Soğutma Yükü Hesabı Nasıl Yapılır?

Yaz iklimlendirmesinde mahallin ısıtılması yerine, soğutulması ihtiyaç duyulur. Üretilen ya da dışarıdan, istek dışı olarak güneşten, değişik yollarla gelen ısı kadar serin havanın mahale verilmesi gerekir. Ancak bu durumda sözü edilen mahallin havası istenilen serinlikte tutulabilir. Bu amaçla; iklimlendirme tesisatı yapılacak olan mahale herhangi bir şekilde dışardan giren ya da içerden üretilen ve hesaplanarak tespit edilen toplam ısı miktarına o mahalin “Soğutma Yükü” adı verilmektedir.

İklimlendirme tesisatında kullanılan ekipmanların büyüklüklerini tespit etmek için söz konusu mahallin toplam soğutma yükünün bilinmesi gerekir. Binanın toplam soğutma yükü ( ∑Q_K), iklimlendirme tesisatı yapılacak mahallerin ısı yüklerinin toplamından oluşur. Bu iç soğutma yükü (∑Q_i) ve dış soğutma yükü (∑Q_D) olmak üzere ikiye ayrılır:

∑Q_K = ∑Q_i + ∑Q_D      (W)

∑Q_K : Toplam soğutma yükü (W)

∑Q_i  : Toplam iç soğutma yükü (W)

∑ Q_D : Toplam dış soğutma yükü (W)

Toplam İç Soğutma Yükü (∑Q_i)

İç soğutma yükü; mahal içinde, tamamen dış etkenlerden bağımsız olarak oluşan ısıların toplamıdır.

∑Q_i = Q_P + Q_A + Q_M + Q_G + Q_Ö + Q_K (W)

Q_P  : İnsanlardan gelen soğutma yükü (W)

Q_A : Aydınlatmadan gelen soğutma yükü (W)

Q_M : Makine ve aletlerden soğutma yükü (W)

Q_G : Geçici maddelerden soğutma yükü (W)

Q_Ö : Özel durumlar için mahale giren ya da çıkan ısı (W)

Q_K : Komşu duvarlardan soğutma yükü (W)

İnsanlardan Gelen Soğutma Yükü (Q_P)

İnsan vücudunun sıcaklığı 36,5 – 37,0^oC, yüzey sıcaklığı 3 ^oC ve yüzey alanı da 1,8 m² civarındadır. İnsanlar da diğer maddelerde olduğu gibi , çevreleriyle olan sıcaklık farkı devam ettiği müddetçe, bulundukları ortama ısı vermektedirler. İnsanlar tarafından çevreye verilen bu ısı, meşguliyet durumlarına göre, duyulur ısı (q_duy) ve gizli ısı (q_giz) olmak üzere iki türlüdür. İnsanlardan, meşguliyet durumlarına göre çevreye yayılan ısı Çizelge 1.5‘te verilmiştir. Aşağıdaki eşitlik yardımıyla hesaplanır.

Q_P = n . q_P . S_i (W)

n     : Mahalde bulunan insan sayısı

q_P : Bir kişiden gelen ısı kazancı (W/kişi)

S_i    : İç mahaller için soğutma yük faktörü

İnsanlardan gelen ısı yükü hesabında S değeri alınırken , duyulur ısı için çizelge 3.1’den %50 konvektiv ısı yayılım oranına göre belirlenen değer alınırken ve gizli ısı soğutma yükü için ise S değeri 1 olarak alınır.

İç Mahaller İçin Soğutma Yük Faktörü (S_i)

İç mahaller için soğutma yük faktörü mahallin ısı depolayabilme durumlarına göre tespit edilmektedir. Mahaller yapım malzemeleri ve içinde kullanılan malzemelerin durumuna göre az ya da çok ısı depolamaktadırlar.

Aydınlatmadan Gelen Soğutma Yükü (Q_A)

Aydınlatma araçlarından çevreye yayılan ısı şekli ve oranları Çizelge 3.2‘de verilmiştir. Bütün elektrikli aydınlatıcılarda, elektrik enerjisinin yaklaşık tamamı bir şekilde ısı ve ışık enerjisine dönüşmektedir. Isıya dönüşen bu elektrik enerjisi de mahallin ısı kazancına doğrudan etki etmektedir.

Q_B = P . ℓ . m_B . S_i (W)

P : Aydınlatma araçlarının toplam anma gücü (W)

ℓ : Eşit zaman faktörü

m_B : Artık ısı faktörü

S_i : İç hacimler için soğutma yük faktörü

Not: Konvektiv ısı yayılım oranı:
a-) Lambalar sarkık ise % 50,
b-) Lambalar tavana sabit ya da kanala montaj ise %30
c-) Havalandırmalı lambalarda da %0 olarak alınacaktır.

Aydınlatma Araçlarının Anma Gücü

Aydınlatma araçlarının gücü, proje aşamasında henüz bilinmiyorsa aşağıdaki eşitlik ve Çizelge 3.3 yardımı ile bulunmaktadır.

P = E_N  × p × A (W)

E_N: Anma aydınlatma şiddeti

p : Özgül aydınlatma faktörü (W/m² 1000 lx)

A : Toplam taban yüzey alanı (m²)

Bu eşitlik aydınlatma tesisatının bağlantı güçleri ve diğer verileri kesin olarak bilinmesi durumunda uygundur. Aydınlatma araçlarının bağlantı gücü en başta anma aydınlatma şiddetine bağlıdır. Anma aydınlatma şiddeti, kullanım amacına göre Çizelge 3.3‘te verilmiştir. Lambanın cinsi, tipi, kullanma tipi bunu belirlemektedir.

Ayrıca özgül aydınlatma değerini aşağıdaki eşitlik yardımıyla da hesaplayabiliriz.

1,25 : Lamba kirlilik faktörü

h     : Lamba ışık akısı ( ℓm/W)

h_LB : Aydınlatmanın işletme verimi

h_R : Hacim etkinlik derecesi

h_B : h_LB.h_R –Aydınlatma etkinlik derecesi (verimi) Çizelge 3.4‘ten alabiliriz.

Eş Zaman Faktörü

Hesabı yapılan mahalde bulunan toplam lambalardan, aynı anda açık bulunanların yüzdesi eş zaman faktörü olarak ifade edilir. Eş zaman faktörü daha çok büyük mahaller için söz konusudur. Gün ışığından faydalanma durumuna göre tespit edilir. Mesela; geniş bir büroda, dışa yakın kısımlar gün ışığından faydalanma imkanına sahipken, iç bölümler gündüzleri bile aydınlatma aracı kullanmak durumundadır.

Hesaplama sırasında mahalde kaç lamba bulanacağı bilinemediğinden, eş zaman faktörü tahmini değerlerle yaklaşık olarak tespit edilmektedir. Bu nedenle, gün ışığından faydalanamayan toplam yüzey alanının toplam taban yüzey alanına bölünerek eş zaman yük faktörü tespit edilmektedir.

Artık Isı Faktörü

Tavanlara konulan lambalar çevrelerine ısı verdiklerinden, mahallin sıcaklığına doğrudan etki etmektedirler. Lambaların çevreleri tarafından emilen ısı, bir müddet sonra, sıcaklık farklılığı doğduğunda tekrar mahale aktarılmaktadır. Bu bakımdan hesaplarda aydınlatma araçlarından gelen ısıların bertaraf edilip edilmeme durumları da dikkate alınarak toplam ısı kazancına olan etkileri dikkate alınmalıdır.

Lambalar havalandırmalı olarak düşünülüyorsa; lambaların yerleştirme şekillerine göre Çizelge 3.5’ten uygun bir “m_B“ değeri seçilmelidir. Havalandırmasız aydınlatmalarda da artık ısı faktörü normal olarak m_B = 1 alınmalıdır.

Makinalardan Gelen Soğutma Yükü (Q_M)

Mahallerde bulunan makine ve diğer aletler çalıştıkları müddetçe ısı enerjisi açığa çıkarırlar. Açığa çıkan bu enerjinin bir bölümü yerel emme ci- hazları ile dışarı atılırken, bir bölümü de mahal havası sıcaklığının yüksel- mesinde etkili olur. İşletme motorları genellikle anma güçleri (P) ile bilinir- ler. Bir mahalde bulunan makine ve cihazların aynı anda çalışma durumlarına göre, bir eş zaman yük faktörü (m) vardır ki bu, gerçek enerji tüketiminin oranını yüzdesel (%) olarak ifade eder.

n : Makine sayısı

P : Elektrikli makinaların anma gücü (W)

h : Elektrikli makinaların verimi (%)

m : Eşit zamanda çalışan makinaların yük faktörü (%)

ℓ : Eş zaman faktörü (%)

S_i : İç hacimler için soğutma yük faktörü (W)

Eğer makine ve diğer cihazlar sık sık tam kapasite çalıştırılıyorlarsa, m <1 kabul edilebilir. Makinaların soğutma yük faktörünü (S_i) alırken, konvektiv ısı katılım payı % 50 ve makinaların yaydığı ısının % 100’ü mahalde kalıyorsa; “S_i” 1 olarak alınabilir. Çizelge 3.6’da değişik anma gücündeki üç fazlı asenkron motorların verimi ve Çizelge 3.7’de ise diğer cihazların güçleri verilmiştir.

Geçici Maddelerden Gelen Soğutma Yükü (Q_G)

Geçici maddelerden gelen soğutma yükünden kasıt; iklimlendirme yapılacak olan mahale herhangi bir sebeple girebilecek maddelerden gelen soğutma yükü ya da mahalden giden maddelerin götürebileceği ısının dikkate alınmasıdır. Örneğin; sıcak su, soğuk su ya da ekzost gazı girişi gibi.

Q_G =   m . c . (t_g – t_ç) . S_i     (W)

m : Mahale girip çıkan maddenin kütlesel debisi (kg/h)

c : Ortalama özgül ısısı (kJ/kgK)

t_g : Maddenin mahale giriş sıcaklığı (^oC)

t_ç : Maddenin mahalden dışarı çıkış sıcaklığı (^oC)

S_i : İç hacimler için soğutma yük faktörü (W)

Eğer mahale geçici olarak gelen maddeler ısılarının tamamını mahalde kaybediyorlarsa, Si = 1 olarak alınabilir.

Özel Durumlar İçin Mahale Giren ya da Çıkan Isı Yükü (Qö)

Bunların dışında, herhangi bir özel durum için mahalin ısıl durumunu etkileyebilecek herhangi bir durum da dikkate alınmalıdır. Çünkü mahale herhangi bir şekilde giren ya da çıkan ısı, mahalin ısı yükünü etkileyebilmektedir.

Komşu Duvarlardan Gelen Isı Kazancı (Q_K)

İklimlendirilmemiş komşu mahallerden iletim yolu ile kazanılan ya da kaybedilen ısılar mahal havasını etkilemektedir. Komşu mahallerden kazanılan ısı, ısı kaybında olduğu gibi yapılmaktadır.

Q_R = k . A . Dt (W)

Dt = t_d – t_i

Q_R : Komşu duvarlardan gelensoğutma yükü (W)

k : Isı geçirgenlik katsayısı (W/m²K)

A : Hesabı yapılan komşu duvarın yüzey alanı (m²)

t_d : Dış mahal sıcaklığı (^oC)

t_i : Mahal sıcaklığı (^oC)

Toplam Dış Soğutma Yükü (∑Q_d)

Dış soğuta yükü, iklimlendirilecek mahallin dış yüzeyinden içeri giren enerjilerin toplamı oluşturmaktadır. Bu enerjiler güneşten ışıma, taşıma
ve yansıma ile gelen enerji yüklerinin toplamıdır.

∑QD = Qdu + Qt + Qı + Qdö (W)

∑QD : Toplam dış soğutma yükü (W)
Qdu : Duvar ve çatılardan gelen soğutma yükü (W)
Qt : Pencerelerden taşınımla gelen soğutma yükü (W)
Qı : Güneş ışınımı (radyasyon) soğutma yükü (W)
Qdö : Başka özel durumlardan gelen soğutma yükü (W)

Duvarlardan ve Çatılardan Gelen Isı Kazancı (Qdu)

Yaz aylarının sıcak havalarında, yalnız güneş olduğu zamanlarda değil, güneşin henüz battığı anlarda da belli oranlarda ısı kazancı devam etmektedir. Yapı malzemeleri güneşten gün boyu aldıkları ısıyı ister istemez depolamakta ve güneş battıktan sonra da, ısı dengesi sağlanıncaya kadar, ısıyı geri vermeye devam etmektedirler. Bu bakımdan eş değer sıcaklık farkı kullanılmaktadır.

Eş değer sıcaklık farkı Çizelge 3.8 ve Çizelge 3.9‘da alt yapı inşa şekli sınıfına ait dış duvar ve çatıların eş değer sıcaklık farkları günün en yüksek değerlerine göre verilmiştir. Aşağıda Mahal Tipleri ve Yapı Sınıfları ve bunların değişik malzeme kullanımına göre kg/m² olarak kütleleri ve k katsayıları verilmiştir.

Pencere ve Kapılardan Taşınımla Gelen Soğutma Yükü (Qt)

Pencerelerden ve dış kapılardan gelen ısı yükleri hesabı ısı kaybında olduğu gibi ısı geçirgenlik katsayısı, alanı ve içeri ile dışarı arasındaki sıcaklık farklarından hareketle bulunur. Ayrı ayrı bulunarak toplam ısı yüküne ilave edilir.

Pencerelerden Işınımla Gelen Isı Kazancı (QS)

Pencerelerden ışınım ile gelen güneş ısısı, pencerenin yapısı, bulunduğu konum ve zamana bağlı olarak değişkenlik göstermektedir.

Q_S = [A₁ . I_max + (A – A₁) . I_dif.max] . b . S_a

A : Toplam cam yüzey alanı (m²)

A = g_v . A_M

g_v    : Pencerelerde cam yüzey alanı katsayısı (Çizelge 3.10)

A_M : Pencere yapı açıklık alanı (m²)

A₁ : Güneş gören cam yüzey alanı (m²)

I_max : En fazla güneş ışınımı değeri (W/m²) (Çizelge 3.11)

I_dif.max : Çizelge 8.16. „dan kuzey yön maksimum değeri

b   : Pencere geçirgenlik faktörü (Çizelge 3.12)

S_{a    :} Dışarı için ışınım yük faktörü (Çizelge 3.13)

Güneş gören cam yüzey alanı bulunurken çoğu kez bölgelere göre azimut açısı ve güneş yüksekliği gibi bazı değerler tam olarak bilinemediği için toplam cam yüzey alanının %20’sinin güneş görmediği kabul edilerek hesaplamalara dahil edilir.

Soğutma yükü hesabının yapılması ile ilgili bilgi vermeye çalıştım. Faydalı olması dileğimle. Lütfen merak ettiklerinizi, hatalı veya eksik gördüğünüz yerleri yorum yaparak bildirin.