Ders 10 · Bölüm 1: Soğuk su makineleri — kompresör tipleri, yaklaşım sıcaklığı, alçak basınç, absorpsiyon

Büyük bir hastaneyi ya da alışveriş merkezini tek tek klimalarla serinletmek, bir orduyu çay kaşığıyla doyurmaya benzer. Büyük binalar bunun yerine soğuk su üretir ve bu suyu borularla her kata gönderir. Bu bölüm, Ders 10'un (Ticari iklimlendirme) ilk bölümü: soğuk su üreten makineleri, yani chiller'ları anlatıyor. Sayılar ders notlarındaki gibi.

Soğuk su makinesi ne yapar?

Chiller, binada dolaşan suyu soğutan dev bir buzdolabıdır. Tipik tasarımda binaya 45 °F (7,2 °C) su gider, 55 °F (12,8 °C) olarak döner; yani bina suya yaklaşık 10 °F ısı ekler. Soğutucu yaklaşık 38 °F'ta kaynar, su soğutmalı kondenserde yaklaşık 105 °F'ta yoğuşur. İki büyük aile vardır: basınç farkını kompresörle yaratan sıkıştırmalı chiller ve bu işi tuz çözeltisiyle yapan absorpsiyonlu chiller. Yük gün boyu değiştiği ve aşınmanın çoğu kalkışta olduğu için sık dur-kalk yerine kapasite düşürülür; makine bazen yalnız yüzde 15–20 kapasiteyle çalışır.

Dört kompresör tipi

Pistonlu kompresörler yaklaşık ½ ile 150 hp arasındadır ve 16 silindire kadar çıkar. Sekiz silindirli 100 tonluk makinede her silindir 12,5 ton taşır; silindirler çift çift boşaltılınca 100, 75, 50 ve 25 tonluk kademeler oluşur. Yağın geri dönmesi için gaz akmalıdır, bu yüzden kompresör genelde yüzde 25–50'den aşağı boşaltılmaz. Scroll kompresörler 10–25 ton boyundadır ve aç-kapa ile kademelenir. Vidalı kompresörler 50–700 tondur ve sürgülü valfle yüzde 10 ile 100 arasında kesintisiz ayarlanır. Santrifüj kompresör dev bir fan gibidir, bazıları 30.000 rpm'e çıkar. Basma basıncı çok yükselirse gazı itemez ve 'surge' denen yüksek bir ıslık duyulur.

Evaporatör ve yaklaşım sıcaklığı

Kuru tip (direkt genleşmeli) evaporatörde su boruların dışında dolaşır; yaklaşık 100–150 tona kadar kullanılır ve kirlenince yalnız kimyasalla temizlenir. Islak tipte (flooded) su boruların içinden geçer, borular soğutucuya gömülüdür ve fırçayla temizlenebilir, ama çok daha fazla gaz ister. Yaklaşım sıcaklığı, çıkan su ile kaynayan soğutucu arasındaki farktır: iki geçişte yaklaşık 7 °F, tek geçişte 8 °F, üç geçişte 5 °F, dört geçişte 3–4 °F. Borular kirlendikçe fark büyür. Su tarafı 150 ya da 300 psig'e dayanır. Her 1 ft su sütunu 0,433 psig basınç yapar; 300 psig'lik chiller üstünde en fazla 693 ft su, yani yaklaşık 58 kat taşıyabilir.

Kondenser ve aşırı soğutma

Su soğutmalı kondenser genelde 85 °F (29,4 °C) su alır, 95 °F verir ve soğutucuyu yaklaşık 105 °F'ta yoğuşturur; yaklaşım 10 °F'tır. Ayrı bir aşırı soğutma devresi sıvıyı 105 °F'ın altına indirir ve her 1 °F için yaklaşık yüzde 1 kapasite kazandırır: 300 tonluk makinede 10 °F aşırı soğutma yaklaşık 30 ton demektir. Hava soğutmalı kondenser kuleye gerek bırakmaz ama giren havadan 20–30 °F daha sıcakta yoğuşturur. R-134a'lı makinede su soğutmalıda basma yaklaşık 135 psig iken, 95 °F günde hava soğutmalıda 157 ile 185 psig arasıdır.

Alçak basınçlı chiller ve tahliye ünitesi

Alçak basınçlı chiller'lar R-11, R-113 ya da yenilerde R-123 kullanır ve santrifüj kompresörlüdür. Çalışırken alçak taraf vakumdadır; bir conta kaçırınca gaz dışarı değil, hava içeri girer. Hava yoğuşmaz, kondenserin tepesine toplanıp basma basıncını yükseltir; nemle birleşince motor sargısına saldıran hafif bir asit oluşturur. Tahliye ünitesi (purge) kondenserin tepesinden örnek alır: yoğuşan kısım soğutucudur ve geri döner, yoğuşmayan hava dışarı atılır. Sayaç sık artıyorsa makinede kaçak vardır. Gövdeyi korumak için alçak tarafta 15 psig'de patlayan bir rüptür diski bulunur.

Absorpsiyon: ısıyla soğutmak

Absorpsiyonlu chiller kompresör yerine ısı kullanır: buhar, sıcak su ya da gaz alevi. Soğutucusu sudur. Su, 0,248 inç Hg mutlak (0,122 psia) basınçta 40 °F'ta kaynar; ama bir pound su 2444 ft³ buhar çıkardığı için kompresörle emmek imkânsızdır. Bu işi tuz yapar: nemli günde ıslanan tuz tanesi gibi, yaklaşık yüzde 60 lityum bromür ve yüzde 40 sudan oluşan çözelti su buharını yutar. Sulanan çözelti kaynatıcıya pompalanır, su buharı ayrılıp kondenserde yoğuşur ve döngü sürer. Çözelti fazla koyulaşırsa kaya tuzu gibi kristalleşip akışı tıkar; çok soğuk kule suyu ve tam yükte elektrik kesintisi başlıca nedenlerdir.

Sahada neden önemli?

Kalkış akımı: Büyük motor kalkışta tam yük akımının yaklaşık beş katını çeker (200 A'lik motor 1000 A); yıldız-üçgen yolverme bunu yaklaşık yüzde 33'e, elektronik yumuşak yolverici 100 A'e indirir.

Koruma ayarları: Aşırı yük rölesi tam yükün yüzde 105'inde (200 A'de 210 A) açar; tekrar kalkış zamanlayıcısı santrifüjlerde çoğu zaman 30 dakika bekletir; gerilim dengesizliği en fazla yüzde 2 olmalıdır.

Can güvenliği: Yolverici kapağı açıkken motor asla çalıştırılmaz; içerideki bir arıza erimiş metali kapıya doğru püskürtebilir.

Ek malzeme

Bu bölümün ek malzemesi: ders notlarından üretilen özet, sohbet ve test.

Mini test

1) Binaya giden ve dönen tipik soğuk su kaç °F? — 45 °F gider, 55 °F döner. 2) Su soğutmalı kondenserin tipik yaklaşımı? — 10 °F (95 °F su, 105 °F yoğuşma). 3) Aşırı soğutma kapasiteyi ne kadar artırır? — Her 1 °F için yaklaşık yüzde 1. 4) Alçak basınçlı chiller kaçak yapınca ne olur? — Vakum yüzünden içeri hava girer. 5) Absorpsiyonlu makinede soğutucu nedir? — Su; emici lityum bromür çözeltisidir.

Bir sonraki bölüm: Soğutma kuleleri ve pompalar; yaş termometre, blöf, kavitasyon.

Ders notu: Bu bölüm, HVACR Dersleri dizisinin 10. dersinin 1. bölümüdür. İçerik temel HVAC/R ders notlarından derlenmiştir; sayılar oradaki gibi bırakılmış, saha yorumları bana aittir.