Kondenser ve Evaporatör Verimliliği (Etkinliği)

Hazırlayan: Doç. Dr. Hüseyin Bulgurcu

Kondenser ve evaporatör verimliliği (etkinliği) nasıl ifade edilir?

Kondenser ve evaporatör verimliliğini açıklayabilmek için bir malzemenin ısı iletim mekanizmasını anlamak gereklidir. Soğutucu akışkanın bir klimanın kondenseri içinde olduğunu varsayalım. Borunun dairesel duvarı olacaktır. Fourier eşitliğine göre ısı iletimini etkileyen faktörler:

• Duvarın ısı iletkenliği k [W/mK],
• Ortalama yüzey alanı, A [m²]
• Duvar kalınlığı (ters etkiler), L [m]
• İç duvar ile dış duvar arasındaki sıcaklık farkı, ΔT

Kondenser ve evaporatör için boru seçimi başka kriterleri de karşılamalıdır. Bu kriterler; boruların uzun ömürlü olması, oksitlenmeye karşı direncinin yüksek olması, benzer boruların diğer uzunlukları ile birleştirilmesi, sağlamlığı ve ucuzluğudur.

Bakır ve alüminyum, bahsedilen tüm kriterleri karşılayarak mükemmel ısı iletkenliği ile uzun yıllardır kendilerini kanıtlamıştır. Elbette bunlar yüksek ısı iletkenliğine sahip en iyi malzeme değildir, ancak sağladığı performansa göre çok ucuzdur. İletkenin ısı geçiş oranı da ortalama yüzey alanı ile orantılıdır. Bu; kondenserlerin veya evaporatörlerin toplam yüzey alanı artarsa, ısı transfer oranının artacağı anlamına gelir. Sabit cidar kalınlığı olan sabit bir boru malzemeniz olabilir, ancak dış cidar ile iç cidar arasındaki sıcaklık farkını en aza indirgemek istiyorsanız bunu, klima kondenserinin veya evaporatörünün toplam etkili yüzey alanını artırarak elde edebilirsiniz. Neden cidarlar arasında küçük bir sıcaklık farkı istiyoruz? Çünkü kompresör tarafından yapılan işlerin çoğu, ısı atılmasına ve ısı alınmasına harcanmaktadır.

Duvarlar arasındaki sıcaklık farkı yüksekse, yalıtım gereklidir. Başka bir deyişle, borunun olabildiğince “ince cidarlı” olmasını istiyoruz. Artan etkin yüzey alanını nasıl elde edebiliriz? Borular bir dizi alüminyum levha ile birleştirilerek çalıştırılır. Boru, levhalarla temas edecek ve dolayısıyla ısı iletimi için yüzey alanı artacaktır. Bu şekilde istenilen ısı aktarım hızına, çok kompakt bir klima kondenserine ve evaporatörüne sahip olabiliyoruz. Bu kanatçıklar, hava kanatçıkları setinden geçmek için kılavuz kanat olarak da görev yapacak ve ısıyı temas (kontak) noktalarından boru yüzeyine aktaracaktır (Şekil-1).

Temas Faktörü

Isıtılması ya da soğutulması gereken, doğrudan boru cidarlarıyla temas halinde olan ortam miktarıdır. Kanal içindeki hava, soğutucu akışkanla düz bir borudan geçirilirse, temas faktörü çok düşük olur. Bu durum, boru ile temas eden hava miktarı çok düşük olacağı için oluşur. Bu nedenle, kondenseri ve evaporatörü belirli bir kanal alanı içerisinde birçok geçiş yapmak üzere inşa ederek temas faktörünü artırmış oluyoruz. Böylece, geçen hava birçok boruya temas edecektir. Bu nedenle temas faktörü geliştirilecektir. Maksimum teorik temas faktörü % 100’dür. Ticari olarak üretilen klima evaporatörleri ve klima kondenserleri için % 80 civarında temas faktörlerine sahibiz. Gerçek rakamlar her üreticiye bağlı olarak değişebilir. Temas faktörünün klima santral serpantinlerindeki karşılığı, 1’e yakın olan by-pass faktörüdür.

Klima Kondenseri ve Evaporatörü Etkinliği (ε):

Isı eşanjörü etkinliğinin tanımına benzer ve gerçek ısı transferinin maksimum mümkün ısı transferine oranı olarak tanımlanmaktadır. Detayda,

• Gerçek ısı transferi ya sıcak akışkanın ısı kaybıdır ya da soğuk akışkan ısı kazancıdır.
• Mümkün olan maksimum ısı transferi, ısı değiştiricideki maksimum sıcaklık farkı ile sıcak sıvının veya soğuk akışkanın minimum kJ/K (veya Btu/F) değeri arasındaki farka bağlı oluşur. Maksimum sıcaklık farkı, ısı değiştiricide sıcak sıvı girişi ile soğuk sıvı girişi arasındaki sıcaklık farkıdır.

Etkinlik değeri yüzde olarak ölçülür. Akılda tutulması gereken şey, % 100 etkinliğin gerçekleşmesinin olası olmamasıdır. Bununla birlikte, üreticiler birimleri akıllıca tasarlayarak geliştirebilirler. Örneğin, daha büyük klima kondenserleri ve evaporatörlerinde, soğutucu akışkanı eşit dağıtmak için girişe bir dağıtıcı (distribütör) ve çıkışa bir başlık (header) yerleştirilebilir.

Son olarak, eklenmesi gereken noktalar:

Klima kondenserleri ve evaporatörlerinin uzunluğu ve boyutu,

• Soğutucu akışkanın kondenser çıkışından önce tamamen yoğunlaşması ve
• Soğutucunun, buharlaştırıcının çıkışından önce tamamen kaynaması gereklidir.

Bu ikisi, çoğunlukla kullanılan kompresörün ve soğutucu akışkanın miktarına bağlıdır. Klima imalatçıları, iletilen birim ısı başına etkili, kompakt bir klima kondenseri ve evaporatörü tasarlamak için iletimin yanı sıra konveksiyonun nasıl çalıştığını da anlamalıdır. Normalde kondenser ve evaporatör, ömrü boyunca herhangi bir performans düşüşüne sebep olmamak için ısı transfer ihtiyacının % 110’u kadar boyutta olacak şekilde tasarlanmalıdır.

Evaporatör ve kondenser etkinliği nasıl artırılabilir?

Evaporatör ve kondenser etkinliğini artırmak, öncelikle üretici firmanın tasarımı ile ilgili bir olaydır. Lamel aralıklarının sıklığı, lamel malzemesinin inceliği ve zikzaklı oluşu, boru demetlerinin çapı ve cidar kalınlığı, yerleşimi (çapraz veya düz), boru-lamel sıkılığı, boruların iç kısımlarına yiv açılması (koruge boru) gibi faktörler ile etkinlik artırılabilmektedir. Son yıllarda üretilen mikro kanallı kompakt alüminyum ısı değiştiriciler, etkinliği en yüksek değerlere çıkarmıştır. Bu ısı değiştiricilerin kullanımı sırasında da verimliliği üst düzeyde tutabilmek için yüzeylerinin temiz olması, en azından ısıtma ve soğutma sezonlarından önce temizlik ve bakımlarının yapılması, bu cihazların dış ünitelerinin doğrudan güneş ışınlarına maruz kalmayacak şekilde yerleştirilmesi (% 10 ilâ % 15 tasarruf potansiyeli mevcut) etkinliği artıracaktır. Ayrıca lamel yüzeylerinin mekanik olarak tahrip edilmemesi, bozulan yüzeylerin lamel tarakları ile düzeltilmesi gerekmektedir.