Isı pompalı çamaşır kurutma makinelerinde enerji tüketiminin azaltılması
Reducing energy consumption in tumble dryer with heat pumps
Yazar: EMRE GEZE
Danışman: PROF. DR. ÖZDEN AĞRA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Son yıllarda artan şehir nüfusu, yaşam alanlarının daralması, insanların kıyafetlerini yıkayıp kurutmaya ayırdıkları sürenin kısa olmaması ve pandemi sonrası artan hijyen hassasiyeti ile son zamanlarda kurutma makinesi kullanımında artış görülmektedir. Çamaşır kurutma makineleri ısı pompalı, hava yoğuşturmalı ve bacalı olmak üzere üç farklı modele ayrılmaktadır. Bunlardan enerji bakımından en verimli olanı ise ısı pompası sistemine sahip olan modellerdir. Isı pompalı kurutucular, bacalıya göre ~3 kat, hava yoğuşturmalılara göre de ~2,5 kat daha verimlidir. Pazar verileri incelendiğinde ısı pompalı çamaşır kurutabilen kurutma makinelerine talebin arttığı görülmektedir. Isı pompalı çamaşır kurutma makineleri diğer tipteki çamaşır kurutuculara göre en düşük enerji tüketimine sahip olsa da günümüzde enerji kaynaklarının hızla azalması, enerji maliyetlerinin artması beyaz eşya pazarındaki ürünlerin enerji seviyelerinde rekabetçi bir ortam oluşturmuştur. Ayrıca yapılan çalışmalarda enerji tüketim sınıfı düşük kurutucuların yanında müşterilerin en çok 8kg kapasiteye sahip çamaşır kurutma makineleri talep ettiği görülmüştür. Bu veriler neticesinde kapasitesi 8 kg, uygun maliyetli, kurutma çevrimi kısa sürecek olan ısı pompalı çamaşır kurutma makinelerinin enerji verimini arttırmak beyaz eşya üreticileri için önemli bir hale gelmiştir. Bu çalışma kapsamında da ısı pompalı kurutucu sisteminde enerji tüketimini azaltmak için bir kurutma çevriminde kompresör devrinin ve fan hızının enerji tüketimine etkisi incelenmiştir. Deneyler 8 kg, 4 kg, 6 kg olmak üzere 3 farklı yük kapasitesinde gerçekleştirilmiştir. Bu kapasitelerde en optimum noktada fan hızı 2400rpm çıkmış olup, 2200rpm ve 2600rpm motor devrine göre %10'luk enerji kazancı sağlanmıştır. Aynı fan hızında farklı kompresör devirlerinde yapılan testlerde ise kapasiteye bağlı olarak optimum kompresör devrinde farklılıklar çıkmıştır. 4 kg kapasitede 1500rpm, 6 ve 8 kg kapasitede ise 1800rpm'in optimum olduğu görülmüştür.
Tez çalışması dört ana başlıktan oluşmaktadır. İlk bölümde ev tipi çamaşır kurutma makinelerinin genel çalışma prensipleri aktarılmış olup sonrasında literatür araştırmalarına yer verilmiştir. Literatür kısmında çamaşır kurutma makinelerinde enerji verimliliği için hangi tür çalışmalar gerçekleştirildiğine aktarılmıştır. Çalışmalar incelendiğinde ısı pompalı çamaşır kurutma makinelerinde değişken devirli kompresörler ile yapılan sınırlı sayıda araştırma olduğu görülmüştür. Literatür kısmından sonra ise tez hipotezi aktarılmıştır.
İkinci bölümde ise ısı pompalı çamaşır kurutma makineleri hakkında detaylı anlatım yapılmıştır. Burada bu tipteki kurutucuların çalışma prensibi, enerji hesaplaması ve pazardaki kullanım verilerine yer verilmiştir.
Üçüncü bölümde deneysel çalışmalar ve teorik analizler aktarılmış olup dördüncü bölümde de burada çıkan sonuçlar değerlendirilmiştir. 
Anahtar Kelimeler: Çamaşır kurutma makinesi, ısı pompası, değişken devirli kompresör, enerji verimliliği, soğutucu akışkan.

Abstract:
There has been an increase in the use of tumble dryers in recent years, with the increase in urbanization, the narrowing of living spaces and the decrease in people's time to dry their clothes. Tumble dryers have three different technologies: vented, air condensing and heat pump. The most energy efficient of these are the models with a heat pump system. Heat pump dryers are ~3 times more efficient than vented and ~2,5 times more efficient than air condensers. When the market data is analyzed, it is seen that the demand for heat pump tumble dryers has increased. Although heat pump tumble dryers have the lowest energy consumption compared to other types of tumble dryers, the rapid decrease in energy resources and the increase in energy costs have created a competitive environment in the energy levels of products in the white goods market. For this reason, it is important for white goods manufacturers to increase the energy efficiency of heat pump dryers with a laundry drying capacity of 8 kg, a low production cost and a short drying time. In this paper, the effects of compressor speed and fan speed on energy consumption in a drying cycle were investigated in order to reduce energy consumption in the heat pump dryer system. Experiments were carried out in 3 different load capacities: 8 kg, 4 kg, 6 kg. In these capacities, the optimum fan speed was 2400rpm achieved, and 10% energy gain was achieved compared to 2200rpm and 2600rpm engine speeds. In the tests performed at the same fan speed at different compressor speeds, there were differences in the optimum compressor speed depending on the capacity. It was found that 1500rpm for 4 kg capacity and 1800rpm for 6 and 8 kg capacity are optimum.
The thesis consists of four main sections. The first section provides an overview of the general working principles of tumble dryers, followed by a review of the literature. The literature section discusses the studies conducted to improve energy efficiency in tumble dryers. Upon reviewing the studies, it was observed that there are limited research efforts focused on variable-speed compressors in heat pump tumble dryers. After the literature review, the thesis presents the research hypothesis.
The second section provides a detailed explanation of heat pump tumble dryers. It covers the working principles of these dryers, energy calculations, and usage data in the market.
The third section presents experimental studies and theoretical analyses, while the fourth section evaluates the results obtained from these studies.
Keywords: Tumble dryer, heat pump, inverter compressor, energy efficiency, refrigerant.