Buharlaştırıcı hava giriş koşullarının ve buharlaştırıcı sıcaklığının nem alma performansı üzerine etkisinin incelenmesi
Effects of air inlet conditions and evaporator temperature on the dehumidification performance
Yazar: HALİL CAN ÖZAYDIN
Danışman: PROF. DR. MESUT GÜR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı-Akışkan Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Damlacık yoğuşması = Dropwise condensation ; Film yoğuşma = Film condensation ; Hava kaynaklı ısı pompası = Air source heat pump ; Isı değiştiriciler = Heat exchangers ; Nem alıcıları = Dehumidify

Özet:
Teknoloji hızla gelişmekte, gelişen teknolojiyle birlikte günlük hayatımızı kolaylaştıracak yeni ürün gamları oluşturulmakta ve yeni teknolojilerin adapte edildiği ürünler geliştirilmektedir. Günümüzde, üretilen ürünlerin teknik özelliklerinin yanı sıra bu ürünlerin tükettikleri enerjiler de kullanıcılar tarafından dikkat edilir hale gelmiştir. Toplumlarda, tasarruf ve enerji verimliliği kavramlarının oluşması, tüketicilerin enerji konusunda bilinçlendiğinin bir göstergesidir. Enerji kaynaklarının giderek azalması ve gerek Avrupa Birliği gerekse sivil toplum kuruluşlarının katılımıyla düzenlemeler ve yönergelerin yayınlanması bu konunun önemini açıklamaktadır. Üreticiler, ürettikleri ürünlerdeki teknik özelliklerin geliştirilmesinin yanında enerji verimliği çalışmalarını da sürdürür duruma gelmiştir. Enerji verimliliğinin artırılması başlığı altında gerçekleştirilen çalışmalar, enerji verimliliğinin etkili olduğu sistemlerde yenilikçi fikirlerin, uygulamaların ve optimizasyonların geliştirilmesi zorunluluğunu doğurmaktadır.
Bu yüksek lisans tez çalışmasında ısı pompalı nem alma sistemlerinde enerji verimliliğini arttırmak için, nem alma prosesinde buharlaştırıcı hava giriş koşullarının ve buharlaştırıcı sıcaklığının nem alma performansı üzerine etkisi incelenmiştir.
Tez çalışması yedi ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde çalışmaya başlama nedenleri, çalışmaların bitiminde hedeflenen sonuçlar, çalışmalarda izlenilen yöntem ve problemin kısıtları genel hatlarıyla açıklanmıştır.
İkinci bölümde, söz konusu konu ile ilgili olarak gerçekleştirilen literatür araştırmaları ve çalışmanın literatüre katkısı gösterilmektedir. Yapılan literatür araştırması sonucunda daha önce yapılan çalışmaların çoğunlukla klima sektörüne yönelik çalışmalar olduğu görülmüştür. Bu sebepten dolayı bu tez çalışmasında yer alan literatür çalışmalarında, buharlaştırıcı kanat verimini ve hava tarafı performans karakteristiklerini genel olarak ortaya çıkaran çalışmalar yer almaktadır.
Üçüncü bölümde nem alma prosesine ait genel bilgiler verilmiştir. Bu kapsamında, ısı pompalı sistemler, psikrometri, özgül nem ve bağıl nem kavramları, nemli havanın soğutulma işlemi, hidrofilik ve hidrofobik kaplamaların genel özellikleri anlatılmıştır.
Dördüncü bölümde, tez çalışmasında kullanılan deney düzeneği detaylı olarak açıklanmıştır. Deney düzeneğindeki ısı pompası ve hava çevrimleri detaylı olarak anlatılmıştır. Bölümün sonunda, debi ölçümü korelasyonu anlatılmıştır.
Beşinci bölümde bu yüksek lisans çalışması çerçevesinde gerçekleştirilmiş deneysel çalışmalar yer almaktadır. Bu bölümde, test parametreleri ve parametrelere ait değerler yer almakta, bu parametrelerin nem alma performansına etkileri deney sonuçları alt başlığında detaylı olarak incelenmektedir.
Altıncı bölümde, tez çalışması kapsamında gerçekleştirilen deneysel çalışmalara ait analitik çalışma ve bu analitik çalışmada kullanılan yöntem yer almaktadır.
Yedinci ve son bölümde sonuçlar ve değerlendirmeler yer almaktadır.

Abstract:
In this study, for increasing the efficiency of  heat pump dehumidifying systems, the effects of the evaporator temperature and inlet air conditions on latent heat ratio, condensation rate, energy used by evaporator, air performace parameters in terms of f and j factors were studied. Aforementioned air conditions are, air inlet temperature, air inlet relative humidity and air inlet flow rate.
This thesis study is composed of seven main chapters. In chapter one, motivation and aim of this study were explained in general terms as an introduction.
In the second chapter, literature research about thesis were outlined. As a result of this research, results were presented. After the literature research, it was noticed that, the researches are generally represents the air-conditioning systems. Therefore, the literature research outlines the air side performances of evaporators working under dehumidifying conditions close to air-conditioning systems.
In the third chapter, dehumidification process was outlined. Heat pump system properties, psychometric definitions such as specific humidity and relative humidity, cooling process of moist air and general properties of hydrophilic and hydrophobic coatings were presented.
In the fourth chapter, the design of experimental setup used in the study was described with details. Furthermore, sensors and equipments were used in this setup are explained. At the end of the chapter, the air flow rate correlation was detailed.
In chapter five, experiments were done within this thesis were described. The effects of inlet conditions and evaporator temperature on the dehumidifying performance were shown.
Analytical studies about the system and the methods were used for this analytical studies were detailed in the sixth chapter.
In the final chapter results of this study have been evaluated and suggestions have proposed. In this study, for increasing the efficiency of  heat dehumidifying systems, the effects of the evaporator temperature and inlet air conditions in sensible heat ratio, condensation rate, energy used by evaporator, air performance parameters in terms of f and j factors have been studied.
The results achieved within this thesis can be summarized as follows:
	Air inlet humidity has major effects on the condensation rate, latent heat ratio and energy used by evaporator for unit condensate. With the increase of inlet relative humidity, the latent heat ratio and condensation rate are increases, while the energy used by evaporator for unit condensate decreases.
	Because of the increase in energy usage by evaporator with the decrease of air inlet relative humidity, the evaporators working under the low air inlet relative humidity, determining the working conditions (such as temperature and air flow rate) is needed for designing energy efficient systems.
	Air inlet relative humidity plays an important role on condensation rate. Moreover, air inlet temperature, evaporator temperature and air flow rate have also important effects on condensation rate. For high air inlet relative humidity conditions (such as 80% or 90%) air flow rates effect on the condensation rate are more visible. Therefore, for high air inlet relative humidity conditions, determining air flow rate is crucial.
	By looking at the result of latent heat ratio, it can be inferred that the decrease in air inlet relative humidity results decrease in latent heat ratio. This result shows that, with the decrease in air inlet relative humidity, the evaporator capacity can not be used effectively for condensation. By looking at the results of RH 70% air inlet conditions, it is clear that 35%-55% of the evaporator energy is used for cooling the air instead of dehumidifying. Because of this result, the optimization studies and determining the system conditions are crucial for this kind of situations.
	Re_Dc has an important role on  Colburn j factor. It is obvious that, the Colburn j factor decreases with the increase of Re_Dc. In contrast, evaporator temperature, air inlet temperature and air inlet relative humidity effects are not as strong as the effects that  Re_Dc have. On the other hand, air inlet conditions effects on f factor are more visible in higher air speed conditions.
	To sum up, working with high inlet air relative humidity (such as 80% and 90%) has some advantages on both system and evaporator efficiency for the evaporators that working under the dehumidification conditions. Furthermore, it should be noted that, especially if the condensation rate is relatively high, determining the system air flow rate is crucial. If the condensation rate is relatively low regarding the working conditions, determining the evaporator temperature is crucial. Under the low inlet air temperature and high air flow rate conditions, energy used by evaporator for unit condensate increases whereas the heat transfer characteristic j decreases. Aforementioned two results have negative effect on the energy effectiveness. Because of that, determining the air flow rate is crucial for the systems that work under the low air inlet relative humidity conditions. As it can be inferred from the results section, the definition of the dehumidifying performance can vary according to the expectation from the system (energy effectiveness or condensation rate etc.). Therefore, the working conditions, evaporator temperature and determining the expectation from the system is crucial for the system optimization studies. Each working condition may have its own advantages and disadvantages. Therefore, expectations should be clear before the optimizing studies.
As a continuation of this study is thought to be useful in the following proposals:
	In this study, the effects of air inlet conditions and evaporator temperature on the dehumidification performances were investigated. Experimental studies were done on the same evaporator. Working on different types of evaporators (such as various evaporator fin thickness, various fin spacing, various number of row and various fin surface coatings) may be beneficial for the literature.
Performing the same experiments with different evaporators may be beneficial for the literature. It is expected that, with adding evaporator physical properties in to the analytical model, the coverage of the analytical model which is used for calculating the condensation rate for the dehumidifying systems increases. This analytical model may help for determining the condensation rate for the systems without doing experiment which is expected to be beneficial for research and development studies