Klima Nedir? BTU Nasıl Hesaplanır?

Bu yazımızda yaz kış sıklıkla kullandığımız cihazlardan biri olan klimaları ve klima seçimi için kullanılan BTU ve hesap yöntemini derledik.

Klima Nedir?  Nasıl Çalışır?

Klima, içerisinde bulunan soğutucu akışkan vasıtasıyla bulunduğu ortamın ısısını ve nemini alarak istenilen konfor şartına sağlayan, iç ve dış üniteden oluşan bir ısıtma ve soğutma sistemidir. Klima‘nın çalışması, belirli bir basınç altında bulunan sıvı haldeki akışkanı ortamdan ısı çekerek buharlaştırıp ve başka bir ortama ısı atmasını sağlayarak buhar fazından tekrardan sıvı fazına geçirilmesidir.

Klima‘nın Çalışma prensibi termodinamiğin ikinci kanunu ile tanımlanmaktadır. Termodinamiğin ikinci kanunu ise ”Isı, sıcaktan soğuğa doğru akar, tam tersi durumda ise dışardan iş yapılması gerekir.”

Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Çevrimi Çalışma Prensibi

Klima sistemi içerisinde kullanılan buhar fazındaki soğutucu akışkan evaporatörden bir kompresör vasıtasıyla emilir, sonra yine kompresör tarafından sıkıştırılarak kondensere gönderilir. Sıkıştırma sırasında açığa çıkan ısı kondenser üzerinde bulunan bir fan vasıtası ile atmosferik çevreye (dış ortama) atılır ve soğutucu akışkan yoğunlaştırılır. Bu sıvı daha sonra genleşme valfine gelir, basıncı düşürülür ve evaporatöre girer. Burada bulunduğu ortamdan ısı çekerek doymuş buhar haline gelir. Bu esnada soğutucu akışkan bulunduğu ortamdan ısı çektiği için ortam sıcaklığını da düşürmüş olur ve tekrardan kompresör tarafından emilerek soğutma çevrimi tamamlanmış olur.

Bir Klima, temel olarak kompresör (4), kondenser (yoğuşturucu) (1), drayer (nem tutucu süzgeç), genleşme valfi (expansion valf) (2 ) ve evaporatörden (buharlaştırıcı) (3 ) oluşmaktadır. Kompresör soğutucudan düşük sıcaklık ve basınçta aldığı doymuş buhar fazındaki soğutucu akışkanı yüksek sıcaklık ve basınca sıkıştırarak kızgın buhar fazında dört yollu vana üzerinden kondensere basar. Kondenserde soğutucu akışkan yoğunlaşır. Sıvı hâldeki akışkan, kılcal borulardan geçerek basıncı düşürülür ve sıvı-buhar karışımı evaporatöre ulaşır. Sıvı-buhar hâlindeki soğutucu akışkanın hacmi, evaporatörde genişleyerek basınç düşer. Buharlaşarak evaporatörün bulunduğu ortamdaki ısıyı alır.

Evaporatör üzerindeki Fan motoru oda içinden (ya da aynı anda dışarıdan) aldığı havayı evaporatör petekleri üzerinden geçirip, yönlendirerek mâhal içerisine üfler. Hava evaporatör yüzeyinden geçerken ısısını ve nemin bir kısmını bırakır. Hava evaporatörden geçerken ısısı ile birlikte içerisindeki su buharı yoğunlaştığından fazla nem de alınmış olmaktadır. Soğutucu petek önüne konan filtreler hava içindeki toz ve buna benzer maddeleri süzerek temizlemiş olur. Fan sayesinde de oda içinde bulunan hava hareketlenmiş olur.

Buhar Sıkıştırmalı Isı Pompası Çalışma Prensibi

Klima‘nın ısıtma özelliği ise karşılığı ısı pompası anlamına gelen heat pump özellikli klima lardır. Elektrik enerjisini ısı enerjisine çevirmek yerine dış ortamdaki ısıyı içeriye taşıyarak mâhali ısıtır ve istenilen konfor sıcaklığına getirir.

Heat pump özelliğine sahip olan bir klima yukarıda anlatmış olduğumuz basit soğutma çevrimindeki gibi mâhali soğutmayı gerçekleştirdikleri gibi ısıtmayı da R22 gazını yoğuşturup ve buharlaştırarak gerçekleştirir. Isıtmanın yapılabilmesi için dış üniteden geçen çevrim içerisindeki akışkan dışarıdaki ısıyı emerek buharlaşır ve iç üniteye gönderilin bu akışkan bulunduğu ortama ısısını atarak yoğuşur. Emdiği ısıyı ısıtılması istenilen ortama bırakarak ısıtmayı gerçekleştirir ve sıvı hale gelir.

Bir klima‘nın ısıtma ve soğutma performansı dış ve iç hava sıcaklığının farkına bağlıdır. Ayrıca, Dış ortam hava sıcaklığı arttıkça klima‘nın soğutma performansı tam tersi yönde düşmektedir. Dış hava sıcaklığı düştüğünde ise bu seferde ısıtma performansları düşmektedir. Isı pompası özelliğine sahip bir klima dış hava sıcaklığının 7 °C civarında olduğu şehirlerde veya bölgelerde olabildiğince ekonomik ısıtıcılardır. Bu durumda kışın ılık geçtiği dönemlerde, ilkbahar ve sonbaharda diğer ısıtıcıların yerine kullanılabilirler.

Klima Yapısını Oluşturan Ana Elemanlar

1. Kompresör

Kompresörler soğutma çevriminin kalbi olarak tanımlanabilir. Soğutucu akışkanın çevrim boyunca dolaştırılarak soğuk kaynaktan, sıcak kaynağa aktarılmasını sağlayan makinedir. Bu işlem sırasında alçak basınçta buharlaştırıcıdan almış olduğu soğutucu akışkanı, yüksek basınca sıkıştırarak yoğuşturucuya gönderir.

Buharlaştırıcıdan çıkan buhar fazındaki soğutucu akışkanı yoğuşma basıncına kadar sıkıştırmak için kullanılan farklı tipteki kompresörler aşağıda sıralanmıştır. Ancak, klima larda genellikle hermetik rotary tip kompresörler kullanılmaktadır.

1. Pistonlu Kompresörler
2. Rotatif (Dönel, Rotorlu, Rotary) Kompresörler
3. Helisel (Vidalı) Kompresörler
4. Santrifüj (Turbo) Kompresörler
5. Scroll Kompresörler

2. Genleşme Valfi

Genleşme valfleri, soğutucu akışkanın basıncını arzu edilen buharlaştırıcı basıncına düşürülmesini sağlayan elemanlardır. Genleşme valf kuyruğu evaporatörün çıkış hattı üzerine bağlanır ve evaporatörle aynı sıcaklıkta olması sağlanmaktadır. Evaporatörden çıkan soğutucu akışkan miktarı ayarlanarak mümkün olan en fazla soğutma verimi sağlanır. Endüstriyel ve ticari iklimlendirme ve soğutma sektöründe kullanılan 5 tip kısılma vanası mevcuttur. Bunlar;

1. El ayar vanası
2. Otomatik Kısılma vanası (OGV veya OXV)
3. Termostatik Kısılma Vanası (TGV veya TXV)
4. Elektrikli Kısıkma Vanası
5. Kılcal Boru

3. Evaporatör (Buharlaştırıcı)

Bir klima sisteminde soğutma serpantini olarakta adlandırılan evaporatörler, içerisindeki soğutucu akışkanın buharlaşarak bulunduğu ortamdan ısı çekilmesi esasına dayanarak çalışan cihazlardır. Buharlaştırıcı bir maddeyi soğutucu akışkanın buharlaşma gizli ısısını kullanarak soğutur. Soğutma miktarı; buharlaştırıcı yüzey alanına, toplam ısı transfer katsayısına ve soğutucu akışkan ile soğutulan madde arasındaki sıcaklık farkına bağlıdır.

4. Kondenser ( Yoğuşturucu)

Klima‘nın temel elemanlarından biri olan yoğuşturucular, yüksek basınç ve sıcaklıktaki kızgın buhar haldeki soğutucu akışkanın ısısını dış ortama vererek sıvı hale geçmesini sağlayan cihazlardır. Yani buharlaştırıcıda aldığı ısı ile buharlaşan ve kompresörde sıkıştırma işlemi sonucu sıcaklığı ve kızgınlığı artan soğutucu akışkan burada sıvı hale gelir. Bu ısı alışverişi kondenser üzerinde üç ana bölgede meydana gelmektedir:

1. Kızgınlığın alınması (yoğuşturucu alanının yaklaşık ilk %5’lik kısmında gerçekleşir.)
2. Yoğuşma (yoğuşturucu alanının yaklaşık %85’lik kısmında gerçekleşir.)
3. Aşırı soğutma (yoğuşturucu alanının %0-10’u kullanılmaktadır.)

BTU Nedir? Nasıl Hesaplanır?

BTU

İngilizce “British Thermal Unit” (İngiliz ISI BİRİMİ) sözcüklerinin kısaltılmasıdır. 1 litre suyun sıcaklığını 1 °F değiştirmek için gereken ısı miktarıdır. Btu/h (saat) ülkemizde yaygın olarak klimalarda ısıtma-soğutma kapasiteleri tanımlamak için kullanılan İngiliz birim sistemidir. Metrik birim sistemine göre de kcal/h kullanılabilir. Kcal/h,  1 kg suyun sıcaklığını 1 °C değiştirmek için gereken ısı miktarıdır.

BTU Hesabı

Klima seçiminde en uygun tip ve modeli seçebilmek için, öncelikle soğutma ihtiyacının doğru olarak saptanması gerekmektedir. Klima seçiminin doğru bir bulunması için aşağıda verilen bölgesel katsayılar, üç önemli etken göz önüne alınmalıdır.

Bölgesel Kat Sayılar
Soğutma ihtiyacı (Btu/h) = Bölge Kat sayısı x Soğutulacak alan (m2)
Bölge Kat Sayıları
Akdeniz 445
Doğu Anadolu 308
Ege 423
Güney Doğu Anadolu 462
İç Anadolu 346
Karadeniz 385
Marmara 385

1 odanın alanının BTU etkisi:

BTU alan = Genişlik (m)*Uzunluk (m) *337
BTU Güney= Güneye bakan pencere alanı*Pencere sayısı*870
BTU Kuzey= Kuzeye bakan pencere alanı*Pencere sayısı*165

Pencerelerin BTU etkisi: (Pencere yoksa ciddiye almayınız, panjur vs. yoksa sonucu 1,5 ile çarpınız.) BTUpencere=Btugüney+Btukuzey

Odayı paylaşan kişi sayısı
BTUinsan=Kişi Sayısı*400

Aletler ve aydınlatma araçlarının ürettiği ısı miktarı (Watt Toplamı):
BTUalet= Aletlerin Enerjisi*3,5
BTUaydınlatma =Aydınlık Enerjisi*4,25

Bu değerlerin toplamı, genel soğutma ihtiyacını BTU olarak verecektir. Yani
BTUoda=BTUalan+BTUpencere+BTUinsan+BTUalet+BTUaydınlatma

Veya genel olarak aşağıdaki hesaplama yapılabilir.
QT =QH + Qİ + QE + QK +QD
Toplam ısı yükü = Hacmin soğutma yükü + insanların ısı yükü + elektriksel yük + kapıdan kaçan ısı + ızgara fırın vb. aygıtların yaklaşık değeri BTU olarak bulunur.

QH = m2* h * 40 *4
Qİ = insan sayısı * 400-500-600 BTU
QE = 3,5 * adet * W = BTU
QK =Kapının açıklık mesafesi * 1000 BTU
QD = 3000-4000-5000 BTU

BTU hesabıda yukarıda vermiş olduğumuz formüller ve bilgiler ışığında hesaplanarak bir mâhal için gerekli olan soğutma ihtiyacı ve bu ihtiyacı karşılayacak olan en uygun klima belirlenebilir.

Kaynaklar: 

MEGEP Klimalar ve Klima Seçimi Modülü

Soğutma Tekniği ve Isı Pompası Uygulamaları Kitabı