Soğutma grubu

Soğutucu, buhar sıkıştırmalı, adsorpsiyonlu soğutma veya absorpsiyonlu soğutma çevrimleriyle sıvı soğutucudan ısıyı alan makinedir. Bu sıvı daha sonra ekipmanı soğutmak için ısı değiştiriciden veya başka proses akışından (hava veya proses suyu gibi) dolaştırılabilir. Soğutma, ortama verilmesi gereken veya yüksek verimlilik için ısıtma amacıyla geri kazanılması gereken atık ısı oluşturur.^[1]

Buhar sıkıştırmalı soğutucularda pekçok kompresör tipi kullanılır. Günümüzde en yaygın kompresörler, hermetik kaydırmalı, yarı-hermetik vidalı veya santrifüjlü kompresörlerdir. Soğutucunun yoğuşmalı tarafı hava veya su soğutmalı olabilir. Sıvı soğutmalı olsa bile, soğutucu genellikle indüksiyonlu veya fanlı çekişli soğutma kulesi tarafından soğutulur. Absorbsiyonlu ve adsorbsiyonlu soğutucuların çalışması için bir ısı kaynağı gerekir.^[2][3]

Soğutulmuş su, orta ve büyük ölçekli ticari, endüstriyel ve kurumsal tesislerde havayı soğutmak ve nemini almak için kullanılır. Su soğutmalı soğutucular sıvı soğutmalı (soğutma kuleleri aracılığıyla), hava soğutmalı veya buharlaşmalı soğutucu olabilir. Su veya sıvı soğutmalı sistemler, hava soğutmalı sistemlere göre verimlilik ve çevresel etki avantajları sağlar.^[4]

İklimlendirme sistemlerinde, bir klima veya soğutma tesisindeki soğutucudan gelen soğutulmuş soğutucu (genellikle etilen glikol) ile karıştırılmış soğuk su, hava işleyicilerdeki veya havayı kendi alanlarında soğutan diğer tip terminal cihazlardaki ısı eşanjörlerine veya serpantinlere dağıtılır. Su daha sonra yeniden soğutulmak üzere yeniden soğutucuda dolaştırılır. Bu serpantinler (soğutma bobinleri), hissedilir ısıyı ve gizli ısıyı havadan soğutulmuş suya aktarır böylece havayı soğutur ve genellikle nemini alır. İklimlendirme uygulamalarına yönelik tipik bir soğutma grubunun gücü 50 kW (170 bin BTU/sa) ila 7 MW (24 milyon BTU/sa) arasındadır ve en az iki üretici (York International ve LG) 21 MW (72 milyon BTU/sa)'a kadar kapasiteye sahip soğutma grupları üretebilir.^[5][6]

Soğutulan suyun sıcaklığı (soğutucudan çıkan) uygulama ihtiyacına göre genellikle 1 ila 7 °C (34 ila 45 °F) arasında değişir. Genellikle soğutucu suyu 12 °C'de (giriş sıcaklığı) alır ve 7 °C'ye (çıkış sıcaklığı) kadar soğutur.^[7]

İklimlendirme sistemlerine ait soğutucuların çalışmadığı veya onarımı ya da değiştirilmesi gerektiğinde, soğutulmuş su sağlamak için acil durum soğutucuları kullanılabilir. Kiralık soğutma grupları, şantiyeye hızlı şekilde yerleştirilebilmeleri için römork üzerine konulur. Kiralık soğutucular ve iklimlendirme sistemleri arasında bağlantı yapmak için büyük soğuk su hortumları kullanılır.^[8]

Endüstriyel uygulamalarda, soğutucudan gelen soğuk su veya diğer soğutucu sıvı, proses veya laboratuvar ekipmanlarına pompalanır. Endüstriyel soğutucular, çok çeşitli endüstrilerde ürünlerin, mekanizmaların ve fabrika makinelerinin kontrollü soğutulmasında kullanılır. Genellikle plastik endüstrilerinde, enjeksiyon ve üfleme kalıplamada, metal işleme kesim yağlarında, kaynak ekipmanlarında, basınçlı döküm ve makine takımlarında, kimyasal işlemede, ilaç formülasyonunda, gıda ve içecek işlemede, kağıt ve çimento üretiminde, vakum sistemlerinde, X-ışını kırınımında, güç kaynaklarında ve gaz türbini güç üretim istasyonlarında, analitik ekipmanlarda, yarıiletkenlerde, basınçlı havanın ve gazların soğutulmasında kullanılır. Ayrıca hastanelerde, otellerde ve kampüslerde MRI makineleri ve lazerler gibi yüksek sıcaklığa sahip özel ürünleri soğutmak için de kullanılır.

Endüstriyel uygulamalar için soğutucular, tek bir soğutucunun birden fazla soğutma ihtiyacını karşıladığı merkezi veya her uygulama veya makinenin kendi bağımsız soğutucuya sahip olduğu şekilde olabilir. Her yaklaşımın kendine göre avantajları vardır. Özellikle bazı uygulamalar için soğutma gereksinimi aynıysa ancak hepsi için değilse, hem merkezi hem de bağımsız soğutucuları kullanmak da mümkündür.

Soğuk su, orta ila büyük ölçekli ticari, endüstriyel ve kurumsal (CII) tesislerde havayı soğutmak ve nemini almak için kullanılır. Sıvı soğutucular sıvı soğutmalı, hava soğutmalı veya buharlaştırıcı soğutmalı olabilir.

Su veya sıvı soğutmalı soğutucularda, hava soğutmalı soğutuculara kıyasla soğutucuların termodinamik verimini artıran soğutma kulesi kullanılır. Bunun nedeni, daha yüksek, bazen çok daha yüksek olan kuru ampul sıcaklığından ziyade havanın ıslak ampul sıcaklığında veya yakınında ısı atılmasıdır. Buharlaştırıcı soğutmalı soğutucular, hava soğutmalı soğutuculardan daha çok ancak sıvı soğutmalı soğutuculardan daha az verimlidir.

Sıvı soğutmalı soğutucular genellikle iç mekanda kurulum ve çalıştırma için tasarlanır ve ayrı bir yoğunlaştırıcı (kondenser) su devresince soğutulur ve atmosfere ısı vermek için dış mekandaki soğutma kulelerine bağlanır.

Hava soğutmalı ve buharlaştırmalı soğutucular dış mekanda kurulum ve çalıştırma için tasarlanmıştır. Hava soğutmalı makineler, atmosfere ısıyı atmak için doğrudan makinenin kondenser bobininden mekanik olarak dolaştırılan ortam havasıyla soğutulur. Buharlaştırıcı soğutmalı makineler benzerdir, ancak kondenser soğutmasına yardımcı olmak için kondenser bobininin üzerine su sisi uygular. Bu ise makineyi geleneksel hava soğutmalı makineden daha verimli yapar. Bu tür paket hava soğutmalı veya buharlaştırıcılı soğutucuların hiçbirinde genellikle uzak soğutma kulesine gerek olmaz.

Mümkün olduğunda, yakındaki su kaynaklarından kolayca alınan soğuk su, soğutma kulelerinin suyunu değiştirmek veya tamamlamak için kullanılabilir. Toronto, Kanada'daki derin su kaynaklı soğutma sistemi bunun bir örneğidir. Soğutucuları soğutmak için soğuk göl suyunu kullanır, bu ise bölgesel soğutma sistemiyle şehir binalarını soğutmada kullanılır. Geri dönüş suyu, bu soğuk iklimde arzu edilen şehrin içme su kaynağını ısıtmak için kullanılır. Soğutucunun ısı atımı, soğutma işlevine ek olarak üretken bir amaç için kullanılabildiğinde, çok yüksek ısıl verim mümkündür.

Buhar sıkıştırmalı soğutucu genellikle dört tip kompresörden birini kullanır: Pistonlu sıkıştırma, kaydırmalı sıkıştırma, vidalı sıkıştırma ve santrifüjlü sıkıştırma

Bu kompresörlerin hepsi elektrik motoru, buhar veya gaz türbini tarafından çalıştırılabilen mekanik makinelerdir. Yarı hermetik veya hermetik yapılandırmada elektrik motorları kullanmak, elektrik motorları yakıt beslemesi veya egzoz havalandırması gerektirmeden soğutucu tarafından etkili ve kolaylıkla soğutulabildiğinden ve motor soğutucu içinde çalışabildiğinden dolayı mil contalarına gerek olmadığından kompresörleri çalıştırmanın en yaygın yöntemidir. Bu ise bakımı, sızıntıları, işletme maliyetlerini ve duruş süresini azaltır, ancak bazen açık kompresörler de kullanılır.

Soğutma, buhar sıkıştırma da denen ters Rankine çevrimi yoluyla yapılır. Buharlaştırıcı soğutma ısı atımıyla, performans katsayıları (COP) genelde 4,0 veya üzerinde olup çok yüksektir.

COP ${\displaystyle ={\frac {\text{Soğutma gücü}}{\text{Giriş gücü}}}}$

Mevcut buhar sıkıştırmalı soğutucu teknolojisi, buhar sıkıştırma denen "ters Rankine" çevrimine dayanır.

Lütfen soğutucu sisteminin temel bileşenlerini ana hatlarıyla gösteren yandaki şemaya bakınız.

Soğutucunun temel bileşenleri:

Soğutma kompresörü esasen soğutucu gazın pompasıdır. Kompresörün kapasitesi ve dolayısıyla soğutucu soğutma kapasitesi kilovat giriş (kW), beygir gücü girişi (HP) veya hacimsel akış (m³/h, ft³/h) olarak ölçülür.

Soğutucunun gaz sıkıştırma mekanizması, kompresörler arasında farklıdır ve herbirinin kendine özgü uygulaması vardır. Çoğu soğutma kompresörü, pistonlu, kaydırmalı, vidalı veya santrifüjlüdür. Bunlar elektrik motoru, buhar türbini veya gaz türbini ile tahrik edilebilir. Kompresörlerin entegre veya açık tahrikli motoru olabilir. Bu ise başka mekanik bağlantıya imkan verir. Kompresörler ayrıca hermetik (kaynaklı kapalı) veya yarı hermetik (birbirine cıvatalanmış) olabilir.

Son yıllarda, değişken hızlı tahrik (VSD) teknolojisinin kullanılması buhar sıkıştırmalı soğutucuların verimliliğini artırmıştır. İlk VSD, 1970'lerin sonlarında santrifüjlü kompresör soğutucularına uygulanmış ve enerji maliyeti arttıkça da standart uygulama olmuştur. Artık, VSD'ler döner vidalı ve kaydırma teknolojili kompresörlere de uygulanmaktadır.

Yoğuşturucular hava soğutmalı, sıvı soğutmalı veya buharlaştırıcı tip olabilir. Yoğuşturucu, ısının soğutucu gazdan suya veya havaya geçmesine izin veren ısı eşanjörüdür. Hava soğutmalı yoğuşturucular bakır borulardan (soğutucu akışı için) ve alüminyum kanatlardan (hava akışı için) üretilir. Her yoğuşturucunun farklı malzeme maliyeti ve verimi vardır.

Buharlaştırıcı soğutmalı tip yoğuşturucularda, performans katsayıları (COP) çok yüksektir; tipik olarak 4,0 veya üstüdür. Hava soğutmalı yoğuşturucular dışarıda çalıştırılır ve genellikle elektrikli fanlar kullanılarak yoğuşturucudan geçen dış ortamdaki hava akımı ile soğutulur. Su veya sıvı soğutmalı yoğuşturucular genellikle soğutma kulesi tarafından soğutulan su ile soğutulur.

Genleşme cihazı (Termal genleşme valfi (TEV)) veya soğutucu ölçüm cihazı (RMD), sıvı soğutucu akışını kısıtlayarak soğutucunun bir kısmını buharlaştıran basınç düşümüne neden olur. Bu buharlaşma ise yakındaki sıvı soğutucudan ısıyı emer. RMD, buharlaştırıcının hemen önüne yerleştirilir, böylece buharlaştırıcıdaki soğuk gaz buharlaştırıcıdaki sudan ısıyı emebilir. Buharlaştırıcı çıkış tarafında, RMD'nin soğutucu akışını soğutucu tasarım gereksinimine göre düzenlemesine olanak tanıyan bir RMD sensörü vardır.

Buharlaştırıcılar plaka tipi veya gövde ve boru tipi olabilir. Buharlaştırıcı, ısı enerjisinin su akışından soğutucu gaza geçmesine izin veren bir ısı eşanjörüdür. Kalan sıvının gaza dönüşmesi sırasında, soğutucu sıcaklığı değiştirmeden büyük miktarda ısı emebilir.