Soğutma Sistem Verimliliğinin Artırılması

27 Aralık 2017 Dergi: Kasım-Aralık 2017

Yazan: Hüseyin Bulgurcu

Buhar sıkıştırmalı bir soğutma-klima sisteminin toplam etkinliği nasıl artırılır?

Bir soğutma sisteminin toplam etkinliği en basit haliyle COP_r (Soğutma Tesir Katsayısı=STK) STK=Q₀/P_el bağıntısıyla ifade edilir.

Burada Q₀ soğutma kapasitesi [kW]

P_el: Kompresör elektrik giriş gücü [kW]

Burada etkinliği artırmanın en pratik yolu, aynı soğutma kapasitesi için harcanan elektriksel gücün azaltılmasıdır. Ancak burada elektrik motorunun ve kompresörün verimi etkili olmaktadır. Bilindiği gibi kompresörler üç farklı basınç kademesine göre üretilmektedir: Yüksek dönüş (emiş) basınçlı (HBP), orta dönüş basınçlı (MBP) ve düşük dönüş basınçlı (LBP) kompresörler. Yüksek dönüş basınçlı (HBP) olanlar daha çok rotorlu-tek kanatlı kompresörler olup klima uygulamalarında tercih edilir. Bu kompresörlerin sıkıştırma oranı düşük, ancak süpürme hacimleri (debileri) yüksektir. Orta dönüş basınç olanlar +5°C/-10°C buharlaşma kademesindeki ticari soğutma uygulamaları için kullanılır. Düşük dönüş basınçlı (LBP) olan kompresörler ise -10°C/-30°C buharlaşma sıcaklığı kademesinde, donmuş muhafaza için kullanılırlar. Doğal olarak LBP tipi kompresörlerin sıkıştırma oranı yüksek, süpürme hacmi ise düşük kompresörlerdir. Bundan dolayı aynı motor gücüne göre ticari soğutma kompresörlerine göre daha az soğutma kapasitesine sahiptirler ve piyasada “düşük kalorili” olarak adlandırılırlar.

Bu kompresör sınıflarına göre en yüksek STK değerine sahip olanlar, doğal olarak HBP tipi kompresörlerdir. Soğutma kademesi buharlaşma sıcaklığı düştükçe etkinlik değeri de azalmaktadır. Kademeli, kaskad sistemlerde çift kompresör veya tek kompresörde çift kademe kullanıldığından etkinlik değeri oldukça düşmektedir.

Soğutma sistemlerinin anlık etkinlik değeri STK yerine mevsimlik soğutma etkinlik değeri için Avrupa’da (SEER) ve Amerika’da kısmi yük etkinlik değeri (IPLV) bağıntıları kullanılmaktadır. Daha doğru olan yaklaşım, sistemin maksimum yük değerindeki performansı yerine, yükün azaldığı kış ve bahar aylarındaki kısmi yük performansının dikkate alınmasıdır.

Bunu dışında kondenser ve evaporatör performanslarının yüksek seçilmesi, fanların düşük akım çeken yeni teknolojiye sahip motorlardan oluşması çok önemlidir. Bu konuda hava soğutmalı kondenser sıcaklıklarının dış hava sıcaklığı +14°C yüksek seçilmesi, evaporatör buharlaşma sıcaklıklarının iç ortam sıcaklığından 7°C düşük seçilmesi anlayışı çok klasik bir yaklaşım olarak terk edilmesi gereken bir durumdur. Yeni tasarımlarda kondenser yoğunlaşma sıcaklığı dış ortam sıcaklığı + 8°C, evaporatör buharlaşma sıcaklığı ise iç ortam sıcaklığı - 4°C olarak alındığında STK değeri önemli ölçüde artmaktadır.

Genleşme valfi seçimi de diğer çok önemli konudur. Genleşme valfi ve dağıtım (distribütör) hattı doğru seçilmediğinde ve valf kızgınlık ayarı da yüke uygun şekilde yapılmadığında evaporatör yeterli soğutucu akışkanla beslenemez. Buna bağlı olarak soğutma kapasitesinde düşmeler meydana gelmekle kalmaz, gaz soğutmalı hermetik kompresör yeterince soğutulamadığından kompresör arızalarına neden olur.

Soğutma sistem montajının doğru olarak yapılması, servis işlemlerinin eksiksiz yerine getirilmesi, soğutma sisteminin uzun ömürlü ve verimli çalışması için önemlidir. Sistemde kaçak bulunması, sistem içinde hava ve nem bulunması arızalara sebep olacağından sistem performansını ve ömrünü olumsuz olarak etkiler.

Soğutma sistemlerinin elemanları ne kadar doğru seçilirse seçilsin, servis işlemleri ve soğutucu akışkan şarjı ne kadar doğru yapılırsa yapılsın sistem performansının yüksek tutulması için akıllı bir sistem yönetimi ve kontrolü çok önemlidir. Akıllı kompresör, kondenser ve evaporatör fan yönetimi, akıllı defrost yönetiminin sistemde harcanan elektrik enerjisini %40 kadar azalttığı birçok bilimsel çalışmalarla ispatlanmıştır.

Özetlemek gerekirse toplam soğutma sistem verimliliğinin artırılmasında aşağıdaki faktörler etkili olmaktadır:

1) Sistem elemanlarının ve kapasitelerinin doğru seçimi

2) Sistemin doğru olarak birleştirilmesi

3) Sistemin servis işlemlerinin (basınç testi, derim vakum, üçlü vakum) ve gaz şarjının doğru şekilde yapılması

4) Sistem kontrol algoritmasının enerji etkin şekilde oluşturulması (kompresörlerin ve fanların frekans invertörü ile sürülmesi, akıllı defrost yönetimi)

5) Sistem bakım ve temizliğinin uygun periyotlarla aksatılmadan yapılması

Soğutma sistem dengesi ne demektir ve nasıl sağlanır?

Soğutma sistemlerinde sistem dengesi çalışma koşullarında tüm elemanların birlikte yüke uygun olarak çalışması anlamına gelir. Bir soğutma sistemi yılın çok az bir zaman diliminde tasarım şartlarında çalışır. Bunun yanında çok az bir zaman dilimi tasarım değerlerinin biraz üzerine çıkabilir. Bunu dışında çok uzun bir süre (%70 gibi) kısmi yüklerde çalışır. İşte sistem dengesi bu durumlarda çok önemlidir. Bu durumda on-off çalışan bir kompresörün az çalışıp uzun süre beklemesi, inverter kontrollü bir kompresör yönetiminde kompresörün düşük devirlerde çalışması söz konusu olacaktır. Bu durumda kondenser ve evaporatör fanlarının da düşük devirlerde çalışması gerekecektir. Aynı şekilde genleşme valfinin de bu kısmi yüke avlanmadan cevap verebilmesi gerekmektedir. İşte sistem dengesinin önemi bu durumlarda ortaya çıkar (Şekil 1 ve Şekil 2).

ipucu sekil 1