Yeni nesil soğutucu akışkanların enerji, ekserji ve LCCP perspektifinde analizi
Analysis of new generation refrigerants in energy, exergy and LCCP perspective
Yazar: MERVE ÖZER ŞİMŞEK
Danışman: DOÇ. DR. ALPER ERGÜN ; PROF. DR. MUSTAFA AKTAŞ
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Geçmişten günümüze süregelen soğutma ihtiyacında ve soğutma sistemlerinde kullanılan soğutucu akışkanlarda zaman içerisinde çeşitli değişimler ortaya çıkmıştır. Soğutma sistemlerinde kullanılan soğutucu akışkanların iklim değişikliğine, ozon tabakasına ve küresel ısınmaya ciddi etkileri olduğu bilinmektedir. Bu etkileri azaltmak için son yıllarda çeşitli yasal düzenlemeler ve çalışmalar yapılmıştır. İklim değişikliği üzerindeki bu olumsuz etkileri azaltmak için düşük küresel ısınma potansiyeline sahip, çevre dostu yeni nesil soğutucu akışkanlara ihtiyaç duyulmuştur. 
Bu çalışmada, Genetron Properties programı kullanılarak buhar sıkıştırmalı bir soğutma çevrimi sistemi tasarlanmış R404A soğutucu akışkanına alternatif olarak düşünülen R410A ve yeni nesil soğutucu akışkan olan R1234yf soğutucu akışkanlarının enerji, ekserji ve yaşam döngüsü iklim performansı (LCCP) teorik olarak incelenmiştir.  Soğutucu akışkanlar dört farklı buharlaşma sıcaklığında (-30,-15, -5, 0°C) ve sabit kondenser sıcaklığında (50°C) test edilmiştir. Çalışmanın sonunda R410A ve R1234yf soğutucu akışkanlarının kompresör enerji tüketimlerinin birbirine çok yakın ve R404A soğutucu akışkanına göre yaklaşık %7 daha düşük olduğu tespit edilmiştir. En yüksek COP değeri R1234yf olarak belirlenmiştir. -30°C'de en düşük ekserji verimi R404A soğutucu akışkanına aittir. R1234yf soğutucu akışkanın -15°C'den itibaren en yüksek ekserji verimine sahip olduğu görülmüştür. LCCP yöntemi ile hesaplanan kgCO₂ eşd. emisyon değerlerinde CO₂ emisyonu yüksek olan soğutucu akışkanın R404A, en düşüğün ise R1234yf olduğu tespit edilmiştir.
Bu çalışmada görüldüğü gibi soğutma sistemlerinde küresel ısınma potansiyel oranı düşük soğutucu akışkanların kullanılması CO₂ azaltımı için tek çözüm olamaz. Ancak sistemin verimliliğinin artırılması ve enerji tüketiminden kaynaklanan dolaylı emisyonların azaltılması için çevre dostu enerji kaynaklarının (rüzgâr, güneş enerjisi vb.) kullanılması CO₂'nin azaltılmasında daha etkin rol oynamaktadır.

Abstract:
Over time, there have been various changes in the cooling requirements and the refrigerants used in cooling systems. It is well-known that the refrigerants employed in these systems have significant impacts on climate change, the ozone layer, and global warming. In recent years, several legal regulations and studies have been conducted to mitigate these effects. To minimize the adverse effects on climate change, it became necessary to utilize environmentally friendly refrigerants of the new generation with low global warming potential.
In this study, a vapor compression refrigeration cycle system is designed using the Genetron Properties program to investigate the energy, exergy, and life cycle climate performance (LCCP) of R410A and the new generation refrigerant R1234yf, which are considered as alternatives to the R404A refrigerant. Theoretical analysis is conducted to evaluate these refrigerants. The refrigerants are tested at four different evaporation temperatures (-30, -15, -5, and 0°C), while maintaining a constant condenser temperature of 50°C. At the end of the study, it was determined that the compressor energy consumption of R410A and R1234yf refrigerants is very close to each other and approximately 7% lower than that of the R404A refrigerant. The highest COP value was determined as R1234yf.
At -30°C, the lowest exergy efficiency was calculated for the R404A refrigerant. It was observed that R1234yf refrigerant had the highest exergy efficiency starting from -15°C. When calculating the equivalent kgCO₂ emissions using the life cycle climate performance (LCCP) method, it was determined that the R404A refrigerant had the highest CO₂ emissions, while R1234yf had the lowest emissions. As seen in this study, the use of refrigerants with low GWP ratio in cooling systems cannot be the sole solution for CO₂ reduction. However, increasing the efficiency of the system and reducing direct emissions from energy consumption, and using environmentally friendly energy sources (such as wind, solar energy, etc.) play a more effective role in reducing CO₂.