KASKAD SOĞUTMA SİSTEMLERİ

Bazı özel endüstriyel ve laboratuvar uygulamalarında çok düşük sıcaklıklara ihtiyaç duyulur. Tek bir buhar sıkıştırmalı
mekanik çevrim ile bu sıcaklığı elde etmek oldukça zor ve ekonomik açıdan avantajlı değildir. İki kademeli soğutma
sistemlerinde kompresörlerde harcanan enerji az ve kompresör çıkış sıcaklığı daha düşüktür. EER değeri tek kademeli
sistemlere göre daha fazla, fakat ilk kuruluş maliyetleri yüksektir. Kondenserdeki yoğuşma basıncı ile evaporatördeki
buharlaşma basıncı arasındaki fark büyük olduğu için bu tür sistemlerde kullanılan kompresörlerin sıkıştırma oranları
da çok yüksek olmaktadır. Sıkıştırma oranı arttıkça kompresörlerin verimi çok düşmekte ve enerji harcamaları aşırı
derecede artmaktadır. Ayrıca kompresör maliyetleri yükselmektedir.Şekil 3.59’da soğutucu akışkan olarak R-134a ve R-404A kullanılan iki kademeli soğutma çevrimi gösterilmektedir.
İki kademeli soğutma sistemi iki ayrı buhar sıkıştırmalı mekanik soğutma sistemlerinden oluşmaktadır. Birinci
kademedeki soğutma sisteminin (R-134a) evaporatörü, ikinci kademe sistemin (R-404A) kondenseri olmaktadır (ısı
değiştirici). Dolayısıyla ikinci kademe sistemin kondenser yoğuşma sıcaklığı düşürülmekte, sonuçta ikinci kademe
soğutma sisteminin evaporatöründe -50°C sıcaklığına daha kolay ulaşılmaktadır.Yukarıda verilen iki kademeli kaskad soğutma sisteminde (R-134a/R-404A) harcanan enerji; birinci kademe kompresörü, ikinci kademe kompresörü, birinci kademe kondenser fanı ve ikinci kademe evaporatör fanında tüketilen
enerjilerinin toplamına eşittir. Soğutma kapasitesinin ikinci kademe evaporatörde elde edilen soğutma enerjisine eşit
olduğu bilindiğine göre EER değeri aşağıda verilen eşitlikle hesaplanır.
EER =
Qevap II
Qkomp I + Qkomp II + Qevap fanı II + Qkondens fanı I
Ayrıca soğutucu akışkanların fiziksel ve termodinamik özelliklerine göre iki kademeli soğutma sistemi kullanılması
kaçınılmaz hale gelmektedir. Özellikle son zamanlarda çevresel kaygılarla yeniden kullanılmaya başlanılan karbondioksitli sistemlerin yaygınlaşması kaskad soğutma sistemlerini ön plana çıkarmaktadır. Şekil 3.60’da görüldüğü gibi
karbondioksit kullanılan kaskad bir soğutma sisteminde; birinci kademede amonyak, R-404A, R-134a vb. akışkan
kullanılabilmektedir. Birinci kademe soğutma sisteminin kondenser yoğuşma sıcaklığı 40°C ve evaporatör buharlaşma sıcaklığı ise -10°C olmaktadır. İkinci kademe CO2 tarafını ifade etmekte, kondenser yoğuşma sıcaklığı -5°C ve
evaporatör buharlaşma sıcaklığı -25°C verilmektedir. Isı değiştiricideki sıcaklık farkı 5°C olmaktadır. EEV elektronik
genleşme valfini ifade etmektedir.