Duyulur Isı ve Gizli Isı Nedir? HVAC Sistemlerinde Farkları ve Hesaplama Yöntemleri

Bir iklimlendirme sisteminin görevi yalnızca ortam sıcaklığını düşürmek veya yükseltmek değildir. Klima sistemleri aynı zamanda havanın içerdiği nemi kontrol eder.

Bu nedenle özellikle soğutma sistemlerinde karşılaşılan toplam ısı yükü iki temel bileşenden oluşur:

Duyulur ısı ve gizli ısı.

Duyulur ısı havanın veya bir ortamın sıcaklığını değiştiren ısı yükünü ifade ederken, gizli ısı herhangi bir sıcaklık değişimi oluşturmadan faz değişimiyle ilişkili ısı transferini ifade eder.

HVAC mühendisliğinde bu ayrım son derece önemlidir.

Çünkü bir klima cihazının gerçek soğutma kapasitesi yalnızca mahal sıcaklığını düşürmek için gereken duyulur yükten oluşmaz. Ortamdaki insanların, dış havanın, infiltrasyonun ve diğer nem kaynaklarının oluşturduğu gizli yük de sistem tarafından karşılanmalıdır.

Bu nedenle doğru klima kapasitesi hesabında;

Toplam Soğutma Yükü = Duyulur Isı Yükü + Gizli Isı Yükü ilişkisi temel alınır.

Duyulur Isı Nedir?

Duyulur ısı, bir maddenin sıcaklığında değişiklik meydana getiren ısı enerjisidir.

Havanın sıcaklığı;

28 °C’den 24 °C’ye düşüyorsa burada duyulur bir soğutma işlemi gerçekleşmektedir.

Benzer şekilde bir ortam;

20 °C’den 24 °C’ye

ısıtılıyorsa duyulur ısı yükü karşılanmaktadır.

Duyulur ısı transferinde temel olarak ölçülebilen sonuç sıcaklık değişimidir.

Bu nedenle HVAC sistemlerinde duyulur ısı yükünün değerlendirilmesinde kuru termometre sıcaklığı temel parametrelerden biridir.

Duyulur Isı Yükünü Oluşturan Kaynaklar

Bir binadaki duyulur ısı yükleri farklı kaynaklardan meydana gelebilir.

Başlıca kaynaklar şunlardır:

• Dış ortamdan yapı elemanları yoluyla gelen ısı.

• Güneş ışınımından kaynaklanan ısı kazançları.

• İnsanların ortama yaydığı duyulur ısı.

• Aydınlatma sistemleri.

• Elektrikli cihazlar.

• Motorlar ve makineler.

• Fanlar ve pompalar.

• Sıcak proses ekipmanları.

• Dışarıdan alınan sıcak havanın duyulur yükü.

Bu yüklerin tamamı klima sisteminin ortam sıcaklığını istenen seviyede tutabilmesi için uzaklaştırılması veya uygun durumlarda karşılanması gereken enerji miktarına katkıda bulunur.

Gizli Isı Nedir?

Gizli ısı, bir maddenin faz değişimi sırasında aldığı veya verdiği ancak sıcaklığında doğrudan bir değişiklik oluşturmayan ısı enerjisidir.

HVAC sistemlerinde gizli ısı denildiğinde çoğunlukla suyun buharlaşması ve yoğuşması ile ilişkili enerji transferi kastedilir.

Örneğin ortam havasındaki su buharı bir klima serpantini üzerinde yoğuştuğunda, havadan gizli ısı uzaklaştırılır.

Bu işlem sırasında havanın nem içeriği azalır.

Dolayısıyla klima sistemi aynı anda; duyulur soğutma ve gizli soğutma gerçekleştirebilir.

HVAC Sistemlerinde Gizli Isı Nereden Gelir?

Bir mahalde gizli ısı yükünün birçok kaynağı olabilir.

En önemli kaynaklar şunlardır:

• İnsanlar.

• Dış hava.

• Kapıların açılması.

• Pencerelerden veya yapıdaki kaçaklardan gerçekleşen infiltrasyon.

• Buharlaşan su.

• Islak yüzeyler.

• Üretim prosesleri.

• Nemlendirme işlemleri.

Özellikle insan yoğunluğunun yüksek olduğu restoran, toplantı salonu, tiyatro, spor salonu ve konferans merkezlerinde gizli ısı yükü önemli seviyelere ulaşabilir.

İnsanlardan Gelen Duyulur ve Gizli Isı

İnsan vücudu çevresine hem duyulur hem de gizli ısı verir.

Duyulur ısı; vücuttan çevreye yayılan ve ortam sıcaklığını artıran ısı transferidir.

Gizli ısı ise;

• Solunum,

• Terleme gibi yollarla ortama aktarılan nemin oluşturduğu yükle ilişkilidir.

Bu nedenle klima kapasitesi hesaplanırken mahalde bulunacak kişi sayısı son derece önemlidir.

Örneğin 100 kişinin bulunduğu bir toplantı salonu ile aynı sıcaklığa sahip 10 kişilik bir ofisin klima yükleri aynı olmayacaktır.

Duyulur Isı ile Gizli Isı Arasındaki Temel Fark

Bu ayrım, klima seçiminde kritik öneme sahiptir.

Toplam Soğutma Yükü Nasıl Hesaplanır?

HVAC sistemlerinde toplam soğutma yükü temel olarak;

Toplam Soğutma Yükü = Duyulur Soğutma Yükü + Gizli Soğutma Yükü

şeklinde ifade edilir.

Örneğin bir mahal için;

Duyulur yük = 8 kW

Gizli yük = 2 kW olarak hesaplanmışsa;

Toplam yük = 8 + 2 = 10 kW olur.

Dolayısıyla yalnızca 8 kW’lık duyulur yük dikkate alınarak klima seçilmesi doğru olmaz.

Sistemin toplam yükü karşılayabilmesi için yaklaşık 10 kW toplam soğutma kapasitesi gereklidir.

Ancak gerçek ekipman seçiminde güvenlik payı, çalışma koşulları, cihazın kapasite değerlerinin hangi standart koşullarda verildiği ve kısmi yük performansı ayrıca değerlendirilmelidir.

Sensible Heat Ratio (SHR) Nedir?

HVAC mühendisliğinde duyulur ve toplam soğutma yükü arasındaki ilişkiyi ifade etmek için Sensible Heat Ratio (SHR) kullanılır.

SHR;

SHR = Duyulur Isı / Toplam Isı şeklinde hesaplanır.

Örneğin;

Duyulur yük = 8 kW

Toplam yük = 10 kW

ise;

SHR = 8 / 10 = 0,80 olur.

Bu değer, toplam soğutma yükünün %80’inin duyulur, %20’sinin ise gizli yük olduğunu gösterir.

SHR Neden Önemlidir?

SHR, klima cihazının hangi tip yükü ne oranda karşılaması gerektiğini anlamak açısından önemlidir.

Örneğin;

SHR = 0,90 olan bir mahalde duyulur yük baskındır.

Buna karşılık;

SHR = 0,60 olan bir mahalde gizli yükün payı oldukça yüksektir.

Bu iki mahal aynı toplam soğutma kapasitesine sahip olsa bile aynı tip klima performansına ihtiyaç duymayabilir.

Özellikle nem kontrolünün kritik olduğu;

• Oteller,

• Restoranlar,

• Spor salonları,

• Hastaneler,

• Yüzme havuzları,

• Üretim tesisleri,

• Temiz odalar gibi uygulamalarda SHR mutlaka dikkate alınmalıdır.

Klima Seçiminde Duyulur ve Gizli Kapasite

Bir klima cihazının katalog kapasitesine bakarken yalnızca toplam soğutma kapasitesinin incelenmesi yeterli değildir.

Cihazın;

Toplam soğutma kapasitesi ve duyulur soğutma kapasitesi ayrı ayrı değerlendirilmelidir.

Örneğin iki klima cihazının toplam kapasitesi aynı olabilir.

Ancak cihazlardan birinin duyulur kapasitesi daha yüksek, diğerinin gizli kapasitesi daha yüksek olabilir.

Bu nedenle cihaz seçiminde mahalin yük karakteristiği ile cihazın kapasite karakteristiğinin birbirine uygun olması gerekir.

Soğutma Serpantininde Duyulur ve Gizli Soğutma

Soğutma serpantinine giren hava, serpantin yüzeyinden ısı aktarımı sonucunda soğur.

Eğer serpantin yüzey sıcaklığı havanın çiy noktası sıcaklığının altına düşerse havadaki su buharı yoğuşmaya başlar.

Bu durumda serpantin aynı anda; duyulur ısıyı ve gizli ısıyı uzaklaştırır.

Yoğuşan su drenaj tavasında toplanır ve drenaj hattı üzerinden sistemden uzaklaştırılır.

Bu nedenle klima santrali ve fan-coil gibi cihazlarda drenaj sisteminin bulunmasının temel nedenlerinden biri gizli soğutma prosesidir.

Duyulur Isı ve Gizli Isının Psikrometrik Diyagramdaki Yeri

Duyulur ve gizli ısı kavramları psikrometrik diyagram üzerinde birlikte incelenebilir.

Örneğin yalnızca duyulur soğutma işleminde hava sıcaklığı düşerken nem oranı sabit kalır.

Hava çiy noktası sıcaklığına ulaştığında ise yoğuşma başlar.

Bu noktadan sonra; sıcaklık azalırken nem oranı da azalır.

Dolayısıyla gerçek bir klima serpantini prosesi yalnızca duyulur soğutmadan oluşmayabilir.

Psikrometrik diyagram, bu değişimleri görsel olarak analiz etmek için HVAC mühendislerinin kullandığı en önemli araçlardan biridir.

Duyulur Isı Nasıl Hesaplanır?

Hava tarafındaki duyulur soğutma veya ısıtma yükü, hava debisi ile sıcaklık farkı arasındaki ilişki kullanılarak hesaplanabilir.

Temel bağıntı:

Q = m × cp × ΔT

Burada:

Q: Duyulur ısı transferi

m: Havanın kütlesel debisi

cp: Havanın özgül ısısı

ΔT: Havanın giriş ve çıkış sıcaklıkları arasındaki farktır.

HVAC uygulamalarında hava debisi çoğunlukla hacimsel debi olarak verildiğinden, pratik hesaplamalarda havanın yoğunluğu da dikkate alınır.

Hava tarafında yaklaşık olarak:

Q = ρ × V̇ × cp × ΔT

bağıntısı kullanılabilir.

Burada;

ρ: Havanın yoğunluğu

V̇: Hacimsel hava debisi

cp: Havanın özgül ısısı

ΔT: Sıcaklık farkıdır.

Hassas mühendislik hesaplarında hava yoğunluğunun sıcaklık, basınç ve nem koşullarına göre belirlenmesi gerekir.
Duyulur Isı İçin Basit Uygulama Örneği

Bir mahalden geçen hava debisinin yaklaşık 2.000 m³/h olduğunu ve havanın sıcaklığının klima serpantini üzerinden geçerken 28 °C’den 18 °C’ye düştüğünü düşünelim.

Sıcaklık farkı:

ΔT = 28 − 18 = 10 °C

Havanın yoğunluğunu yaklaşık 1,2 kg/m³, özgül ısısını ise yaklaşık 1,005 kJ/kg·K kabul edersek:

Hava debisi:

2.000 / 3.600 = 0,556 m³/s

Kütlesel debi yaklaşık:

0,556 × 1,2 = 0,667 kg/s

Duyulur soğutma kapasitesi yaklaşık:

Q = 0,667 × 1,005 × 10

Q ≈ 6,7 kW olarak bulunur.

Bu değer, yalnızca duyulur soğutma kapasitesini ifade eder.

Eğer serpantin üzerinde yoğuşma gerçekleşiyorsa, gizli soğutma kapasitesi ayrıca hesaplanmalıdır.

Gizli Isı Nasıl Hesaplanır?

Gizli ısı hesabında temel olarak havanın nem miktarındaki değişim dikkate alınır.

Havanın nem içeriği psikrometrik analizlerde çoğunlukla nem oranı (humidity ratio) ile ifade edilir.

Nem oranı; kg su buharı / kg kuru hava şeklinde tanımlanır.

Hava soğutma serpantini üzerinden geçerken nem oranı;

W₁ → W₂ şeklinde azalabilir.

Bu durumda havadan uzaklaştırılan su miktarı, kuru hava debisi ile nem oranındaki değişimin çarpımıyla bulunabilir.

Basitleştirilmiş olarak:

ṁw = ṁda × (W₁ − W₂)

Burada:

ṁw: Yoğuşan su miktarı

ṁda: Kuru hava kütlesel debisi

W₁: Giriş nem oranı

W₂: Çıkış nem oranıdır.

Gizli ısı yükü ise suyun faz değişimi sırasında ortaya çıkan gizli ısı kullanılarak hesaplanabilir.

Yaklaşık olarak:

Qlatent = ṁw × hfg

Burada hfg, suyun buharlaşma/yoğuşma gizli ısısını ifade eder.

Hassas hesaplarda kullanılacak entalpi ve gizli ısı değerleri ilgili sıcaklık ve basınç koşullarına göre belirlenmelidir.

Toplam Soğutma Kapasitesi Nasıl Belirlenir?

Duyulur ve gizli yüklerin ayrı ayrı belirlenmesinden sonra toplam soğutma yükü hesaplanabilir.

Qtotal = Qsensible + Qlatent

Örneğin;

Duyulur yük = 12 kW

Gizli yük = 4 kW ise: Toplam yük = 12 + 4 = 16 kW olur.

Bu durumda cihaz seçiminde yalnızca 12 kW’lık duyulur yükün dikkate alınması hatalı olacaktır.

Cihazın gerçek çalışma koşullarındaki toplam kapasitesinin gerekli yükü karşılayabilmesi gerekir.

Duyulur ve Gizli Yüklerin Birlikte Değerlendirilmesi

HVAC sistemlerinde en önemli hatalardan biri, yalnızca mahal sıcaklığına bakarak klima kapasitesi belirlemektir.

Örneğin iki farklı mahal düşünelim.
Mahal A

Duyulur yük: 12 kW
Gizli yük: 2 kW
Toplam: 14 kW
Mahal B

Duyulur yük: 8 kW
Gizli yük: 6 kW
Toplam: 14 kW

Her iki mahallin toplam soğutma yükü aynı olmasına rağmen yük karakteristikleri farklıdır.

Mahal A’da duyulur yük baskındır.

Mahal B’de ise nem alma ihtiyacı çok daha yüksektir.

Dolayısıyla aynı toplam kapasiteye sahip iki cihazın her iki mahalde de aynı performansı göstermesi garanti değildir.
SHR Hesabı

Duyulur Isı Oranı, yani SHR (Sensible Heat Ratio) şu şekilde hesaplanır:

SHR = Duyulur Isı / Toplam Isı

Yukarıdaki iki örneği değerlendirelim.
Mahal A

SHR = 12 / 14

SHR ≈ 0,86
Mahal B

SHR = 8 / 14

SHR ≈ 0,57

Bu iki değer bize önemli bir bilgi verir.

Mahal A’da toplam yükün büyük bölümünü sıcaklık kontrolü oluştururken, Mahal B’de gizli yükün payı oldukça yüksektir.

Bu nedenle özellikle nem kontrolünün kritik olduğu mahallerde yalnızca toplam kapasiteye bakmak yeterli değildir.

Klima Serpantini Seçiminde SHR

Bir soğutma serpantininin performansı değerlendirilirken mahalin Room Sensible Heat Ratio değeri ile serpantinin sağlayabileceği kapasite karakteristiği arasında uyum bulunması gerekir.

Serpantin;

Havayı soğutmalı,

Gerekli miktarda nem almalı,

Üfleme havasını hedef koşullara getirmeli,

Drenaj sisteminin güvenilir şekilde çalışmasını sağlamalıdır.

Özellikle yüksek gizli yük bulunan mahallerde serpantin yüzey sıcaklığının yeterince düşük olması ve havanın çiy noktasının altına indirilmesi gerekir.

Ancak yüzey sıcaklığını gereğinden fazla düşürmek de her zaman doğru çözüm değildir.

Bu durum;

Gereksiz enerji tüketimine,

Aşırı nem alma,

Yeniden ısıtma ihtiyacına,

Daha düşük sistem verimine neden olabilir.

Bu nedenle serpantin seçimi bir optimizasyon problemidir.

Psikrometrik Diyagramda Duyulur ve Gizli Isı

Psikrometrik diyagram, duyulur ve gizli ısı proseslerinin birlikte anlaşılmasını sağlar.

Örneğin yalnızca duyulur soğutma gerçekleştiriliyorsa hava noktası; sabit nem oranı boyunca hareket eder.

Hava çiy noktası sıcaklığına ulaştığında yoğuşma başlar.

Bundan sonra soğutma işlemi sırasında hem; kuru termometre sıcaklığı hem de nem oranı azalır.

Bu nedenle gerçek bir soğutma serpantini prosesinde duyulur ve gizli soğutma birlikte gerçekleşebilir.

Duyulur Isı ve Gizli Isının Klima Performansına Etkisi

Bir klima cihazının kapasitesini değerlendirirken üç farklı kavram birbirinden ayrılmalıdır:

Duyulur kapasite

Gizli kapasite

Toplam kapasite

Toplam kapasite, duyulur ve gizli kapasitenin toplamıdır.

Ancak cihaz kataloglarında verilen kapasite değerleri belirli test koşullarına bağlıdır.

Bu nedenle bir klimanın örneğin “10 kW soğutma kapasitesine” sahip olması, her çalışma koşulunda mahalden 10 kW duyulur yük kaldırabileceği anlamına gelmez.

Dış hava sıcaklığı, iç ortam koşulları, hava debisi, evaporasyon sıcaklığı ve nem koşulları değiştikçe cihazın duyulur ve toplam kapasitesi de değişebilir.

Bu ayrım özellikle inverter klimalarda daha da önemlidir. Çünkü kompresör kapasitesi çalışma koşullarına ve kısmi yüke bağlı olarak değişir.

Yüksek Gizli Isı Bulunan Mahaller

Bazı mahallerde gizli ısı yükü toplam soğutma yükünün önemli bir bölümünü oluşturabilir.

Bunlara örnek olarak;

Restoranlar,

Mutfaklar,

Spor salonları,

Yüzme havuzları,

Duş alanları,

Kalabalık toplantı salonları,

Hastaneler,

Üretim tesisleri,

Nem kontrollü proses alanları verilebilir.

Özellikle yüzme havuzlarında su yüzeyinden gerçekleşen buharlaşma önemli miktarda nem yükü oluşturur.

Bu nedenle havuz iklimlendirmesinde yalnızca hava sıcaklığının kontrol edilmesi yeterli değildir.

Nem kontrolü sistem tasarımının temel unsurlarından biridir.

Dış Havanın Gizli Isı Yükü

Taze hava miktarının yüksek olduğu sistemlerde dış hava, önemli bir gizli ısı kaynağı olabilir.

Örneğin sıcak ve nemli bir bölgede dış hava; 32 °C ve yüksek nem oranına sahip olabilir.

Bu hava klima santraline alındığında sistemin görevi yalnızca sıcaklığı düşürmek değildir.

Aynı zamanda dış havanın içerdiği nemin bir kısmının da uzaklaştırılması gerekir.

Bu nedenle yüksek taze hava debisi olan sistemlerde;

Dış hava debisi + dış hava nem içeriği birlikte değerlendirilmelidir.

Bu durum özellikle;

Hastaneler,

Oteller,

AVM’ler,

Restoranlar,

Endüstriyel tesisler gibi yüksek havalandırma debisine sahip yapılarda önemlidir.

Mühendislik Açısından Kritik Nokta

Duyulur ve gizli ısı birbirinden bağımsız iki konu değildir.

Gerçek bir HVAC sisteminde bu iki yük birbirini etkileyebilir.

Örneğin bir soğutma serpantini havayı çiy noktasının altına indirdiğinde nem alma gerçekleşir. Havanın nem içeriğinin azalması, sonraki proseslerin psikrometrik durumunu değiştirir.

Bu nedenle klima santrali tasarımında;

Sıcaklık → Nem → Entalpi → Hava debisi → Serpantin kapasitesi ilişkisi birlikte değerlendirilmelidir.
Duyulur ısı, havanın sıcaklığını değiştiren ısı yükünü; gizli ısı ise özellikle nemin faz değişimiyle ilişkili ısı yükünü ifade eder.

Bir HVAC sisteminin toplam soğutma yükü yalnızca mahal sıcaklığını düşürmek için gereken enerjiden oluşmaz.

Toplam soğutma yükü = Duyulur yük + Gizli yük olduğu için doğru klima kapasitesi seçiminde her iki yükün de hesaplanması gerekir.

Özellikle sıcak ve nemli iklimlerde, yüksek insan yoğunluğuna sahip mahallerde ve yüksek taze hava debili sistemlerde gizli yükün ihmal edilmesi ciddi kapasite ve nem kontrolü problemlerine yol açabilir.

Bu nedenle profesyonel HVAC tasarımında SHR, psikrometrik diyagram, hava debisi, nem oranı ve serpantin performansı birlikte değerlendirilmelidir.

Sık Sorulan Sorular
Duyulur ısı nedir?

Duyulur ısı, bir maddenin sıcaklığında değişiklik oluşturan ısı enerjisidir. HVAC sistemlerinde havanın sıcaklığının artırılması veya azaltılması duyulur ısı transferine örnektir.

Gizli ısı nedir?

Gizli ısı, özellikle bir maddenin faz değişimi sırasında alınan veya verilen ısı enerjisidir. Klima sistemlerinde havadaki su buharının yoğuşması gizli soğutmaya örnektir.

Klima kapasitesinde duyulur ve gizli ısı neden önemlidir?

Çünkü klima yalnızca ortam sıcaklığını değiştirmez; havadaki nemi de kontrol eder. Toplam soğutma kapasitesinin doğru belirlenebilmesi için duyulur ve gizli yüklerin birlikte hesaplanması gerekir.

SHR nedir?

SHR, Sensible Heat Ratio ifadesinin kısaltmasıdır. Duyulur soğutma yükünün toplam soğutma yüküne oranını gösterir.

SHR = Duyulur Isı / Toplam Isı

Gizli ısı hangi durumlarda yüksek olur?

İnsan yoğunluğunun fazla olduğu, yüksek taze hava debisi bulunan veya suyun buharlaştığı mahallerde gizli ısı yükü yüksek olabilir. Yüzme havuzları, restoranlar ve spor salonları buna örnektir.

Klima cihazının toplam kapasitesi duyulur kapasitesiyle aynı mıdır?

Hayır. Toplam kapasite duyulur ve gizli kapasitenin toplamıdır. Bu nedenle cihaz seçiminde hem toplam kapasite hem de gerçek çalışma koşullarındaki duyulur kapasite değerlendirilmelidir.

klimaci.com Kütüphanesi