R410A’lı Hava Koşullandırıcı için İki Kademeli Kompresörün Geliştirilmesi

Son yıllarda Japonya’da yüksek ısı yalıtımlı konutların sayısı artıyor. Bu konutlardaki hava koşullandırıcılar nispeten küçük bir yükle çalışıyor. Buna ek olarak, hava koşullandırıcı daha çok ilkbahar ve sonbaharda, ev elektriği ve aydınlatma aygıtları nedeniyle biriken ortam sıcaklığını giderebilmek için en düşük kapasitede çalıştırılıyor. Evlerin özelliklerindeki bu değişimlere cevap olarak, dünyada bir ilk olarak değişken-silindir sistemini benimseyen çift-kademeli bir kompresör geliştirdik. Sistem, iki silindirli dönel (rotary) kanatlı kompresörün iki sıkıştırma odasından biri çalışırken, diğerinin durmasını mümkün kılıyor. Bu yeni teknoloji evirme (inverter) teknolojisi ile birlikte düşük yüklerde kompresörün verimli çalışmasını gerçekleştiriyor ve hava koşullandırıcının başarımını (performans) yükseltmenin yanı sıra enerji tasarrufunu da önemli ölçüde artırıyor. En az kayıp veren yeni bir değişken kapasite mekanizması olarak geliştirilen bu teknoloji, aynı zamanda sabit-hızlı kompresörlere de uygulanabilir ve geleneksel hava koşullandırıcıların başarımı artırılabilir.

Sunuş

Küresel çevre korunması açısından bakıldığında, hava koşullandırma (HK) sanayisi enerji verimliliği arttırılmış yeni ürünler geliştiriyor. Japonya’da konut hava koşullandırıcıları için kompresörler sabit-hızlı geleneksel tipten eviricili değişken hızlı tiplere doğru değişiyor.

Avrupa ve Kuzey Amerika’da olduğu gibi Japonya’da yüksek ısı yalıtımlı (bundan böyle “enerji tasarruflu konutlar” olarak söz edilecektir) konutların sayısı artıyor. Japonya’da evlerin %60’ı şimdi enerji tasarrufu yapan konutlar, JIS (Japon Sanayi Standartları) mevsimsel güç tüketimi değerlendirme standartlarına uygun bina ısı yalıtımı özelliklerine sahiptir. Biz bunları araştırdık. Bu konutlar, kompresörlerden beklenen enerji verimliliği özelliklerini büyük ölçüde değiştirdi, eviricili değişken kapasiteli hava koşullandırıcın bu değişiklikleri karşılaması zor görünüyor. Bu gelişmeyi dikkate alarak bu tip konutların özelliklerine uygun, onlara cevap verecek yeni bir mekanizma kullanan ve HK sanayisinde ilk olan bir iki kademeli kompresör geliştirdik. Bu makale yeni kompresöre genel bir bakış sunuyor, özelliklerini ve işlevlerini tanımlıyor.

Gelişmenin Arka Planı

Şekil 1’de, yıllık HK yükünün dağılımı ve enerji tasarruflu bir konutta geleneksel kompresörün verimi gösterilmiştir. Bu konut ahşap bir yapıdır, “iki x dört yapı yöntemi”yle yapılmış 40 m3 oda için 2,8 kW soğutma kapasitesi olan bir hava koşullandırıcı yerleştirilmiştir. (Kompresörün ölçüm koşullar hava koşullandırıcının anma soğutma koşullarıyla uyumludur.)

Şekil 1. Yıllık hava koşullandırma yükünün dağılımı ve geleneksel kompresörün verimi

Yazın soğutma çalışmalarında, oda sıcaklığı hedef sıcaklığa ulaştıktan sonra kompresörün oda sıcaklığını sürdürmesi için gereken kapasite azdır. Çünkü odanın ısı yalıtım özellikleri mükemmeldir. Ayrıca, hava koşullandırıcılar daha çok ilkbahar ve sonbaharda, ev elektriği, aydınlatma aygıtları ve insan vücutları nedeniyle biriken ortam sıcaklığını almak için, en düşük kapasitede çalıştırılır. Bu da, hava koşullandırıcının çalışmaya başladığı dönem dışında kompresör çoğunlukla küçük kapasite bölgesinde kullanıldığını gösteriyor. Geleneksel kompresörün enerji verimliliği düşük kapasite bölgesinde, önemli ölçüde, daha düşüktür (A Bölgesi). Bu durum eviricili motorun enerji ve kompresörün sızıntı kayıpları vb nedeniyle oluşur. Eviricinin değişken kapasite alanı kısıtlıdır ve oda sıcaklığı aç-kapa çalıştırmalarını tekrarlayarak ayarlanır. Bu da, en düşük kapasitede çalışırken, oda sıcaklığının hedef sıcaklığa ulaşmasından sonra kayıpları arttırır (B Bölgesi). Bu kesintili çalışma konumu sadece enerji verimini düşürmekle kalmaz, ayrıca oda sıcaklığında dalgalanmalara, bazen de rahatsızlıklara neden olur. Ancak hızlı soğutma ve ısıtma hava koşullandırıcı çalışmaya başlarken yine de gereklidir. Ayrıca, yüksek kapasite bölgesinde enerji etkinliğini artırmak da gerekir.

Bu sorun, Şekil 2’de gösterilen sistemle, hava koşullandırıcıya eviricili tipte küçük ve büyük iki kompresör yerleştirilerek çözülüyor. Böylece çalışma koşullarına göre daha yüksek verimli olanını seçip kullanmak olanağı sağlanıyor. Ancak bu sistem iki kompresör ve iki evirici gerektiriyor. Ek olarak, bu düzen için karmaşık bir kontrol sistemi gerekli ve daha fazla yere ihtiyaç var.

Makalenin Devamı