Makale. ile ihtiyacın eşitlendiği kapasite modülasyon yöntemleri ile ilgili çeşitli çalışmalar gerçekleştirilmiştir

Transkript

1

2 Makale ile ihtiyacın eşitlendiği kapasite modülasyon yöntemleri ile ilgili çeşitli çalışmalar gerçekleştirilmiştir (Qureshi ve ark., 1996; Nasution ve ark., 2006; Aprea ve ark., 2006). Bu çalışmada, boru demeti üzerinde buz oluşumlu bir GIED sisteminin depolama (şarj) periyodu, ısı transfer akışkanının farklı debi ve giriş sıcaklıkları için deneysel olarak incelenmiştir. Depolama işlemi sırasında soğutma grubunda değişken hızlı kompresör kullanılarak GIED sisteminde performans artışı sağlanması amaçlanmıştır. Enerji depolama tankının giriş kesitinde sabit bir ITA sıcaklığı elde etmek için, değişken hızlı kompresör kontrol yöntemi uygulanmıştır. Bu yöntemlerde kompresörün hızı iki farklı parametreye bağlı olarak kontrol edilmiştir: (i) etilen glikolun enerji depolama tankına giriş sıcaklığı, (ii) kompresör emme basıncı. 2. DENEY DÜZENEĞİ Deney düzeneği, ısıl enerji depolama tankı ve değişken hızlı soğutma ünitesi olarak iki grupta incelenebilir. Deney düzeneğinin şematik gösterimi Şekil 1'de verilmiştir. Depolama ünitesinde, faz değişim malzemesi olarak su, ITA olarak ise etilen glikol/su karışımı (hacimce %40 etilen glikol) kullanılmıştır. Depolama tankı içindeki boru demeti, spiral şekilde, saptırılmış dizilime sahiptir ve karşıt akışlıdır. Bu tasarım sistemde homojen buz oluşumunu sağlamaktadır. Evaporatörde soğutulan ITA boru demeti içinde dolaşmakta ve borular üzerinde dışa doğru buz oluşmaktadır. Depolama tankı H = 1,5 m yükseklik ve D = 1 m çapa sahiptir. Çevresinde 40 mm kalınlıklı armaflex yalıtım tabakası vardır. Tank içinde düşeyde 26 sıra boru bulunmaktadır ve boruların iç çapı Diç = 12 mm, dış çapı Ddış = 16 mm, ortalama uzunluğu ise l = 10 m'dir. Şekil 1. Deney düzeneği OCAK ŞUBAT MART 2012 YIL: 15 SAYI: 56 55

3

4 Makale 3. ENERJİ VE TERMODİNAMİK ANALİZLER (5) Mevcut enerji depolama sisteminin ısıl veriminin ve soğutma sistemine ait elemanların kapasitelerinin belirlenmesi için enerji ve termodinamik analiz gerçekleştirilmiştir Enerji Analizi olarak ifade edilir. Ayrıca kompresör kapasitesi güç ölçümlerinden de elde edilmiş ve enerji dengesi kontrol edilmiştir. Evaporatör kapasitesi ise, soğutucu akışkan tarafı (R404a) ve ITA (etilen glikol) tarafından olmak üzere iki farklı akışkan için ayrı ayrı hesaplanmıştır, GIED sistemi için enerji dengesi şu şekilde tanımlanabilir: (6) EITA, g EITA, ç Q kazanç E depo (1) (7) GIED sisteminin performansının değerlendirilmesinde enerji verimi önemli bir göstergedir. Enerji verimi (η), GIED sisteminde depolanan enerjinin, ITA tarafından depodan çekilen enerjiye oranıdır, burada, q anlık ısı transferi miktarını göstermektedir. Denklemlerde, hg ve hç sırasıyla soğutma elemanının giriş ve çıkış kesitlerindeki entalpi değerlerini belirtmektedir. soğutucu akışkanın, ise ITA'nın kütlesel debisini göstermektedir. Tg ve Tç ise ITA'nın evaporatöre giriş ve çıkış sıcaklıklarını göstermektedir. Enerji depolama sistemi için soğutma performans katsayısı (COP) ise şu şekilde tanımlanabilir, (2) burada, depolanan enerji, (8) (3) olarak tanımlanırken, ITA tarafından çekilen enerji ise, (4) şeklinde hesaplanabilir. Bu eşitlikte msu(t) ve mbuz(t) sırasıyla su ve buzun toplam anlık kütlesini temsil ederken, csu, cbuz ve cita ise sırasıyla su, buz ve ITA ait özgül ısı değerlerini ifade etmektedir. suyun katı ve sıvı fazları için ortalama sıcaklığı, L ise faz değişim gizli ısısıdır. Burada kullanılan alt indisler b başlangıç koşullarını, m erime koşulunu, g ve ç depo giriş ve çıkış koşullarını ITA ise, ısı transfer akışkanını ifade eder. 4. SONUÇLAR Etilen glikolun enerji depolama tankına giriş sıcaklığının sabit olması depolanan enerjinin tam olarak hesaplanabilmesini sağlamaktadır. Şekil 2'de görüldüğü gibi Metod i tank giriş sıcaklığını ayar değerine (5 C ve 7 C) yakın bir değere getirmekte ve burada sabit tutabilmektedir Termodinamik Analiz Termodinamik analizleri gerçekleştirebilmek için deneyler sırasında soğutma çevriminde R404a'nın sıcaklık ve basınç değerleri herbir soğutma elemanının giriş ve çıkışlarında ölçülmüştür. Ayrıca, soğutucu akışkanın debisi ve kompresörün anlık güç tüketimi de ölçülmüştür. Evaporatör ve kompresör kapasiteleri sistemdeki akışkanların entalpi değişimlerinden hesaplanmıştır. Buna göre kompresörün anlık güç tüketimi, OCAK ŞUBAT MART 2012 YIL: 15 SAYI: 56 Şekil 2. ITA giriş sıcaklık değişimi, Metod (i) 57

5 Makale Diğer taraftan, Metod ii (Şekil 3) ITA sıcaklığını istenen değerde sabit tutamamaktadır. Kontrolün Metod ii ile yapılması durumundaki sıcaklık dalgalanması etilen glikol giriş sıcaklığı ile kompresör emme basıncı arasındaki zaman gecikmesinden kaynaklanmaktadır. Ayrıca, Metod ii'de etilen glikol giriş sıcaklığının ayar değerine ulaşması uzun zaman almaktadır. Bu zaman Metod i için yaklaşık 25 dakika iken Metod ii için 50 dakikadır. Şekil 5. Enerji Verimi değişimi, Metod (ii) IED sistemleri için diğer bir performans ölçütü COP dir. Şekil 6 ve 7 iki kontrol metodu için COP değerlerini göstermektedir. Deneylerden elde edilen sonuca göre, Metod i diğer yöntemden daha yüksek COP değeri göstermiştir. Şekil 3. ITA giriş sıcaklık değişimi, Metod (ii) Şekil 4 ve 5, iki farklı sıcaklık ve debi için enerji verimi (η) değişimlerini götermektedir. Metod i için enerji verimi %97.6 ile 99.0% arasında değişmektedir. En yüksek verim (99.0%) 60 L/dak debi ve 7 C giriş sıcaklığında gerçekleşmiştir. En düşük verim ise (97.6%) 60 L/dak debi ve 5 C giriş sıcaklığı için gerçekleşmiştir. Şekil 6. COP değişimi, Metod (i) Şekil 4. Enerji Verimi değişimi, Metod (i) Görüldüğü gibi her iki kontrol metodunda da enerji verimleri katılaşma işleminin tamamlanmasına kadar düşme eğilimi götermektedir. Metod i'de diğer yönteme göre daha yüksek enerji verimliliği (99.0%) değeri elde edilmiştir. Şekil 7. COP değişimi, Metod (ii)

6