Ünite 2: Isıtma Sistemlerinde Enerji Ekonomisi

Isıtma Sistemlerinde Kullanılan Cihazlar, Sembolleri ve Tanımları

Isıtma tesisatına genel olarak bakıldığında temel ısıtma elemanları olarak kazanlar, kat kaloriferleri, boylerler, kombi cihazları, ısıtıcı elemanlar ve ısıtma tesisatındaki diğer yardımcı elemanlar sıralanabilir. Isıtıcı eleman olarak genelde, radyatörler, konvektörler, radyant ısıtıcılar ve çıplak borular kullanılır. Isıtma tesisatındaki yardımcı cihazlardan bazıları ise pompa ve vanalar, genleşme cihazları, armatürlerdir.

Sıcak su kazanları malzeme açısından bakıldığında döküm kazanlar, çelik kazanlar olarak çalışma sistemi açısından ise atmosferik brülörlü kazanlar ile üflemeli brülörlü kazanlar olarak sınıflandırılırlar. Sıcak su kazanlarının seçiminde kazan kapasitesi ve işletme basıncı önemli bir faktör olarak dikkate alınır.

Çelik kazanlarda korozyonun önüne geçebilmek adına kazandaki su sıcaklığının 55 °C altına, baca gazı sıcaklığının 150°C’nin altına düşmemesi gerekmektedir. Üflemeli brülörlü kazanlarda yanma, düşey doğrultuda ortaya çıkmaktadır. Üflemeli brülörlü kazanların önemli bir avantajı, hava ayarının iyi yapılabilmesi nedeniyle yakıt tüketiminde ortaya çıkan azalmadır. Bunun dışında kazan değiştirilmeden çift yakıtlı brülör kullanımına geçilebilmektedir. Çift yakıtlı brülörler ile farklı yakıtlar (fuel-oil, motorin, LPG gibi) kullanılabilmektedir.

Atmosferik brülörlü kazanlar ile üflemeli brülörlü kazanların arasındaki en önemli fark havayı yanma odasına doğal olarak kazan dairesi ortamından sağlıyor olmalarıdır.

Kombi cihazları yakıt olarak LPG ve doğal gaz kullanmaktadır. Kombiler baca tiplerine göre farklı kategorilerde incelenir. Bunlar; bacalı kombi, bacalı fan kitli kombi ve hermetik kombidir.

Isıtıcı elemanlar bulundukları ortamı ısıtmak amacı ile kullanılır. Sıcak suyun enerjisinin ortama verilmesi amacıyla, kazan, kat kaloriferi ya da kombi vasıtası ile sıcak suyun ortama ulaştırması sağlanır. Radyatörler yaygın kullanıma sahiptir. Radyatör dışında kullanılan diğer elemanlar: konvektör, radyant ve çıplak borulardır

Radyatörler kazandan gelen sıcak suyun enerjisini ortama ışınım ve ya taşınım yolu ile aktarmasında rol alır.

Konvektörler bir çeşit boru tipi olan kanatlı borulardan oluşmaktadır. Baca etkisi oluşturması için bir kasa içinde bulunmaktadır. Radyatör çalışma prensibine benzer.

Radyant ısıtıcılar , doğal gazlı ve sıcak sulu radyant ısıtıcılar olmak üzere iki tiptir. Bu ısıtıcılar sanayide büyük hacimleri ısıtmak amacı ile kullanılır.

Çıplak borular en basit şekilde olan ısıtıcı elemandır. Düz boru ve kanatlı boru olarak iki tipte uygulanır.

Genleşme depoları , suyun sıcaklığından kaynaklı hacim değişikliğinden dolayı depolandığı yer olarak tasarlanmaktadır.

Hava ayırıcıları , tesisatta bulunan havanın atılması amacıyla kullanılır.

Pislik ayırıcalar tesisat içerisinde bulunan kalıntı, tortu ve pisliğin temizlenmesi amacı ile kullanılmaktadır.

Brülörler , yakıtı hava ile karıştırma, yanma ve kazanın yanma odasına sevk edilmesinde görev alan cihazlardır.

Isıtma Sistemleri, Sistem Seçimi ve Enerji Ekonomisi

Isıl konforu etkileyen dört önemli durum vardır. Birinci durum ortam sıcaklığıdır. Konfor sıcaklığı açısından uygun olan insanların çalışma yerlerinin sıcaklıklarının 19-21 °C arasında olmasıdır. İkinci durum ortamın nemidir. Kış aylarında % 40-70’lik bağıl nem çalışılan ortam sıcaklığı ile birlikte konfor hissi oluşturmaktadır. Üçüncü durum ortamdaki hava hızıdır. Ortamda bulunan havanın sıcaklığına bağlı olarak havanın hızının ortalama 0.15 m/sn olması uygun bulunmaktadır. Dördüncü durum dış ortam ile iç ortamı birbirinden ayıran duvarların iç yüzey sıcaklığı ile ortam sıcaklığı arasındaki sıcaklık farkıdır. İç yüzey ve ortam sıcaklığı arasındaki sıcaklık farkı 2-3 °C arasında olması uygun görülmektedir. Eğer bu sıcaklık farkı 6-8 °C arasında ise ortam konforsuz bulunmaktadır.

Isıtma sistemlerini sınıflandırmak için bazı kriterler kullanılmaktadır. Suyun faz durumuna göre ısıtma sistemleri, sıcak sulu ısıtma sistemi ve buharlı ısıtma sistemi şeklinde ikiye ayrılmaktadır. Suyun gidiş dönüş boru sayısına göre ısıtma sistemleri, çift borulu ısıtma sistemi ve tek borulu ısıtma sistemi olarak ikiye ayrılmaktadır. Suyun binadaki dağıtma ve toplama şekline göre ısıtma sistemleri üçe ayrılmaktadır. Alttan dağıtmalı, alttan toplamalı ısıtma sistemi; üstten dağıtmalı alttan toplamalı ısıtma sistemi; üstten dağıtmalı üstten toplamalı ısıtma sistemleri. Suyun dolaşımını sağlama şekline göre ise ısıtma sistemi zorlanmış dolaşımlı (pompalı) ısıtma sistemi ve doğal dolaşımlı ısıtma sistemi olarak ikiye ayrılmaktadır. Genleşme deposuna göre açık genleşme depolu ve kapalı genleşme depolu olarak ikiye ayrılmaktadır. Sistemler suyun sıcaklığına göre üçe ayrılmaktadır. İlki düşük sıcaklıklı ısıtma sistemi (75/6 5°C, 55/45 °C gibi), klasik sıcaklıklı ısıtma sistemi (90/70 °C), kaynar sulu ısıtma sistemi (120 °C’nin üstü). Isının ortama verilmesine göre ise ısıtma sistemleri, ısıtma elemanlı ısıtma sistemi ve radyant (yerden, tavandan, duvardan) ısıtma sistemi olarak ikiye ayrılmaktadır. Kazan dairesinin konumuna göre ise çatı ısı merkezleri ve klasik (bodrumda) ısı merkezleri olarak ikiye ayrılmaktadır. Isıl kapasitesine göre ise üçe ayrılmaktadır. Bireysel ısıtma sistemleri, merkezî ısıtma sistemleri ve bölgesel ısıtma sistemleridir.

Sıcaklık, nem, taze hava miktarı, gürültü ve hijyen sistem seçimindeki konfor kriterlerini belirlemektedir. Isıl konforun yanında iç hava kalitesi de önemli faktörlerdendir.

Bölgesel ısıtma sistemindeki borularda eşit direnç sistemi (Tichelman sistemi) uygulanmalıdır. Enerji tasarrufunu arttırmak ve sistemin daha verimli çalışmasını sağlamak için bölgesel ısıtma sistemlerinde yoğuşmalı kazan kullanımı, oransal brülör tercihi, frekans kontrollü brülörler ve entegrekojenerasyon sistemleri tercih edilmelidir.

Düşük Sıcaklıklı Isıtma Sistemleri

Enerji maliyetlerinin artmasından dolayı ısıtma sistemlerinde verimi yükseltme ve düşük enerjili sistemlere geçiş görülmektedir. Günümüzde yaygın olarak 90/70’lik sistemler kullanılmaktadır. Günümüzde düşük sıcaklıkta ısıtma sistemlerinin kullanımında artış görülmektedir. 90/70’lik klasik sistem yerine 70/55, 65/45, 55/40 gibi farklı sistemler oluşturulmaktadır. Suyu daha yüksek sıcaklıklara ısıtılmaması için enerji ve ısı kayıplarında oluşan azalmalar neticesinde bu sistemler avantajlı konuma gelmiştir. Yerden ve duvardan ısıtma yöntemi ile düşük sıcaklıkta ısıtma sistemleri kullanılmaktadır. Günümüzde düşük sıcaklıkta ısıtma sistemleri radyatörlü ısıtma sistemlerinde de kullanılmaya başlanmıştır. Isı pompası, güneş enerjisi ve yoğuşmalı sistemleri kullanımında görülen artış ile birlikte yerden, duvardan ve tavandan ısıtma soğutma sistemleri radyatör yardımıyla desteklenmektedir.

Yüzeyden ısıtma sistemlerinde kullanılan ısı pompası yoğuşmalı ve güneş enerjisi ile birlikte kullanıldığı zaman ısıtma ve soğutma işlemi birlikte yapılabilmektedir. Böyle bir durumda borular yerden, duvardan ve tavandan geçebilmektedir. Yerden ısıtma uygulaması uzun zamandır kullanılmaktadır. Milattan önce 1200 yıllarında bir şömine vasıtasıyla oluşturulan sıcak baca gazının kanallar yardımı ile duvar ve döşemeler arasında dolaştırılması ile ilk yerden ısıtma uygulamaları başlamıştır.

Yerden Isıtma Sisteminin Olumlu Yönleri;

• Yerden ısıtma sisteminin kullanıldığı yerde homojen bir şekilde ısı dağılımı olduğundan konfor sağlanmaktadır.
• Klasik ısıtma sistemlerinde tavandan yere doğru gidildikçe sıcaklık düşüşü gerçekleşir. Bu durum yerden ısıtma sistemlerinde bulunmamaktadır
• Radyatörler zaman içinde tozlanmaktadır. Düzenli bir şekilde bakım ve temizliğinin yapılmaması gibi durumlarda duvar ve perdelerde is oluşmasına neden olmaktadır. Bu durum yerden ısıtma sistemlerinde geçerli değildir.
• Yerden ısıtma sistemlerinde ısı kaybı yaşanmamaktadır.
• En uygun ısı yayılımı bu sistem ile sağlanmaktadır
• Estetiktir.
• Konfor sağlamaktadır.
• Yakıt tüketimi diğer sistemlere göre daha azdır
• Katlar arasına uygulanan ısı geçişini azaltmak ve verimi artırmak için kullanılan yalıtım malzemesi aynı zamanda ses yalıtımını da sağlamaktadır.

Yerden Isıtma Sisteminin Olumsuz Yönleri;

• Döşeme sıcaklığının 22-23 °C’nin üzerine çıkması durumunda kullanıcı kişinin ayaklarda şişme ve diğer bu sıcaktan kaynaklı problemler yaşanmaktadır.
• Özellikle otel uygulamaları için uygun değildir.
• Yerden ısıtmalı sistemlerde halı kullanılması önerilmemektedir.
• Montaj ve imalat hatalarının yanı sıra genleşen boruların aşınmasından dolayı boruların delinmesi riski yüksektir
• Maliyet ve zaman açısından dezavantajlıdır. Duvardan Isıtma-Soğutma Sisteminin Olumlu Yönleri;
• Isıtma ve soğutma işlemini birlikte yapabilmesi
• Daha düşük sıcaklıklarla çalışma olanağı sağlar
• Konforlu bir ısıtma soğutma sistemidir.
• İnsanı rahatsız edici bir hava ortamı oluşmamaktadır.
• Yenilenebilir enerji kaynakları ile birlikte kullanılmaktadır.
• Diğer sistemlerle seri olarak bağlanma olanağı vardır.
• Bakım onarımı kolay olduğundan merkezî bir yerde kurulma olanağı vardır.

Duvardan Isıtma Soğutma Sisteminin Olumsuz Yönleri;

• Geç ısınıp geç soğur ve otel işletmeciliği için uygun olmayabilir
• Borularda meydana gelebilecek sızıntı ve bağlantı hatalarından dolayı ortaya çıkan arızalarda duvarın yenilenmesi söz konusudur.

Baca gazı içerisinde bulunan buharın yoğuşması ile ortaya çıkan enerjiyi kullanan sistemlere yoğuşmalı sistemler denir. Doğal gazın yaygınlaşmasından dolayı yoğuşmalı sistemler daha fazla tercih edilmeye başlanmıştır. Bunun nedeni doğal gazın daha fazla hidrojen içermesinden dolayı baca gazında oluşan su miktarının artmasıdır. Yoğuşma durumunun olması için baca gazı sıcaklığını buharın yoğuşma sıcaklığının altında olmalı aynı zamanda suyun sıcaklığı da çiğ noktası sıcaklığının altında olmalıdır.

Isıtmada Güneş Enerjisi Desteği

İlk zamanlarda güneş enerjisinin kullanılma amacı sadece sıcak su elde etmekti. Günümüzde ise ısıtmaya destek ve elektrik enerjisi üretmek amacıyla kullanılan uygulamaları vardır

Kaskad Sistemler; Merkezî ısıtma sistemi kullanılan binalarda ısıtma sisteminin mevsime göre ihtiyaç duyduğu optimum düzeyde çalıştıran sistemlere kaskad sistem denir.

Oda termostatı, odanın arzu edilen sıcaklıkta tutulmasını sağlar.

Termostatik radyatör vanası, oda sıcaklığını belli bir düzeyde tutarak sisteme enerji tasarrufu sağlar.

Kazan termostatı, kazanda bulunan suyun sıcaklığını sabit bir değerde tutarak enerji tasarrufu sağlamaktadır.

Pay ölçerler, merkezî sistemde bulunan her bir dairenin tükettiği ısı miktarını metrekareye göre değil harcadığı yakıt miktarına göre belirleyen cihazdır. Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliği gereğince yeni yapılmakta olan ve mevcut binalar 2000 metrekare ve üzeri kapalı alana sahip ve merkezî sistemle ısınıyorlarsa ısı paylaşım sisteminin kullanılması zorunlu hâle gelmiştir.

İki yollu vanalar, merkezî sistemdeki farklı dirençlerden oluşabilecek su sirkülasyonu farklılıklarını, fazla su geçen yerleri kısarak dengelemektedir.

Üç yollu vana kullanılan sistemlerden dolaşan su debisi sabittir. Isınma ihtiyacının olduğu durumlarda bile borular aşırı derecede soğumamaktadır. Bundan dolayı sistem ani ısınmalardan ve soğumalardan dolayı oluşabilecek gerilmelerden etkilenmemektedir.

Dört yollu karıştırma vanasında, diğer tipteki vanaların yanı sıra kazan dönüş suyu sıcaklığı da yükseltilmektedir.