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
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
( 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
Tarafı Igk Çıkış
2 1000 10
%29.9
Rh 2.26 15.7
Igk Giriş
A 1000 22
%50
Rh 8.22 43
Egzost
Tarafı Igk Çıkış
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.
Veriler ve kabuller ( Alt indisler için Şekil 2.2’ye bakınız. );
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.
Veriler ve kabuller ( Alt indisler için Şekil 2.2’ye bakınız. );
.evapQ = 4.798 kW ( Tablo 2.7.’den yaz durumu için evaporatör kapasitesi )
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= ?
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.
Veriler ve kabuller ( Alt indisler için Şekil 2.2’ye bakınız. );
.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
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.
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.
Veriler ve kabuller ( Alt indisler için Şekil 2.2’ye bakınız. );
.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
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. );
.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
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 = ?
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
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.
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
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
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
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
42
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 - 0.8 0.7069
Kuru Termometre
Sıcaklığı °C 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.
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