Hava soğutmalı chiller mi, su soğutmalı mı? Saha karşılaştırması

Hava soğutmalı chiller ısıyı doğrudan dış havaya atar: tek gövdedir, su tüketmez, kurulumu elektrik ve su hattıyla biter. Su soğutmalı chiller ısıyı kule üzerinden buharlaşmayla atar; daha düşük yoğuşma sıcaklığı enerji avantajı sağlar ama kule, kondenser pompası, su şartlandırma ve yılda binlerce metreküp takviye suyu ister. Orta kapasitelerde ve düzenli su bakımı yapılamayan tesislerde hava soğutmalı öne çıkar.

Teklif aşamasında en sık gelen sorulardan biri şudur: "Bize kuleli sistem önerdiler, sizde neden yok?" Soru yerinde. İki çözüm de aynı işi yapar, prosesin suyundan ısıyı çeker; ayrıldıkları yer bu ısıyı dışarı atma biçimidir. Ve o biçim, kararı makinenin kendisinden çıkarıp tesisin altyapısına bağlar.

Hava soğutmalı bir grupta kondenser ısıyı doğrudan dış havaya verir. Makine tek gövdedir; elektrik ve su hattı bağlanır, devreye alınır. Su soğutmalı grupta kondenser ısıyı ikinci bir su devresine aktarır, o devre bir soğutma kulesine gider ve ısı orada suyun buharlaşmasıyla atmosfere bırakılır. Yani su soğutmalı chiller tek bir makine değil, üç parçalı bir sistemdir: chiller gövdesi, kondenser pompası ve kule. Üçünü birlikte satın alır, birlikte işletir, birlikte bakarsınız. Soğutma çevriminin kendisi iki tipte de aynıdır; ayrıntısı chiller nedir sayfasında duruyor.

Karar bir üstünlük yarışı değil. Tesisin suyu, yeri ve bakım disiplini hangisine uygunsa doğru olan odur. KPLN serisinin on bir modelinin tamamı hava soğutmalıdır. Bu bir tercih ve her tercih gibi bir sınırı var.

İki sistemin asıl farkı: ısı hangi sıcaklığa atılıyor?

Hava soğutmalı bir kondenser, ısıyı havanın kuru termometre sıcaklığına atmak zorundadır. Kule ise suyu buharlaştırdığı için havanın yaş termometre (nem yükünü de içeren sıcaklık) sıcaklığına yaklaşır. Aradaki fark yazın büyüktür.

İstanbul yazı için genel kabul edilen tasarım değerleri şöyledir: kuru termometre 33–35 °C, yaş termometre 24 °C civarı. Kule, tipik olarak yaş termometrenin 4–5 K üzerinde su üretir; yani 28–29 °C kondenser suyu. Bu su kondenserden geçerken birkaç derece ısınır ve yoğuşma sıcaklığı 38 °C mertebesinde kalır. Hava soğutmalı bir kondenserde ise 35 °C'lik havaya ısı verebilmek için yoğuşmanın 45–50 °C aralığına çıkması gerekir.

Bu 10 K civarındaki fark, su soğutmalı kurgunun asıl gerekçesidir. Sektörde genel kabul, yoğuşma sıcaklığındaki her 1 K düşüşün çevrimin harcadığı enerjide yüzde 2–3 mertebesinde azalma getirdiğidir. Hesabı burada kesmek yanıltır: kule fanı ve kondenser pompası da yıl boyu elektrik harcar ve bu tüketim kazancın bir bölümünü geri alır. Net fark, tesisin çalışma saatine ve kulenin gerçekten temiz tutulup tutulmadığına bağlıdır.

Su soğutmalı chiller ne kadar su tüketir?

Bu soruyu tahminle geçiştirmeye gerek yok; buharlaşma ısısından adım adım çıkar. 100 kW soğutma yükü olan bir tesis üzerinden gidelim; kapasite olarak 86.000 kcal/h veren KPLN 100.2 bandı.

1. Yoğuşmada atılacak ısı. Kondenser, sudan çekilen ısıya kompresörün harcadığı işi de ekleyerek atar. Sektörde tipik olarak bu toplam, soğutma kapasitesinin 1,2–1,3 katı mertebesindedir. 1,25 alalım: 100 × 1,25 = 125 kW.
2. Buharlaşan su. Kulede ısının neredeyse tamamı suyun buharlaşmasıyla atılır. Bu sıcaklık aralığında 1 kg suyu buharlaştırmak yaklaşık 2.400 kJ ister. 125 kJ/s ÷ 2.400 kJ/kg = 0,052 kg/s; 3.600 ile çarpınca 187 kg/h, yani saatte yaklaşık 187 litre.
3. Blöf (blowdown) suyu. Buharlaşan su tuzunu havuzda bırakır, kalan su derişir. Derişimi sınırlamak için havuzdan sürekli su atılır. Konsantrasyon katsayısı 4 alınırsa, yani havuz suyu şebeke suyunun dört katı derişimde tutulursa, blöf = 187 ÷ (4 − 1) = 62 L/h.
4. Sürüklenme. Damla tutucudan kaçan su, dolaşım debisinin on binde biri mertebesindedir; burada saatte birkaç litre. Küçük, ama sıfır değil.
5. Toplam takviye. 187 + 62 ≈ 250 L/h. Günde 20 saat çalışan bir tesiste 5 m³/gün, yılda 250 iş günü için 1.250 m³.

Ölçek büyüdükçe rakam doğrusal büyür:

Soğutma yükü	Yoğuşma yükü	Buharlaşma	Blöf	Toplam takviye	Günlük (20 saat)	Yıllık (250 gün)
100 kW	125 kW	187 L/h	62 L/h	250 L/h	5,0 m³	1.250 m³
200 kW	250 kW	375 L/h	125 L/h	500 L/h	10,0 m³	2.500 m³
300 kW	375 kW	562 L/h	187 L/h	750 L/h	15,0 m³	3.750 m³
400 kW	500 kW	750 L/h	250 L/h	1.000 L/h	20,0 m³	5.000 m³

Buradaki asıl mesele su faturası değil, suyun kesintisiz bulunabilmesi. Kule susuz kalırsa kondenser suyu ısınır, yoğuşma basıncı yükselir ve chiller yüksek basınçtan durur. Şebekesi mevsimlik kesintiye giren bir bölgede bu, üretimin de durması demektir.

İlk yatırımda neyi neyle karşılaştırıyorsunuz?

Karşılaştırmanın sık yapılan hatası, iki makinenin gövdesini yan yana koymaktır. Su soğutmalı bir chiller'ın gövdesi gerçekten daha küçüktür; kondenseri kanatlı bir batarya değil kompakt bir eşanjördür ve fan taşımaz. Ancak satın aldığınız şey o gövde değil, sistemin tamamıdır.

Hava soğutmalı kurguda kalem listesi kısadır: makine, oturacağı platform, elektrik beslemesi, proses su hattı. Kuleli kurguda liste şöyle uzar:

• Soğutma kulesi ve taşıyıcı çeliği, çatıya konacaksa statik kontrolüyle birlikte
• Kondenser pompası, çoğu tesiste bir de yedeği
• Kule ile chiller arasındaki gidiş-dönüş hattı, vanalar, süzgeç
• Su şartlandırma ünitesi: dozaj pompaları, kimyasal tankı, iletkenlik ölçer, otomatik blöf vanası
• Kule fanı için ayrı besleme ve kumanda
• Kışa hazırlık donanımı: havuz ısıtıcısı ya da drenaj düzeni
• Mekanik proje ve devreye alma işçiliği

Bu kalemlerin toplamı, hava soğutmalı bir grubun vinçle yerine konup iki hattının bağlanmasıyla kıyaslanmaz. Küçük ve orta kapasitelerde düşük yoğuşma sıcaklığından gelen enerji kazancı, kuleli kurgunun getirdiği ek yatırımı ancak uzun sürede karşılar. Ölçek büyüdükçe ve yıllık çalışma saati arttıkça denge tersine döner; kuleli sistemlerin sürekli çalışan büyük tesislerde yoğunlaşmasının sebebi budur.

Bakım yükü: elinizi neye değdiriyorsunuz?

Hava soğutmalı bir grupta ısıyı atan tek bir yüzey vardır: kondenser kanatları. Kirlendiğinde gözle görürsünüz; temizliği, kanat yönünde basınçlı hava ya da düşük basınçlı su ile yapılan bir iştir. Kuleli sistemde ısı atma zinciri iki kademelidir, önce kondenser boruları sonra kule dolgusu, ve bu iki yüzeyden herhangi biri kirlendiğinde zincir kırılır.

Periyot	Hava soğutmalı grupta	Kuleli sistemde ayrıca
Haftalık	Su filtresi temizliği, gözle sızıntı kontrolü	Havuz seviyesi, iletkenlik okuması, kimyasal tankı
Aylık	Kondenser kanatlarının temizliği, fan kontrolü	Dolgu ve damla tutucu kontrolü, havuz süzgeci
Üç aylık	Basınç değerlerinin kaydı	Kondenser yaklaşma farkının ölçülüp kaydedilmesi
Altı aylık	Elektrik bağlantıları, emniyet elemanlarının denenmesi	Su analizi, biyolojik yük kontrolü
Yıllık	Kaçak kontrolü, genel performans testi	Kule dolgusunun sökülüp yıkanması, kondenser borularının mekanik temizliği
Mevsimlik	Dış devrede glikol oranı ölçümü	Kışa hazırlık: havuz drenajı ya da ısıtıcı, hatların boşaltılması

Kule suyu açık bir devredir; havayla, tozla ve gün ışığıyla temas eder. Bu yüzden korozyon ve kireç kadar biyolojik büyüme de yönetilmek zorundadır. Kapalı bir hava soğutmalı kurguda bu başlıkların hiçbiri yoktur. İki sistemin ortak bakım kalemleri için periyodik bakım rehberi yeterli bir çerçeve verir.

Yerleşim: hangisi nereye sığar?

Hava soğutmalı grup tek parçadır ama etrafında hava ister. Cihazın oturduğu alan kadar önemlisi, emiş yüzeyinin önündeki serbest koridor ve atık havanın gidebileceği yön. Duvara sıkışmış bir kondenser ya da kendi sıcak havasını yeniden emen bir yerleşim, yani hava kısa devresi (short circuiting), makineyi hiç arıza vermeden nominalin altına indirir.

Kuleli kurgunun yerleşim avantajı gerçektir: chiller makine dairesinin içinde kalabilir, üretim alanına ne fan gürültüsü ne de atık ısı taşınır. Bedeli, kulenin bir yere konması gerekmesidir. Çatıya çıkıyorsa dolu havuzun ağırlığı ve titreşimi hesaba katılır; kulenin nemli çıkışının komşu havalandırma emişlerine, cepheye ve kışın yürüme yollarına etkisi düşünülür. Boru güzergâhı da bir kalemdir: uzayan hat basınç kaybı, kot farkı ise pompa emişi sorunu demektir.

Bu tarafta gördüğümüz klasik yerleşim yanlışı, iki kuleyi birbirine çok yakın koymak ya da kuleyi bir kazan bacasının, jeneratör egzozunun yanına yerleştirmektir. Kule kendi nemli çıkışını veya yanındakinin çıkışını emmeye başladığında yaş termometre yükselir; kule kapasitesi düşer, kondenser suyu ısınır ve fatura chiller'a çıkar. Hava soğutmalı tarafın birebir karşılığı ise makineyi kapalı bir odaya alıp kapıyı kapatmaktır.

Hangi tesiste hangisi mantıklı?

Aşağıdaki tablo, seçimi tek başına belirleyebilen koşulları topluyor. Bir satır sizin durumunuza net uyuyorsa karar büyük ölçüde verilmiş demektir.

Tesisin durumu	Mantıklı olan	Gerekçe
Toplam yük 150 kW'ın altında, tek grup	Hava soğutmalı	Kule, pompa ve şartlandırma kalemleri bu ölçekte kendini taşımaz
Su temini kesintili ya da su kısıtlı bir bölge	Hava soğutmalı	Kule yılda binlerce m³ takviye ister; su kesintisi doğrudan soğutmayı durdurur
Su takibini üstlenecek düzenli teknik ekip yok	Hava soğutmalı	Şartlandırma aksarsa kuleli sistemin verim avantajı bir sezonda erir
Cihaz dışarıya, açık alana konabiliyor	Hava soğutmalı	Isıyı atacağı hava zaten orada; ikinci bir su devresi gereksiz
Vardiyalı ama kesintili çalışma, mevsimle değişen yük	Hava soğutmalı	Mevsimlik kule hazırlığı ve havuz donma koruması ortadan kalkar
Yük birkaç yüz kW'ı aşıyor ve yıl boyu tam yüke yakın çalışılıyor	Su soğutmalı değerlendirilir	Düşük yoğuşma sıcaklığının kazancı ancak yüksek çalışma saatinde anlam kazanır
Makine iç mekânda kalmak zorunda, dışarı hava atılamıyor	Su soğutmalı	Isıyı bina dışına taşımanın tek yolu su devresidir
Emiş havası kronik olarak 40 °C üzerinde (dökümhane, fırın hattı yakını)	Su soğutmalı ya da kondenseri uzağa taşınmış kurgu	Hava soğutmalı grubun kapasitesi sıcak emiş havasında düşer
Tesiste zaten işleyen kule ve şartlandırma altyapısı var	Su soğutmalı	Yatırımın en ağır kalemi kurulu; eklenen maliyet düşük kalır

Birkaç satır aynı anda geçerliyse ağırlığı su tarafı belirler: kule kuran her tesis, aynı zamanda su işleten bir tesis olmayı kabul eder. Seçimi etkileyen diğer başlıklar (ısı yükü, hedef su sıcaklığı, kompresör adedi, tank hacmi) su soğutma grubu seçimi sayfasında ayrı ayrı duruyor.

KPLN serisi neden hava soğutmalı, sınırı nerede?

KPLN gamı 23.000 ile 345.000 kcal/h arasında on bir modelden oluşur ve tamamı hava soğutmalı paket tiptir. Gerekçesi bu kapasite bandının sahadaki tipik kullanımıdır: bir enjeksiyon atölyesi, bir lazer kesim hattı ya da bir kaplama tesisi çoğunlukla kule işletecek altyapıya ve suyu düzenli takip edecek ekibe sahip değildir. Makinenin sahaya gelip iki hattının bağlanmasıyla çalışması, bu tesislerde kâğıt üzerindeki verim farkından daha değerli çıkar.

Sınırları da açık yazmak gerekir:

• Ortam sıcaklığı. Katalog kapasiteleri 12/7 °C su rejimi ve 35 °C ortam sıcaklığı için geçerlidir. Emilen hava bu değerin üzerine çıktığında kapasite düşer. Güneş alan bir çatı ya da sıcak bir proses hattının dibi, nominal değeri sahada bulamamanızın en sık sebebidir.
• Su rejimi. Proses 7 °C'nin altında su istiyorsa kapasite yine düşer; devreye glikol girdiğinde ayrıca düşer. Bu iki etki hava-su ayrımından bağımsızdır ama seçimde birlikte hesaplanır.
• Serbest hava. Isıyı atacak havayı veremeyen bir yerleşimde hava soğutmalı grup doğru seçim değildir. Kapalı bir makine dairesine kanal çekerek bu işi çözmeye çalışmak çoğu zaman ikinci bir problem üretir.
• Sürekli tam yük. Gamın üst ucunda ve yıl boyu tam yüke yakın çalışan bir profilde kuleli kurgunun enerji avantajı ödenir hale gelir; böyle bir tesiste su soğutmalı seçeneği masada tutmakta fayda var. Veri merkezi ve elektronik gibi kesintisiz yük profilleri ve tekstil boyama gibi yüksek, sürekli ısı yükü taşıyan tesisler bu tarafa yakın durur.

Sahada en sık gördüğümüz kurgu hatası

Kuleli sisteme geçen tesislerde tekrar tekrar aynı şeyi görüyoruz: karar enerji hesabıyla veriliyor, ama suyun sorumluluğu kimseye zimmetlenmiyor. Dozaj pompası ilk ay çalışır, kimyasal biter, kimse doldurmaz. İletkenlik ölçer bozulur ya da otomatik blöf vanası kireç yapıp kapalı kalır. Altı ay sonra kondenser borularının iç yüzeyinde ince bir film oluşur. Gözle görünmez, alarm vermez, üretimi durdurmaz.

Göstergesi tektir ve ölçmesi beş dakika sürer: kondenser suyu çıkış sıcaklığı ile yoğuşma sıcaklığı arasındaki fark, yani yaklaşma (approach). Devreye alma günü bu farkı, o anki yükle birlikte bir yere yazın. Aynı yükte üç ay sonra tekrar ölçün. Fark 2–3 K büyümüşse borular kirlenmiştir ve kuleli sistemi seçme gerekçeniz olan verim avantajı çoktan gitmiştir. Kimse fark etmez, çünkü makine hâlâ istenen sıcaklıkta su veriyordur; sadece bunu yapmak için belirgin biçimde daha fazla enerji harcıyordur. Temmuzda yüksek basınçtan durduğunda ise olay "chiller arızası" diye kaydedilir.

Hava soğutmalı tarafta aynı ihmalin karşılığı çok daha görünürdür. Kanatlar tozla, tiftikle ya da yağ buharıyla kapanır; makinenin önünden geçen herkes bunu fark eder ve bir saatlik temizlik işi durumu geri döndürür. Görünür bir bakım işi, görünmez bir bakım işinden her zaman daha güvenlidir. İki sistem arasındaki en az konuşulan, saha sonuçlarında ise en çok fark yaratan ayrım budur.

Yükünüzü, istediğiniz su sıcaklığını ve cihazın duracağı yerin havasını paylaşırsanız KPLN gamından uygun modeli birlikte belirleriz; teklif formu bunun için yeterli.

Sıkça sorulanlar

Tüm yazılar