Ders 8 · Bölüm 1: Binada ısı kazancı ve ısı kaybı — tasarım sıcaklıkları, R ve U değeri, duvar, çatı, sızıntı

Kışın ev bir termos gibi ısısını tutmaya çalışır, yazın ise güneşte bekleyen bir araba gibi ısı toplar. Hangi boy klima ya da kazan gerektiğini bilmek için önce bu kaçağı ve kazancı saymak gerekir. Bu bölüm, Ders 8'in (Dört mevsim sistemler) ilk bölümü: binanın ısı kazancı ve ısı kaybı hesabı. Sayılar ders notlarındaki gibi.

Büyük cihaz iyi değildir

Ayakkabıda olduğu gibi cihazda da büyüğü iyi değildir. Gereğinden büyük klima daha pahalıya alınır ve işletilir, daha büyük kanal ister. Odayı çabuk soğutup sık durur, sık kalkar. Kapalı kaldığı süre uzadığı için havadaki nemi yeterince alamaz; nem yükselir, küf riski artar. Küçük cihaz da en sıcak ve en soğuk günlerde evi istenen sıcaklıkta tutamaz. Doğru boy için binanın kabuğundan, yani içeriyi dışarıdan ayıran duvar, çatı, pencere ve döşemeden geçen ısı hesaplanır.

Tasarım sıcaklıkları ve sıcaklık farkı

Isı, sıcaktan soğuğa inen bir kaydırak gibidir; iki taraf arasındaki fark büyüdükçe daha hızlı akar. Koridorla yatak odası arasındaki duvarın iki yanı da 70 °F ise içinden hiç ısı geçmez. Yazın içerisi 75 °F, dışarısı 90 °F ise 15 derecelik fark vardır ve ısı içeri girer. Kışın içerisi 70 °F, dışarısı 0 °F (−18 °C) olunca fark 70 dereceye çıkar ve ısı ters yönde, çok daha hızlı kaçar. Hesapta iç tasarım sıcaklığı ısıtmada 70 °F (21 °C), soğutmada 75 °F (24 °C) alınır. Dış tasarım sıcaklığı yöreye göre tablodan okunur: soğutmada 96 °F olan yerde fark 96 − 75 = 21 °F, ısıtmada 32 °F olan yerde 70 − 32 = 38 °F olur.

R-değeri ve U-değeri

R-değeri malzemenin ısıya karşı direncidir; büyüdükçe ısı zor geçer. Katmanlı duvarda R-değerleri toplanır: 4 inç tuğla 0,80, 5/8 inç alçıpan 0,56, 3/4 inç kontrplak 0,94 ve folyolu yalıtım levhalı alüminyum kaplama 2,96; toplam 5,26. U-değeri bunun tersidir ve ısının ne kadar kolay geçtiğini söyler: U = 1/R. Bu duvarın U-değeri 1/5,26 = 0,19, R-30 yalıtımın U-değeri 0,033'tür. U-değeri 0,19 olan duvar, 1 derecelik farkta her ayakkareden saatte 0,19 BTU geçirir. Yalıtım sıkıştırılınca direnci düşer: 6,5 inç kalınlıkta R-19 olan şilte, 5,5 inçlik 2×6 duvar boşluğuna bastırılınca yaklaşık R-16'ya iner.

Formül: U × fark × alan

Bir panelden geçen ısı Q = U × sıcaklık farkı × alan ile bulunur. 8 ft yüksek, 20 ft uzun duvar 160 ft²'dir; 20 derecelik farkta 0,19 × 20 × 160 = 608 BTU/saat geçirir. Fırtına camlı tek camlı pencerenin R-değeri 2,00, U-değeri 0,5'tir; 4×6 ft pencere 30 derecelik farkta saatte 360 BTU kaçırır. Kapı ve pencere açılmadan önceki alan brüt alandır. 10×30 ft duvar 300 ft²'dir; 3×7 ft kapının 21 ve 6×3 ft pencerenin 18 ft²'si çıkınca net alan 261 ft² kalır. 40 derecelik farkta net duvar 574,2, pencere 352,8, kapı 226,8 BTU/saat kaybettirir; toplam 1153,8 BTU/saat.

Çatı, tavan, bodrum ve döşeme

Eğimli çatının alanı biraz geometriyle bulunur: 500 ft² çatı, 0,25 U-değeri ve 60 derecelik farkla saatte 7500 BTU kaybettirir. Tavanın üstünde ısıtılmayan çatı arası varsa hesap tavandan yapılır: 400 ft², R-30 ve 60 derece farkla 800 BTU/saat. Isıtılan oda ile ısıtılmayan garaj arasındaki bölme duvarında fark garaja göre alınır: içerisi 70, garaj 40 °F ise fark 30 °F'tır. Zemine oturan beton döşemede ısı en çok kenarlardan kaçar; alan yerine çevre uzunluğu kullanılır: 0,178 × 60 × 220 ft = 2349,6 BTU/saat.

Sızıntı, kanal ve yaz yükleri

2500 ft², 8 ft tavanlı orta kalite bir ev 20.000 ft³'tür; saatte 0,50 hava değişimiyle dakikada 167 cfm hava sızar ve 1,08 × 167 × 60 = 10.821,6 BTU/saat kaybettirir. Çatı arasından geçen kanallar da ısı verir: 15.000 BTU/saatlik yük, 0,25 kayıp katsayısı ve R-4 kanal yalıtımının 1,15 düzeltmesiyle 4312,5 BTU/saat. Yazın hesaba insanlar, cihazlar ve güneş eklenir. Ev halkı yatak odası sayısı artı bir kabul edilir; her kişi saatte 430 BTU verir (230 duyulur, 200 gizli). Güneş pencerenin yönüne bakar: 4×6 ft tek camlı pencere kuzeye bakınca 528, doğuya bakınca 1512 BTU/saat kazandırır.

Sahada neden önemli?

Doğru boy: Fazla büyük klima nemi alamaz, evde yapış yapış bir hava ve küf bırakır; hesap bunu baştan önler.

Kanıt: Kabul görmüş yöntemle yapılmış ısı hesabı raporu, küf şikâyetinde cihaz seçimini savunmanın en güçlü belgesidir; teşvik başvurularında da istenir.

Keşif: Duvar kalınlığı pencere kenarından ölçülür. 2×4 duvar büyük olasılıkla R-13, 2×6 duvar R-19 yalıtımlıdır; priz kutusundan bakmadan önce elektrik mutlaka kesilir.

Ek malzeme

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

Mini test

1) Isıtma için iç tasarım sıcaklığı kaç °F? — 70 °F. 2) R-değeri 2 olan pencerenin U-değeri? — 0,5. 3) Net duvar alanı nasıl bulunur? — Brüt alandan kapı ve pencere alanları çıkarılır. 4) Üç yatak odalı evde hesapta kaç kişi sayılır? — Dört. 5) Yaz hesabına hangi parçalar girmez? — Toprak altı duvarlar, beton döşeme ve bodrum zemini.

Bir sonraki bölüm: Havadan ısı alan ısı pompaları; dört yollu vana, denge noktası, COP ve defrost.

Ders notu: Bu bölüm, HVACR Dersleri dizisinin 8. dersinin 1. bölümüdür. İçerik temel HVAC/R ders notlarından derlenmiştir; sayılar oradaki gibi bırakılmış, saha yorumları bana aittir.