Konu Anlatımı
Genleşme Kabı ve Denge Tankı Hesabı
Isıtma sistemlerinde en sık karşılaşılan sorunlardan biri, kazanın fazla basınçla durmasıdır. Bu durumun temel nedeni suyun ısınmasıyla genleşmesidir. Kapalı bir sistemde su kaybı önlenmeye çalışıldığı için genleşen suyun gidecek yeri yoktur ve artan hacim doğrudan basınca dönüşür. Genleşme kabı, bu genleşmeyi karşılayan ve sistemi güvenli basınçta tutan elemandır. Doğru boyutlandırılmamış bir kap, ya gereğinden büyük olup gereksiz yer kaplar ya da gereğinden küçük kalıp kazanın durmasına yol açar. Bu derste sistem su hacminin bulunmasını, genleşme hacminin hesaplanmasını, kabın ve denge tankının seçimini öğreneceksiniz.
Bu derste ne öğreneceğiz?
Öncelikle kapalı sistemde suyun neden genleştiğini ve bu genleşmenin basınca nasıl dönüştüğünü açıklayacaksınız. Ardından sistemin toplam su hacmini boru, radyatör ve kazan suyu olarak üç kalemde toplayacak ve bu değeri litre cinsine çevireceksiniz. Üçüncü adımda sıcaklık artışını gidiş ve dönüş sıcaklıkları arasındaki fark olarak alacak, suyun genleşme katsayısını uygulayıp genleşme hacmini hesaplayacaksınız. Dördüncü adımda kabın anma hacminin en az iki katı olma kuralını uygulayacak ve standart ölçülerden seçim yapacaksınız. Beşinci adımda kabın bağlantı noktası, emniyet valfi konumu ve denge tankının anma hacmi ilkesini inceleyeceksiniz.
Ön bilgi
Birinci ön bilgi sıcaklık artışıdır (ΔT). Bu değer gidiş sıcaklığından dönüş sıcaklığı çıkarılarak bulunur ve K cinsinden ifade edilir. Mutlak sıcaklık kullanılırsa hacim çok büyük çıkar; 50 K kabulüyle hesap yapılır.
İkinci ön bilgi suyun genleşme katsayısıdır (β). Isıtma bölgesinde β ≈ 0,0004 /K olarak alınır. Üçüncü ön bilgi boru kesit alanıdır: DN20 borunun kesiti 0,000314 m² kabul edilir ve bu değer boru hacmine çevrilir.
1. Kapalı ısıtma sisteminde suyun genleşmesi
Bir kap dolu su ısıtıldığında suyun hacmi artar. Artan hacim, kapalı bir kapta basıncın yükselmesi anlamına gelir. Isıtma sistemi de kapalı bir kap gibi davranır: su ısıtıldıkça hacim büyür ve bu büyüme sisteme basınç olarak yansır. İşletme basıncını aşan sistemde kazan emniyet valfi açılır, su atılır ve kazan kendini korur; ancak bu bir arıza değil, sistemin doğru boyutlandırılmadığının göstergesidir.
Suyun genleşme katsayısı ısıtma bölgesinde yaklaşık 0,0004 /K olarak alınır. Bu katsayı ile sıcaklık artışı çarpılınca suyun toplam hacminin yüzde kaçı kadar genleştiği bulunur. Katsayı yanlış seçilirse hacim ya çok küçük ya da çok büyük çıkar; ikisinde de kab seçimi hatalı olur.
Açık sistemde ise su kaybı kabul edilir ve basınç atmosferik düzeyde kalır. Bu yüzden açık sistemlerde genleşme kabına gerek yoktur. Kapalı ve açık sistem arasındaki bu fark, projede karar verilmesi gereken temel bir konudur.
2. Sistem su hacminin hesaplanması
Sistem su hacmi, sistemde bulunan tüm suyun toplamıdır ve üç kalemden oluşur: boru hacmi, radyatör suyu ve kazan suyu. Boru hacmi kesit alanı ile toplam boru uzunluğunun çarpımıdır. DN20 boru için kesit alanı 0,000314 m² alınır ve boru toplamı 60 m ise 0,000314 × 60 = 0,01884 m³, yani 18,84 L bulunur.
Radyatörlerin suyu ayrıca eklenir. Her radyatör 1,2 L su içeriyorsa sekiz radyatör için 8 × 1,2 = 9,6 L bulunur. Kazanın içindeki su da unutulmamalıdır; örnekte 20 L olarak alınmıştır. Üç kalem toplandığında 18,84 + 9,6 + 20 = 48,44 L sistem su hacmi elde edilir.
Bu toplamın önemi genleşme hesabında ortaya çıkar: genleşen su miktarı doğrudan sistem suyuyla orantılıdır. Kazan suyu eklenmezse hesaplanan hacim eksik kalır ve küçük bir kabın büyük bir sistemi koruyor gibi görünmesine yol açar.
3. Genleşme hacmi ve kabın seçimi
Genleşme hacmi şu bağıntıyla bulunur: V = sistem su hacmi × β × ΔT. Örnekteki 48,44 L sistem suyu ve ΔT = 50 K için önce 0,0004 × 50 = 0,02 bulunur. Ardından 48,44 × 0,02 = 0,9688 L, yani yaklaşık 0,97 L elde edilir. Bu değer sistemin çalışma sıcaklığındaki soğuk sıcaklığa geçtiğinde kazanacağı fazla hacimdir.
Kabın anma hacmi, hesaplanan genleşme hacminin en az iki katı olacak şekilde standart ölçülerden seçilir. İki kat kuralı, taşma payı ve hesap belirsizliklerini karşılar. Hesaplanan 0,97 L için 2 × 0,97 = 1,94 L gerekir; standart ölçülerde bu değeri karşılayan en küçük kap 3 L'lik kaptır.
Membranlı kapta hava ile su birbirine temas etmez; genleşen su membranı iterek basıncı emer. Membranlı olmayan açık tip kapta ise su ile hava temas eder ve düzenli sıcak su takviyesi gerekir. Bu nedenle ısıtma sistemlerinde membranlı kap tercih edilir.
Bağlantı yeri kritik bir konudur. Kap, soğuk su girişine yakın ve kazana dönüş yapılan tarafta bulunmalıdır; dönüş hattının en ucuna bağlanan kap sistemde ani basınç dalgalanmasına yol açar. Kabın alt bağlantısı, dibindeki suyun ve tortunun kontrollü biçimde çıkarılmasını sağlar; emniyet valfi de genellikle bu bağlantı üzerinde kurulur.
4. Denge tankı ve ısıl denge
Denge tankı (buffer tank), kazan devre dışı kaldığında sistemde kalan suyu toplayarak ısıyı sisteme bırakır. Böylece radyatörler kazan durduktan sonra da bir süre ısıtma yapar ve ani soğuma yaşanmaz. Tank gerekliliği kazan tipine ve sistemin kullanım biçimine göre belirlenir.
Tankın anma hacmi, sistem su hacminin yüzde 10'unundan küçük seçilmez. Örnekte 48,44 × 0,1 = 4,84 L bulunur ve standart ölçülerden 6 L'lik tank karşılanır.
Isıl denge açısından kütle debisi de hesaplanabilir. Isı yükü 12 kW ve ΔT = 50 K olan bir devrede, suyun özgül ısısı 4,18 kJ/kg·K alınırsa birim kütle başına 4,18 × 50 = 209 kJ taşınır. Isı yükü bu değere bölünür: 12 ÷ 209 = 0,0574 kg/s. Dakikaya çevrildiğinde 0,0574 × 60 = 3,44 kg/dk bulunur; bu değer pompa debisiyle karşılaştırılabilir.
Basit örnek
Kesit alanı 0,000314 m² olan DN20 borudan toplam 60 m boru bulunmaktadır. Boru hacmi kesit alanı ile uzunluğun çarpımıdır: 0,000314 × 60 = 0,01884 m³. Bu değer litreye çevrildiğinde 18,84 L eder. Bu hacim yalnız boruların içindeki suyu gösterir; radyatör ve kazan suyu ayrıca eklenmelidir.
İleri örnek
Boru suyu 18,84 L, sekiz radyatörün suyu 9,6 L ve kazan suyu 20 L'dir. Toplam 18,84 + 9,6 + 20 = 48,44 L bulunur. Sıcaklık artışı 50 K ve katsayı 0,0004 /K alınırsa katsayı çarpımı 0,0004 × 50 = 0,02 olur. Genleşme hacmi 48,44 × 0,02 = 0,9688 L, yani yaklaşık 0,97 L'dir.
Adım adım çözülmüş örnek
Sistem su hacmi 48,44 L ve sıcaklık artışı 50 K'dir. Adım 1: ΔT = 50 K olarak yazılır. Adım 2: katsayı uygulanır, 0,0004 × 50 = 0,02. Adım 3: genleşme hacmi hesaplanır, 48,44 × 0,02 = 0,9688 L. Adım 4: iki kat kuralı uygulanır, 2 × 0,97 = 1,94 L. Adım 5: standart ölçüler karşılaştırılır ve en küçük uygun kap olan 3 L'lik genleşme kabı seçilir.
Kavram karşılaştırma tablosu
| Ölçüt | Sistem su hacmi | Genleşme hacmi | Genleşme kabı | Denge tankı |
|---|
| Tanım | Boru, radyatör ve kazandaki toplam su | Isıtmada artan su hacmi | Genleşmeyi karşılayan kap | Kazan durunca ısıyı saklayan tank |
| Birim | L veya m³ | L | L (anma hacmi) | L (anma hacmi) |
| Hesaplanma yolu | Alan × uzunluk + iki kalem | Hacim × β × ΔT | Hesaplananın en az iki katı | Sistem suyunun en az %10'u |
| Birimi etkileyen | Tüm ısıtıcı ve borular | Katsayı ve sıcaklık farkı | Bağlantı konumu | Kazan tipi ve kullanım |
| Bağlantı yeri | Hesap değildir | Hesap değildir | Soğuk su tarafına yakın | Kazan dönüşünde |
| Denetim yöntemi | Sistem dokümantasyonu | Sıcaklık farkı ölçümü | Seviye ve membran gözlemi | Isı verme süresi gözlemi |
| Yanlış kullanımı | Yalnız boruyu almak | Mutlak sıcaklık kullanmak | Dönüş hattının ucuna koymak | Zorunlu olduğunu varsaymak |
Sık Yapılan Hatalar
- Sistem su hacmine yalnız boru hacmini almak: Radyatör ve kazan suyu da genleşir; eklenmezse kap küçük hesaplanır.
- Genleşme katsayısını çok yüksek almak: Gereksiz büyük kap seçilir ve yer ile yatırım kaybedilir.
- Sıcaklık artışı yerine mutlak sıcaklığı kullanmak: Hacim çok büyük çıkar; ΔT gidiş ve dönüş arasındaki farktır.
- Kabı dönüş hattına bağlamak: Sistemde ani basınç dalgalanması oluşur; kap soğuk su tarafına yakın olmalıdır.
- Membranlı kabı açık tip gibi kullanmak: Membranlı kapta sıcak su eklemeye gerek yoktur; üstten su almak kaba su taşırır.
- Emniyet valfini kabın uzağına koymak: Valf kabın altında ve kazana yakın olmalıdır; aksi hâlde kab yüksektir.
- Standart ölçüyü hesap değerine eşit seçmek: Kab, hesaplanan değerin en az iki katı olacak şekilde seçilir.
- Denge tankının gereksiz olduğunu varsaymak: Tank gerekliliği kazan tipine göre belirlenir; gerektiğinde yoksa kazan su kaybeder.
Özet
Kapalı ısıtma sisteminde su ısıtıldıkça genleşir ve artan hacim basınca dönüşür. Genleşme hacmi, sistem su hacmi ile suyun genleşme katsayısının ve sıcaklık artışının çarpımıdır; ısıtma bölgesinde katsayı yaklaşık 0,0004 /K alınır. Sıcaklık artışı, gidiş ve dönüş sıcaklıkları arasındaki farktır. Sistem su hacmi boru hacmi, radyatör suyu ve kazan suyunun toplamıdır; yalnız boru hacmi alınırsa kab küçük hesaplanır. Kabın anma hacmi hesaplanan genleşme hacminin en az iki katı olacak şekilde standart ölçülerden seçilir. Membranlı kapta hava ile su tamamen ayrılır ve sıcak su eklemeye gerek kalmaz. Kap soğuk su tarafına yakın, emniyet valfi kabın altında olacak şekilde kurulur. Denge tankı kazan devre dışıyken sistemdeki suyu toplayarak ısıyı sisteme bırakır ve anma hacmi sistem su hacminin yüzde 10'unundan küçük seçilmez.
Kendini dene
Bu konuyu pekiştirmek için kendi çalıştığın ısıtma devresinin ya da atölyedeki kazanın sistem su hacmini hesapla. Bunun için toplam boru uzunluğunu ve çapını, radyatör adedini ve kazan içindeki su miktarını önce bir forma yaz. Ardından katsayı ve sıcaklık artışını uygulayarak genleşme hacmini bul ve seçilecek genleşme kabının anma hacmini gerekçesiyle yaz. Son adımda kabın bağlantı yerini ve emniyet valfinin konumunu bir şema üzerinde göster. Çalışma kâğıdına konu adı, tarih, kullanılan araçların adı ve tüm ara adımları ekle. Değerlendirmede üç kalemin de toplama katılması, katsayının doğru seçilmesi ve seçimin gerekçeyle desteklenmesi ölçülür.
