Isı geri kazanım nasıl çalışır? Eşanjör ve verim hesabı

Eşanjör iki havayı karıştırmadan ısıyı nasıl aktarır?

Eşanjör, aralarında dar kanallar bulunan çok sayıda ince plakadan oluşan bir bloktur. Kanallar sırayla bir dış havaya, bir iç havaya ayrılır. Sıcak hava bir kanaldan, soğuk hava hemen yanındaki kanaldan geçer ve ısı aradaki ince plakanın üzerinden sıcak taraftan soğuk tarafa iletilir. Hava akışları birbirine değmez; aktarılan şey yalnızca ısıdır, ERV tipi eşanjörlerde ise ısıyla birlikte nemdir.

Aktarılan ısı miktarını üç şey belirler: plakaların toplam yüzey alanı, iki hava arasındaki sıcaklık farkı ve havanın eşanjörde ne kadar süre kaldığı. Bu yüzden düşük fan kademelerinde, hava eşanjörden daha yavaş geçtiği için verim genellikle bir miktar yükselir.

Karşıt akış neden verimlidir?

Karşıt akışlı eşanjörde iki hava aynı hat boyunca birbirine ters yönde ilerler. Dış hava eşanjöre girdiği anda, eşanjörden çıkmak üzere olan ve ısısının bir kısmını vermiş iç havayla karşılaşır. İlerledikçe ısınır ve her noktada kendisinden biraz daha sıcak bir iç havayla komşu olur. Bu sayede sıcaklık farkı eşanjörün baştan sona her noktasında korunur ve ısı aktarımı kesintisiz sürer. Teorik olarak giren hava, dışarı atılan havanın giriş sıcaklığına çok yaklaşabilir.

Diğer eşanjör tipleri

Çapraz akışlı eşanjörde iki hava birbirini dik açıyla keser. Yapısı daha basittir, ama sıcaklık farkı eşanjör boyunca hızla azaldığı için aynı boyutta genellikle daha düşük verim verir. Döner tip eşanjörler ise dönen bir tekerle çalışır ve çoğunlukla büyük merkezi klima santrallerinde kullanılır. Bu yazıda prensibi en anlaşılır olduğu için karşıt akış üzerinden anlattık; AIRO-A1 kataloğu eşanjörün geometrisini değil, sonuçtaki sıcaklık verimliliğini (%82) verir.

Sıcaklık verimliliği nasıl hesaplanır?

Sıcaklık verimliliği, giren taze havanın ulaşabileceği en yüksek ısınmanın ne kadarını gerçekten yakaladığını gösteren bir orandır. Hava-hava ısı geri kazanım cihazlarının test yöntemini tanımlayan EN 308 standardındaki tanım şöyledir:

Verim = (Odaya verilen taze havanın sıcaklığı − Dış hava sıcaklığı) ÷ (İç hava sıcaklığı − Dış hava sıcaklığı)

Denklemi taze havanın sıcaklığını bulacak şekilde düzenlersek: Taze hava sıcaklığı = Dış sıcaklık + Verim × (İç sıcaklık − Dış sıcaklık).

Örnek: Kışın dışarısı 0 °C, içerisi 22 °C olsun. Aradaki fark 22 °C'dir. %82 verimle taze hava bu farkın 0,82 katı kadar ısınır: 0,82 × 22 = 18,04. Yani odaya giren hava yaklaşık 18 °C olur. Isıtma sisteminizin taze hava için kapatması gereken fark 22 °C değil, yaklaşık 4 °C'dir.

Bu hesap neden "teorik"?

Tablodaki değerler idealize edilmiş bir hesaptır. Giren ve çıkan hava debilerinin eşit olduğu, eşanjörün temiz olduğu, yoğuşma ya da buzlanma yaşanmadığı ve fan ile gövdeden kaynaklanan küçük ısı kazanç ve kayıplarının ihmal edildiği varsayılır. Katalogdaki %82 değerinin hangi debi ve sıcaklık koşulunda ölçüldüğü de belirtilmez. Gerçek kullanımda sonuç fan kademesine, filtre doluluğuna ve dış sıcaklığa göre birkaç derece farklı çıkabilir. Hesap, verimin ne anlama geldiğini kavramak için doğru bir başlangıç noktasıdır, garanti edilen bir oda sıcaklığı değildir.

Bu verim enerji tüketimine nasıl yansır?

Havayı ısıtmak için gereken güç, hava debisi, havanın ısı kapasitesi ve sıcaklık farkıyla doğru orantılıdır. Oda koşullarında bir metreküp havanın sıcaklığını 1 °C artırmak için yaklaşık 1,2 kJ enerji gerekir. Saatte 150 m³ hava saniyede yaklaşık 0,042 m³ eder.

• Geri kazanım olmadan: 0 °C'deki havayı 22 °C'ye ısıtmak için 1,2 × 0,042 × 22 ≈ 1,1 kW sürekli ısıl güç gerekir.
• %82 geri kazanımla: Bunun yaklaşık 0,9 kW'ı dışarı atılan havadan geri alınır, ısıtma sistemine yaklaşık 0,2 kW kalır.

Karşılaştırma için AIRO-A1'in katalogdaki giriş gücü 35 W'tır, yani 0,035 kW. Bu hesap da teoriktir ve tam debide, sabit sıcaklıkta sürekli çalışma varsayar; yine de fan için harcanan elektriğin geri kazanılan ısı yanında ne kadar küçük kaldığını iyi gösterir.

Yaz örneğinde tablo daha mütevazıdır. Dışarısı 35 °C, içerisi 25 °C iken taze hava yaklaşık 8,2 °C serinler; bu da aynı debide yaklaşık 0,4 kW duyulur soğutma yükünün klimadan alınması demektir. Yazın iç ve dış arasındaki fark kışa göre küçük olduğu için kazanç da küçülür. ERV'lerde buna nem tarafındaki kazanç eklenir.

Nem geri kazanımı nasıl gerçekleşir?

ERV tipi cihazlarda eşanjör yüzeyi su buharını geçirebilen bir malzemeden yapılır. Su buharı, buhar basıncının yüksek olduğu taraftan düşük olduğu tarafa doğru plakadan geçer; havanın kendisi ise geçmez. Kışın iç hava dış havadan daha nemli olduğu için nemin bir kısmı içeride tutulur. Yazın nemli dış havanın neminin bir kısmı ise dışarı atılan daha kuru iç havaya aktarılır.

Bunun pratik karşılığı, kışın iç havanın aşırı kurumaması ve yazın klimanın uğraştığı nem yükünün azalmasıdır. Ayrıca nem eşanjör yüzeyinden geçtiği için, yalnızca ısı aktaran eşanjörlere göre yoğuşma eğilimi daha düşük kalır. AIRO-A1 kataloğu "ısı ve nem geri kazanımı" özelliğini belirtir, ancak nem için ayrı bir verim yüzdesi vermez.

Filtreler nerede durur, neden önemlidir?

Filtreler hava eşanjöre girmeden önce yer alır. Dış hava tarafındaki filtre, odaya verilecek taze havayı süzer ve aynı zamanda eşanjör kanallarını tozdan korur. İç hava tarafındaki filtre ise dışarı atılacak havadaki toz ve lifleri eşanjöre ulaşmadan tutar. Plaka yüzeyinde biriken toz hem ısı aktarımını hem de hava geçişini zayıflatır, bu yüzden iki filtre de verimin korunması için gereklidir.

AIRO-A1 kataloğu "iç ve dış hava filtrasyonu" ve %99 HEPA filtrasyon verimliliği değerlerini verir; cihazda PM2.5 arındırma, derin arındırma ve ultra arındırma olmak üzere üç filtreleme modu bulunur. Filtre sınıflarının ne anlattığını PM2.5 ve HEPA filtrasyon yazısında açıkladık.

Hafif pozitif basınç ne işe yarar?

İçeri verilen hava, dışarı atılan havadan biraz fazla tutulduğunda oda dış ortama göre hafif pozitif basınçta kalır. Bu durumda hava kapı altlarından, pencere fitillerinden ve tesisat boşluklarından içeri değil dışarı doğru sızar. Filtrelenmemiş havanın, merdiven boşluğundaki kokunun ya da sokak tozunun bu aralıklardan içeri girme eğilimi azalır.

Isı geri kazanımı açısından en verimli durum, iki akışın birbirine eşit olmasıdır. Bu yüzden basınç farkı "hafif" düzeyde tutulur; amaç odayı şişirmek değil, kontrolsüz sızıntının yönünü değiştirmektir. Katalog AIRO-A1 için "iç mekânda hafif pozitif basınç" özelliğini belirtir. Cihazın diğer teknolojik bileşenlerine teknoloji sayfasından bakabilir, tüm teknik değerleri AIRO-A1 ürün sayfasında bir arada görebilirsiniz.