Gemilerde havalandırma ve iklimlendirme tesisatı
Ventilation and air conditioning installation in ships
Yazar: ALİ BURHAN GÜNCAN
Danışman: PROF. DR. İSMAİL CEM PARMAKSIZOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Ana Bilim Dalı / Isı-Akışkan Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Gemi tasarımı = Ship design ; Gemiler = Ships ; Havalandırma = Ventilation ; Havalandırma sistemleri = Ventilating systems ; Isı analizi = Heat analysis ; Isı geçişi katsayısı = Heat transfer coefficient ; Isı kazancı = Heat gain ; Isı yükü = Heat load ; İklimlendirme = Air conditioning ; İklimlendirme sistemleri = Air conditioning systems

Özet:
Gemilerde ısı yükü hesapları çok fazla veri, standart, prosedür ve detay bulunmasından ötürü karmaşık bir süreçtir. Yolcuların konforu ve sağlığı, çalışanların sağlığı, taşınan yükün korunması ve ekipmanların sürdürülebilirliği açısından da hata payının az olduğu mümkün olduğunca doğru yapılması gereken bir hesaptır.
Bu tezde gemilerde ısı yükü hesabı yapacak bir kişinin tek bir doküman üzerinden başka kaynaklara ihtiyaç duymadan gerekli hesabı tamamlayabilmesi amaçlanmıştır. Bunun yanında gemilerde havalandırma ve iklimlendirme tesisatı ile alakalı gerekli bilgilerin okuyucuya kazandırılması hedeflenmiştir.
İlk olarak bu doğrultuda literatür araştırması yapılmıştır.  Gemilerde havalandırma ve iklimlendirme tasarımı hesap aşamalarında kullanılan tasarım standartları ve prosedürleri toplanmıştır. Bu tasarım standartları Ek A olarak listelenmiş, prosedürler de konu anlatım kısımlarında açıklanmıştır. Gemilerde havalandırma ve iklimlendirme tesisatına ait tanımlar yapılmış, bu tesisatın amacı vurgulanmıştır. Ardından gemilerde ve binalardaki havalandırma ve iklimlendirme tesisatlarının farklılıklarına değinilmiştir.  Bu farklılıkların yanı sıra gemilerin kendi doğalarından ötürü sahip oldukları ekstra kısıtlamalara değinilmiştir. Gemilerde havalandırma ve iklimlendirme tesisatında kullanılan veriler açıklanmıştır ve bu verilerin bir çoğunun literatür taraması sonucu oluşturulan listeler vasıtasıyla nasıl bulunacakları gösterilmiştir.
Isı yükleri hesaplarının ne şekilde yapıldığı açıklanmıştır.  Sırasıyla soğutma yükü, temiz hava yükü, ısıtma yükü hesapları nedir, bu hesaplar yapılırken hangi yollar izlenir, bu yük hesaplarının alt başlıkları nelerdir gibi sorular detaylıca incelenmiştir.
Bir önceki aşamada  ne şekilde  hazırlanılacakları anlatılan verilerin,  nerede hangi aşamada kullanılacaklarına değinilmiştir.
Son  aşamada  örnek  bir gemi alınmıştır. Öncelikle  geminin  genel özellikleri tanıtılmıştır.	Geminin bölümleri gösterilmiş ısı yükü hesaplarının geminin hangi bölümlerinde yapılacağına karar verilmiştir.  Bu geminin seçilen bölümleri üzerine anlatılan bütün ısı yükü hesabı işlemleri uygulanmıştır. Isı yükleri hesapları için bulunması gereken veriler gerek geminin kendisinden gerek Ek Ada oluşturulan çizelgelerden elde edilmiştir.	
Hesap yapılan bölümlerden iki adet  seçilmiş  ve bu iki bölümün ısı yükü hesapları adım adım açıklanmıştır. Böylece ısı yükleri hesabı bir de uygulamalı olarak anlatılmıştır. Ardından bütün bölümler için yapılan hesapların sonuçları çeşitli şekillerde paylaşılmış ve bu sonuçlar üzerine yorumlar ve değerlendirmeler yapılmıştır.
Sonuç  kısmında  çalışmanın  uygulama  alanlarına  değinilmiş,  bu  çalışmanın  ne şekillerde ilerletilebileceği üzerine fikirler ortaya atılmıştır. Ardından yazar tarafından bazı öneriler sunulmuş ve bu tez çalışması noktalanmıştır.

Abstract:
Heat load calculations on ships are complex processes due to the large amount of data, standards, procedures and details. It is an account that should be made as accurate as possible in terms of the comfort and health of the passengers, the health of the employees, the protection of the transported load and the sustainability of the equipments.
The main aim of this thesis is to explain the method of ventilation and air conditioning installations in ships and to gather the design principles that have been established according to different ship types and different compartments. It is aimed that a person who will make the heat load calculations on the ships can complete his/her calculations with the ones explained in this thesis without the need for any other source about the subject expression and design standards. In this direction, an exemplary ship is selected in the following chapters of the thesis and the calculation steps described are shown on the ship in practice.
Firstly, the design principles of the ventilation and air conditioning calculations on ships are researched. The founded design principles are collected from several sources. The collected data are listed in approximately twenty tables. Those tables are added as appendix at the end of the thesis.
The definition of the ventilation and air conditioning installations on ships is made. The difference between ventilation and air conditioning systems are described. The definitions that are used in heat load calculations such as heating period, cooling period, dry and wet thermometer temperatures, sensible and latent heat, cooling and heating load, fresh air load and thermal comfort are explained.
The main objectives of the ventilation and air conditioning installations on ships such as health of people, protection of transported loads and continuity of equipments are mentioned. Ship-borne restrictions on ventilation and air conditioning installations on ships are materialized for military and commercial ships.
The required data of the heat load calculations are listed as outside design temperatures for heating and cooling period, inside design temperatures for heating and cooling period, dimensions of the compartments, ventilation requirements of the compartments, number of electrical equipment of the compartments, number of lightings of the compartments, occupancies of the compartments, and heat transfer coefficients of the bulkheads and decks. These data are described. Many of the necessary data are listed in the appendices of this thesis. In the next sections, it is detailedly explained that which tables are used for which data.
The place of heat load calculation in ship design processes is mentioned. It is also clarified that at which stages of ship design processes, heat load calculations are done.
Heat loads calculation is divided into cooling load, fresh air load and heating load. The cooling load is divided into subheadings as conduction + convection induced load, conduction + convection + radiation induced load, equipment induced load, lighting induced load, human induced load and air leakage induced cooling load. Heating load is divided into subheadings as conduction + convection induced load, ventilation induced load, and air leakage induced load. For the fresh air load, two separate procedures are mentioned, according to the amount of air exchange and the permissible temperature increase.
The formulas required for all these subheadings are given and these formulas are explained in detail. While applying these formulas, it is explained how to use the appendices created in the last part of the thesis. As a result, heat load calculation is examined in detail.
After the step of heat load calculations, there becomes another step which is called as system selection. Even though there is not a detailed explanation of system selection part; the reader may find some type of systems like Class A, Class D, Class E, Class G ventilation and air conditioning systems which are usually used in ships nowadays. Also the schmatic drawings of these systems may be found in the appendices of   this thesis. The explanations of these systems are made through of their schematic diagrams.
Finally, all of these data collection, processing the collected data, the process of obtaining cooling-heating and fresh air loads are shown on an exemplary vessel. An exemplary ship is selected and the physical properties of the ship are introduced.
It has been determined to which compartments of the ship the heat loads will be calculated. The forty two sections in the superstructure area in three decks are selected for calculation. The sections to be calculated of the ship are shown from the general arrangement. Then, in order to collect the necessary inputs, the general arrangement of the ship and the charts prepared as a result of the literature review are used. These data are classified according to the compartments of the ships. Heat load calculations are made for each compartment individually. Two different sections are selected and the calculations of these two sections are processed in more detail. One of those sections is selected from the main deck while the other one is in the wheelhouse deck. The cooling load, fresh air load and heating load values of the sample ship are calculated by the help of the subject expression of the thesis. The assumptions made during this account and the data used are explained.
The necessary results may be said as the final cooling loads for all compartments, the final heating loads for all compartments, and the final fresh air loads for all compartments. Those results are listed as their final values, their percentages, their load per deck area values, and their load per compartment volume values. The results and tables are compared with each other and comments were made on these tables. The rooms that have the highest cooling load, heating load values are emphasized. The reasons of the high load values are argued.
When it comes to the conclusion part, the reader may see the total results of the heat load calculations that are made for the sample ship. In the lights of those results the system selection is made. In that part, there are also some suggestions for the possible systems which can be used for the ventilation and air conditioning of the sample ship.
In the next of the conclusion part, the application areas of the thesis are stated. It is stated that who can benefit from the thesis and how. If the thesis is to be developed, ideas on which ways it can go are presented. The study was completed with various suggestions of the author about the subject.