Giriş

Isınma gereği, insanlığın varoluşundan bu yana en önemli ihtiyaçların başında gelmiş, günümüzde de sürekli geliştirilen önemli bir konfor konusu olmuştur. Isınma bir ısı kaynağından ısının istenen ortama iletilmesi ile oluşur. 

Isı transferi 3 şekilde gerçekleşir:

• İletim (kondüksiyon)

• Taşınım (konveksiyon)

• Işınım (radyasyon)

 

Isınmak için doğadaki bir maddenin yakılıp ısısından direkt yararlanılabileceği gibi, elde edilen ısının ortama sıvı veya gaz yardımıyla taşınması da sağlanabilir. Örneğin odun, kömür yakılarak elde edilen ısı, gaz (hava) veya sıvı yardımıyla taşınarak iç mekanlar ısıtılabilir. Bunun yanında güneşteki ısı enerjisi, ışık dalgaları ile dünyamıza ısı transferi sağlar. Burada saydığımız ısı transfer şekillerinin bir veya birkaçının kombinasyonu ile de ısınma sağlanabilir. Isı enerjisi düşük sıcaklıktan yüksek sıcaklığa doğru hareket eder, sıcaklık farkı büyüdükçe akış hızlanır. 

 

Sıcak Sulu Isıtma Sistemleri ve Bileşenleri

Isıtma sistemlerinde konfor açısından en çok tercih edilen sistemlerin başında sıcak sulu ısıtma sistemleri gelir. Sıcak sulu ısıtma sistemlerinde kazanda yakılan gaz, sıvı veya katı yakıttan elde edilen enerjiyle ısınan su, pompa yardımıyla radyatörler, fan-coiller, hava apareyleri, yerden ısıtma boruları gibi çeşitli ısı yayıcılar ile ortama iletilir. Bu şekilde ısı transferi gerçekleşir ve iç ortamın sıcaklığı artırılır. Radyatörlerde ısısını iç ortama veren ve bir miktar soğuyan su, boru tesisatı yardımıyla kazana geri döner ve tekrar ısınarak tesisata gidiş sıcaklığı seviyesine çıkartılır. 

 

Kazanda ısınan suyun tesisattaki dirençleri yenerek ısı yayıcılara iletilmesi pompa yardımıyla gerçekleşir. Daha önceleri suyun ısınıp genleşmesi prensibine göre tesisat içerisinde hareket etmesi ile pompasız doğal sirkülasyon sistemleri kullanılmış ancak 1928 yılında Almanya’da ilk sirkülasyon pompasının üretilmesi ile günümüzde tesisat borularının çapları küçülmüş, geniş alana sahip yapıların en uç noktalarına kadar ısıtılması sağlanmış ve düşük su sıcaklıklarında çalışabilen modern ısıtma sistemleri geliştirilmiştir. Şu bir gerçek ki, ısıtma sistemlerinin kalbi olan sirkülasyon pompası olmasaydı, ısıtma sistemleri teknolojisinden söz etmek mümkün olamazdı. Isıtma tesisatı bir çevrim olduğundan sıcak sulu ısıtma sistemlerde kullanılan pompalar “sirkülasyon” veya “devirdaim” pompası olarak adlandırılır. İç ortamdaki ısınma ihtiyacı devam ettiği sürece ısıtma sirkülasyonu devam eder. Sirkülasyon pompaları ısıtma periyodu boyunca hemen hemen hiç durmazlar.  

 

Isıtma sistemlerinin bir diğer önemli bileşeni genleşme tankıdır. Genleşme tankları veya depoları, kazandaki suyun ısınması ile suyun genleşmesi neticesinde oluşabilecek hacimsel artışın tesisata zarar vermemesi için fazla suyun depolandığı haznelerdir. Açık ve kapalı genleşme tankları olmak üzere iki çeşit genleşme tankı vardır. Günümüzde özellikle konutlarda, yeni tesisatlarda genellikle kapalı genleşme tankları kullanılmaktadır. Eski yapılarda veya katı yakıtlı sistemlerde açık genleşme depolarına rastlanabilir. Kapalı genleşme tanklarının içinde bir membran bulunur. Genleşen sıcak su membranın içine girerek sistemdeki basıncı tazmin eder. Membran ile metal tank arasında basınçlı gaz vardır. Genellikle gaz olarak azot gazı veya kuru hava kullanılır. Tank içerisindeki azot gazı veya hava genleşme esnasında yastık görevi görür ve elastikiyet sağlar. 

 

Sistem normal şartlar altında çalışmazken, yani tesisattaki su soğukken tank içerisine su girmez. Bu nedenle ön gaz basıncı dediğimiz tanktaki gerekli olan basıncın miktarı aşağıdaki şekilde hesaplanır:

 

Po= Ps+0,2~0,5 bar

Po: Genleşme tankı ön gaz basıncı

Ps: Isıtma tesisatındaki statik su basıncı

 

Tank içerisindeki membranın herhangi bir şekilde delinmesi, tankın işlevini ortadan kaldırır ve sistemde ciddi tehlikelere yol açabilir. Bu nedenle genleşme tanklarının bakımları çok önemlidir. Ön gaz basıncı, yılda en az iki defa tank içerisindeki su boşaltılarak kontrol edilmelidir. Tankın basınç sınıfı, en az sistemde kullanılan emniyet ventili ayarı kadar olmalıdır.

 

Termostatik vanalar, karıştırıcı vanalar, iç ve dış hava sıcaklık sensörleri, emniyet ventilleri, hava atma purjörleri, pislik tutucular gibi ekipmanlar ısıtma sistemlerinin emniyetli ve istenen konfor şartlarında çalışmmasını sağlayan kontrol üniteleridir.

 

Isıtma SistemlerindeSirkülasyon Pompaları

Isıtma sistemlerinde su, ısı taşıma aracı olarak kullanıldığından sürekli tesisat içerisinde dolaştırılır. Bu tür sistemler kapalı sistemler olarak adlandırılır, yani hidrofor sistemlerinde olduğu gibi atmosfere açık sistemler değildir. Dolayısıyla sistemde büyük basınç kayıpları olmayacağından, pompaların üreteceği fark basınç (ΔP) değerleri açık sistemlere göre çok düşüktür. Sistem için seçilecek pompanın basma yüksekliği, tesisattaki bağlantı parçaları, vana, düz boru sürtünme kayıpları gibi dirençleri yenecek şekilde hesaplanır. Yeni bir binanın ısıtma tesisatının direnç kayıpları, proje firmaları tarafından detaylı bir şekilde çıkartılır. Ancak eski bir bina için bu kayıpların çıkartılması çok zordur. 

 

Bu nedenle eski yapıların ısıtma sistemlerinde kullanılacak pompa debi ve basma yüksekliklerinin hesaplanmasında, tecrübeyle öngörülmüş bazı ampirik formüllerden yararlanılabilinir.

 

Standart merkezi ısıtma sistemleri için yaklaşık olarak pompa seçimi: 

 

Ampirik debi formülü (QPu)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sirkülasyon Pompalarının İç Yapıları ve Bileşenleri

Sirkülasyon pompaları motor yapılarına göre iki çeşittir. 

• Islak rotorlu pompalar

• Kuru rotorlu pompalar

 

Islak rotorlu pompalarda, basınçlandırılan akışkanın rotor gömleği içerisinden rotor etrafında dolaşmasına ve rotor milinin oturduğu karbon yatakları ıslatıp bir nevi yağlamasına izin verilir. Bu şekilde motorun sargı ve yatak grubundaki ısınma problemleri bertaraf edilir. Islak rotorlu pompa motorlarının üzerinde soğutma kanatçıkları ve soğutma fanı yoktur. Bundan dolayı sessiz çalışırlar. Ayrıca pompalarda sızdırmazlığı sağlayan, pompanın gövdesi içerisindeki en önemli parçalarından biri olan salmastra, ıslak rotora sahip pompalarda kullanılmaz ve düşük servis ve bakım maliyeti oluşur. Bir çok avantajının yanında, kuru rotorlu pompalara göre daha düşük verimde çalışmaları ve belirli bir kapasitenin üzerinde üretilememeleri yüzünden ıslak rotorlu pompalar genelde ısıtma ve soğutma sirkülasyonunda kullanılır. Çünkü sirkülasyon sistemleri kapalı çevrimler olduğundan, çok yüksek basınç değerlerine sahip pompalar kullanılmaz. Ancak yine de ıslak rotorlu pompaların kapasitelerinin yetmediği durumlarda kuru rotorlu sirkülasyon pompaları kullanılır.

 

Kuru rotorlu sirkülasyon pompaları standart bir fan soğutmalı elektrik motorunun tahrik ettiği, mekanik veya yumuşak bir salmastra ile sızdırmazlığı sağlanmış, motor ile pompa çarkı arasında direkt veya kaplinli bağlantı yapılmış, genelde yüksek debi ihtiyacının olduğu binalarda kullanılan sirkülasyon pompalarıdır. Sızdırmazlık elemanı olarak kullanılan salmastraların montajı ve bakımı çok önemlidir. Özellikle mekanik salmastralar yüksek maliyetli ekipmanlar olduğundan doğru monte edilmeleri çok önemlidir. Daha da önemlisi; pompaların emiş hattında akışkan olmadan kesinlikle kuru çalıştırılmamalarıdır. Buna yaygın olarak “susuz çalıştırma” denir. Susuz çalıştırılan pompalardaki salmastra ömürleri, salmastra yüzeyleri arasındaki sürtünmeden doğan ısınmadan dolayı çok azdır. Bazı pompalarda, susuz çalışma sonucunda salmastralar 1 dakika gibi çok kısa bir sürenin altında hasar görebilir.

 

Frekans Konvertörleri ile Sirkülasyon Pompalarında Enerji Tasarrufu

Isıtma sistemlerinde akışkanı devirdaim ettiren sirkülasyon pompaları, yılın en soğuk günlerindeki kapasite ihtiyacını karşılayacak şekilde seçilirler. Ancak yılın en soğuk günleri ısıtma periyodunun sadece %2‘si civarındadır. Diğer kalan %98’lik sürede daha küçük kapasitedeki bir sirkülasyon pompası ihtiyacı karşılayabileceği halde, pompa tam kapasite çalışarak gereğinden fazla elektrik enerjisi tüketecektir.

 

Çok katlı binalar, alışveriş merkezleri, hastane ve oteller gibi yapıların iç mekanlarında farklı ısınma ihtiyaçları doğar. Binaların kuzey ve güney cepheleri, güneş ışığının geliş yönüne göre doğu ve batı cepheleri, alt katlar ve üst katlar gibi etkenler nedeniyle iç mekanların ısınma ihtiyacı gün boyu değişkenlik gösterir. Örneğin güneş ışığının geldiği cephede ısınma ihtiyacı yokken diğer tarafta olabilir. Isınma ihtiyacı olmayan cephedeki radyatör vanaları kısılırken diğer cephedeki vanalar açık kalacaktır. Sabit devirli bir sirkülasyon pompası ihtiyaç değişikliklerinde yine tam kapasite çalışmak zorunda kalacaktır. Ancak değişken devirli pompalar kendi devirlerini azaltıp artırarak ihtiyaç duyulan noktada çalışacak ve buna göre elektrik enerjisi tüketecektir. Pompalar, üzerlerine veya kontrol panolarına entegre edilen frekans konvertörü ile devirlerini ihtiyaca göre değiştirebilmektedirler. Frekans konvertörü, 50 Hz olan şebeke elektriğinin frekansını azaltıp artırması ile pompanın devrinin ve çektiği akımın değişmesine neden olur. Bu şekilde enerji tasarrufu sağlanır.

 

Yukarıdaki şekilde yaklaşık olarak birbirine denk, biri sabit diğeri değişken devirli iki pompanın eğrilerini görülmektedir. Sabit devirli pompanın çalışma noktası, eğrisi üzerinde bir nokta olması gerekir. Değişken devirli pompalarda ise çalışma noktası taralı alan içerisinde herhangi bir noktada olabilir. Bu, daha önce bahsettiğimiz gereğinden daha büyük pompa seçimi gibi  hataların telafisini mümkün kılar. Son yıllarda artan enerji verimliliği çalışmaları, konferanslar, enerji kanunları ve yönetmelikler ile gündemdeki yerini her geçen gün daha da sağlamlaştıran enerji tasarrufu konusu, binaların vazgeçilmez ekipmanlarından santrifüj pompalar için de üreticilerinin en önemli önceliği olmuştur. 

 

Kaynaklar

[1] WILO Pompa Sistemleri A.Ş. Eğitim sunumları

[2] WILO SE, Pompa Teknolojisinin Temel Prensipleri, 2005

[3] WILO A.Ş., Genel Ürün Kataloğu, 2009