Chiller Tasarımında Yeni Nesil Düşük GWP’li Soğutucu Akışkanlar ve Free Cooling
Bir proses soğutma sisteminin iklim etkisini iki kalem belirler: soğutucu akışkan kayıplarından kaynaklanan doğrudan emisyonlar ve elektrik tüketiminden kaynaklanan dolaylı emisyonlar. Düşük GWP’li akışkan seçimi ilk kalemi, chiller verimi ve uygun koşullarda dry cooler ile free cooling ikinci kalemi azaltabilir. [1, 6, 7]
GWP neyi ölçer?
GWP₁₀₀, atmosfere salınan 1 kg akışkanın 100 yıllık ısınma etkisini 1 kg CO₂ ile karşılaştırır. Örneğin 1 kg R-454B kaçağı, tabloda kullanılan hesap esasına göre yaklaşık 465 kg CO₂e doğrudan emisyona karşılık gelir. Projenin doğrudan emisyon tahmininde devre şarjı, yıllık kayıp ve ömür sonunda geri kazanılan miktar birlikte değerlendirilir. [1, 6]
HFO, HFC ve doğal seçenekler
HFO, hidrofloroolefinleri, HFC ise hidroflorokarbonları ifade eder. HCFO’lar klor içeren hidroklorofloroolefinlerdir. R-290 propan, R-717 amonyak, R-744 karbondioksittir.
| Akışkan | Aile / bileşim | GWP₁₀₀ | Güvenlik sınıfı |
|---|---|---|---|
| R-1234ze(E) | HFO | 1,37 | A2L |
| R-1233zd(E) | HCFO | 3,88 | A1 |
| R-32 | HFC | 675 | A2L |
| R-454B | HFC/HFO | 465 | A2L |
| R-513A | HFC/HFO | 629 | A1 |
| R-290 | C₃H₈ | 0,02 | A3 |
| R-717 | NH₃ | 0 | B2L |
| R-744 | CO₂ | 1 | A1 |
GWP₁₀₀ değerleri Avrupa Komisyonu’nun chiller tablosundaki hesap esasına göredir. Başka değerlendirme raporları ve mevzuat farklı değerler kullanabilir. A/B, daha düşük/daha yüksek toksisite grubunu gösterir. 1, standart deney koşullarında alev yayılımı olmadığını, 2L düşük yanma hızına sahip yanıcılık alt sınıfını, 3 ise yüksek yanıcılığı belirtir. [1, 2]
HFO ve HCFO. R-1234ze(E), uygun tasarımlı su soğutmalı chillerlerde kullanılan A2L sınıfı bir HFO’dur. Kimyasal olarak HCFO olan R-1233zd(E), A1 sınıfında ve düşük basınçlı santrifüj chillerlerde kullanılan bir seçenektir. Kompresör geometrisi ve çalışma zarfı seçilen akışkana göre doğrulanır. [3, 4]
HFC ve HFC/HFO karışımları. Saf HFC olan R-32 ve HFC/HFO karışımı R-454B, bu akışkanlara özel tasarlanmış bazı hava soğutmalı chillerlerde kullanılır. R-513A, R-134a sınıfındaki bazı chiller platformlarında değerlendirilen A1 seçeneğidir. CEMS Core ST ürün sayfası, seri için R-454B seçeneğini listeler. Sipariş öncesinde modelin seçilen akışkanla çalışma koşullarındaki kapasitesi ve giriş gücü teyit edilmelidir. [3, 8, 9]
Doğal akışkanlar. R-290’da A3 yanıcılık sınıfı, şarj miktarını ve yerleşimi tasarımın başına taşır. Endüstriyel tesislerde kullanılan R-717’de toksisite, malzeme uyumu ve makine dairesi tasarımı öne çıkar. R-744’te bileşenlerin basınç dayanımı ile sıcak havada transkritik çevrimin performansı değerlendirilir. [2, 5, 10]
Dry cooler ile kısmi ve tam free cooling
Dry cooler, su veya su-glikol devresinden aldığı ısıyı dış havaya aktarır. Dış hava dönüş sıvısından yeterince soğuksa, uygun hidrolik bağlantı ve otomasyonla dry cooler dönüşü ön soğutur, chiller kalan yükü karşılar. Dry cooler, gereken çıkış sıcaklığını ve yükün tamamını tek başına karşılayabildiğinde kompresör devreden çıkar. Fan ve pompaların tüketimi yıllık enerji hesabına dahil edilir. [7]
Geçiş sıcaklığı proje için hesaplanır. Dış hava kuru termometre sıcaklığı, hedef sıvı çıkış sıcaklığı, eşanjör yaklaşım farkı ve anlık yük free cooling saatlerini belirler. Glikol oranı, donma koruması, vana sıralaması ve ilave hidrolik kayıplar seçime dahil edilir. Yıl boyunca soğutma isteyen proseslerde, saatlik dış hava ve yük verileriyle yalnız chiller ve chiller + dry cooler senaryolarını aynı koşullarda karşılaştırmak tasarruf potansiyelini gösterir. [7]
Teknik seçimde doğrulanacaklar
Çıkış ve dönüş sıvısı sıcaklıklarını, debiyi, glikol oranını ve yıllık yük profilini tanımlayın. Aynı koşullarda tam ve kısmi yük gücünü, fan ve pompa tüketimini, şarj miktarını ve saha güvenlik gereklerini karşılaştırın. Yeni akışkan seçimini kompresör, yağ, genleşme elemanı ve basınç limitleri için üretici onayıyla doğrulayın. Mevcut cihazda akışkan değişimi ayrıca üreticinin onayladığı bir dönüşüm gerektirir. [2, 3, 5, 6]
AB pazarında, 2024/573 sayılı Tüzüğün Ek IV, 7. maddesi sabit chillerlerin piyasaya arzını düzenler. 1 Ocak 2027’den itibaren GWP eşiği 12 kW’a kadar (dahil) 150, 12 kW üstünde 750’dir. Eşiğe eşit veya üzerindeki florlu sera gazları kapsam dahilindedir. 1 Ocak 2032’den itibaren 12 kW’a kadar sabit chillerlerde kısıtlama florlu sera gazlarının tamamını kapsar. İlgili maddelerde saha güvenliği istisnası bulunur. [11]
Teknik kaynaklar
- European Commission — Climate-friendly alternatives for chillers
- ASHRAE — Refrigerant designations and Standard 34
- ASHRAE Handbook — Liquid-chilling systems
- Trane — Water-cooled centrifugal chillers
- Danfoss — Industrial refrigeration application handbook, ammonia and CO₂
- NREL — Refrigeration Playbook, TEWI
- Trane — Dry coolers and waterside economizing
- CEMS Chiller — Core ST
- Carrier — Air-cooled chillers
- BITZER — R290/R1270 application guide
- EUR-Lex — Regulation (EU) 2024/573, Annex IV, point 7