TEKNİK BİLGİLER

DÖRT YOLLU VANALAR ve KULLANIMLARI
TERMODINAMIK
Sayı - 24
Nural Tuncer
Kalorifer Tesisatlarında Dört Yollu Vanalar
Isıtma sistemleri için çok yararlı bu eleman, başlangıçta tesisat tatbikatçıları tarafından ek bir
külfet gibi karşılanmış, ancak kullanıldıkça tesisatlarındaki pek çok sorunun kalktığını, ısıtma
devrelerinin dengeli çalıştığını, önemli ölçüde ısı ekonomisi sağladığını görmüşlerdir. Bu
yazımızda, dünyada ve yurdumuzda kullanımı günden güne artan ve tesisatlarda önemli bir
işlevi yerine getiren DÖRT YOLLU VANA’ların faydalarını, çalışma şekillerini, tesisata
bağlantılarını ve seçimlerini açıklayacağız.
DÖRT YOLLU VANALARIN SAĞLADIĞI FAYDALAR
1- Dört Yollu vanalı sistemlerde kazan suyu sıcaklığı sabit tutulur; tesisata giden suyun
sıcaklığı Dört Yollu vana ile ayarlanır. Kazanın sabit sıcaklıkta çalışması,yanmayı
mükemmelleştirir, kazanın verimini arttırır ve ömrünü uzatır.
2-Dört Yollu vana içindeki by-pass devresi vasıtasıyla, kazana dönüş suyu sıcaklığını
50°C’nin altına düşürmez, kazanı alçak sıcaklık korozyonundan korur.
3-Binaların kuzey-güney cephelerinde dengeli ısınma sağlar.
4-Merkezi ısıtmalı birden fazla bloktan oluşan sitelerde, her binanın dengeli ve düzenli
ısınmasını teinin eder.
5-Boylerden her mevsimde sabit sıcaklıkta su alınır.
6-Radyatörün bulunduğu bölgedeki toz yanmasını önler.
7-Borulardaki ısı kaybını azaltır.
8-Tesisatın sıcaklık ayarı için en basit ve mükemmel çözümdür.
9-Bütün bunların neticesinde, yakıt tüketiminde önemli ölçüde ekonomi sağlar.
Bu faydaların nasıl sağlandığı, Dört Yollu vanaların çalışma şekli anlatıldıktan sonra sırasıyla
açıklanacaktır. DÖRT YOLLU VANALARIN ÇALIŞMA SEKLİ (Sekil la ve lb) Kazandan
gelen sıcak su ile radyatörlerden dönen soğumuş su, dört yollu vanada karışır. Bu karışım
suyunun bir kısmı radyatörlere gider, diğer kısmı da kazana geri döner. Dört yollu vananın
kolunu çeşitli konumlara getirerek, kazan suyu ile tesisat dönüş suyu değişik oranlarda
karıştırılır ve radyatörlere istenen uygun sıcaklıktaki su gönderilir. Dış hava sıcaklığı
düştüğünde vana biraz açılarak radyatörlere daha sıcak su (65°C gibi), hava sıcaklığı
yükselmeye başlandığında ise, vana biraz kapatılarak daha soğuk su (40°C gibi) gönderilir.
Radyatörlere gönderilen suyun sıcaklığını, dış hava sıcaklığına bağlı olarak, dört yollu
vananın açıklık konumunu değiştirerek, muhtelif değerlerde gönderebilirsiniz (Bakınız Tablo
1).
Yukarıda saydığımız dört yollu vanaların faydalarını tek tek daha geniş olarak
açıklayalım : 1- Kazan suyu sıcaklığının sabit tutulması ile kazan veriminin artması . Kazan
suyu sıcaklığının sabit tutulması için sıvı yakıtlı kazanlarda, kazan termostatı (örneğin
75°C)ye ayarlanır. Kazan daima sabit sıcak olacağından, yanma mahallinde yakıt mükemmele
yakın bir yanma ile yanar. Sıcaklığı bir düşürülüp, bir çıkartılan kazanlarda (termostatla
kumanda sekli) ise soğuk yanma bölgesinde tam yanmayan yakıtın büyük bir kısmı
yararlanılamadan bacadan atılır.
Sabit sıcaklıkta çalışan kazanlarda, kazan devamlı aynı sıcaklıkta tutulduğundan, kazan
malzemesi aynı şartlarda çalışma nedeniyle uzun ömürlü olacaktır. Kazan sıcaklığını
(termostatla) değiştirme ile yapılan ayarlamalarda ise kazan ısınıp, soğuyacağından, kazanın
malzemesi kısa zamanda yorulur ve kazanın ömrü kısalır.
2-Kazanın korozyondan korunması:Dört yollu vananın bir diğer işlevi de, vana açıklık
konumu ne olursa olsun,kazandan çıkan suyun bir kısmını kazan dönüşüne göndererek (by-pass), kazana dönüş
suyu sıcaklığını 50°C’nin altına düşürmemesidir. Bu sıcaklık 50°C’nin altına düştüğünde
yakıt içerisindeki (S02) ve (S03) gazları su bu harı ile birleşerek (H2S03) ve
(H2S04) asitlerini meydana getirir. Bu asitler kazan malzemesinin kısa zamanda aşınıp,
delinmesine neden olurlar.
Kazan yüzey sıcaklığı 50°C’nin altına düştüğünde korozyon eğrisi birdenbire
yükselmektedir. Diyagramda, korozyonun en az olduğu sıcaklık aralığı (50-90°C)dir.
3-Kuzey-Güney cephelerinin dengeli ısınması /Binaların kuzey ve güney cepheleri,
birbirlerinden farklı dış hava koşulları etkisinde olduğundan, çoğunlukla güneyde oturanlar
fazla ısınmaktan, kuzeydekiler ise ısınamamaktan yakınırlar.
Sekil 2’de görüldüğü gibi, binanın kuzey ve güney tarafları ayrı ayrı birer dört yollu vana ile
beslenirlerse, fazla ısınan güney tarafın dört yollu vanası biraz kısılır, kuzey tarafın dört yollu
vanası ise yeteri kadar açılır. Böylece binanın yapımından sonra çevresinde yeni
yapılanmalardan da ileri gelebilecek değişimlere uyum sağlanmış olur. Bu şekilde tek
kazanla, binanın kuzey tarafı 75°C, güney tarafı 65°C ile, iki farklı sıcaklık elde edilir.
Sonuçta, proje yapılırken ne denli titiz davranılırsa davranılsın, uygulamada çıkacak
değişiklikler nedeniyle doğacak ısınma dengesizlikleri dört yollu vanalar ile giderilebilir.
SEKİL2
Tesisatın dönüş hatlarında iki devrenin birleşim noktalarında akısın düzgün olabilmesi için,
aşağıda anlatılacak ENJEKTÖR’ler muhakkak konmalıdır. Ayrıca, bu tesisat devresinde
dikkat edilecek mühim bir husus; her dört yollu vanadan sonra, ait olduğu devredeki su
dolaşımını sağlayacak birer pompanın devreye konmasıdır. 4- Merkezi ısıtmada birden fazla
blokun ısıtılması : (Sekil 3) Merkezi kazan dairesinde, kazanların sıcak su çıkışları, çıkış
kollektöründe toplanır. Bu kollektöre Dört yollu vana bağlanır. Dört yollu vanadan sonra
bütün blokları dolasan bir RİNG DEVRESİ meydana getirilir. Ring devresinden her binanın
girişine birer üç yollu vana konur. Kazanların kollektöründen gelen sıcak su, ring devresinden
dönen soğumuş su ile karışarak tekrar ring devresine gönderilir. Dört yollu vana dış hava
sıcaklığına bağlı olarak açılıp, kısılarak ring devresine, dış hava şartlarına uygun sıcaklıkta su
sevkedilmiş olur.
Binaların altında bulunan üç yollu vanalar da, binaların ısınma özelliklerine göre açılıp,
kısılarak her bloğun dengeli ısınması sağlanır.
SEKĐL3
Dört yollu vananın çalısması otomatik kontrol sistemine bağlandığında, ring devresi
vasıtasıyla binaların otomatik olarak ısınması mümkündür.
Bu tesisat seklinde, ring devresi için ayn bir pompa, binalar için de ayrı birer pompanın
konması gereklidir. Binalardan dönen soğumus su ise, birer enjektör ile ring devresine
gönderilir.
Bu sistemin yararı, tüm siteyi tek bir devreden ısıtıp, sıcaklık ayarlama zorluğunu ortadan
kaldırması yanında, uzun mesafeli borularda kazan suyu sıcaklığına yakın bir sıcaklıkta su
gönderilmesi zorunluluğunu ortadan kaldır-masıdır. Zira dört yollu vana devrenin
gereksinimine uygun sıcaklıktaki suyu ring devresine göndereceğinden, borularda ısı kaybı
önemli ölçüde azalacaktır. 5- Boylerli sistemlerde dört yollu vanalar : (Sekil 4) ’te görüldüğü
gibi, dört yollu vanalar kalorifer tesisatını iki ana devreye ayınr.
I-Kazan devresi, kazandan çıkıp dört yollu vanadan geçe
rek tekrar kazana dönen devredir.
II-Tesisat devresi, dört yollu vanadan baslayarak, radyatörlerden geçip, tekrar dört yollu
vanaya dönen devredir. Kazan devresi sıcaklığı 75°C’dedir. Tesisat devresi ise dört yollu
vananın dıs hava sıcaklığına bağlı olarak açıklık konumuna uygun (örneğin 40°C)dedir.
Boyler, direkt kazan devresinden beslenir. Bu devre, radyatör devresi hangi sıcaklıkta olursa
olsun 75°C’dir. Boylerin her mevsimde iyi ısınmasını temin eden bu çözüm, dört yollu
vanaların ana fonksiyonlarından biridir. Boyler için ayrı pompa bulunmadığı hallerde, boyler
dönüsüne enjektör konması gereklidir. Enjektör, kalorifer pompasının basmıs olduğu suyun
kazana dönüs hızını arttırarak, boyler dönüsünü emecek ve boyler devresinin de iyi ısınmasını
temin edecektir.
6-Toz yanmasının önlenmesi .’Bilindiği gibi kalorifer projeleri mevsimin en düsük sıcaklık
ortalaması göz önü
ne alınarak yapılır. Kıs mevsiminin pek az kısmında meydana gelen bu düsük dıs hava
sıcaklığına göre tesisatı tüm kıs boyunca çalıstırmak doğru olmaz.
Dört yollu vanası bulunmayan tesisatlarda, kazanlardaki sıcak su direkt olarak radyatörlere
gönderilir. Bu genellikle 60°C’ye kadar ısıtılmasında basladığından, radyatörlerin bulunduğu
duvarlar ve perdeler kısa zamanda kirlenir. Ayrıca ısıtılan bölgede bu yanmanın neden olduğu
ve kalorifer kokusu denen ağır bir koku meydana gelir. Dört yollu vanalar, tesisatın
gereksinimine uygun sıcaklıktaki suyu radyatörlere gönderdiklerinden ve bu da genellikle
kazan suyu sıcaklığında olmadığından, radyatörlerin üzerindeki tozların yanması bahis
konusu olmayacaktır.
Çünkü dört yollu vanalı sistemlerde, radyatörlere ısı enerjisi kesintisiz olarak gönderilir ve
termostat set değerine göre on/off çalısan sistemde olduğu gibi, kazan suyu sıcaklığındaki
suyu radyatörlere gönderme gereği kalmaz.
7-Borulardaki ısı kaybının azatılması :Yukanda, radya törlerin ısıtılması için anlatılanlar,
burada da geçerlidir.
Kazan dairelerinden sonraki soğuk mahallerden geçen bo ruların içindeki suyun sıcaklığı ile
bu mahallerin sıcaklık ları arasındaki fark ne kadar fazla ise borulardaki ısı kaybı da o kadar
artacaktır. Hele uzun ve kalın boru çaplı hatlar da bu kayıp daha da fazla olacaktır.
Dört yollu vanalı sistemlerde ise, kazanın yüksek sıcaklığına rağmen dört yollu vanadan sonra
su sıcaklığı sistemin gerçek gereksinimi olan dereceye düsürüldüğünden, boruların geçtiği
ortam sıcaklığı ile boruların içerisinden geçen suyun sıcaklığı arasındaki fark ve neticede
borulardaki ısı kaybı da azalır. Bu sekilde ısı enerjisinde önemli bir ekonomi sağlandığı tesbit
edilmistir.
8-Tesisata otomatik kontrol cihazlarının bağlanması :
Tablo I’de görüldüğü gibi dört yollu vanalarla tesisatın dıs hava sartlarına uyumu çok kolayca
sağlanır. Kazan sabit sıcaklıkta tutulur, radyatörlerin devresi ise dıs hava sıcak lıklarına uygun
olarak dört yollu vana açılıp, kapatılarak ayarlanır. Bu gayet kolay ve basit bir islemdir.
Kazan dai resine çesitli dıs hava sıcaklıklarında vananın hangi ko numda olacağını belirten bir
tablo konur (Tablo I). Kazanı çalıstıran, dıs hava sartlarına göre vanayı uygun konuma
getirerek tesisatın ısı ayarını yapmıs olur. Bunu hava de ğisimlerine uygun olarak günde
birkaç defa yinelemesi gerekir. Ayrıca (Sekil 5)de gösterildiği gibi, dört yollu vana üzerine
motor monte edilerek vananın açılıp kapatılması otomatik olarak yapılabilir.
Tesisat yapılırken dört yollu vanayı tesisata monte etmek en doğrusudur. Zira tesisata daha
sonra otomatik kontrol cihazlarının monte edilmesi istendiğinde, tesisatı kesmek, yeniden
boru isçiliği yapmak pahalı olacaktır. Halbuki te-sissatta önceden dört yollu vana
bulunuyorsa, motor takmak ve otomatik kontrol cihazlarını monte etmek sadece elektrik
isçiliğini gerektirir. Bu hem ucuz, hem de kıs ortasında bile yapılabilecek kolay bir çözümdür.
DÖRT YOLLU VANALARIN TESĐSATA BAĞLANTI SEKĐLERĐ :
Dört yollu vanalar, tesisatın durumuna göre kazanın soluna veya sağına bağlanabilir. Burada
dikkat edilecek hususlar;
1-Vananın etiketindeki (0) daima kazan tarafına bakmalıdır. Bu dört yollu vananın etiketini
çevirmekle mümkün olur.
2-Vananın içindeki diskin konumunu da buna göre değistirmek gerekmektedir. Bunun için,
vana kolu çıkartılır, vana diskinin milinin ucu hem kırmızıya boyanmıstır, hem de eğelenerek
kırılmıstır. Vananın yarı açık konumunda kırmızı köse kazan tarafına bakmalıdır.
Not: Đmalattan normal olarak vanalar kazanın sağ tarafına monte edilecek sekilde çıkar.
Yukarıda izah edilen islem, vananın kazanın sol tarafına monte edilmesi hali içindir. Sekil 6-
Bir ring devresi üzerine birden fazla dört yollu vana monte edilmesi gerektiğinde, resimde
görüldüğü gibi dört yollu vanalar eğik olarak dizilebilir. Bu suretle boru bağlantıları kolay
yapılabildiği gibi, yerden de kazanılmıs olur.
Sekil 7-’de Dört yollu vanalar resimde görüldüğü gibi sekiz sekilde tesisata bağlanabilir.
Burada kaide, vanaya su girislerinin karsılıklı, çıkıslarının karsılıklı flençlerden yapılmasıdır.
MONTAJDA DĐKKAT EDĐLECEK HUSUSLAR
-Dört yollu vananın mili yere paralel olmalıdır.
-Vananın ön tarafında, ayar sonrası bakımlar ve motor bağlantısı olasılığı için yeterli yer
bırakılmalıdır.
-Monte edildikten sonra boruların kasılmaması için borular saloma ile ısıtılmalıdır.
TESĐSATTA POMPANIN YERĐ
Pompa tesisat gidisinde veya dönü sünde olabilir. Sadece, yukarıda açıklanan tesisat devresi
üzerinde bulunmalıdır. Tesisatın pompa basıncı altında kalması ve ileride otomatik kontrol
cihazı monte edildiğinde tesisata gidis suyu hissedicisine iyi karısım suyu gelebilmesi için
pompanın tesisatın gidis devresi üzerine konması doğru olur.
DÖRT YOLLU VANALARIN SEÇĐMĐ
1-Diyagram H’de dört yollu vananın bulunduğu devrenin ısı gücünü yatay eksende asağıda
(kw), yukarıda (Kcal/h) olarak bulunuz.
2-Buradan dik olarak yukarıya sistemin hesaplanması esas teskil eden 90/70°C sisteminde
At=20 K eğrisini sinceye kadar çıkınız. Diyagramın sol tarafındaki dik eksende devrede
dolasan suyun (l/h) olarak debisini okuyabilirsiniz.
3-Isı gücü ile At- eğrisinin kesistiği noktadan sağa yatay olarak çekilen çizgi, sağ tarafta koyu
olarak taranmıs alanda dört yollu vanaların karakteristik eğrileri ile kesi-secektir. Kesisen bu
nokta bize vananın çapını belirler. Bu noktadan asağıya inildiğinde ise dört yollu vanadaki
basınç düsümü "mbar" veya "kPa" olarak bulunur. Diyagramda taranmıs olan bölge dört yollu
vananın en iyi çalısma alanını gösterir. Bunu vanadan geçen suyun hızları belirler.
Diyagramın üst tarafında hız değerlerini (0.7-1.1 m/s) olarak görebilirsiniz. Bu değerlerin sağ
ve sol dısına doğru gidildiğinde ise dört yollu vana seçiminde yayrarla-nabilecek limit
değerlerini (0.3-1.25 m/s) okuyabilirsiniz.
4-Diyagramın üst ekseninde ise sol tarafta ısı gücünü (Kcal/h), sağ tarafta basınç düsümünü
(mmSS), sağdaki dik eksende ise dört yollu vanadan geçen suyun debisini (m3/h)
okuyabilirsiniz.
DÖRT YOLLU VANALARIN TEKNĐK ÖZELLĐKLERĐ
- PN 6, - GG 20 Kır vana dökümü, - Çalısma sıcaklığı maks. 130°C, - Özel olarak imal
edilmis sıcaklık ve basınca dayanıklı O-Ringlerle contalanmıstır, - Flenç ölçüleri DĐN 2531, -
Vananın tam açık ve kapalı konumları arasındaki açı 90°C’dir, - Sızdırmazlık, gövdenin iç
yüzeyi ile vananın diski arasındaki sızdırma ihmal edilebilecek mertebededir. Ancak dört
yollu vanalar kapama vanası olarak kullanılamazlar.
LĐNEAR KARAKTERĐSTĐK
Diyagram III- Dört yollu vanalar linear bir karakteristiğe sahiptirler. Vana %10 açıldığında,
sıcaklık artması da %10’dur.Vananın yarım açılması halinde, tesisata giden suyun sıcaklığı
(90+20) -r 2=55 K’dir. Bu özellik vananın açıklık konumu ile tesisata giden suyun sıcaklığı
arasındaki uyumu sağlar.
KAYNAK :
MNG-Metallvverke Neheım Goeke CENTRA-BÜRKLE Schönaıch
Dıs hava Tesisata gidiş suyu
Vana konumu sıcaklığı
°C
sıcaklığı °C
+ 15
35
2
+ 10 45
3
+ 5
55
4
0 65
5
- 5
75
6
- 10
80
7
- 15 90
8
DIS HAVA SICAKLIK DEĞĐSĐMLERĐNE GÖRE DÖRT YOLLU VANA AÇĐKLĐK
KONUMLARI
Yandaki değerler misal olarak verilmistir. Bilindiği gibi, binanın bulunduğu bölge, binanın
konumu, insaatın izolasyon durumu vs. gibi sartlarda bu değerler değisecektir.
Dört yollu vananın açıklık durumunu gerçek olarak bulabilmek için su islem yapılır:
1-Kazan termostatını 75°C’ye getiriniz.
2-Dıs hava sıcaklıklarını yandaki tablodaki gibi yazınız.
3-Bu dıs hava sıcaklıklarında, binanızın normal ısınmasını temin edecek sekilde (tecrübe ile
bulunacaktır) dört yollu vananızın kolunu uygun konuma getiriniz ve bunu da tablonuzun
üzerine yazınız.
4-Bu denemeleri muhtelif dıs hava sıcaklıklarında yaparak yukarıdaki gibi bir tablo meydana
getiriniz. Bu değerlere göre vananızı ayarladığınızda ısınma yeterli olacaktır. Ancak, gene de
insan eli ile yapılan ayarlarda elde edilen ekonomi hiçbir zaman otomatik kontrol cihazının
sağladığı neticeyi vermez. Bu nedenle, bir veya iki sezon içerisinde kendisini geri ödeyecek
dört yollu vanalı otomatik kontrol sistemlerinin kalorifer tesisatlarına monte edilmesi en iyi
çözümdür.