Isı pompası olarak çalışabilen R134a soğutucu akışkanlı otomobil iklimlendirme sisteminin deneysel performansı
Experimental performance of an automobile air conditioning system with R134a operable as heat pump
Yazar: İSMAİL TEKİN
Danışman: PROF. DR. MURAT HOŞÖZ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Isıtma = Heating ; Otomobil = Automobile ; Soğutma = Cooling ; İklimlendirme = Air conditioning

Özet:
Bu çalışmada R134a soğutucu akışkanı ile çalışan, termostatik genleşme valfi ve sabit strok hacimli kompresör kullanan deneysel bir otomobil iklimlendirme sistemi, kompakt bir otomobil klimasının orijinal parçalarından oluşacak şekilde laboratuvar ortamında kurulmuştur. Sistem, soğutucu akışkan debisi, hava hızı ve izafi nemi, kompresör devri, evaporatör ve kondenser basınçları ile çeşitli noktalardaki soğutucu akışkan ve hava akımı sıcaklık ölçümleri yapılabilecek şekilde çeşitli mekanik ölçüm cihazlarıyla donatılmıştır. Sistem, kompresör devri ve hava akımlarının evaporatör ve kondensere giriş sıcaklıkları değiştirilerek test edilmiştir. Ölçüm cihazlarından gelen bilgiler, data toplama sistemi yardımıyla testler süresince bilgisayara kaydedilmiştir. Deneysel veriler yardımıyla sisteme enerji ve ekserji analizi uygulanarak, sistemin yaz çalışma durumunda soğutma kapasitesi, kompresör gücü, kompresör motorunun çektiği elektriksel güç, buharlaşma sıcaklığı, evaporatörden çıkan hava akımının sıcaklığı, kondenserden atılan ısı, soğutma tesir katsayısı (STK), elektriksel kompresör gücüne göre tanımlı soğutma tesir katsayısı ve sistem bileşenlerinde yok edilen  ekserjiler belirlenmiştir. Kış çalışma durumunda ısı pompası olarak görev yapan sistemin ısıtma kapasitesi, kompresör gücü, sistemdeki elemanlar tarafından çekilen toplam elektriksel güç, yoğuşma sıcaklığı, iç üniteden çıkan hava akımının sıcaklığı, iç üniteden atılan ısı, ısıtma tesir katsayısı (ITK),   sistemdeki elemanlar tarafından çekilen toplam elektriksel güce göre tanımlı ısıtma tesir katsayısı ve sistem bileşenlerinde yok edilen ekserjiler, her çalışma durumu için sayısal olarak belirlenmiş ve grafikler halinde sunulmuştur. Sistemin soğutma durumunda çalıştırılırken, kompresör devrinin artması ile soğutma kapasitesinin arttığı, ancak STK'nın azaldığı belirlenmiştir. Evaporatör girişindeki hava akımı sıcaklığında artma olması veya kondensere giren hava akımı sıcaklığında düşme olması durumunda, soğutma kapasitesi ve STK'da artış olduğu tespit edilmiştir. Sistem ısıtma durumunda çalıştırılırken kompresör devrinin artması ile ısıtma kapasitesinin arttığı, ancak ITK'nın azaldığı tespit edilmiştir. İç ünite ve dış üniteye giren hava akımlarının sıcaklıklarının aynı olduğu ve aynı oranda azaltıldığı deneylerde, sıcaklıklarda azalma olduğu zaman ısıtma kapasitesinin azaldığı, ITK'nın ise arttığı belirlenmiştir.

Abstract:
An experimental R134a automobile air conditioning system with a thermostatic expansion valve and a fixed capacity compressor was set up using the components of a compact car air conditioning system in the laboratory environment. The system was equipped with various mechanical instruments to measure the refrigerant mass flow rate, air velocity and relative humidity, compressor speed, evaporator and condenser pressures and temperatures of the refrigerant and air streams at various points. The system was tested by changing compressor speed and the temperatures of the air streams entering the evaporator and condenser. The data obtained from the instruments during the tests was gathered by a data acquisition system and recorded on a computer. By applying energy and exergy analysis to the system using the experimental data,  the cooling capacity, compressor power, electrical power consumed by the compressor motor, evaporating temperature, air temperature at the evaporator outlet, condenser heat rejection rate, coefficient of performance (COP), coefficient of performance based on compressor electric power and exergy destruction rates in the components of the system were determined when the system operated at the cooling mode. On the other hand, the heating capacity, compressor power, total electrical power consumed by the system components, condensing temperature, air temperature  at the outlet of the indoor coil, heat rejection rate at the indoor coil, coefficient of performance  for heating, coefficient of performance based on electric power input and exergy destruction rates in the components of the sytem were evaluated for each test and presented in graphics when the system operated at the heating mode. It was determined that the cooling capacity increased with rising compressor speed but COP decreased with it at the cooling mode operations. Either an increase in the temperature of the air stream entering the evaporator or a decrease in the temperature of the air stream entering the condenser caused an increase in both the cooling capacity and COP of the system. It was determined that the heating capacity increased with rising compressor speed but COP decreased with it at the heating mode operations. When the temperatures of the air streams entering the indoor and outdoor coils were kept equal to each other at the heating mode operations, it was determined that the heating capacity decreased but COP increased with decreasing inlet air temperatures.