Soğutucu akışkan seçimi, enerji verimliliğini en üst düzeye çıkarmak ve sistemlerin küresel ısınma etkilerini en aza indirmek için Önemli bir faktÖrdür.
Bu çalışmada; düşük küresel ısınma potansiyeline sahip alternatif akışkanlardan biri olan R32 soğutucu akışkanının (GWP=6751) fiziksel Özellikleri, “Yaşam Süreci İklim Performansı” (LCCP) değerinin diğer alternatif akışkanlar ile karşılaştırılması, yanıcılık Özelliği ve ilgili standartlar incelenmiş olup, kendi soğutucu akışkanını ve kompresÖrünü üreten dünyanın Önde gelen klima üreticisi Daikin’in yakın zamanda piyasaya süreceği, Avrupa’nın R32 soğutucu akışkanı içeren ilk havadan havaya konut tipi ısı pompası hakkında bilgi verilmiştir.
1. GİRİŞ
Soğutma sektÖründe soğutucu akışkan olarak kullanılan kloroflorokarbon (CFC) ve hidrokloroflorokarbonların (HFCF) zaman içerisinde atmosfere karışması atmosferde sera etkisinin artmasına ve ozon tabakasının tahribatına sebep olmuştur. Canlıları zararlı güneş ışınlarından koruyan ozon tabakası, soğutucu maddelerin yapısında bulunan klor ve brom atomlarının serbest kalıp zayıf ozon moleküllerini parçalamasıyla tahrip olmaktadır.
Ozon tabakası ve çevre üzerine etkisi olan soğutucu maddeleri dÖrt ana gruba ayırmak mümkündür.
1. Bromoflorokarbonlar (Halonlar):
Karbon, flor, brom veya klordan oluşan bileşiklerdir. Bu grupta yer alan maddelere Örnek olarak Halon1301 (R13B1) verilebilir. Halonlar ozon tahribatına katkıları en fazla olan maddelerdir.
2. Kloroflorokarbonlar (CFC):
Klor, flor ve karbonlardan oluşan bileşiklerdir. Ozon tahribatına katkıları halonlardan sonra en fazla olan soğutucu maddelerdir. Örnek olarak R11 ve R12 verilebilir.
3. Hidrokloroflorokarbonlar (HCFC):
Klor, flor, hidrojen ve karbon içeren bileşiklerdir. Ozon tahribatları düşük olmakla birlikte oldukça yüksek sera etkisine (küresel ısınma potansiyeli) sahiptirler. Bu grupta yer alan maddelere Örnek olarak R22 verilebilir.
4. Hidroflorokarbonlar (HFC):
Hidrojen, flor ve karbon içeren bileşiklerdir. Ozon tabakası üzerinde tahrip edici etkileri yoktur, fakat küresel ısınma potansiyeline sahiptirler.
Ozon tabakasının tahribatını Önlemek amacıyla 1987 yılında 43 ülke tarafından Montreal Protokolü imzalanmıştır. Bu protokole gÖre tüm ülkeler ozon tahribatı yaptığı tespit edilen soğutucu maddelerin üretim ve tüketimini azaltacak ve belirli bir takvim içerisinde sonlandıracaklardır
Montreal protokolü çerçevesinde ozon tahribatına olan büyük etkisi sebebiyle ilk Önce CFC grubu akışkanların kullanımı sonlandırılmıştır. Daha sonra CFC’lerin alternatifi olan ve daha az ozon tahribatına sahip olan HCFC grubu akışkanların kullanımı yaygınlaşmıştır. Yine Montreal protokolü çerçevesinde HCFC grubu soğutucu akışkanların kullanımının da belirli bir takvim çerçevesinde sonlandırıp azaltılması ve ozon tabakasına hiç zararı olmayan HFC grubu akışkanlara geçilmesine karar verilmiştir. HFC grubu akışkanlar ozon tabakasına zarar vermese de küresel ısınmaya etkisi olan akışkanlardır. R-410A, R407C ve R134A bu gruptaki soğutucu akışkanlara Örnek olarak verilebilir.
Günümüzde küresel ısınma potansiyeli (GWP) düşük olan alternatif soğutucu akışkan arayışları sürmektedir. Bu çalışmada ise son zamanlarda oldukça ilgi çeken ve üzerinde yoğun çalışmalar yapılan HFC grubundan R32 soğutucu akışkanı incelenmiştir.
2. R32 EN DENGELİ ÇÖZÜM
Alternatif soğutucu akışkan arayışında; akışkanın ozon tüketme potansiyeli (ODP), küresel ısınma potansiyeli (GWP), enerji verimliliği, güvenlik, ekonomiklik gibi birçok faktÖr etki eder. Bu faktÖrleri tam anlamıyla karşılayan mükemmel bir akışkan henüz yoktur. Seçim yaparken bütün bu faktÖrleri en uygun şekilde karşılayacak, en dengeli seçimi yapmak Önemlidir.
Kendi soğutucu akışkanını ve kompresÖrünü üreten dünyanın Önde gelen klima üreticisi Daikin, yaptığı araştırmalar sonucunda düşük küresel ısınma potansiyeline sahip alternatif akışkanlar arasından R32’nin en dengeli çÖzüm olduğu sonucuna varmıştır (Şekil 1). Bu sonuçtan sonra Daikin, R32 soğutucu akışkanını ve bu akışkan için Özel olarak geliştirdiği kompresÖrü konut tipi klimalara adapte ederek, 27 Eylül 2012’de dünyanın ilk R32 soğutucu akışkanını içeren klimasını Japonya pazarına sunmuştur.
R32, HFC grubundan olmasına rağmen günümüzde sıklıkla kullanılan R410A soğutucu akışkanının sahip olduğu küresel ısınma potansiyelinin (GWP) üçte birine sahiptir. Üstelik R32 tek bileşenli bir soğutucu akışkan olduğundan geri dÖnüşümü de kolaydır. Genel olarak R32
-
Ozon Tabakasına zarar vermez (ODP=0)
-
Küresel Isınma Potansiyeli GWP=6751’dir.
-
R410A’ya gÖre daha az küresel ısınma etkisine (LCCP) sahiptir.
-
R410A’ya gÖre daha yüksek enerji verimliliğine sahiptir.
-
Diğer soğutucu akışkanlara gÖre daha az soğutucu akışkan kullanımı mümkündür.
-
Daha kompakt tasarım mümkündür.
-
Düşük yanıcılık Özelliğinden dolayı birçok uygulamada güvenli kullanım sağlar.
-
R410A’nın bir bileşeni olduğu için R32 üretim kapasitesi mevcuttur.
-
Tek bileşenli bir akışkan olduğu için geri dÖnüşümü ve yeniden kullanımı kolaydır.
-
Gelişmekte olan ülkeler için ekonomiktir.
3. R32 VE R410A’NIN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI
Günümüzde konut tipi klimalarda oldukça yaygın olarak kullanılan R410A soğutucu akışkanının fiziksel Özelliklerinin R32 soğutucu akışkanının fiziksel Özellikleriyle karşılaştırılması
Parametre |
Birim |
R410A |
R410A |
R32 |
R32 |
Kritik Sıcaklık |
F |
158.9 |
158.9 |
172.6 |
172.6 |
Sıcaklık |
F |
110 |
50 |
110 |
50 |
Doymuş Buhar Basıncı |
psia |
380.0 |
157.3 |
389.6 |
160.5 |
Sıvı yoğunluğu |
lbm/ft3 |
59.5 |
70.4 |
54.7 |
63.6 |
Buhar yoğunluğu |
lbm/ft3 |
7.14 |
2.617 |
5.043 |
1.887 |
Gizli Isı |
Btu/lbm |
65.3 |
89.7 |
98.3 |
128.6 |
Sıvı Özgül ısısı |
Btu/(lbm.R) |
0.483 |
0.377 |
0.535 |
0.431 |
Buhar Özgül ısısı |
Btu/(lbm.R) |
0.475 |
0.295 |
0.509 |
0.327 |
Sıvı ısı iletkenliği |
Btu/(hr.ft.F) |
0.0457 |
0.0563 |
0.0648 |
0.0794 |
Sıvı Viskozite |
lbm/ft-s |
5.12E-05 |
9.59E-05 |
6.1E-05 |
0.9E-05 |
Buhar Viskozite |
lbm/ft-s |
1.02E-05 |
0.8E-05 |
0.9E-05 |
0.8E-05 |
Tabloda gÖrüldüğü üzere R32’nin R410A’ya gÖre teorik fiziksel üstünlükleri;
-
R410A’ya gÖre %8 daha yüksek kritik sıcaklığa sahiptir; yüksek ortam sıcaklıklarında daha iyi performans.
-
R410A’ya gÖre benzer basınç ve basınç oranı; sistemde Önemli değişikler yapmadan R410A kullanılan sistemde R32 kullanımına olanak sağlar.
-
R410A’ya gÖre %9 daha az sıvı yoğunluğu; sistemde daha az akışkan gereksinimi.
-
R410A’ya gÖre %28 daha az buhar yoğunluğu ve daha az kütlesel debi; %50 oranında daha düşük bir basınç düşümü beklenir.
-
R410’ya gÖre %41 daha fazla sıvı ısı iletkenliği, aynı kütlesel debide daha yüksek ısı transfer katsayısı.
-
Daha az akışkan gereksinimi sayesinde ısı değiştiricilerin optimize edilerek küçültülme olanağı.
4. OZON TÜKETME POTANSİYELİ (ODP) VE KÜRESEL ISINMA POTANSİYELİ (GWP)
Ozon Tüketme Potansiyeli (ODP), bir soğutucu akışkanın ozon tabakasına zarar verme riski olarak tanımlanır. Bu değer, ODP’si 1 olarak kabul edilen R11 soğutucu akışkanı referans alınarak ifade edilir.
Soğutucu akışkanlar atmosfere salındığında Stratosfer tabakasına ulaşırlar. Burada güneşten gelen ultraviyole ışınlarına maruz kalarak bileşenlerine ayrışırlar. Örneğin R22 bileşenlerine ayrıldığında klor atomları ortaya çıkar ve bu serbest klor atomları oldukça zayıf bağlara sahip olan ozon molekülleri ile reaksiyona girerek oksijen molekülleri açığa çıkar ve bÖylece ozon tabakasının tahribatına neden olurlar. Ozan tabakasında tahribatın artmasıyla zararlı ultraviyole ışınları dünya yüzeyine ulaşmakta ve bÖylece deri kanseri ve benzeri problemler ortaya çıkmaktadır.
Örnek vermek gerekirse R22’nin ODP değeri 0,05 iken, R32 ve R410A klor ve brom içermediğinden dolayı bu soğutucu akışkanların ODP değeri 0’dır.
Küresel Isınma Potansiyeli (GWP), soğutucu akışkanların veya benzer gazların küresel ısınmaya (sera etkisine) olan katkısını gÖsterir.
Güneşten gelen ışınlar sayesinde ısınan dünya, bu ısının bir miktarını geri yayar. Atmosferdeki bazı gazlar, seralarda bulunan camlar gibi davranarak güneşten gelen enerjinin girmesine izin verir fakat kaçmasına da engel olurlar.
Su buharı gibi bazı sera gazları (en fazla bulunan sera gazı) atmosferde doğal olarak bulunmaktadır. Eğer bu gazlar olmasaydı dünyamızın ortalama sıcaklığı yaşanamayacak seviyede olurdu (15°C yerine -18°C seviyelerinde). Fakat insanların aktiviteleri sonunda atmosfere çok fazla miktarda sera gazı salındığından bu, sera etkisini ve küresel ısınmayı arttırmaktadır.
Soğutucu akışkanın GWP değeri, akışkanın atmosfere salınması halinde küresel ısınmaya olan etkisini gÖsterir. Bu değer CO2 referans alınarak 100 yıllık bir süreye gÖre belirlenmektedir. CO2 için bu değer 1.0’dır.
Örneğin R410A için GWP değeri 20881 iken, R32 için GWP değeri 675’dir.
5. TOPLAM EŞDEÐER ISINMA ETKİSİ (TEWI) VE YAŞAM SÜRECİ İKLİM PERFORMANSI (LCCP)
Yakın zamana kadar soğutma ve iklimlendirme ekipmanlarının küresel ısınmaya etkisi “Toplam Eşdeğer Isınma Etkisi (TEWI)” modeli ile değerlendiriliyordu. Bu model, soğutma sistemi içindeki soğutucu akışkanın küresel ısınma üzerindeki etkisini ikiye ayırmıştır.
Bunlardan birincisi atmosfere olan akışkan emisyonundan kaynaklanan direkt etki, ikincisi ise ekipman tarafından harcanan enerjiden kaynaklanan dolaylı etkidir. Direkt etki, her soğutucu akışkan için belli olan GWP değeri ile atmosfere yayılan akışkan miktarının çarpımıyla bulunur. Dolaylı etki ise ekipmanın kullandığı elektrik enerjisinin üretimi safhasında meydana gelen CO2 emisyonları ile hesaplanır.
TEWI, kg CO2 emisyon olarak ifade edilip hem direkt hem de dolaylı etkilerin toplamından oluşur ve soğutma ve iklimlendirme ekipmanlarının küresel ısınmaya etkisini gÖsteren bir Ölçüm sağlar
Bugünlerde ise daha hassas bir model araştırmacı çevrelerce kabul gÖrmektedir. Bu model, ekipmanın Ömrü sonunda devreden çıkarılmasıyla küresel ısınmaya olan etkisini ve kullanılan soğutucu akışkanın üretimi sırasında harcanan enerjinin etkisini de gÖz Önüne alır. Bu daha hassas ve gelişmiş olan model “Yaşam Süreci İklim Performansı (LCCP)” olarak adlandırılır (Şekil 2). Buna aynı zamanda akışkanın “küresel ısınma etkisi” de diyebiliriz.
6. R32 YANICILIK ÖZELLİÐİNE SAHİPTİR, PEKİ NE KADAR YANICI?
R32 düşük yanıcılık Özelliğe sahiptir ve birçok uygulamada güvenli olarak kullanılabilir. Amerikan ısıtma, soğutma ve iklimlendirme mühendisleri derneği (ASHRAE) soğutucu akışkanları yanıcılık Özellikleri bakımından 3 ana sınıfa ayırmıştır
-
Sınıf 1: Yanıcı değil
-
Sınıf 2: Düşük yanıcılık
-
Sınıf 3: Yüksek yanıcılık
Ayrıca zehirlilik Özelliği bakımından soğutucu akışkanlar 2 sınıfa ayrılmıştır.
-
Sınıf A: Zehirli olmayan
-
Sınıf B: Zehirli olan,
|
Sınıf A: Zehirlilik Yok |
Sınıf B: Yüksek Zehirlilik |
Sınıf 3: Yüksek Yanıcılık |
A3 (Örnek: propan) |
B3 |
Sınıf 2: Düşük Yanıcılık |
A2 |
B2 |
Sınıf 2: Düşük Yanıcılık |
A2L (Örnek: R32) |
B2L (Örnek: amonyak) |
Sınıf 1: Yanıcılık Yok |
A1 (Örnek: R410A/R22) |
B1 |
Uzmanlar, yanıcılık Özelliğine sahip soğutucu akışkanların kullanılabilirliğini 10 yıldan daha uzun süredir araştırmaktadırlar. Yapılan araştırmalar sonucunda, uygun şekilde kullanıldıklarında birçok uygulamada kullanılabilecek oldukça düşük yanıcılık Özelliğine sahip soğutucu akışkanların olduğuna karar vermişlerdir. Bunun sonucunda “Sınıf 2L” denilen yeni bir yanıcılık sınıfı oluşturulmuştur. Bu sınıf yanma hızı 10 cm/s’den daha düşük olan ve daha Önce “Sınıf 2” de yer alan akışkanları içerir ve “hafif yanıcılık sınıfı” olarak adlandırılır. R32 “Sınıf 2L” kategorisinde yer alır, ayrıca R32’nin alt yanıcılık sınırı diğer soğutucu akışkanlar ile kıyaslandığında oldukça yüksektir (Tablo 3). Bunun anlamı yanıcı hava ve akışkan karışımının oluşabilmesi için çok fazla miktarda soğutucu akışkan gerektiğidir. Kıvılcım kaynağı olsa bile, alt yanıcılık sınırı (LFL) değerinden daha düşük konsantrasyonlarda karışım tutuşamaz [5]. “Sınıf 2L” kategorisindeki soğutucu akışkanlar düşük yanma hızına sahip olduklarından yayılmazlar. Ayrıca, R32'nin yanma ısısı düşüktür ve kendi alevinden kaynaklanan herhangi bir etki aralığı sınırlıdır.
Madde |
Sınıf A3
R-290
Propan
|
Sınıf A2
HFC152a
|
Sınıf A2L
HFC32
|
Sınıf B2L
R-717
Amonyak
|
Yanma Hızı |
43 cm/s |
23 cm/s
6.7
|
6.7 cm/s |
7.7 cm/s |
Yanma Isısı |
46 MJ/kg |
16 MJ/kg |
9 MJ/kg |
19 MJ/kg |
LFL (alt yanıcılık sınırı) |
0.038 kg/m3 |
0.13 kg/m3 |
0.307 kg/m3 |
0.104 kg/m3 |
7. STANDARTLAR VE SON GELİŞMELER
Yeni tanımlanan hafif yanıcılık sınıfında yer alan R32 gibi soğutucu akışkanların ticarileştirilmesi yÖnünde en büyük sorun bu tür akışkanlar için henüz herhangi bir güvenlik standardının bulunmamasıdır. Küresel çapta Örneğin ABD, Avrupa ve Çin’de çeşitli komiteler bu standartların (ASHRAE standart 15 ve 34, UL 471 ve 1995, IEC 60335-2, ISO 5149, pr EN 378-2) oluşmasını hızlandırmak amacıyla son zamanlarda çalışmalarını arttırmışlardır. Bu standartların çoğu tesisatlarda izin verilebilecek maksimum akışkan miktarının ve diğer güvenlik Önlemlerinin belirlenmesine dayalıdır.
Avrupa’da EN 378 (soğutma sistemleri ve ısı pompaları – güvenlik ve çevre gereksinimleri) standardının revizyon çalışmaları devam etmektedir. Mevcut EN 378 standardında R32, “Sınıf 2” kategorisi altında bulunmaktadır. Fakat bu, R32 soğutucu akışkanının bugün kullanılamayacağı anlamına gelmez. Sadece güvenlik gereksinimlerinin daha kısıtlayıcı olduğu anlamına gelir. R32 soğutucu akışkanının kullanımını daha genel ve kolay kılmak adına EN 378 standardının revizyon çalışmaları kapsamında bu standardın içine A2L hafif yanıcılık sınıfı dahil edilmelidir.
8. AVRUPA’NIN R32 SOÐUTUCU AKIŞKANI İÇEREN İLK HAVADAN HAVAYA KONUT TİPİ ISI POMPASI
Alternatif soğutucu akışkan arayışları hakkında çalışmalar devam ederken, dünyanın Önde gelen klima üreticisi Daikin, Avrupa’nın ilk ticari R32 soğutucu akışkanını kullanan havadan havaya konut tipi ısı pompası sisteminin 2013 Sonbaharında tanıtılacağını duyurmuştur [6]. Yenilenmiş Ururu Sarara adı verilen bu model, R32 soğutucu akışkanı kullanımı sayesinde üstün enerji verimliliği sağlarken aynı zamanda şimdiye kadar hiç olmadığı kadar düşük çevresel etkiye sahiptir.
Çevreye olan bağlılığının bir parçası olarak Daikin, daha düşük çevresel etkiye sahip sistemler geliştirmeyi amaçlamaktadır. Soğutucu akışkan seçimi, enerji verimliliğini en üst düzeye çıkarmak ve sistemlerin küresel ısınma etkilerini en aza indirmek için Önemli bir faktÖrdür.
Bu amaçla geliştirilen Daikin’in Ururu Sarara konut tipi ısı pompası modeli soğutma, ısıtma, hava temizleme, havalandırma, nemlendirme ve nem alma sağlayarak iç mekân konforu için tam bir evsel çÖzüm sunar. Bu modele R32 soğutucu akışkanının adapte edilmesiyle bu üniteler, soğutmada sezonsal enerji verimliliği oranında (SEER) 9,54 (A+++) ve ısıtmada sezonsal performans katsayısında (SCOP) 5,9 (A+++) değerlerine rahatlıkla ulaşarak piyasadaki en yüksek enerji verimli cihaz konumuna gelmiştir.
Yeni Ururu Sarara modelinde R32 soğutucu akışkanının kullanımı, ısı pompası sisteminin çevresel etkisini azaltırken aynı zamanda son kullanıcılara eşsiz enerji verimliliğinden, mükemmel hava kalitesi ve yüksek konfor seviyesinden yararlanma olanağı sunar.
9. SONUÇ
Alternatif soğutucu akışkan arayışında; akışkanın ozon tüketme potansiyeli (ODP), küresel ısınma potansiyeli (GWP), enerji verimliliği, güvenlik, ekonomiklik gibi birçok faktÖr etki eder. Bu faktÖrleri tam anlamıyla karşılayan mükemmel bir akışkan henüz yoktur.
R32 soğutucu akışkanı ozon tabakasına zarar vermediğinden, R410A’ya gÖre daha düşük küresel ısınma etkisine (LCCP), yüksek enerji verimliliğine, düşük yanıcılık Özelliğine sahip olduğundan birçok uygulamada güvenlikle kullanılabileceğinden, tek bileşenli bir akışkan olduğu için geri dÖnüşümü ve yeniden kullanımı kolay olduğundan şu an konut tipi ısı pompaları için cazip bir çÖzüm olarak gÖrülmektedir.
Bu yazı daikinakademi.com'dan alınmıştır.
Geri Dön » |