Su debisi hesabı nedir ve kW ile m³/h nasıl ilişkilidir?
Su debisi hesabı, bir ısıtma ya da soğutma devresinin taşıması gereken ısı gücünü, boruda dolaşması gereken su miktarına çeviren hesaptır. Kazan, chiller, ısı pompası, fancoil grubu ya da yerden ısıtma kollektörü fark etmez; sorulan soru hep aynıdır: bu gücü bu sıcaklık farkıyla taşımak için saatte kaç metreküp su gerekir? Çıkan değer boru çapının, pompanın, vana boyutunun ve sirkülasyon enerjisinin ortak girdisidir. Debi yanlış bulunursa sonraki bütün adımlar yanlış zemine oturur.
Debi ile ısıl güç arasındaki ilişki doğrusaldır, sıcaklık farkıyla ise ters orantılıdır. Aynı gücü iki kat küçük bir ΔT ile taşımak isterseniz iki kat fazla su dolaştırmanız gerekir. Bu yüzden ΔT bir tasarım kararıdır: eski radyatörlü sistemlerde 80/60 °C, yoğuşmalı kazanlarda 70/50 °C, yerden ısıtmada 45/35 °C, soğutmada 7/12 °C gibi gidiş-dönüş çiftleri kullanılır.
Kısa yol isteyenler için kaba bir kural da işe yarar: ΔT 20 K ise her kW için yaklaşık 0,043 m³/h, ΔT 10 K ise yaklaşık 0,086 m³/h, ΔT 5 K ise yaklaşık 0,172 m³/h su gerekir. Dönüşüm için litre cinsinden düşünmek isterseniz 1 m³/h değeri dakikada yaklaşık 16,7 litreye, saniyede yaklaşık 0,278 litreye karşılık gelir.
Formülün arkasındaki fizik: 1,163 sabiti nereden gelir?
Taşınan ısı; kütle debisi, özgül ısı ve sıcaklık farkının çarpımıdır. Suyun yoğunluğu yaklaşık 1000 kg/m³, özgül ısısı yaklaşık 4,187 kJ/(kg·K) olduğundan bir metreküp suyu bir derece ısıtmak yaklaşık 4187 kJ, yani saat cinsine çevrildiğinde yaklaşık 1,163 kWh enerji ister. Formülün paydasındaki 1,163 değeri budur ve ısıtma-soğutma hesaplarında kW değerini doğrudan m³/h debiye çevirmeyi sağlar.
Etilen glikol katkılı devrelerde karışımın özgül ısısı düşer, yoğunluğu artar. Hesaplayıcı %30 etilen glikol için 1,02 kWh/(m³·K) değerini kullanır. Sonuçta aynı güç ve aynı ΔT için glikollü devrede debi yaklaşık %14 daha yüksek çıkar; pompa ve boru seçiminde bu fark ayrıca hesaba katılmalıdır. Soğuk bölgelerdeki dış ünite devreleri ve don riski olan hatlar bu duruma tipik örnektir.
Ters yönde işlem de aynı bağıntıyla yapılır: elinizde debi ölçümü ve iki sıcaklık sensörü varsa, devrenin o anda taşıdığı gücü P = 1,163 × Q × ΔT ile bulabilirsiniz. Isı sayacı ve enerji izleme sistemleri bu prensiple çalışır.
Sıcaklık farkı (ΔT) seçimi debiyi nasıl değiştirir?
Aynı 100 kW güç için su debisi, sıcaklık farkına göre şöyle değişir (saf su): ΔT 5 K için 17,20 m³/h; ΔT 10 K için 8,60 m³/h; ΔT 15 K için 5,73 m³/h; ΔT 20 K için 4,30 m³/h; ΔT 25 K için 3,44 m³/h. %30 glikol karışımında aynı sıralamayla 19,61; 9,80; 6,54; 4,90 ve 3,92 m³/h bulunur.
Bu sayılar bir tasarım gerçeğini gösterir: ΔT büyüdükçe boru, pompa ve pompa enerjisi küçülür; ancak ΔT sınırı cihazlar tarafından belirlenir. Yoğuşmalı kazanın yoğuşma yapabilmesi için dönüş suyunun düşük kalması, yerden ısıtmada döşeme yüzey sıcaklığının sınırlı kalması, chiller devresinde buharlaştırıcının çalışma aralığı gibi kısıtlar ΔT değerini sınırlar. Isı pompalı düşük sıcaklıklı sistemlerde ΔT çoğunlukla 5-10 K aralığında kalır ve debiler görece yüksektir.
Isıtma ve soğutma devreleri için su debisi hesabı
Soğutma devresinde de aynı formül geçerlidir; yalnızca sıcaklık farkının mutlak değeri kullanılır. Örneğin 500 kW soğutma kapasiteli bir chiller 7/12 °C su rejimiyle çalışıyorsa gerekli debi yaklaşık 85,98 m³/h olur. Aynı 500 kW ısıtma gücü 80/60 °C rejimde yalnızca yaklaşık 21,5 m³/h su ister. Soğutma devrelerinin boruları bu yüzden aynı güçteki ısıtma devrelerinden belirgin biçimde büyüktür.
Tek bir cihaz için de aynı hesap yapılabilir. 20 kW gücündeki bir yerden ısıtma devresi 45/35 °C rejimde yaklaşık 1,72 m³/h debiye ihtiyaç duyar. Bir binadaki bütün devreler için ayrı ayrı debi bulunur; kolon ve ana hat debileri, bu debilerin eşzamanlılık katsayısıyla toplanmasıyla elde edilir.
Sonucu nasıl yorumlamalı ve sonraki adım nedir?
Çıkan debi, boru çapı hesabına doğrudan girdi olur: debiyi sabit tutup izin verilen hız aralığına göre çap seçilir. Ardından seçilen çaplarda birim boy basınç kaybı bulunur, bütün hattın kaybı toplanır ve pompa basma yüksekliği hesaplanır. Pompa seçiminde debi tek başına yeterli değildir; debi ve basma yüksekliği birlikte çalışma noktasını belirler.
Kolonlara ve fancoil gruplarına dağılan debilerin gerçekte de oluşması için hidronik dengeleme gerekir. Dengeleme vanaları, her kola hesaplanan debiyi verecek şekilde ayarlanır; hesaplanmış debi yoksa dengeleme de yapılamaz. Değişken debili sistemlerde iki yollu vanalar ve değişken devirli pompalar kullanıldığında gerçek debi çoğu zaman tasarım değerinin yarısının altında seyreder, bu nedenle pompayı gereğinden büyük seçmek enerji israfına, gürültüye ve vana kontrol sorunlarına yol açar.
Sık yapılan hatalar da vardır. ΔT her yükte sabitmiş gibi varsaymak bunların başında gelir; kısmi yükte dönüş suyu sıcaklığı yükselir, ΔT düşer ve beklenenden fazla su dolaşır. Ayrıca gücü kcal/h olarak veren eski katalogları kW ile karıştırmamak gerekir: 1 kW yaklaşık 860 kcal/h eder ve kcal/h cinsinden güç için debi, güç / (1000 × ΔT) bağıntısıyla m³/h olarak bulunur.
100 kW'lık bir ısıtma devresi için su debisi hesabı
- Veriler: P = 100 kW, gidiş 80 °C, dönüş 60 °C, akışkan saf su.
- Sıcaklık farkı: ΔT = 80 − 60 = 20 K.
- Debi: Q = 100 / (1,163 × 20) = 4,30 m³/h.
- Birim dönüşümü: 4,30 / 3,6 = 1,19 l/s, yani dakikada yaklaşık 71,7 litre; kütlesel debi 1,194 kg/s.
- Duyarlılık: aynı güç ΔT = 10 K ile taşınsaydı debi iki katına çıkıp 8,60 m³/h olurdu; %30 glikol karışımında ise debi 4,90 m³/h bulunur.
- Sonuç: boru çapı ve pompa, 4,30 m³/h civarındaki bir debiye göre seçilmelidir.