1. Giriş

İklimlendirme sistemlerinde, genellikle buhar sıkıştırmalı mekanik soğutma çevrimi kullanılır. Buhar sıkıştırmalı mekanik soğutma sisteminde; kompresörde yüksek basınca sıkıştırılan soğutucu akışkan, kızgın buhar halinde yoğuşturucuya gönderilir. Burada çevreye ısı vererek yoğuşan soğutucu akışkan, kısılma vanasında alçak basınca kısılarak ıslak buhar halinde buharlaştırıcıya girer. Buharlaştırıcıyı çevreleyen ortam sıcaklığından daha düşük bir sıcaklıkta olan soğutucu akışkan, ortamın ısısını çekerek ortamı soğutur ve buharlaştırıcı çıkışında doymuş buhar olarak kompresör tarafından emilir. Böylece bir çevrim tamamlanmış olur. Bu sistemler soğutma konumunda çalıştırıldıklarında soğutulan ortamda buharlaşırken ortam havasının ısısını içine absorbe eden soğutucu akışkan, ısının dışarı atılacağı ortamda yoğuşurken absorbe etmiş olduğu ısıyı soğutucu akışkandan dış ortama transfer eder. Böylece ortamın soğutulmasını sağlar [1]. Görsel 1’de soğutma konumunda çalışan bir havadan havaya ısı pompası çevrimi gösterilmiştir.

Isıtma konumunda çalışan ısı pompası çevrimi, buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminin tersi olarak bilinir [2]. Bu çevrimde dolaşan soğutucu akışkan, buharlaştırıcı ünitesinde düşük basınçta bulunup ısı kaynağından ısıyı çekerek buharlaşır. Düşük basınçtaki buhar fazındaki soğutucu akışkan, kompresörde sıkıştırılarak yüksek basınç ve sıcaklıkta yoğuşturucu ünitesine gönderilir. Burada ısıtılmak istenen ortama ısısını bırakarak yoğuşan soğutucu akışkan, genleşme elemanına gider. Akış kontrol elemanı olan genleşme elemanında soğutucu akışkan, buharlaştırıcı basıncına kısılır. Böylece ortamın ısıtılmasını sağlar. Isıtma konumunda, soğuk ortamda bulunan serpantinlerde buharlaşırken soğutucu akışkana yüklenen ısı, soğutucu akışkan ısıtılacak bölge içerisindeki serpantinlerde yoğuşurken iç ortama verilir. Böylece iç ortamın ısıtılması sağlanır. [3-4]. Görsel 2’de ısıtma konumunda çalışan bir havadan havaya ısı pompası çevrimi gösterilmiştir.

R134a gazı ile çalışan bir soğutma sisteminin basınç-entalpi diyagramı ve sistemde çalışma noktalarının yerleri Görsel 3’te gösterilmiştir.

Ticari amaçlı olarak kullanılan ilk soğutma düzeneği ABD'de Alexander Catlin Twinning tarafından gerçekleştirildi. Twinning, imal ettiği buhar sıkıştırma makinesiyle ürettiği buzu, 1856'da satmaya başladı. Birkaç yıl sonra Avustralyalı James Harrison, ilk buhar sıkıştırmalı ve daha gelişmiş soğutma makinelerini yaptı. Daha sonra Fransız Ferdinand Carré, biraz daha karmaşık bir soğutma sistemi geliştirdi. Carré, aygıtında buhar sıkıştırmalı makinelerde soğutucu gaz olarak kullanılan havanın yerine hızla genleşen amonyağı kullanmaya başladı. En eski yapay soğutuculardan olan R12 (CFC12), 1930'lu yıllardan itibaren piyasaya yerleşmiştir. Türkiye'ye buzdolaplarının girişi de bu yıllarda başladı. İlk ticari klima sistemini ise 1914 yılında Willis Carrier kurdu. Bu sistemlerde soğutucu akışkan olarak düşük basınçta ısıyı içerisine absorbe ettikçe buharlaşan ve basıncı ve sıcaklığını yükselttikçe ısısını dışarı verdikçe yoğuşan soğutucu akışkanlar kullanılmaya başlandı. [6-7].

Özellikle 2. Dünya Savaşı'ndan sonra kloroflorokarbonlar (CFC) ve hidrokloroflorokarbonlar (HCFC) piyasaya hâkim olmuştur. Amonyak sadece büyük soğutma sistemlerinde kullanılmaya devam etmiştir. CFC ve HCFC'Ier 1974 yılında ortaya atılan ozon tahribatı teorisine kadar hâkimiyetlerini sürdürmüştür. Ozon tahribatı ile ilgili ilk bulgular ortaya çıktığında en yaygın kullanılan soğutucular R11 (CFC11), R12 (CFC12), R22 (HCFC22) ve R502 idi. Soğutucu akışkanların dünya ve dünyanın geleceği üzerindeki araştırmaları bazı kaygı verici sonuçları ortaya çıkartmıştır.

1970'lerin başında, bilim adamları ilk kez CFC'lerin ozon tahribatı yapabileceğini belirttiler. Fakat 1985'te İngiliz bilim adamları, baharda ve yaz aylarında Güney Kutbundaki büyük ozon kaybını buldular. 1980'li yıllardan itibaren ozon tahribatı yapmayan alternatif soğutucuların kullanılmasına yönelik araştırmalar başlamıştır. 1985 yılında, atmosferdeki serbest klor bileşiklerinin ozon tabakasına zarar verdiği tespit edildi. Ayrıca Antarktika ve Kuzey Kutbu üzerinde büyük ozon deliklerinin bulunduğu anlaşıldı. Buna bağlı olarak 1988’de Montreal Protokolü ve 1990 Londra Toplantısı ile CFC esaslı soğutucu akışkanların devre dışı bırakılması için bir takvim belirlendi. Bu takvime göre CFC’lerin kullanım ve üretimi 1995 yılından itibaren G-7 ülkelerinde tamamen yasaklandı. Geçiş dönemi gazları olarak adlandırılan R22 ve R502 gibi HCFC esaslı akışkanlar, 2030 yılına kadar tamamen devre dışı bırakılacaktır. Yine 1992’de ABD’de yürürlüğe giren Temiz Hava Yasası ile CFC esaslı soğutucu akışkanların atmosfere tahliyesi yasaklanmıştır [8-9].