Chiller seçimi: kapasite hesabı, su sıcaklığı ve dikkat edilecekler

Chiller seçimi tek bir soruyla başlar: grup saatte ne kadar ısıyı, hangi su sıcaklığında uzaklaştıracak? Kapasite, suyun debisi ile gidiş-dönüş sıcaklık farkından Q = m · c · ΔT formülüyle hesaplanır. Ardından çıkış suyu sıcaklığı ve kabul edilen sapma, glikol ihtiyacı, yedeklilik, kısmi yükteki çalışma, kurulum yeri ve ses sınırı belirlenir. Bu bilgiler netleşmeden yapılan seçim ya gereğinden büyük ve pahalı bir grupla ya da temmuzda yetmeyen bir grupla sonuçlanır.

Bu yazı seçim ve boyutlandırma üzerine. Cihazın parçalarını ve çevrimini merak ediyorsanız kardeş şirketimizin chiller'ın nasıl çalıştığını anlatan yazısına bakabilirsiniz.

Kapasite hesabı: Q = m · c · ΔT

Bir chiller'ın işi sudan ısı çekmektir. Çekilen ısı üç büyüklüğün çarpımıdır:

• Q: soğutma kapasitesi (kW)
• m: suyun kütlesel debisi (kg/s)
• c: suyun özgül ısısı, yaklaşık 4,18 kJ/kg·K
• ΔT: grubun girişi ile çıkışı arasındaki su sıcaklığı farkı (K)

Sahada debi çoğunlukla metreküp/saat olarak bilinir. Bir metreküp su yaklaşık 1.000 kg geldiği için formül pratikte şuna dönüşür: Q (kW) ≈ debi (m³/h) × ΔT (K) × 1,163.

Örnek: bir üretim hattında makinelere giden su 12 °C, makinelerden dönen su 17 °C olsun (ΔT = 5 K) ve hat saatte 6 m³ su dolaştırsın. Q = 6 × 5 × 1,163 ≈ 34,9 kW eder. Pompanın suya kattığı ısı, borulardaki ısı kazancı ve yakında eklenecek bir makine için genellikle %10–20 pay bırakılır; bu hat için yaklaşık 40 kW'lık bir grup aranır. Bu ölçek, tek bir hattı ya da birkaç makineyi besleyen mini chiller sınıfına (5–60 kW) girer.

Debi ve sıcaklık farkı bilinmiyorsa

• Makine üreticisinin kataloğunda verilen soğutma ihtiyacı (kW ya da kcal/h) en hızlı kaynaktır.
• Çalışan bir tesisatta bir debimetre ve iki sıcaklık ölçümüyle gerçek yük birkaç günde çıkarılır; ölçümün en yoğun vardiyada yapılması gerekir.
• Yük ürün tarafından da bulunabilir: saatte soğutulan ürün miktarı, ürünün özgül ısısı ve sıcaklık düşüşü aynı formüle girer.
• Binalarda güneşten, insanlardan, aydınlatmadan ve cihazlardan gelen ısı kazancı hesaplanır; metrekare başına verilen kaba değerler yalnızca ilk fikri verir.

Eski şartnamelerde kapasite kcal/h ya da ton olarak yazılmış olabilir: 1 kW yaklaşık 860 kcal/h, 1 ton soğutma (TR) ise 3,517 kW'tır.

Çıkış suyu sıcaklığı ve hassasiyet

Bir kapasite değeri, hangi su sıcaklığında verildiği yazılmadan eksiktir. Aynı grup 7 °C su üretirken, 12 °C su ürettiği duruma göre daha az kapasite verir ve birim soğutma başına daha çok elektrik harcar. Suyu gereğinden soğuk istemek bu yüzden gizli bir kapasite kaybıdır. Konfor tesisatlarında 7 °C çıkış ve 12 °C dönüş yaygın bir tasarım çiftidir; üretimde sıcaklığı makine ve ürün belirler.

Sıcaklığın ne kadar sabit kalacağı ayrı bir sorudur. Lazer, ölçüm cihazı, kalıp ya da fermantasyon tankı gibi uygulamalarda birkaç derecelik dalgalanma doğrudan ürüne yansır. ±0,5 °C bandı isteyen işlerde inverter kompresörlü bir mini chiller ya da proses versiyonundaki endüstriyel chiller seçilir. Devredeki su hacmi de kararlılığa katkı verir: tank büyüdükçe ani yük değişimleri yumuşar, kompresör daha seyrek durup kalkar.

Bina mı, makine mi?

Bir binanın soğutma yükü güneşe, mevsime ve doluluğa göre değişir; grup yılın büyük kısmında tam yükün altında çalışır. Otel, hastane, AVM ve plaza projelerinde bu yüzden kısmi yük verimi ve kademeli kapasite öne çıkar. Ticari chiller grupları (50–500 kW) birden fazla scroll kompresörle kademeli çalışır; iki bağımsız devre sayesinde bir devre durduğunda bina tümüyle soğutmasız kalmaz.

Üretimde tablo tersine döner. Yük çoğu zaman sabittir, grup yılın her günü ve çoğu tesiste günün her saati çalışır, çıkış suyu dar bir bantta tutulur. Burada tam yük verimi, sürekli çalışmaya dayanıklılık ve hassasiyet belirleyicidir. Endüstriyel chiller 300–2.000 kW aralığında bu işe göre kurulur; tek bir makine içinse mini chiller yeterlidir. Uygulamaya özgü ayrıntıları enjeksiyon makinesi soğutma ve beton soğutma yazılarımızda ele aldık.

Glikol gerekiyor mu?

Çıkış suyu +5 °C'nin altına inecekse ya da borular kışın donabilecek bir güzergâhtan geçiyorsa devreye glikol katılır. Gıda tesislerinde zehirli olmayan propilen glikol, diğer uygulamalarda çoğunlukla etilen glikol kullanılır. Oran, devrenin göreceği en düşük sıcaklığa göre belirlenir.

Glikolün bir bedeli vardır: karışımın özgül ısısı sudan düşük, akmaya direnci yüksektir. Aynı ısıyı taşımak için daha fazla debi ve daha güçlü bir pompa gerekir, grubun kapasitesi de bir miktar düşer. Glikol oranı bu yüzden teklif aşamasında bildirilmeli, kapasite bu karışıma göre hesaplanmalıdır. Mini chiller'ın glikollü versiyonu −5 °C'ye kadar su verir; endüstriyel chiller'da glikolle −10 °C standarttır, düşük sıcaklık versiyonuyla −30 °C'ye kadar inilir.

Yedeklilik ve kısmi yük

Üretimin bir saat durması grubun fiyatından pahalıya geliyorsa yedeklilik baştan projeye girer. Yaygın kurgu N+1'dir: yükü taşıyan gruplara bir tane fazlası eklenir. Örnek: 600 kW'lık bir yük tek bir 600 kW'lık grupla da, iki adet 300 kW'lık grupla da karşılanabilir. İkinci kurguya üçüncü bir 300 kW'lık grup eklendiğinde, gruplardan biri dursa bile tam kapasite korunur. Endüstriyel gruplar bu düzende master/slave olarak birlikte yönetilir.

Birden fazla grup kısmi yükte de işe yarar: yük düştüğünde biri devreden çıkar, kalanlar verimli bölgede çalışır. Kataloglarda tam yükteki EER'nin yanında mevsimsel verime de bakın; Avrupa'nın eko tasarım kurallarında bu değer konfor chiller'ları için SEER, proses chiller'ları için SEPR adıyla verilir. Sürekli çalışan ve kışı soğuk geçen tesislerde free-cooling bataryası, dış hava yeterince soğuduğunda kompresörü durdurup suyu doğrudan dış havayla soğutur.

Soğutmanın attığı ısı başka bir işte kullanılabiliyorsa bunu da seçimde belirtin. Ticari chiller'ın ısı geri kazanımı ya da ısı pompası versiyonu 55 °C sıcak su üretir; iki yaklaşımı ısı pompası ve chiller farkı yazımızda karşılaştırdık.

Kondenser tipi, yer ve ses

Kondenserin havayla mı yoksa soğutma kulesinden gelen suyla mı soğutulacağı, verimi ve tesisatı etkileyen bir karardır; iki tipin farkını kardeş şirketimiz hava soğutmalı gruplar ve su soğutmalı gruplar üzerine yazdığı rehberlerde anlatıyor. Mini ve ticari gruplarımız hava soğutmalıdır; endüstriyel sınıfta iki seçenek de vardır ve karar tesisteki su ve yer durumuna göre verilir.

Hava soğutmalı bir grupta kurulum yeri de seçimin bir parçasıdır:

• Bölgenin yaz tasarım sıcaklığı: katalog kapasiteleri çoğunlukla 35 °C dış havaya göre verilir; yazı 40 °C'yi aşan bir yerde grup o sıcaklığa göre seçilir.
• Hava akışı: grubun çevresinde boş alan kalmalıdır; duvar dibine ya da çukura sıkıştırılan grup kendi attığı sıcak havayı yeniden emer.
• Taşıyıcılık: çatıya konacak grubun ağırlığı ve titreşim yalıtımı statik projeyle birlikte değerlendirilir.
• Ses: komşu cepheye ya da yatak odası pencerelerine yakın yerlerde düşük ses versiyonu ya da akustik kabin gerekir.
• Kış çalışması: ticari gruplar kış kitiyle −12 °C dış havaya kadar çalışır; kışın da soğuk su isteyen işlerde bu sınır kontrol edilir.

Sahadan iki örnek

Viskon Lastik Fabrikası'nda lastik üretim prosesi için iki soğutma devreli, tanklı ve pompalı bir mini chiller kullanıldı. Grup atölyede toplanıp test edildi, sahada galvaniz bir şase üzerine kurularak çalıştırıldı. Böyle bir yapıda iki devre, biri durduğunda prosesin tümüyle soğutmasız kalmasını önler; tankın ve pompanın gövdede olması da sahadaki bağlantı işini kısaltır.

Bursa Jelatin Fabrikası'nda fabrikanın chiller projesini hazırladık ve sistemi teslim ettik. Jelatin gibi gıda sanayisi tesislerinde chiller seçimi genellikle üretim hattının sıcaklık isteğine ve kesintisiz çalışma ihtiyacına göre yapılır.

Teklif için hangi bilgiler gerekir?

1. Soğutma yükü (kW) ya da debi ile gidiş-dönüş sıcaklıkları
2. İstenen çıkış suyu sıcaklığı ve kabul edilen sapma
3. Glikol gerekip gerekmediği, devrenin göreceği en düşük sıcaklık
4. Çalışma düzeni (vardiya ya da 7/24) ve yedeklilik beklentisi
5. Kurulum yeri, bölgenin yaz sıcaklığı ve ses sınırı
6. Elektrik beslemesi; bina otomasyonu ya da SCADA bağlantısı
7. Isı geri kazanımı ya da free-cooling isteği

Bu listeyi teklif formumuzdan gönderdiğinizde yükünüze uygun grubu chiller gruplarımız arasından seçip teknik dokümanlarıyla birlikte öneririz.