GWPoranı düşük yeni nesil soğutucu akışkanların kullanıldığı ısı pompası sisteminin teorik ve deneysel incelenmesi
Theoretical and experimental investigation of a heat pump system using new generation refrigerant fluids with low GWP ratio
Yazar: RAGIP YILDIRIM
Danışman: DOÇ. DR. ABDULLAH YILDIZ
Uşak Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, sudan suya küçük kapasiteli bir ısı pompası sistemi tasarlanmış ve üretilmiştir. Isı pompası sistemi R134a soğutucu akışkanına göre tasarlanmıştır. Isı pompası sisteminde R134a soğutucu akışkanı ve GWP oranı düşük yeni nesil soğutucu akışkanlar olan R134a/R1234yf (75/25), R513A, R134a/R1234yf (25/75) ve R1234yf deneysel olarak incelenmiştir. Soğutucu akışkanlar ısı pompası sisteminde üç farklı evaporatör sıcaklığı (-10 oC, -5 oC, 0 oC) ve sabit kondenser sıcaklığı (35 oC) için test edilmiştir. Çalışmada deneysel veriler kullanılarak her bir soğutucu akışkan için enerji, ekserji ve çevresel etki analizleri yapılmış ve karşılaştırılmıştır. Çevresel etki analizlerinde, yaşam döngüsü iklim performansı (LCCP), çevresel analiz ve çevreekonomik analiz yöntemleri kullanılmıştır. 
Evaporatör sıcaklığı arttıkça soğutucu akışkanların ısı pompası enerji performans katsayısı ve tüm sistemin enerji performans katsayısı arttığı gözlemlenmiştir. -10 oC, -5 oC ve 0 oC evaporatör sıcaklıklarında ısı pompası enerji performans katsayısı ve tüm sistemin enerji performans katsayısı en yüksek soğutucu akışkan R134a/R1234yf (75/25) olduğu görülmüştür. -10 oC, -5 oC ve 0 oC evaporatör sıcaklıklarında tüm soğutucu akışkanlar için en çok ekserji yıkımı kompresörde gerçekleşmiştir. Kompresörden sonra en çok ekserji yıkımı evaporatörde meydana gelmiştir. Tüm soğutucu akışkanlar için en düşük ekserji yıkımı genleşme vanası ve kondenserde meydana gelmiştir. Isı pompası test düzeneği R134a soğutucu akışkanına göre tasarlanmasına rağmen, R134a/R1234yf (75/25), R513A, R134a/R1234yf (25/75) ve R1234yf soğutucu akışkanların ekserji verimleri genel olarak R134a'dan yüksek veya hemen hemen benzer olduğu görülmüştür. Dolayısıyla, termodinamiğin ikinci yasasına göre R134a/R1234yf (75/25), R513A, R134a/R1234yf (25/75) ve R1234yf soğutucu akışkanları R134a ile çalışan sistemlerde herhangi bir değişiklik yapılmadan kullanılabileceği sonucuna ulaşılmıştır.
Sonuç olarak, R134a/R1234yf (75/25), R513A, R134a/R1234yf (25/75) ve R1234yf soğutucu akışkanları enerji, ekserji ve çevresel etki analiz sonuçlarına göre R134a ile çalışan sistemlerde alternatif soğutucu akışkanlar olarak kullanılabilirler.

Abstract:
In this study, a small capacity water-to-water heat pump system was designed and manufactured. The heat pump system has been designed for R134a refrigerant. R134a and as low GWP ratio new generation refrigerants R134a / R1234yf (75/25), R513A, R134a / R1234yf (25/75) and R1234yf have experimentally investigated in the heat pump system. Refrigerants were tested in the heat pump system for three different evaporator temperatures (-10 oC, -5 oC, 0 oC) and constant condenser temperature (35 oC). In the study, using experimental data, energy, exergy and environmental impact analyzes were made and compared for each refrigerant. Life cycle climate performance (LCCP), environmental analysis and enviroeconomic analysis methods were used for the environmental impact analysis. 
It has been observed that the heat pump (COPHP) and the total system (COPsystem) of energy performance coefficient increase as the evaporator temperature increases. It was observed that the heat pump energy performance coefficient and the energy performance coefficient of the whole system was the highest refrigerant R134a/R1234yf (75/25) at -10 oC, -5 oC and 0 oC evaporator temperatures. The most exergy destruction occurred in the compressor for all refrigerants at -10 oC, -5 oC and 0 oC evaporator temperatures and then the most exergy destruction occurred in the evaporator. The least exergy destruction for all refrigerants occurred at the expansion valve and condenser. Although the heat pump test system is designed for R134a, the exergy efficiencies of R134a / R1234yf (75/25), R513A, R134a / R1234yf (25/75) and R1234yf refrigerants have generally been found to be higher or almost similar to R134a. Therefore, according to the second law of thermodynamics, it has been concluded that R134a / R1234yf (75/25), R513A, R134a / R1234yf (25/75) and R1234yf refrigerants can be used in systems operating with R134a without any changes.
As a result, R134a / R1234yf (75/25), R513A, R134a / R1234yf (25/75) and R1234yf refrigerants can be used as alternative refrigerants in systems operating with R134a according to the results of energy, exergy and environmental impact analysis.