KLİMA PERFORMANSINI ETKİLEYEN NEDENLER
Klimalara yapılacak periyodik bakım ile hem
klimanın insan sağlığını olumsuz yönde etkilemesi ortadan kaldırılabilir hem de
klimaların ısıtma ve soğutma işlevini yerine getirebilmesi için daha az enerji
kullanımı sağlanabilir. Böylelikle klimaların kullanım ömrü artırılabilir.
Türkiye’deki
bazı bölgelerde yaz aylarının oldukça sıcak geçmesi ve bu bölgelerde nüfusun
şehirlerde hızla artması sonucu daralan kapalı hacimler, çalışma ve yaşam
koşullarını olumsuz yönde etkilemektedir. Bu ortamlarda daha rahat şekilde
yaşama ve çalışma koşulları sağlayabilmek için klima kullanımı zorunlu hale
gelmiştir. Bilindiği gibi, duvar tipi split klimalar, dış ortam şartlarındaki
değişkenlikler dikkate alınmaksızın iç ortamlardaki sıcaklık, nem, hava
hareketi, hava temizliği ve bazı modellerde taze hava girişi unsurlarının
birlikte kontrol edilerek iç ortamların istenilen şartlarda tutulmasını
sağlayan cihazlardır [1-5]. Dünyada ve Türkiye’de oldukça yaygın şekilde
kullanılan duvar tipi split klimalarda enerjinin en verimli şekilde
kullanılması ve sistem performansının artırılması oldukça önemlidir. Kurallara
uygun şekilde montajı yapılmış kaliteli bir duvar tipi split klimadan uzun
yıllar sorunsuz şekilde yararlanılabilir. Kullanıldıkları mekânlar ve çevre
şartlarındaki hava koşullarına göre kısa ya da uzun zaman süreleri içerisinde
duvar tipi split klimaların filtrelerinde, evaporatör ve kondenser serpantin aralıklarında
tıkanıklıklar meydana gelmektedir. Meydana gelen bu tıkanıklıklar klimanın
ısıtma ve soğutma etkinliğinin düşmesine neden olmakta, aynı zamanda evaporatör
serpantin aralıklarında ve drenaj hattında üreyebilecek bakteriler de klima
kullanıcılarının sağlığını olumsuz yönde etkilemektedir. Deneysel ve teorik
araştırmalar, hava hızı ve serpantinlerdeki kanatçık yüzeyinin artırılması
durumunda evaporatörden gerçekleşen ısı transferinin arttığını ortaya
koymaktadır. Horuz ve ark. [6] evaporatör soğutma kapasitesi ve ısı transfer
katsayısını etkileyen ana parametrelerin hava hızı, kanatçık yüzeyi, boru çapı,
evaporatör sıcaklığı, soğutucu akışkan tipi olduğunu belirlemişlerdir.
EISherbini ve Maheshwari [7], split klimaların kondenserlerine gölgeleme yaparak
elektrik enerjisinden tasarruf edilmesi üzerine yapmış oldukları çalışmada,
performans katsayısında (COP) %2,5 oranında bir artış gözlemlemişlerdir.
Evaporatör ve kondenser serpantinlerinden gerçekleşen ısı transferlerini
iyileştirmek, enerji kayıplarını en aza indirmek, ısıtma ve soğutma
performanslarını maksimum hale getirmek ve klimanın sağlık açısından
zararlarını ortadan kaldırmak amacıyla yapılan çalışmalar, son yıllarda hız
kazanmıştır. Bu çalışmada, deneysel olarak veri alınmasına uygun hale getirilen
duvar tipi bir split klima deney düzeneği iç ünitesinin filtreleri ve dış ünite
serpantini üzerindeki tıkanıklık durumu kademeli olarak artırılmıştır.
Tıkanıklık durumunun artması neticesinde kondenser ve evaporatör sıcaklıkları,
evaporatör ve kondenser serpantinlerde gerçekleşen ısı transferleri,
kompresörün emme ve basma hattı basınçları, kompresörün çektiği anlık
elektriksel güç ve sistemdeki enerji kayıpları deneysel olarak gözlemlenmiş ve
split klimanın soğutma ve ısıtma performansındaki değişimler incelenmiştir.
Deneysel Model
R22 soğutucu akışkanla soğutma ve ısıtma
işlemini gerçekleştiren 9000 Btu/h soğutma kapasiteli ve ısı pompası özelliği
olan bir duvar tipi split klima ve çeşitli ölçü ve kontrol elemanlarından
oluşan deney düzeneği Şekil 1’de gösterilmiştir. Bu çalışmada kullanılan duvar
tipi split klimanın elektrik bağlantıları, elektronik kart devreleri, kumanda
ve kontrol elemanları ile elektriksel, sıcaklık ve basınç ölçüm cihazları,
yardımcı elemanlarla birlikte yeniden tasarlanarak ölçüm yapılabilecek duruma
getirilmiştir. Ayrıca deney düzeneğinde, klima sisteminde arıza oluşturma,
arıza giderme, sıcaklık, basınç, amper, volt, cos φ ve güç değerlerini ölçme
imkânı sağlanmıştır.
İlk
olarak evaporatör hava filtresi üzerinde, filtreyi ⅛ oranlarında kapatabilecek
eşit büyüklükte kauçuk levhalar yapıştırılarak evaporatör serpantinleri
üzerindeki filtrede kademeli şekilde tıkanıklık oluşturulmuştur. Daha sonra ise
kondenser serpantini ¼ oranlarında kademeli şekilde ve eşit büyüklükte kauçuk
levhalar yardımıyla kapatılarak eğilme, ezilme ve kirlenme durumları
oluşturulmuş ve tıkanıklık kademeli şekilde artırılmıştır. Bu durum Şekil 2’de
gösterilmiştir. Ayrı olarak oluşturulan bu tıkanıklıklarda, deney düzeneği
gösterge panosundan kompresörün çektiği anlık güç (W), kondenser hava giriş
sıcaklığı (T1), kondenser hava çıkış sıcaklığı (T2), evaporatör hava giriş
sıcaklığı (T3) ve evaporatör hava çıkış sıcaklığı (T4), kompresör emme hattı
basıncı (P1) ve kompresör basma hattı basıncı (P2) ölçülmüştür. Ölçülen
değerler, tıkanıklıktaki her değişimden sonra sistemin kararlı hale geldiği
10’ar dakikalık aralıklar halinde alınmıştır. Sıcaklık ölçüm değerlerinde en
doğru sonuca ulaşmak için her bir ölçüm noktasına üç ayrı termostat duyargası
yerleştirilerek ölçülen bu üç değerin ortalaması bulunmuş ve bulunan bu değer
üzerinden sonuca gidilmiştir.
Buhar Sıkıştırmalı
Soğutma Sisteminin Termodinamik Analizi
Buhar
sıkıştırmalı mekanik soğutma çevrimine göre çalışan sistemin basınç-entalpi
(lnP-h) diyagramı Şekil 3’te gösterilmektedir. Çevrim boyunca gerçekleşen
işlemlerin termodinamik analizini yapabilmek amacıyla sistemi oluşturan her bir
eleman açık sistem olarak incelenmiştir. Kontrol hacmi için geçerli
Termodinamiğin 1. Kanununu veren, dQ dW dH dKE dPE Egir Eçı Esist - = +
+ . - k. = D
. (1) denklemi kullanılarak her bir sistem elemanı için enerji dengesi elde
edilmiştir. Buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminde çevrimi oluşturan her kontrol
hacminde soğutucu akışkanın sürekli akış şartlarında hareket ettiği kabul
edilmiştir. Kontrol hacimlerinde kinetik ve potansiyel enerjilerdeki
değişiklikler, kondenser, evaporatör ve boru hatlarındaki basınç kayıpları
ihmal edilmiştir.
Akışkan kontrol cihazı olarak kılcal boru
kullanılan sistemde, genişleme işleminin sabit entalpide gerçekleştiği kabulü
ile eşitlik elde edilmiştir. 3 4 h =
h (6) Qe, evaporatörde soğutucu akışkan buharlaşırken içerisine absorbe ettiği
ısıdır. Evaporatörde soğutucu akışkanın buharlaşması işleminin tersinir sabit
basınçta olduğu kabul edilmiş ve iş etkileşiminin olmaması nedeni ile eşitlik
(7) elde edilmiştir: .( ) Qe =
m h1 - h4 & (7) Bu eşitlikte, h1
ve h4 sırasıyla evaporatör çıkış ve girişindeki entalpi değerlerini
göstermektedir. Bu entalpilerin farkı (h1 – h4), soğutulan ortamdan birim
ağırlıktaki soğutucu akışkana absorbe edilen ısı miktarını ifade etmektedir.
Soğutma tesir katsayısı (COPs) elde edilmek istenen soğutma değerine karşılık
harcanan enerjiyi belirtmekte olup gerçek ve ideal durumlar için sırasıyla
eşitlik (8, 9)’de verilmiştir: W Q COP e s =
(8) W MK EK KK İK ideal Qe s COP .h
.h .h .h
= (9) Isıtma tesir
katsayısı (COPı), elde edilmek istenen ısıtma değerine karşılık harcanan
enerjiyi ifade etmekte olup gerçek ve ideal durumlar için sırasıyla eşitlik
(10, 11)’da verilmiştir: W Q COP k ı =
(10) W MK EK KK İK ideal Qk ı COP .h
.h .h .h
= (11) Bu eşitlikte Qk,
sistemin ısıtma yükünü belirtmektedir. Entalpi değerlerinin tespitinde,
CoolPack programından faydalanılmış olup kondenserde aşırı soğutma,
evaporatörde kızgınlık yapılmadan doyma noktalarındaki değerler esas
alınmıştır.
BULGULAR
Evaporatör Filtre
Tıkanıklığının Etkileri (Effects of Evaporator Filter Plugging)
Gerçek
COPs değeri, evaporatör filtreleri tam açıkken 3,46 değerini alırken tam
tıkanıklık gerçekleştiğinde 3,07 değerine düşmektedir. Aynı zamanda gerçek COPI
değeri evaporatör filtreleri tam açıkken 4,22 iken, tam tıkanıklık
gerçekleştiğinde 3,83’e düşmektedir. Tam tıkalı ve tam açık pozisyonlar
arasındaki ısıtma ve soğutmadaki gerçek COP farkı yaklaşık 0,39’dur. İdeal COP
ısıtma ve soğutma değerleri arasındaki bu fark 0,57’dir. Soğutmada gerçek ve
ideal COP değişimi %11 civarında iken, ısıtmada ise bu değer %9 civarındadır. 2
3 4 5 6 7 0 12,5 25 37,5 50 62,5 75 87,5 100 Evaporatör filtre tıkanıklığı (%)
COP soğutma (ideal) ısıtma (ideal) soğutma (gerçek) ısıtma (gerçek) Şekil 4.
COP değerlerinin evaporatör filtre tıkanıklığına göre değişimi (Variation of
COP values as a function of the evaporator filter plugging) 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0
5,2 5,4 0 12,5 25 37,5 50 62,5 75 87,5 100 Evaporatör filtre tıkanıklığı (%)
Emme hattı basıncı (bar) 15,0 15,2 15,4 15,6 15,8 16,0 Basma hattı basıncı
(bar) emme hattı basma hattı Şekil 5. Emme ve basma hattı basınçlarının
evaporatör filtre tıkanıklığına bağlı olarak değişimi (Variation of suction and
discharging line pressures as a function of the evaporator filter plugging)
Emme ve basma hattı basınçlarının evaporatör filtre tıkanıklığına göre değişimi
Şekil 5’te gösterilmiştir. Evaporatör filtrelerindeki tıkanıklıklar arttıkça emme
hattı basıncı %15,21 azalırken, basma hattı basıncı %3,58 azalmaktadır. Emme
hattı basıncında kademeli ve dengeli bir düşüşe yol açmıştır. Buna karşın,
basma hattındaki basıncın bir süre sabit seyirden sonra hızlı bir şekilde
düştüğü gözlenmiştir. Isıtma modunda çalışan bir split klimada, kompresör
devreye girdikten sonra basınç normal işletme basıncına ulaşıp iç ünite
serpantin sıcaklığında 15-20 o C arasında bir artış olmaması durumunda, iç
ünite fan motoru devreye girmemektedir. Kompresör çıkış basıncındaki azalma,
evaporatörde soğutucu akışkana yüklenen ısı yüküne karşın ısının atılacağı
kondenser yüzey alanının geniş olmasından kaynaklanmaktadır. Emme hattındaki
aşırı basınç düşüklüğü; kompresörün kısa aralıklarla çalışmasına, 8-10 kat daha
fazla enerji yüklenmesine ve oldukça fazla elektrik sarfiyatına yol açmaktadır.
Kondenser ve evaporatörden transfer edilen ısının evaporatör filtre
tıkanıklığına göre değişimi Şekil 6’da gösterilmiştir. Evaporatör filtre
tıkanıklığı arttıkça, kondenser ve evaporatörden transfer edilen ısılarda
azalma gözlenmiştir. Evaporatör filtre yüzeylerinin tam açık pozisyonunda
evaporatörden transfer edilen ısı 2,20 kW iken, tam tıkanıklık durumunda 1,91
kW’a düşmektedir. Kondenser yüzeylerinden transfer edilen ısı, evaporatör
filtrelerinin tam açık pozisyonunda 2,68 kW iken, tam tıkanmada ise 2,38 kW’a
düşmektedir. Bu düşüşlerin yüzde değeri evaporatörde %13,01 iken, kondenserde
ise %11,03 olarak gerçekleşmektedir. Görüldüğü gibi, tıkanıklık arttıkça
evaporatörde soğutucu akışkana yüklenen ısıdaki azalma, direkt olarak
kondenserde yoğuşma esnasında dış ortama transfer edilen ısıyı azaltmaktadır.
1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 0 12,5 25 37,5 50 62,5 75 87,5 100 Evaporatör filtre
tıkanıklığı (%) Isı transferi (kW) Qe Qk Şekil 6. Kondenser ve evaporatörden
transfer edilen ısının evaporatör filtre tıkanıklığına göre değişimi (Variation
of heat transferred from the condenser and evaporator as a function of the
evaporator filter plugging) 0,550 0,570 0,590 0,610 0,630 0,650 0,670 0 12,5 25
37,5 50 62,5 75 87,5 100 Evaporatör filtre tıkanıklığı (%) Kompresör gücü (kW)
Şekil 7. Kompresör gücünün evaporatör filtre tıkanıklığına göre değişimi
(Variation of the compressor power as a function of the evaporator filter
plugging) Kompresör gücünün evaporatör filtre tıkanıklığına göre değişimi,
Şekil 7’de gösterilmiştir. Evaporatör filtrelerinde tıkanma arttıkça
kompresörün çektiği güç, ilk durumda çok az yükselirken daha sonra çok az düşüş
göstermiştir. Evaporatör filtrelerindeki tıkanıklıktan dolayı buharlaşamayan
soğutucu akışkan, kompresöre sıvı yürümesine neden olabilir. Evaporatördeki
filtre tıkanıklıklarından dolayı kompresörde çalışma esnasında hareketli
parçalarda ortaya çıkan ısı, geri kazanıldığı ve sıvı yürümesi akümülatörle
birlikte önlendiği için kompresörde zorlanma problemi görülmemiştir. Evaporatör
filtrelerindeki tıkanıklığın %50 arttırılması durumunda kompresörün harcadığı
güç, 0,635 kW’tan 0,647 kW değerine kadar yükselmekte, tıkanıklık maksimum
düzeye ulaştığında ise kompresörün harcadığı güç 0,622 kW’a düşmektedir.
Dolayısıyla, tıkanıklık arttıkça çevre ortamdan soğutucu akışkana yüklenen ısı
miktarı azalacak ve soğutulan ortamda istenilen sıcaklık derecesine ulaşma
süresi uzayacaktır. Evaporatör ve kondenser hava çıkış sıcaklıklarının
evaporatör filtre tıkanıklılığına bağlı olarak değişimi Şekil 8’de gösterilmiştir.
Tıkanıklık arttıkça evaporatör üfleme sıcaklığı hızlı bir şekilde düşmektedir.
Bu sıcaklık düşüşü, tam açıklık ve tam tıkanma arasında 4 o C olup değişim
değeri %97,56’dır. Evaporatör filtrelerindeki tıkanma tam açık kondenser
yüzeylerinde kendini çok az miktarda sıcaklık düşüşü olarak göstermektedir. Bu
düşüş 1 o C’dir. Evaporatör filtrelerindeki tıkanma sonucu dar yüzeylerden
hızlı şekilde gerçekleşen ısı transferi, evaporatör sıcaklığını anlık
düşürmektedir.
Evaporatör
filtrelerindeki tıkanıklık arttıkça açık kalan yüzeylerden soğutucu akışkana
yüklenen ısı miktarı artmakta ve evaporatör üfleme sıcaklığı hızlı şekilde
düşmektedir. Evaporatörde soğutucu akışkana yüklenen ısı yükünün düşük düzeyde
olması, tamamen açık kondenser yüzeylerinde kendini çok az miktarda sıcaklık
düşüşü olarak göstermektedir.
Kondenser
Tıkanıklığının Etkileri
Kondenser
tıkanıklığı arttıkça, harcanan gücün artması nedeniyle COP değerleri
düşmektedir. Kondenser yüzeylerinde herhangi bir tıkanıklık olmaması durumunda
gerçek COPs değeri 3,58 iken, kondenser serpantinlerinin tam tıkanması
durumunda COPs değeri 1,88’ye düşmektedir. Gerçek COPI değerleri ise tıkanıklık
olmaması durumunda 4,34 iken, sistemin tam tıkanması durumunda 2,64’e
düşmektedir. Gerçek COPs değerindeki değişim %47,38 iken, gerçek COPI değişim
değeri ise %39,09’dur. Kondenser tıkanıklığı arttıkça basma hattı basınç
değerinde daha hızlı bir yükselme görülürken emme hattı basınç değerinde daha
dengeli bir yükseliş gözlenmiştir. Kondenserin tam açık olduğu pozisyonda emme
hattı basınç değeri 5,3 bar iken, basma hattı basınç değeri 15,90 bar’dır. Buna
karşılık tam tıkalı pozisyonda emme hattı basınç değeri 6 bar’a yükselirken,
basma hattı basınç değeri ise 28,15 bar’a çıkmaktadır. Tam açık pozisyonda ise
basınç farkı 10,6 bar iken, tam tıkalı durumda 22,15 bar’a çıkmaktadır. 0 1 2 3
4 5 6 7 0 25 50 75 100 Kondenser tıkanıklığı (%) COP soğutma (ideal) ısıtma
(ideal) soğutma (gerçek) ısıtma (gerçek) Şekil 9. COP değerlerinin kondenser
tıkanıklığına göre değişimi (Variation of COP values as a function of the
condenser plugging) 5,0 5,4 5,8 6,2 6,6 7,0 0 25 50 75 100 Kondenser
tıkanıklığı (%) Emme hattı basıncı (bar) 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Basma
hattı basıncı (bar) emme hattı basma hattı. Emme ve basma hattı basınç
değerlerinin kondenser tıkanıklığına bağlı olarak değişimi (Variation of
suction and discharging line pressures as a function of the condenser plugging)
Kondenser ve evaporatörden transfer edilen ısının kondenser tıkanıklığına göre
değişimi vardır. Kondenser tıkanıklığı arttıkça evaporatörde soğutucu akışkana
yüklenen ısı miktarında düşüş gözlenmektedir. Evaporatörde, kondenserin tam
açık konumundan tam kapalı konumuna kadar, soğutucu akışkana yüklenen ısı farkı
0,35 kW iken, kondenser de tam açık konumdan tam kapalı konuma kadar dış ortama
transfer edilen ısı farkı yalnızca 0,05 kW’tır. Bu konumda evaporatördeki ısı
değişimi %15,04 iken, kondenserdeki ısı değişimi %1,64’tür. Kondenser
tıkanıklığı artıkça, kompresör daha fazla ısınacaktır. 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8
3,0 0 25 50 75 100 Kondenser tıkanıklığı (%) Isı transferi (kW) Qe Qk Şekil 11.
Kondenser ve evaporatörden transfer edilen ısının kondenser tıkanıklığına göre
değişimi (Variation of heat transferred from the condenser and evaporator as a
function of the condenser plugging) 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 1,100 0 25 50
75 100 Kondenser tıkanıklığı (%) Kompresör gücü (kW).Kompresör gücündeki
değişimin kondenser tıkanıklığına göre değişimi (Variation of the compressor
power as a function of the condenser plugging) Kompresör gücündeki değişimin
kondenser tıkanıklığına göre değişimi vardır. Tıkanıklık arttıkça kompresörün
çektiği gücün arttığı anlaşılmaktadır. Kondenser tam açık pozisyonda iken 0,649
kW güç harcanırken kondenserin tam kapalı olması durumunda harcanan güç 1,048
kW’a çıkmaktadır. Meydana gelen % 61,48’lik bu değişim, kondenser yüzeylerinin
bakımının mutlaka yapılması gereğini ortaya koymaktadır. Evaporatör ve
kondenser hava çıkış sıcaklıklarının kondenser tıkanıklılığına bağlı olarak
değişimi Şekil 13’te gösterilmiştir. Tıkanıklık arttıkça kondenser ve
evaporatör üfleme sıcaklığının arttığı gözlenmiştir. Buna karşın kondenserdeki
sıcaklık artışının evaporatöre göre daha fazla olduğu gözlenmiştir. Kondenser
üfleme sıcaklığı, tıkanıklık olmaması durumunda 35 o C iken, tam tıkanıklık
pozisyonda 53 o C’dir. Buna karşılık evaporatörde tıkanıklık olmadan 5,3 o C
olan sıcaklık 9,1 o C’ye çıkmaktadır. Evaporatörde 3,8 o C olan bu fark,
kondenserde 18 o C’ye ulaşmaktadır. Sıcaklıktaki yüzde değişim ise evaporatörde
%71,70 iken, kondenserde %51,43’tür. 5 6 7 8 9 10 11 12 0 12,5 25 37,5 50 62,5
75 87,5 100 Kondenser tıkanıklığı (%) Evaporatör üfleme sıcaklığı ( 0C) 30 35
40 45 50 55 Kondenser üfleme sıcaklığı ( 0C) evaporatör kondenser Şekil 13.
Evaporatör ve kondenser hava çıkış sıcaklıklarının kondenser tıkanıklılığına
bağlı olarak değişimi (Variation of evaporator and condenser air outlet
temperatures as a function of the condenser plugging) Evaporatör sıcaklığındaki
artışın nedeni, soğutucu akışkanın kondenserde tam olarak yoğuşamaması, kısılma
vanasından ıslak buhar geçişleri ve evaporatörde daha erken kızgın buhar haline
dönüşmesinden kaynaklanmaktadır. Bu sıcaklık artışları da soğutma kapasitesini
düşürmektedir.
www.bilkargroup.com
www.bilkarsogutma.com.tr
info@bilkargroup.com
+90 212 343 50 40
+90 553 343 50 40
Yorumlar
Yorum Gönder