Klima Santrali Nedir, Nasıl Çalışır? AHU Yapısı ve Tipleri

Klima santrali, binaya verilecek havayı tek bir gövde içinde filtreleyen, ısıtan ya da soğutan, gerektiğinde nemlendiren veya nemini alan ve fanlarla kanal şebekesine basan cihazdır. İngilizce adı air handling unit, kısaltması AHU'dur; "AHU klima santrali" ifadesi aynı cihazı anlatır. Santral çoğu durumda soğuğu ya da sıcağı kendisi üretmez: ısıtma ve soğutma enerjisini bataryalarına gelen sudan (kazan, ısı pompası, soğutma grubu) ya da DX bataryada dolaşan soğutucu akışkandan alır. Santralin asıl işi havayı şartlandırmak ve taşımaktır.

Split klima ya da fan coil odanın kendi havasını döndürürken klima santrali dış havayı alır, şartlandırır ve kullanılmış havayı dışarı atar. Bu yüzden ofis katları, AVM, hastane, okul, otel ortak alanları, spor salonu, sinema ve üretim alanları gibi kişi başına ya da proses için önemli miktarda taze hava gereken her yerde kullanılır. Santral, binadaki merkezi havalandırma düzeninin kalbidir; kanal, menfez ve egzoz tarafıyla birlikte bütün sistem merkezi havalandırma nedir yazısında anlatılıyor.

AHU klima santralinin bölümleri ve sırası

Santral, birbirine flanşla bağlanan modüllerden oluşur. Isı geri kazanımlı ve karışım havalı tipik bir konfor santralinde hava bölümlerden aşağıdaki sırayla geçer; sıralama projeye göre değişebilir.

Dönüş havası için ikinci bir vantilatör (aspiratör) bulunur ve egzoz tarafı da kendi filtresinden ve ısı geri kazanım eşanjöründen geçer. Yalnız taze havayla çalışan santrallerde karışım hücresi yoktur; ısı geri kazanımı olmayan küçük santrallerde ise sıralama daha kısadır. Kanal tarafındaki susturucunun seçimi havalandırma susturucusu yazısında ayrıca ele alınıyor.

Çalışma prensibi: bir kış günü

İstanbul'da ısıtma hesaplarında yaygın kullanılan -3 °C dış havayı düşünelim. Taze hava ön filtreden geçip ısı geri kazanım eşanjörüne girer ve dışarı atılmakta olan sıcak egzoz havasından ısı alarak birkaç derece değil, çoğu zaman on derecenin üzerinde ısınır. Ardından dönüş havasıyla karışır, ana filtreden geçer ve ısıtıcı bataryada üfleme sıcaklığına çıkarılır. Kış havasının mutlak nemi düşük olduğundan nem kontrolü istenen yapılarda buharlı nemlendirici devreye girer.

Isıtıcı bataryanın yükü havanın kütlesel debisi, özgül ısısı ve sıcaklık farkıyla bulunur: Q = ṁ × c_p × ΔT. Örnek olarak 10.000 m³/h havayı karışım sonrasındaki 8 °C'den 20 °C'ye ısıtmak için:

• ṁ = 10.000 × 1,2 / 3.600 ≈ 3,33 kg/s
• Q = 3,33 × 1,005 × 12 ≈ 40 kW

Kışın en kritik tehlike bataryanın donmasıdır. Isıtıcı bataryanın hava çıkışına konan donma termostatı, sıcaklık tehlikeli seviyeye indiğinde fanı durdurur, taze hava damperini kapatır ve vanayı tam açar. Santral dururken de taze hava damperi kapalı kalmalıdır; aksi hâlde gece içeri sızan soğuk hava bataryayı patlatabilir.

Çalışma prensibi: bir yaz günü

Yazın sıra aynıdır, değişen bataryaların işidir. Isı geri kazanım eşanjörü bu kez sıcak dış havayı daha serin olan egzoz havasıyla ön soğutur. Asıl iş soğutucu bataryadadır: hava, yüzey sıcaklığı çiğ noktasının altında olan bataryadan geçerken hem soğur hem de nemini bırakır. Bu yüzden soğutucu batarya yükü yalnız sıcaklık farkıyla değil, havanın entalpi farkıyla hesaplanır: Q = ṁ × Δh.

Aynı 10.000 m³/h hava 28 °C ve %50 bağıl nemden 14 °C'ye, neredeyse doymuş hâle soğutulursa entalpi yaklaşık 58,4 kJ/kg'dan 38,0 kJ/kg'a iner. Batarya yükü 3,33 × 20,4 ≈ 68 kW olur ve havadaki nemden saatte yaklaşık 28 litre su yoğuşur. Bu su drenaj tavasında toplanıp sifon üzerinden atılmazsa santralin tabanında birikir; yaz aylarında santral içindeki küf ve koku şikâyetlerinin önemli kısmı buradan gelir.

Nem kontrolü istenen yapılarda (hastane, arşiv, müze) hava gereğinden fazla soğutulup nemi alındıktan sonra son ısıtıcıda istenen üfleme sıcaklığına geri ısıtılır. Geçiş mevsiminde ise dış hava zaten serinse damperler taze hava oranını artırır ve bataryalar kapalı kalır; buna serbest soğutma denir.

Santral tipleri

Kendi kompresörü ve yoğuşturucusu gövdeye yerleştirilmiş çatı tipi paket cihazlar (rooftop) santral ile soğutma grubunu tek kasada birleştirir. Bir çatı terasında paket tip santralin iç hücre temizliği ve filtre yenilemesinin nasıl yapıldığı çatı tipi klima santrali bakımı sayfasında görülebilir.

Klima santrali ile fan coil ve VRF birlikte

Büyük binalarda santral çoğu zaman tek başına çalışmaz. Santral taze havayı şartlandırıp her mahale gereken miktarda verir; mahallerin değişken ısı yükünü ise fan coil ya da VRF iç üniteleri karşılar. Bu ayrımın iki faydası vardır: santral ve kanallar yalnız taze hava debisine göre boyutlandığı için küçülür, mahaller de birbirinden bağımsız ısıtılıp soğutulabilir. İki uç sistemin karşılaştırması VRF ile fan coil farkı yazısında. Tersine, sinema salonu, konferans salonu ya da spor salonu gibi tek bir büyük hacim söz konusuysa bütün yükü santralin karşıladığı tam havalı sistem daha sade bir çözümdür.

Bağlantı şeması neyi gösterir?

Klima santrali bağlantı şeması üç ayrı bağlantı grubunu tek çizimde toplar:

• Hidrolik bağlantılar: Her bataryanın giriş ve çıkış ağzı, kesme vanaları, pislik tutucu, kontrol vanası (iki ya da üç yollu), hava alma ve boşaltma noktaları. Bataryalar karşı akışlı bağlanır: su, havanın çıktığı taraftan girer ve havanın girdiği taraftan çıkar; ters bağlantı kapasiteyi belirgin biçimde düşürür.
• Drenaj bağlantıları: Soğutucu batarya ve ısı geri kazanım tavalarının her biri kendi sifonuyla bağlanır. Fanın emiş tarafındaki bir bölümde tava negatif basınçtadır; sifonun su tutma yüksekliği bu negatif basıncın milimetre su sütunu karşılığından büyük olmalıdır. 600 Pa'lık bir emiş basıncı yaklaşık 61 mm su sütununa karşılık gelir. Farklı basınçtaki tavalar tek bir sifonda birleştirilmez; birleştirme, sifonlardan sonra açık bir hunide yapılır.
• Elektrik ve otomasyon: Fan motorlarının sürücüleri, damper motorları, üfleme ve dönüş sıcaklık duyar elemanları, filtre fark basınç anahtarları, donma termostatı ve bina otomasyonuna giden sinyal listesi.

Veri sayfasında okunması gereken değerler

İki santral teklifini karşılaştırırken yalnız debi ve kapasiteye bakmak yetmez. Üreticinin seçim çıktısında şu satırlar aranır:

• Hava debisi ve dış statik basınç: Santralin kanal, menfez ve egzoz tarafında yenmesi gereken direnç. Yanlış hesaplanan dış basınç, kurulumdan sonra debinin tutmamasının en sık nedenidir.
• Batarya yüzey hızı: Soğutucu bataryada yüksek hız, yoğuşan damlaların hava akımıyla kanala taşınmasına yol açar; damla tutucu bu yüzden vardır.
• Batarya kapasiteleri ve su sıcaklıkları: Isıtma ve soğutma kapasitesi hangi gidiş-dönüş suyu sıcaklığında verilmiş, su tarafı basınç kaybı ne kadar.
• Filtre sınıfları: Bugün ISO 16890'a göre ePM1, ePM2,5, ePM10 ve kaba toz grupları kullanılır; eski G4, F7, F9 adlarıyla birebir karşılığı yoktur. Hijyenik uygulamalardaki HEPA filtreler EN 1822'ye göre sınıflanır.
• Fan elektrik gücü: Birim debi başına fan gücü, santralin işletme maliyetini doğrudan belirler.
• Gövde sınıfları: TS EN 1886'ya göre gövde mekanik dayanımı (D1–D3), hava kaçağı (L1–L3), filtre by-pass kaçağı, ısıl geçirgenlik (T1–T5) ve ısı köprüsü (TB1–TB5) sınıfları. Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliği de santrallerin bu standarda uygunluğunu arar.
• Ses gücü seviyeleri: Emiş ve üfleme ağzında oktav bantlarında; susturucu seçiminin girdisidir.

Debi, batarya kapasitesi, su debisi ve ısı geri kazanımın etkisi klima santrali hesabı aracıyla kendi değerlerinizle hesaplanabilir. Isı geri kazanım bölümünün çalışması ve eşanjör tipleri ısı geri kazanım cihazı nedir yazısında anlatılıyor.

Bakım ve devreye alma

Santral devreye alınırken fan dönüş yönü, debi ölçümü, damper ayarları, donma koruması ve otomasyon senaryoları tek tek denenir; inşaat tozu bitmeden santral çalıştırılacaksa geçici filtre kullanılır. İşletmede filtre fark basınçları izlenir, drenaj tavaları ve sifonlar kontrol edilir, bataryalar ve fan bölümü temizlenir. Adım adım bakım listesi klima santrali bakımı nasıl yapılır yazısında; periyodik bakım ve arıza işleri havalandırma bakım onarım sayfasında.

Proje, imalat ve uygulama

Santral seçimi, kanal şebekesi ve otomasyonla birlikte projelendirilir. Beyoğlu'ndaki çok katlı bir iş hanında ofis katları, toplantı salonları ve ortak alanların tek merkezi santralden beslendiği, ısı geri kazanım, filtre kademeleri ve nem kontrolünün bina otomasyonuna bağlandığı işin kapsamı Beyoğlu iş hanı klima santrali sayfasında. Santral montajı, devreye alma ve bağlı kanal işleri klima santrali ve hava kanalı imalatı sayfalarında; teklifi belirleyen kalemler klima santrali fiyatları sayfasında. Keşif için iletişim sayfası.

Klima santrali çalışma prensibi: otomasyonun izlediği sıra

Kış ve yaz örneklerindeki süreçler, otomasyonun ayar değerine göre hangi elemanı hangi sırayla devreye aldığıyla birbirine bağlanır. Konfor santrallerinde çoğunlukla üfleme ya da dönüş havasının sıcaklığı izlenir ve elemanlar tek bir sıra üzerinde açılıp kapanır:

• Isıtma ihtiyacı arttıkça önce ısı geri kazanım tam kapasiteye çıkar, ardından ısıtıcı bataryanın vanası açılır.
• Ayar değerine ulaşıldığında bir ölü bant bırakılır; bu aralıkta ne ısıtıcı ne soğutucu vana açıktır.
• Soğutma istendiğinde dış hava uygunsa önce taze hava damperi açılır, yetmezse soğutucu bataryanın vanası devreye girer.
• Nem alma istenen santrallerde soğutucu batarya ile son ısıtıcının birlikte çalışması tasarımın parçasıdır; bunun dışında iki vananın aynı anda açık olması kontrol hatasıdır.

İstanbul'un nemli yazında serbest soğutma kararı yalnız dış hava sıcaklığına göre verilirse serin ama nemli hava içeri alınır ve bataryaya fazladan gizli yük biner; bu nedenle karar dış hava ile dönüş havasının entalpisi karşılaştırılarak verilir. Taze hava damperinin en az açıklığı kişi sayısına göre sabit tutulabilir ya da mahaldeki karbondioksit sensörüne göre değiştirilebilir. Fan tarafında sabit debili santralde debi, değişken debili sistemde kanal statik basıncı izlenir ve fan devri sürücüyle ayarlanır. Taze hava miktarını ihtiyaca göre değiştirmenin işletme giderine etkisi enerji verimli sistemler yazısında.