%100 TAZE HAVALI ISI GERĐ KAZANIMLI ISI POMPALI KLĐMA ... · havasının enerjisi taze havaya aktarılmakta ve ısı pompası vasıtası ile taze havanın sıcaklığı ortam koşullarına

I

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

II

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

III

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

IV

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.

V

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

VI

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

VII

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

VIII

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

IX

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

1

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

2

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].

3

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

4

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.

5

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.

6

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].

7

Mekanik sıkıştırmalı soğutma sisteminde soğutulan ortamdan buharlaştırıcıda

(evaporatörde) birim zamanda çekilen ısı enerjinin korunumu denklemi uygulanarak;

.evapQ = 1 4*( )gazm h h−ɺ = *gaz em qɺ (1.1)

Şeklinde ifade edilir.

Burada;

.evapQ =Buharlaştırıcı (Evaporatör) tarafından çekilen ısı

eq = Buharlaştırıcıda (evaporatörde) birim zamanda çekilen ısı

2h = Buharlaştırıcıdan çıkan soğutucu akışkanın entalpisi ( kJ/kg)

1h = Buharlaştırıcıya giren soğutucu akışkanın entalpisi ( kJ/kg)

gazmɺ = Sistemde dolaştırılması gereken soğutucu akışkan debisi (kg/s)

Gerçek kompresör işi:

2 1 ..

*( ) *

η ηgaz gaz komp

komp

m h h m wW

−= =

ɺ ɺ

(1.2)

Şeklinde ifade edilir.

Burada;

.kompW = Gerçek kompresör işi (kW)

.kompw = Birim zamandaki ideal kompresör işi (kJ/kg)

1h = Đdeal durumda kompresöre giren soğutucu akışkanın entalpisi ( kJ/kg)

2h = Đdeal durumda kompresörden çıkan soğutucu akışkanın entalpisi ( kJ/kg)

gazmɺ = Sistemde dolaştırılması gereken soğutucu akışkan debisi (kg/s)

η = Kompresör verimi

anlamlarındadır.

Gerçek soğutma çevriminde, Yoğuşturucudan atılan ısı ( .kondQ ):

. . .kond evap kompQ Q W= + = * * *( )η ηkomp komp

gaz e gaz gaz e

w wm q m m q+ = +ɺ ɺ ɺ (1.3)

8

Gerçek soğutma çevriminde, Soğutma tesir katsayısı ( soğutmaCOP ):

.

.

evap

soğutma

komp

QCOP

W= (1.4)

Isıtma tesir katsayısı ( ısıtmaCOP ) :

.

.

kondısıtma

komp

QCOP

W= (1.5)

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.

9

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.

10

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.

11

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

12

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.

13

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

14

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

15

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

16

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

17

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

( 3m / h )

Sıcaklık

°C

Bağıl

Nem

Özgül

Nem

(gr /kg)

Entalpi

(kj/kg)

Igk Giriş

1 1000 37

%35

Rh 13.78 72.7 Taze

Hava

Tarafı Igk Çıkış

2 1000 32

%46.3

Rh 13.78 67.5

Igk Giriş

A 1000 25

%50

Rh 9.88 50.3

Egzost


B 1000 30.1

%37.2

Rh 9.88 55.5

Tablo 2.4. Kış Mevsiminde Isı Geri Kazanım Eşanjörünün (Igk) Davranışı

Hava Debisi

( 3m / h )

Sıcaklık

°C

Bağıl

Nem

Özgül

Nem

(gr /kg)

Entalpi

(kj/kg)

Igk Giriş

1 1000 0

%60

Rh 2.26 5.7 Taze

Hava


2 1000 10

%29.9

Rh 2.26 15.7

Igk Giriş

A 1000 22

%50

Rh 8.22 43

Egzost


B 1000 14.6

%69.7

Rh 7.2 32.9

18

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,

TDITDIO

TSY= (2.1)

eşitliği ile tanımlanır. [1]

Burada;

TDIO = Toplam duyulur ısı oranı (%)

TDI = Toplam duyulur ısı yükü (kW)

TSY = Cihazın toplam soğutma yükü, .evapQ (kW)

Cihaz için, toplam duyulur ısıtma veya soğutma (TDI) yükü ise,

*ρ* *( )p giris cikisTDI V C T T= −ɺ (2.2)

şeklinde ifade edilir.[1]

Burada;

TDI = Cihaz toplam duyulur ısı yükü (kW)

Vɺ = Hava debisi ( 3m / h)

19

ρ = Havanın yoğunluğu (kg / 3m )

pC = Havanın özgül ısısı, (J/kg. °C)

girisT = Havanın cihaza giriş sıcaklığı (°C)

cikisT = Havanın cihazdan çıkış sıcaklığı (°C)

anlamlarındadır.

Yukarıdaki formüllerden evaporatör kapasitesinin formülü aşağıdaki gibi çıkarılır.

2 3.

*ρ* *( )p

evap

V C T TTDIQ

TDIO TDIO

−= =

ɺ

= 2 3*ρ*( )V h h−ɺ (2.3)

Veriler ve kabuller ( Alt indisler için Şekil 2.2’ye bakınız. );

Vɺ = 1000 3m / h

ρ = 1.17 kg / 3m

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,

.evapQ =1000*1.17*1.025*(32 20)

4.9973600*0.8

Kw−

=

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.

20

Tablo 2.5. R-22 Soğutucu Akışkanının Termodinamiksel Özellikleri

Çevrim

Numarası Bilinenler Hesaplananlar

1 1 1x = 1 5T =

°C

1 5.838P =

bar

1 1.75s =

kJ/kg.K

1 407.152h =

kJ/kg

3 3 0x = 3 55T =

°C

3 21.744P =

bar

3 270.307h =

kJ/kg -

2 2 1.75s =

kJ/kg.K

2 21.744P =

bar

2 440.176h =

kJ/kg - -

4 4 5.838P =

bar 4 5T =

°C

4 270.307h =

kJ/kg - -

Tablo 2.5.’de 1 durumu için, 1x ve 1T bilindiğinden 1P , 1s , 1h bulunmuştur. Daha

sonra 3 durumunda, 3x ve 3T bilindiğinden 3P , 3h bulunmuştur. 2 durumu için, 2s = 1s ve

2P = 3P eşitliklerinden yararlanılarak 2h bulunmuştur. 4 durumunda ise 4h = 3h eşitliğinden

yararlanılarak 4h bulunur.

Denklem 1.1’den soğutucu akışkan debisi çekilirse,

.evapQ = 22 1 4*( )Rm h h− −ɺ

.22

1 4

4.997 4.9970.0365

407.152 270.307 136.844evap

R

Qm

h h−

−

= = = =−

ɺ kg / s

şeklinde bulunur.

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,

22 2 1.

*( )

ηR

komp

m h hW −

−=ɺ 0.0365*(440.176 407.152)

1.80.67

−= = kW

bulunur.

21

2.4.1.4 Kondenser Kapasitesi

Yoğuşturucudan atılan ısı 1.3 denkleminden,

. . . 4.997 1.8 6.797kond evap kompQ Q W= + = + = Kw

şeklinde bulunur.

2.4.1.5 Soğutma Tesir Katsayısı

Denklem 1.4’den,

.

.

4.9972.78

1.8evap

soğutma

komp

QCOP

W= = =

şeklinde bulunur.

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.


Vɺ = 1000 3m / h

ρ = 1.17 kg / 3m

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. )

22

Buradan kondenser kapasitesi,

. 2 3*ρ* *( )kond pQ V C T T= −ɺ =1000*1.17*1.025*(27 10)

5.6633600

Kw−

=

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

23

Şekil 2.5 Soğutucu akışkan seçim tablosu

Şekil 2.6’daki değerler girilip Draw Cycle’a basılır ve Şekil 2.7’deki gibi bir grafik elde

edilir.

Şekil 2.6 Coolpack programı soğutma çevrimi ara yüzü

24

Şekil 2.7 R-22 soğutucu akışkanının P-h diyagramı

25

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

Denklem 1.3’den soğutucu akışkan debisi çekilirse,

.22

η

kondR

komp

e

Qm

wq

−=

+

ɺ

ifadesi elde edilir.

Tablodan,

eq =135.063 Kj / kg

. 37.318kompw = Kj / kg

okunur. Kompresör verimi η = 0.67 kabul edilirse, buradan soğutucu akışkan debisi,

22

5.66337.318

(135.063 )0.67

Rm−

=

+

ɺ

26

22Rm−ɺ = 0.0297 kg / s

olarak bulunur.

2.4.2.3 Kompresör Gücünün Bulunması

Kompresör gücünü bulmak için kompresörün verimi η = 0.67 olarak kabul edilmiştir.

Denklem 1.2’den gerçek kompresör işi,

22 ..

*

ηR komp

komp

m wW

−

=

ɺ 0.0297*37.3181.654

0.67= = Kw

bulunur.

2.4.2.4 Evaporatör Kapasitesi

Evaporatörden çekilen ısı 1.3 denkleminden,

. . . 5.663 1.654 4.009evap kond kompQ Q W= − = − = Kw

şeklinde bulunur.

2.4.2.5 Isıtma Tesir Katsayısı

Denklem 1.5’den,

.

.

5.6633.42

1.654kond

ısıtma

komp

QCOP

W= = =

şeklinde bulunur.

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.

27

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

Kompresör

Girişi 5.838 bar 4.976 bar

Basınç 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

Girişi

0.2 bar

Basınç Max.

Kompresör

Çıkışı

27.7 bar

28

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.


.evapQ = 4.798 kW ( Tablo 2.7.’den yaz durumu için evaporatör kapasitesi )

Vɺ = 1000 3m / h

ρ = 1.17 kg / 3m


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= ?

Denklem 2.3’den T 3 çekilirse,

2 3.

*ρ* *( )p

evap

V C T TTDIQ

TDIO TDIO

−= =

ɺ

= 31000*1.17*1.025*(32 )4.798

3600*0.8

T−=

T 3= 20.48 °C

olarak bulunur.

29

Şekil 2.9 Yaz durumunda iç ortama, üfleme sıcaklığı

Denklem 2.3’den h 3 çekilirse,

. 2 3*ρ*( )evapQ V h h= −ɺ = 31000*1.17*(67.5 )4.798

3600

h−=

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.


.kondQ = 6.644 kW ( Tablo 2.7.’den yaz durumu için kondenser kapasitesi )

30

Vɺ = 1100 3m / h ( Fan debisi kondenser boyutunu küçültebilmek için daha fazla seçildi. )

ρ = 1.17 kg / 3m

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,

. *ρ* *( )kond p C BQ V C T T= −ɺ =1100*1.17*1.025*( 30.1)

6.6443600

CT −=

T C = 50.04 °C

olarak bulunur.

Denklem 2.2’den h C çekilirse,

. *ρ*( )kond C BQ V h h= −ɺ =1100*1.17*( 55.5)

6.6443600

Ch −=

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


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.

31

Şekil 2.10 Nemli havanın psikrometrik diyagramı, 1-2-3 : Taze hava tarafı, A-B-C : Egzost

tarafı ( Yaz durumu )

32

Şekil 2.11 Isı pompası şeması ( Yaz durumu )

33

2.5.2 Kış Durumu

2.5.2.1 Đç Ünite

Kış durumunda, kondenser iç ünitedir.


.kondQ = 5.461 kW ( Tablo 2.7.’den kış durumu için kondenser kapasitesi )

Vɺ = 1000 3m / h

ρ = 1.17 kg / 3m

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,

. 3 2*ρ* *( )kond pQ V C T T= −ɺ = 31000*1.17*1.025*( 10)5.461

3600

T −=

T 3= 26.39 °C

olarak bulunur.

Şekil 2.12 Kış durumunda iç ortama, üfleme sıcaklığı

34

Denklem 2.2’den h 3 çekilirse,

. 3 2*ρ*( )kondQ V h h= −ɺ = 31000*1.17*( 15.7)5.461

3600

h −=

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


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.


.evapQ = 4.798 kW ( Tablo 2.7.’den kış durumu için evaporatör kapasitesi )

Vɺ = 1100 3m / h ( Fan debisi evaporatör boyutunu küçültebilmek için daha fazla seçildi. )

ρ = 1.17 kg / 3m


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 = ?

Denklem 2.3’den T C çekilirse,

.

*ρ* *( )p B C

evap

V C T TTDIQ

TDIO TDIO

−= =

ɺ

=1100*1.17*1.025*(14.6 )

3.7603600*0.8

CT−=

T C = 6.39 °C

olarak bulunur.

35

Denklem 2.3’den h C çekilirse,

. *ρ*( )evap B CQ V h h= −ɺ =1100*1.17*(32.9 )

3.7603600

Ch−=

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


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.

36

Şekil 2.13 Nemli havanın psikrometrik diyagramı, 1-2-3 : Taze hava tarafı, A-B-C : Egzost

tarafı ( Kış durumu )

37

Şekil 2.14 Isı pompası şeması ( Kış durumu )

38

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 ( 3m / h ) °C % °C °C

Đç

Ünite .evapQ =

4.798 kW 1000 32

%46.3

Rh - 5

Yaz Dış

Ünite .kondQ =

6.644 kW 1100 30.1

%37.2

Rh 55 -

Đç

Ünite .kondQ =

5.461kW 1000 10

%29.9

Rh 55 -

Kış Dış

Ünite .evapQ =

3.760kW 1000 14.6

%69.7

Rh - 0

Friterm, Coils 5.5 programında iç ve dış ünite özelliklerini oluşturup, göndermektedir.

Burada çeşitli parametrelerle oynanarak istenilen soğutma veya ısıtma kapasitesine ulaşılır.

39

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

40

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 - 0.8 0.7605

Kuru Termometre

Sıcaklığı °C 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


Değerleri


Değerleri


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

41

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


Dış Ünite

Giriş

Değerleri


Değerleri


Değerleri


Kuru Termometre

Sıcaklığı °C 30.1 50.04 48.79

Bağıl Nem % 37.2 14.3 13.61


Entalpi Kj /kg 55.5 74.08 74.37

42

Tablo 2.12. Kış Durumunda, Dış Ünite (EK-2D) Đçin Firmadan Gelen Çıktılarla


Dış Ünite

Giriş

Değerleri


Değerleri


Değerleri


Duyulur / Toplam

Kapasite Oranı - 0.8 0.7069

Kuru Termometre

Sıcaklığı °C 14.6 6.39 7.05

Bağıl Nem % 69.7 89.9 93.98


Entalpi Kj /kg 32.9 22.38 21.78

Đç ve dış ünite için firmadan gelen değerler bulduğumuz değerleri sağlamaktadır.

Seçimlerimiz uygundur.

43

BÖLÜM ÜÇ

ISI POMPASI ĐMALĐ SIRASINDA ÇEKĐLEN

RESĐMLER

Şekil 3.1 Isı pompasının önden görünüşü

44

Şekil 3.2 Isı pompasının yandan görünüşü

Şekil 3.3 Kompresör ve kombine presostat

45

Şekil 3.4 Dış ünite yan görünüşü ve genleşme valfi

Şekil 3.5 Isı geri kazanım cihazı

46

Şekil 3.6 Isı pompası otomatik kontrol elemanları

Şekil 3.7 Đç ünite

47

Şekil 3.8 Đç ünite fanı

Şekil 3.9 Dış ünite

48

Şekil 3.10 Dış ünite fanı

49

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

50

EKLER

51

Ek-1A

52

Ek-1B

53

Ek-1C

54

Ek-1D

55

Ek-1E

56

Ek-2A

57

Ek-2B

58

Ek-2C

59

Ek-2D

Documents

%100 TAZE HAVALI ISI GERĐ KAZANIMLI ISI POMPALI KLĐMA ... · havasının enerjisi taze havaya aktarılmakta ve ısı pompası vasıtası ile taze havanın sıcaklığı ortam koşullarına