4 borulu bir ısıtma ve soğutma tesisi, hem merkezi ısıtma hem de soğutma ekipmanı içerir ve dört boru (bir ısıtma suyu beslemesi, bir ısıtma suyu dönüşü, bir soğutulmuş su beslemesi ve bir diğeri soğutulmuş su dönüşü). 4 borulu bir sisteme bağlı bina içindeki ısıtma ve soğutma ekipmanı, ekipman sadece ısıtma veya sadece soğutma sağlamadığı sürece, dört boru bağlantısına sahip olacaktır. Bu durumda, ekipmanın yalnızca iki boru bağlantısı olacaktır.
Yukarıdaki Şekil, iki yoğuşmalı sıcak su kazanı ve iki su soğutmalı soğutucu kullanan 4 borulu bir ısıtma ve soğutma tesisi için boru tesisatının şematik bir diyagramıdır. Pompalama düzeni hem ısıtma suyu hem de soğutulmuş su sistemleri için birincil-ikincildir. Hem ısıtma hem de soğutulmuş su sistemleri, (ikincil) ısıtma ve soğutulmuş su sistemi pompalarının hızını kontrol eden değişken frekanslı sürücülere sahip değişken akışlı sistemlerdir. Isıtma ve soğutulmuş su sistemi pompaları için gösterilen iki pompadan biri ve kondenser su pompalarından biri yedek pompadır. Her soğutma grubuna ayrı bir kondenser su pompası ve soğutma kulesi tahsis edilmiştir. Otomatik kapatma vanaları, yalnızca bir soğutma grubu çalışırken boşta kalan soğutma kulesini izole etmek için kondenser su beslemesi, dönüşü ve dengeleyici boru bağlantıları için tasarlanmıştır.
2 borulu bir ısıtma ve soğutma tesisi, hem merkezi ısıtma hem de soğutma ekipmanı içerir, ancak aynı anda binaya ısıtma suyu ve soğutulmuş su veremez. Isıtma modunda veya soğutma modunda çalışır ve binaya iki boru (bir çift sıcaklıklı su beslemesi ve bir çift sıcaklıklı su dönüşü) aracılığıyla ısıtma suyu veya soğutulmuş su sağlar. 2 borulu sisteme bağlanan bina içindeki ısıtma ve soğutma ekipmanlarının iki boru bağlantısı olacaktır.
Yukarıdaki Şekil, iki yoğuşmalı sıcak su kazanı ve bir su soğutmalı soğutma grubu kullanan 2 borulu bir ısıtma ve soğutma tesisi için boru tesisatının şematik bir diyagramıdır. Tesis ısıtma modunda çalışırken pompalama düzeni, her bir yoğuşmalı kazan boyunca sabit bir su akışı sağlamak için her bir kazana tahsis edilmiş bir birincil pompa ile birincil ikincil pompalama sistemidir. Çift sıcaklıklı su sistemi pompaları sabit hızlıdır ve ikincil pompalar gibi işlev görür.
Çift sıcaklıklı su sistemi pompaları ve kondenser su pompaları için gösterilen iki pompadan biri yedek pompadır.
Soğutma modunda, tesis birincil olarak bir pompalama düzenlemesinde çalışır. Bu düzenlemede, çift sıcaklıklı su sistemi, soğutma işlemi sırasında soğutma takımından sabit bir su akışı sağlamak için sabit akışlı bir sistem olmalıdır. Soğutma grubu için bir birincil pompa tasarlanmışsa, çift sıcaklıklı su sistemi, (ikincil) çift sıcaklıklı su pompalarının hızını kontrol eden değişken frekanslı sürücülere sahip değişken akışlı bir sistem olabilir.
Tasarım Hususları
4 borulu ve 2 borulu ısıtma ve soğutma tesisleri için tasarım hususları aşağıdaki gibidir:
Isıtma sistemlerindeki (kazanlar ve pompalar gibi) ekipmanlar için fazlalık tasarlamak yaygındır, çünkü ısıtma sistemi kaybolursa binanın donması meydana gelebilir. Öte yandan, soğutma sistemlerindeki (soğutucular ve pompalar gibi) ekipmanlar için fazlalık tasarlamak yaygın değildir çünkü konfor soğutması genellikle kritik kabul edilmez. Ancak, bilgisayar veya sağlık tesisleri gibi kritik işlevlere hizmet eden soğutma sistemleri, fazladan soğutma ekipmanı gerektirebilir.
Normalde kazanlarda biraz fazlalık gerektiğinden, 4 borulu veya 2 borulu bir sistemdeki iki kazanın her birinin binanın tepe ısıtma yükünün üçte ikisi için boyutlandırılması yaygındır. Bu, kazanlardan birinin arızalanması durumunda bina sıcaklığını donma noktasının üzerinde tutmak için %67 fazlalık sağlar.
Küçük sistemler için, sabit akışlı, yalnızca birincil pompalama sistemi kullanmak yaygındır. Bununla birlikte, daha büyük sistemler için (pompalama enerjisinin önemli olduğu yerlerde), ikincil pompanın enerji kullanımını azaltmak için sistem (veya ikincil) akışı değiştirilebileceğinden birincil-ikincil pompalama sistemi önerilir. Birincil-ikincil pompalama sisteminde, kazan veya soğutma grubu gibi birincil ekipmanın her bir parçasının özel bir birincil pompası vardır. Birincil ekipmana (ve ilgili pompalara) sistem yüküne göre kademelendirme yapılarak birincil-ikincil pompalama sistemlerinde de enerji tasarrufu sağlanır.
Yukarıdaki şekiller, sabit akışlı, yalnızca birincil pompalama sistemini ve birincil-ikincil pompalama sistemini göstermektedir. Birincil-ikincil pompalama sisteminin birincil ve ikincil pompalama döngülerini birleştiren ortak bir boru gerektirdiğini unutmayın. Ortak boru, tam ikincil akış için boyutlandırılmalı ve istenmeyen karışımları azaltmak ve bu borudaki basınç kaybını mutlak minimuma indirmek için maksimum 10 boru çapı uzunluğunda olmalıdır.
Her biri tam akışı sirküle edecek şekilde boyutlandırılmış iki pompa tasarlayarak sistem pompası (veya birincil-ikincil pompa sisteminde ikincil pompa) için tam yedeklilik sağlamak yaygın bir uygulamadır. Ana pompanın arızalanması durumunda, bir pompa her zaman çalışır durumdayken diğer pompa beklemede olacaktır.
Birincil-ikincil pompalama sistemi, sürekli su akışına ihtiyaç duymaları nedeniyle yüksek verimli (yoğuşmalı) kazanlar için neredeyse her zaman kullanılır. Bazı yüksek verimli kazanlar, ısı eşanjörlerinin gereken minimum su akışını almasını sağlamak için kazanların içine monte edilmiş birincil pompalarla donatılmıştır. Bu bölümde daha önce bahsedildiği gibi, bazı yoğuşmalı kazanların düzgün çalışması için artık minimum debiye gerek yoktur. Sonuç olarak, bu kazanlar, değişken akışlı, yalnızca birincil pompalama düzenlemesi kullanan bir ısıtma suyu sistemine bağlanabilir.
Isıtma suyu sistemleri için yaygın bir kontrol stratejisi, binadaki ısıtma ekipmanına sağlanan ısıtma suyunun sıcaklığını dış ortam sıcaklığına göre sıfırlamaktır. Bu strateji mahal sıcaklığının daha iyi kontrol edilmesini sağlar ve ayrıca kısmi yük işletimi sırasında ısıtma suyu boru sisteminden ısı kaybını azaltır.
Yoğuşmasız kazanlar için ortak bir ısıtma suyu sıfırlama programı aşağıdaki gibidir:
- Dış ortam sıcaklığı 0°F olduğunda 180°F ısıtma suyu besleme sıcaklığı.
- Dış ortam sıcaklığı 50°F olduğunda 140°F ısıtma suyu besleme sıcaklığı.
Isıtma suyu besleme sıcaklığı, dış ortam sıcaklığı 0 ila 50°F arasında değişirken orantılı olarak 180 ila 140°F arasında değişir.
Bununla birlikte, daha önce belirtildiği gibi, yoğuşmasız kazanlar minimum 140°F dönüş suyu sıcaklığını muhafaza etmelidir; bu nedenle, kazanlardan gelen ısıtma suyu besleme sıcaklığını sıfırlayarak yukarıda listelenen sıfırlama planına ulaşmak mümkün olmayacaktır. Bu nedenle, dış ortam sıcaklığına bağlı olarak ısıtma suyu besleme sıcaklığını sıfırlamak için ısıtma suyu dönüşü ile ısıtma suyu beslemesini karıştırmak için 3 yollu bir karışım vanasının eklenmesi gerekir.
Yoğuşmalı kazanlar için ortak bir ısıtma suyu sıfırlama programı aşağıdaki gibidir:
- Dış ortam sıcaklığı 0°F olduğunda 140°F ısıtma suyu besleme sıcaklığı.
- Dış ortam sıcaklığı 50°F olduğunda 90°F ısıtma suyu besleme sıcaklığı.
Isıtma suyu besleme sıcaklığı, dış ortam sıcaklığı 0 ila 50°F arasında değişirken orantılı olarak 140 ila 90°F arasında değişir.
Isıtma suyu sıcaklığı sıfırlama, yoğuşmalı kazanlarda, kazanlardan gelen ısıtma suyu besleme sıcaklığının dış ortam sıcaklığına göre basit bir şekilde sıfırlanmasıyla gerçekleştirilir. Daha önce de belirtildiği gibi, dönüş suyu sıcaklığı düştükçe yoğuşmalı kazanların verimi artar.
Dağıtım sistemi için kullanılan merkezi tesis için aynı boru boyutlandırma kriterlerini kullanmak en iyisidir.
Tüm kapalı sistemler için takviye suyu tertibatı, bir geri akış önleyici, basınç düşürme vanası ve kapatma vanalarından oluşur.
Kazan, daha önce tartışılan nedenlerden dolayı, ısıtma suyu sistemi pompasının (pompanın emiş tarafı) geliştirdiği en düşük basınç noktasına monte edilmelidir.
Birden fazla su soğutmalı soğutma grubundan oluşan soğutma tesisleri için, her bir soğutma grubunun özel bir soğutma kulesine (veya çok hücreli bir soğutma kulesi içinde soğutma kulesi hücresine) ve özel bir kondenser su pompasına sahip olması yaygındır. Sistemlerin aynı su debisine ihtiyaç duyması ve pompaları izole etmek için uygun vanaların takılması koşuluyla, ilave bir kondenser su pompası her iki kondenser su sistemi için yedek pompa görevi görebilir.
Sadece bir chiller ve bir soğutma kulesine sahip merkezi soğutma tesislerinde, pompanın her iki sistem için uygun bir çalışma noktasına sahip olması koşuluyla, üçüncü bir pompanın hem soğutulmuş su hem de kondenser suyu sistemleri için yedek pompa olarak çalışması mümkündür.
2 borulu ısıtma ve soğutma sistemlerinin önemli bir dezavantajı, soğutma gruplarının genellikle evaporatöre 70°C'den yüksek giren su sıcaklığını tolere edememesi nedeniyle, her yılın ilkbaharında ısıtma işleminden soğutma işlemine geçişi gerçekleştirmek için gereken süredir. ° F. Bu nedenle, çift sıcaklıklı su soğutma grubu buharlaştırıcısında sirküle edilmeden ve soğutulmuş su üretilmeden önce çift sıcaklıklı su döngüsünün en az 140°F (yoğuşmasız kazanlar için) olan ısıtma suyu sıcaklığından 70°F'ye soğuması gerekir.
Bununla ilgili sorun, bina soğutma istediğinde ısı talebinin olmamasıdır. Bu nedenle, çift sıcaklıklı su sistemindeki sıcak suyun ısısını reddetmesinin bir yolu yoktur. Çift sıcaklıklı su devresi, sistemin boyutuna bağlı olarak 2 veya 3 güne kadar sürebilen yalıtımlı çift sıcaklıklı su borularından kaynaklanan ısı kayıplarının bir sonucu olarak soğumalıdır.
Soğutucular su soğutmalı ise bu soruna bir çözüm mevcuttur. Çift sıcaklıklı su soğutma sisteminin dahil edilmesiyle geçiş süresi büyük ölçüde azaltılabilir. Bu sistem, ısıtma modundayken çift sıcaklıklı su sistemi için bir ısı atma kaynağı olarak soğutma kulesini kullanır. Ayrıntıları bu kitabın kapsamı dışında olan bu çalışma modunu gerçekleştirmek için bir plakalı ve çerçeveli ısı eşanjörü, 3 yollu yön değiştirme vanaları ve kontrollerin eklenmesi gereklidir.
HVAC Design Sourcebook - W. Larsen Angel, PE, LEED AP, MEP danışmanlık mühendislik firması Green Building Energy Engineers'ın müdürüdür
