Merkezi Doğrudan Genleşmeli Sistem
Bu sistemler, HFC kullanılan orta ve düşük sıcaklıklı doğrudan genleşmeli sistemlerdir (örnek olarak donmuş ve soğuk teşhir kabinleri verilebilir).
Merkezi DX çözümü, tamamen iki ayrı sistemden (LT ve MT) oluşur ve günümüzde Avrupa’daki süpermarketlerde birlikte kullanılmaktadır. Her sistem, üç ila sekiz arasında yarı hermetik pistonlu veya sarmal (scroll) kompresörden oluşan merkezi bir çoklu kompresör paketi kullanır. Bu paket, merkezi bir makine dairesinde bulunur ve dış hava soğutmalı bir kondensere bağlanır.
Yüksek basınçlı sıvı soğutucu akışkan, genellikle bir sıvı deposu aracılığıyla mağazadaki kabinleri (şemada gösterilmemiştir) besler. Soğutucu buhar ise emme hattı üzerinden kompresör ünitesine geri döner.
Kondanser basıncı, genellikle hava akımı değiştirilerek kontrol edilir. Bu sayede, dış hava sıcaklığı düşük olduğunda, yoğuşma basıncı genleşme vanası kontrolü ile uyumlu şekilde mümkün olduğunca düşük tutulur. Hava soğutmalı buhar sıkıştırma devresinde minimum yoğuşma sıcaklığı genellikle 20 °C kabul edilir.
Süpermarket sistemlerinde soğutucu kaçak oranı, ülkeler arasında önemli ölçüde değişkenlik gösterir ve sistemin kurulum kalitesine bağlıdır. İyi tasarlanmış sistemlerde bile her zaman, yılda sistem şarjının yaklaşık %2 ila %3’ü kadar hafif soğutucu akışkan sızıntısı olması beklenir.
Nadir de olsa, bazı sistemlerde soğutucu şarjının tamamının kaybıyla sonuçlanan ciddi kaçaklar (felaketler) meydana gelebilir. Avrupa’da yeni bir tipik R404A DX soğutma sistemi için, yıllık ortalama soğutucu kaçağı %15 olarak kabul edilir. Bazı ülkelerde bu oran daha düşük olabilirken, teknik beceri düzeyinin değişkenliğine bağlı olarak bazı yerlerde bu oran daha yüksek olabilir.
Soğutma sistemlerinde en yaygın sızıntı noktaları şunlardır:
- Kapama / küresel / hat delme vanaları
- Rakor bağlantıları ve mekanik ek parçalar
- Basınç tahliye vanaları ve eriyebilen tıkaçlar
- Kondenserler
- Basınç anahtarları
- Kılcal borular
- Evaporatör ve kondenser üzerindeki “U” bağlantılar
Dağıtılmış Doğrudan Genleşmeli Sistem
Bu sistem, kompresörün genellikle kondensere bitişik bulunması ya da kondenser kabini içinde yer alması dışında, merkezi doğrudan genleşmeli sistemlere oldukça benzer.
Merkezi bir makine odası yerine, çok sayıda küçük kompresör, kendi kondenser kabinlerinin içine monte edilmiştir. Bu kondenser kabinleri genellikle çatılara monte edilir. Her kabinin yerleşiminde, boru hatlarının çok uzun olmamasına dikkat edilir.
Kondenser kabinleri fabrika montajlı olduğundan, sistemin kurulumu daha kolaydır. Bu sayede kontrol sistemleri daha verimli çalışabilir, üretim süreci daha hızlı, güvenli ve ekonomik hale gelir.
Ayrıca, daha küçük boru çapı kullanıldığından dolayı soğutucu akışkan şarjı ve kaçak seviyesi de azalmaktadır.
Ancak bu sistemler, yerleşim düzeni ve bina yapısına bağlı olarak her zaman pratik ve uygulanabilir olmayabilir.
Kademeli (Kaskad) Sistem
Bu teknolojide, düşük sıcaklık ve orta sıcaklık kademeleri ayrı soğutma devreleri olarak kullanılan bir merkezi HFC doğrudan genleşmeli sistem bulunmaktadır.
Düşük sıcaklık devresi, düşük yoğuşma sıcaklığına sahiptir. Bu sayede, R744 (CO₂) kullanılarak, aşırı basınç oluşmadan kritik altı çalışma koşulları sağlanabilir.
Bu sistemde karşılaşılan zorluklar, geleneksel soğutucu akışkanlı sistemlerle temelde çok farklı değildir. Tahliye basıncı yaklaşık 30–35 bar civarındadır ve bu değer, soğutma boru hatları ile parçaları için geçerli olan tipik tasarım sınırları (genellikle 40 bar) içerisinde kalmaktadır.
Doğrudan genleşmeli sistemlerle kıyaslandığında, kaskad sistemlerde kullanılan ısı değiştirici (eşanjör) nedeniyle enerji veriminde bir miktar kayıp oluşur. Bu da, istenen verimliliği elde edebilmek için ek bir sıcaklık farkı gerekliliğini doğurur.
Dolaylı Soğutmalı Orta Sıcaklık (MT) Sistemler
Soğutma, orta sıcaklık kademesinde (MT), süpermarketin çeşitli alanlarına ikinci bir soğutucu akışkan ile dağıtılır. Düşük sıcaklıklı (LT) düzenlemeler ise daha önce açıklanan kademeli (kaskad) sistem ile aynıdır.
Isı, soğuk kabinlerden, orta sıcaklık evaporatörüne veya bir ısı değiştiricisine, glikol ya da benzeri ikincil soğutucu akışkanlar aracılığıyla taşınır.
Isı değiştiriciler, paket tipi hava soğutmalı kondenserli kabinler kullanıldığında genellikle kompresöre yakın bir noktaya yerleştirilir. Bu paketler, fabrika montajlı cihazlar olup, iklimlendirme sistemlerindeki su soğutma gruplarına benzer şekilde tasarlanır.
Fabrika üretimi sayesinde, sistemdeki soğutucu akışkan şarjı ve kaçak oranı önemli ölçüde azalır.
Pompa Gereksinimi ve Enerji Tüketimi
Dolaylı soğutmalı sistemlerde, ikincil soğutucu akışkanın süpermarket içerisinde dolaşımı için ilave pompa kullanımı gereklidir. Bu pompalar, ısı değiştiricideki basınç kaybını karşılamak amacıyla sisteme entegre edilir.
Ayrıca, orta sıcaklık (MT) evaporatöründen ısıyı istenen şekilde aktarabilmek için evaporatör sıcaklığının daha düşük seçilmesi gerekir. Bu durum, sistem genelinde kompresör enerji tüketimini artırır.
Genel kabul gören tasarım kriterlerine göre:
- Orta sıcaklık (MT) evaporatör sıcaklığı: -10 °C
- Isı değiştirici sıcaklık farkı: 5 K
Bu fark, verim açısından dikkate alınması gereken önemli bir parametredir.
Karbondioksitli (R744) Güçlendirilmiş Kritik Üstü Sistem
Bu sistem modelinde, hem orta sıcaklık (MT) hem de düşük sıcaklık (LT) uygulamaları için aynı R744 (CO₂) çevrimi kullanılır.
Düşük sıcaklık (LT) kompresörleri, buhar basıncını artırmak amacıyla güçlendirici (booster) olarak çalışır ve bu sayede soğutucu buhar, orta sıcaklık (MT) evaporatörleri seviyesine çıkarılır.
Bu sistemde, kademeli (kaskad) bir yapı olmadan yalnızca CO₂ ile çalışan bir soğutma çevrimi söz konusudur. Booster kompresörler, LT çevriminde buharlaşan CO₂’yi önce MT seviyesine sıkıştırır, ardından MT kompresörleri ile sistemin genel basıncı yönetilir.
Bu tip sistemlerde çalışma koşulları genellikle kritik üstü (transkritik) aralıkta gerçekleştiğinden, kondenser yerine gaz soğutucu (gas cooler) kullanılır. Gaz soğutucu, dış hava koşullarına bağlı olarak, CO₂’yi süperkritik bölgeden çıkartacak kadar soğutur.
Bu sistemlerin avantajları:
- Çevre dostudur: CO₂’nin küresel ısınma potansiyeli (GWP) çok düşüktür (GWP = 1).
- Yüksek ısı transfer katsayısı sayesinde verimli ısı değişimi sağlar.
- Kompakt boru çapları ile daha az malzeme kullanımı.
Zorluklar:
- Yüksek çalışma basınçları (bazı noktalarda 90+ bar’a çıkabilir)
- Transkritik çalışma koşullarının kontrolü, klasik sistemlere göre daha karmaşıktır
- Sıcak iklimlerde verim düşebilir, bu durumda alt soğutmalı hibrit çözümler tercih edilebilir.
Transkritik R744 (CO₂) Sistemlerde Yüksek Ortam Sıcaklıklarında Çalışma Prensibi
Ortam sıcaklığı yaklaşık 23 °C’nin üzerine çıktığında, R744 kompresörünün basma hattı basıncı 74 barı geçer. Bu koşullarda, kondenser artık klasik anlamda yoğuşturucu olarak çalışmaz; bunun yerine, gaz soğutucu (gas cooler) olarak görev yapar.
Gaz soğutucu, soğutucu akışkanın sıcaklığını düşürür, ancak bu akışkan sıvı fazına geçmeden sistemden ayrılır; yani süperkritik gaz hâlindedir.
Soğutulmuş bu süperkritik gaz, bir basınç düşürme vanasına yönlendirilir. Bu noktada:
- Gazın bir kısmı yoğunlaşır (sıvı fazına geçer),
- Diğer kısmı ise hâlâ gaz halinde kalır.
Bu sıvı-gaz karışımı, yaklaşık 35–40 bar civarında bir basınca sahip olan ve üzerinde emniyet valfi bulunan bir flashing (kaynama) ayırma tankına girer. Bu tankta:
- Sıvı faz ara basınçtaki sıvı hattı üzerinden hem orta sıcaklık (MT) hem de düşük sıcaklık (LT) kabinlerine yönlendirilir.
- Gaz fazı ise, bir ilave genleşme valfi yardımıyla orta sıcaklık (MT) kompresörlerinin emme hattına gönderilir.
Bu sistemdeki kaynar gaz ayırma prosesi, özellikle sıcak iklimlerde kompresör verimini artırmak için etkili bir yöntemdir. Kompresörün emme sıcaklığının düşürülmesiyle, sistemin genel enerji verimliliği artırılabilir.
