9. SınıfTesisat Teknolojisi ve İklimlendirme
Tesisat Teknolojisi ve İklimlendirme · 9. Sınıf · Çevre ve Enerji
Bir ısıtma sistemi ancak binanın kaybettiği ısıyı doğru hesaplarsak doğru boyutlanır. Fazla kapasiteli bir kazan boşa çalışır, yakıt harcar ve sık açılıp kapandığı için ömrü kısalır; yetersiz kapasite ise konforu hiç sağlamaz. Bu nedenle kazan seçimi bir kural değil, ölçüme dayalı bir işlemdir. Hesabın ilk adımı binanın kazan dairesi planındaki net alanlarını çıkarmak, ikinci adımı her yapı elemanının ısı geçirgenliğini bilmektir. Bu derste bu iki adımı ve kazan boyutlamanın son adımını sayısal olarak yapacağız.
Isı kaybının nasıl hesaplandığını, ısı geçirgenliği değerinin (U) ne anlama geldiğini ve ısı direnci (R) ile nasıl ilişkili olduğunu öğreneceğiz. Çok katmanlı bir duvarda her katmanın direncinin ayrı ayrı hesaplanıp toplandığını göreceğiz. Pencere, kapı, zemin ve tavan kayıplarının neden ayrı hesaplandığını, havalandırma kaybının nasıl bulunduğunu öğreneceğiz. Toplam ısı yükünden kazan kapasitesine geçişi, radyatör adedini ve günlük yakıt miktarını hesaplayacağız.
Isı, sıcaklığı yüksek olan cisimden düşük olan cisme doğru akar ve bu akış ısı transferi olarak adlandırılır. Isı transferi üç yolla olur: iletim (madde içinde), taşınım (akışkan hareketiyle) ve ışınım (elektromanyetik dalga ile). Bina ısı kaybı ağırlıklı olarak iletim yoluyla, hava değişimi ise taşınım yoluyla gerçekleşir.
Birimler değişmezdir. Isı akısı watt (W) cinsinden ölçülür; 1 W, 1 joule bölünmüş 1 saniyedir. Isı geçirgenliği U değeri W/(m²·K), ısı direnci R değeri m²·K/W cinsindendir. K (kelvin) sıcaklık farkının birimidir ve derece farkı ile aynı büyüklüktür: 20 °C ile 0 °C arasındaki fark 20 K'dir. Enerji için 1 kWh = 3,6 MJ ve 1 MJ = 277,8 Wh eşitlikleri kullanılır.
Bir yapı elemanından geçen ısı miktarı üç çarpanla bulunur: Q = U · A · ΔT. Burada Q ısı kaybı (W), U elemanın ısı geçirgenliği (W/m²·K), A elemanın alanı (m²) ve ΔT iç ile dış ortam arasındaki sıcaklık farkıdır (K).
U değeri elemanın bir metrekaresinden bir derece fark başına kaç watt ısı geçtiğini gösterir ve U = 1 / R bağıntısıyla ısı direnciyle ters orantılıdır. Küçük U değeri iyi yalıtım, büyük U değeri kötü yalıtım demektir. Yalıtımsız bir tuğla duvar için U yaklaşık 1,72 W/m²·K iken, 5 cm yalıtım eklenmiş aynı duvar için U 0,55 W/m²·K civarına düşer.
Yalıtımın etkisini sayısal olarak görmek için 19 cm tuğla duvarı ele alalım. Duvarda 1,72 W/m²·K değerini kullanırsak 20 K sıcaklık farkında metrekare başına kayıp 1,72 × 20 = 34,4 W olur. Aynı duvar 0,55 W/m²·K değerine düşerse kayıp 0,55 × 20 = 11 W olur; yani yalıtım kaybı yaklaşık üçte birine indirir. Bu fark ısıtma giderinde doğrudan görülür.
Proje hesabında her elemanın U değeri katalogdan veya yapı malzemesi bilgilerinden alınır. Pencerede tek cam 5,0 ile 6,0 arasında, çift camlı ısıcam 2,7 ile 2,9 arasında bir U değerine sahiptir. Dış duvar için yalıtımsız durumda 1,7 ile 2,0 arasında, yalıtımlı durumda 0,25 ile 0,45 arasında değerler kullanılır.
| Yapı Elemanı | U Değeri (W/m²·K) | R Değeri (m²·K/W) | Not |
|---|---|---|---|
| Yalıtımsız tuğla duvar | 1,72 | 0,58 | 19 cm tuğla |
| 5 cm yalıtımlı tuğla duvar | 0,55 | 1,83 | Isı performansı yüksek |
| Tek cam pencere | 5,70 | 0,18 | Eski binalarda yaygın |
| Çift camlı ısıcam pencere | 2,80 | 0,36 | Yeni binalarda standart |
| İç kapı | 2,40 | 0,42 | Ahşap veya panel |
| Zemin üzeri döşeme | 0,45 | 2,22 | Zemin kat üzerinde |
| Armatürsüz çatı | 0,30 | 3,33 | Üzeri soğuk kat |
Tablo iki sütun arasında 1 / R bağıntısıyla bağlıdır. Örneğin yalıtımsız duvar için 1 / 1,72 = 0,58 m²·K/W ve 5 cm yalıtımlı duvar için 1 / 0,55 = 1,82 m²·K/W bulunur. Pencere tarafında 1 / 2,80 = 0,36 m²·K/W elde edilir. Isı direnci büyüdükçe U küçülür ve ısı kaybı azalır.
Bir duvar tek bir malzemeden değil, iç sıva, duvar malzemesi, yalıtım ve dış sıva katmanlarından oluşur. Her katmanın direnci R = d / λ bağıntısıyla bulunur. Burada d katman kalınlığı (m), λ ısı iletkenlik katsayısıdır (W/m·K). Toplam direnç, katmanların dirençleriyle iç yüzey ve dış yüzey dirençleri toplanarak bulunur.
Örnek duvarımızda iç yüzey direnci 0,13, dış yüzey direnci 0,04 m²·K/W alınır. 1,5 cm iç sıva için λ 0,67 değeriyle 0,015 / 0,67 = 0,022 m²·K/W; 19 cm tuğla için λ 0,49 ile 0,19 / 0,49 = 0,388 m²·K/W; 5 cm yalıtım için λ 0,04 ile 0,05 / 0,04 = 1,25 m²·K/W bulunur.
Toplam direnç 0,13 + 0,022 + 0,388 + 1,25 + 0,04 = 1,83 m²·K/W olur ve U değeri 1 / 1,83 = 0,55 W/m²·K olarak elde edilir. Yalıtım katmanı çıkarılırsa toplam direnç 0,13 + 0,022 + 0,388 + 0,04 = 0,58 m²·K/W olur ve U 1 / 0,58 = 1,72 W/m²·K çıkar. Bu iki sonuç, tablo değerlerinin nasıl türetildiğini gösterir.
Dışarıdan gelen soğuk hava içeri girip ısıtılmış havayla dışarı atılır; bu zorunlu alışveriş havalandırma kaybıdır ve hiçbir yalıtımla kapanmaz. Havalandırma kaybı Q_hav = 0,33 · V_hav · ΔT bağıntısıyla bulunur. Burada V_hav saatte hava değiştirilen hacimdir (m³/st) ve 0,33 değeri sıcaklığa göre havanın özgül ısısının litre ve saniye cinsinden değeridir. Bu değere yoğunluk düzeltmesi uygulanırsa sonuç 1,2 katına çıkar.
Saatte hava değiştirilen hacim, oda hacminin saatlik hava değişim sayısıyla çarpılmasıdır. 5 m × 4 m ölçüsünde ve 2,6 m yüksekliğinde bir odanın hacmi 5 × 4 × 2,6 = 52 m³'tür. Saatte 0,5 kez hava değişimi öngörülürse V_hav 52 × 0,5 = 26 m³/st olur. Bu durumda havalandırma kaybı önce 0,33 × 26 × 20 = 172 W, yoğunluk düzeltmesiyle 172 × 1,2 = 206 W olarak bulunur.
Isıtma sistemi hesabında havalandırma kaybı genellikle toplam kaybın dörtte birini geçmez. Bu oranı aşan binalarda ısı geri kazanımlı havalandırma sistemleri veya ısı geri kazanımlı cihazlar kullanılır. Bu sistemler dışarıdan alınan havadaki ısıyı tutar ve kaybı belirgin biçimde düşürür.
Toplam ısı yükü, iletim kayıpları ile havalandırma kaybının toplanmasıyla bulunur. Her elemanın kaybı Q = U · A · ΔT ile hesaplanır ve sonuçlar toplanır. Tavan ve zemin kayıplarında ΔT, dış ortam sıcaklığı farklı olduğu için daha küçüktür; mesela dış ortam 10 °C ve iç 20 °C ise tavan kaybı 10 K ile hesaplanır.
Bir örnek daire üzerinden gidelim. Daire 100 m² net alanlı olsun. Dış duvar alanı 40 m², pencere alanı 8 m², kapı alanı 3 m², zemin ve tavan alanı ise 100 m²'dir. Dış duvar için U 1,72, pencere için 2,80, kapı için 2,40, zemin için 0,45 ve tavan için 0,30 alınır.
| Eleman | Alan (m²) | U (W/m²·K) | Sıcaklık Farkı (K) | Kayıp (W) |
|---|---|---|---|---|
| Dış duvar | 40 | 1,72 | 20 | 1376 |
| Pencere | 8 | 2,80 | 20 | 448 |
| Kapı | 3 | 2,40 | 20 | 144 |
| Zemin | 100 | 0,45 | 10 | 450 |
| Tavan | 100 | 0,30 | 10 | 300 |
| Havalandırma | - | - | - | 1030 |
| Toplam | - | - | - | 3748 |
Dış duvar kaybı 1,72 × 40 × 20 = 1376 W, pencere kaybı 2,80 × 8 × 20 = 448 W, kapı kaybı 2,40 × 3 × 20 = 144 W, zemin kaybı 0,45 × 100 × 10 = 450 W ve tavan kaybı 0,30 × 100 × 10 = 300 W bulunur. Daire hacmi 260 m³ kabul edilirse saatte hava değişimi 130 m³/st olur ve havalandırma kaybı 0,33 × 130 × 20 = 858 W, düzeltmeli olarak 1030 W olur. İletim kayıplarının toplamı 2718 W'dir ve tüm kayıpların toplamı 3748 W olarak bulunur.
Kazan kapasitesi seçilirken dağıtım kayıpları da eklenir. Boru, radyatör ve kolonlarda oluşan kayıp toplamın yaklaşık %10'u kadar alınır: 3748 × 1,10 = 4123 W. Bu değer 4,12 kW demektir ve metreküp karşılığı 4123 / 100 = 41,2 W/m² ile iyi yalıtımlı bir konut için tipik 40 W/m² seviyesindedir.
Kaba bir kontrol kuralı olarak 1 m² konut alanı için 10 ile 12 m² başına 1 kW kazan gücü karşılanır. Yüz metrekarelik bu dairede 100 / 11 = 9,1 kW düşer. Pratikte standart kazan boyutları kullanıldığı için 12 kW kapasiteli bir kazan seçilir; emniyet payı, kısa süreli tepe yükler ve ilerideki ilaveler bu seçimi destekler.
Isı yükü bilindiğinde yakıt ihtiyacı yaklaşık bir oranla bulunabilir. Doğalgazın alt ısıl değeri 34,65 MJ/m³ alınır. Bu değer, 1 m³ doğalgazın yaktığında yaklaşık 34,65 MJ ısı verdiğini gösterir. Adetle ısıtma gücü ifadesi kullanılır ve 10 kW'lik bir kazan tam yükte saatte yaklaşık 36 MJ ısı üretir: 10 × 3600 = 36000 kJ, yani 36 MJ. Bunun doğalgaz karşılığı 36 / 34,65 = 1,04 m³'tür.
Bu oranı ters yönde kullanabiliriz. 588 W yüklü bir bölümün günlük doğalgaz ihtiyacı hesaplanırsa: 0,588 kW değeri 0,588 × 3600 = 2117 kJ, yani 2,12 MJ/saat eder. Bu değer 2,12 / 34,65 = 0,061 m³/saat doğalgaza karşılık gelir.
Elektrikle çalışan ısıtıcılarda yakıt karşılığı enerji cinsinden verilir. Günde 8 saat ısıtma yapılan 588 W'lik bir bölüm günlük 0,588 × 8 = 4,70 kWh enerji tüketir ve 4,70 × 30 = 141 kWh aylık değere ulaşır. Isı pompası kullanılırsa elektrik tüketimi çok düşer: ısı pompasının performans katsayısı 3 kabul edilirse aynı 588 W ısı için gereken elektrik 588 / 3 = 196 W olur.
Kazan kapasitesi kadar önemli olan konu, ısının odaya eşit dağıtılmasıdır. Oda kaybının karşılanması gereken radyatör miktarı, oda kaybının radyatörün vermesi beklenen güce bölünmesiyle bulunur. 600 mm genişliğinde, 1 m boyunda bir panel radyatörün 50 K sıcaklık farkında vermesi beklenen ısı gücü yaklaşık 150 W'tır.
Önceki bölümde bir oda için 255 W kayıp bulmuştuk. Bu değeri radyatör gücüne bölersek 255 / 150 = 1,7 adet elde ederiz. Kesirli adet olmadığı için iki radyatör seçilir ve toplam güç 300 W olur. Bir adet daha az radyatör konforu düşürür, bir adet fazla gereksiz ısınma ve maliyet demektir.
Dağıtım boru tesisatı boyunca iki kollu (çift sistem) veya tek kollu düzenlemeyle yapılır. İki kollu sistemde üstten ve alttan ısıtma sağlanır ve tesisat kısa kalır; tek kollu sistemde boru uzunluğu artar. Kazan dairesi içindeki ünite sırası genellikle ısıtıcı, pomp grubu, genleşme kabı ve su deposu düzeninde kurulur. Vana montajı ile kol bazında akış dengesi sağlanır ve musluk montajı sırası havalandırma için gereken vanalar hat başına konur.
7,5 m² duvar alanı olan bir odada U değeri 1,72 W/m²·K ve sıcaklık farkı 20 K'dir. Önce sıcaklık farkına göre metrekare başına kayıp bulunur: 1,72 × 20 = 34,4 W/m². Sonra alanla çarpılır: 34,4 × 7,5 = 258 W bulunur. Küçük bir yuvarlama ile bu değer yaklaşık 255 W kabul edilebilir. Duvara 5 cm yalıtım eklenirse U 0,55 olur ve aynı duvardan 0,55 × 7,5 × 20 = 82,5 W kayıp çıkar. Yalıtım bu duvarda yıllık ısıtma giderini belirgin biçimde düşürür.
100 m² net alanlı, 260 m³ hacimli bir dairede dış duvar 40 m², pencere 8 m², kapı 3 m², zemin ve tavan 100 m²'dir. Sıcaklık farkı dış duvar, pencere ve kapı için 20 K, zemin ve tavan için 10 K alınır. Dış duvar kaybı 1,72 × 40 × 20 = 1376 W, pencere kaybı 2,80 × 8 × 20 = 448 W, kapı kaybı 2,40 × 3 × 20 = 144 W'dür. Zemin kaybı 0,45 × 100 × 10 = 450 W, tavan kaybı 0,30 × 100 × 10 = 300 W'dür. İletim kayıpları toplamı 2718 W'dir. Havalandırma için 260 × 0,5 = 130 m³/st hava değişimi vardır ve 0,33 × 130 × 20 = 858 W, düzeltmeli olarak 1030 W bulunur. Toplam kayıp 2718 + 1030 = 3748 W, dağıtım payı eklenmiş hâli 3748 × 1,10 = 4123 W olur.
Tek odalı 5 m × 4 m ölçüsünde, 2,6 m yüksekliğinde bir bölümü ısıtacak kazanın boyutunu belirleyelim. Birinci adımda alanlar belirlenir: duvar 3 × 2,5 = 7,5 m², pencere 1,5 m², kapı 0,9 m². İkinci adımda kayıplar hesaplanır: duvar için 1,7 × 7,5 × 20 = 255 W, pencere için 2,8 × 1,5 × 20 = 84 W, kapı için 2,4 × 0,9 × 20 = 43,2 W. Üçüncü adımda iletim kayıpları toplanır: 255 + 84 + 43,2 = 382,2 W. Dördüncü adımda oda hacmi bulunur: 5 × 4 × 2,6 = 52 m³. Beşinci adımda havalandırma kaybı hesaplanır: 52 × 0,5 = 26 m³/st ve 0,33 × 26 × 20 = 172 W, düzeltmeli 172 × 1,2 = 206 W. Altıncı adımda toplam bulunur: 382,2 + 206 = 588 W. Yedinci adımda dağıtım payı eklenir: 588 × 1,10 = 647 W.
| Özellik | Isı Geçirgenliği (U) | Isı Direnci (R) | Isı Kaybı (Q) | Sıcaklık Farkı (ΔT) |
|---|---|---|---|---|
| Birim | W/(m²·K) | m²·K/W | W | K |
| Bağıntı | U = 1 / R | R = d / λ | Q = U · A · ΔT | iç eksi dış |
| Artış etkisi | Kayıp artar | Kayıp azalır | Doğrudan artar | Doğrudan artar |
| Tipik değer | 0,30 – 5,70 | 0,18 – 3,33 | 100 – 5 000 W | 10 – 22 K |
| Yalıtımla değişim | Düşer | Yükselir | Düşer | Değişmez |
| En çok etkileyen | Malzeme ve kalınlık | Katman sayısı | Alan | Hava koşulları |
| Ölçüm yöntemi | Hesap veya deney | Katman toplamı | Proje hesabı | Termometre |
Isı kaybı üç çarpanla bulunur: Q = U · A · ΔT. U değeri ısı geçirgenliği, A eleman alanı, ΔT iç ve dış sıcaklık farkıdır. U ile ısı direnci R ters orantılıdır ve U = 1 / R bağıntısıyla birbirine çevrilir. Çok katmanlı duvarda her katmanın direnci R = d / λ ile bulunur ve iç yüzey 0,13 ile dış yüzey 0,04 değerleri de toplanır: 19 cm tuğla duvar yalıtımsızken toplam direnç 0,58 m²·K/W ve U 1,72 W/m²·K; 5 cm yalıtım eklendiğinde toplam direnç 1,83 ve U 0,55 W/m²·K olur. Havalandırma kaybı 0,33 · V_hav · ΔT bağıntısıyla, yoğunluk düzeltmesiyle birlikte bulunur. Toplam ısı yüküne yaklaşık %10 dağıtım kaybı eklenir ve kazan kapasitesi buna göre seçilir; 100 m² yalıtımlı bir konutta tipik değer 40 W/m² mertebesindedir. Radyatör adedi, oda kaybının radyatör başına beklenen güce bölünmesiyle bulunur ve adet yukarı yuvarlanır.
5 m × 4 m ölçüsünde, 2,6 m yüksekliğinde bir oda için ısı kaybı hesabı yapınız. Duvar alanını 7,5 m², pencere alanını 1,5 m², kapı alanını 0,9 m² kabul ediniz. Duvar için U 1,7, pencere için 2,8 ve kapı için 2,4 alın. Sıcaklık farkını 20 K olarak kullanınız. İletim kayıplarını tek tek bulup toplayınız, oda hacmini hesaplayınız ve 0,5 saatlik hava değişimiyle havalandırma kaybını ekleyiniz. Toplam kayba %10 dağıtım payı ekleyerek gerekli kazan kapasitesini bulunuz ve standart kazan boyutlarından uygun olanı seçiniz. Kendi cevabınızla kitaptaki örnek çözümü karşılaştır; eleman kayıpları doğruysa 7 puan, havalandırma kaybı doğruysa 4 puan, kazan seçimi ve gerekçesi doğruysa 4 puan verin.
Isı kaybının nasıl hesaplandığını, ısı geçirgenliği değerinin (U) ne anlama geldiğini ve ısı direnci (R) ile nasıl ilişkili olduğunu öğreneceğiz. Çok katmanlı bir duvarda her katmanın direncinin ayrı ayrı hesaplanıp toplandığını göreceğiz. Pencere, kapı, zemin ve tavan kayıplarının neden ayrı hesaplandığını…
Bir ısıtma sistemi ancak binanın kaybettiği ısıyı doğru hesaplarsak doğru boyutlanır. Fazla kapasiteli bir kazan boşa çalışır, yakıt harcar ve sık açılıp kapandığı için ömrü kısalır; yetersiz kapasite ise konforu hiç sağlamaz. Bu nedenle kazan seçimi bir kural değil, ölçüme dayalı bir işlemdir. Hesabın ilk adımı…
Isı kaybı bağıntısı Q = U · A · ΔT'dir; U W/m²·K, A m² ve ΔT K cinsindendir
Yüzey dirençlerini atlamak: İç yüzey 0,13 ve dış yüzey 0,04 m²·K/W değerleri toplama dâhildir. Katman dirençlerini doğrudan toplamak yerine U değerlerini toplamak: Katmanlar için R değerleri toplanır, en sonra U hesaplanır.
Isı kaybı: Q = U · A · ΔT · Isı geçirgenliği: U = 1 / R · Katman ısı direnci: R = d / λ · Toplam duvar direnci: R_toplam = R_si + (Σ d / λ) + R_se
Bir duvardan geçen ısı miktarı hangi bağıntıyla hesaplanır?
Doğru cevap: A) Q = U · A · ΔT
Q = U kavramı Isı Kaybı Hesabı ve Kazan Kapasitesi konusunun temel bir kavramıdır. Detaylar konu anlatımında verilmiştir.
Yalıtımsız 19 cm tuğla duvarın toplam ısı direnci ve U değeri nedir?
Doğru cevap: C) 0,58 m²·K/W ve 1,72 W/m²·K
Toplam direnç 0,13 + 0,022 + 0,388 + 0,04 = 0,58 m²·K/W'dir ve U = 1 / 0,58 = 1,72 W/(m²·K) olur. 1,83 ve 0,55 değerleri 5 cm yalıtım eklenmiş duvara aittir.
52 m³ hacimli odada 0,5 saatlik hava değişimi ve 20 K fark alınırsa havalandırma kaybı nedir?
Doğru cevap: B) 206 W
Saatlik hava değişimi 52 × 0,5 = 26 m³/st olur ve 0,33 × 26 × 20 = 172 W bulunur. Yoğunluk düzeltmesiyle 172 × 1,2 = 206 W değeri kullanılır.
Konu anlatımları hesapsız okunur. Quiz, slayt ve deneme için hesap gerekir.
Tesisat Teknolojisi ve İklimlendirme için çalışma yolu
Konu anlatımları hesapsız okunur; quiz, slayt ve deneme için hesap gerekir.
Bu sayfa Isı Kaybı Hesabı ve Kazan Kapasitesi konusunun anlatımını, kazanımlarını ve örnek sorularını içerir. Konuyla ilgili tüm sorular için testi çöz, diğer konular için DersTeders ana sayfasına geçebilirsin.
Bu konuyu çalış: hesap aç, ilerlemen kaydedilsin.
Hesap aç