R32 Soğutkanlı bir ısı pompasının termodinamik analizi

Abstract

Yüksek küresel ısınma etkisine sahip soğutkanların, çevresel kriterler göz önüne alınarak, uluslararası ölçekte kullanımları sınırlandırılmaktadır. Avrupa Birliğinin uyguladığı F-gaz yönetmeliği gibi ülkemizde F-Gaz kullanımına sınırlama getiren bir yönetmelik hazırlamıştır. Bu kapsamda, R32 soğutkanı nispeten düşük küresel ısınma potansiyeli ile ön plana çıkmaktadır. R32, R410A soğutkanına kıyasla daha düşük küresel ısınma potansiyeline sahiptir. Bunun yanında yüksek enerji verimliliği ve düşük yanıcılığa sahip olduğundan birçok uygulamada güvenle kullanılabileceği düşünülmektedir. Geri dönüşümü açısından değerlendirildiğinde tek bileşenli bir soğutkan olduğu için ısı pompaları için cazip bir alternatif olabileceği değerlendirilmektedir. Bu sebeple ısı pompası uygulamalarında R32 kullanımı giderek artmaktadır. Bu çalışmada R32 soğutkanlı hava-su-hava kaynaklı bir ısı pompasının termodinamiğin 1. ve 2. kanununun analizi EES programı kullanılarak yapılmıştır ve elde edilen sonuçlar grafikler ve tablolar halinde sunulmuştur. Grafiklerden buharlaşma sıcaklığının -10°C' den +5°C' ye çıkmasıyla ve yoğuşma sıcaklığınında 45°C' den 35°C' ye düşmesiyle COPIP değerinin arttığı görülmüştür. Artan buharlaşma sıcaklığıyla ve azalan yoğuşma sıcaklığıyla kompresörde, kondanserde, evoparatörde ve genleşme valfinde tersinmezliklerin azaldığı görülmüştür. İkinci yasa veriminin bu koşullarda arttığı görülmüştür.

Keywords

• R32
• ısı pompası
• Enerji
• Ekserji

Thermodynamic Analysis of a Heat Pump Using R32

Abstract

Refrigerants with a high global warming effect are limited in their use on an international scale, taking into consideration environmental criteria. Like the F-gas regulation implemented by the European Union, a regulation has been drafted in our country that restricts the use of F-Gas. In this context, R32 refrigerant is at the forefront with its relatively low global warming potential. R32 has a lower global warming potential compared to R410A refrigerant. In addition, it is considered that it can be used safely in many applications since it has high energy efficiency and low flammability. It is considered that it can be an attractive alternative to heat pumps since it is a single component refrigerant when it is evaluated in terms of recycling. Therefore, the use of R32 in heat pump applications is gradually increasing. In this study, the analysis of the first and second laws of thermodynamics of a R32 refrigerated air-water-air source heat pump was performed using the EES program and the results obtained are presented in graphs and tables. Graphs show that the COPIP value increases with the evaporation temperature rising from -10°C to +5°C and falling to 45°C to 35°C at the condensation temperature. With increasing evaporation temperature and decreasing condensation temperature, irreversibility has decreased in compressor, condenser, evaporator and expansion valve. The efficiency of the second law is seen to increase under these conditions.

Keywords

• R32
• Heat Pump
• Energy
• Exergy

References

1. [1] Xu X, Radermacher R, Pham MH. Performance Measurement of R32 in Vapor Injection Heat Pump System. International Refrigeration and Air Conditioning Conference, 2328, 110, 2012.
2. [2] Monica MJ, Rowland FS. Stratsperic Sink for Chlorofluoromethanes: Chlorinme Atom Catalysed Distraction of Ozone. Nature, 249, 810-812, 1974.
3. [3] Berchin II, Valduga BI, Garcia J, Osorio SBJ, Guerra A. Climate Change and Forced Migrations: An Effort Towards Recognizing Climate Refugees. Geoforum, 84, 147-150, 2017.
4. [4] Yıldırım C, Özkan BD, Onan C. Theoretical Study of R32 to Replace R410A in Variable Refrigerant Flow Systems. International Journal of Ambient Energy, 39(1), 87-92, 2017.
5. [5] Alabdulkarem A, Eldeeb R, Hwang Y, Aute V, Radermacher R. Testing, Simulation and Soft Optimization of R410A Low-GWP Alternatives in Heat Pump System. International Journal of Refrigeration, 60, 106-107, 2015.
6. [6] Gschrey B, Schwarz W, Elsner C, Engelhardt R. High increase of Global F-gas Emissions Until 2050. Greenhouse Gas Measurement & Management, 1(2), 85–92, 2011.
7. [7] United Nations (UN). Kyoto protocol to the United Nations Framework Convention on Climate Change. New York, NY, USA, 1997.
8. [8] Belchi LA, Gomez IF. Evaluation of a Condenser Based on Mini-Channels Technology Working with R410A and R32. Experimental Data and Performance Estimate. Applied Energy, 202, 112-124, 2017.

9. [9] Tu X, Liang X, Zhuang R. Study of R32 Refrigerant for Residential Air-conditioning Applications. The International Congress of Refrigeration, Paris, 2011.
10. [10] Xu X, Hwang Y, Radermacher R. Performance Comparison of R10A and R32 in Vapour İnjection Cycles. International Journal of Refrigeration, 36, 892–903, 2013.
11. [11] Cho IY, Seo H, Kim D, Kim Y. Performance Comparison Between R410A and R32 Multi-Heat Pumps with a Sub-Cooler Vapor İnjection in the Heating and Cooling Modes. International Journal of Refrigeration, 112, 179-187, 2016.
12. [12] Erdoğan Ş, Karaçaylı İ, Mutlu İ. Farklı Koşullardaki Hava–Su–Hava Kaynaklı Isı Pompasının Farklı Soğutucu Akışkanlarla Termodinamik Analizi. BAUN Fen Bil. Enst. Dergisi, 112, 2017.
13. [13] Çifci M, Yılmazoğlu MZ. Hava Kaynaklı Bir Isı Pompasının Deneysel Termodinamik Analizi. 11. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, 17-20 Nisan, İzmir, 1015-1022, 2013.
14. [14] Redon A, Peris-Navara E, Pitarch M, Macia-Gonzalvez J, Corberan MJ. Analysis and Optimization of Subcritical Two-Stage Vapor İnjection Heat Pump Systems. Applied Energy, 124, 231-240, 2014.
15. [15] Çengel YA, Boles MA. Mühendislik Yaklaşımıyla Termodinamik. Güven Bilimsel Yayınevi (Beşinci Baskı), 946s, İzmir, 2007.
16. [16] Hepbaşlı A, Kalıncı Y. A Review of Heat Pump Water Heating Systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13, 1211–1229, 2009.
17. [17] Dincer I. Refrigeration Systems and Applications. Wiley: UK, 26, 2003.
18. [18] Bejan A. Advanced Engineering Thermodynamics. John Wiley and Sons, 896p, New York, 1997.
19. [19] Bejan A. Fundamentals of Exergy Analysis, Entropy Generation Minimization, and The Generation of Flow Architecture. International Journal of Energy Research, 26, 545-565, 2002.
20. [20] Klein SA. Engineering Equation Solver. F-ChartSoftware, V10-644-3D, 2019.