ısıtma için genleşme kabı hacmi V=
1,6.Q 1000
( lt )
b) Konvektörlü ısıtma tesisatı için V=
Q ( lt ) 1000
hesaplanır.
Yerden ısıtma gibi tesisatlarda tesisatı dolduran su hacminin %7 si olarak genleşme kabı seçilir. Kapalı Tip Genleşme Depolarının Avantajları 1. Kalorifer sistemi kapalı sisteme döneceğinden hava ile teması olmayacak dolayısıyla korozyon azalacaktır. 2. Kapalı kalorifer sisteminde su buharlaşıp kaybolmayacağı için su eksilmesi olmayacaktır. 3. Basınç dağılımı daha dengeli olacak ve her radyatörde dengeli bir ısınma olacaktır.
26
www.a305teyim.com
4. Kazanın hemen yanına monte edileceğinden çatıya kadar çekilen borudan, izolasyondan , boruların her katta kaybettirdiği alandan ve işçilikten tasarruf sağlanacaktır. 5. Çatıdaki genleşme deposu kalkacağı için buradaki ısı kaybı önlenmiş olacaktır. Modern ısıtma sistemlerinde daha çok kapalı genleşme depoları kullanılır. Sistemde mutlaka emniyet vanası ve manometre kullanılmalıdır. YILLIK YAKIT MİKTARI VE YAKIT DEPOSU HESABI Isıtma tesisatında yıllık yakıt miktarı hesaplanarak en az 20 gün yetecek depo yerinin belirlenmesi gerekir. Yıllık yakıt sarfiyatı ( By ) için ; By =
Qk .Zg .Z y 2.H u .ηk
Qk : kazanın ısıl kapasitesi ( kcal/h ) Zg : günlük çalışma süresi ( saat/gün ) Zy : yıllık çalışma süresi ( gün ) Hu : yakıtın alt ısıl değeri ηk : kazan verimi ( % ) ηk için şu değerler verilmektedir. Doğal gaz için 0,85-0,92 fuel- oil için 0,75 linyit için 0,6-0,65 Hu için ise şu değerler verilmiştir. Linyit için 2000-5500kcal /kg fuel-oil için 10000kcal/kg
doğal gaz için 8250 kcal/m3
Pratik olarak yakıt hesabı şu şekilde ifade edilebilir. By = n.Qk Burada n bir katsayı olmak üzere aşağıdaki tablodan alınır. En düşük sıcaklık 0oC -5 oC -10 oC -15 oC -20 oC
27
n 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
www.a305teyim.com
Yakıt deposu hesabı yıllık yakıt ihtiyacı belli olunca şu şekilde hesaplanır. Qk .Zg .Z p
Bp =
H u .ηk
kg/peryod
Zp = depolanacak gün sayısı ( gün/peryod ) Depolanacak yakıt miktarı hesaplandıktan sonra sıvı yakıt deposu hacmi ( V ) şu şekilde hesaplanır. V=
Bp
ρ
ρ = yakıt yoğunluğu
Katılar için ;
V=
Bp M
( m3 )
M : depolama ağırlığı olup en çok kullanılan yakıtların istif ağırlıkları kg/m3 cinsinden aşağıdaki gibidir. Taş kömürü Linyit Kok
720-780 720 420
Depolama yüksekliği 1,5m yüksekliğinde olur. Bu bilgiler yardımıyla yakıt deposu taban alanı Taban alanı = Depo hacmi/depolama yüksekliği
(m2 )
Yakıt deposu serpantinine gelince soğuk günlerde fuel- oil ‘in özelliği azaldığı için brülöre verilmeden önce depoda ısıtılarak akıcılığı artırılır. Bu amaçla yakıt deposunda bulunan yakıtın kazandan alınan sıcak su ile ısıtılması gerekir. Bu enerji ; Qy = C.Gy. (T2-T1 ) kcal/h C : fuel-oil’in özgül ısısı Gy : saatte ısıtılması gereken yakıt miktarı ( kg/h ) T1 : yakıtın ısıtılacağı sıcaklık T2 : ortam sıcaklığı Gy =
Qk H u .ηbr
ηbr : brülör verimi Hu : yakıtın alt ısıl değeri Isıtmada kullanılan serpantin yüzey alanı ise ;
28
www.a305teyim.com
F s = 1,1.
Qy T − T1 K .(Tms − 2 ) 2
(m 2 )
K : serpantin borusu ısı iletim katsayısı ( kcal / m2hoC ) Tms : sıcak suyun ortalama sıcaklığı (oC ) Serpantin boyu L için ; L=
Fs λ.D
(m) Isı Kaybı Hesabına Örnek
Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi 7 katlı bir binanın 5. katındaki dairesinin salonunda ısı kaybı hesabı yapılacaktır. Dairenin iç hava sıcaklıkları ( komşu duvarları ) şekilde verilmiştir. Salon için hava sıcaklığı 22oC dir. Hesabı yapılan bina Eskişehir’de bulunmaktadır. Eskişehir için dış hava sıcaklığı –12oC alınmıştır. Kullanılan malzeme ve kalınlıkları aşağıdaki gibidir. Dış Duvar
İç Duvar
İç Sıva : 3cm
İç Sıva : 3cm
Beton : 15cm
Delikli Tuğla : 9cm
Dış Sıva : 3cm
İç Sıva : 3cm
Delikli Tuğla : 0.43 kcal/mhoC İç Sıva
: 0,75 kcal/mhoC
Beton
: 0,17 kcal/mhoC
Binamız ara katta olduğu için döşeme ve tavandan ısı kaybı olmayacaktır. Bu yüzden döşeme ve tavan için K hesaplanmamıştır. ( genel ısı transfer katsayısı K ) Isı kaybı hesabından önce odanın yapı bileşenlerinin K genel ısı transfer katsayıları şu şekilde hesaplanır. Dış duvar için
İç Duvar için
29
www.a305teyim.com
1.Satıra : Hesaba seçilen bir yerden başlanır. İlk satıra kuzey yönünden başlanmıştır. Seçilen yönde çıkartılan alan niteliğinde pencere balkon kapısı gibi iç alanlar hesaplandıktan sonra ana yapı malzemesi için bir sonraki satıra geçilir. Kuzey yönde çift camlı pencere hesabı 1. sütunda yapılacaktır. Kuzey yönü 2. sütuna yazılır. Camlar için kalınlık sütunu boş geçilir. 4.ve 5. sütunlara uzunluk ve genişlik 2,1 ve 1,2 olarak yazılır. Toplam alan 2,52m2 değeri 6. sütuna, miktar olarak 1 değeri 7. sütuna yazılır. Çıkarılan alan yoktur ve hesaba giren alan 2,52 olarak 9. sütuna yazılır. Gerekli olan çizelgelerden özel birleştirilmiş çift camlı pencere için K = 2,2 değeri 10. sütuna yazılır. 11. sütuna sıcaklık farkı ∆ t = Ti –Td = 22- (-12 ) = 34oC yazılır. 12. sütun artırımsız ısı kaybının hesaplandığı yer olup Q0 = A.K.∆ t = 188,5kcal/ h
2.Satır :
kuzey yönde çıkarılan başka alan olmadığından bu yöndeki dış
duvarın hesabına geçilebilir. İşarete dış duvar yöne kuzey kalınlık 4,96m ve yükseklik 2,5 değerleri 2 nolu satıra yazılır. Burada toplam alan 12,4m2 olmaktadır. Miktara 1 çıkarılan alan pencere alanı 2,52 değeri 8. sütuna yazılır. Hesaba giren toplam alan 9,88 olarak 9. sütuna yazılır. DD için K = 0,88 bulunmuştur. ∆ t değeri 34oC ve 13. sütuna artırımsız ısı kaybı için 295,6kcal/h dır. 3.Satır : batı yönündeki Ç.C. Pencerenin hesabı 1.satırınkine benzer olarak yapılır. Kalınlık yok uzunluk 2,8 yükseklik 1,2 toplam alan 3,36 miktar 1 çıkarılan alan yok hesaba giren alan 3,36 K değeri 2,2 sıcaklık farkı 34 oC artıtımsız ısı kaybı 251,3 kcal/h 4.Satır : batı yönündeki dış duvarın hesabı bu yöndeki Ç.C.P alanı çıkarılarak yapılır. Sırasıyla D.D ,B, 21,3.65, 2.5, 9.12, 1, 3.36, 5.76, 0.88, 34, 172.3 yazılır. 5.Satır : güney yönde 18oC sıcaklıktaki antre bulunmaktadır. Sıcaklık farkı 4oC olarak bulunur ve güney yöndeki iç kapının hesabı bu satırda yapılmaktadır. 6. Satır : güney yöndeki antreye bakan duvarın hesabı bu satırda yapılır. 7. Satır : güney yönde bulunan
yatak odası 20oC olduğu için sıcaklık farkı
2oC’ye göre hesaplamalar yapılır.
30
www.a305teyim.com
8. Satır : doğu yönündeki mutfak 18oC olduğu için 4oC ’lik sıcaklık farkına göre ısı kaybı bu satırda yapılır. 9. Satır : artırımsız ısı kaybı için ilk 8 satırda bulunan değerler toplanarak yapılır. Birleştirilmiş artırım katsayısı ZD için tesisat konutta olduğundan sürekli çalışmakta ve sadece geceleri ateş azaltılmaktadır. Birinci işletme şekline girdiği için ZD= 7 olarak seçilir. ZW kat yükseklik artırımı gerekli olan çizelgeden 5 olarak bulunur. (binamız 7 katlı ) Yön artırımı için köşe odalarda iki dk duvarın köşegeni olduğundan bu yöndeki kB yön artırımı katsayısı için 5 değeri alınır. Artırım değerleri 14,15,16. sütunlara yazıldıktan sonra 17. sütuna Z toplam artırımı yazılır. Z = 1+%ZD+% ZW +% ZH 18. sütuna ısı geçişi karşılığı ısı ihtiyacı QT için Qt = Qo.Z = ####### 10. Satır : enfiltrasyon ile ısı kaybı QL hesabı için hazırlanır, a sızdırganlık katsayısı tablodan 2 olarak seçilir. L değeri mimari proje dosyasındaki pencerenin dıştan görüşü planlarından ölçülerek hesaplanır. Hesabı yapılan daireye ait salonun kuzey ve batısındaki pencerelerin açılan kısımları ve ölçüleri ile L hesabı şöyle açıklanmıştır. R oda durum katsayısı ( 2,52 + 3,36 ) toplam dış pencere alanı ve iç kapı alanımız 1,89m2 olarak hesaplanmıştır. H bina durum katsayısı için binanın ve bölgenin durumundan ( binamız normal bölgede, serbest ve bitişik nizamdır.) 0,41 olarak bulunur. ZE = 1,2 alınır. (her iki duvarda pencere var ) QL= 2.15,8 .0,1 0,41.34.12 QL= 370kcal/h 11. Satır : Q = QL +QT yazılır. Yapılarda Su Buharı Geçişi Ve Terlemenin Kontrolü Terleme hava içindeki su buharının temas ettiği yüzeyin sıcaklığı yoğuşma noktası sıcaklığının ( çiğ noktası sıcaklığının ) altına düştüğü zaman yüzeyde su zerrecikleri oluşmasıdır. İzalasyon maddesi konulan duvarda ısı geçirme katsayısı tayininde yoğuşma kontrolü yapılmazsa duvarlarda küf, mantar üremesi gibi sorunlar ortaya çıkabilir. Su buharı geçişi yapı malzemesinin iki yüzü arasında su buharının kısmi basınçları farklı olursa yüksek basınçtan düşük basınç yönüne doğru duvar
31
www.a305teyim.com
gözeneklerinden su buharı moleküllerinin geçişi olarak tanımlanmaktadır. Dış duvar sıcaklığı içerideki havanın çiğ noktası sıcaklığı üzerinde ise terleme görülmez. Terleme yapı elemanlarının ısı geçirme direncinin yeterli seçilmesi ile doğru yapı malzemesinde terleme olmasına engel olarak K* ;
İç ortam sıcaklığına ve bağıl neme bağlı olarak Tç gerekli termodinamik tablolardan bulunabilir. Yapı malzemesinin 1/∆ ısı geçirgenlik direnci için ;
32
www.a305teyim.com
33
