Soğutma Sistemlerinde Evaporatör, Kompresör ve Kondenser Seçimi ve Boru Çapı Hesabı

13 Jan 2017

Soğutma Sistemlerinde Evaporatör, Kompresör ve Kondenser Seçimi ve Boru Çapı Hesabı

Soğutma sistemlerinde evaporatör, kompresör ve kondenser seçimleri nasıl yapılmalıdır?

Soğutma sistemlerinde ısı kazançları yükü hassas şekilde hesaplanmalı, diğer ana ekipman seçimleri bu hesaba dayandırılarak seçilmelidir. Isı kazançları genelde yaz aylarındaki maksimal dış sıcaklığı referans aldığından, hesaplamalar en kötü şartlara göre yapılmaktadır. Bu durum ekipmanların ihtiyaçtan büyük seçilmesine, ilk yatırım ve işletme kayıplarına sebep olabilmektedir.

Kompresör seçimleri için 0˚C’nin altındaki muhafaza odaları için kompresörün günlük 18 saat, 0˚C’nin üzerindeki muhafaza odaları için günlük 16 saat çalıştığı kabulü yapılır. Ancak bu durumda günlük 18 saat çalışan kompresör kapasitesi % 33 büyük, 16 saat çalışan kompresör kapasitesi % 50 büyük seçilmiş olur. Aynı şekilde kompresör kapasitesi = evaporatör kapasitesi olarak seçildiğinden, tüm ekipman büyük seçilmiş olur. Günümüzde frekans sürücüler ile kompresör hızı oransal olarak değiştirilebildiğinden kompresör kapasitesi 24 saat sürekli çalışacak şekilde birebir soğutma yük hesabındaki kapasiteye uygun seçilebilir.

Hesaplanan soğutma yükü doğrudan evaporatör ve kompresör kapasitesi olarak kabul edilebilir. Kondenser kapasitesi için iki yaklaşım söz konusudur. Birinci yaklaşımda tablolardan rakım, soğutucu akışkan, hermetik veya açık tip kompresör kullanımı gibi faktörlere göre seçim yapılabilir. İkinci yaklaşımda evaporatör kapasitesi + kompresör elektriksel gücü toplamı = kondenser kapasitesi olarak seçim yapılabilir. Genelde hava soğutmalı kondenserlerde yoğuşma sıcaklığı ile dış ortam sıcaklığı arasında 14˚C fark, su soğutmalı ve evaporatif kondenserlerde yoğuşma sıcaklığı ile dış ortam sıcaklık ortalaması arasında 6˚C sıcaklık farkı olması esasına göre tasarım yapılır. Ancak enerji verimliliği yönünden bu sıcaklıklar hava soğutmalı kondenserlerde 8-10˚C’ye, su soğutmalı olanlarda 4˚C’ye düşürülmüştür. Bu şekilde yoğuşma sıcaklığının düşürülmesi kompresör sıkıştırma oranını azaltacağından, kompresörde enerji tasarrufu sağlanmış olur.

Soğutma sistemlerinde boru çapı hesabı nasıl yapılır?

Boru çapı hesaplarında emme, basma ve sıvı hatlarında kabul edilen soğutucu akışkan hızlarına göre seçim yapılmalıdır. Ayrıca emme hattındaki yükseltiler de dikkate alınmalı, çünkü emme hattında yağın geri sürüklenebilmesi için hızın çok fazla düşürülmemesi önemlidir. Yine sıvı hattındaki yükseltiler, genleşme valfi girişinde kabarcık oluşumunun önlenmesi için dikkate alınmalıdır.

Soğutucu akışkan borularının tasarımında ilk adım ürün ve iş sahası bilgilerini toplamaktır. Aşağıda bir kontrol listesi verilmiştir.  Bu bilgilerin nasıl kullanılacağı bu çalışmanın ileriki bölümlerinde açıklanacaktır.

Ürün Bilgisi

- Her bir elemanın model numarası (dış ünite bölümü, evaporatör, vb.)

- Her soğutma devresi için maksimum kapasite

- Her soğutma devresi için minimum kapasite

- Birim çalışma şarjı

- Birim gaz depolama (pump down) kapasitesi

- Soğutucu akışkan tipi

- Ünite seçenekleri (sıcak gaz baypası, vb.)

- Cihazın ara vanalara ve şarj uçlarına sahip olup olmadığı

- Cihazın süpürmeli kontrole sahip olup olmadığı

İş Sahası Bilgileri

- Üzerinde çalışılacak boru projesi şu bilgileri kapsamalıdır:

  • Mesafeler
  • Yükseklik değişmeleri
  • Cihaz projesi
  • Bağlantı elemanları
  • Evaporatör boru bağlantıları için özel detaylar

- Borunun çalışacağı ortam şartları

- Ortam çalışma kademeleri (sistem kış aylarında da çalışacak mı?)

- Soğutma yükünün tipi (konfor veya proses)

- Cihaz yalıtımları (yaylı izolatörleri, kauçuk titreşim vb.)

İyi tasarlanmış bir borulama sisteminin sonuçları; ilk yatırım maliyeti, basınç kayıpları ve sistem emniyeti arasında bir denge sağlanmasıdır. İlk yatırım maliyeti boru çaplarını ve boru tesisat projesini etkiler. Borulardaki basınç kayıplarının, sistem performansını ve kapasitesini olumsuz etkilemesinden kaçınmak için, en düşük düzeyde tutulması gerekir. Boru tesisatı sonradan bağlanan tüm sistemlerde kompresör yağı soğutma sistemine geçer ve sonra geri döner. Tam ve kısmi yük durumlarında yağın kompresöre dönebilmesi için boru hatlarında minimum hızın sağlanması gerekir. Bu şartların asgari olarak sağlanması için:

- Yatay emme ve basma hatlarında akış hızı 2,5 m/s’den düşük olmamalı

- Dikey emme ve basma hattı yükseltilerinde 5 m/s’den düşük olmamalı

Sıvı hattındaki solenoid valflerin açılıp kapanmasında sıvı vuruntusundan korunmak için sıvı hatlarında hızın 1,5 m/s’yi aşmaması gerekir.

İdeal şartlarda düşük kapasiteler (1 kW) için emme hattında 6 m/s, basma hattı 4 m/s, sıvı hattı 0,35 m/s alınabilir. Yine düşük kapasiteler için emme hattı yükseltilerinde 3 m/s, basma hattı yükseltilerinde 1,3 m/s hız kabul edilebilir.

Yüksek kapasiteler (100 kW) için emme hattında 19,27 m/s, basma hattı 13,31 m/s, sıvı hattı 1,15 m/s alınabilir. Yine düşük kapasiteler için emme hattı yükseltilerinde 7,53 m/s, basma hattı yükseltilerinde 3,26 m/s hız kabul edilebilir.