ENERJİ EKONOMİSİ - Deneme Sınavı - 2

Dışarıya atılan ısının geri kazanılması sonucu doğrudan ve dolaylı pek çok olumlu katkı ortaya
çıkmaktadır. Enerji maliyetlerindeki azalma, verimdeki artma ve üretimin birim maliyetindeki azalma doğrudan katkı olarak değerlendirilmektedir.

Dolaylı katkı olarak ise sağlanan enerji tasarrufu nedeni ile daha az yakıt kullanılacağından, çevreye verilmekte olan karbonmonoksit, azotoksit, kükürtoksit gibi emisyonlarda azalma ortaya çıkmaktadır.

Isı geri kazanımı amacıyla yapılan yatırımın;

geri ödeme süresinin kısa olması

ekipmanların ısı geri kazanım veriminin yüksek olması ve

düzenli bir işletme sağlanması tercih edilmektedir. Düzenli işletmenin, projeyi çok iyi bir şekilde hazırlaması, işletme sırasında da düzgün kayıt tutması ve bakım işlemlerinin düzenli yapması gerekmektedir.

Isı geri kazanım sistemlerinin, ilk yatırım masrafı ve enerji maliyetlerini azaltabilmesi için tasarım aşamasında aşağıda
sıralanan noktalara dikkat edilmesi gerekmektedir.
• Alternatif uygulanabilecek tüm ısı geri kazanım sistemleri ve cihazlarının teknik açıdan projeye uygunluğu incelenmelidir.
• Karşılaştırma amacıyla uygulanma potansiyeli olan her alternatif için ilk yatırım ve enerji maliyet hesapları yapılmalıdır.
• Uygulanacak ısı geri kazanım sistemi nedeniyle kullanılacak daha büyük fan ve motor gibi cihazların ilk yatırım maliyetlerine getireceği ilave artışlar dikkate alınmalıdır.
• Sistemde kullanılacak daha küçük soğutma makineleri, ısı eşanjörleri ve pompaların ilk yatırım maliyetinde ortaya çıkaracağı azalmalar hesaplanmalıdır.
• Cihazların amortisman süreleri ve kullanılacak ana paradaki azalmanın getireceği finansal avantajlar hesaplanmalıdır.
• Kullanılan ısı geri kazanım cihazlarının bakım masrafları hesaplanmalıdır.
• Ayrıca ısı geri kazanım cihazlarının sisteme getireceği karmaşıklık kalifiye bir işletme personeli ihtiyacı gerektireceği dikkate alınmalıdır.

İşletmenin tüm proses adımlarının topluca görülebilmesi için işletmedeki tüm akış şemasının oluşturulması gerekmektedir. Bu akış şemasında işletmedeki tüm proses adımlarının yanında enerji taşıyan maddelerin akışları da görülmektedir.

Bu şema üzerinde madde miktarları, sıcaklık, basınç, nem ve kirlilik derecesi gibi özellikler de verilmelidir.

Isı transfer yüzeyinin artırılmasını sağlayan kanatçık uygulaması plakalı tip ısı değiştiricilerinde de kullanılabilmektedir. Plakalı tip ısı değiştiricilerinde soğuk ve sıcak akışkan bir plaka yüzey ile ayrılmaktadır.

Soğuk ve sıcak akışkanın her ikisi de sıvı olduğunda plakalı tip ısı değiştiricilerinde ısı transferi daha hızlı gerçekleşmektedir.

Plakalı tip ısı değiştiricilerinin avantajlı yönlerinden birisi kirlenmenin daha az olmasıdır. Bunun nedeni, plakalı tip ısı değiştiricilerinde ortaya çıkan yüksek türbülansın, tortu ve birikintilerin uzaklaştırılmasını sağlamasıdır. Plakalı tip ısı değiştiricilerinde akışkan hızının düşük olduğu bölge bulunmamaktadır.

Plakalı tip ısı değiştiricilerinin başka bir avantajı ise temizlik ve bakım işlemlerinin daha kolay olmasıdır.

Ayrıca bu tip ısı değiştiricilerinde ek kapasite ihtiyacı duyulduğunda ek ısıtma yüzeyi kolaylıkla eklenebilmektedir. Değişik malzemeler dikkate alındığında, pek çok malzeme için boru tipi ısı değiştiricilerinin konstrüksüyonunda birim alan başına boru maliyeti, plakalı tip ısı değiştiricilerinde kullanılan malzemenin maliyetinden daha yüksektir.

Diğer bir anlatımla birim alanbaşına malzeme maliyeti genellikle boru tipi ısı değiştiricilerinde yüksektir. Boru tipi ısı değiştiricilerinin avantajlı yönü ise basınç ve sıcaklık aralıklarının plakalı tip ısı değiştiricilerine göre daha fazla olmasıdır.

ısı geri kazanım ekipmanları şunlardır: plakalı tip ısı değiştiricileri, boru tipi ısı değiştiricileri, döner tip ısı değiştiricisi, ısı boruları, sıvı akışkanlı endirekt ısı değiştiriciler, gaz kullanan en direkt ısı değiştiriciler, ekonomizörler, reküperatörler, atık ısı kazanları, ısı pompaları, atık maddelerden yararlanma ve çöp yakma fırınları.

Boru tipi ısı değiştiricileri sanayide çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Sanayide kullanılan ısı değiştiricilerinin yarısından çoğunun borulu tip ısı değiştiricileri olduğu kaydedilmektedir

Sanayide atık enerjinin kullanımına yönelik en yaygın uygulama atık gazlar vasıtasıyla olmaktadır.
Gazlardan atık ısının geri kazanılmasında en çok karşılaşılan uygulama atık ısı kazanı kullanımıdır.

Bu uygulamada işletmenin sıcak su ve ısıtma ihtiyacı atık ısıdan alınan enerji yoluyla gerçekleştirilmektedir.

Atık gazın enerjisinden yararlanıldığı diğer bir uygulama ise, proseste gerekli olan havanın ön
ısıtılmasıdır.
Diğer bir uygulama havalandırma sistemlerinde atılan ısının geri kazanılması yoluyla taze havanın ön
ısıtılmasıdır. Bu uygulamada yazın dışarıdan alınan havanın ön soğutulması, kışın ise dışarıdan alınan havanın ön ısıtılması sağlanmaktadır. Her iki durumda da, klima sisteminin ısıtma ya da soğutma yükünde azalma sağlanmaktadır.

Atık gazın enerjisinden yararlanılmasında kullanılan diğer bir yol ise atık gazın bünyesinde bulunan
buharın yoğuşturulmasıyla sağlanan enerji geri kazanımıdır.buharın yoğuşma enerjisi kazana giren
suyun ön ısıtılmasında kullanılır.

Isı geri kazanım ekipmanlarının seçiminde atık akışkanın sıvı ya da gaz halinde olması, atık akışkanın enerjisinin kullanım amacı, atık akışkanın sıcaklığı ve kirliliği gibi çeşitli faktörler bulunmaktadır.

Isı transferi veriminde daha ileri bir gelişme higroskopik döner tip rejeneratörleri ile mümkün olmuştur.

Atık gazın yalnız duyulur ısısını değil aynı zamanda gizli ısısını da geri kazanabilmektedir. 

diğer döner tip rejeneratörlerden daha pahalıdır.

Higroskopik döner tip rejeneratörler özellikle binalardaki ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme sistemlerine uygundur.

Döner tip rejeneratörler, piyasada geniş bir sıcaklık aralığında korozyon ve ısıl gerilimlere dayanabilecek

Isı borusu çoğu zaman gazdan gaza ısı geri kazanımı amacı ile kullanılır.Isı borularının başlıca kullanıldığı endüstriyel tesis uygulamaları aşağıda verilmiştir:

Havalı kurutucuların taze hava girişinde,

otomobil boya kurutma fırınlarında,

tuğla ocakları taze havagirişinde,

tahıl kurutucularında,

boya sprey kabinlerinde,

endüstriyel kurutma işlemlerinde,

soğutucuların girişinde,

fosfatlama tesislerinde,

kurutma işlemlerinde,

tekstil fırınlarının taze hava girişlerinde.

Proses sonucunda dışarıya atılan sıcak gaz ya da sıvının enerjisinden yararlanmak için ısı değiştiricileri kullanılmaktadır. Isı değiştiricilerin çalışma prensibi şu şekildedir: Isı değiştiricisinin bir tarafından atık sıvı ya da gaz; diğer taraftan ise ısıtılmak üzere yollanan gaz ya da sıvı girmektedir. Atık sıvı ya da gaz enerjisini vererek soğumuş olarak çıkarken ısıtılmak üzere yollanan gaz ya da sıvı atık enerjiden yararlanılarak sıcaklığı artmış olarak çıkmaktadır. Isı değiştiricileri endüstride "ısı eşanjörleri" olarak da anılmaktadır. Isı değiştiricilerinde genellikle akışkanlar birbirine temas etmemektedir. Endüstride, borulu ve plakalı tip ısı eşanjörleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tip ısı eşanjörlerinde her iki taraftaki akışkan sızdırmaz bir yüzeyle ayrılmaktadır. Yüzeyin bir tarafından atık ısı dolaşırken, öbür tarafından düşük sıcaklıktaki akışkan geçmektedir. Böylece atık ısının enerjisi ısı transferi yoluyla diğer taraftaki akışkana aktarılmaktadır.

Isı geçişi, yüksek sıcaklıktaki bir madde ya da ortamdan daha düşük sıcaklıktaki bir madde ya da ortama sıcaklık farkından dolayı ısının taşınmasıdır. Bu olay, iki ortam veya maddenin sıcaklıkları eşitlenene kadar devam eder.

Isı geri kazanım sistemlerinin, ilk yatırım masrafı ve enerji maliyetlerini azaltabilmesi için tasarım aşamasında aşağıda sıralanan noktalara dikkat edilmesi gerekmektedir.
• Alternatif uygulanabilecek tüm ısı geri kazanım sistemleri ve cihazlarının teknik açıdan projeye uygunluğu incelenmelidir.
• Karşılaştırma amacıyla uygulanma potansiyeli olan her alternatif için ilk yatırım ve enerji maliyet hesapları yapılmalıdır.
• Uygulanacak ısı geri kazanım sistemi nedeniyle kullanılacak daha büyük fan ve motor gibi cihazların ilk yatırım maliyetlerine getireceği ilave artışlar dikkate alınmalıdır.
• Sistemde kullanılacak daha küçük soğutma makineleri, ısı eşanjörleri ve pompaların ilk yatırım maliyetinde ortaya çıkaracağı azalmalar hesaplanmalıdır.
• Cihazların amortisman süreleri ve kullanılacak ana paradaki azalmanın getireceği finansal avantajlar hesaplanmalıdır.
• Kullanılan ısı geri kazanım cihazlarının bakım masrafları hesaplanmalıdır.
• Ayrıca ısı geri kazanım cihazlarının sisteme getireceği karmaşıklık kalifiye bir işletme personeli ihtiyacı gerektireceği dikkate alınmalıdır.

Isı iletim katsayısı, Bir metre uzunluğundaki malzemenin ayırdığı iki ortam arasındaki sıcaklık farkı
bir Kelvin olduğunda, kullanılan bu malzemeden, Watt biriminde geçen ısı miktarını tanımlamaktadır.

Sanayide atık enerjinin kullanımına yönelik en yaygın uygulama atık gazlar vasıtasıyla olmaktadır.
Gazlardan atık ısının geri kazanılmasında en çok karşılaşılan uygulama atık ısı kazanı kullanımıdır. Bu uygulamada işletmenin sıcak su ve ısıtma ihtiyacı atık ısıdan alınan enerji yoluyla gerçekleştirilmektedir. Atık gazın enerjisinden yararlanıldığı diğer bir uygulama ise, proseste gerekli olan havanın ön ısıtılmasıdır. Diğer bir uygulama havalandırma sistemlerinde atılan ısının geri kazanılması yoluyla taze havanın ön ısıtılmasıdır. Bu uygulamada yazın dışarıdan alınan havanın ön soğutulması, kışın ise dışarıdan alınan havanın ön ısıtılması sağlanmaktadır. Her iki durumda da, klima sisteminin ısıtma ya da soğutma yükünde azalma sağlanmaktadır.
Atık gazın enerjisinden yararlanılmasında kullanılan diğer bir yol ise atık gazın bünyesinde bulunan buharın yoğuşturulmasıyla sağlanan enerji geri kazanımıdır.

Atık sıvıların enerjisinden yararlanmak amacıyla sanayide sıvıların birbirine karışmadığı ısı değiştiricilerinden yararlanılmaktadır. Böylece atık sıcak sıvının enerjisi, ısıtılmak istenen soğuk sıvıya aktarılmaktadır. Bu iki sıvının birbirine karışmaması için sıvılar birbirinden boru ya da plaka yüzeylerle ayrılmaktadır. Sanayide sıvılardan atık ısı geri kazanımı farklı uygulamalarla yaygın olarak kullanılmaktadır. Sıvılardan atık ısı geri kazanımında da ısı transfer yüzeyini artırmak amacıyla kanatçık uygulaması kullanılmaktadır. Soğuk ve sıcak akışkanın her ikisi de sıvı olduğunda plakalı tip ısı değiştiricilerinde ısı transferi daha hızlı gerçekleşmektedir.

Atık enerjiden yararlanılırken kullanılan başlıca ısı geri kazanım ekipmanları şunlardır: plakalı tip ısı değiştiricileri, boru tipi ısı değiştiricileri, döner tip ısı değiştiricisi, ısı boruları, sıvı akışkanlı endirekt ısı değiştiriciler, gaz kullanan en direkt ısı değiştiriciler, ekonomizörler, reküperatörler, atık ısı kazanları, ısı pompaları, atık maddelerden yararlanma ve çöp yakma fırınları.

Döner tip ısı değiştiricileri biri egzoz gazı, diğeri giriş havasını taşıyan bitişik iki kanal içerisinde yer almaktadır. Bu tür ısı değiştiricisinde gaz akışı ters yöndedir. Tekerlek dönerken içinden geçen sıcak gazdan ısıyı absorbe eder ve daha sonra soğuk giriş havasına ısıyı transfer eder. Yeni uygulamalarda higroskopik tekerlek ile ısının yanı sıra nem de transfer edilebilmektedir.

Reküperatörlerin sakıncaları ise şunlardır:
• Havanın ısınması stoker ve ocak duvarlarının refrakterlerinde çabuk bozulmalarına neden olduğundan ilave bir bakım masrafı doğurur.
• Sıcak hava içine karışabilen yanıcı tozlar tutuşarak önemli tahribat yaratabilir.
• Reküperatörün mümkün olduğu kadar küçük projelendirilmesi, vantilatör ve kanalların tasarımı
dikkatli ön çalışma gerektirir.
• Hava ve duman tarafındaki kaçakların tespiti kolay değildir. Ancak bu kaçakların neden olduğu korozyon ileri bir tahribat yaptıktan sonra kaçak yeri bulunabilir. Bu durumda da tamirat masrafı fazladır.

Çizelge 1.1 Endüstride En Çok Karşılaşılan Maddelerin Kalorifik Değerleri başlıklı çizelgede yer almaktadır.