CHILLER ( SOĞUTMA GRUBU )
Chiller aslında bir soğutma grubudur. Ülkemizde ve dünyada genelde chiller ismi ile bilinir. Isıyı bir kaynaktan alarak diğer bir kaynağa aktaran soğutma cihazlarıdır.
Mevsim İklimlendirme firması olarak, hava ve su soğutmalı chiller ürünlerinin kurulum, açma kapama, bakım, onarım ve tamiratlarını 10 yılık tecrübemiz ile sunmaktayız.
Çalışma prensibi, termodinamik soğutma çevrimi ile aynıdır. Yani kompresör, genleşme vanası, evaporatör ve kondanserden meydana gelmektedir. Kompresörde sıkıştırılan, ısınan gaz önce kondanserde soğutulmaktadır. Bu sayede ortama ısı aktarılmış olur. Sonrasında gaz genleşme vanasından geçer. Bu nedenle sıcaklık düşer ayrıca sıvı hale gelir. Evaporatörden geçmesi sırasında soğutulması istenen sıvının üstünden ısıyı çeker, alçak basınçta gaz halinde kompresöre yönelir. Bu durumda yeniden sıkıştırılmış olur. Çevrim durumu bu şekilde daimi olarak sürer.
Chiller Çeşitleri: Chiller gruplarını farklı özelliklerine göre gruplandırmak mümkündür, ancak en belirleyici ayrım ısı atılan kaynağın ne olduğudur. Eğer ısı havaya atılıyorsa hava kaynaklı soğutma grubu, suya atılıyorsa su kaynaklı soğutma grubu olarak çeşitlendirebiliriz. Bunun haricinde kompresörün hermetik ya da yarı hermetik oluşuna, kullanılan soğutucu akışkanın özelliğine, ısı değiştirici tipine göre de cihazlar farklılaştırılabilir.
1- Hava Soğutmalı Chiller Cihazları
Bu tip soğutma grubu üzerinde fanlar olan kondanser bataryalarına sahiptirler. Kompresörde sıkıştırılmış ve yüksek sıcaklıkta gaz halindeki soğutucu akışkan kondansere gönderilir. Fanlar yardımı ile batarya yüzeyinde hava akışı sağlanarak ısı transferi gerçekleşir. Böylece gaz üzerindeki ısı havaya iletilmiş olur ve bu tip chillerler hava soğutmalı olarak adlandırılır.
2- Su Soğutmalı Chiller Cihazları
Çalışma prensibi olarak hava kaynaklı soğutma grubu ile çok farkları yoktur. Gazı soğutmak için hava soğutmalı bataryalar yerine su kullanan shell & tube veya plakalı tip ısı değiştiriciler kullanılır. Buradaki su kaynağı doğal nehir yada göl gibi sonsuz bir kaynak olabilir ancak böyle bir ortamı bulmak çoğunlukla mümkün olmadığından su soğutmalı chiller grupları soğutma kuleleri ile birlikte verimli bir şekilde kullanılabilir.
FLOW SWİTCH
Su kondenser pompası ile soğutma kulelerine yollanır. Soğutma kulelerinde de gazı soğutan su soğutulur. Soğutma kulelerinde suyun yukarıdan aşağıya yavaş yavaş ve dağınık vaziyette inmesini sağlayan plastik parçalar vardır. Kulenin önünde de büyükçe bir fan bulunur. Bu fan dağınık vaziyette aşağıya dökülen suyun ısısını alır. Ve su pompa ile sürekli devir daim edilir. Devir daim eden pompa arızalanırsa ve su sirkülasyonu sağlanmazsa chiller yüksek basınç hatası verir. Ayrıca soğutma için kullanılan suyun da sürekli devir daim halinde olması lazımdır. Aksi halde evaporatör kendini soğutur yani donar ve borular yarılır. Chillerler de bunun için koruma yöntemleri vardır. Flow switch denilen akış kontrol switchi bunlardan birisidir. Suyun akışı durduğunda soğutma kompresörlerini durdurur.
ÇOK FONKSİYONLU CHILLER GRUPLARI
Şu ana kadar chillerlerin en çok bilinen ve kullanılan su soğutma grubu işlevinden bahsettik. Ancak chiller grupları sadece soğutma veya ısıtma, eş zamanlı ısıtma ve soğutma, kullanım sıcak suyu gibi hizmetleri de vermektedir. Ve bunların birçoğunu ısı geri kazanım özelliği sayesinde bedelsiz olarak gerçekleştirebilmektedir.
Isı Geri Kazanımlı Soğutma Grubu
Soğutma grupları soğutma işlemi yaptıkça bir başka yerde de ısıtma işlemi yapmaktadır. Genellikle bu atık ısı boşa gitmekte ve çevreye bırakılmaktadır. Oysaki soğutma grubu kısmi yada tam ısı geri kazanımı ile atık ısı bir başka yere aktarılabilir. Bunun en güzel örneği kullanım sıcak suyu eldesidir, cihaz soğutma yaptığı sürece bir boylerdeki suyu da bedelsiz olarak ısıtabilir. Özellikle endüstriyel tesislerde kullanılan soğutma grubu yaz kış soğutmaya çalışırlar. Bu soğutma işleminin atığı olan ısı, kullanım sıcak suyu ya da idari bina ısıtmasında kullanılabilmektedir.
HEAT PUMP (ISI POMPASI) CHILLER
Hemen herkes bireysel konfor uygulamalarında kullanılan evsel tip ısı pompalarını duymuştur. Heat pump chillerler bu cihazların çok daha büyük kapasitelisi olarak düşünülebilir. Konfor uygulamalarında yazın soğutma kışın ısıtma işlevi görürler. Cihaz üzerinde çok basit olarak anlatmak gerekirse 4 yollu bir vana bulunur. Kompresörden gelen sıcak gaz sistemde soğutma isteniyorsa kondansere, ısıtma isteniyorsa evoparatöre gönderilebilir.
4 BORULU CHILLER
Cihaz üzerindeki 4 borudan ikisi sıcak su gidiş dönüşü diğer ikisi ise soğuk su gidiş dönüşüdür. Aynı anda ısıtma, soğutma yapılabilir ve ısı geri kazanımı sayesinde bu işlerden biri bedelsiz olarak gerçekleştirilebilir. Isı geri kazanımın kullanılması için ısıtma ve soğutma yüklerinin eşit olması gerekmez, eksik olan kısım tali ısı değiştiricilerden alınan veya verilen ısı ile tamamlanır. Bu tali ısı değiştiriciler sayesinde cihazlar sadece ısıtma veya soğutma da yapabilir. Özellikle mevsim geçişlerinde yüksek binalarda dışarıya bakan mahallerde soğutma istenirken, iç mahallerde ısıtma istenebilir yada tam tersi de mümkündür. Bu şekilde birbirinden bağımsız alanlar için aynı anda farklı konfor uygulamaları gerçekleştirilebilir. 4 borulu chiller grupları sanayi kullanımında da karşılık bulmaktadır. Örneğin bir kaplama tesisinde gerçekleşen reaksiyon sonucu kimi havuzlar soğutulurken, bir kısmının ısıtılması gerekebilir.
FREE-COOLING CHILLER
Free-cooling soğutma grupları genellikle; sistem salonları, sunucu-network kabinleri ve kalıp soğutma gibi endüstriyel ve teknik soğutma sistemlerinde mekanik soğutma sürecini azaltıp, serbest soğutma yaparak enerji tasarrufu yapan dış ortam soğutma cihazlardır. Standart soğutma gruplarında bulunmayan ve aynı gövdeye yerleştirilen free-cooling bataryası sayesinde dış hava sıcaklığı set edilen su dönüş sıcaklığının altına indiği takdirde dönüş suyu free-cooling bataryasına yönlendirilir, ihtiyaç duyulan soğutma bu bataryada elde edilir. Evaporatör ile kompresör oransal olarak gücünü azaltır ve mekanik soğutma yerini serbest soğutmaya bırakır. Yine gece, gündüz arasındaki sıcaklık farkının yüksek olduğu yerlerde de free-cooling soğutma grubu tercih edilmektedir.
Hava ve Su Kaynaklı Soğutma Grubu Kıyaslaması
Kaynak olarak hava ve suyu kullanan cihazlar arasındaki en büyük farklar çalışacakları ortam ve enerji verimliliğidir. Hava soğutmalı cihazlar atmosfere açık genellikle binaların çatısı veya bahçelerde bulunurlar, su soğutmalı cihazlarda ısı havaya atılmadığından cihazın bulunduğu ortam önemli değildir. Enerji verimliliği olarak baktığımızda da su kaynaklı soğutma grubu, hava kaynaklı soğutma grubuna göre oldukça verimlidir. Hava kaynaklı soğutma grubu ısıyı kuru termometre sıcaklığına bağlı olarak havaya atmaya çalışırken, su kaynaklılar ise havaya nazaran daha soğuk olan suya atmaya çalışır. Dolayısı ile su kaynaklı soğutma grubu daha rahat ve de verimli çalışır. Bir başka konuda hava kaynaklı cihazların çok sıcak iklimlerde soğutma yapamaz hale gelmesidir. Zaten sıcak olan havaya ısı atabilmek için cihazlardaki kondanzasyon sıcaklıkları oldukça yükselir, buda performans ve kapasite kayıplarına neden olur. Bu denli sıcak iklimlerde su soğutmalı cihazlar kullanılması önerilir. Bakım konusunda ise hava kaynaklı soğutma grubu tek parça ve mekanik aksamın daha az olması sebebi ile su soğutmalı cihazlara göre daha avantajlıdır.
Burada, hava ve su soğutmalı kondenserli grupların performansları karşılaştırılacaktır. Ancak bazı durumlarda hava soğutmalı grupların kullanılmaları tercih edilmektedir. Bunlar:
ª Su bulunma imkanlarının kısıtlı olması veya suyun çok pahalı elde edilmesi,
ª Elektriğin bol ve ucuz olması,
ª Bölgenin çok soğuk olması, gece/gündüz sıcaklık farklılıklarından dolayı don tehlikesinin ortaya çıktığı yerler,
ª Kışın soğutma grubunun çalışma zorunluluğunun olması
ª İşletmenin küçük olması ve dolayısıyla işletmeci personelin çok az sayıda istihdam edildiği, elektrik giderlerindeki artışın çok önemli olmadığı durumlar,
ª Çok küçük kapasiteli uygulamalar,
ª Yer kısıtlaması nedeniyle bir makina dairesinin oluşturulamadığı ve grubun dışarı konulma zorunda olduğu yerler,
ª Son yıllarda devir kontrollü fanların kullanılması, özellikle küçük ve orta kapasitedeki
ª Hava soğutmalı chiller’leri ön plana çıkarmaktadır.
Hava ve su soğutmalı grupları belirlerken ve karşılaştırırken aşağıdaki hususlar gözönüne alınmalıdır.
> Hava soğutmalı gruplarda her 1°C’lik dış hava sıcaklığındaki artış için kapasite yaklaşık %1 düşmektedir. Aynı anda kompresörün çektiği güç ise yaklaşık %1 artmaktadır.
> Hava soğutmalı gruplarda yükseklik arttıkça kapasite düşmektedir. Bu, Ankara’da %1 mertebesindedir.
> Su soğutmalı grupların kompresörleri, hava soğutmalı grupların kompresörlerinden nispeten daha az güç çekmektedirler.
> Su soğutmalı grupların EER değerleri hava soğutmalılardan nispeten daha iyidir.
> Su soğutmalı gruplarda yoğuşma basıncı hava soğutmalı gruplara göre daha düşüktür.
> Su soğutmalı grupların ağırlıkları hava soğutmalı gruplara göre daha azdır.
> Su soğutma gruplarının izdüşüm alanları hava soğutmalı gruplara göre daha düşüktür.
>Bununla beraber, soğutma kulesi ihtiyacı vardır.
> Su soğutma gruplarının ilk yatırım maliyetleri, hava soğutmalı gruplara göre kule, kule pompaları, kule termostatı, ilave montaj malzemelerini dikkate aldığımızda artmaktadır.
> Ancak kapasiteler büyüdükçe su soğutmalı chillerler avantajlı olmaktadır.
> Vidalı kompresörlü gruplar, pistonlu kompresörlü gruplara göre daha az güç çekmektedir.
Hava ve Su kaynaklı Chiller Cihazlarının Kullanım Alanları
Soğutma grupları aslen evoparatöre gelen suyu soğuturlar. Bu suyun kullanıldığı yere göre cihazında hizmet verdiği alan değişir. Bu su fancoiller yada klima santralleri aracılığı ile ortam soğutmasına hizmet edebilir ve bir konfor uygulamasında kullanılabilir. Günümüzde birçok alışveriş merkezi, hastane, yüksek iş merkezleri gibi yapılar chiller grupları ile soğutulmaktadır. Endüstriyel tesislerde de makine ekipman soğutması, kaplama tesislerinde olduğu gibi kimyasal bir reaksiyonun soğutulması, plastik enjeksiyon kalıplarının soğutulması ve birçok proseste soğutma grubu kullanılmaktadır.
> Endüstriyel tesislerde,
> Tekstil ve iplik sanayinde,
> Gıda ve ilaç sanayinde,
> Kozmetik imalatında,
> Boyayı üretim tesislerinde,
> Ayakkabı imalatında,
> Soğuk hava depolarında,
> Hastanelerde,
> Hamur suyusoğutma,
> Kataforez kaplama banyosu soğutma
> Plastik üretim tesislerinde,
> Matbaa sanayinde,
> Lazer ile işlem yapılan cihazlarda,
> İklimlendirme sistemlerinde,
> Kaynak hatlarında,
> Otellerde,
> AVM lerde,
> Fabrikalarda,
> Ceketli tank soğutma,
> Süt ve pastörizasyon hatları soğutma,
> Kozmetik dolum hattı soğutma,
> Granül extruderi soğutma,
> Klişe soğutma,
> Kauçuk hamur tesisi soğutma,
> Isıl işlem fırını soğutma gibi alanlarda kullanılmaktadır.
Chiller Verim Hesabı
Enerji verimliliği, elde edilen enerjinin bu enerjinin elde edilmesi için kullanılan enerjiye bölünmesi ile elde edilen değerdir.
Performans Katsayısı (COP)
Performans katsayısı; çıkış enerjisinin giriş enerjisine oranıdır. Normalde ısı pompasında veya soğutucudaki ısıtma verimliliğinin ne kadar olduğunu ölçmek için kullanılır. Isıtma amaçlı kullanılan ısı pompalarında COP değeri ise aşağıda verilen formül ile hesaplanabilir.
Enerji Verimlilik Oranı (EER)
Enerji Verimlilik Oranı (EER), bir soğutma cihazında evaporatörde elde edilen soğutma kapasitesinin (kW), cihazın tükettiği toplam elektrik enerjisine (kW) oranıdır. EER değeri yalnızca soğutma amaçlı kullanılmaktadır. O zaman eşitlik şu şekilde yazılabilir.
EER Değerinin Hesaplanması
Isıtma ve soğutma cihazlarının enerji tüketiminin sınıflandırılması COP ve EER değerleri ile belirlenmektedir. Uygulamada EER’nin hesaplanabilmesi için aşağıda verilen ölçümler yapılmalıdır. Genleşme vanası giriş sıcaklığı (akışkan sıvı), evaporatör çıkış sıcaklığı (akışkan doymuş buhar veya kızgın buhar), akışkanın debisi (genleşme vanasından önce, sıvı hattı) ve sistemin harcadığı toplam enerji (kompresör, kondenser fanı, evaporatör fanı, vb.) ölçülmelidir. Ölçüm cihazlarının kalibre edilmiş standartlara uygun olması unutulmamalıdır.
SEER - Mevsimsel Enerji Verimliliği Oranı
SEER terimi, bir klima veya ısı pompası sisteminin ortalama yıllık soğutma verimini tanımlamak için kullanılır. SEER terimi EER terimi ile benzerdir, ancak tek bir anma durumundan ziyade tipik (varsayımsal) bir mevsimle ilgilidir. SEER, belirli bir standart test yöntemini takip eden bir dizi dış hava koşullarında EER'lerin ağırlıklı ortalamasıdır. Karşılaştırma amacıyla, SEER ne kadar yüksek olursa sistem o kadar verimli olur. SEER'ler ve EER'ler doğrudan karşılaştırılamamasına rağmen, SEER'ler genellikle karşılık gelen EER'lerden 0,5 ila 1,0 daha yüksektir.
IPLV - Entegre Parçası Yük Değeri
Entegre Parça Yükü Değeri (IPLV), Klima, Isıtma ve Soğutma Enstitüsü (AHRI) tarafından geliştirilen bir performans özelliğidir. En yaygın kapasite modülasyonu yapabilen bir chillerin performansını tanımlamak için kullanılır. Tam yük koşullarında verimliliği tanımlayan bir EER (Enerji Verimliliği Oranı) veya COP'den (performans katsayısı) farklı olarak, IPLV çeşitli kapasitelerde çalışırken ekipman verimliliğinden elde edilir. Bir soğutucu her zaman% 100 kapasitede çalışmadığından, EER veya COP tipik ekipman performansının ideal bir temsili değildir. IPLV, ekipmanın kullanım ömrü boyunca enerji kullanımını ve işletme maliyetlerini etkileyebileceği için dikkate alınması gereken çok önemli bir değerdir. ASHRAE Standard 90.1 gibi enerji kodları, ekipman için minimum değerleri belirtir.
IPLV,% 100,% 75,% 50 ve% 25 kapasitelerde çalışırken ekipmanın etkinliği kullanılarak hesaplanır. Chiller ekipmanı için çalışma koşulları AHRI Standardı 550 / 590-2003'teki Tablo 3'te gösterilmektedir. Örneğin su soğutmalı bir chiller, 44 2.4F evaporatör LWT'de 2.4 gpm / ton akış hızında çalışmak için gereklidir. Kondenser EWT, 3,0 gpm / ton akış oranı kullanan parça yük kapasitesine bağlı olarak değişecektir. Eğer bir soğutucu, düşük su sıcaklığı veya farklı akış hızı dahil olmak üzere Tablo 3'te belirtilenden farklı koşullarda çalışmak üzere
tasarlanırsa, verime NPLV (standart olmayan parça yükü değeri) denir. Bu derecelendirmelerin her ikisi de aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanabilir:
IPLV (veya NPLV) = 0.01A + 0.42B + 0.45C + 0.12D
Nerede:
A = COP veya EER @ 100% Yük
B = COP veya EER @ 75% Yük
C = COP veya EER @ 50% Yük
D = COP veya EER @ 25% Yük
Şimdi sizlere chiller kapasite hesabı nasıl yapılır onu anlatacağız. Chiller kapasite seçimi için bize yardımcı olacak termodinamik yasalarına göre ısı alışverişi olan olaylarda alınan ısı değeri her zaman verilen ısı değerine eşit olmalıdır.
ª Δt : delta t olarak adlandırılıp giriş-çıkış sıcaklık farkıdır birimi °C (derece) dir.
Soru: Tasarlanacak kulede giriş suyu sıcaklığı 61 °C, çıkış su sıcaklığı 30 °C olacaktır. Kule debisi 250 ton/saat ise kule kapasitesi kaç kW olur.
ÇÖZÜM: