Comparative Evaluation of Energy and Exergy Performances of R22 and its Alternative R407C, R410A and R448A Refrigerants in Vapor Compression Refrigeration Systems

Abstract

One of the important parameters for cooling systems is the choice of refrigerant. Refrigerants used in cooling systems damage the atmosphere and cause global warming. For these reasons, alternative refrigerants which are not harmful to the environment and atmosphere have been used. In this study, the performance and exergy efficiency of R407C, R410A and R448A refrigerants which are alternative to R22 refrigerant in vapor compression refrigeration system were theoretically calculated. Engineering equation solver (EES) has been used for the thermodynamic analysis. The highest COP and exergy efficiency values were achieved in the system operating with refrigerant R22. The highest COP and exergy efficiency values after R22 fluid were determined in the system operating with R448A refrigerant. For different evaporator temperatures, the COP values of the R22 system vary between 2.7 and 2.81. The COP values of the R448A system vary between 2.5 and 2.63. The exergy efficiency of the system operating with R22 varies between %39.4 and %52.2. The exergy efficiency of the system operating with R448A varies between %36.6 and %48.8. R448A instead of R22 are found to be replacement refrigerants among other alternatives refrigerants as a result of the analysis. 

Keywords

• Refrigeration,R22,R407C,R410A,R448A,Coefficient of Performance.

R22 ve Alternatifleri R407C, R410A ve R448A Soğutkanlarının Soğutma Sistemlerindeki Enerji ve Ekserji Performanslarının Karşılaştırmalı İncelenmesi

Abstract

Soğutma sistemleri için önemli bir parametrelerden biri soğutucu akışkanın seçimidir. Soğutma sistemlerinde kullanılan soğutucu akışkanlar atmosfere zarar vermekte ve küresel ısınmaya sebep olmaktadır. Bu sebeplerden dolayı, çevreye ve atmosfere zararı olmayan alternatif soğutucu akışkanlar kullanılmaya başlanmıştır. Bu çalışmada; R22 soğutucu gazına alternatif olan R407C, R410A ve R448A soğutucu akışkanlarının buhar sıkıştırmalı çevrimdeki soğutma performansları ve enerji analizleri teorik olarak hesaplanmıştır. Termodinamik analizler için Engineering Equation Solver (EES) programı kullanılmıştır.

Keywords

• Soğutma,R22,R407C,R410A,R448A,Performans katsayısı.

References

1. [1] Onat, A., İmal, M., İnan, A.T., “Soğutucu Akışkanların Ozon Tabakası Üzerine Etkilerinin Araştırılması ve Alternatif Soğutucu Akışkanlar”, KSÜ Fen ve Mühendislik Dergisi, 2004, 7(1).
2. [2] Sogut, M.Z., Karakoç, H., Kılkış, B., “Soğutucu Akışkanların Ekserji Verimine Bağlı Çevresel Performanslarının İncelenmesi”, 6. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS’11), Elazığ, Türkiye, 16-18 May 2011.
3. [3] Onat, A., “Soğutma ve Klimada Kullanılan Soğutucu Akışkanların Ozon Tabakası Üzerindeki Etkilerinin Araştırılması”, Makine Eğitimi Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
4. [4] Dalkilic, A. S., & Wongwises, S., “A performance comparison of vapour-compression refrigeration system using various alternative refrigerants”, International Communications in Heat and Mass Transfer, 2010, 37(9): 1340-1349.
5. [5] Sagia, Z., & Rakopoulos, C., “ Alternative refrigerants for the heat pump of a ground source heat pump system”, Applied Thermal Engineering, 2016, 100: 768-774.
6. [6] Vaghela, J. K., “ Comparative evaluation of an automobile air-conditioning system using R134a and its alternative refrigerants” , Energy Procedia, 2010, 109: 153-160.
7. [7] Mohanraj, M., Jayaraj, S., & Muraleedharan, C., “Environment friendly alternatives to halogenated refrigerants—A review”, International Journal of Greenhouse Gas Control, 2009, 3(1): 108-119.
8. [8] Harby, K., “Hydrocarbons and their mixtures as alternatives to environmental unfriendly halogenated refrigerants: An updated overview”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017, 73: 1247-1264.

9. [9] Devecioğlu, A. G., Oruç, V., Berk, U., & Ender, S., “İklimlendirme sistemlerinde R22 yerine R442A kullanılmasının enerji parametrelerine etkisinin incelenmesi”, Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 2016, 7(3): 551-558.
10. [10] Demircioğlu, A., “R22 ve Alternatifleri R407C ile R410A Soğutucu Akışkanlarının Isı Pompasındaki Performanslarının Teorik Olarak İncelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü,2010.
11. [11] Ergün A., Gürel, A.E., Ceylan, İ., “Ticari Soğutma Sistemlerinde R22 Akışkanının Alternatifi Olarak R438a ve R417a Akışkanlarının Performansının İncelenmesi”, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 2018, 6(4): 824-833.
12. [12] Çengel, Y. A., Boles, M.A., “Termodinamik - Mühendislik Yaklaşımıyla”, Güven Bilimsel Yayınevi, İstanbul, 2012.