Ev Tipi Klimanın Dinamik Modellenmesi ve Deneysel Olarak Doğrulanması
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: OKAN AYDIN
Danışman: Özden Ağra
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:İklimlendirme ve ısı pompası sistemleri sera gazı emisyonlarında önemli pay sahibidir. Montreal Protokolü ve Kigali Değişikliği'nin getirdiği sınırlamalarla birlikte düşük küresel ısınma potansiyelli (KIP) soğutucu akışkanlar kullanılması gerekmektedir. Bu nedenle, ısı pompası sistemlerinde R32, R410A'nın yerini almaktadır. R32, 2088 KIP'a sahip R410A'ya kıyasla 675 KIP ile çok daha düşük bir KIP'a sahiptir. R32'nin termofiziksel özellikleri R410A ile benzerdir. R32 hidrokarbonlara göre daha az yanıcıdır ve izin verilen soğutucu akışkan şarj limiti daha yüksektir. Böylece, aynı ısı pompasında R410A yerine R32 kullanıldığında daha verimli ve yüksek kapasiteli ısı pompaları elde edilebilirken; aynı verim ve kapasitede daha küçük boyutlarda ve daha az akışkan kullanılan ısı pompası da tasarlanabilmektedir. Bununla beraber R32'nin yüksek kompresör çıkış sıcaklıkları, özellikle yüksek dış ortam sıcaklıklarında ısı pompası uygulamalarını sınırlamaktadır. Karşı karşıya olduğumuz bir diğer problem de dünyanın enerji kaynaklarının hızla tükenmesidir. Bu nedenle enerji kaynaklarının verimli kullanılması büyük önem kazanmıştır. Ev tipi iklimlendirme sistemleri de bina enerji tüketiminde önemli rol oynamaktadır. Bu durumlar göz önüne alındığında sistemin enerji verimliliğinin arttırılması çok daha önemli hale gelmiştir. Sistem verimini arttırmak için genellikle deneysel yöntemlere başvurulmaktadır. Fakat dünyanın hızla gelişmesiyle birlikte artan taleplere daha hızlı cevap vermek için deney sürelerinin azaltılması ve tasarım süreçlerini hızlandırılması gerekliliği ortaya çıkmıştır. Bütün bunlar ışığında çalışılan sistemlerin modellenmesi, yani dijital ortama aktarılması ihtiyaç haline gelmiştir. Bu yüksek lisans çalışmasının ilk kısmında R410A kullanılan 12000 Btu/h inverter klima tasarımı yapılmıştır. Kondenser ve evaporator Coil Designer programı kullanılarak tasarlanmıştır. Kapileri uzunluğu ve şarj miktarı literatürden elde edilen korelasyonlar ile teorik olarak hesaplanmıştır. Klima, soğutma ve ısıtma modunda EN-14511(2,3,4)-2011 şartlarında psikrometrik tip kalorimetre odasında test edilmiştir. Testler boyunca klimanın iç ve dış ünite fan devirleri sabit tutulmuş ve kompresör 3 farklı devirde sürülmüştür. Böylece optimum kompresör devri belirlenmiştir. Çalışmanın devamında R32 için şarj miktarı hesaplanmıştır. R32 şarj miktarının R410A'dan %27 daha az olduğu bulunmuştur. Sistemde hiçbir değişiklik yapılmadan, klima aynı koşullarda R32 ile test edilmiştir. Sisteme R32 doğrudan şarj edildiği durumda, ısıtma ve soğutma kapasitesinin sırasıyla %2,53 ve %2,4; COP değerinin ise sırasıyla %1,17 ve % 4,6 arttığı görülmüştür. Optimize edilmiş durumda R32'nin R410A'ya göre kapasitesi soğutma ve ısıtma modunda sırasıyla %6,02 ve %4,28; COP'nin ise sırasıyla %8,95 ve %3,04 arttığı görülmüştür. Çalışmanın devamında her iki akışkanın da yüksek sıcaklıklar altında kompresör çıkış sıcalıkları karşılaştırılmıştır. R32'nin bütün durumdalarda daha yüksek çıkış sıcaklığına dahip olduğu görülmüştür. En yüksek fark ise 46°C dış ortam sıcaklığında 4,87°C olarak gerçekleşmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında klima soğutma çevrimi Dymola programında Modelica dili kullanılarak modellenmiştir. Eveporatör, kondenser, kompresör ve kapileri modelleri TIL kütüphanesi yardımıyla oluşturulmuştur. Yapılan simülasyon çalışmasında her iki akışkan için kapasite, giriş gücü ve COP parametrelerinde model ile deneyin ±%5,2 aralığında uyumlu olduğu görülmüştür. Sistem sıcaklıkları karşılaştırıldığında ise model ile deney farkının ±3,5°C aralığında kabul edilebilir seviyede olduğu görülmüştür.