İçindekiler
Psikrometrik Süreçler ve Klima Hesaplamaları
Giriş
Psikrometri, nemli havanın fiziksel ve termodinamik özelliklerinin ve bu özellikleri değiştiren süreçlerin incelenmesidir. Psikrometrinin anlaşılması HVAC sistemi tasarımı için temeldir, çünkü mühendislerin şunları yapmasını sağlar:
- Ortam havası özelliklerini hesaplama (sıcaklık, rutubet, entalpi)
- Verimli ısıtma ve soğutma süreçleri tasarlama
- Enerji tüketimini optimize etme
- Kullanıcı konforunu sağlama
- Yoğuşma ve nem oranı sorunlarını önleme
Bu rehber, ASHRAE Temelleri El Kitabı'na göre psikrometrik hesaplamaların teorisi, formülleri ve pratik uygulamalarını kapsar.
Hava Özellikleri
Kuru Termometre Sıcaklığı (DB)
Kuru termometre sıcaklığı, standart bir termometre ile ölçülen havanın sıcaklığıdır. HVAC'de en yaygın sıcaklık ölçümüdür.
Tipik Tasarım Değerleri:
- Yaz Tasarımı: 35-40°C (dış mekan), 24-26°C (iç mekan)
- Kış Tasarımı: -5 ila 5°C (dış mekan), 20-22°C (iç mekan)
Islak Termometre Sıcaklığı (WB)
Islak termometre sıcaklığı, ampulün etrafında ıslak bir fitil bulunan bir termometre kullanılarak ölçülür. Atmosfer fitil üzerinden geçerken, su buharlaşır ve ampulü soğutur.
Önemli Noktalar:
- Islak termometre her zaman kuru termometre sıcaklığı
- RH = %100 olduğunda, ıslak termometre = kuru termometre
- Düşük ıslak termometre daha kuru havayı gösterir
- Nem değeri oranı ve entalpiyi belirlemek için kullanılır
Bağıl Nem (RH)
Bağıl su buharı, gerçek su buharı basıncının aynı sıcaklıktaki doygunluk buhar basıncına oranıdır.
Formül:
Burada:
- RH = Bağıl rutubet (%)
- = Gerçek buhar basıncı (kPa)
- = Kuru termometre sıcaklığındaki doygunluk buhar basıncı (kPa)
Tipik Değerler:
- Konfor Bölgesi: %40-60
- Yaz İç Mekan: %50-60
- Kış İç Mekan: %30-50
Nem Oranı (W)
Nem oranı oranı, kuru ortam havası birimi başına su buharı kütlesidir.
Formül:
Burada:
- W = Bağıl nem oranı (kg/kg kuru havalandırma havası)
- = Buhar basıncı (kPa)
- P = Toplam basınç (kPa)
- 0.622 = Molekül ağırlıkları oranı (su/kuru temiz hava)
Çiy Noktası Sıcaklığı
Çiy noktası, hava elektrik akımıı sabit basınç ve nem seviyesi oranında soğutulduğunda su buharının yoğuşmaya başladığı sıcaklıktır.
Önemli Noktalar:
- Çiy noktası kuru termometre sıcaklığı
- Çiy noktası = kuru termometre olduğunda, RH = %100
- Yüzey sıcaklığı < çiy noktası olduğunda yoğuşma oluşur
- Nem değeri sorunlarını önlemek için kritiktir
Entalpi (h)
Entalpi, nemli havanın toplam ısı içeriğini temsil eder, duyulur ve gizli ısı dahil.
Formül:
Burada:
- h = Entalpi (kJ/kg kuru atmosfer)
- = Kuru havanın özgül ısısı (1.006 kJ/kg·K)
- T = Kuru termometre sıcaklığı (°C)
- W = Su buharı oranı (kg/kg kuru ortam havası)
- = 0°C'de buharlaşma gizli ısısı (2501 kJ/kg)
- = Su buharının özgül ısısı (1.86 kJ/kg·K)
Tipik Değerler:
- Dış Mekan Yaz: 85-100 kJ/kg
- İç Mekan Konfor: 45-60 kJ/kg
- Dış Mekan Kış: 5-20 kJ/kg
Özgül Hacim (v)
Özgül hacim, 1 kg kuru havalandırma havası artı ilişkili su buharı tarafından işgal edilen hacimdir.
Formül:
Burada:
- v = Özgül hacim (m³/kg kuru temiz hava)
- = Kuru hava akışı için gaz sabiti (0.287 kJ/kg·K)
- T = Mutlak ısı (K)
- P = Toplam basınç (kPa)
- = Buhar basıncı (kPa)
Psikrometrik Grafik
Grafik Düzeni
Psikrometrik grafik, psikrometrik özelliklerin grafiksel temsilidir. Temel özellikler:
- Kuru Termometre Sıcaklığı: Yatay eksen (alt)
- Rutubet Oranı: Dikey eksen (sağ)
- Bağıl Nem oranı: Alt-sol'dan üst-sağ'a eğri çizgiler
- Islak Termometre Sıcaklığı: Çapraz çizgiler
- Entalpi: Çapraz çizgiler (genellikle ıslak termometreye paralel)
- Özgül Hacim: Çapraz çizgiler
- Çiy Noktası: Bağıl nem oranından doygunluk eğrisine yatay çizgi
Grafik Kullanımı
DB ve WB'den özellikleri bulmak için:
- Yatay eksende kuru termometre sıcaklığını bulun
- Islak termometre sıcaklığı çaprazına kadar dikey çizgiyi takip edin
- Dikey eksenden nem seviyesi oranını okuyun
- Eğri çizgilerden bağıl nemi okuyun
- Çapraz çizgilerden entalpiyi okuyun
- Çiy noktası için yatay çizgiyi doygunluk eğrisine kadar takip edin
DB ve RH'den özellikleri bulmak için:
- Yatay eksende kuru termometre sıcaklığını bulun
- Bağıl nem değeri eğrisine kadar dikey çizgiyi takip edin
- Dikey eksenden su buharı oranını okuyun
- Islak termometre sıcaklığını bulmak için çapraz çizgiyi takip edin
- Çapraz çizgilerden entalpiyi okuyun
Temel Formüller
Doygunluk Buhar Basıncı
ASHRAE Denklemi 5 (Bölüm 1, Temeller 2021):
Burada:
- = Doygunluk buhar basıncı (Pa)
- T = Mutlak derece (K)
- = ASHRAE'den sabitler (already in math mode, correct)
0-100°C sıcaklıklar için:
- = -5.8002206E+03
- = 1.3914993E+00
- = -4.8640239E-02
- = 4.1764768E-05
- = -1.4452093E-08
- = 6.5459673E+00
Bağıl Nemden Buhar Basıncı
Buhar Basıncından Nem Oranı
Islak Termometre Sıcaklığı (İteratif)
Islak termometre sıcaklığı şunu çözerek bulunur:
Bu, 'ye bağlı olması nedeniyle iterasyon gerektirir.
Çiy Noktası Sıcaklığı
Çiy noktası, olduğu sıcaklığı çözerek bulunur:
Psikrometrik Süreçler
1. Duyulur Soğutma
Süreç: Rutubet alma olmadan iklimlendirme (sabit nem oranı oranı)
Koşullar:
- Yüzey sıcaklığı > çiy noktası
- Yoğuşma oluşmaz
- Bağıl nem oranı sabit kalır
Enerji Hesaplaması:
Burada:
- = Duyulur ısı transferi (kW)
- = Kuru atmosfer kütle akış hızı (kg/s)
- = Başlangıç ve son sıcaklıklar (°C)
Uygulama: Kuru iklimlerde soğutucu bobinleri
2. Duyulur Isıtma
Süreç: Nemlendirme olmadan ısıtma (sabit nem seviyesi oranı)
Koşullar:
- Nem değeri eklenmeden ısı eklenir
- Su buharı oranı sabit kalır
- Bağıl rutubet azalır
Enerji Hesaplaması:
Uygulama: Uzay ısıtıcıları, elektrikli ısıtıcılar
3. Nemlendirme
Süreç: Havaya nem oranı ekleme (sabit kuru termometre veya adyabatik)
Adyabatik Nemlendirme:
- Sabit entalpi süreci
- Su duyulur ısıyı kullanarak buharlaşır
- Kuru termometre sıcaklığı azalır
- Bağıl nem oranı artar
İzotermal Nemlendirme:
- Sabit kuru termometre sıcaklığı
- Sıcaklığı korumak için ısı eklenir
- Nem seviyesi oranı artar
Enerji Hesaplaması:
Uygulama: Nemlendiriciler, püskürtme sistemleri
4. Nem Alma
Süreç: Havadan nem değeri çıkarma
Koşullar:
- Chiller yüzey sıcaklığı < çiy noktası
- Yoğuşma oluşur
- Hem duyulur hem de gizli ısı çıkarılır
Enerji Hesaplaması:
Uygulama: Klima bobinleri, desiccant sistemleri
5. Hava Karıştırma
Süreç: İki ortam havası akışını karıştırma
Kütle Dengesi:
Enerji Dengesi:
Su buharı Oranı:
Kuru Termometre Sıcaklığı:
Uygulama: Dönüş havası karıştırma, ekonomizer sistemleri
Çözümlü Örnekler
Örnek 1: DB ve WB'den Hava Özelliklerini Bulma
Verilen:
- Kuru termometre sıcaklığı: 30°C
- Islak termometre sıcaklığı: 22°C
- Atmosferik basınç: 101.325 kPa
Bul: Bağıl rutubet, nem oranı oranı, entalpi, çiy noktası
Çözüm:
Adım 1: Islak termometrede doygunluk buhar basıncını hesaplayın (22°C = 295.15 K)
Adım 2: Islak termometrede bağıl nem oranını hesaplayın
Adım 3: Kuru termometrede nem seviyesi oranını belirleyin
Adım 4: Kuru termometrede doygunluk buhar basıncını bulun (30°C)
Adım 5: Gerçek buhar basıncını tespit edin
Adım 6: Bağıl nemi değerlendirin
Adım 7: Entalpiyi ölçün
Cevap:
- Nem değeri oranı: 0.0135 kg/kg
- Bağıl su buharı: %50.6
- Entalpi: 64.7 kJ/kg
- Çiy noktası: ~18.5°C
Örnek 2: Soğutma ve Nem Alma
Verilen:
- Giriş havası: 30°C DB, 22°C WB
- Çıkış havası: 15°C DB, 14°C WB
- Havalandırma havası akış hızı: 2.5 m³/s
- Atmosferik basınç: 101.325 kPa
Bul: Toplam soğutma sistemi kapasitesi, duyulur iklimlendirme, gizli soğutucu
Çözüm:
Adım 1: Giriş havası özelliklerini bulun (Örnek 1'den)
- Entalpi = 64.7 kJ/kg
- Rutubet oranı = 0.0135 kg/kg
- Özgül hacim = 0.887 m³/kg
Adım 2: Çıkış havası özelliklerini bulun
- Entalpi = 39.5 kJ/kg
- Nem oranı oranı = 0.0098 kg/kg
- Özgül hacim = 0.827 m³/kg
Adım 3: Kütle akış hızını belirleyin
Adım 4: Toplam chiller kapasitesini bulun
Adım 5: Duyulur soğutmayı tespit edin
Adım 6: Gizli soğutmayı değerlendirin
Adım 7: Doğrulayın
Cevap:
- Toplam klima: 71.0 kW
- Duyulur soğutma sistemi: 42.6 kW (%60)
- Gizli iklimlendirme: 26.2 kW (%40)
Örnek 3: Hava Karıştırma
Verilen:
- Akış 1: 30°C DB, %50 RH, 1.5 kg/s
- Akış 2: 15°C DB, %90 RH, 1.0 kg/s
- Atmosferik basınç: 101.325 kPa
Bul: Karışık temiz hava özellikleri
Çözüm:
Adım 1: Akış 1 özelliklerini bulun
- = 63.8 kJ/kg
- = 0.0133 kg/kg
Adım 2: Akış 2 özelliklerini bulun
- = 38.9 kJ/kg
- = 0.0096 kg/kg
Adım 3: Toplam kütle akışını ölçün
Adım 4: Karışık hava elektrikı entalpisini belirleyin
Adım 5: Karışık atmosfer bağıl nem oranını bulun
Adım 6: Karışık ortam havası sıcaklığını tespit edin
Cevap:
- Karışık havalandırma havası sıcaklığı: 24°C
- Karışık temiz hava nem seviyesi oranı: 0.0119 kg/kg
- Karışık hava güç akışıı entalpisi: 54.4 kJ/kg
Tasarım Uygulamaları
1. Soğutma Yükü Hesaplaması
Psikrometrik analiz, soğutucu yüklerini hesaplamak için gereklidir:
Duyulur Yük:
Gizli Yük:
Burada:
- V = Atmosfer akış seviyeı (m³/s)
- = Dış ve dönüş havası sıcaklıkları (°C)
- = Dış ve dönüş havası nem değeri oranları (kg/kg)
2. Klima Sistemi Boyutlandırma
Toplam Chiller Kapasitesi:
Burada:
- = Dış ortam havası entalpisi (kJ/kg)
- = Besleme havası entalpisi (kJ/kg)
3. Havalandırma Gereksinimleri
Minimum Dış Havalandırma havası:
Tipik Değerler (kişi başına):
- Ofis: 10 L/s
- Sınıf: 8 L/s
- Konferans salonu: 8 L/s
4. Enerji Geri Kazanım Sistemleri
Duyulur Geri Kazanım Verimliliği:
Toplam Geri Kazanım Verimliliği:
Yaygın Hatalar
1. Gizli Yükü Göz Ardı Etme
Hata: Yalnızca duyulur klima yükünü hesaplama
Etki: Küçük boyutlu soğutma sistemi ekipmanı, yüksek su buharı
Çözüm: Her zaman hem duyulur hem de gizli yükleri değerlendirin
2. Yanlış Islak Termometre Sıcaklığı
Hata: Iklimlendirme yükü için dış kuru termometre yerine ıslak termometre kullanmama
Etki: Yanlış soğutucu kapasitesi hesaplaması
Çözüm: İklim verilerinden tasarım ıslak termometre sıcaklığını kullanın
3. Yanlış Hava Karıştırma
Hata: Kütle akış hızlarını dikkate almadan sıcaklıkları ortalama alma
Etki: Yanlış karışık hava cereyanı özellikleri
Çözüm: Tüm özellikler için kütle ağırlıklı ortalamalar kullanın
4. Çiy Noktasını Göz Ardı Etme
Hata: Yüzeylerde yoğuşma kontrolü yapmama
Etki: Rutubet hasarı, küf büyümesi
Çözüm: Her zaman yüzey sıcaklığını > çiy noktası olduğunu doğrulayın
5. Yanlış Entalpi Referansı
Hata: Hesaplamalarda farklı entalpi referansları kullanma
Etki: Yanlış enerji hesaplamaları
Çözüm: Tutarlı referans durumu kullanın (0°C, kuru atmosfer)
En İyi Uygulamalar
1. ASHRAE Formüllerini Kullanın
Doğru hesaplamalar için her zaman ASHRAE Temelleri formüllerini kullanın. Bunlar kapsamlı deneysel verilere dayanmaktadır.
2. Psikrometrik Grafikle Doğrulayın
Hesaplamaları doğrulamak ve süreçleri görselleştirmek için psikrometrik grafiği kullanın.
3. Rakımı Dikkate Alın
Atmosferik basınç rakımla birlikte azalır, tüm psikrometrik özellikleri etkiler. Yüksek rakımlı konumlar için hesaplamaları ayarlayın.
4. Süreç Verimliliğini Hesaba Katın
Gerçek süreçler ideal değildir. Şunları hesaba katın:
- Bobin baypas faktörü (0.05-0.15)
- Fan ısı kazancı (%2-5)
- Kanal ısı kazancı/kaybı
5. Tasarım Koşullarını Kullanın
Her zaman yerel iklim verilerinden tasarım koşullarını kullanın:
- Yaz tasarımı: %1 veya %2.5 kuru termometre ve ortalama eş zamanlı ıslak termometre
- Kış tasarımı: %99.6 veya %97.5 kuru termometre
6. Sonuçları Doğrulayın
Hesaplanan değerlerin makul aralıklar içinde olduğunu kontrol edin:
- Nem oranı oranı: 0.002-0.025 kg/kg (tipik)
- Entalpi: 5-100 kJ/kg (tipik)
- Bağıl bağıl nem: %30-70 (konfor bölgesi)
Sonuç
Psikrometrik hesaplamalar HVAC sistemi tasarımı için temeldir. Sıcaklık, nem ve enerji arasındaki ilişkileri anlayarak, mühendisler verimli soğutma ve ısıtma sistemleri tasarlayabilir, enerji tüketimini optimize edebilir ve kullanıcı konforunu sağlayabilir.
Temel çıkarımlar: Psikrometrik özellikleri doğru hesaplayın, ASHRAE formüllerini kullanın, psikrometrik grafiği kullanın, hem duyulur hem de gizli yükleri hesaba katın, iklim verilerinden tasarım koşullarını belirleyin ve sonuçları doğrulayın.
Temel Çıkarımlar
- Psikrometrik özellikleri doğru hesaplayın—kuru termometre sıcaklığı, ıslak termometre sıcaklığı, bağıl nem, nem oranı, entalpi ve çiğ noktası sıcaklığı, HVAC tasarımı için kritik
- ASHRAE formüllerini kullanın—doğru hesaplamalar için standart formüller, psikrometrik özellikler arasındaki ilişkileri tanımlar
- Psikrometrik grafiği kullanın—süreçleri görselleştirmeye yardımcı olur, hava işleme süreçlerini anlamak için güçlü araç
- Hem duyulur hem de gizli yükleri hesaba katın—duyulur yük sıcaklık değişimi, gizli yük nem değişimi, toplam soğutma yükü için her ikisi de gerekli
- İklim verilerinden tasarım koşullarını belirleyin—yaz tasarımı %1 veya %2.5 kuru termometre, kış tasarımı %99.6 veya %97.5 kuru termometre, ASHRAE iklim verilerini kullanın
- Sonuçları doğrulayın—hesaplanan değerlerin makul aralıklar içinde olduğunu kontrol edin, nem oranı 0.002-0.025 kg/kg, entalpi 5-100 kJ/kg, bağıl nem %30-70
İleri Öğrenme
- Soğutma Yükü Rehberi - Soğutma sistemi yük hesaplamaları
- ASHRAE Fundamentals El Kitabı - HVAC&R ilkeleri ve uygulamaları için kapsamlı referans
- ASHRAE Standart Portalı - ASHRAE soğutma ve iklimlendirme standartlarına erişim
Referanslar ve Standartlar
Birincil Standartlar
ASHRAE Temelleri El Kitabı 2021 Bölüm 1: Psikrometri. Psikrometrik hesaplamalar, hava özellikleri ve HVAC sistem tasarımı için kapsamlı rehberlik sağlar.
ASHRAE El Kitabı - HVAC Sistemleri ve Ekipmanları 2020 Bölüm 4: Hava İşleme ve Dağıtımı. Hava işleme süreçleri ve sistem tasarımı için detaylı bilgi sağlar.
Destekleyici Standartlar ve Kılavuzlar
ASHRAE El Kitabı - HVAC Uygulamaları 2019 Bölüm 8: Hava Kirleticileri. İç hava kalitesi ve hava işleme gereksinimleri için rehberlik sağlar.
İleri Okuma
- McQuiston, Parker, Spitler - Isıtma, Havalandırma ve Klima Analizi ve Tasarımı
- Stoecker, Jones - Klima ve Klima
- ASHRAE Teknik Kaynakları - ASHRAE HVAC standartları ve kılavuzları
Not: Standartlar ve kodlar düzenli olarak güncellenir. Her zaman projenizin konumuna uygun mevcut kabul edilmiş sürümü kullandığınızı doğrulayın. Özel gereksinimler için yargı yetkisine sahip yerel makamlara danışın.
Sorumluluk Reddi: Bu rehber, uluslararası HVAC standartlarına dayalı genel teknik bilgiler sağlar. Hesaplamaları her zaman geçerli yerel kodlarla doğrulayın ve gerçek kurulumlar için lisanslı profesyonellere danışın. HVAC sistemi tasarımı yalnızca kalifiye profesyoneller tarafından yapılmalıdır. Bileşen derecelendirmeleri ve özellikleri üreticiye göre değişebilir.