Farklı tip evaparatör ve ısı değiştirici  kullanmanın ısı pompası performansına etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of using different evaporators, heat exchangers and refrigerants on the performance of the heat pump
Yazar: MEHMET AKKOCA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ FADİME ŞİMŞEK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Amaç: Hava-hava esaslı bir ısı pompası sisteminde, farklı iki tip havalı evaporatör ve farklı iki tip ısı değiştirici kullanılmasının sistem performansına etkisinin araştırılması.
Yöntem: Bu çalışmada kullanılan deney düzeneği farklı iki tip havalı evaporatör, havalı kondenser, sulu evaporatör, sulu kondenser, farklı iki tip ısı değiştirici ve bu ekipmanlarla uyumlu kompresör, genleşme vanaları ve diğer yardımcı elemanlardan oluşmaktadır. Dört farklı ısı kaynağı çifti (hava-hava, hava-su, su-hava, su-su) ile çalışabilen bu deney düzeneğinin, hava-hava esaslı ısı kaynakları arasında çalışan kısmında deneyler gerçekleştirilmiştir. Öncelikle Taguchi analizi kullanılarak, deney planı oluşturulmuştur. Bu deneylerden elde edilen COP ve ekserjetik verim değerleri dikkate alınarak, elde edilen varyans analiz tablosundan sistemin optimum çalışma şartları belirlenmiştir. Belirlenen optimum çalışma şartları dikkate alınarak, R22, R417A ve R407C soğutucu akışkanları kullanılması durumunda sistemin çalışma şartlarının (evaporatör ve ısı değiştirici tipi ve ayrıca evaporatör, kondenser ortam sıcaklıkları ile hava debisi) değiştirilmesinin, sistem performansına ve ekserjetik verimine olan etkileri incelenmiştir.
Bulgular: Taguchi metoduna göre yapılan deneylerle, evaporatör tipi, ısı değiştirici tipi, soğutucu akışkan tipi, kondenser ve evaporatör hava debisi parametreleri dikkate alınarak sistemin en iyi performans katsayısı ve ekserjetik verimin elde edildiği optimum çalışma şartları belirlenmiştir. R22, R417A ve R407C soğutucu akışkanları kullanılarak daha avantajlı olduğu belirlenen 8 mm lamel aralıklı evaporatör ve yatay tip ısı değiştirici içeren sistemde, kondenser ve evaporatör hava debisinin ve sıcaklığının, ısı pompasının performansı üzerindeki etkileri tespit edilmiştir.
Sonuç: Taguchi deney yöntemiyle beş farklı parametre kullanılarak, ısı pompası sistemi için iki farklı optimum çalışma şartı tespit edilmiştir. Optimum çalışma şartlarında yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar, Taguchi yöntemiyle yapılan varyans analizinden elde edilen değer aralığında çıkmıştır. Genel olarak 8 mm lamel aralıklı ve yatay ısı değiştirici kullanılması durumunda COP ve ekserjetik verim değerleri daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Kondenser ve evaporatör sıcakları ve hava debileri parametrelerinin değiştirilmesiyle elde edilen deney sonuçlarına göre ise R22 soğutucu akışkanının her durumda, R407C ve R417A soğutucu akışkanlarından COP ve ekserjetik verim değerleri açısından daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Ancak soğutucu akışkanların çevresel özellikleri dikkate alındığında, R407C ve R417A soğutucu akışkanlarının yakın performans göstermeleri nedeniyle R22'ye alternatif olarak kullanılabileceği belirlenmiştir. 
Anahtar Kelimeler: Isı Pompası, Taguchi Metodu, COP, R22, R417 A, R407 C, Ekserjetik Verim

Abstract:
Method: The experimental setup used in this study consists of two different types of air evaporators, air condenser, water evaporator, water condenser, two different types of heat exchangers and compressors, expansion valves and other auxiliary elements compatible with these equipment. The experiments were carried out on the part of this system that can operate between four different pairs of heat sources (air-air, air-water, water-air, water-water, water-air), operating between air-air based heat sources. First of all, an experiment plan was created using Taguchi analysis. Considering the COP and exergetic efficiency values obtained from these experiments, the optimum operating conditions of the system were determined from the analysis of variance table. Considering the optimum operating conditions determined, the effects of changing the operating conditions of the system (evaporator and heat exchanger type, as well as evaporator and condenser ambient temperatures and air flow rate) on the system performance and exergetic efficiency in case of using R22, R417A and R407C refrigerants were investigated.
Findings: With the experiments carried out according to Taguchi method, the optimum operating conditions in which the best performance coefficient and exergetic efficiency of the system were obtained were determined by considering the parameters of evaporator type, heat exchanger type, refrigerant type, condenser and evaporator air flow rate. The effects of condenser and evaporator air flow rate and temperature on the performance of the heat pump in the system with 8 mm lamella spaced evaporator and horizontal type heat exchanger, which was determined to be more advantageous by using R22, R417A and R407C refrigerants, were determined.
Conclusion: Two different optimum operating conditions for the heat pump system were determined by using five different parameters with Taguchi experiment method. The results obtained from the experiments conducted under optimum operating conditions were within the range of the values obtained from the analysis of variance by Taguchi method. In general, it is determined that COP and exergetic efficiency values are higher in case of using a horizontal heat exchanger with 8 mm lamella spacing. According to the experimental results obtained by varying the condenser and evaporator temperatures and air flow rate parameters, R22 refrigerant was found to be higher than R407C and R417A refrigerants in terms of COP and exergetic efficiency values in all cases. However, considering the environmental properties of refrigerants, it was determined that R407C and R417A refrigerants can be used as an alternative to R22 due to their close performance.
Keywords: Heat Pump, Taguchi Method,, COP, R22, R417 A, R407 C, Exergetic Efficiency