R134a/R152a SOĞUTUCU AKIŞKAN KARIŞIMLARININ ISI POMPASINDA DENEYSEL İNCELENMESİ. Halil ALPSOY YÜKSEK LİSANS TEZİ MAKİNA EĞİTİMİ

Transkript

1 R134a/R152a SOĞUTUCU AKIŞKAN KARIŞIMLARININ ISI POMPASINDA DENEYSEL İNCELENMESİ Hall ALPSOY YÜKSEK LİSANS TEZİ MAKİNA EĞİTİMİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ HAZİRAN 2009 ANKARA

2

3 R134a/R152a SOĞUTUCU AKIŞKAN KARIŞIMLARININ ISI POMPASINDA DENEYSEL İNCELENMESİ Hall ALPSOY YÜKSEK LİSANS TEZİ MAKİNA EĞİTİMİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ HAZİRAN 2009 ANKARA

4 Hall ALPSOY tarafından hazırlanan R134a/R152a SOĞUTUCU AKIŞKAN KARIŞIMLARININ ISI POMPASINDA DENEYSEL İNCELENMESİ adlı bu tezn Yüksek Lsans tez olarak uygun olduğunu onaylarım. Yrd.Doç.Dr. Kurtuluş BORAN... Makna Eğtm, Gaz Ünverstes Bu çalışma, jürmz tarafından oy brlğ le Makna Eğtm Anablm Dalında Yüksek Lsans tez olarak kabul edlmştr. Prof.Dr. Hacı Mehmet ŞAHİN... Makna Eğtm, Gaz Ünverstes Yrd.Doç.Dr. Kurtuluş BORAN... Makna Eğtm, Gaz Ünverstes Doç.Dr. Adem ACIR... Makna Eğtm, Gaz Ünverstes Yrd.Doç.Dr. Seza YILMAZ... Makna Eğtm, Karabük Ünverstes Yrd.Doç. Dr. Tayfun MENLİK... Makna Eğtm, Gaz Ünverstes Tarh:.../.../2009 Bu tez le G.Ü. Fen Blmler Ensttüsü Yönetm Kurulu Yüksek Lsans derecesn onamıştır. Prof. Dr. Nal ÜNSAL Fen Blmler Ensttüsü Müdürü.

5 TEZ BİLDİRİMİ Tez çndek bütün blglern etk davranış ve akademk kurallar çerçevesnde elde edlerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada orjnal olmayan her türlü kaynağa eksksz atıf yapıldığını bldrrm. Hall ALPSOY

6 v R134a/R152a SOĞUTUCU AKIŞKAN KARIŞIMLARININ ISI POMPASINDA DENEYSEL İNCELENMESİ (Yüksek Lsans Tez) Hall ALPSOY GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Hazran 2009 ÖZET Buhar sıkıştırmalı soğutma sstemler çn öneml parametrelerden brs de soğutucu akışkan seçmdr. R12 soğutucu akışkanı buhar sıkıştırmalı soğutma sstemler uygulamaları dünyada ve ülkemzde uzun yıllar boyunca çok genş br kullanım alanını teşkl etmştr. Ancak R12 soğutucu akışkanının ozon tabakasına zarar vermesnden dolayı kullanımı yasaklanmıştır. R134a ve R152a soğutucu akışkanları R12 soğutucu akışkanının alternatf olarak üretlmştr. Bu çalışmada ağırlıkça farklı oranlarda R134a/R152a soğutucu akışkan karışımlarına at performans değerler ısı pompası sstemnde deneysel olarak ncelenmştr. Deney parametreler olarak evaparatör sıcaklığı, kondenser basıncı ve karışım oranı dkkate alınmıştır. Soğutucu akışkan karışımlarına at termodnamk değerler, deney üntesnde ölçülen sıcaklık ve basınç değerlerne göre REFPROP 7.0 programından alınmıştır. Performans değerler se termodnamğn 1. ve 2. kanunu aracılığıyla tanımlanan denklemeler kullanılarak hesaplanmıştır. Yapılan çalışmada deney parametrelerne bağlı olarak performans katsayıları ve oransal verm değerler hesaplanmıştır. Hesap sonuçları çzelge ve grafk halnde karşılaşırmalı olarak verlmştr. Elde edlen

7 v sonuçlar karışımlarda R152a soğutucu akışkan oranının artmasına bağlı olarak performans katsayılarının ısıtmada % 5 le % 23 arasında, soğutmada se % 6 le % 28 arasında yleştğn göstermştr. Blm Kodu : 708 Anahtar Kelmeler : Soğutucu akışkan, ısı pompası Sayfa Aded : 102 Tez Yönetcs : Yrd. Doç. Dr. Kurtuluş BORAN

8 v EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF REFRIGERANT FLUID MIXTURE OF R134a/R152a IN HEAT PUMPS (M.Sc. Thess) Hall ALPSOY GAZI UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY June 2009 ABSTRACT Coolng the coolant flud selecton s one of the mportant parameters for the vapour compresson system. The applcatons of vapour compressed refrgeraton system wth R12 have been extensvely utlzed n world and our country for a long tme. However, the utlzaton of R12 has been prohbted snce t had damaget to ozone layer. R134a and R152a have been produced as alternatve refrgerant to R12. In ths study, the valves of performance of mxture R134a and R152a at dfferent mass measure was observed as expermental n heat pumps. Vapour temperature, condenser pressure and rato of mxture were consdered as experment parameters. Thermodynamc valves of refrgerant mxtures were obtaned from REFPROP 7.0 software accordng to the temperature and pressure valves whch were observed n expermental unt. The valves of performance are calculated wth usng equatons that defned by frst and second thermodynamc rules. In ths study, dependng on the expermental parameters, coeffcents of performance and proportonal effcency valves were calculated. These valves are gven as relatve n table and graphc. Accordng to results,

9 v dependng on ncreasng of rate of R152a refrgerant flud, coeffcents of performance are mprovng among %5 and %23 n heatng, mprovng among %6 and %28 n coolng. Scence Code : 708 Key Words : Refrgerant, heat pump Page Number : 102 Advser : Asst. Prof. Dr. Kurtuluş BORAN

10 v TEŞEKKÜR Çalışmalarım boyunca değerl yardım ve katkılarıyla ben yönlendren Hocam Yrd.Doç.Dr. Kurtuluş BORAN a, yne kıymetl tecrübelernden faydalandığım Yrd.Doç.Dr. Tayfun MENLİK e, deney üntesnn kuruluş ve deneylern yapılış aşamasında yardımını esrgemeyen Dr. Volkan KIRMACI ya, no`lu Proje le tezm madd olarak destekleyen Gaz Ünverstes Blmsel Araştırma Projeler Yönetm Brm Başkanlığı na, tüm çalışma arkadaşlarıma ve manev destekleryle ben hçbr zaman yalnız bırakmayan çok değerl aleme teşekkürü br borç blrm.

11 x İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET...v ABSTRACT... v TEŞEKKÜR... v İÇİNDEKİLER...x ÇİZELGELERİN LİSTESİ... x ŞEKİLLERİN LİSTESİ... xv SİMGELER VE KISALTMALAR... xv 1. GİRİŞ LİTERATÜR ARAŞTIRMASI SOĞUTMA SİSTEMLERİ Ejektör Soğutma Sstem Hava Soğutma Sstem Absorbsyon Soğutma Sstem Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Sstem Buhar sıkıştırmalı sstem elemanları Buhar sıkıştırmalı sstemn yapısı Isı Pompası Isı pompasının çalışması Isı pompası ugulamaları SOĞUTUCU AKIŞKANLAR Soğutucu Akışkanların Tarhçes Soğutucu Akışkanlarla İlgl Kavramlar...39

12 x Sayfa Ozonu tahrp etme potansyel Küresel ısıtma etks Küresel ısıtma potansyel Zehrllk sınır değer Hacmsel soğutma kapastes Saf madde Karışım Azeotrop Zeotrop Sıcaklık kayması Yakın azeotrop Ayrışma Kaynama noktası Krtk nokta Soğutucu Akışkanların Çeştler Hdrokarbonlar Kloroflorokarbonlar (CFC) Hdrokloroflorokarbonlar (HCFC) Hdroflorokarbonlar (HFC) Karışım ve norgank soğutucu akışkanlar Mevcut Soğutucu Akışkanlar ve Özellkler Soğutcu Akışkan Seçmn Etkleyen Faktörler MATERYAL, METOT VE DENEYLER...51

13 x Sayfa 5.1. Deney Sstemnn Yapısı Sstemde Kullanılan Ölçme Chazları Deneylern Yapılışı NÜMERİK HESAPLAMALAR Performans Hesaplamaları Isıtma yükü hesabı Soğutma yükü hesabı Kompresör ş Isıtma tesr katsayısı (ITK) Soğutma tesr katsayısı (STK) Ekserj Kavramı Sstem elemanlarının ekserj analz Isı pompası sstemnn toplam tersnmezlğ Oransal vermler Gaz Karışımlarının Özellklernn Hesaplanması ARAŞTIRMA BULGULARI SONUÇ VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ

14 x ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çzelge Sayfa Çzelge 4.1. Mevcut soğutucu akışkanlar ve özellkler...46 Çzelge 4.2. Karışımlardan oluşan soğutucu akışkanlar ve özellkler Çzelge 5.1. R134a/R152a ağırlıkça(% 100/00) karışımı çn deney sonuçları...55 Çzelge 5.2. R134a/R152a ağırlıkça(% 90/10) karışımı çn deney sonuçları...56 Çzelge 5.3. R134a/R152a ağırlıkça(% 80/20) karışımı çn deney sonuçları...57 Çzelge 5.4. R134a/R152a ağırlıkça(% 70/30) karışımı çn deney sonuçları...58 Çzelge 5.5. R134a/R152a ağırlıkça(% 60/40) karışımı çn deney sonuçları...59 Çzelge 5.6. R134a/R152a ağırlıkça(% 50/50) karışımı çn deney sonuçları...60 Çzelge 6.1. R134a/R152a soğutucu akışkan karışımlarına at özellkler...77 Çzelge ,2 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla ITK nın değşm...79 Çzelge ,7 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla ITK nın değşm...80 Çzelge ,1 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla ITK nın değşm...81 Çzelge ,5 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla ITK nın değşm...82 Çzelge ,2 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla ITK nın değşm...83 Çzelge ,2 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla STK nın değşm...84

15 x Çzelge Sayfa Çzelge ,7 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla STK nın değşm...85 Çzelge ,1 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla STK nın değşm...86 Çzelge ,5 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla STK nın değşm...87 Çzelge ,2 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla STK nın değşm...88 Çzelge ,2 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla oransal vermn değşm...89 Çzelge ,7 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla oransal vermn değşm...90 Çzelge ,1 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla oransal vermn değşm...91 Çzelge ,5 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla oransal vermn değşm...92 Çzelge ,2 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla oransal vermn değşm...93

16 xv ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekl Sayfa Şekl 3.1. Buhar sıkıştırmalı soğutma sstem tessat şeması Şekl 3.2. İdeal buhar sıkıştırmalı soğutma sstem a) LnP-h dyagramı, b) T-s dyagramı...23 Şekl 3.3. Gerçek buhar sıkıştırmalı soğutma sstem T-s dyagramı...24 Şekl 3.4. Buhar sıkıştırmalı soğutma çevrmnn farklı sıcaklık ve basınç noktaları...25 Şekl 3.5. Aşırı soğutmalı ve aşırı kızdırmalı buhar sıkıştırmalı soğutma sstem tessat şeması Şekl 3.6. Aşırı soğutmalı ve aşırı kızdırmalı buhar sıkıştırmalı soğutma sstem a) LogP-h dyagramı, b)t-s dyagramı...28 Şekl 3.7. Isı pompası prensp şeması...31 Şekl 3.8. Kış ısıtmalı, yaz soğutmalı ısı pompası devre elemanları...34 Şekl 4.1. Soğutucu akışkanların yıllara göre yer değşm Şekl 5.1. Isı pompası deney üntes Şekl 6.1. Teork buhar sıkıştırmalı soğutma sstem Ekserj-Entalp dyagramı...68 Şekl ,2 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla ITK nın değşm...79 Şekl ,7 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla ITK nın değşm...80 Şekl ,1 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla ITK nın değşm...81 Şekl ,5 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla ITK nın değşm...82 Şekl ,2 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla ITK nın değşm...83

17 xv Şekl Sayfa Şekl ,2 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla STK nın değşm Şekl ,7 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla STK nın değşm Şekl ,1 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla STK nın değşm Şekl ,5 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla STK nın değşm Şekl ,2 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla STK nın değşm Şekl ,2 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla oransal vermn değşm...89 Şekl ,7 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla oransal vermn değşm...90 Şekl ,1 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla oransal vermn değşm...91 Şekl ,5 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla oransal vermn değşm Şekl ,2 C evaporatör sıcaklığı çn karışım yüzdes ve kondenser basıncı kombnasyonuyla oransal vermn değşm...93

18 xv SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış bazı smgeler ve kısaltmalar, açıklamaları le brlkte aşağıda sunulmuştur. Smgeler Açıklama Cp E h s İ P q R T Özgül ısı, J/g o C Ekserj, kj Entalp, kj/kg Entrop, kj/kgk Tersnmezlk, Basınç, bar Kütle başına ısı transfer, kj/kg Molar gaz sabt, kj/kgk Sıcaklık, o C V Hacm, m³ v Özgül hacm, m³/kg W İş, J m Kütlesel deb, gr/s Δ Fark oparatörü ε Özgül ekserj, kj/kg η Oransal Verm t Zaman, s y Oran M Mol kütles, kg/kmol Kısaltmalar Açıklama ITK STK Kond. Isıtma tesr katsayısı Soğutma tesr katsayısı Kondanser

19 xv Kısaltmalar Açıklama IP SM Isı Pompası Soğutma Maknası Alt İndsler Açıklama C Kompresör ç Çıkış g Grş s Soğutucu akışkan su Su E Eveporatör K Kondenser GV Genleşme vanası T Toplam n Mol m Kütle u Evrensel kr Krtk k Karışım 0 Ortam 1 Kompresör grş 2 Kompresör çıkışı 3 Kondanser grş 4 Evaparatör grş 5 Kondanser su grş 6 Kondanser su çıkışı

20 1 1. GİRİŞ Günümüzde enerj üretm kaynaklarının sınırlı ve enerj üretm malyetlernn yüksek olması, mevcut enerjnn etkn ve verml br şeklde kullanılması zorunluluğunu berabernde getrmştr. Gün geçtkçe enerj kaynaklarının azalması bununla ters orantılı olarak enerj tüketm oranın artması sonucu ısı ger kazanım sstemler ve ısı pompası kullanımı artmıştır. Bu bağlamda enerjnn dönüşümü, artık enerj ve düşük değerl enerjlere olan bağımlılık lgden öteye zorunluluk haln almıştır. Günlük yaşamımızın her alanında htyaç duyduğumuz ısıtma ve soğutma sstemlernde de enerjnn etkn kullanımı seçc br zorunluluktur. Soğutma sstemlernde ısının br ortamdan alınıp başka br ortama aktarılmasında aracı madde olarak soğutucu akışkanlar kullanılmaktadır [1]. Soğutma sstemlernde aranan özellkler dkkate alındığında kullanımı yasaklanan veya kısıtlanan soğutucu akışkanlar yerne ozon tabakasına zarar vermeyen ve küresel ısınmaya olumsuz etks olmayan soğutucu akışkanların gelştrlmes çn blm çevreler ve frmalarca brçok araştırma yapılmıştır. Bu çalışmaların temeln enerjnn etkn kullanılması oluşturmuştur. Doğada tek ve mükemmel br soğutucu akışkan yoktur. Bazıları yüksek sıcaklıkta soğutmalar çn uygun olableceğ gb, bazıları düşük sıcaklık uygulamaları çn elverşldr. Bell br uygulama çn seçlecek soğutucu akışkanın, sadece ısıyı taşıyıcı yeterllğ dışında zehrllğ, tutuşablrlğ, yoğunluğu, vskoztes, temn edleblrlğ ve en önemls çevresel etkler göz önüne alınmalıdır. Bu yüzden doğaya zarar veren gazların yerne alternatf gazlar gelştrlmştr [2]. Buhar sıkıştırmalı sstemlerde soğutucu akışkan olarak soğutucu akışkan karışımları üzerne son yıllarda yoğun çalışmalar yapılmış ve soğutucu akışkanların karışım oranlarının değştrlmesyle stenlen kullanım özellklerne sahp soğutucu akışkanlara ulaşılableceğ anlaşılmıştır. Karışımlarda kullanılacak soğutucu akışkanlar çevreye zarar vermeyen ve

21 2 dğer temel özellkler sağlayan akışkanlardan seçlmeldr. Bunlar R32, R125, R134a, R143a, R152a, R290 ve R600a gb soğutucu akışkanlardır. Bunlardan R290 ve R600a tutuşablrlk özellkler dolayısıyla karışımlarda düşük oranlarda tutulmaktadır [3]. Bu çalışmada kütlesel olarak farklı oranlarda R134a/R152a soğutucu akışkan karışımlarına at performans değerler ısı pompası sstemnde deneysel olarak ncelenmştr. Deney parametreler olarak kütlesel karışım oranı, evaporatör sıcaklığı ve kondenser basıncı dkkate alınmıştır. Deneysel çalışmada sırasıyla ağırlıkça (% 100/00, 90/10, 80/20, 70/30, 60/40, ve 50/50) R134a/R152a alternatf soğutucu akışkan karışımlarına at performans katsayıları ve oransal verm değerler, termodnamğn 1. ve 2. kanunu aracılığıyla tanımlanan denklemlere göre hesaplanmıştır. Hesaplamalarda kullanılan soğutucu akışkan karışımlara at entalp ve entrop değerler REFPROP 7.0 programından alınmıştır. Ulaşılan sonuçlar çzelge ve grafk halnde karşılaştırmalı olarak verlmştr.

22 3 2. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI Sekhar ve Lal yapmış oldukları çalışmada, k adet düşük sıcaklıklı sstemde, orta ve düşük sıcaklıklı sstemlerde kullanılan soğutucu akışkan karışımlarına at performansları deneysel olarak ncelemşlerdr. %9 oranında HC çeren R134a/HC karışımını düşük ve orta sıcaklıklı sstemlerde kullanmışlardır. Yapılan deneylerde bu yen karışımın R12 ye göre orta sıcaklıklı sstemlerde %10 - %30 oranında, düşük sıcaklıklı sstemlerde se %5 - %15 arasında daha az enerj harcadığı tespt edlmştr [4]. Wu ve ark. yapmış oldukları çalışmada, R22 soğutucu akışkanına alternatf olarak üçlü R152a/R125/R32 gaz karışımını ncelemşlerdr. Refprop 7.0 programı le br blgsayar kodu gelştrerek bu yen karışımların ve R22 nn termodnamk özellklernn ve soğutucu performanslarının karşılaştırmalı olarak analzn yapmışlardır. R22 soğutucu akışkanı le çalışan sstemlerde yen karışımları deneysel olarak ncelemşlerdr. Yapılan hesaplamalar ve deney sonuçları bu yen karışımın br çok uygulamada R22 nn yerne alternatf olableceğn göstermştr. Ayrıca bu yen karışımın tutuşablrlğ kmyasal olarak ncelenmş ve güvenl olarak kullanılableceğ kanıtlanmıştır. Ayrıca bu karışımın uçuculuğunun az olduğu yapılan çalışmalarla tespt edlmştr [5]. Yılmaz hazırlamış olduğu yüksek lsans teznde, farklı oranlarda R12/R22 soğutucu akışkan karışımlarını buhar sıkıştırmalı soğutma sstemnde deneysel olarak ncelemştr. Çalışma parametreler olarak evaporatör sıcaklığını, kondenser basıncı ve karışım oranlarını dkkate almıştır. Bu amaçla 240 adet ölçüm almıştır. Performans değerlern termodnamğn 1. ve 2. kanunu aracılığıyla tanımlanan katsayıları kullanarak bulmuştur. Performans katsayılarını ve oransal verm değerlern seçlen parametreler çn hesaplamış, tablo ve grafk halnde vermştr. Çalışmasının sonucunda karışımlarda R22 soğutucu akışkanın dama baskın olduğunu gözlemlemştr [6].

23 4 Chen ve Yu yapmış oldukları çalışmada, yaygın olarak kullanılan soğutma sstemlernde farklı oranlarda kl R32/R134a soğutucu akışkan karışımlarını teork olarak ncelemşlerdr. Hesaplama sonuçları soğutma sstemlernde R32/R134a karışımlarının R22 ye yakın sonuçlar vedğn göstermştr. Ancak soğutma sstemlernde yapılan yleştrmelerle R32/R134a soğutucu akışkan karışımlarının daha verml olduğunu tespt etmşlerdr. Maksmum COP yen soğutma sstemler üzernde %8 - %9 arasında yleştrlmştr. Yne aynı ssteme at hacmsel kapastenn %9,5 oranında yleştrldğ teork çalışma sonucu ortaya konulmuştur [7]. Km ve ark. yapmış oldukları çalışmada, farklı oranlarda R744/R290 karışımlarını klmlendrme sstemlerne at deney düzeneğnde farklı koşullar altında ncelemşlerdr. R744/R290 karışımının çıkış basıncı R290 oranın artmasıyla düşmüştür. R744 ye R290 eklenmesyle sstem vermnn arttığı görülmüş ancak sstem kapastesnn düştüğü tespt edlmştr. R744/R290 karışımına at sıcaklık sapmasının soğutma performansı üzerndek etks deneysel olarak analz edlmştr. Başarılı br uygulama çn gerekl ısı değştrme alanının zorunlu olduğu tespt edlmştr [8]. Arora ve Kaushk, buhar sıkıştırmalı soğutma sstemlernde detaylı olarak ekserj analz yapmışlardır. R502, R404a ve R507a çn matematksel model gelştrp performans katsayılarını, ekserjtk verm, kayıp enerjy ve oransal verm hesaplamışlardır. -50 C le 0 C arasında evaporatör, 40 C le 55 C arasında kondenser sıcaklıkları çn değşen durumlarda nceleme yapmışlardır. Yapılan ncelemede R502 yerne R507a nın kullanılmasının R404a ya göre daha y sonuçlar verdğ görülmektedr [9]. Km ve arkadaşları, R32/R134a soğutucu akışkan karışımlarının kullanıldığı ısı pompası sstemlerne at kapaste kontrolü üzernde deneysel br çalışma yapmışlardır. Bu deney düzeneğnn soğutucu akışkan tarafı k kısımdan oluşmaktadır. Sstemn ısıtma-soğutma kapastes ve performans değerler farklı ısıtma ve soğutma parametler çn belrlenmştr. Bu k farklı sstemde

24 5 karışım oranları brsnde %13, dğernde se %26 oranında değştrlmştr. İknc sstemn kapastes soğutma deneynde 2,6 dan 3,4 e, ısıtma testnde se 1,8 den 2,4 e yükselmştr. Karışımda R32 oranının artmasıyla sstemn ısıtma ve soğutma kapastes yleşmştr [10]. Xuan ve Chen yapmış oldukları deneysel çalışmada, R502 ye alternatf olarak HFC161 önermşlerdr. Bu yen karışımın fzksel özellkler R502 le benzerlk göstermektedr. Ayrıca bu yen karışımın çevre dostu olduğu tespt edlmştr. Bu karışımın R502, R404a ve R507a ya göre küresel ısınmaya etks daha azdır ve ozon tabakasına zarar vermeyen br soğutucu akışkan karışımıdır. Yapılan deneysel çalışmalarla k farklı durumdada bu yen karışımın basınç oranı R404a nın basınç oranıyla hemen hemen aynı çıkmıştır. Düşük evaporatör sıcaklığı altında performans değer R404a ya hemen hemen eşt ve çıkış sıcaklığı R404a dan az br mktar fazladır. Yüksek buharlaşma sıcaklığı altında se performans değer R404a dan daha büyük, çıkış sıcaklığı se daha düşüktür. Bu nedenle bu yen soğutucu akışkan karışımının R502 ye alternatf olarak kullanılableceğn önermşlerdr [11]. Nu ve Zhang yapmış oldukları çalışmada, R744/R290 soğutucu akışkan karışımını R13 e alternatf olarak düşünmüşlerdr. Elde edlen karışımların ozon tabakasına zarar vermeyen çevre dostu akışkanlar olduğu tespt edlmştr. Yapılan deneysel çalışmalar sonucu bu yen karışımın COP değer ve soğutma kapastes R13 e göre daha yüksek çımıştır. Ayrıca kondenser ve evaporatör basıncı, kompresör sıkıştırma oranı ve çıkış sıcaklığı R13 ten yüksektr. Bu yen karışımın evaporatör sıcaklığı 201 K den yüksek olduğu sıcaklıklarda R13 e alternatf olableceğ deneysel sonuçlarla gösterlmştr [12]. Park ve Jung yapmış oldukları çalışmada, kl R1270/R290 ve üçlü R1270/R290/R152a soğutucu akşkan karışımlarını düşük sıcaklıklı soğutma sstemlernde R502 ye alternatf olarak düşünmüşlerdr. Deneyler -28 C evaporatör ve 45 C kondenser sıcaklıkları aralığında ve tüm dış koşulların

25 6 aynı olduğu ortamda gerçekleştrlmştr. Alınan sonuçlar bu yen karışımların performans değerlernn R502 ye göre %9,6 le %18,7 aralığında yleştrldğn göstermştr. Bu yen karışımların R502 ye göre daha güvenlr ve çevre dostu olmalarından dolayı uzun yıllar kullanılableceğ önerlmştr [13]. Man ve Selladuar yapmış oldukları deneysel çalışmada, farklı oranlarda R290/R600a soğutucu akışkan karışımlarını buhar sıkıştırmalı soğutma sstemnde deneysel olarak ncelemşlerdr. Alınan sonuçları R12 ve R134a soğutucu akışkanlarıyla karşılaştırmışlardır. Deney sonuçları R290/R600a karışımının R12 ye göre %20,6 le %50,1 arasında, R134a ya göre se %19,9 oranında daha fazla soğutma kapastesne sahp olduğunu göstermştr [14]. Lnton ve ark. yapmış oldukları çalışmada, R507 soğutucu akışkanın performansını, R502 le deneysel olarak karşılaştırmışlardır. Bu çalışmada deneyler 54,4 ve 43,3 C yoğuşma sıcaklığında ve soğutucu buharlaşma sıcaklığının -30 C le -15 C aralığında yapılmıştır. Performans testlernde, kondenser çıkışında 6 C le 18 C sıvı alt soğutma şartlan arasında, R507 soğutucu akışkanı R502 soğutucu akışkanı le karşılaştırılmış ve evaporatör kapasteler oranlarının 0,95 le 1,05 arasında değştğ gözlenmştr. Test edlen şartlarda, R507'nn soğutma etknlğnn 0,87 le 0,97 arasında değştğ ve R502'den daha düşük olduğunu gözlemşlerdr [15]. Lnton ve ark. yapmış oldukları dğer br çalışmada, R407a, R407b, R404a ve R507 soğutucu akışkanlarının R503 akışkanı yerne kullanılablrlklern araştırmışlar, farklı kondenser sıcaklıklarında ve -35 < T e < -15 C evaporatör sıcaklığı arasında testler yapmışlardır. Test sonuçlarının evaporatör sıcaklıkları le değşmn grafkler şeklnde vermşlerdr [16]. Türkoğlu ve ark. yapmış oldukları çalışmada, R12, R502 ve R22 soğutucu akışkanlan yerne R134a, R404a, R507 ve R290 alternatf soğutucu akışkanlarının buhar sıkıştırmalı soğutma sstemlernde kullanılablrlğn

26 7 ncelemşlerdr. Çalışmada, farklı kondenser sıcaklıklarında basınç oranı, kompresör gücü, kütle debs ve soğutucu etknlğnn evaporatördek akışkan sıcaklığı le değşm farklı soğutucu akışkanlar çn karşılaştırılmıştır. Alternatf soğutucu akışkan seçmn kolaylaştırmak çn sonuçları tablolar ve grafkler halnde verlmş ve aynı soğutma yükü ve çalışma şartlarında farklı soğutucu akışkan kullanan tcar soğutucular karşılaştırılmıştır [17]. Ataer ve ark. yapmış oldukları çalışmada, Türkye'de küçük üretm kapastel tcar soğutucu üretcler çn, R12 yerne R134a, R404a ve R290 alternatf soğutucu akışkanların kullanılması halnde yapılması gereken teknoloj değşmlern belrlemşlerdr. Çalışma, farklı soğutma yükü ve çalışma şartlarında sekz adet tcar soğutucu çn yapılmış ve tasarım sonuçları tablolar halnde verlmştr. Üzerlernde gerekl değşklkler yapılarak teknoloj değşmler gerçekleştrlen tcar soğutucuları, lgl standartlara uygun olarak hazırlanan test odasında test etmşler ve test sonuçlarını teork sonuçlarla karşılaştırmışlardır [18]. Ree, R22 soğutucu akışkanı yerne kullanılablecek alternatf soğutucu akışkanın belrlenmes çn deneysel çalışmalar yapmıştır. Deneyler, soğutucuda gerekl teknoloj değşmler yapılarak, R22 soğutucu akışkanı yerne R404a, R407c ve R410a soğutucu akışkanlarının kullanılmasıyla gerçekleştrlmştr. Alternatf soğutucu akışkanın soğutucu kapastes le soğutma etknlğnn R22'nnklere oranlan grafk halnde verlmştr. Deneyler sonucunda elde edlen sonuçları teork sonuçlarla da karşılaştırmıştır. Ayrıca R134a, R290, R600a, R717, R404a, R407c, R410a ve R507 soğutucu akışkanları le çalışan soğutuculann, 40 C kondenser sıcaklığı, -35 C ve 2 C evaporatör sıcaklıkları le 8 K aşırı ısıtma ve 3 K aşırı soğutma şartlarında soğutma kapastes ve kompresör çıkış sıcaklığının R22'nnklere oranlarını tablo halnde vermştr [19]. Luzzatto ve ark. yaptıkları testlerde, R22 le çalışan soğutma üntesnde R22'nn yerne R407c ve R134a kullanmışlardır. Çalışmalar sonucunda

27 8 R134a'nın R407c'ye göre daha y br durum sergledğ görülmüştür. Buna karşılık R134a'nın R407c'ye göre daha düşük basınçlarda çalıştığı ve daha büyük hacml kompresöre htyaç duyduğunu, malyet açısından değerlendrldğnde R407c'nn daha y br sonuç verdğn gözlemşlerdr [20]. Chen ve Prasad yapmış oldukları çalışmada, R134a ve R12 soğutucu akışkanı kullanan buhar sıkıştırmalı soğutma sstemnn performanslarının karşılaştırılmasını ncelemştr. Çalışmalarında R134a ve R12 soğutucu akışkanları çn gerçek soğutma çevrmnn smüle edldğ br blgsayar programını kullanmışlar, ncelemelern her k soğutucu akışkan çn aynı soğutma yükünde, 0-20 C evaporatör sıcaklığı ve 40 C kondenser sıcaklığı arasında yapmışlardır. Karşılaştırma sonuçlarını grafkler halnde göstermşler ve karşılaştırma sonucunda, R134a soğutucu akışkanlı sstemn performansının % 3 kadar düşük olduğunu ve buna karşılık kompresör gücünün R12 soğutucu akışkanlı sstemden % 3 olduğunu tespt etmşlerdr [21]. Ataer ve Usta yapmış oldukları çalışmada, ozon tabakasına zararlı etkler olan R12, R502 ve R22 soğutucu akışkanlarının yerne, alternatf soğutucu akışkanların buhar sıkıştırmalı soğutucularda kullanılablrlğn ncelemşlerdr. Bu çalışmada farklı soğutucu akışkanlar çn, farklı soğutma gücündek soğutucuların, evaporatör, kondenser ve kompresör kapasteler, kılcal boru uzunluğu ve soğutma etknlğ hesaplanmıştır. Hesaplamaları, farklı soğutucu akışkanlar çn 500 W soğutma yükünde, 45 C ve 55 C kondenser sıcaklığında ve -30 C le -5 C evaporatör sıcaklık aralığında yapmışlar ve sonuçlan basınç oranı, kompresör gücü, soğutucu akışkan kütle debs ve soğutma etknlğnn evaporatördak akışkan sıcaklığı le değşmler halnde vermşlerdr [22]. Yumrutaş ve ark. yaptıkları çalışmada, br buhar sıkıştırmalı soğutma çevrmne ekserj analz uygulayarak buharlaştırma ve yoğuşturma sıcaklıklarının, basınç kayıpları, ekserj kayıpları, knc kanun verm ve

28 9 performans katsayısı üzerndek etklern ncelemşlerdr. Analzler sonucunda, evaporatör le soğutulan hacm arasındak sıcaklık farkı azaldıkça knc kanun verm ve performans değernn artmakta olduğunu ve ekserj kayıplarının azalmakta olduğunu tespt etmşlerdr [23]. Bansal ve Purkayastha 1998 yılında alternatf soğutucu akışkanlar çn NTU-ε model adlı çalışma yapmışlardır. Bu çalışmalarında, buhar sıkıştırmalı sstemlerde alternatf soğutucu akışkanın kullanılması durumunda kararlı hal çn br smülasyon yapmışlardır. Aynı zamanda bu modeln uygulanableceğ hdrokorbonları da çne alan yen soğutucu akışkanlara genşletmşlerdr ve soğutucu akışkan özellkler çn REFPROP paket programını kullanmışlardır. Modellemede ana grd olarak; ısı değştrcnn fzksel verler, kompresör verm, ısı transfer akışkanına at kütle debs, evaporatöre ve kondensere grş sıcaklıkları, ısı değştrc boyunca basınç düşümü, evaporatörün ve kondensern kapastelern kullanmışlardır. Modelden elde ettkler sonuçların R22 ve R290 gb deneysel verlerle uyum çnde olduğunu görmüşlerdr. Bu karşılaştırmayı performans katsayısı, kondenser kapastes, soğutucu akışkanın kütle debs ve kompresör basma hattı sıcaklığı çn yapmışlardır. Deneyler, prnçle kaplanmış ısı değştrcler kullanılarak saf soğutucu akışkanlar çn yapılmış olmasına rağmen, dğer ısı değştrcler gb karışım soğutucu akışkanlara da uygulanableceğn fade etmşlerdr [24]. Cabello ve ark. yapıtıkları çalışmada, buhar sıkıştırmalı soğutma sstemlernn enerj performansına etk eden şletme değşkenlern deneysel sonuçlara bağlı olarak fade etmşlerdr. Deneylern R134a, R407C ve R22 olmak üzere üç farklı akışkan kullanarak tek devrel buhar sıkıştırmalı soğutma sstemnde gerçekleştrmşlerdr. Her soğutucu akışkan çn sstem aynı kondenser ve evaporatör basıncı aralığında çalıştırablmek çn aynı elektrk motoruyla kontrol edlen frekans ayarlı pstonlu kompresör kullanmışlardır. İşletme değşkenler olarak evaporatör basıncını, kondenser basıncını ve kompresör grşnde aşırı kızdırma sevyesn dkkate almışlardır. Deneysel verlerden soğutucu akışkan debsnn emme hattındak özgül

29 10 hacme ve bu hattak şartlara bağlı olduğunu göstermşlerdr. Soğutucu akışkan deb değşmnn, kompresör sıkıştırma oranı ve evaporatör basıncıyla orantılı olduğunu göstermşlerdr. Soğutma kapastes davranışında soğutucu akışkan deb değşmnn öneml br etken olduğunu deneysel sonuçlarla ortaya koymuşlardır. Enerj performansı analznden sonra, soğutma kapastes ve pstonlu kompresörün güç gereksnm gb performans karakterstklern, elde edlen deneysel sonuçlara göre grafk şeklnde vermşlerdr [25]. Buhar sıkıştırmalı soğutma sstemnn farklı uygulamalarına yönelk alternatf akışkan kullanılan sstemlern performans çalışması brçok araştırmacı tarafından ncelenmştr. Bu çalışmaların genel özellkler se, R22 soğutucu akışkanının yern alacak alternatf soğutucu akışkanların performansları ncelenmş ve br kısmında se sonuçlar farklı akışkanlar kullanılarak karşılaştırmalı olarak verlmştr [26-30].

30 11 3. SOĞUTMA SİSTEMLERİ Br maddenn veya ortamın sıcaklığını çevre sıcaklığının altına ndrme şlemne soğutma denr. Farklı br tarfle soğutma, br madde veya ortamdan ısı alma şlem olarak tanımlanablr. Soğutma şlem gerçekleşrken ısı, soğutulan madde veya ortamdan alınıp sıcaklığı daha yüksek olan başka madde veya ortama aktarılır. Termodnamğn öneml uygulama alanlarından olan soğutma çevrmler, soğutma makneler veya ısı pompası yardımıyla gerçekleştrlr. Günümüze kadar soğutma şlemn gerçekleştreblmek çn brçok çevrm ve sstem kullanılmıştır. Soğutma çevrmlernden uygulamada en çok rastlananlar şunlardır [1]; 1) Ejektör soğutma sstem, 2) Hava soğutma sstem, 3) Absorbsyon soğutma sstem, 4) Buhar sıkıştırmalı soğutma sstem, 5) Isı pompası Ejektör Soğutma Sstem Çalışma prensb açısından br buhar sıkıştırma çevrm olan ejektör soğutma sstemnde, evaporatörde buharlaşan soğutucu akışkan buharları br ejektör le sürüklenerek buharlaşma basıncının kontrolü sağlanır. Sürükleyc akışkanı buhar ve soğutucu maddes su olan uygulama bu çevrmde en çok kullanılan akışkan maddelerdr. Böyle br sstemde, ejektörde sürükleme etks meydana getren akışkan le evaporatörde buharlaşan ve sürüklenen buhar karışmaktadır. Bu karışma sonucu ısı, soğutulan madde veya ortamdan alınıp sıcaklığı daha yüksek olan başka madde veya ortama aktarılır ve soğutma gerçekleşr.

31 Hava Soğutma Sstem Hava soğutma sstemnde dğer soğutma sstemlernden farklı olarak, soğutucu akışkan tüm sstemden gaz halde kalır ve faz değşm göstermez. Hava soğutma sstem açık veya kapalı sstem prensbne göre çalışır. Açık sstemde soğutma şlem sürekl olarak atmosferden alınan hava sstemde soğutulduktan sonra kullanılır. Kapalı sstemde se kompresörde sıkıştırılan hava, sstem çersnde serbest bırakılır ve ortamdan ısı çekerek soğutmayı sağlar Absorbsyon Soğutma Sstem Genel olarak absorbsyon prensb, karşılıklı çözünürlüğü olan maddelern yüksek sıcaklıklarda daha az, düşük sıcaklıklarda se daha fazla çözünür olmasıdır. Soğutma yükü soğutucu akışkanın evaporatörde buharlaşmasıyla karşılanır. Absorbsyonlu sstemlerde k akışkan çftnden oluşan solüsyon, ltyum bromür+su ve amonyak+su solüsyonları kullanılır. Bu solüsyonların brncsnde ltyum bromür absorbent, su se soğutucu akışkandır. İkncsnde se su absorbent, amonyak soğutucu akışkandır. Absorbsyonlu soğutma sstemn meydana getren başlıca elemanlar; kaynatıcı, kondenser, evaporatör, absorber ve sıvı ısı değştrc olarak tanımlanır. Soğutucu akışkan soğutma sstemnn her tarafında dolaşır. Absorbent akışkan se sadece kaynatıcı, absorber ve ısı değştrc arasında dolaşır. Absorbsyonlu soğutma sstemnn çalışma prensb şöyledr; Absorberden çıkıp br pompa vasıtasıyla ısı değştrcsnden geçerek ısınan ltyum bromür bakımından fakr eryk kaynatıcıya gelr. Burada dışarıdan verlen ısıyla soğutucu akışkan tamamen buharlaşarak erykten ayrılır. Buharlaşarak kaynatıcıyı terk eden soğutucu buharı, kondensere grer. Kaynatıcıda eryk çnden soğutucu buharının ayrılmasıyla ltyum bromür bakımından zengnleşen eryk ısı değştrcsnden geçp fakr eryğe ısı verdkten sonra absorbere ger döner. Kaynatıcıdan buharlaşarak kondensere gren soğutucu

32 13 buharı burada yoğuşarak dışarıya ısı atar. Yoğuşma basıncı, zaf olarak buharlaşma basıncından yüksektr. Her k basınç mutlak olarak atmosfer basıncının altındadır [31]. Basınç kayıpları düşünülmezse, kaynatıcı kondenser basıncında, absorber se evaporatör basıncındadır. Kondenserde tamamen yoğuşmuş olarak çıkan soğutucu akışkan zaf olarak düşük basınçta çalışan evaporatöre grmeden evvel br kısma vanasından geçrlr. Evaporatöre kısılarak gren soğutucu akışkan burada buharlaşarak gerekl soğutma yükünü ortamdan çeker. Evaporatörden kızgın veya doymuş halde çıkan soğutucu buharı absorbere grer. Absorberde, ısı değştrcsnden geçp ısı verdkten sonra br kısma vanasından absorber basıncına kısılan zengn eryk, evaporatörden gelen soğutucu buharını yutar. İşlem esnasında ısı açığa çıkar. Yutma şlemnn gerçekleşmes çn açığa çıkan ısının absorberden atılması gerekr. Absorber çnde tekrar fakr hale gelen eryk br pompa vasıtasıyla tekrar kaynatıcıya gönderlr. Isı kayıplarını azaltmak çn absorberden kaynatıcıya gönderlen fakr eryk kaynatıcıdan dönen zengn eryk tarafından br ısı değştrcsnde ısıtılır. Pompaya verlen küçük br enerj harcnde absorbsyonlu soğutma sstemnn çalışması çn dış br mekank enerjye htyaç yoktur. Kaynatıcıda verlen ısı enerjsyle sstem çalışır. Absorbsyonlu soğutma sstemnde, soğutucu akışkan k kere buharlaştırılıp yoğuşturulmaktadır. İlave buharlaşma-yoğuşma mekank enerjnn yern alan fzko-kmyasal br şlemdr [32] Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Sstem Soğutma sstemlernn çersnde en yaygın olarak kullanılan sstemdr. Bu sstemlerde aracı madde olarak düşük sıcaklıkta buharlaşablen soğutucu akışkanlar kullanılmaktadır. Soğutucu akışkanların buharlaşması sırasında çevresnden ısı çekmeleryle çevre sıcaklığı düşürülür ve soğutma şlem gerçekleştrlr. Gaz halndek soğutucu akışkan, sıvılaştırılıp tekrar kullanılmak çn kompresörde sıkıştırılır. Sıkıştırma sırasında sıcaklığı ve

33 14 basıncı artan gaz, su veya hava le soğutularak sıvılaştırılır ve yenden kullanılır [33]. Buhar sıkıştırmalı soğutma sstemlernde, düşük sıcaklıktak br ortamdan çeklen ısı yüksek sıcaklıktak br ortama atılır. Bu şlemn gerçekleşeblmes çn, soğutucu akışkan soğutma sstem çersnde dolaştırılır. Soğutucu akışkanın sstem çersnde dolaşımı kompresör le sağlanır. Soğutucu akışkan sstem çersnde dolaşırken br ser şleme maruz kalır. Bu şlemler sers, çevrm olarak adlandırılır. Çevrm esnasında soğutucu akışkan hal değştrr. Soğutucu akışkanın hal değşm le soğutma şlem gerçekleşr. Bu soğutma çevrm, buhar sıkıştırmalı soğutma çevrm olarak blnr ve pratkte yaygın olarak kullanılır. Buhar sıkıştırmalı soğutma sstemnn ana elemanları aşağıda verlmştr; 1) Evaporatör, 2) Kompresör, 3) Kondenser, 4) Genleşme valf veya kılcal boru. Evaporatör, soğutulan ortamdak ısının sstem çnde dolaşan soğutucu akışkana geçmesn sağlar. Soğutucu akışkan evaporatör çnde buharlaşırken, soğutulan ortamdan ısı çekerek soğutmayı gerçekleştrr. Evaporatör çnde buharlaşarak gaz halne gelen soğutucu akışkan, emme borusu le kompresör grşne ulaşır. Kompresör, evaporatörden emlen buhar fazındak soğutucu akışkanı sıkıştırarak basıncını ve sıcaklığını stenlen sevyeye yükseltr. Böylece gaz fazındak soğutucu akışkan, çevre havası le kolayca yoğuşablecek duruma gelr. Yüksek sıcaklık ve basınca sahp olan gaz fazındak soğutucu akışkan, basma borusu le kondensere ulaşır. Kondenserdek soğutucu akışkandan daha düşük sıcaklıktak ortama ısı atılır. Bu süreçte soğutucu akışkan kondenserde yoğuşur. Kondenserde, sıvı duruma gelen soğutucu akışkan br sıvı toplama deposunda brkr. Böylece, evaporatöre sürekl sıvı fazda soğutucu akışkan temn edlr. Soğutucu

34 15 akışkan, sıvı deposundan br boru vasıtasıyla evaporatöre grer. Sıvı fazdak soğutucu akışkan, evaporatöre grmeden önce br genleşme vanasından veya kılcal borudan geçrlerek basıncı stenlen sevyeye düşürülür. Böylece, yenden evaporatöre gren soğutucu akışkan evaporatörde tekrar buharlaşır ve soğutulan ortamdan ısı çeker. Soğutma çevrm bu şeklde tekrarlanır Buhar sıkıştırmalı soğutma sstem elemanları Evaporatörler Genşleme valfnde basıncı düşürülmüş olan soğutucu akışkanın buharlaşarak soğutmanın elde edldğ kısımdır. Soğutucu akışkanın cnsne bağlı olarak muhtelf malzemelerden yapılır. Genellkle bakır veya çelk boru kullanılır. Korozyona karşı mukavemet artırmak çn bakır borunun dış yüzeyler kalaylanır, çelk boru durumunda se galvanze edlr. Hava soğutulmasında kullanılan borularda temas yüzeyn artırmak çn boruların etrafına kanatçıklar lave edlr. Kanatlı borular; helsel sarılmış, lamell ve aynı malzemeden haddelenmş olmak üzere üç gruba ayrılır. Sıvıların soğutulmasında kullanılan evaporatörler se borulu, boru demetl, levhalı ve ç çe borulu evaporatörler olmak üzere dörde ayrılır. Evaporatörler çndek soğutucu akışkanın sıvı veya gaz halde olmasına göre kuru ve yaş evaporatörler olmak üzere sınıflandırmak da mümkündür. Kompresörler Kompresörün sstemdek görev düşük basınç ve düşük sıcaklıkta gaz halndek soğutucu akışkanı evaporatörden emerek sıvılaştırma sıcaklığına kadar sıkıştırmak ve yüksek basınçta kızgın buhar halnde kondensere basmaktır. Sstemn büyüklüğüne göre muhtelf kompresörler kullanılır. Bu kompresörler başlıca 5 ana gurupta toplamak mümkündür. Bunlar; 1) Pstonlu kompresörler,

35 16 2) Rotatf kompresörler, 3) Turbo kompresörler, 4) Hermetk kompresörler, 5) Vdalı kompresörler Pstonlu Kompresörler Soğutma ve ısı pompası uygulamalarında en yaygın kullanımı olan kompresörlerdr. Yaklaşık Kcal/h kapasteye kadar mal edlmektedrler. Bu tp kompresörlerde br slndr çersnde gdp gelme hareket yapan pston, soğutucu akışkanı sıkıştırır. Kompresörü tahrk eden motorun dönme hareket br krank ml-byel sstem yardımı le pstona letlr. En çok terch edlen kompresör tpdr. Pstonlu kompresörlern çeştl avantaj ve dezavantajları şöyle sıralanablr: Avantajları 1) Pstonlu kompresörler her çeşt motorla tahrk olablrler, 2) Devr sayısı kayış-kasnak ve benzer sstemlerle değştrleblr, 3) Motor üzernden kısa devre olarak devrede kltlenme olmaz, 4) Tahrk motoru arıza yapınca hemen değştrlerek çalışma aksatılmaz, 5) İmalat kalteler çok ydr. Dezavantajları 1) Hermetk kompresörlere göre daha pahalıdır, 2) Soğutma devresnde, motorun ısı kayıpları ger kazanılamaz. Bu özellkle ısı pompaları çn öneml br dezavantajdır, 3) Sıvı darbelerne karşı dğer kompresörlere göre daha az mukavmdrler, 4) Soğutucu akışkan kaçakları meydana gelr ve bu çok öneml br mahzurdur.

36 17 Rotatf Kompresörler Pstonlu kompresörlerde olduğu gb rotatf kompresörler de sıkıştırma maknelerdr, fakat gdp gelme hareket yerne dönen br pstonu vardır. Sık görülen malat şekller; dönel pstonlu, wurm pstonlu ve revolng pstonlu kompresörlerdr. Sessz çalışmalarına ve az yer şgal etmelerne rağmen malattak hassas şçlk ve yağlama zorluğu le yüksek basınçlardak kaçaklar olumsuz faktörlerdr. Bu nedenle rotatf kompresörler spesfk uygulamalarda sstem özellkler dkkate alınarak kullanılablme mkanları göz önüne alınarak terch edlrler. Turbo Kompresörler Turbo kompresörlern çalışma prensb yüksek basınçlı radyal fanların aynısıdır. Pstonlu ve rotatf kompresörlerden farkı, poztf sıkıştırma yerne santrfüj kuvvetlerden yararlanarak sıkıştırma yapmasıdır. Dğer kompresörlere oranla daha vermldrler. Avantajları 1) Ttreşm yoktur ve gaz akışı sürekldr, 2) Devreye yağ kaçağı olmaz, 3) % 20 le % 100 arasında güç ayarı yapılablr, 4) İmalat kalteler ydr, 5) Komplke değldr. Dezavantajları 1) Sıkıştırma oranı düşüktür, 2) Çok yüksek güçler çn uygun değldr,

37 18 3) Motor tarafından açığa çıkarılan ısının ger kazanılması mümkün değldr. Hermetk Kompresörler Küçük soğutma tessler, klma tessler le soğutma vagon ve kasalarında terch edlr ve soğutucu akışkan olarak Freon sers soğutucu akışkanlar kullanılır. Hermetk kompresörler, tam hermetk ve yarı hermetk kompresörler olmak üzere k gruba ayırmak mümkündür. Tam Hermetk Kompresörler Aynı zamanda kapsül kompresör olarak da blnr. Tahrk motoru le brlkte sızdırmaz gövde çnde bulunur. Arıza halnde, bütün chaz değştrlr. Avantajları 1) Fyatları daha düşüktür, 2) Tahrk motoru le kompresör aynı kapalı kap çnde bulundukları çn motorun ısı kayıpları sstem çnde kalır ve ısı pompası olarak sstemn verm artar, 3) Daha az yer kaplarlar. Dezavantajları 1) Elektrk motorunun soğutucu akışkan devres çnde bulunması nedenyle sargıları kmyasal olarak etklenmes söz konusudur, 2) Performansları düşüktür. Yarı Hermetk Kompresörler

38 19 Bu tp kompresör le tam kapalı kompresör arasındak tek fark gövdenn tamamen kaynaklı değl vdalı kapaklı olarak mal edlmş olmasıdır. Ancak daha pahalı ve sıvı darbelerne karşı daha az mukavmdrler. Vdalı Kompresörler Vdalı kompresörler su/su ısı pompalarında terch edlrler ve le Kcal/h kondenser kapasteler çn uygundurlar, k adet vda arasında emlen gaz akışkan dğer tarafa basılır. Avantajları 1) Verm yüksektr, 2) Ttreşm ve gürültü yoktur, 3) Gaz akışı sürekldr, 4) % 15 le % 100 arasında güç ayarı yapılablr, 5) Kompresyon verm yüksektr, 6) Parçalar arasında aşınma yoktur. Dezavantajları 1) Fyatlar oldukça yüksektr, 2) Enerj tüketmler fazladır, 3) Motor kayıplarının ger kazanılması mümkün değldr. Kondenserler Kompresör tarafından sıkıştırılarak basınç ve sıcaklığı yükseltlmş olan soğutucu akışkanın, bu basınç ve sıcaklıkta ısıyı çevresne terk ederek yoğuştuğu kısımdır. Uygulamada hava soğutmalı, su soğutmalı ve karma olmak üzere üç tp kondenser vardır. Hava soğutmalı kondenserler ya zorlanmış ya da doğal dolaşımlı olarak mal edlrler. Zorlanmış dolaşımlılarda

39 20 aspratör veya vantlatörlerden yararlanılır. Doğal dolaşımlılarda se kondenser yüzey genş tutulur. Ayrıca her k durumda da ısı geçş yüzeyn artırmak çn borular üzerne çeştl formlarda kanatlar geçrlr. Su soğutmalı kondenserler de çten su akımlı, dıştan su akımlı, gövde tp ve karma olmak üzere dört değşk tpte mal edlrler. Genleşme Valfları Her buhar sıkıştırmalı soğutma maknes ve ısı pompası çevrm, yüksek basınç ve düşük basınç taraflarına ayrılablr. Düşük basınçtan yüksek basınca yükselme kompresörde, yüksek basınçtan düşük basınca düşme se genleşme valfnde olur. Genleşme valf basıncı düşürmenn yanında, evaporatörün stenlen ısı mktarını çekeblmes çn gerekl olan soğutucu akışkan debsn ayarlar. En çok blnen genleşme valfı tpler şunlardır: 1) El le çalışan genleşme valfı, 2) Alçak basınçlı şamandıralı valf, 3) Yüksek basınçlı şamandıralı valf, 4) Otomatk genleşme valfı, 5) Termostatk genleşme valfı, 6) Kılcal boru. El le Çalışan Genleşme Valf El le çalışan genleşme valfler, pratk olarak sabt yüklü büyük sstemlerde terchen kullanılırlar. Ancak yük değşmeler halnde valfn pozsyonunu düzenleyecek br operatör gerekldr. Alçak Basınçlı Şamandıralı Valf Valfn düşük basınç tarafına br şamandıra monte edlmştr ve evaporatörde soğutucu akışkan sevyesn ayarlamak çn kullanılır. Çok y br kontrol

40 21 sağlar ve bastlğ sebeb le pratk olarak hata yapmaz. Ayrıca her türlü soğutucu akışkan çn kullanılırlar. Yüksek Basınçlı Şamandıralı Valf Bu valf şamandıra sstemn yüksek basınç tarafına monte edlmştr ve yüksek basınçlı sıvı le ayarlanır. Bu valfler soğutucu akışkan mktarının öneml rol oynadığı sstemlerde kullanılır ve evaporatöre aynı anda kondenserde sıvılaşan soğutucu akışkan mktarı kadar soğutucu akışkan gönderlr. Otomatk Genleşme Valf Otomatk genleşme valfnn görev evaporatör çndek basıncı kullanarak evaporatör çnde sabt basınç sağlamaktır. Evaporatör çndek basınç yükselr se valf kapanır, basınç azalır se açılır. Bu valfler an yük değşklkler olan sstemler çn uygundur. Termostatk Genleşme Valf En çok kullanılan genleşme elemanıdır. Termostatk genleşme valf, buharlaşma şlemnn başlangıcı ve btş arasında ayarlanablen br sıcaklık farkını kontrol eder. Bu kontrol üntesnn hssedcs evaporatör çıkışma monte edlmştr. Esas olarak, kontrol üntesnn görev evaporatöre ancak buharlaştırableceğ kadar soğutucu akışkan göndermektr. Kılcal Boru Kılcal boru en bast ve en az arıza yapan genleşme üntesdr. Bununla beraber uygulama alanı sınırlıdır. Önceden belrlenmş, net soğutucu akışkan mktarları çn mal edlrler ve belrl basınç düşümü sağlarlar. Genellkle 0,4-2

41 22 mm ç çapında ve 2 m ye kadar uzunlukta spral olarak demetlenmş br bakır borudan barettr Buhar sıkıştırmalı sstemn yapısı Kompresörlü soğutma sstemler, düşük sıcaklıktak br ortamdan ısıyı çekerek yüksek sıcaklıktak ortama atan ve böylece bulunduğu ortamı soğutan sstemledr. Bu şlemler soğutucu akışkanlar yardımıyla ve dışarıdan enerj harcanarak yapılır [34]. Kompresörlü soğutma sstemler temel olarak kompresör, kondenser, genleşme valf ve evaporatör olmak üzere dört ana elemandan oluşmaktadır (Şekl 3.1). İdeal buhar sıkıştırmalı soğutma çevrm aşağıdak şeklde gerçekleşr. 1-2 : Kompresörde zentropk sıkıştırma 2-3 : Kondenserdan çevreye sabt basınçta ısı geçş 3-4 : Genleşme ve basıncın düşmes 4-1 : Evaporatörde akışkana sabt basınçta ısı geçş Şekl 3.1. Buhar sıkıştırmalı soğutma sstem tessat şeması

42 23 Şekl 3.1 de, 1 noktasından doymuş buhar olarak çıkan soğutucu akışkan, br kompresör yardımıyla basıncı arttırılarak kondensere basılır. Yüksek basınçta kompresörden çıkan soğutucu akışkan kondensere grer (2 noktası) ve burada ısısını atarak sabt basınçta yoğuşur. Yoğuşan akışkan genleşme valfne grer (3 noktası). Genleşme valfnden geçen soğutucu akışkan sabt entalpde genleşerek ıslak buhar halne gelr (4 noktası). Islak buhar halnde evaporatöre gren soğutucu akışkan buradan geçerek ortamın ısısını çeker ve buharlaşarak tekrar kompresöre grer (1 noktası). Çevrm böylece devam eder [35]. İdeal buhar sıkıştırmalı soğutma çevrmnn LogP-h ve T-s dyagramları Şekl 3.2 de verlmştr. Şekl 3.2. İdeal buhar sıkıştırmalı soğutma sstem a) LnP-h dyagramı, b)t-s dyagramı İdeal çevrmde; 1) Kondenser ve evaporatörde basınç kaybı olmadığı, 2) Akışkanın, evaporatördek buharlaşma sürecnde basınç ve sıcaklığının sabt olduğu, 3) Akışkanın, kondenserdek yoğuşma sürecnde sıcaklığın sabt olduğu, kızgın buhar soğuması sürecnde kondenser sıcaklığının değşyor olduğu, kondenserdek tüm süreç boyunca basıncın sabt olduğu, 4) Kompresörün zentropk olarak çalıştığı, genleşme elemanının tersnmez adyabatk olarak çalıştığı,

43 24 5) Kompresör, kondenser, evaporatör ve genleşme elemanını brbrne bağlayan boru devresnde ısı ve basınç kaybı olmadığı kabul edlr. Gerçek buhar sıkıştırmalı soğutma çevrm, basıncın düşmesne sebep olan akış sürtünmes ve çevre le olan ısı alışverş neden le deal çevrmden farklıdır. Şekl 3.3 te gerçek soğutma çevrmnn T-s dyagramı verlmştr. Şekl 3.3. Gerçek buhar sıkıştırmalı soğutma çevrm T-s dyagaramı İdeal çevrmde, soğutucu akışkan kompresöre doymuş buhar halnde grer. Uygulamada se soğutucu akışkanın hal değşm hassas br şeklde kontrol edlemedğnden, soğutucu akışkanın kompresöre kızgın buhar halnde grmes sağlanacak şeklde sstem tasarlanır. Kompresör le evaporatör arasındak bağlantının genellkle uzun olması, akış sürtünmes neden le basınç düşmesne yol açar. Ayrıca çevreden soğutucu akışkana ısı geçş olur. Tüm bu etkler soğutucu akışkanın özgül hacmnn artmasına neden

44 25 olur. Sürekl akış ş özgül hacmle doğru orantılı olduğundan kompresör ş de buna bağlı olarak artar. İdeal çevrmde sıkıştırma şlem zentropktr. Gerçek çevrmde se akış sürtünmes ve ısı geçş entropy etkler. Akış sürtünmes entropy arttırırken, ısı geçş hang yönde olduğuna bağlı olarak entropy arttırır veya azaltır. İdeal çevrmde, soğutucu akışkan kondenserdan, kompresör çıkış basıncında ve doymuş sıvı olarak çıkar. Gerçek çevrmde se kompresör çıkışı le kısılma vanası grş arasında br basınç düşmes vardır. Akışkanın kısılma vanasına grmeden önce tümüyle sıvı halde olması çn soğutucu akışkan aşırı soğutulur. Bu durumda soğutucu akışkan evaporatöre daha düşük br entalpde grer ve buna bağlı olarak ortamdan daha çok ısı çekleblr. Kısılma vanası le evaporatör brbrne çok yakın olduğundan aradak basınç kaybı küçüktür [33]. Br soğutma çevrmnde " yüksek basınç" ve "düşük basınç" kavramlarından söz edlr. Aşağıda bu kavramların açıklaması verlmştr. Şekl 3.4 te buhar sıkıştırmalı soğutma çevrmnn basınç bölgeler verlmştr. Şekl 3.4. Buhar sıkıştırmalı soğutma çevrmnn farklı sıcaklık ve basınç bölgeler

45 26 Yüksek basınç tarafı, br soğutma çevrmnde kompresörün çıkışından, basma hattı borusu, kondenser, sıvı borusu ve kısılma vanasına kadar olan kısım " yüksek basınç tarafı" olarak anılır. Soğutma çevrmnde kondenserde k kızgın buhar, doymuş buhar, ıslak buhar ve sıvı durumundak soğutucu akışkan sıcaklığındak basınca yoğuşma basıncı denr. Yoğuşma basıncı aynı zamanda soğutma çevrmnn yüksek basıncıdır. Soğutma sstemnde kompresörün çalışmadığı durumlarda br süre sonra yüksek basınç tarafındak soğutucu akışkan sıcaklığı bu kısmı çevreleyen hava sıcaklığına eşt olur. Bu durumda, soğutma çevrmnn yüksek basıncı, çevre havasının sıcaklığına uygun br basınç olarak belrlenr. Kompresör çalışmaya başladığı anda kompresörün pompaladığı soğutucu akışkanın buhar sıcaklığı le yoğuşturma ortamının sıcaklığı arasında her hang br sıcaklık farkı olmayacağından yoğuşma olmaz. Ancak çok kısa br zaman çersnde kompresör tarafından pompalanan soğutucu akışkan buharının sıcaklığı çevre sıcaklığının üstüne çıkar ve soğutucu akışkan buharının sıcaklığı le çevre havasının sıcaklığı arasında belrl br fark meydana gelr. Bu fark yeterl br değere ulaşınca kondenserden çevreye olan ısı geçş yeterl duruma gelr ve yoğuşma şlem başlar. Düşük basınç tarafı, br soğutma çevrmnn kısılma vanasından tbaren buharlaştıncı, emme hattı borusu ve kompresörün emşne kadar olan kısmına "düşük basınç tarafı" denr. Evaporatörde buharlaşan soğutucu akışkanın basıncı, "evaporatör basıncı" olarak anılır. Buharlaşma basıncı, evaporatör ısı geçş yüzey le soğutulan hacmn havasının sıcaklığına göre değşr. Evaporatör ısı transfer yüzeynn belrl br değer çn, soğutulan hacmn sıcaklığının daha düşük değerler alması halnde buharlaşma basıncı düşer. Soğutulan hacmn sıcaklığının daha büyük değerler alması halnde se buharlaşma basıncı artar.

46 27 Aşırı ısıtma ve aşırı kızdırmanın soğutma sstemne etks, buhar sıkıştırmalı soğutma sstemlernde, soğutucu akışkanın kondenser çıkışında aşırı soğutulması, evaporatöre düşük ısıl kaltede grmesne ve böylece akışkanın daha fazla ısı çekmesne neden olur. Bunun sonucu performans katsayısı artar. Ayrıca aşırı soğutulmuş br soğutma sstemnde, brm kapaste başına düşen soğutucu akışkan debs, aşırı soğutma yapılmayan br soğutma sstemne göre daha az olacaktır [36]. Bunların yanında, soğutucu akışkanın kondenserden çıktıktan sonra buhar kabarcıkları halnde genleşme valfne grmes, genleşme valfnn kapastesn düşürür ve evaporatöre gren soğutucu akışkan mktarı azalır. Aşırı soğutma şlem bu sakıncayı ortadan kaldırır [37]. Evaporatör çıkışında yapılan aşırı kızdırma şlem se soğutulmak stenen ortamdan daha fazla ısı çeklmesn ve böylece sstem performansının artmasını sağlar. Bunun yanında aşırı kızdırma şlemyle kompresöre sıvı soğutucu akışkan grmes de önlenmş olur. Aşırı kızdırma sıcaklığının stenen değerlerden yüksek seçlmes se kompresörün daha fazla buhar hacmn sıkıştırması yan daha fazla güç harcaması anlamına gelr. Bu nedenle aşırı kızdırma sıcaklığının deneysel verlerle saptanmış ve tavsye edlen değerlerde alınması gerekldr. Bütün bunlardan dolayı aşırı kızdırma ve aşırı soğutma sıcaklık mktarları sstem performansını drek olarak etklemektedr [36]. Soğutma sstemlernde aşırı soğutma şlem kondanser çıkışında, aşırı kızdırma şlem evaporatör çıkışında yapılır. Aşırı soğutmalı ve aşırı kızdırmalı teork br soğutma sstemnn tessat şeması Şekl 3.5 te, sstemn LnP-h ve T-s dyagramları se sırasıyla Şekl 3.6.a ve 3.6.b de gösterlmştr.

47 28 Şekl 3.5. Aşırı soğutmalı ve aşırı kızdırmalı buhar sıkıştırmalı soğutma sstem tessat şeması Şekl 3.6. Aşırı soğutmalı ve aşırı kızdırmalı buhar sıkıştırmalı soğutma sstem a) LogP-h dyagramı, b) T-s dyagramı Aşırı soğutmalı ve aşırı kızdırmalı teork soğutmalı soğutma çevrmnde 7 noktasında evaporatörde doymuş buhar halne gelen soğutucu akışkan ortamın ısısını almaya devam eder ve 1 noktasına kızgın buhar halne gelr. Bundan dolayı bu bölgeye aşırı kızdırma bölges denr. Bu aşırı kızdırma sonucunda kompresör grş şartları yleştrlmş olur. Dğer taraftan kondenser çıkışında doymuş sıvı halnde olan soğutucu akışkan 4 noktasından sonra ısısını dışarıya atmaya devam ederek 5 noktasında aşırı soğutulmuş sıvı halne gelr. Bu bölgeye de aşırı soğutma bölges denr [38].

48 29 Şekl 3.6 da LnP-h ve T-s dyagramları verlen kompresörlü teork soğutma çevrmn, çevrm üzernde verlen numaralardan yararlanarak aşağıdak şeklde özetlemek mümkündür [36]. 1-2 : Adyabatk sıkıştırma 2-3 : İzobar soğutma (Kızgınlığın alındığı bölge) 3-4 : İzobar soğutma (Yoğuşma) 4-5 : İzobar soğutma (Aşırı soğutma) 5-6 : İzentalpk genleşme 6-7 : İzobar ısıtma (Buharlaşma) 7-1 : İzobar ısıtma (Aşırı kızdırma) Kompresörlü buhar sıkıştırmalı soğutma çevrmlernde aşırı soğutma ve aşırı kızdırma şlemler, sstem performansını doğrudan etkler. Aşırı ısıtmanın, sstemn soğutma kapastes ve performans katsayısı üzerndek etks aşırı ısıtmanın nerede olduğuna bağlıdır. Eğer soğutucu akışkanın aşırı ısınması soğutulan ortamda olursa, soğutucu akışkan aşırı ısınırken yararlı br soğutma gerçekleşmş olur. Bunun sonucu olarak, sstemn soğutma etknlğ ve performans katsayısı artar. Eğer soğutucu akışkanın aşırı ısınması soğutulan ortam dışında olursa, hçbr yararlı soğutma gerçekleşmeyeceğ çn, aşırı ısıtma stemn performans katsayısı ve soğutma etknlğnn düşmesne sebep olur. Aşırı soğutma nedenyle brm soğutucu kütles daha fazla ısıyı soğutulan ortamdan çekerken, evaporatör çıkış şartlarında aşırı soğutmadan kaynaklanan herhang br değşm olmadığı çn kompresör grşnde herhang br değşklk olmaz. Bundan dolayı, aşırı soğutma sstemn performansının artmasını sağlar. Basınç kayıplarının etks, soğutucu akışkan borularda, evaporatörde, kondenserde, sıvı toplayıcısında, vanalarda ve kompresör çndek kanallardan geçerken basınç kaybına uğrar. Evaporatördek basınç düşmes nedenyle, soğutucu akışkan, evaporatörü daha düşük basınçta ve doyma sıcaklığında terk eder. Bunun sonucunda, evaporatör çıkışındak özgül hacm

49 30 artar. Özgül hacmn artmasıyla, kompresörün brm soğutucu akışkanı sıkıştırması çn harcanan enerj artar. Fakat buna karşılık, kondenserde brm soğutucu kütlesnn soğutma etks yaklaşık olarak aynı kalır. Basma hattında ve kondenserde soğutucu akışkanın basıncındak düşme, tasarlanan kondenser basıncının sağlanablmes çn kompresör çıkış basıncının artırılmasını gerektrr. Bu da kompresörde brm soğutucu kütlesn sıkıştırmak çn daha fazla enerjnn harcanmasına sebep olur [33] Isı Pompası Isı pompasının kullanımındak amaç, ısıtma aylarında düşük sıcaklıktak ısı kaynağından ısı çekerek, bu ısıyı yüksek sıcaklıktak ısı kaynağına aktarmaktır. Isı pompası le soğutma maknesn brbrnden ayıran tek fark kullanım amaçlarıdır [39]. Isı pompalarında, kondanserde yüksek sıcaklıkta dışarı atılan ısıdan su, hava veya başka br akışkanın ısıtılması sağlanır. Amaç yıkanma, ısınma, kurutma ve benzer şler çn sıcak su, sıcak hava elde edeblmektr. Termodnamk açıdan temelde soğutma maknası ve ısı pompası arasında temel br fark bulunmamaktadır. Sstem lg alanının yüksek sıcaklık bölges olması halnde "ısı pompası", düşük sıcaklık bölges olması halnde se "soğutma maknası" olarak smlendrlmektedr. Isıtıcı ve soğutucu şlevlernn her ksnn brden değerlendrlmes se olayın ekonomklğ açısından önem taşımaktadır. Termodnamğn II. yasası, ısının düşük sıcaklık sevyesnden yüksek sıcaklık sevyesne transfer çn yardımcı br enerj kaynağının gerekllğn ortaya koymaktadır. Bu enerj htyacı mekank veya elektrk enerjs şeklnde karşılanabldğ gb ısı enerjs şeklnde de karşılanablmektedr.

50 31 Isı pompaları le atılan enerjden de yararlanmak mümkündür. Fabrka ve otel, snema gb yerlerde atılan ısı enerjsnden yararlanılarak enerj tasarrufu sağlanmasında günümüzde terch edlen uygulamalardan br tanes olmaktadır. Öncelkle atılan ısının enerj olarak büyüklüğü, sıcaklığı, ger kazanma yolları, ısı alınan soğuk ortam, atılan akışkanın fzksel ve kmyasal özellkler, vermllk ve benzer hususlar le kullanma gayes göz önüne alınarak çok yönlü nceleme yapılması gerekmektedr. Bazı hallerde sadece ısıtma amacıyla ısı pompası kullanılması verml olmayablr. Çeştl amaçlarla hem soğutma ve hem de ısıtma gereken hallerde, ısı pompaları en uygun çözüm yolu olablr. Kurutma tessler, spor tessler, gıda ve tarım sanaynden bazı çft yönlü uygulamaları örnek olarak vereblrz. Şekl 3.7. Isı pompası prensp şeması Çft tesrl ısı pompaları yaz aylarında br soğutma maknes olarak kullanılırlar. Görevler; düşük sıcaklıktak ısı kaynağından ısı çekp, bu ısıyı yüksek sıcaklıktak ısı kaynağına atmaktır. Burada kullanım amacı, yüksek sıcaklıktak ısı kaynağını ısıtmak değl, düşük sıcaklıktak ısı kaynağını soğutmaktır. Dolayısıyla soğutma maknes görev görür.

51 Isı pompasının çalışması Kompresör devrede bulunan soğutucu akışkanı kondenser yönüne sıkıştırır. Bu sıkıştırma sonunda, kondensere gaz halnde gelen akışkan yüksek sıcaklıktak ortama ısı vererek sıvı hale geçer. Bu hal değştrme netcesnde yoğuşma gzl ısısını atar. Kondenserden sıvı halde çıkan soğutucu akışkan, genleşme valfne gelr. Genleşme valfnden geçen akışkanın üstündek basınç azalır. Kompresörün emme hattı üzernde bulunan evaporatörde düşük basınç meydana gelr. Bu düşük basınç, evaporatöre gren soğutucu akışkanın buharlaşması çn yeterldr. Evaporatörde soğutucu akışkan sıvı halden gaz halne geçerken, buharlaşma gzl ısısını düşük sıcaklıktak ortamdan alır. Bu olaylar netcesnde, br ısı pompası devresnde evaporatörün bulunduğu çevreden ısı alınır. Kondensern bulunduğu çevreye se ısı bırakılır. Çevre şartları ısı akışına engel olmamak şartıyla, her ortamda ısı pompasını çalıştırmak mümkündür Isı pompası uygulamaları Isı pompaları br mahalln ısıtılması veya sıcak su üretm amaçlarıyla kullanılablr. Bna ve şyer ısıtmalarında, yerden yapılan ısıtmada, sıcak havalı sstemlerde, klmlendrme tesslernde ve yüzme havuzlarının ısıtılmasında kullanılır. Endüstryel uygulamalarda, çeştl kurutma, buharlaştırma, damıtma şlemlernde ve süt pastörzasyon şlemlernde kullanılmaktadır. Ayrıca kombne uygulamalarda ısı pompası, kışın ısıtma yazın se soğutma yapılan tesslerde kullanılablmektedr. Kombne uygulamalarda, evaporatör ve kondenser kış ve yaz uygulamalarında yer değştrmektedr.

52 33 Bna ısıtmaları, ısı pompaları evlern, şyerlernn, okulların ısıtılmasında kullanılır. Sıcak su üretmnde de kullanılablr. Ayrıca yüzme havuzlarının ısı pompaları le ısıtılması uygulamaları da mevcuttur. Bna ısıtılması uygulamalarında, ısı pompası, döşeme ve tavandan yapılan ısıtmalarda, sıcak havalı sstemlerde ve klmlendrme tesslernde başarılı br şeklde kullanılablr. Çünkü bu gb uygulamalarda sağlanması gereken ısıtıcı akışkan sıcaklığı düşük olduğundan, ısı pompasının ısıtma tesr katsayısı dğer uygulama şekllerne göre daha büyüktür. Endüstryel uygulamalar, ısı pompası uygulamaları, çeştl endüstryel alanlarda da yapılmaktadır. Çeştl kurutma şlemler, buharlaşma şlemler, damıtma şlemler ve süt sterlzasyon şlemlernde ısı pompaları başarı le uygulanmaktadır. Kombne uygulamalar, ısıtma maksadıyla kurulmuş ısı pompası tessatını yazın sıcak su üretme veya klma etmede kullanarak kullanma sahasını genşletmek suretyle dğer sstemlere göre vermllğ artırılablr. Bell başlı kombne uygulamalar; 1) Buz paten sahası ve yüzme havuzu bulunan br spor salonu, Buz paten sahası soğutulurken alınan ısı yüzme havuzuna verlerek ısıtma yapılır. 2) Büyük soğutma depolarında, soğutma şlem sırasında kondenserdan atılan ısı, değşk amaçlarla kullanılablr. 3) Kışın ısıtma yapan ısı pompasını yazın soğutma amaçlı kullanıldığı sstemler. Kışın ısıtma, yazın se soğutma yapan kombne br tessatta oda çne br serpantn dışarıya da br serpantn konur. Yazın çerdek serpantn evaporatör, dışarıdak serpantn kondenser görev yapar. Kışın çerdek serpantn kondenser, dışarıdak serpantn evaporatör görev yapar.

53 34 Kompresöre bağlanan uçlar dört yollu vana le ayarlanarak emme ve basma hatları değştrlr. Ancak alçak basınç bölgesnn ayarlanması çn k adet genleşme valfı ve k adet çek valf kullanılır [39]. Şekl 3.8 de kış ısıtmalı, yaz soğutmalı ısı pompası devre elemanları ve akış şeması verlmştr. Şekl 3.8. Kış ısıtmalı, yaz soğutmalı ısı pompası devre elemanları

54 35 4. SOĞUTUCU AKIŞKANLAR Br soğutma sstemnde, ısının br ortamdan alınıp başka br ortama nakledlmesnde ara madde olarak soğutucu akışkanlardan yararlanılır. Çoğunlukla bu akışkanlar, buharlaşma ve yoğuşma faz değşm şlemler yardımıyla, br ortamdan çektkler ısıyı dğer br ortama atarlar. Bu faz değşmler, mekank buhar sıkıştırmalı ve absorbsyonlu sstemlerde görülürken hava gb akışkan kullanan soğutma sstemlernde görülmez. Br soğutma chazının tasarımı, seçlen soğutucu akışkanın özellklerne bağlıdır [35] Soğutucu Akışkanların Tarhçes İlk defa kapalı çevrmde çalışan buhar sıkıştırmalı soğutma çevrmn gerçekleştren Jacob Perkns 1834 yılında soğutma sstemn Etl Eter soğutucu akışkanla çalışmak üzere tertplemşt. Daha sonra Perkns'n yardımcısı olan Hague, sstemde yaptığı bazı değşklere laveten soğutucu akışkan türünü de değştrp Kauçukn denlen ve tab kauçuğun damıtımı sırasında oluşan uçucu br akışkanı soğutucu akışkan olarak başarıyla kullanmış ve az mktarda buz üretmn gerçekleştrmştr. Ancak, bunu takp eden yaklaşık 20 yıllık br dönemde buhar sıkıştırma çevrmyle pek lglenen olmamıştır. Etl eter ve Metl eter, 1860'lara kadar araştırmacılar çn terch edlen soğutkan madde olma özellğn sürdürmüş, hatta Alexander Twnng, James Harrson, Charles Teller gb buhar sıkıştırmalı soğutma çevrmn başarıyla uygulayıp yararlanmış olanlar da bazı tür eter bleşklern soğutucu akışkan olarak kullanmışlar ve eterl sstemler 1905'e kadar azalarak kullanılmıştır. 1869'da Charles Teller tarafından New Orleans'dak br bra fabrkası çn projelendrlen soğutma sstemnde metl eter soğutucu akışkanı kullanılması öngörülmüş, fakat buna rağmen ssteme amonyak soğutucu akışkanı konulmuştur. Eter'e göre çok daha yüksek çalışma basınçları gerektren amonyak, bu sstemde çok sayıda

55 36 kaçak ve sızmalara yol açmış ve şletmenn sahb tarafından görevlendrlen DeCoppet, amonyağa uygun yen br kompresör yapmak suretyle sorunu çözümleyp soğutma sstemn çalışır hale getrmştr. Böylece, Amonyak kompresörlü soğutma sstemler devr başlamış ve günümüze dek kulanılmıştır. İsvçrel Raoul Pctet, 1875 yılı cvarında, amonyak maknalarının çok yüksek çalışma basıncından kaynaklanan problemlere çare olarak Sülfürdokst' (S0 2 ) soğutucu akışkan olarak kullanıp başarılı sonuçlar elde ett. Blhassa küçük kapastel soğutma uygulamaları çn, daha küçük boyutlu ve haff soğutma aksamına mkan veren bu soğutkan önceler, gerek soğutma sstemnde kalan ve gerekse soğutucu akışkanın kend çnde bulunan su ve su buharı sebebyle sülfüroz ast oluşması sonucu çok büyük arıza ve aksaklıklara sebep olmuştur. 1920'l yıllara gelndğnde S0 2 akışkanla çalışan sstemler, gerekl nem alma önlemlernn gelştrlp uygulanmasıyla, oldukça güvenlr hale gelmş oldu. Dğer yandan, S0 2 mevcut soğutucu akışkanlar arasında nsan sağlığını en fazla etkleyendr. Açık havada çok düşük oranda bulunması halnde dah nsanlar üzernde yaptığı tepk ve bundan uzaklaşma htyacı sebebyle menf br ntba oluşturmuştur. Ancak kayıtlara geçmş br ölüm olayına rastlanmamaktadır. Amonyak'a göre küçük kapastel sstemlerde sağladığı öneml üstünlükler sebebyle S0 2 soğutucu akışkanı 1940'lı yıllara kadar popülertesn sürdürmüştür. S0 2 soğutucu akışkanlı sstemlern ser halde mal ve satışı azalarak 1950'l yıllara kadar sürmüş, S0 2 soğutucu akışkanın küçük tüplerde toptan ve perakende satışı da 1970'l yıllara kadar devam etmştr yılı cvarı Fransa'da Camlle Vncent tarafından soğutucu akışkan olarak denenp olumlu sonuçlar alınan metl klorür uygulamada, başından tbaren sorunlar ortaya koymuştur. Blhassa, o zaman kullanılan yağlama yağı Glsern'n su yu kolay mas etmes ve bunun da sstemn genleşme valfnde donarak tıkanmalara yol açması, ayrıca metl klorür'ün moleküler bölünmesyle oluşan klorun zararlı bleşkler oluşturup kompresör aksamında

56 37 hasarlara yol açması, daha sonraları Glsern yerne Valvolne sml yağ kullanılıp yağlama sorunu çözümlenmesne rağmen metl klorür soğutucu akışkanlı sstemler Avrupa'da ancak 1900'lü yıllara kadar kullanılmıştır. Amerka'da se önceler görünen çekngenlk 1910 yılında br frmanın araştırmacısı tarafından ele alınmış fakat elde mevcut fzksel, kmyasal ve termodnamk donelern yetersz olması sebebyle araştırmalar uzamış ve Amerka'da ancak 1918 yılında metl klorür, "Arctc" tcar adıyla satılmaya başlanmış ve bunu takp eden 10 yılda, başta Servel frması olmak üzere pek çok ev tp soğutucu malat frması bu soğutucu akışkanı chazlarında kullanmıştır. Dğer yandan, metl klorür'ün solunulduğunda bayıltıcı etk yapması, aşırı mktarda solunulduğunda se zehrlenmelere yol açtığı, ayrıca haff şeklde yanıcı olduğu br gerçektr ve 1920'l yıllarda brkaç zehrleme olayına rastlanmıştır. Blhassa gece uyku saatlernde olan bazı zehrlenme olayları Amerkan basını tarafından çok önemsenp tepkye yol açmıştır. Örneğn br haberde genç anne baba le beşktek bebeklernn ölümü olayı le yed kşnn öldüğü br başka metl klorür soğutucu akışkan kaçağı basın tarafından genş şeklde duyurulmuştur. Soğutma chazı malatında yapılan değşklk ve önlemlerle metl klorürün bu zararlı etkler azaltılmış ve ev tp soğutucularda bu soğutucu akışkan gtgde azalarak 1930'lu yıllara kadar kullanılmıştır. Bu yıllarda yapılan yoğun araştırmalar olumlu sonuçlar vermeye başlayarak hem termodnamk özellkler stenen sevyelerde olan hem de zehrleyc etks olmayan, yanıcı, patlayıcı olmayan yapay soğutucu akışkanlar keşfedlp başarıyla uygulanmaya başlamıştır. Emnyet ve güvenlrlk yönünden y ve ayrıca ısıl özellkler de amaçlara çok uygun olan soğutucu akışkanlar çn 1920'l yılların sonlarında başlatılan araştırmalar, halojene edlmş hdrokarbonlann (halokarbonlar) bulunmasını sağlamıştır. Halokarbon alesnden olan fluokarbonlar, metan (CH 4 ), veya etan (C 2 H 6 ) çersndek hdrojen atomlarından br veya brkaçının yerne sentez yoluyla klor (Cl), flor (F) veya brom (Br) yan halojen atomları yerleştrmek suretyle elde edlmektedr. Fluokarbonlardan uygulamada en sık rastlananlar; metan'dak 4 hdrojen (H) atomu yerne 2 klor (Cl) le 2 flor (F)

57 38 kame edlen Dchloro-dfluoro-methane (R12) ve yne metan'dak 4 hdrojen yerne 1 klor le 2 flor atomu yerleştrlerek elde edlen Chlorodfluoromethane (R22) soğutucu akışkanlardır. Fluokarbon türü soğutucu akışkanlarının kullanımı hızla yaygınlaşarak amonyak dışındak dğer soğutucu akışkanların yern tamamen almıştır [1]. Kloroflorokarbon ve hdrokloroflorokarbon türü soğutucu akışkanların zaman çersnde çevreye atılması ve atmosfere karışması, çevre krlenmesne, atmosferde sera etksnn artmasına ve ozon tabakasının tahrbatına sebep olmuştur. Özellkle canlıları zararlı güneş ışınlarından koruyan ozon tabakası soğutucu maddelern yapısında bulunan klor ve brom atomlarının serbest kalıp zayıf ozon moleküllern parçalamasıyla tahrp olmaktadır [40]. Soğutucu akışkanların atmosfern yukarı stratosfer katmanında oluşan ozon tabakasını deldğ ve küresel ısınmaya neden olduğunun tespt edlmesnden sonra Amerka Brleşk Devletlernde 1978 de CFC çeren kmyasalların kullanılması konusunda yen yasal düzenlemeler getrlmştr. Eylül 1987 yılında Kanada nın Montreal kentnde ozonu tahrp eden maddelern kullanımının kontrol altına alınması çn 24 ülke le Avrupa Ekonomk Topluluğu arasında protokol yapılmıştır. Protokolü mzalayan ülkeler dışında dğer ülkeler de hracat, thalat ve üretm konusunda yen yasal düzenlemeler yapmışlardır. Ayrıca CFC lern belrl zaman çersnde kullanımının azaltılması ve hatta tamamen yasaklanması karara bağlanmıştır. Ozon tabakasında meydana gelen tahrbatın değerlendrlmes ve araştırılması çn 1987 yılında Montreal Protokolü nü değerlendrme amacıyla Hazran 1990 yılında Londra da 54 ülkenn katılımıyla yen kararlar alınmıştır. Bu kararlarda Montreal de alınan kararlar desteklenmştr. Ozonu tahrp eden maddeler sınıflandırılarak yen gruplar meydana getrlmştr. CFC lern bell br zaman çersnde kullanımının tamamen kaldırılması karara bağlanmıştır. Ozondak delnmenn artması nedenyle bazı hastalıklarda artış meydana geldğ tıp otorteler tarafından belrtlmektedr [41].

58 39 Avrupa Topluluğu şartnamelerne göre HCFC türü soğutucu akışkanların 2004 yılından tbaren yen chazlarda kullanımı ve 2010 yılında se servs amaçlı kullanımı yasaklanmıştır. Bu durumda alternatf akışkanlar olarak R404A, R407C, R417A, R421A ve R410A gb soğutucu akışkanları öne çıkmıştır yılında Kopenhag toplantısında R22'nn de çnde bulunduğu HCFC grubu soğutucu akışkanların kullanımının yasaklanması br takvme bağlanmıştır. Ancak ABD, Japonya ve Kanada gb ülkeler bu sürecn hızlandırılmasına karşı çıkmaktadırlar. Gerekçe olarak mevcut dönüşüm tarhnn sabtleşmesnn CFC soğutucu akışkanların dönüşümüne katkı yapacağını öne sürmektedrler. Amerka Brleşk Devletlernn HCFC'lern üretmden kaldırılmasını uzun sürece yaymasındak tavrının nedenler arasında en büyük HCFC üretcs olmasının yanında, özellkle R22 konusunda kend çlernde de tartışmaların devam etmes etkl olmuştur. Çünkü R502 alternatf olarak gelştrlen R402A, R402B, R408A gb bazı geçş dönem akışkanlarında bell oranlarda R22 kullanılmaktadır. Termodnamk özellklernn çok y olması endüstryel ve tcar uygulamalarda R22 y kolay kolay vazgeçlemez hâle getrmştr. Ancak Avrupa Topluluğu farklı br düzenleme le HCFC'lern yasaklanmasını üretm ve tüketm kontroller olarak k ayrı peryotta değerlendrmştr. Buna göre HCFC'ler 1997 yılı üretm esas alınarak 1 Ekm 2000 tarhnden 1 Ocak 2025 tarhne kadar kademel olarak sıfırlanacaktır. HCFC tüketm se 1 Ocak 2000'den 1 Ocak 2010 yılına kadar kademel olarak azaltılarak yasaklanacaktır [41] Soğutucu Akışkanlarla İlgl Kavramlar Soğutucu akışkanların tanımlanmasında ve sınıflandırılmasında br çok kavram etkl olmuştur. Bunlardan bazıları aşağıda açıklanmıştır [33] Ozonu tahrp etme potansyel (ODP) Ozon tabakasının ncelmesne veya parçalanmasına neden olan soğutucu akışkanların ozon tabakasını tahrp etme potansyeldr. Bu değer R11

59 40 referans alınarak yarı amprk br metotla hesaplanmaktadır. R-11' n ozonu tahrp etme potansyel 1,0 olarak kabul edlmektedr Küresel ısıtma etks (GWE) Atmosferde bulunan gazların yeryüzünden yansıyan uzun dalga boylarındak ışınlan soğurarak yeryüzü sevyesne yakın bölgelerdek hava sıcaklığını artırma etksdr. Bu etk sera etks olarak da adlandırılmaktadır Küresel ısıtma potansyel (GWP) Soğutucu akışkanların veya benzer maddelern küresel ısınmaya katkı gücüdür. Küresel ısıtma potansyel C0 2 referans alınarak 100 yıllık br süreye göre belrlenmektedr. C0 2 çn bu değer 1,0' dır Zehrllk sınır değer (TLV) Zehrllk sınır değer; ppm (parts per mllon volume concentraton n ar) olarak zehrl br gazın havadak hacmsel konsantrasyonunu fade etmektedr Hacmsel soğutma kapastes Bu değer br soğutucu maddenn özgül buharlaşma entalpsnn doymuş buhar özgül hacmne oranıdır. Bu oran ne kadar büyük se kullanılacak sstem kompresörü o oranda küçük olacaktır Saf madde Saf madde; tek br kmyasal yapıya sahp olup zaman çersnde bozulmayan, termodnamk ve fzksel özellkler değşmeyen maddedr.

60 Karışım Karışım, k ya da daha fazla kmyasal maddenn fzksel olarak karıştırılmasıyla elde edlen maddedr. Karışımlar saf maddeler gb tek başlarına muhtelf uygulamalarda soğutucu olarak kullanılırlar. Ancak karışımların açık kompresörlü sstemlerde kullanılmasında kaçaklardan dolayı karışım oranlarının zaman çersnde değşmes sorun yaratmaktadır. Bu yüzden karışımlar stenlen özellklern sağlanması açısından öneml olmasına rağmen sadece hermetk ve büyük sstemlerde uygun kullanım alanı bulmaktadırlar. Ayrıca karışımlar büyük ölçüde HCFC ve HFC çeren maddelerden oluşmaktadırlar. HFC ve HCFC'ler de 2030 yılına kadar kullanımlarına zn verlen maddelerdr Azeotrop Farklı uçuculuğa sahp maddelerden oluşan karışım olup soğutma çevrmnde kullanıldığında, sabt basınç altında buharlaşma ve yoğuşması esnasında hacmsel bleşm ve doyma sıcaklığı değşmeyen bleşmdr Zeotrop Farklı uçuculuğa sahp maddelerden oluşan karışım olup soğutma çevrmnde kullanıldığında, sabt basınç altında buharlaşma ve yoğuşması esnasında hacmsel bleşm ve doyma sıcaklığı değşen bleşmdr Sıcaklık kayması Sıcaklık kayması, zeotrop br karışımın, soğutma çevrmnde sabt basınç altındak buharlaşma ve yoğuşma süreçlernn başlangıcından btmne kadar sıcaklığında meydana gelen farktır. Azeotrop br karışımda veya saf maddelerde bu sıcaklıklar proses boyunca teork olarak sabttr. Ancak evaporatör veya kondenser çersnde meydana gelen basınç kaybı nedenyle

61 42 azeotrop karışımlarda veya saf soğutucu maddelerde de buna benzer br sıcaklık değşm olmaktadır Yakın azeotrop Yakın azeotrop, sıcaklık kayması hmal edlecek derecede az olan zeotropk br karışımdır Ayrışma Ayrışma, zeotrop br karışım çersndek daha fazla uçucu maddelern buharlaşması veya daha az uçucu maddelern yoğuşması nedenyle karışım oranlarının değşmesdr. Bu değşm br sstemden kaçak olması halnde meydana gelmektedr. Bu yüzden zeotrop soğutucu madde le yüklenmş sstemlern kaçak olmayacak şeklde mal edlmes çok önemldr. Ayrıca steme zeotrop madde şarjının gaz olarak yapılmaması ve mutlaka sıvı halde yapılması gerekldr Kaynama noktası Br maddenn, normal atmosfer şartlarındak kaynama sıcaklığıdır. Bu özellk buhar sıkıştırmalı sstemlerde soğutucu akışkan seçmn belrleyen öneml br faktördür Krtk nokta Krtk nokta, br maddenn sıvı ve gaz hallernn brleştğ basınç ve sıcaklık şartıdır. Krtk noktada maddenn sıvı özellkler le gaz özellkler brbrnn aynıdır. Krtk nokta şartını belrleyen basınç ve sıcaklık değerler de o maddenn krtk basıncı ve krtk sıcaklığı olarak adlandırılır.

62 Soğutucu Akışkanların Çeştler ASHRAE 34 numaralı standart tarafından sınıflandırıldığı üzere brçok soğutucu madde olmasına rağmen sadece bunların sadece bazıları tcar ve evsel soğutma uygulamalarında kullanılmaktadır. Günümüzde de br çok soğutma uygulamasında çeştl soğutucu akışkanlar kullanılmakta olup bunlar htyaca ve kullanılacak sstemn kapastesne göre belrlenmektedr. Aşağıda kullanılan veya geçmşte kullanılmış genel soğutucu akışkan gruplarının kısa br özet verlmştr [42]. Su (R718), br çok soğutma uygulamaları ya absorbsyonlu çevrmden veya buhar sıkıştırmalı çevrmden oluşmaktadır. Tcar absorbsyonlu soğutma çevrmlernde soğutucu akışkan olarak genellkle absorbent olarak ltyum bromt gb br tuz çözelts le su kullanılır. Su, zehrsz, yanıcı olmayan ve bol mktarda bulunan doğal br soğutucu akışkandır. Amonyak (R717), amonyak (NH3), doğal br soğutucu olup en verml akışkanlardan brsdr. Günümüzde hala kullanılan en esk soğutucu akışkanlardan brsdr. Genellkle poztf yer değştrmel kompresörlern kullanıldığı buhar sıkıştırmalı soğutma sstemlernde kullanılmaktadır. Amonyak brçok büyük tcar klmlendrme sstemlernde kullanılmasına rağmen çoğunlukla endüstryel uygulamalarda kullanılmaktadır. Karbon dokst (R744), karbondokst (CO2) doğal br soğutucu akışkandır. Bu yüzyılın başında kullanımının durdurulmasına rağmen yen araştırmalar tekrar kullanımı çn eğlmler göstermektedr. Önceler, sadece poztf yer değştrmel kompresörlü buhar sıkıştırmalı soğutma çevrmlernde kullanılmaktaydı. Günümüzde br çok uygulamada özellkle karışımlarda kullanılmaktadır. Gerekl yoğuşma basıncı yaklaşık 6200 kpa ın üzernde 30 ºC dedr k bu da çok güçlükler çıkarmaktadır. Aynı zamanda krtk noktası çok düşüktür ve dolayısıyla verm çok zayıftır.

63 Hdrokarbonlar R290 ve R600a, dğer hdrokarbonlar arasında buhar sıkıştırmalı soğutma sstemlernde soğutucu akışkan olarak kullanılablr. Kuzey Avrupa da, buzdolapların yaklaşık % 35 hdrokarbon kullanmaktadır. Düşük zehrllk ve yüksek vermlere sahp olmalarına rağmen yüksek oranda yanıcıdırlar Kloroflorokarbonlar (CFC) Karbon yörüngesndek hdrojen atomları tamamen klor ve flor atomları le değşen soğutucu akışkanlara tam halojenl soğutucu akışkanlar denr. CFC ler etan veya metan sersnden olablrler. CFC ler ozon tabakası üzernde en fazla tahrbat yapan soğutucu akışkanlardır. Ayrıca küresel ısınma potansyeller oldukça fazladır. CFC lern kmyasal kararlılıkları çok fazla olduğu çn uzun zaman yapıları bozulmadan atmosferde kalablrler. Sonuçta, stratosfere ulaşarak ozon tabakasının delnmesne neden olurlar. Uygulamada en çok kullanılanları R11, R12, R13, R114 ve R115 tr Hdrokloroflorokarbonlar (HCFC) Metan ve etan moleküllernn yapısındak hdrojen atomlarının br kısmının klor veya flor atomları le yer değştrmes sonucu oluşan moleküle kısm holejenlenmş adı verlr. Yan karbon yörüngelernde hala bazı hdrojen atomları bulunmaktadır. Bütün hdrojen atomları klor ve flor atomları le yer değştrmemektedr. Bu oluşan moleküle HCFC adı verlr. HCFC lerde klor atomu çerdğ ozon tabakası le reaksyona grer. Buna rağmen HCFC lern yapılarında hdrojen atomu olduğu çn kmyasal kararlılıkları çok zayıftır. Atmosferde uzun süre yapıları bozulmadan kalamazlar. HCFC ler atmosfere doğru yükselrken yapılarındak hdrojen havadak su moleküller le reaksyona grerek yapıları bozulur. Bu yüzden HCFC lern çoğu atmosfern stratosfer tabakasına ulaşmaz ve çoğu atmosfern alt tabakalarında çözünür.

64 45 HCFC lern ozonu delme potansyeller azdır. Uygulamada en çok kullanılan HCFC ler R22, R124 ve R123 olarak sayılablr Hdrokloroflorokarbonlar (HFC) HFC lern temel molekülü yalnızca flor atomu le halojenlenmştr. Molekülün yapısında klor atomu yoktur. HFC lern yapısında flor, hdrojen ve karbon atomları bulunmaktadır. Yapılarında klor atomu bulunmadığı çn HFC lern ozonu delme potansyeller sıfırdır. Yan ozon tabakası üzernde hçbr olumsuz etk yapmazlar. Buna rağmen küresel ısınmaya braz olumsuz etk yaparlar Karışım ve norgank soğutucu akışkanlar İk veya daha fazla soğutucu akışkanın belrl oranlarda karıştırılarak elde edlen yen soğutucu akışkan gruplarıdır. En popüler karışımlar R500, R502, R404a ve R407a dır. Günümüzde yapılan yoğun çalışmalar sonucu ozonu çok az veya hç tahrp etmeyen karışımlar gelştrlmektedr Mevcut Soğutucu Akışkanlar ve Özellkler Günümüze kadar varolan soğutucu akışkanların numaraları, kmyasal smler, kmyasal formüller, molekül ağırlığı, normal kaynama noktaları ve güvenlk sınıfları Çzelge 4.1 de, karışımlara at özellkler se Çzelge 4.2 de karşılaştırmalı olarak verlmştr [43]. Bazı soğutucu akışkanlara at blglere ulaşılamadığından çzelgede verşmemştr.

65 46 Çzelge 4.1. Mevcut soğutucu akışkanlar ve özellkler [43] Soğutucu Akışkan Numarası Kmyasal Adı Kmyasal Formülü Moleküler Ağırlığı (kg/kmol) Normal Kaynama Noktası ( C) Güvenlk Sınıfı 11 Trchlorofluoromethane CC1 3F Al 12 Dchlorodfluoromethane CC1 2F Al 12B1 Bromochlorodfluoromethane CBrOF Chlorotrfluoromethane CCİFj Al 14 Tetrafluoromethane CF Al 21 Dchlorofluoromethane CHC1 2F Bl 22 Chlorodfluoromethane CHC1F Al 23 Trfluoromethane CHF Al 30 Dchloromethane CH 2C B2 31 Chlorofluoromethane CH 2C1F Dfluoromethane CH 2F A2 40 Chloromethane CH 3C B2 41 Fluoromethane CH 3F Methane CH A3 113 Trchloro-trfluoroethane CC1 2FCC1F Al 114 Dchlorotetrafluoroethane CC1F 2CC1F Al 115 Chloropentafluoroethane CC1F 2CF Al 116 H exafluoroethane C F3CF Al 123 Dchlorotrfluoroethane CHC1 2CF Bl 124 Chlorotetrafluoroethane CHC1FCF Al 125 Pentafluoroethane CHF 2CF Al 134a Tetrafluoroethane CH 2FCF Al 141b Dchlorofluoroethane CH 3CC1 2F b Chlorodfluoroethane CH 3CC1F A2 143a Trfluoroethane CH 3CF A2 152a D fluoroethane CH 3CHF A2 170 Ethane CH 3CH A3 E170 Dmethyl ether CH 3OCH A3 218 Octafluoropropane CF 3CF 2CF Al 236fa Hexafluoropropane CF 3CH 2CF Al 245a Pentafluoropropane CF 3CH 2CHF Bl 290 Propane CH 3CH 2CH A3 600 Butane CH3CH2CH2CH A3 600a Isobutane CH(CH 3) 2CH A3 610 Ethyl ether CH 3CH 2OCH 2CH Methyl formate HCOOCH B2 630 Methyl amne CH 3NH Ethyl amne Î 3CH 2(NH 2) Hydrogen H A3 704 Helum He Al 717 Ammona NH B2 718 Water H 2O Al 720 Neon Ne Al 728 Ntrogen N Al 732 Oxygen O Argon Ar Al 744 Carbon doxde CO Al 744A Ntrous oxde N 2O Sülfür doxde O B Ethene (ethylene) CH A Propane (propylene) H3CH A3

66 47 Çzelge 4.2. Karışımlardan oluşan soğutucu akışkanlar ve özellkler [43] Soğutucu Akışkan Numarası Karışım Oranı (Kütle %) Moleküler Ağırlığı (kg/kmol) Krtk Sıcaklığı C Güvenlk Sınıfı 400 R-12/ A1 401A R-22/152a/124 (53.0/13.0/34.0) A1 401B R-22/152a/124 (61.0/11.0/28.0) A1 401C R-22/152a/124 (33.0/15.0/52.0) A1 402A R-125/290/22 (60.0/2.0/38.0) A1 402B R-125/290/22 (38.0/2.0/60.0) A1 403A R-290/22/218 (5.0/75.0/20.0) A1 403B R-290/22/218 (5.0/56.0/39.0) A1 404A R-125/143a/134a (44.0/52.0/4.0) A1 405A R-22/152a/142b/C318 (45.0/7.0/5.5/42.5) A R-22/600a/142b (55.0/4.0/41.0) A2 407A R-32/125/134a (20.0/40.0/40.0) A1 407B R-32/125/134a (10.0/70.0/20.0) A1 407C R-32/125/134a (23.0/25.0/52.0) A1 407D R-32/125/134a (15.0/15.0/70.0) A1 407E R-32/125/134a (25.0/15.0/60.0) A1 408A R a-22 (7.0/46.0/47.0) A1 409A R-22/124/142b (60.0/25.0/15.0) A1 409B R-22/124/142b (65.0/25.0/10.0) A1 410A R-32/125 (50.0/50.0) A1 410B R-32/125 (45.0/55.0) A1 411A R-1270/22/152a (1.5/87.5/11.0) A2 411B R-1270/22/152a (3.0/94.0/3.0) A2 412A R-22/218/142b (70.0/5.0/25.0) A2 413A R-218/134a/600a (9.0/88.0/3.0) A2 414A R-22/124/600a/142b (51.0/28.5/4.0/16.5) A1 414B R-22/124/600a/142b (50.0/39.0/1.5/9.5) A1 415A R-22/152a (82.0/18.0) A2 415B R-22/152a (25.0/75.0) A2 416A R-134a/124/600 (59.0/39.5/1.5) A1 417A R-125/134a/600 (46.6/50.0/3.4) A1 418A R-290/22/152a (1.5/96.0/2.5) A2 419A R-125/134a/E170 (77.0/19.0/4.0) A2 420A R-134a/142b (88.0/12.0) A1 500 R-12/152a (73.8/26.2) A1 501 R-22/12(75.0/25.0) A1 502 R-22/115 (48.8/51.2) A1 503 R-23/13 (40.1/59.9) R-32/115 (48.2/51.8) A R-125/143a (50.0/50.0) A1 508A R-23/116 (39.0/61.0) A1 508B R-23/116 (46.0/54.0) A1 509A R-22/218 (44.0/56.0) A1 Üretm ve kullanımı önlenecek olan CFC ve HCFC türü soğutucu akışkanların yerne alternatflernn bulunması ve yaygınlaştırılması gereksnm artmaktadır. Bu konuda 10 yıla yakın süreden ber yapılan

67 48 araştırmalarda öneml gelşmeler elde edlmştr. Bu araştırmalarda brçok yen soğutucu akışkan keşfedlmş, brçoğu da kullanılmaya başlanmıştır. Ozon tabakasını etkleyen CFC ve HCFC türü soğutucu akışkanların yerne kullanılması çn yen soğutkanlar üzernde araştırmalar devam etmektedr [1]. Kullanımı durdurulan veya durdurulması planlanan soğutucu akışkanlar le yerlern alacak olan akışkanlar yıllara bağlı olarak Şekl 4.1 de verlmştr [44]. Şekl 4.1. Soğutucu akışkanların yıllara göre yer değşm