Mustafa GÜLMEZ, Mustafa AKTAŞ, Süleyman ERTEN, Fatma Nur ERDOĞMUŞ, Melis ÖDER

Hava Kaynaklı Atık Isı Defrost Yöntemli ve Doğal Soğutucu Akışkanlı Bir Isı Pompası Sisteminin Tasarımı

İklim değişikliği ve çevre kirliliği günümüzde insanlığın karşılaştığı en önemli sorunlar arasında yer almaktadır. Enerji sistemlerinde kullanılan soğutucu akışkanların seçimi ve çevre dostu soğutucu akışkanların kullanımının önemi gün geçtikçe artmaktadır. Düşük küresel ısınma potansiyeline (KIP) ve ozon delme potansiyeline (ODP) sahip soğutucu akışkan seçimi çevre duyarlılığı açısından araştırmacılara önemli bir misyon yüklemektedir. Bu çalışmada, hidrokarbon soğutucu akışkan olan Propan (R290) kullanılarak tasarlanmış bir ısı pompası sisteminin verimlilik analizi gerçekleştirilmiştir. Geleneksel ısı pompalarından farklı olarak tasarlanan bu sistemde; aşırı soğutma ve koaksiyel eşanjör elemanları yardımıyla kompresör ve kondenser çıkışlarındaki soğutucu akışkanın ısıları akümülasyon tankında depolanmıştır. Sistemin optimum çalışma durumu için verimlilik analizleri yapılmıştır. Yapılan analizlerde, ısı pompasının performans katsayısı (COP) değeri 2,75 olarak hesaplanmıştır. Geliştirilen modelde, defrost süresince harcanan enerji miktarı elektrikli ısıtıcılı defrost yöntemine göre %63,6 oranında azaltılabileceği tespit edilmiştir. Güneş enerjisi kullanılarak sistemin verimliliğinin daha da artırılabileceği öngörülmüştür.

Design of an Air Source Heat Pump Having a Waste Heat Defrosting Method with Natural Refrigerant

Climate change and environmental pollution are among the most important issues facing humanity nowadays. The importance of the selection of refrigerants used in energy systems and the use of eco-friendly refrigerants are increasing day by day. The selection of refrigerants with low global warming potential (GWP) and ozone depletion potential (ODP) imposes an important mission on researchers in terms of environmental awareness. In this study, efficiency analysis of a heat pump system designed by using hydrocarbon refrigerant propane (R290) was carried out. In this system, which is designed differently from traditional heat pumps; heat of the refrigerant at compressor outlet and evaporator outlet is recovered with the help of sub-cooling and coaxial heat exchangers and stored at the accumulation tank. The efficiency analysis is made for the optimum working case of the system. In the analyzes made, the coefficient of performance (COP) value of the heat pump was calculated as 2.75. In the developed model, the amount of energy consumed during the defrost process has been reduced by 63.6% as compared to the electric heater defrost method. It has been assessed that the efficiency of system can be even more by utilizing solar energy.

PDF

___

[1] P. Maison, D. Tapero, Rational Use of Energy in Buildings, ADEME Janvier (2009).
[2] Türkiye Cumhuriyeti Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı, https://www.csb.gov.tr/
[3] Florlu Sera Gazlarına İlişkin Yönetmelik Birinci Bölüm (2018, 4 Ocak). Resmi Gazete (Sayı: 30291). Erişim Adresi: https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2018/01/20180104-2.htm
[4] Mengjie S., Shiming D., Chaobin D., Ning M., Zhihua W., Review on Improvement for Air Source Heat Pump Units During Frosting and Defrosting, Applied Energy, 211 (2018), 1150-1170.
[5] Park, K.J., Jung, D., Thermodynamic Performance of R502 Alternative Refrigerant Mixtures for Low Temperature and Transport Applications, Energy Conversion and Management, 48 No. 12 (2007), 3084– 3089.
[6] Shen J., Qian Z., Xing Z., Yu Y., Ge M., A Review of the Defrosting Methods of Air Source Heat Pumps Using Heat Exchanger with Phase Change Material, Energy Procedia, 160 (2019), 491-498.
[7] Moallem, E., Hong, T., Cremaschi, L., Fisher, D.E., Effects of Surface Coating and Water Retention on Frost Formation in Microchannel Evaporators (ASHRAE RP-1589), HVAC&R Research, 19 (2014), 347–362.
[8] Erten, S., Uludağ, K. Soğutma Sistemlerinde R404a ve R290 Soğutucu Akışkan Kullanımının Termodinamik Analizi: Deneysel Karşılaştırma. VII. Uluslararası Fen, Mühendislik ve Mimarlık Bilimlerinde Akademik Çalışmalar Sempozyumu, (2019), 254-267.
[9] Arslan E., Kosan M., Aktas M., Erten S., Experimental Assessment of Comparative R290 vs. R449a Refrigerants by Using 3E (Energy, Exergy and Environment) Analysis: A Supermarket Application, Journal of Thermal Engineering, 7 No. 3 (2021), 595-607.
[10] Çengel, Y. A., Boles, M. A. (2008). Termodinamik, Mühendislik Yaklaşımıyla (Beşinci Baskı). İzmir: Güven Kitabevi, 946.
[11] Hepbaşlı, A., Kalıncı Y., A Review of Heat Pump Water Heating Systems, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13 No. 6-7 (2009), 1211–1229.
[12] Liang, J., Sun, L., Li, T., A Novel Defrosting Method in Gasoline Vapor Recovery Application, Energy, 163 (2018), 751-765.
[13] Aktaş M., Menlik T., Boran K., Aktekeli B., Aktekeli Z., Isı Pompalı Bir Kurutucuda Portakal Kabuğu Kurutulması, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 2 No. 2 (2014), 229- 238.
[14] Çavuş D., Usta H., Evaporatörü Direkt Güneş Destekli Isı Pompasının Tasarımı, İmalatı ve Performans Deneyleri, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 3 No. 3 (2015), 535-544.
[15] Büyükzeren R., Kahraman A., Kaya M. N., Dağ H. İ., Hava Kaynaklı Bir Isı Pompası Modelinin Performans Parametrelerinin Deneysel Validasyonu, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 9 No. 4 (2021), 739-748.