Yapılarda Isıtma ve Soğutma Sistemleri

Bir yapının arazisi, yönelimi ve bileşenleri soğuk havada dışarıya ısı kayıbını ve sıcak havada dışarıdan ısı kazanımını en aza indirmelidir. Bina kullanıcıları amacıyla ısıl konforun sağlanması hedefiyle, meydana gelebilecek aşırı ısı kayıbı ya da kazanımı pasif enerji sistemleri ya da mekanik ısıtma ve soğutma sistemleriyle dengelenmelidir. Mekanik düzenin en asli ve lüzumlu görevi, mekanın hava ısısını kontrol etmek hedefiyle ısıtma ve soğutma olsa da, insan konforunu etkileyen bunun dışında üç etkene daha ehemmiyet vermek gerekir, nispi nem, ortalama ışıma ısısı ve hava hareketi.

Nispi nem, nemlendirici gereçlerle su buharı verilerek ya da havalandırmayla su buharının uzaklaştırılmasıyla kontrol altına alınabilir. Oda yüzeylerinin ortalama ışıma ısısı, radyan ısı panelleri, kullanılarak artırılabilir ya da radyan soğutmayla azaltılabilir. Hava hareketi, natural ya da mekanik havalandırmayla kontrol edilebilir.

Binalarda Isıtma ve Soğutma Sistemleri
Hava ısısı, mekana akışkan bir madde verilerek kontrol edilir. Hava kazanları havayı ısıtır, su kazanları suyu ısıtır ya da buhar üretir, elektrikli ısıtıcılar dirençler vasıtasıyla elektrik enerjisini ısıya dönüştürürler. Bir bina amacıyla lüzumlu ısıtma ve soğutma ekipmanının ebatı tahmini ısıtma ve soğutma yüklerine göre belirlenir. Geleneksek fosil yakıtları ısıtma ve soğutma sistemleri amacıyla enerji üretiminde hala en süregelen olarak sarfedilen yakıtlardır. Doğalgaz temiz bir şekilde yanar ve boru hattı dışında depolama ya da dağıtım gerektirmez. Propan gazı, naturalgadan bir oran pahalı, lakin temiz yanan bir yakıttır. Yağ da verimli bir yakıt seçeneğidir, lakin kamyonlarla kullanım noktasının yanına ya da yakınına yerleştirilen depolama tanklarına kadar taşınması gerekir. Yeni konut yapılarında ısıtma amacıyla kömür enderen kullanılmaktadır, ticaret ve sanayi yapılarında kömür tüketimi dalgalanma göstermektedir.

Elektrik, arazide yanma prosedürü ve yakıt deposu gerektirmeyen temiz bir enerji kaynağıdır. Küçük teller vasıtasıyla dağıtıldığından ve oran olarak ufak ve sessiz bir tertibat kullandığından aynı vakitte kompakt bir sistemdir. Fakat, bir binayı elektrikle ısıtma ya da soğutmanın maliyeti olabildiğince yüksektir.

Uygun şekilde biçilmiş odun sürdürülebilir bir kaynaktır, lakin yakılan odun hava kirliliğine namacıyla olur ve iç hava kitlesine zarar verir. Orman yan ürünlerinden uygulanan odun peletleri de temiz şekilde yanar ve seçenek bir yakıt olarak değerlendirilmelidir.

Gün geçtikçe etkisini gösteren problemlerden biri de geleneksel enerji kaynaklarının maliyetleri ve sürdürülebilirlikleri konusundaki belirsizlik ve enerjinin çıkarılması ve üretilmesinin bölgesel kaynaklar üstüne etkisidir. ABD’de elektriğin %60’ından çoğu ve bütün enerjinin %30’undan çoğu binalard kullanıldığından, dizayncılar ve inşaat sektörü binaların enerji tüketiminı azaltmak amacıyla stratejiler araştırmakta ve güneş enerjisi, yel jeneratörleri, jeotermal enerji ve fotovoltaik paneller gibi elektrik üretme kapasitesine sahip seçenek enerji sistemlerini değerlendirmektedir. Nükleer enerji, tesisata ve nükleer atık malzemelerin kontroline dair süregelen emniyet endişelerine karşın hala mühim bir güç kaynağı potansiyeli oluşturmaktadır.

Bir binada lüzumlu ısıtma ve soğutma ekipmanını boyutlandırmak amacıyla, soğuk havada ısı kayıbı ve sıcak havada ısı kazanımını hesaplamak gerekir. Bu hesaplamada, dilenen iç hava ısısı ile dış hava dizayn ısısı arasındaki fark, günlük sıcaklık Aralıkları, güneş yönelimi, duvar pencere ve çatı sistemlerinin ısıl direnci ve ilaveten yaşanabilir mekanların fonksiyon ve kullanımları ehemmiyete alınır. Binanın yerleşimi, planı ve yönlenimiyle ısı kayıbı ve kazanımı ne kadar azaltılırsa, böylelikle kullanılacak daha ufak ısıtma ve soğutma ekipmanlarıyla o kadar az enerji tüketilir. Diğer enerji şuurlu dizayn stratejileri, ısının yapı bileşenlerinden iletimini etkili şekilde kontrol etmek amacıyla ısı yalıtımı ve ısıl kütle kullanılması, enerji etkin HVAC sistemleri, su ısıtıcıları, aletler ve aydınlatma sistemlerinin tercih edilmesi ve ısıl koşulların ve aydınlatmanın kontroli amacıyla akıllık sistemlerin tercih edilmesidir.

ISITMA YÜKÜ
Isıtma yükü örtülü bir mekanda bir saat amacıyladeki net ısı kayıbıdır. Btu/saat olarak ifade edilir ve ısıtma biriminin ya da düzenin seçiminde temel alınır. ( Btu/sa = W)

İngiliz ısı birimi (Btu), 1 lb (0,4 kg) suyun ısısını 1oF (0,55 oC) çoğaltmak amacıyla lüzumlu lüzumlu ısı oranıdır.

Derece-gün, ortalama günlük dış hava ısısında belirli bir standart sıcaklıktan 1 derecelik hareketi ifade eden bir birimdir. Isıtma ve soğutma yüklerini hesaplamak, HVAC sistemlerini boyutlandırmak ve senelik yakıt tüketiminı hesaplamak amacıyla kullanılır.

Isıtma derece-günü, 19 oC standart ısısın bir derece-gün altındadır ve bir ısıtma düzeneğinin yakıt ya da enerji tüketiminı tahmini olarak hesaplamak amacıyla kullanılır.

SOĞUTMA YÜKÜ
Soğutma yükü, örtülü bir mekanda bir saat amacıyladeki net ısı kazanımıdır. Btu/saat olarak ifade edilir ve iklimlendirme ünitesinin ya da soğutma düzeneğinin seçiminde temel alınır.

Soğutma derece-gün 24 oC standart ısısın bir derece-gün üzerindedir ve bir iklimlendirme ya da soğutma düzeneğinin enerji ihtiyacı tahmini olarak hesaplamada kullanılır.

Soğutma tonu, 0 oC deki 1 ton buzun 24 saatte aynı sıcaklıkta suya dönüştürülmesiyle elde edilen soğutma etkisidir ve 12.000 Btu/saat (3,5 kW)’a eşdeğerdir.

Enerji aktivite derecesi, bir soğutma ünitesinin aktivite indisidir ve bir vatlık elektrik enerjisi girişiyle ortadan kaldırılan Btu sayısını ifade eder.

ISI KAYBI
Soğuk havada ısı kayıbına namacıyla olan başlıca kaynaklar;

Isının dış duvar, pencere ve çatı bileşenleri ve ısıtılmayan mekanlar üzerindeki döşemeler aracılıyla dışarı taşınımı, ışınımı ve iletimi.

Dış yapıdaki çatlaklardan, bilhassa de pencere ve kapı boşluklarının çevresinden hava sızıntısı.

ISI KAZANIMI
Ilık ya da sıcak havada ısı kazanımı kaynakları;

Dış hava sıcaklıkları yüksek olduğunda dış duvar, pencere ve çatı bileşenlerinden ısı taşınımı, ışınımı ve iletimi; günlük vakit dilimi, bileşenlerin güneşe göre yönlenimi ve ısıl gecikme etkisine bağlı olarak değişir.

Camlı açıklık üzerindeki güneş ışınımı, güneşe göre yönelim ve sarfedilen gölgeleme elamanlarının etkinliğine göre değişir.

Bina kullanıcıları ve onların aktiviteleri.

Aydınlatma ve başka ısı yapan ekipmanlar.

Kokuları ve kirletici maddeleri dışarı atmak amacıyla lüzumlu olabilecek mekan havalandırması.

Gizli ısı, bir mekanda nispi nemin aşırı oranlara çıkmasını önlemek amacıyla hedefiyle sıcak havadaki nemin yoğunlaşması amacıyla enerjiye gereksinim vardır.