Isıtılacak hacimlere ait ısı kaybı hesapları tamamlandıktan sonra, bu hacimlerin hangi kalorifer sistemi ile ısıtılacağının seçilmesi gerekir. Isıtılacak hacimlerin cinsine, kapasite büyüklüğüne, yakacak cinsine bağlı olarak, tekil, bireysel, merkezi veya bölgesel ısıtma sistemlerinden birisi seçilebilir. Bu seçimde yakacak cinsi, yatırım maliyeti, işletme maliyeti, konfor, çevre etkileri, işletme ve servis kolaylığı göz önünde tutulmalıdır.
İçindekiler
Genellikle ısı merkezi (veya kazan dairesi) adı verilen bir merkezde fosil yakacakların yakılması ile elde edilen ısı, bir ısıtıcı akışkan yardımıyla ısıtılması istenen hacimlerdeki ısıtma cihazlarına (radyatör, konvektör, panel ısıtıcı vb.) taşınır.
Isıtıcı akışkan olarak, sıcak hava, buhar, kızgın su ve kızgın yağ da kullanılabilmesine rağmen, günümüzde en çok tercih edileni 110 °C sıcaklığına kadar olabilen sıcak sudur. Buradaki incelemelerde de esas olarak, sıcak sulu kalorifer tesisatı üzerinde durulacaktır.
Sıcak sulu kalorifer tesisatı da dolaşımın cinsine göre doğal veya zorlanmış, genleşme kabının cinsine göre açık veya kapalı, boru donatım sistemine göre de alttan, üstten dağıtmalı veya toplamalı, tek veya iki borulu, sistemin büyüklüğüne göre merkezi veya kat kaloriferi olarak çeşitli olabilir.
Doğal Taşınımlı Kalorifer Tesisatı
Doğal sıcak kalorifer sistemi nde, su dolaşımı yer çekimi ivmesi yardımıyla sağlanır. Şekil 1’de şematik olarak gösterildiği gibi, kazanda ısınan suyun yoğunluğu azalır ve yukarı doğru hareket ederek oda ısıtıcılarına ulaşır. Burada soğuyan suyun yoğunluğu artınca, kendiliğinden kazana dönerek dolaşım sağlanır. Sistemde oluşan basınç farkı
Δp = Hg (pa – pg)
eşitliğinden hesaplanabilir. Burada
Δp : oluşan basınç farkı, (Pa)
H : kazan ile ısıtıcı arasındaki yükseklik farkı, (m)
G : yerçekimi ivmesi, (= 9,81 m/s²)
pa : dönüşteki su yoğunluğu, (kg/m³)
pg : gidişteki su yoğunluğu, (kg/m³)
anlamlarındadır. Basınç farkı yüksekliğe ve yoğunluklar (dolayısıyla gidiş ve dönüşteki su sıcaklıkları) arasındaki farka bağlıdır. Örnek olarak 90/70 °C sıcaklıklarda çalışan dolaşımlı bir ısıtma sisteminde, 1m yükseklik için oluşan basınç için; p70 977,8 kg/m³, p90 = 965,3 kg/m³ alındığında
Δp = 9,81 (977,8 – 965,3) = 122,6 Pa bulunabilir.
Şekil 2’de doğal taşınımlı alttan dağıtım, alttan toplamalı çift borulu bir sistemin şeması verilmiştir. Genel olarak doğal taşınımda oluşan basınç farkı küçük olduğundan, büyük çaplı borulara ihtiyaç duyulması nedeniyle, günümüzde fazla uygulama alanı bulamamaktadır.
Zorlanmış Dolaşımlı Kalorifer Tesisatı
Pompalı olarak da adlandırılan kalorifer tesisatılarında, dolaşım bir pompa ile sağlanır. Oluşan pompa basıncı, doğal taşınımdakinden daha büyük olduğundan, boru çapları daha küçüktür. Dolaşım zorlanmış olduğundan, sistemdeki basınç ayarlaması daha kolaydır. Dolaşımın kazandan çıkan suyun sıcaklığına bağlı olmaması nedeniyle, özellikle dış sıcaklığın nispeten ılık olduğu bahar aylarında, düşük kazan çıkış sıcaklıklarında da etkin bir şekilde çalıştırılabilir. Yatırım masraflarının az olması, konforlu bir ısıtma ve basit bir işletme çalışması sağlaması, günümüz merkezi sıcak sulu kalorifer sistemlerinde, hemen her yerde pompalı zorlanmış uygulama tercih edilir.
Genellikle çift borulu sistemler tercih edilmesine rağmen, tek borulu uygulamalar da yapılabilir. Binanın mimari durumuna göre de alttan dağıtım, alttan toplama; üstten dağıtım, alttan toplama; üstten dağıtım üstten toplamalı borulu sistemleri düşünülebilir. Diğer taraftan kalorifer tesisatları günümüzde, açık genleşme deposuna göre üstünlükleri nedeniyle, çoğunlukla kapalı genleşme depoları uygulaması tercih edilmektedir.
Alttan Dağıtım Alttan Toplama
Şekil 3’de açık genleşme depolu ve pompanın dönüş hattında olduğu; Şekil 4’de ise kapalı genleşme depolu ve pompanın gidiş hattında olduğu uygulamalar görülmektedir.
Bu kalorifer tesisatı sisteminde, bodrum katı olan binalarda çok tatbik edilir. Kazan dairesi de bodrumda olup, kazandan çıkan su bir kollektör yardımıyla, binanın uygun yerlerindeki gidiş boru kolonlarını ayrı ayrı besleyerek hacimlerdeki ısıtıcılara gider. Benzer şekilde, ısıtıcılardan çıkan bir miktar soğumuş su, dönüş boru kolonlarından aşağı inerek, dönüş kollektöründe toplanır ve kazana girer. Sistemin yatay borularında, akış yönünde %2 bir eğim verilir. Bütün dağıtıcı ve toplayıcı
borular bodrum katında toplanmış olması, bu sistemin bir üstünlüğüdür. Bu sistemin en büyük sakıncası, kazan dairesinden uzaktaki ısıtıcıların etkin bir şekilde çalışmamasıdır. Bu sakıncayı önlemek, her ısıtıcıyı etkin bir şekilde çalıştırabilmek için, sistemde bir akış ayarı (reglaj) yapılması gerekir.
Açık genleşme deposu, binanın en üst seviyesinde konulur. Bu depo, gidiş ve dönüş güvenlik boruları yardımıyla, kazana bağlanır. Bu güvenlik boruları üzerinde hiçbir şekilde vana bulunmaz.
Kapalı genleşme deposu uygulamasında ise, kazan ile doğrudan irtibatlı olan basınçlı depo kullanılır. Kapalı genleşme deposu bulunan kalorifer tesisatı sistemlerinde, kazan üzerinde ayrıca bir güvenlik ventili konulma mecburiyeti vardır.
Her gidiş kolonundaki havanın alınabilmesi için, bu borular üzerinde havalık boruları veya havalık tüpleri konulur. Açık genleşme deposu uygulamasında bu borular, genleşme deposuna bağlanırken, kapalı genleşme deposu uygulamasında ise bunlar merkezi bir havalık deposuna veya bireysel havalık elemanlarına bağlanır. Havalık boruları için ½” çapı uygundur.
Üstten Dağıtım Alttan Toplama
Şekil 5’de kapalı genleşme depolu, pompanın gidiş hattında olduğu; Şekil 6’da ise açık genleşme depolu ve pompanın dönüş hattında olduğu, üstten dağıtım, alttan toplamalı kalorifer sistemi prensip şemaları görülmektedir. Bu sistemler uygun çatısı ve tam bodrum katı olan binalara uygulanabilir. Teras katlı binalara ve bodrumu olmayan binalara uygulanamaz.
Kazandan çıkan ana kolonu, çatı katından yatay gidiş borularına gelir ve buradan aşağı inen gidiş kolonlarını besler. Aşağı inen gidiş kolonlarından alınan branşman boruları ile ısıtıcılara gelen sıcak su, buradan dönüş kolonları yardımıyla kazana döner.
Kapalı genleşme deposu uygulamasında her iniş kolunun üzerine hava tüpü konulması gerekir. Açık genleşme deposu uygulamasında ise bütün çıkış ana kolonu havalık boruları ile genleşme deposuna bağlanmalıdır.
Bu sistemde alttan dağıtım, alttan toplama sistemine göre daha fazla boru kullanılması, kalorifer tesisatı için en büyük sakıncasıdır. Ayrıca çatı katından geçen besleme borularının iyi yalıtılmış olması ve bu yalıtımın dış
etkilerden korunması gerekir. Bu sistemin en büyük üstünlüğü ise, binanın bütün katları aynı şekilde ısınır. Alttan dağıtım alttan toplamalı sistemlerde, en uzaktaki ısıtıcıların etkin çalışmaması gibi sakınca bu sistemde giderilmiştir.
Üstten Dağıtım Üstten Toplama
Bodrumu bulunmayan binalarda, alttan dağıtım, alttan toplama uygulaması yapılmak istendiğinde toprak içinde yer altı kanallarına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu kanalların hem yatırım masraflarının fazla olması hem de bakımlarının zor olması nedeniyle, üstten dağıtım üstten toplamalı sistemler ön plana çıkar. Şekil 7’de bodrumu olmayan veya kısmi bodrumu olan, çatı katı bulunan bir binada, açık genleşme depolu dönüş hattında pompa bulunan böyle bir uygulama görülmektedir.
Gerçekte zorunlu olarak uygulanan bu kalorifer sistemi, su sirkülasyonu açısından en kötü bir durumdur. Pompa basma yüksekliği hesaplanırken, aşağı inen gidiş, yukarı çıkan dönüş borularındaki soğutma meydana gelen basınç kayıpları göz önüne alınmalıdır. Bundan önce görülen kalorifer tesisatlarında pompa durduğunda, az da olsa bir doğal dolaşım olabilmesine rağmen, bu sistem pompa durduğunda çalışamaz. Bu nedenle zorunlu durumlar dışında hiçbir zaman tercih edilmemelidir.
Doğalgaz Tesisatında yakacak olarak kullanılmasıyla, kazan dairelerinin çatıya konulması gündeme gelmiştir. Böyle durumlarda Şekil 8’da gösterildiği gibi, kalorifer tesisatı üstten dağıtım, üstten toplamalı olarak yapılabilir. Kazan dairesinin çatıda olmasının belli başlı üstünlükleri aşağıda sıralanmıştır.
- Bodrum ve zemin kattaki kazan dairesi, daha değerli hacimler olarak kullanılabilir,
- Doğal gazın bodrum veya zeminde kullanılmasının tehlikeleri azalır,
- Baca kısaldığından, yapım masrafları azalır,
- Kazan üzerinde statik su basıcı azalır.
Kazan dairesinin çatıda olmasının sakıncaları ise
- Binanın çatısındaki statik yük artması,
- Üst katlarda gürültü problemi ortaya çıkması,
olarak belirtilebilir.
Tek Borulu Kalorifer Sistemi
Bu kalorifer sisteminde kazandan çıkan tek bir ana dağıtım borusu, bütün ısıtıcılara yeteri kadar sıcak su verdikten sonra, tekrar kazana geri dönecek şekilde tasarlanır. Bunun için de birincisi Şekil 9’de gösterildiği gibi, kalorifer tesisatındaki suyun tamamının her ısıtıcıdan geçmesi; ikincisi ise Şekil 10’ ve Şekil 11’da gösterdiği gibi, suyun ısıtıcılardan kısmen geçmesi şeklinde yatay veya düşey düzenlemeli olarak yapılabilir. Genel olarak tek borulu sistemlerde prensip olarak ısı kaybının fazla olduğu (kuzey yönündeki) hacimlerindeki ısıtıcılar, kazana yakın olarak seçilir.
Tek borulu kalorifer sistemlerinde aynı hat üzerinde kullanılabilecek ısıtıcı sayısı sınırlıdır. En büyük üstünlükleri, boru boylarındaki azalma nedeniyle, yatırım masrafları azdır, montajları basit, iki borulu sistemlere göre daha esnektir. Bu nedenler kat kaloriferlerinde uygulama alanı bulunur.
Tek borulu kalorifer sistemlerin en büyük sakıncaları, besleme hattından ısıtıcılara giden sıcak su debisinin uygun bir şekilde ayarlanmasıdır. Bunun içinde, ısıtıcı üzerindeki vananın kısılması, besleme hattında ısıtıcı altındaki ana besleme borusunda daralmalar (genellikle bir boy küçük çap uygulanmasının) yapılması, ısıtıcı çıkışında özel venturi elemanlarının veya ısıtıcı girişinde özel vanaların kullanılmasıdır.
Bu sistemde ısıtıcılara giren ve çıkan su sıcaklıkları hassas olarak hesaplanmalı ve bunların ortalama değerlerine göre ısıtıcı kapasitelerinin seçimi yapılmalıdır.
