%100 TAZE HAVALI ISI GERĐ KAZANIMLI ISI POMPALI KLĐMA CĐHAZLARININ TASARIMI

T.C. DOKUZ EYLÜL ÜNĐVERSĐTESĐ MÜHENDĐSLĐK FAKÜLTESĐ MAKĐNA MÜHENDĐSLĐĞĐ BÖLÜMÜ %100 TAZE HAVALI ISI GERĐ KAZANIMLI ISI POMPALI KLĐMA CĐHAZLARININ TASARIMI BĐTĐRME PROJESĐ Muhammet Nasıf KURU Projeyi Yöneten Yrd. Doç. Dr. Dilek KUMLUTAŞ Haziran, 2007 ĐZMĐR I

TEZ SINAV SONUÇ FORMU Bu çalışma / /. günü toplanan jürimiz tarafından BĐTĐRME PROJESĐ olarak kabul edilmiştir. Yarıyıl içi başarı notu 100 (yüz) tam not üzerinden (.. ) dir. Başkan Üye Üye Makine Mühendisliği Bölüm Başkanlığına,.. numaralı jürimiz tarafından / /. günü saat da yapılan sınavda 100 (yüz) tam not üzerinden. almıştır. Başkan Üye Üye ONAY II

TEŞEKKÜR Bitirme tezimde bana rehberlik eden, takıldığım yerlerde, bilgi ve tecrübesiyle sonuca ulaşmamı sağlayan değerli hocam Yrd. Doç. Dr. Dilek KUMLUTAŞ a teşekkür ederim. Bu projenin konusu olan ısı pompalı klima cihazlarının, tasarımında beni yönlendiren, bu cihazların üretildiği ENEKO Havalandırma ve Isı Ekonomisi Sistem Teknolojileri A.Ş. inde klima cihaz ve ekipmanlarını tanıtan, buranın Proje Tasarım Mühendisi Yıldırım KOCABALKANLI ya teşekkür ederim. Muhammet Nasıf KURU III

ÖZET Binalarda hava kalitesinin arttırılması için iç ortam havasının egzost edilmesi ve yerine taze hava verilmesi kaçınılmaz hale gelmiştir. Her ne kadar ısı geri kazanım cihazları bu ihtiyacı gideriyorsa da konforun bozulmaması için taze havanın ortam koşullarında üflenmesi gerekmektedir. %100 Taze Havalı Isı Geri Kazanımlı Isı Pompalı Klima Cihazı kullanılarak egzost havasının enerjisi taze havaya aktarılmakta ve ısı pompası vasıtası ile taze havanın sıcaklığı ortam koşullarına getirilerek iç ortama verilmektedir. Ayrıca bu sistemin uygulanması, iç ortam iklimlendirmesinde tasarlanan cihazların yükünü de azaltmaktadır. Bu projede, ENEKO Havalandırma ve Isı Ekonomisi Sistem Teknolojileri A.Ş. nin ürettiği %100 Taze Havalı Isı Geri Kazanımlı Isı Pompalı Klima Cihazının tasarım esasları incelenmiştir. IV

ĐÇĐNDEKĐLER Sayfa Đçindekiler... V Tablo Listesi...VII Şekil Listesi.....VIII Bölüm Bir GĐRĐŞ 1. Giriş......1 1.1. Giriş... 1 1.2. Isı Pompası Tanımı, Çalışma Prensibi.........2 1.3. Isı Pompası Çevrimi...4 1.4. Isı Pompasının Başlıca Yapı Elemanları...8 1.4.1. Kompresör...8 1.4.2. Evaporatör...9 1.4.3. Kondenser...10 1.4.4. Genleşme Vanası...10 1.4.5. Geri Tepme (Çek) Valf...11 1.4.6. Solenoid Valf...12 1.4.7. Filtre-Kurutucular, Emiş Filtreleri...12 1.4.8. Alçak Veya Yüksek Basınç Otomatikleri...14 V

Bölüm Đki ISI POMPASI TASARIMI 2. Isı Pompası Tasarımı......15 2.1. % 100 Taze Havalı Isı Geri Kazanımlı Isı Pompalı Klima Cihazı...... 15 2.2. Tasarım Şartları............15 2.3. Isı Geri Kazanım Eşanjörü...16 2.4. Kompresör Seçimi...18 2.4.1. Yaz Durumu...18 2.4.1.1 Evaporatör Kapasitesinin Belirlenmesi......18 2.4.1.2 Soğutucu Akışkan Debisinin Belirlenmesi......19 2.4.1.3 Kompresör Gücünün Bulunması...20 2.4.1.4 Kondenser Kapasitesi...21 2.4.1.5 Soğutma Tesir Katsayısı...21 2.4.2. Kış Durumu...21 2.4.2.1 Kondenser Kapasitesinin Belirlenmesi...21 2.4.2.2 Soğutucu Akışkan Debisinin Belirlenmesi...22 2.4.2.3 Kompresör Gücünün Bulunması...26 2.4.2.4 Evaporatör Kapasitesi...26 2.4.2.5 Isıtma Tesir Katsayısı...26 2.4.3. Hesaplanan Değerler ve Kompresör Seçimi...26 2.5. Seçilen Kompresöre Göre Nemli Havanın Fiziksel Özellikleri...28 2.5.1. Yaz Durumu...28 2.5.1.1 Đç Ünite...28 2.5.1.2 Dış Ünite...29 2.5.2. Kış Durumu...33 2.5.2.1 Đç Ünite...33 2.5.2.2 Dış Ünite...34 2.6. Đç ve Dış Ünite Seçimi...38 2.6.1. Đç Ünite Seçimi...39 2.6.2. Dış Ünite Seçimi...41 VI

Bölüm Üç ISI POMPASI ĐMALĐ SIRASINDA ÇEKĐLEN RESĐMLER 3. Isı Pompası Đmali Sırasında Çekilen Resimler......43 Kaynaklar...49 EKLER Ek-1...51 Ek-2...55 TABLO LĐSTESĐ Sayfa Tablo 2.1. Yazın ve Kışın Dış Tasarım ve Đç Konfor Şartları...15 Tablo 2.2. Đç Ünite ve Dış Ünitenin Yaz ve Kış Mevsimlerindeki Evaporasyon ve Kondenzasyon Sıcaklıkları...16 Tablo 2.3. Yaz Mevsiminde Isı Geri Kazanım Eşanjörünün (Igk) Davranışı...17 Tablo 2.4. Kış Mevsiminde Isı Geri Kazanım Eşanjörünün (Igk) Davranışı... 17 Tablo 2.5. R-22 Soğutucu Akışkanının Termodinamiksel Özellikleri...20 Tablo 2.6. Hesaplanan Değerler...27 Tablo 2.7. Kompresör Katalogundan Alınan Değerler...27 Tablo 2.8. Đç ve Dış Ünite Seçimi...38 Tablo 2.9. Yaz Durumunda, Đç Ünite (EK-2A) Đçin Firmadan Gelen Çıktılarla Bulduğumuz Değerlerin Karşılaştırılması...40 Tablo 2.10. Kış Durumunda, Đç Ünite (EK-2C) Đçin Firmadan Gelen Çıktılarla Bulduğumuz Değerlerin Karşılaştırılması...40 Tablo 2.11. Yaz Durumunda, Dış Ünite (EK-2B) Đçin Firmadan Gelen Çıktılarla Bulduğumuz Değerlerin Karşılaştırılması...41 Tablo 2.12. Kış Durumunda, Dış Ünite (EK-2D) Đçin Firmadan Gelen Çıktılarla Bulduğumuz Değerlerin Karşılaştırılması...42 VII

ŞEKĐL LĐSTESĐ Sayfa Şekil 1.1 % 100 Taze havalı ısı geri kazanımlı ısı pompalı klima cihazı...1 Şekil 1.2 Isı pompası çalışma prensibi...3 Şekil 1.3 Isı Pompasının çalışması, soğutma düzeni...3 Şekil 1.4 Isı Pompasının çalışması, ısıtma düzeni...4 Şekil 1.5 Tek kademeli buhar sıkıştırmalı basit bir soğutma çevrimi prensip şeması...5 Şekil 1.6 Tek kademeli buhar sıkıştırmalı basit bir soğutma çevrimi Elemanları...5 Şekil 1.7 Tek kademeli ideal soğutma çevriminin P - h ve T - s diyagramları üzerinde gösterilmesi...6 Şekil 1.8 Hermetik kompresör...9 Şekil 1.9 Evaporatör...10 Şekil 1.10 Farklı boyutlardaki kondenserler...10 Şekil 1.11 Termostatik genleşme valfi...11 Şekil 1.12 Çek Valf...11 Şekil 1.13 Solenoid valf...12 Şekil 1.14 Likit hattı kurutucu filtreler (Dryer)...13 Şekil 1.15 Emiş hattı likit tutucular...13 Şekil 1.16 Kombine presostat...14 Şekil 2.1 % 100 Taze havalı ısı geri kazanımlı ısı pompalı klima cihazı...15 Şekil 2.2 Isı pompası çevrim şeması, 1-2-3 : Taze hava tarafı, A-B-C : Egzost tarafı...16 Şekil 2.3 Refrigeration utilities butonu...22 Şekil 2.4 P-h diyagramı çizme butonu...22 Şekil 2.5 Soğutucu akışkan seçim tablosu...23 Şekil 2.6 Coolpack programı soğutma çevrimi ara yüzü...23 Şekil 2.7 R-22 soğutucu akışkanının P-h diyagramı...24 Şekil 2.8 Soğutma çevrimindeki R-22 soğutucu akışkanının termodinamiksel Özellikleri...25 Şekil 2.9 Yaz Durumunda iç ortama, üfleme sıcaklığı...29 VIII

Şekil 2.10 Nemli havanın psikrometrik diyagramı, 1-2-3 : Taze hava tarafı, A-B-C : Egzost tarafı ( Yaz durumu )...31 Şekil 2.11 Isı pompası şeması ( Yaz durumu )...32 Şekil 2.12 Kış durumunda iç ortama, üfleme sıcaklığı...33 Şekil 2.13 Nemli havanın psikrometrik diyagramı, 1-2-3 : Taze hava tarafı, A-B-C : Egzost tarafı ( Kış durumu )...36 Şekil 2.14 Isı pompası şeması ( Kış durumu )...37 Şekil 2.15 Friterm in iç ve dış ünite özelliklerini oluşturduğu Coils 5.5 Programı...39 Şekil 3.1 Isı pompasının önden görünüşü...43 Şekil 3.2 Isı pompasının yandan görünüşü...44 Şekil 3.3 Kompresör ve kombine presostat...44 Şekil 3.4 Dış ünite yan görünüşü ve genleşme valfi...45 Şekil 3.5 Isı geri kazanım cihazı...45 Şekil 3.6 Isı pompası otomatik kontrol elemanları...46 Şekil 3.7 Đç ünite...46 Şekil 3.8 Đç ünite fanı...47 Şekil 3.9 Dış ünite...47 Şekil 3.10 Dış ünite fanı...48 IX

BÖLÜM BĐR GĐRĐŞ 1.1 Giriş Binalarda hava kalitesinin arttırılması için iç ortam havasının egzost edilmesi ve yerine taze hava verilmesi gerekir. Konforun bozulmaması için taze havanın ortam koşullarında üflenmesi gerekmektedir. % 100 Taze havalı ısı geri kazanımlı ısı pompalı klima cihazı, kullanılarak egzost havasının enerjisi taze havaya aktarılmakta ve ısı pompası vasıtası ile taze havanın sıcaklığı ortam koşullarına getirilerek iç ortama verilmektedir. Isı pompalı sistemler, 1970 li yıllarda petrol krizi sırasında ısıtma sistemleri için seçenek olarak yaygın kullanımına geçilmiş, temel olarak soğutma çevrimi ile aynı ilkeye uygun çalışan sistemlerdir. Tek farkı, yazın dış hava ile yoğuşturulan yüksek basınçlı soğutucu gazın, bir valf yardımıyla kışın iç hava ile yoğuşturulması, böylelikle gazın yoğuşturulması sırasında ortaya çıkan ısı ile, mekanın ısıtılması ilkesine dayanmasıdır. Bu sistemde, dış ortam genellikle dış hava (atmosfer) olabilirken, toprak veya bir su kaynağı da (kuyu, göl, nehir, v.s. ) uygun bir enerji kaynağı olmaktadır [1]. Şekil 1.1 % 100 Taze havalı ısı geri kazanımlı ısı pompalı klima cihazı 1

Đklimlendirilen bir hacimdeki CO 2 konsantrasyonu % 0.1 i aşmamalıdır. % 2 lik bir CO 2 konsantrasyonunda insanların hava alma derinliği % 30, nefes alma frekansı % 15 büyüyecektir. Bu nedenle nefes alması sıklaşır. O 2 oranı ise % 13 e kadar azaldığında bir hastalık belirtisi görülmez ama CO 2 oranı % 8 den yukarı çıkarsa hayati tehlikeye neden olabilir. Ağır şartlarda çalışmayan bir insanın tükettiği hava 0.16-0.20 lt / sn aralığındadır. Ancak iklimlendirilen hacimlerde insanların taze hava ihtiyacını karşılamak için gönderilen miktar bu değerin çok üstündedir. Bunun nedeni, odadaki CO 2 yüzdesinin ve konfor koşullarını etkileyebilecek diğer parametreleri kabul edilebilir sınırların altında tutmak içindir. Genellikle sigara içilmeyen yerlerde bir kişinin ihtiyacı olan taze hava miktarı 5 lt / sn ( 18 m 3 / h ) olarak alınabilir. Yüksek oranda sigara içilen hacimlerde ise kişi başına 25 lt / sn ( 90 m 3 / h ) a kadar artabilir [2]. Bu çalışmada, ENEKO Havalandırma ve Isı Ekonomisi Sistem Teknolojileri A.Ş. nin ürettiği 1000 m 3 / h hava debili, % 100 Taze Havalı Isı Geri Kazanımlı Isı Pompalı Klima Cihazının tasarım esasları incelenmiştir. 1.2 Isı Pompası Tanımı, Çalışma Prensibi Isı pompası, dışarıdan enerji verilmesi ile düşük sıcaklıktaki bir ortamdan aldığı ısıyı yüksek sıcaklıktaki ortama veren bir makinedir. Kışın ısıtma maksadı ile kullanılan ısı pompası, yazın da soğutma için kullanılabilir. Isı pompasını, basitçe ısı makinesinin tersi bir çevrim olarak göz önüne alabiliriz. Isı makinesi, yüksek sıcaklıktaki ortamdan ısı çekerek, düşük sıcaklıktaki ortama aktaran ve bu işlemi yaparken dışarıya işveren makinedir. Isı pompası ise, dışarıdan enerji verilmesi ile düşük sıcaklıktaki ısı kaynağından aldığı ısıyı yüksek sıcaklıktaki ortama veren makinedir [3]. 2

Şekil 1.2 Isı pompası çalışma prensibi Isı pompaları ve klima sistemlerinin mekanik parçaları aynıdır. Bu nedenle bir evin ısıtma ve soğutmasını ayrı sistemlerle yapmak ekonomik değildir. Aynı sistem kışın ısıtma amacıyla, yazın da soğutma amacıyla kullanılabilir. Bunun için sisteme aşağıdaki şekillerde 2 veya 9 numarada görünen dönüştürme vanası konur. Bu düzenlemeyle, ısı pompasının içeride bulunan yoğuşturucusu, yazın soğutma sisteminin buharlaştırıcısı olarak görev yapar. Benzer biçimde, ısı pompasının dışarıda bulunan buharlaştırıcısı da yazın soğutma sisteminin yoğuşturucusu olarak görev yapar [4]. Şekil 1.3 Isı Pompasının çalışması, soğutma düzeni 3

Şekil 1.3 te kompresör soğutucu akışkanı dönüştürme vanasına yüksek basınçlı buhar halinde pompalar (1). Burada soğutucu akışkan ısısını vermek üzere dış üniteye yollanır (2). Burada hava bir fan yardımıyla soğutucu akışkan üzerinden akıtılarak içerden alınan ısı ve kompresör gücünü dışarı atar (3-4). (6) durumunda soğutucu akışkan yüksek basınçlı sıvı haldedir. Burada kısılma vanasına girerek (5) düşük basınçlı sıvı-buhar karışımı halinde çıkar. Daha sonra soğutucu akışkan (6-8) arasında içerinin ısısını, (3-7) arasında üflenen hava ile yoğuşturucudan dışarı atmak üzere alır. Dönüştürme vanasına gelen soğutucu akışkan (9) düşük basınçlı buhar durumundadır. Soğutucu akışkan dönüştürme vanasından, kompresöre yollanır ve çevrim tekrarlanır. Şekil 1.4 Isı Pompasının çalışması, ısıtma düzeni Şekil 1.4 te kompresör soğutucu akışkanı dönüştürme vanasına yüksek basınçlı buhar halinde pompalar (1). Burada soğutucu akışkan ısısını vermek üzere iç üniteye yollanır (2). Burada hava bir fan yardımıyla soğutucu akışkan üzerinden akıtılarak dışardan alınan ısı ve kompresör gücünü içeri atar (3-4). (6) durumunda soğutucu akışkan yüksek basınçlı sıvı haldedir. Burada kısılma vanasına girerek (5) düşük basınçlı sıvı-buhar karışımı halinde çıkar. Daha sonra soğutucu akışkan (6-8) arasında dışarının ısısını, (3-7) arasında üflenen hava ile yoğuşturucudan içeri atmak üzere alır. Dönüştürme vanasına gelen soğutucu akışkan düşük basınçlı buhar durumundadır. Soğutucu akışkan dönüştürme vanasından, kompresöre yollanır ve çevrim tekrarlanır. 1.3 Isı Pompası Çevrimi En yaygın olarak kullanılan, tek kademeli buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi ile hesaplar yapıldığından burada, bu çevrim anlatılmıştır. 4

Şekil 1.5 Tek kademeli buhar sıkıştırmalı basit bir soğutma çevrimi prensip şeması Şekil 1.5 de görülen tek kademeli buhar sıkıştırmalı bir soğutma sisteminin temel elemanları; kompresör, yoğunlaştırıcı (kondenser), genleşme valfi veya kılcal boru ve buharlaştırıcı (evaporatör) dır. Şekil 1.6 da elamanlar çevrim üzerinde gösterilmiştir. Şekil 1.6 Tek kademeli buhar sıkıştırmalı basit bir soğutma çevrimi elemanları Tek kademeli buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminin Şekil 1.5 üzerindeki rakamlara göre P h ve T- s diyagramı Şekil 1. 7 de verilmiştir. 5

Şekil 1.7 Tek kademeli ideal soğutma çevriminin P - h ve T - s diyagramları üzerinde gösterilmesi Đdeal bir soğutma çevriminde, buharlaştırıcıda ve yoğuşturucudaki ısı geçişlerinde basınç kayıplarının olmadığı, kompresörün tersinir adyabatik (izentropik) olduğu, genleşme valfindeki olayın adyabatik olduğu ve bu elemanlar arasındaki boru donanımlarında her hangi bir basınç kaybının olmadığı ve boru donanımı ile çevre arasında bir ısı geçişinin olmadığı kabul edilir. Buhar sıkıştırmalı ideal soğutma çevriminde soğutucu akışkan kompresöre doymuş buhar olarak girer (1). Kompresörde tersinir ve adyabatik (izentropik) olarak yoğunlaştırıcı basıncına kadar sıkıştırılır. Sıkıştırma sonunda soğutucu akışkanın sıcaklığı çevre sıcaklığının üzerine çıkar ve soğutucu akışkan yüksek sıcaklıkta, yüksek basınçta ve kızgın buhar olarak yoğunlaştırıcıya girer (2). Yoğunlaştırıcıda kızgın buhar halindeki soğutucu akışkan sabit basınç ve sabit sıcaklık altında çevreye ısı vererek hal değiştirir ve doymuş sıvı olarak 3 noktasından çıkar. Doymuş sıvı halindeki soğutucu akışkanın basıncı, genleşme vanası veya kılcal borudan geçirilerek buharlaşma basıncına kadar düşürülür (3-4). Adyabatik (sabit entalpide) olarak gerçekleşen bu durumun sonunda soğutucu akışkanın sıcaklığı soğutulacak ortamın sıcaklığının altına düşer. Soğutucu akışkan buharlaştırıcıya sıvı ve buhar karışımı olarak girer ve soğutulacak ortamdan sabit basınç ve sabit sıcaklıkta gizli ısı çekerek buharlaşır (4-1). Soğutucu akışkan buharlaştırıcıdan doymuş buhar olarak çıkar ve tekrar kompresöre girerek çevrim bu şekilde tamamlanmış olur [5]. 6

Mekanik sıkıştırmalı soğutma sisteminde soğutulan ortamdan buharlaştırıcıda (evaporatörde) birim zamanda çekilen ısı enerjinin korunumu denklemi uygulanarak; ɺ *( ) = mɺ * q (1.1) Q evap. = mgaz h1 h4 gaz e Şeklinde ifade edilir. Burada; Q evap. = Buharlaştırıcı (Evaporatör) tarafından çekilen ısı q e = Buharlaştırıcıda (evaporatörde) birim zamanda çekilen ısı h 2 = Buharlaştırıcıdan çıkan soğutucu akışkanın entalpisi ( kj/kg) h 1 = Buharlaştırıcıya giren soğutucu akışkanın entalpisi ( kj/kg) mɺ gaz = Sistemde dolaştırılması gereken soğutucu akışkan debisi (kg/s) W Gerçek kompresör işi: komp. mɺ *( h h ) mɺ * w = = η η gaz 2 1 gaz komp. (1.2) Şeklinde ifade edilir. Burada; W komp. = Gerçek kompresör işi (kw) w komp. = Birim zamandaki ideal kompresör işi (kj/kg) h 1 = Đdeal durumda kompresöre giren soğutucu akışkanın entalpisi ( kj/kg) h 2 = Đdeal durumda kompresörden çıkan soğutucu akışkanın entalpisi ( kj/kg) mɺ gaz = Sistemde dolaştırılması gereken soğutucu akışkan debisi (kg/s) η = Kompresör verimi anlamlarındadır. Gerçek soğutma çevriminde, Yoğuşturucudan atılan ısı ( Q kond.): wkomp wkomp Qkond. = Qevap. + Wkomp. = mɺ gaz * qe+ mɺ gaz * = mɺ gaz *( qe+ ) (1.3) η η 7

Gerçek soğutma çevriminde, Soğutma tesir katsayısı ( COP ): COP Q soğutma evap. soğutma = (1.4) Wkomp. Isıtma tesir katsayısı ( COP ısıtma ) : Qkond. COPısıtma = (1.5) W komp. 1.4 Isı Pompasının Başlıca Yapı Elemanları 1.4.1 Kompresör Soğutucu akışkanın çevrim boyunca dolaştırılarak soğuk kaynaktan sıcak kaynağa ısı iletilmesi kompresörler yardımıyla meydana gelir. Yani kompresörler, soğutma devrelerinde buharlaştırıcıda bulunan alçak basınçta buhar halindeki soğutucu akışkanı emerek daha yüksek basınçta olan yoğuşturucuya gönderen makinelerdir. % 100 Taze havalı ısı geri kazanımlı ısı pompalı klima cihazında, pistonlu kompresörlerden, hermetik tip kompresör kullanılmıştır. Burada anlatılan hermetik tip kompresörlerdir. Bir silindir içerisinde gidip gelme hareketi yapan bir pistonla sıkıştırma işlemini yapan pistonlu kompresörlerde tahrik motorunun dönme hareketi bir krank-biyel sistemi ile doğrusal harekete çevrilir. Bu tip kompresörlerde, buhar halindeki soğutucu akışkanı çekmek için silindir içerisindeki pistonun aşağı doğru hareketiyle birlikte emiş vanaları açılır. Buhar halindeki soğutucu akışkan pistonun yukarı doğru hareketiyle sıkıştırılır ve silindir içerisindeki basınç, yoğuşma basıncının biraz üzerine çıktığında akışkan dışarı atılır. Bugünkü pistonlu soğutma kompresörleri genellikle tek etkili, yüksek devirli ve çok sayıda silindirli makineler olup açık tip veya hermetik, yarı hermetik tip motor-kompresör şeklinde (Amonyak hariç) dizayn ve imal edilmektedirler. 8

Şekil 1.8 Hermetik kompresör Hermetik tip kompresörler, motorla kompresörün aynı muhafazada bulunduğu sızdırmazlıklı (hermetik) kompresördür. Bu tip kompresörlerde, hermetik motorlardaki ana sargılar tek başına bir döndürme momenti sağlayamazlar. Bunu sağlamak için motor içinde ayrıca yardımcı sargılar mevcuttur. Ana sargı ile yardımcı salgının manyetik bir döndürme alanı meydana getirmeleri neticesinde, motor ilk hareketini gerçekleştirir. Motorun harekete geçebilmesi için her iki sargıya da akım verilir. Motor normal devrine ulaşınca, yardımcı salgıdaki akım kesilir motor ana salgıdaki akımla dönmesine devam eder. Bu tip kompresörlerde genellikle R22 ve R134a soğutucu akışkanları kullanılmaktadır. Genel olarak, hermetik kompresörlerin kapasiteleri 30 kw ile 35 kw arasında değişir. Uygulama alanları pencere ve split klimalar, ev tipi buzdolapları vb. Bu tip kompresörler arıza durumunda bulundukları yerde tamir edilemezler, her hangi bir arıza durumunda sökülüp fabrikaya geri götürülmeli ve bozulan kompresörün yerine başka yeni bir kompresör takılmalıdır. 1.4.2 Evaporatör Sıvı soğutucu akışkanın, soğutulacak ortamdan ısı çekerek buharlaştığı cihazlardır. Yoğuşturucudan gelen soğutucu akışkan, basınç düşürücü elemanda genleştikten sonra buharlaştırıcıya sıvı - buhar karışımı halinde girer. Bu durumda büyük bir kısmı sıvı fazında olan soğutucu akışkan çevreden ısı alarak buharlaşır ve daha sonra kompresöre gider. 9

Şekil 1.9 Evaporatör 1.4.3 Kondenser Soğutma sisteminde soğutkanın evaporatörden aldığı ısı ile kompresördeki sıkıştırma işlemi sırasında ilave olunan ısının sistemden alınması kondenserde yapılır. Böylece, soğutkan sıvı hale gelerek basınçlandırılır ve tekrar genleştirilerek evaporatörden ısı alacak duruma getirilir [6]. Şekil 1.10 Farklı boyutlardaki kondenserler 1.4.4 Genleşme Vanası Genleşme valfi, soğutma sisteminin yük gereksinimine göre, soğutucu akışkanın akışını başlatan, durduran ve modüle eden soğutma kontrol ekipmanıdır. Genleşme valfleri genel olarak üç gruba ayrılırlar bu çalışmada, termostatik genleşme valfi kullanıldığından buna değinilecektir. 10

Termostatik genleşme valflerinin ana işlevi, evaporatörün en verimli şekilde kullanılmasını sağlamak ve kompresöre likit fazında soğutucu akışkanın ulaşmasını engellemektir. Termostatik genleşme valflerinde, evaporatörde emilen ısı ile soğutucu akışkanın tamamının buharlaşabileceği miktarının evaporatöre girmesine izin verilir. Valf, soğutucu akışkanın kızgınlık derecesine ve bu derecedeki değişimlerine göre çalışmakla birlikte, evaporatörün bir kısmını da soğutucu akışkanı kızgınlaştırmak için kullanır. [7] Şekil 1.11 Termostatik genleşme valfi 1.4.5 Geri Tepme (Çek) Valf Geri tepme valfleri, soğutma tesisatlarında, normal akış yönünün tersi yönde bir akışın meydana gelmemesi istenen yerlerde kullanılır. Geri tepme valfi, normal yöndeki akış sırasında valfin giriş ve çıkış ağızları arasında meydana gelen basınç farkı/kaybı ile açılır. Şekil 1.12 Çek valf 11

1.4.6 Solenoid Valf Soğutma sisteminde, sıvı veya gaz haldeki akışkanın akışını elektrik sinyaliyle, uzaktan kumandalı bir şekilde açıp kapatabilmeye yararlar. Valfin normal açık (elektrik sinyali yok iken açık) veya normal kapalı yapılış şekline göre valf, yerçekimi etkisi ile, yay etkisi ile veya akışkanın kendi basıncıyla normal konumda iken, elektrik sinyali ile meydana gelen magnetik bir alanın sağladığı hareket vasıtası ile normalin aksi konuma girer (açık ise kapatır, kapalı ise açar). 3 yollu solenoid valf türünde genellikle bir müşterek ağız diğer iki ağızdan birine veya diğerine irtibatlanır. Şekil 1.13 Solenoid valf 1.4.7 Filtre-Kurutucular, Emiş Filtreleri Soğutma sistemi arızalarının %80 i direkt veya dolaylı şekilde sistemde nem/su mevcudiyetine bağlanabilir. Denilebilir ki, soğutma sistemine nem/su katiyen girmemeli, girerse de süratle sistemden atılmalıdır. Bu sebeple, önce nem in soğutma sistemine girmesi önlenmeli, girmişse süratle sistemden atılmalı (vakum pompası ile sistemi derin vakuma almak suretiyle), sistemde kalan veya çalışma esnasında sonradan giren nem de derhal tutulmalıdır. Bu, Filtre-Kurutucu adıyla tanımlanan elemanlarla yapılmaktadır. Bir filtre-kurutucu dan beklenen görevler; (a) Su/Nem i tutmak, (b) Asiti tutmak, (c) Talaş, kaynak çapağı, tortu, vs. gibi pislikleri tutmaktır. 12

Şekil 1.14 Likit hattı kurutucu filtreler (Dryer) Kompresör emişi tarafına konulan filtre-kurutucular yapılışları ve etki şekli yönünden sıvı hattı filtre kurutucularından farklıdır. Başta, geçen akışkanın gaz halde oluşu ve emiş borusu çaplarının büyük olması nedeniyle, bağlantı elemanları daha büyük ve fakat madde hacmi daha küçük ve dolayısıyla dış boyutları daha küçüktür. Emiş filtre-kurutucusundan beklenen işlem daha ziyade asit ve pislikleri tutmaktır. Bu nedenle filtre kartuşu, asidi ve akışkandaki pislikleri tutacak tarzda yapılır ki bu da filtreleme yüzeyini büyük ölçüde azaltır. Konstrüktif yönden ise emiş filtre-kurutucusu, sıvı hattı filtre-kurutucusu ile aynıdır. Şekil 1.15 Emiş hattı likit tutucular 13

1.4.8 Alçak Veya Yüksek Basınç Otomatikleri Soğutma sisteminin alçak basınç/emiş, yüksek basınç/basma tarafındaki basınçları çalışma esnasında sürekli olarak izleyip tehlikeli sınırlara ulaştığında kompresör motorunu durdurmak üzere sisteme bağlanırlar. Alçak basınç ve yüksek basınç otomatikleri ayrı ayrı ve tek başına uygulanabildiği gibi hem alçak hem yüksek basınç değerlerini izleyip her iki değeri sınırlamak üzere kumanda veren kombine basınç otomatikleri şeklinde de uygulanır. Alçak basınç otomatiği aynen işletme ayar ve kontrol elemanı olarak uygulandığı şekilde soğutma devresine bağlanır. Ancak, ayar değeri olarak daha düşük ve emniyetli sınırın alt değeri alınarak ayar edilir. Şekil 1.16 Kombine Presostat 14

BÖLÜM ĐKĐ ISI POMPASI TASARIMI 2.1 % 100 Taze Havalı Isı Geri Kazanımlı Isı Pompalı Klima Cihazı Şekil 2.1 de görüldüğü gibi, bu cihazda taze hava filtre ve ardından ısı geri kazanım eşanjöründen geçirilmektedir. Dönüş havasının enerjisinden yararlanılarak, iç ünite kapasitesi düşürülmekte ve içeriye ortam koşullarında % 100 taze hava üflenmektedir. Şekil 2.1 % 100 Taze havalı ısı geri kazanımlı ısı pompalı klima cihazı 2.2 Tasarım Şartları Tablo 2.1. Yazın ve Kışın Dış Tasarım ve Đç Konfor Şartları Yaz Kış Dış Hava 37 C KT / %35 Rh 0 C KT / %60 Rh Đç Hava 25 C KT / %50 Rh 22 C KT / %50 Rh 15

Mahal içi istenen sıcaklık ve dış hava sıcaklığına göre Tablo 2.1. den evaporasyon ve kondenzasyon sıcaklıkları Tablo 2.2. deki gibi iç, dış ünite ve yaz, kış durumları için ayrı ayrı seçilmiştir. Tablo 2.2. Đç Ünite ve Dış Ünitenin Yaz ve Kış Mevsimlerindeki Evaporasyon ve Kondenzasyon Sıcaklıkları Yaz Kış Đç Ünite Evap. Sıc. : +5 C Kond. Sıc. : +55 C Dış Ünite Kond. Sıc. : +55 C Evap. Sıc. : 0 C Yaz ve Kış durumları için evaporatör veya kondenser kapasitesi bulunacak ve R-22 soğutucu akışkanının termodinamiksel davranışları incelenerek kondenser veya evaporatör kapasitesi, kompresör gücü, soğutucu akışkan debisi, soğutma tesir katsayısı, ısıtma tesir katsayısı ve çalışma basınçları belirlenecektir. Buna göre kompresör seçilecektir. Daha sonra iç ve dış ünite seçilecektir. 2.3 Isı Geri Kazanım Eşanjörü Hava iç üniteye girmeden önce ısı geri kazanım cihazından geçmektedir. Burada, içeriden alınan hava enerjisinin bir kısmını içeri atılan havaya verir. Şekil 2.2 Isı pompası çevrim şeması, 1-2-3 : Taze hava tarafı, A-B-C : Egzost tarafı 16

Şekil 2.2 de görüldüğü gibi, taze hava 1 den 2 ye, dönüş havası da A dan B ye ısı geri kazanım eşanjörü (ıgk) üzerinden gitmektedir. Tablo 2.3. ve Tablo 2.4. te ısı geri kazanım eşanjörünün yaz ve kış durumlarındaki davranışı görülmektedir. Tablo 2.3. Yaz Mevsiminde Isı Geri Kazanım Eşanjörünün (Igk) Davranışı Hava Debisi 3 ( m / h ) Sıcaklık C Bağıl Nem Özgül Nem (gr /kg) Entalpi (kj/kg) Taze Hava Tarafı Igk Giriş 1 Igk Çıkış 2 1000 37 1000 32 %35 Rh %46.3 Rh 13.78 72.7 13.78 67.5 Egzost Igk Giriş A 1000 25 %50 Rh 9.88 50.3 Tarafı Igk Çıkış B 1000 30.1 %37.2 Rh 9.88 55.5 Tablo 2.4. Kış Mevsiminde Isı Geri Kazanım Eşanjörünün (Igk) Davranışı Hava Debisi 3 ( m / h ) Sıcaklık C Bağıl Nem Özgül Nem (gr /kg) Entalpi (kj/kg) Taze Hava Tarafı Igk Giriş 1 Igk Çıkış 2 1000 0 1000 10 %60 Rh %29.9 Rh 2.26 5.7 2.26 15.7 Egzost Igk Giriş A 1000 22 %50 Rh 8.22 43 Tarafı Igk Çıkış B 1000 14.6 %69.7 Rh 7.2 32.9 17

2.4 Kompresör Seçimi Yaz ve Kış durumları için evaporatör veya kondenser kapasitesi bulunacak ve R-22 soğutucu akışkanının termodinamiksel davranışları incelenerek kondenser veya evaporatör kapasitesi, kompresör gücü, soğutucu akışkan debisi, soğutma tesir katsayısı, ısıtma tesir katsayısı ve çalışma basınçları belirlenecektir. Buna göre kompresör seçilecektir. 2.4.1 Yaz Durunu Burada üfleme sıcaklığı ve evaporatöre giriş sıcaklığı bilindiğinden ilk önce evaporatör kapasitesi hesaplanacaktır. 2.4.1.1 Evaporatör Kapasitesinin Belirlenmesi Evaporatörde hava duyulur ve gizli olarak ısıtılmaktadır. Burada toplam duyulur ısıtma oranı ve üfleme koşulları için bir kabul yapılarak evaporatör kapasitesi belirlenecektir. Toplam duyulur ısının, toplam soğutma yüküne oranı olarak, TDI TDIO= TSY (2.1) eşitliği ile tanımlanır. [1] Burada; TDIO = Toplam duyulur ısı oranı (%) TDI = Toplam duyulur ısı yükü (kw) TSY = Cihazın toplam soğutma yükü, Q evap. (kw) Cihaz için, toplam duyulur ısıtma veya soğutma (TDI) yükü ise, TDI = Vɺ *ρ* C *( T T ) (2.2) şeklinde ifade edilir.[1] p giris cikis Burada; TDI = Cihaz toplam duyulur ısı yükü (kw) V ɺ = Hava debisi ( 3 m / h) 18

ρ = Havanın yoğunluğu (kg / 3 m ) C p = Havanın özgül ısısı, (J/kg. C) T giris = Havanın cihaza giriş sıcaklığı ( C) T cikis = Havanın cihazdan çıkış sıcaklığı ( C) anlamlarındadır. Q Yukarıdaki formüllerden evaporatör kapasitesinin formülü aşağıdaki gibi çıkarılır. evap. TDI Vɺ *ρ* C p *( T2 T3 ) = = TDIO TDIO Vɺ *ρ*( h h ) (2.3) = 2 3 Veriler ve kabuller ( Alt indisler için Şekil 2.2 ye bakınız. ); V ɺ = 1000 ρ = 1.17 kg / 3 m / h 3 m TDIO = % 80 ( kabul edildi.) C p =1.025 kj / kg. C T 2 = 32 C ( Evaporatöre giriş sıcaklığı, Tablo 2.3. den ısı geri kazanım çıkış sıcaklığı ) T 3 = 20 C ( Üfleme Sıcaklığı, Đç Ortam Koşullarının 5 C altında seçildi. ) Buradan evaporatör kapasitesi, Q evap. = 1000*1.17*1.025*(32 20) = 4.997Kw 3600* 0.8 bulunur. 2.4.1.2 Soğutucu Akışkan Debisinin Belirlenmesi Soğutucu akışkan debisi, R-22 soğutucu akışkanının, termodinamiksel özelliklerinden yararlanılarak, buhar sıkıştırmalı ideal soğutma çevrimine göre teorik olarak bulunacaktır. Şekil 1.7 deki çevrim şeması kullanılarak R-22 nin termodinamiksel özellikleri tablodan Tablo 2.5. deki gibi okunur. 19

Tablo 2.5. R-22 Soğutucu Akışkanının Termodinamiksel Özellikleri Çevrim Numarası 1 x 1= 1 3 x 3 = 0 2 4 s 2 = 1.75 kj/kg.k P 4 = 5.838 bar Bilinenler T 1= 5 C T 3 = 55 C P 2 = 21.744 bar T 4 = 5 C P 1= 5.838 bar P 3 = 21.744 bar h 2 = 440.176 kj/kg h 4 = 270.307 kj/kg Hesaplananlar s 1= 1.75 kj/kg.k h 3 = 270.307 kj/kg h 1= 407.152 kj/kg - - - - - Tablo 2.5. de 1 durumu için, x 1 ve T 1 bilindiğinden P 1, s 1, h 1 bulunmuştur. Daha sonra 3 durumunda, x 3 ve T 3 bilindiğinden P 3, h 3 bulunmuştur. 2 durumu için, s 2 = s 1 ve P 2 = P 3 eşitliklerinden yararlanılarak h2 bulunmuştur. 4 durumunda ise h 4 = h 3 eşitliğinden yararlanılarak h4 bulunur. Denklem 1.1 den soğutucu akışkan debisi çekilirse, ɺ Q evap. = mr 22 h1 h4 m Q *( ) 4.997 4.997 ɺ kg / s evap. R 22 = = = = h1 h4 407.152 270.307 136.844 şeklinde bulunur. 0.0365 2.4.1.3 Kompresör Gücünün Bulunması Kompresör gücünü bulmak için kompresörün verimi η = 0.67 olarak kabul edilmiştir. Denklem 1.2 den gerçek kompresör işi, m *( h h ) W η = = kw 0.67 R 22 2 1 komp. = ɺ 0.0365*(440.176 407.152) 1.8 bulunur. 20

2.4.1.4 Kondenser Kapasitesi Yoğuşturucudan atılan ısı 1.3 denkleminden, Qkond. = Qevap. + Wkomp. = 4.997+ 1.8= 6.797 Kw şeklinde bulunur. 2.4.1.5 Soğutma Tesir Katsayısı COP Denklem 1.4 den, Q 4.997 evap. soğutma = = = Wkomp. 1.8 şeklinde bulunur. 2.78 2.4.2 Kış Durunu Burada üfleme sıcaklığı ve kondensere giriş sıcaklığı bilindiğinden ilk önce kondenser kapasitesi hesaplanacaktır. 2.4.2.1 Kondenser Kapasitesinin Belirlenmesi Kondenserde hava duyulur olarak ısıtılmaktadır. Duyulur olarak ısıtmanın gerçekleştiği bu cihazlarda, denklem 2.2 deki duyulur ısıtma yükü formülü kullanılarak kondenser kapasitesi tayin edilecektir. Veriler ve kabuller ( Alt indisler için Şekil 2.2 ye bakınız. ); V ɺ = 1000 ρ = 1.17 kg / 3 m / h 3 m C p =1.025 kj / kg. C T 2 = 10 C ( Kondensere giriş sıcaklığı, Tablo 2.4. den ısı geri kazanım çıkış sıcaklığı ) T 3 = 27 C ( Üfleme Sıcaklığı, Đç Ortam Koşullarının 5 C üzerinde seçildi. ) 21

Buradan kondenser kapasitesi, Qkond. = Vɺ *ρ* Cp *( T2 T3 ) 1000*1.17*1.025*(27 10) = = 5.663Kw 3600 bulunur. 2.4.2.2 Soğutucu Akışkan Debisinin Belirlenmesi Soğutucu akışkan debisi, R-22 soğutucu akışkanının, termodinamiksel özelliklerinden yararlanılarak, buhar sıkıştırmalı ideal soğutma çevrimine göre teorik olarak yaz durumu için bulunmuştu. Burada kolaylık olması için Coolpack programı kullanılarak hesaplar yapılacaktır [8]. R-22 soğutucu akışkanının, termodinamiksel özellikleri, 0 C Evaporasyon sıcaklığı ve +55 C Kondenzasyon sıcaklığında, buhar sıkıştırmalı ideal soğutma çevrimine göre Coolpack programında hesaplanmıştır. Programda Refrigeration Utilities tıklanır (Şekil 2.3 ). Gelen ekranda P-h diyagramı çizme butonu tıklanır (Şekil 2.4). Soğutucu akışkan olarak R-22 soğutucu akışkanı seçilir (Şekil 2.5). Şekil 2.3 Refrigeration utilities butonu Şekil 2.4 P-h diyagramı çizme butonu 22

Şekil 2.5 Soğutucu akışkan seçim tablosu edilir. Şekil 2.6 daki değerler girilip Draw Cycle a basılır ve Şekil 2.7 deki gibi bir grafik elde Şekil 2.6 Coolpack programı soğutma çevrimi ara yüzü 23

Şekil 2.7 R-22 soğutucu akışkanının P-h diyagramı 24

Daha sonra programda Options / Cycle Info tıklanır. Ve Coordinates of Points tıklanarak Şekil 2.8 deki gibi R-22 soğutucu akışkanının termodinamiksel özellikleri görüntülenir. Şekil 2.8 Soğutma çevrimindeki R-22 soğutucu akışkanının termodinamiksel özellikleri mɺ Denklem 1.3 den soğutucu akışkan debisi çekilirse, R 22 = Qkond. w qe+ η komp ifadesi elde edilir. Tablodan, q e =135.063 Kj / kg w komp. = 37.318 Kj / kg okunur. Kompresör verimi η = 0.67 kabul edilirse, buradan soğutucu akışkan debisi, 5.663 mɺ R 22 = 37.318 (135.063 + ) 0.67 25

ɺ = 0.0297 kg / s mr 22 olarak bulunur. 2.4.2.3 Kompresör Gücünün Bulunması Kompresör gücünü bulmak için kompresörün verimi η = 0.67 olarak kabul edilmiştir. W Denklem 1.2 den gerçek kompresör işi, m * w R 22 komp. komp. = ɺ 0.0297*37.318 1.654 bulunur. η = = Kw 0.67 2.4.2.4 Evaporatör Kapasitesi Evaporatörden çekilen ısı 1.3 denkleminden, Qevap. = Qkond. Wkomp. = 5.663 1.654= 4.009 Kw şeklinde bulunur. 2.4.2.5 Isıtma Tesir Katsayısı COP Denklem 1.5 den, Q 5.663 kond. ısıtma = = = Wkomp. 1.654 şeklinde bulunur. 3.42 2.4.3 Hesaplanan Değerler ve Kompresör Seçimi Yaz ve kış durumları için hesaplanan değerler Tablo 2.6. da verilmiştir. Tablo 2.2. deki Evaporasyon ve Kondenzasyon sıcaklıklarına göre kompresör kataloglarından hesaplanan değerlere yakın bir kompresör seçilir. 26

Tablo 2.6. Hesaplanan Değerler Yaz Kış Kompresör Gücü 1.8 Kw 1.654 Kw Evaporatör Kapasitesi 4.997 Kw 4.009 Kw Kondenser Kapasitesi 6.797 Kw 5.663 Kw Soğutucu Akışkan Debisi 0.0365 kg / s 0.0297 kg / s C.O.P. 2.78 3.42 Basınç Kompresör Girişi 5.838 bar 4.976 bar Kompresör Çıkışı 21.744 bar 21.744 bar MT022-4 kompresörü seçilmiştir. MT022-4 kompresörü katalogundan ( Ek-1 ) değerler belirlenir. Tablo 2.7. de belirtilmiştir. Tablo 2.7. Kompresör Katalogundan Alınan Değerler Yaz Kış Kompresör Gücü 1.846 kw 1.701 kw Evaporatör Kapasitesi 4.798 kw 3.760 kw Kondenser Kapasitesi 6.644 kw 5.461 kw Soğutucu Akışkan Debisi 0.0306 kg / s 0.0244 kg / s C.O.P. 2.6 3.21 Min. Kompresör 0.2 bar Basınç Girişi Max. Kompresör 27.7 bar Çıkışı 27

Seçilen bu kompresöre göre, iç ve dış ünitelerden çıkan, havanın fiziksel özellikleri yaz ve kış için belirlenecektir. 2.5 Seçilen Kompresöre Göre Nemli Havanın Fiziksel Özellikleri Nemli havanın fiziksel özelliklerini, psikrometrik diyagramdan okuyabilmek için en az iki özelliğin bilinmesi gerekir. Kuru termometre sıcaklığı ve entalpi değerleri bulunarak diğer bilinmeyenler psikrometrik diyagramdan bulunacaktır. 2.5.1 Yaz Durumu 2.5.1.1 Đç Ünite Yaz durumunda, evaporatör iç ünitedir. Veriler ve kabuller ( Alt indisler için Şekil 2.2 ye bakınız. ); Q evap. = 4.798 kw ( Tablo 2.7. den yaz durumu için evaporatör kapasitesi ) V ɺ = 1000 ρ = 1.17 kg / 3 m / h 3 m TDIO = % 80 ( kabul edildi.) C p =1.025 kj / kg. C T 2 = 32 C ( Evaporatöre giriş sıcaklığı, Tablo 2.3. den ısı geri kazanım çıkış sıcaklığı ) T 3 =? Q Denklem 2.3 den T 3 çekilirse, evap. TDI Vɺ *ρ* C p *( T2 T3 ) 1000*1.17*1.025*(32 T3 ) = = = = 4.798 TDIO TDIO 3600* 0.8 T 3 = 20.48 C olarak bulunur. 28

Şekil 2.9 Yaz durumunda iç ortama, üfleme sıcaklığı Denklem 2.3 den h 3 çekilirse, Qevap. = Vɺ 1000*1.17*(67.5 h3 ) *ρ*( h2 h3 ) = = 4.798 3600 h 3 = 52.74 kj / kg olarak bulunur. Buna göre, Psikrometrik diyagramdan, T 3 = 20.48 C ve h 3 = 52.74 kj / kg için özgül nem ve bağıl nem değerleri okunur. Ψ 3 = % 46.3 Rh, x 3 = 13.78 gr / kg 2.5.1.2 Dış Ünite Yaz durumunda, kondenser dış ünitedir. Kondenserden çıkış sıcaklığı ve entalpi değeri bulunacak ve buna göre diğer bilinmeyenler psikrometrik diyagramdan okunacaktır. Veriler ve kabuller ( Alt indisler için Şekil 2.2 ye bakınız. ); Q kond. = 6.644 kw ( Tablo 2.7. den yaz durumu için kondenser kapasitesi ) 29

V ɺ = 1100 ρ = 1.17 kg / 3 m / h ( Fan debisi kondenser boyutunu küçültebilmek için daha fazla seçildi. ) 3 m C p =1.025 kj / kg. C T B = 30.1 C ( Kondensere giriş sıcaklığı, Tablo 2.3. den ısı geri kazanım çıkış sıcaklığı, Egzost tarafı ) T C =? Denklem 2.2 den T C çekilirse, Qkond. = Vɺ *ρ* Cp *( TC TB ) = 1100*1.17*1.025*( T 30.1) C = 6.644 3600 T C = 50.04 C olarak bulunur. Denklem 2.2 den h C çekilirse, Qkond. = Vɺ *ρ*( hc hb ) = 1100*1.17*( h 55.5) C = 6.644 3600 h C = 74.08 kj / kg olarak bulunur. Buna göre, Psikrometrik diyagramdan, T C = 50.04 C ve h C = 74.08 kj / kg için özgül nem ve bağıl nem değerleri okunur. Ψ C = % 14.3 Rh x C = 9.88 gr / kg Yaz durumunda iç ve dış ünitedeki nemli havanın fiziksel özellikleri psikrometrik diyagram üzerinde ( Şekil 2.10 ) ve ısı pompası şeması üzerinde ( Şekil 2.11 ) gösterilmiştir. 30

Şekil 2.10 Nemli havanın psikrometrik diyagramı, 1-2-3 : Taze hava tarafı, A-B-C : Egzost tarafı ( Yaz durumu ) 31

Şekil 2.11 Isı pompası şeması ( Yaz durumu ) 32

2.5.2 Kış Durumu 2.5.2.1 Đç Ünite Kış durumunda, kondenser iç ünitedir. Veriler ve kabuller ( Alt indisler için Şekil 2.2 ye bakınız. ); Q kond. = 5.461 kw ( Tablo 2.7. den kış durumu için kondenser kapasitesi ) V ɺ = 1000 ρ = 1.17 kg / 3 m / h 3 m C p =1.025 kj / kg. C T 2 = 10 C ( Kondensere giriş sıcaklığı, Tablo 2.4. den ısı geri kazanım çıkış sıcaklığı ) T 3 =? Denklem 2.2 den T 3 çekilirse, Qkond. = Vɺ 1000*1.17*1.025*( T3 10) *ρ* Cp *( T3 T2 ) = = 5.461 3600 T 3 = 26.39 C olarak bulunur. Şekil 2.12 Kış durumunda iç ortama, üfleme sıcaklığı 33

Denklem 2.2 den h 3 çekilirse, Qkond. = Vɺ 1000*1.17*( h3 15.7) *ρ*( h3 h2 ) = = 5.461 3600 h 3 = 32.5 kj / kg olarak bulunur. Buna göre, Psikrometrik diyagramdan, T 3 = 26.39 C ve h 3 = 32.5 kj / kg için özgül nem ve bağıl nem değerleri okunur. Ψ 3 = % 9.3 Rh x 3 = 2.26 gr / kg 2.5.2.2 Dış Ünite Kış durumunda, evaporatör dış ünitedir. Evaporatörden çıkış sıcaklığı ve entalpi değeri bulunacak ve buna göre diğer bilinmeyenler psikrometrik diyagramdan okunacaktır. Veriler ve kabuller ( Alt indisler için Şekil 2.2 ye bakınız. ); Q evap. = 4.798 kw ( Tablo 2.7. den kış durumu için evaporatör kapasitesi ) V ɺ = 1100 ρ = 1.17 kg / 3 m / h ( Fan debisi evaporatör boyutunu küçültebilmek için daha fazla seçildi. ) 3 m TDIO = % 80 ( kabul edildi.) C p =1.025 kj / kg. C T B = 14.6 C ( Evaporatöre giriş sıcaklığı, Tablo 2.4. den ısı geri kazanım çıkış sıcaklığı, Egzost tarafı ) T C =? Q Denklem 2.3 den T C çekilirse, evap. TDI Vɺ *ρ* C p *( TB TC ) = = = 1100*1.17*1.025*(14.6 T ) C = 3.760 TDIO TDIO 3600*0.8 T C = 6.39 C olarak bulunur. 34

Denklem 2.3 den h C çekilirse, Qevap. = Vɺ *ρ*( hb hc ) = 1100*1.17*(32.9 h ) C = 3.760 3600 h C = 22.38 kj / kg olarak bulunur. Buna göre, Psikrometrik diyagramdan, T C = 6.39 C ve h C = 22.38 kj / kg için özgül nem ve bağıl nem değerleri okunur. Ψ C = % 89.9 Rh x C = 5.53 gr / kg Kış durumunda iç ve dış ünitedeki nemli havanın fiziksel özellikleri psikrometrik diyagram üzerinde ( Şekil 2.13 ) ve ısı pompası şeması üzerinde ( Şekil 2.14 ) gösterilmiştir. 35

Şekil 2.13 Nemli havanın psikrometrik diyagramı, 1-2-3 : Taze hava tarafı, A-B-C : Egzost tarafı ( Kış durumu ) 36

Şekil 2.14 Isı pompası şeması ( Kış durumu ) 37

2.6 Đç ve Dış Ünite Seçimi Kompresörün verdiği ısıtma ve soğutma kapasitesi, hava debisi, kuru termometre giriş sıcaklığı, giriş bağıl nemi, evaporasyon ve kondenzasyon sıcaklıkları, iç ve dış ünite için, yaz ve kış durumlarında, imalatçı firmaya gönderilir ( Tablo 2.8 ). Firmadan, üreteceği iç ünite ve dış ünitenin özellikleri istenir. Burada Friterm den, üretecekleri iç ve dış ünitenin özellikleri, verilen koşullara göre istenmiştir. Aşağıdaki tablodaki değerler firmaya gönderilir. Tablo 2.8. Đç ve Dış Ünite Seçimi Kapasite Hava Debisi Hava Giriş Sıcaklığı Hava Bağıl Nemi Konden. Sıcaklığı Evap. Sıcaklığı kw ( 3 m / h ) C % C C Yaz Đç Ünite Dış Ünite Q evap. = 4.798 kw Q kond. = 6.644 kw 1000 32 1100 30.1 %46.3 Rh %37.2 Rh - 5 55 - Kış Đç Ünite Dış Ünite Q kond. = 5.461kW Q evap. = 3.760 kw 1000 10 1000 14.6 %29.9 Rh %69.7 Rh 55 - - 0 Friterm, Coils 5.5 programında iç ve dış ünite özelliklerini oluşturup, göndermektedir. Burada çeşitli parametrelerle oynanarak istenilen soğutma veya ısıtma kapasitesine ulaşılır. 38

Şekil 2.15 Friterm in iç ve dış ünite özelliklerini oluşturduğu Coils 5.5 programı Firmadan Ek-2 de genişletilmiş halleri bulunan çıktılar gelir. Bunlar hesaplanan değerlerle karşılaştırılarak iç ve dış ünite seçimi yapılır. 2.6.1 Đç Ünite Seçimi Hesaplanan değerler, firmadan gelen değerlerle, yaz için Tablo 2.9, kış için Tablo 2.10 da listelenmiştir. Yaz durumunda, iç ünite kapasitesi 4.798 kw (Tablo 2.9) olarak belirlenmiştir. Firmanın üreteceği evaporatör, 4.95 kw kapasitesindedir ve bizim seçtiğimiz kompresörün içerden almak istediği ısıyı alabilir. Nemli havanın fiziksel özellikleri de hesapladığımız değerlere yakındır. Dolayısıyla yaz durumunda iç ünite seçimimiz uygundur. Kış durumunda, iç ünite kapasitesi 5.461 kw (Tablo 2.10) olarak belirlenmiştir. Firmanın üreteceği kondenser, 9.34 kw kapasitesindedir ve bizim seçtiğimiz kompresörün içeri atmak istediği ısıyı atabilir. Bu kapasite daha az seçilemez çünkü yaz durumunda evaporatörden 4.95 kw lık ısının alınabileceği yüzey alanında, kış durumunda 9.34 kw 39

atılabilmektedir. Kapasite, daha az seçilirse yazın evaporatörde 4.95 kw dan daha az ısı çekilecektir. Tablo 2.9. Yaz Durumunda, Đç Ünite (EK-2A) Đçin Firmadan Gelen Çıktılarla Bulduğumuz Değerlerin Karşılaştırılması Đç Ünite Giriş Değerleri Hesaplanan Çıkış Değerleri Firmadan Gelen Çıkış Değerleri Kapasite kw - 4.798 4.95 Duyulur / Toplam Kapasite Oranı Kuru Termometre Sıcaklığı C - 0.8 0.7605 32 20.48 20.39 Bağıl Nem % 46.3 88 82.64 Özgül Nem gr/kg 13.78 11.15 12.43 Entalpi Kj /kg 67.5 52.74 51.62 Tablo 2.10. Kış Durumunda, Đç Ünite (EK-2C) Đçin Firmadan Gelen Çıktılarla Bulduğumuz Değerlerin Karşılaştırılması Đç Ünite Giriş Değerleri Hesaplanan Çıkış Değerleri Firmadan Gelen Çıkış Değerleri Kapasite kw - 5.461 9.34 Kuru Termometre Sıcaklığı C 10 26.39 37.24 Bağıl Nem % 29.9 9.3 5.73 Özgül Nem gr/kg 2.26 2.26 2.26 Entalpi Kj /kg 15.7 32.5 43.15 40

2.6.2 Dış Ünite Seçimi Hesaplanan değerler, firmadan gelen değerlerle, yaz için Tablo 2.11, kış için Tablo 2.12 da listelenmiştir. Yaz durumunda, dış ünite kapasitesi 6.644 kw (Tablo 2.11) olarak belirlenmiştir. Firmanın üreteceği kondenser, 6.65 kw kapasitesindedir ve bizim seçtiğimiz kompresörün dışarı atmak istediği ısıyı atabilir. Nemli havanın fiziksel özellikleri de hesapladığımız değerlere yakındır. Dolayısıyla yaz durumunda dış ünite seçimimiz uygundur. Kış durumunda, dış ünite kapasitesi 3.760 kw (Tablo 2.12) olarak belirlenmiştir. Firmanın üreteceği evaporatör, 4.01 kw kapasitesindedir ve bizim seçtiğimiz kompresörün dışardan almak istediği ısıyı alabilir. Bu kapasiten daha az seçilemez çünkü yaz durumunda kondenserden 6.65 kw lık ısının atılabileceği yüzey alanında, kış durumunda 4.01 kw alınabilmektedir. Kapasite, daha az seçilirse yazın kondenserde 6.65 kw dan daha az ısı atılacaktır. Tablo 2.11. Yaz Durumunda, Dış Ünite (EK-2B) Đçin Firmadan Gelen Çıktılarla Bulduğumuz Değerlerin Karşılaştırılması Dış Ünite Giriş Değerleri Hesaplanan Çıkış Değerleri Firmadan Gelen Çıkış Değerleri Kapasite kw - 6.644 6.65 Kuru Termometre Sıcaklığı C 30.1 50.04 48.79 Bağıl Nem % 37.2 14.3 13.61 Özgül Nem gr/kg 9.88 9.88 9.88 Entalpi Kj /kg 55.5 74.08 74.37 41

Tablo 2.12. Kış Durumunda, Dış Ünite (EK-2D) Đçin Firmadan Gelen Çıktılarla Bulduğumuz Değerlerin Karşılaştırılması Dış Ünite Giriş Değerleri Hesaplanan Çıkış Değerleri Firmadan Gelen Çıkış Değerleri Kapasite kw - 3.760 4.01 Duyulur / Toplam Kapasite Oranı Kuru Termometre Sıcaklığı C - 0.8 0.7069 14.6 6.39 7.05 Bağıl Nem % 69.7 89.9 93.98 Özgül Nem gr/kg 7.2 5.53 5.92 Entalpi Kj /kg 32.9 22.38 21.78 Đç ve dış ünite için firmadan gelen değerler bulduğumuz değerleri sağlamaktadır. Seçimlerimiz uygundur. 42

BÖLÜM ÜÇ ISI POMPASI ĐMALĐ SIRASINDA ÇEKĐLEN RESĐMLER Şekil 3.1 Isı pompasının önden görünüşü 43

Şekil 3.2 Isı pompasının yandan görünüşü Şekil 3.3 Kompresör ve kombine presostat 44

Şekil 3.4 Dış ünite yan görünüşü ve genleşme valfi Şekil 3.5 Isı geri kazanım cihazı 45

Şekil 3.6 Isı pompası otomatik kontrol elemanları Şekil 3.7 Đç ünite 46

Şekil 3.8 Đç ünite fanı Şekil 3.9 Dış ünite 47

Şekil 3.10 Dış ünite fanı 48

Kaynaklar [1] YRD. DOÇ. DR. Đ. YALÇIN URALCAN, Klima Tesisatı, Đstanbul, 2003. [2] YRD. DOÇ. DR. DĐLEK KUMLUTAŞ, Đklimlendirme dersi, ders notları, Deü Makine Müh., Đzmir, 2007 [3] Wikipedia internet ansiklopedisi, http://tr.wikipedia.org/wiki/ana_sayfa, 20/05/2007 [4] YUNUS ÇENGEL, Mühendislik Yaklaşımıyla Termodinamik, 2. baskı, Literatür Yayıncılık, Đstanbul, 1996. [5] Deneysan internet sitesi, www.deneysan.com, 10/04/2007 [6] NURĐ ÖZKOL, Uygulamalı Soğutma Tekniği, 6.baskı, Ankara, 2004. [7] ÖĞR. GÖR. YILDIRIM KOCABALKANLI, Soğutma makinaları dersi, ders notları, Deü Makine Müh., Đzmir, 2007 [8] Coolpack bilgisayar programı kullanım notları, Danimarka Teknik Üniversitesi, Enerji Mühendisliği Bölümü, 2001 49

EKLER 50

Ek-1A 51

Ek-1B 52

Ek-1C 53

Ek-1D 54

Ek-1E 55

Ek-2A 56

Ek-2B 57

Ek-2C 58

Ek-2D 59