Ders 10 · Bölüm 2: Soğutma kuleleri ve pompalar — yaş termometre, dolgu, blöf, kavitasyon

Chiller binadan topladığı ısıyı bir yere atmak zorundadır; çoğu büyük binada bu yer çatıdaki soğutma kulesidir. Kule, terleyen bir insan gibi suyu buharlaştırarak serinler; pompa ise bu döngünün kalbidir. Sayılar ders notlarındaki gibi.

Kule neden chiller'dan büyük?

Kondenser, evaporatörün aldığı ısıya ek olarak kompresörün sıkıştırırken eklediği ısıyı da atar. Kompresörün payı atılan ısının yaklaşık yüzde 20'sidir. Bu yüzden 1000 tonluk bir chiller'a yaklaşık 1250 tonluk ısı atan kule gerekir; fazladan 250 ton, chiller kapasitesinin yüzde 25'i, toplamın yüzde 20'sidir. Kule yükü; debi (gpm), 8,33 lb/gal, sıcaklık farkı ve 60 dakika çarpılarak bulunur: 30 gpm su 96 °F'tan 88 °F'a soğuyorsa yük yaklaşık 120.000 Btu/h, yani 10 ton eder.

Yaş termometre ve yaklaşım

Kule suyu buharlaştırarak soğutur: buharlaşan her pound su, kalan sudan 970 Btu ısı çeker. Bu yüzden suyun inebileceği sınır havanın kuru değil yaş termometre sıcaklığıdır. Tasarım günü 95 °F kuru, 78 °F yaş termometredir; kule suyu yaş termometreye 7 °F yaklaştırır ve hava 95 °F olsa bile 85 °F (29,4 °C) su verir. Bu 7 °F farka kulenin yaklaşımı, giren ve çıkan su arasındaki yaklaşık 10 °F farka kule aralığı (range) denir. Kuru iklimlerde su, kuru termometreden 10 derece soğuk çıkabilir. Rüzgâra güvenen doğal çekişli kuleler ve sprey havuzları ise yaklaşık 10 °F yaklaşımla çalışır.

Kule türleri, dolgu ve akış

En yaygın olanlar fanlı kulelerdir: itmeli fan havayı suyun üstüne iter, emişli fan çeker. Bina içindeki kulelerde kanal direncini yenmek için santrifüj fan kullanılır; bunlar yaklaşık 500 tona kadar çıkar. Kapalı devre hibrit kulede kondenser suyu borularda kalır, dış havaya karışmaz; ıslak-kuru, adyabatik ve kuru modları vardır, kuru modda arabaların üstüne çöken buhar bulutu (plume) oluşmaz. Dolgu malzemesi suyu küçük damlalara bölüp havayla temasını uzatır; ya sıçratma çıtalarıdır ya da bal peteği gibi ıslak yüzeylerdir. Hava yandan girerse çapraz akış, alttan girip üstten çıkarsa zıt akış denir. Damla tutucular, rüzgârın kimyasallı damlaları uçurmasını (drift) azaltır.

Fan, havuz ve besleme suyu

Küçük kulelerde fan kayışla döner ve en çok bakımı o ister. Büyüklerde motor yana konur, dişli kutusu hareketi 90 derece çevirir; motor 1800 ya da 3600 rpm dönerken fan çok daha yavaş döner. Değişken hızlı sürücü (VFD) fanı aç-kapa yerine ihtiyaç kadar döndürür ve yumuşak kalkış sağlar. Kule; toz, tüy, poşet, havada ne varsa toplayan dev bir süzgeçtir. Havuz dibinde çamur birikir, çıkıştaki süzgeç temiz tutulmalıdır. Dışarıdaki havuz donmaya karşı ısıtılır. Buharlaşan su sürekli eksildiği için şamandıralı vana, şamandıra anahtarlı solenoid ya da seviye sensörleriyle taze su eklenir.

Blöf: temiz görünen suyu neden atarız?

Buharlaşan yalnız sudur; mineraller, toz ve yosun geride kalıp giderek koyulaşır. Sonunda çimento gibi sertleşir, kondenser borularının içini kaplar ve bir yorgan gibi ısı geçişini keser. Blöf, suyun bir kısmını bilerek boşaltıp yerine taze su koymaktır. Sağlıklı R-410A'lı sistemde kondensere 85 °F su girer, 95 °F çıkar, yoğuşma 105 °F ve basınç yaklaşık 340 psig'dir. Borular kireçlenince su 85 °F girip yalnız 90 °F çıkar, ama yoğuşma 130 °F'a, basınç yaklaşık 480 psig'e fırlar. Blöf elle vanayla, besleme suyu oranıyla ya da suyun iletkenliğini ölçen sensörlerle yapılır; saf su iletken değildir, mineral arttıkça iletkenlik yükselir.

Kondenser suyu pompası

Pompa genelde santrifüjdür ve çarkın verdiği hızı basınca çevirir. 1 ft su sütunu 0,433 psig'e eşittir; 1 psig suyu 2,31 ft kaldırır, yani 10 psig basınç artışı yapan pompa suyu 23,1 ft yükseltir. Salmastra contalar yaklaşık 150 psig'e, mekanik contalar 300 psig'e kadar kullanılır. Santrifüj pompa hava basamaz, çark gözü kalkışta su altında olmalıdır. Girişteki girdap hava emdirir; çok ince süzgeç girişte vakum ve kavitasyon yapar, pompa çakıl taşı pompalıyormuş gibi ses çıkarır. Kule baypas vanası, çok soğuk suyun kondensere gitmesini önler. Pompa ile motor, binde bir inç okuyan komparatörle açısal ve paralel olarak hizalanır.

Sahada neden önemli?

Enerji: Kireçli borular ve 85 °F yerine 90 °F su veren kule, chiller'ı yüksek basınçla ve daha pahalıya çalıştırır.

Su kimyası: Biyofilm denen bakteri tabakası kireçten dört kat daha fazla yalıtır ve korozyona yol açar; düzenli arıtma ve blöf şarttır.

Güvenlik: Korumasız dönen fana yaklaşılmaz; çalışmadan önce elektrik kesilip kilitlenir, motor ve pompa kaldırılırken sırt düz tutulur.

Ek malzeme

Bu bölümün ek malzemesi: ders notlarından üretilen özet, sohbet ve test.

Mini test

1) 1000 tonluk chiller'a kaç tonluk kule gerekir? — Yaklaşık 1250 ton. 2) Kulenin tipik yaklaşımı? — Yaş termometreye 7 °F. 3) Buharlaşan bir pound su ne kadar ısı çeker? — 970 Btu. 4) Kireçli kondenserde R-410A basıncı nereye çıkar? — Yaklaşık 340'tan 480 psig'e. 5) Pompadan gelen çakıl sesi neyi gösterir? — Kavitasyonu ya da girişte havayı.

Bir sonraki bölüm: Soğuk su sistemlerinde işletme, bakım ve arıza tespiti.

Ders notu: Bu bölüm, HVACR Dersleri dizisinin 10. dersinin 2. bölümüdür. İçerik temel HVAC/R ders notlarından derlenmiştir; sayılar oradaki gibi bırakılmış, saha yorumları bana aittir.