Alternatif Soğutucu Akışkan Kullanan Paket Soğutma Sistemleri için Boru Çaplarının Belirlenmesi - Bölüm 2

3. SOĞUTUCU AKIŞKAN HATLARININ BOYUTLANDIRILMASI

3.1 Soğutucu Akışkan Kapasite Tabloları

Tablo verileri 40°C yoğuşma sıcaklığına göre verilmiş olup (su soğutmalı gruplara uygun olarak), diğer hava soğutmalı kondenserler (50° C ve 55°C için) için düzeltme katsayıları verilmiştir. Tablolar aynı zamanda 30,5 m eşdeğer uzunluğa göre düzenlenmiş ve gerçek basınç kaybı ile nasıl hesap yapılacağı dipnotlarda açıklanmıştır.

3.2 Soğutma Hatları için Eşdeğer Boru Boyları

Soğutma hatlarında her bir bağlantı elemanı için ayrı ayrı hesaplama yapmak bazen işleri zorlaştırır. Bu durumda, her bir bağlantı elemanının eşdeğer düz boru boyu olarak hesaba katılması daha pratiktir. Tablo 4 ve Tablo 5’te eşdeğer boru boylarının hesaplanması için gerekli bilgi verilmiştir. Gerçek boru boyu hesaplandıktan sonra her bir bağlantı elemanının eşdeğer uzunluğu toplam değere eklenir. Örnek olarak 7/8” bakır dirseğin eşdeğer  boru boyu 0,43 m’dir.

3.3 Alternatif Soğutucu Akışkanlar İçin Kapasiteye Bağlı Boru Çaplarının Belirlenmesi

Özellikle Türkçe soğutma tasarım kitaplarında halâ R12, R22 ve R502 gibi soğutucu akışkanlara ait boru çapı seçim tabloları bulunmaktadır. Güncel yabancı literatür taranacak olursa, şu an alternatif olarak sunulan R404A, R410A ve R407C gibi bazı soğutucu akışkanlara ait boru seçim tablolarının bulunduğu görülecektir. Ancak R417A, R422D, R507A ve R744 (CO₂) gibi bazı alternatif soğutucu akışkanların tabloları henüz literatüre girmemiştir.

Bu çalışmada, kapasiteye bağlı bazı alternatif soğutucu akışkanlar için boru çapı seçim tabloları oluşturulmuştur. Bu amaçla bu alanda mevcut güncel literatür taranmış, Solkane ve CoolPack gibi yazılımlardan faydalanılmıştır. Yoğuşma sıcaklığı 45 °C kabul edilmiş, buharlaşma sıcaklığı olarak -20°C, -10°C, 0°C ve +5°C sıcaklıkları için boru çapları hesabı yapılmıştır. Tek kademeli standart soğutma çevriminde 6 K aşırı soğutma, 8 K kızgınlık; emme, basma ve sıvı hatlarında 0,1 bar (10 kPa) basınç kaybı kabulü yapılmıştır. Daha farklı yoğuşma sıcaklıkları için çarpım değerleri verilmiştir.

Tablo 4.  Bağlantı elemanları için eşdeğer boru boyları (m) [7]

Tablo 5.  Valfler ve boru aksesuarları için eşdeğer boru boyları (m) [7]

 3.3 Sıvı Hattı Boru Çaplarının Hesaplanması

Verilenler:

• Soğutucu akışkan tipi: R410A
• Boru malzemesi: Bakır boru (L tipi)
• Evaporatör buharlaşma sıcaklığı: 4,4 °C
• Kondenser yoğunlaşma sıcaklığı: 48,9 °C
• Soğutma kapasitesi: 211 kW
• Evaporatör kondenserden 6,1 m yüksektedir.

1. Adım - Eşdeğer Boru Boyunun Hesaplanması

Şekil 7.  Boru çapı hesaplanacak direkt genleşmeli klima santrali ve dış ünitesi

Sıvı hattı aşağıdaki elemanlardan oluşmaktadır:

• Bakır boru boyu: 6,7 m
• 7 adet dirsek
• 1 adet filtre-kurutucu
• 1 adet gözetleme camı
• 1 adet solenoid valf

Bu bağlantı elemanları (aksesuar) için Tablo 4 ve Tablo 5 yardımıyla eşdeğer boru boyları bulunur:

2. Adım - Boru Çapının Hesaplanması

211 kW soğutma kapasitesi ve R410A sıvı hattı için Tablo 7 incelendiğinde 299,6 kW soğutma kapasitesine uygun 35 mm boru çapı seçilir. Tablo şartlarının tasarım şartlarından farklı olduğuna dikkat ediniz.

3. Adım - Gerçek Sıcaklık Farkının Hesaplanması

Gerçek sıcaklık farkı Tablo 7’nin altındaki notlar bölümünün 4. maddesinde şu formülle ifade edilmiştir.

4. Adım - Gerçek Boru Basınç Kaybının Bulunması

Tablo 8’e göre 100 feet (30,48 m) standart eşdeğer boy için 1179 Pa/m basınç kaybı mevcuttur. Gerçek eşdeğer boru boyu için:

5. Adım - Toplam Basınç Kaybının Hesaplanması

Toplam basınç kaybını hesaplamak için Tablo 3’ten R410A için yükseltilerde 9,73 kPa/m değeri alınır. Mevcut yükseklik farkının 6,1 m olduğu bilindiğine göre;

Toplam Basınç Kaybı= Gerçek basınç kaybı + Yükselti basınç kaybı

Toplam Basınç Kaybı= 0,8 +59,4 =60,1 kPa

6. Adım - Termostatik Genleşme Valfi Girişinde Doyma Basıncının Belirlenmesi

R410A için yoğuşma sıcaklığındaki doyma basıncı; t_d=48,9°C için P_y=29,9 bar bulunur.

Doyma Basıncı (TGV girişinde) =Kondenser doyma basıncı – toplam basınç düşümü

Doyma Basıncı (TGV girişinde)= 29860 kPa – 60,1 =29799,8 kPa bulunur.

7. Adım - Termostatik Genleşme Valfi Girişinde Doyma Sıcaklığının Bulunması

Valf girişindeki basınç 29,8 bar için t_d=48,8 °C bulunur.

8. Adım - Termostatik Genleşme Valfi Girişi İçin Aşırı Soğutmanın Bulunması

Aşırı soğutma=Geçek doyma sıcaklığı – valf girişindeki doyma sıcaklığı

Aşırı soğutma= 48.9 °C -48.8°C =0,1 °C

9. Adım - Uygun çalışma için gerekli aşırı soğutmanın bulunması

0,1°C aşırı soğutma miktarı sıvı hattı için yetersizdir. Her an termostatik valf girişinde kabarcıklanma (flash gas) başlayıp valfin çalışmasını olumsuz etkileyebilir. Bundan dolayı, ilave aşırı soğutma yapmak 2,2 °C ilave aşırı soğutma yapmak gerekir.

Gerekli aşırı soğutma = Termostatik valf girişindeki aşırı soğutma +Minimum sistem sıcaklığı

Gerekli aşırı soğutma = 0,1 +2,2 =2,3 °C bulunur.

Tablo 6.  R134a için boru hattı kapasiteleri (kW) [8]

Not: Tablo 6 +40°C yoğuşma sıcaklığına göre verilmiştir. Farklı yoğuşma sıcaklıkları için kapasite değerleri aşağıdaki düzeltme faktörleri ile çarpılmalıdır:

NOTLAR:

1. =basınç düşümü [Pa/m]           

2. =doyma sıcaklığına karşılık sıcaklık düşmesi [K/m]

3. Farklı doyma sıcaklık farkları ve eşdeğer boru boyları için hat kapasitesi şu şekilde hesaplanır;                                    

4. Farklı kapasiteler ve eşdeğer boru boyları için gerçek sıcaklık farkı şu şekilde hesaplanır;

Tablo 7.  R410A için boru hattı kapasiteleri (kW) [8]

Not: Tablo 7 +40°C yoğunlaşma sıcaklığına göre verilmiştir. Farklı yoğuşma sıcaklıkları için kapasite değerleri aşağıdaki düzeltme faktörleri ile çarpılmalıdır:

NOTLAR:

1. =basınç düşümü [Pa/m]           

2. =doyma sıcaklığına karşılık sıcaklık düşmesi [K/m]

3. Farklı doyma sıcaklık farkları ve eşdeğer boru boyları için hat kapasitesi şu şekilde hesaplanır;                                    

4. Farklı kapasiteler ve eşdeğer boru boyları için gerçek sıcaklık farkı şu şekilde hesaplanır:

Tablo 8.  R-407C için boru hattı kapasiteleri (kW) [8]

Not: Tablo 8 +40°C yoğuşma sıcaklığına göre verilmiştir. Farklı yoğuşma sıcaklıkları için kapasite değerleri aşağıdaki düzeltme faktörleri ile çarpılmalıdır:

NOTLAR:

1. =basınç düşümü [Pa/m]           

2. =doyma sıcaklığına karşılık sıcaklık düşmesi [K/m]

3. Farklı doyma sıcaklık farkları ve eşdeğer boru boyları için hat kapasitesi şu şekilde hesaplanır:                                    

4. Farklı kapasiteler ve eşdeğer boru boyları için gerçek sıcaklık farkı şu şekilde hesaplanır:

Tablo 9.  R-134a emme hattı yükseltileri için minimum kapasite (kW) [8]

NOT: Tablo değerleri +40°C yoğuşma sıcaklığı için verilmiştir. Farklı sıvı hattı sıcaklıkları için kapasite değerleri aşağıdaki düzeltme katsayıları ile çarpılmalıdır.

Tablo 10.  R134a basma hattı yükseltileri için minimum kapasite (kW) [8]

NOT: Tablodaki soğutma kapasiteleri -5°C buharlaşma sıcaklığı esasına göre düzenlenmiştir. Farklı buharlaşma sıcaklıkları için kapasite değerleri aşağıdaki katsayılar ile çarpılmalıdır.

Tablo 11.  R410A emme hattı yükseltileri için minimum kapasite (kW) [8]

Tablodaki soğutma kapasiteleri 32°C sıvı hattı sıcaklığına göre düzenlenmiştir.Farklı sıvı hattı sıcaklıkları için kapasite değerleri aşağıdaki değerleri ile çarpılmalıdır.

Tablo 12.  R410A basma hattı yükseltileri için minimum kapasite (kW) [8]

Not: Tablodaki soğutma kapasiteleri 4°C emme hattı sıcaklığına ve 10°C kızgınlık değerine göre düzenlenmiştir. Farklı emme hattı sıcaklıkları ve kızgınlık değerleri için kapasite değerleri aşağıdaki değerleri ile çarpılmalıdır.

Tablo 13.  R-407C emme hattı yükseltileri için minimum kapasite (kW) [8]

Not: Tablodaki soğutma kapasiteleri 32°C sıvı hattı sıcaklığına göre düzenlenmiştir. Farklı sıvı hattı sıcaklıkları için kapasite değerleri aşağıdaki değerleri ile çarpılmalıdır.

Tablo 14.  R407C basma hattı yükseltileri için minimum kapasite (kW) [8]

Not: Tablodaki soğutma kapasiteleri 4°C emme hattı sıcaklığına ve 10 C kızgınlık değerine göre düzenlenmiştir.Farklı emme hattı sıcaklıkları ve kızgınlık değerleri için kapasite değerleri aşağıdaki değerleri ile çarpılmalıdır:

KAYNAKLAR

[1] DOSSAT, R. Principles of Refrigeration, John Wiley, New York, 1981.

[2] Refrigerant Piping Design Guide, Mc Quay Application Guide AG 31-011

[3] ASHRAE Handbook HVAC Systems And Equipment, Chapter 41, 2004. © American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc., www.ashrae.org.

[4] http://www2.dupont.com/Refrigerants/en_US/assets/downloads/k15291_ISCEON_MO59_thermo_prop_si.pdf  (18.10.2010 tarihinde erişildi).

[5] http://www2.dupont.com/Refrigerants/en_US/assets/downloads/k15292_ISCEON_MO79_thermo_prop_si.pdf (18.10.2010 tarihinde erişildi).

[6] http://www2.dupont.com/Refrigerants/en_US/products/ISCEON/ISCEON_MO29.html  (18.10.2010 tarihinde erişildi).

[7] http://www2.dupont.com/Refrigerants/en_US/assets/downloads/k15289_ISCEON_39TC_thermo_prop_si.pdf  (18.10.2010 tarihinde erişildi).

[8] ASHRAE Handbook Refrigeration, Chapter 2, 2006. © American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc., www.ashrae.org.