Isı pompaları ve soğutma grupları: zararlı florlu gazlar olmadan nasıl yapılır?
İklime CO’dan 2000 kat daha fazla zararlı2 yaygın olarak kullanılan soğutucu R-410 A’dır. Bir diflorometan (CH2F2) ve pentafloroetan (CHF2bkz.3). Her ikisi de perflorlanmış alkil maddeleri (PFAS) – zengin bir şekilde flor içeren hidrokarbonlar – aittir. Çalışma ve imha sırasında, Federal Çevre Ajansına göre her yıl dolumun yaklaşık %2,5’i kadar belirli bir miktarda soğutucu sızıntısı düzenli olarak gerçekleşir. Riffreporter’a göre, R-410 A ile çalıştırılan müstakil evler için ticari olarak temin edilebilen bir ısı pompası ile bu, 700 kilometrelik bir araba yolculuğunun sera etkisine karşılık gelir, diye hesaplıyor (€). (Sonuç olarak, ısı pompaları hala gaz sobalarından “çok daha iyi” performans gösteriyor.)
Sera etkisine ek olarak, F gazları başka bir soruna neden olur: çok kararlıdırlar ve besin zincirinde birikirler. Bu nedenle genellikle “sonsuza dek kimyasallar” olarak adlandırılırlar. Almanya, Avrupa’da PFAS’ı yasaklamak için diğer ülkelerle birlikte çalışıyor. Ve Riff’in muhabirine göre, federal hükümet “2024’ün sonuna kadar, florlu sera gazları içeren soğutucu akışkanlı ısı pompalarının gelecekte finansmandan çıkarılıp çıkarılmayacağını test etmek” istiyor.
Soğutucu gereksinimleri
Ancak soğutucu akışkan gereksinimleri farklı olduğundan alternatif bulmak kolay değildir. Görevleri, buharlaşarak ısıyı emmek ve yoğuşarak tekrar açığa çıkarmaktır. Bunun anlamı: “Soğutucu akışkanın buharlaşma ve yoğuşma sıcaklığı ilgili uygulamaya uygun olmalı ve her iki işlem de mümkün olan en düşük (ve dolayısıyla yönetilebilir) basınçlarda gerçekleşmelidir”, diye açıklıyor Aşağı Saksonya İklim Koruma Ajansı.
Ayrıca, soğutucu akışkanlar mümkün olduğu kadar çok “gizli” (yani faz değişimi yoluyla depolanan) ısıyı taşıyabilmeli, ozon tabakasını tüketmemeli, düşük bir küresel ısınma potansiyeline sahip olmalı ve ne yanıcı ne de zehirli olmalıdır. Bütün bunlar pek uzlaştırılamaz. Bazı sentetik maddeler nispeten düşük bir ‘küresel ısınma potansiyeline’ (GWP) sahipken, toksik olabilirler. İklim koruma ajansı, “Bu soğutucu akışkanlardan herhangi biri için niteliksiz bir tavsiyede bulunmak mümkün değil” dedi.
Durum, doğal soğutucu akışkanlarla benzerdir. Amonyak büyük tesislerde değerini kanıtlamıştır ama aynı zamanda zehirlidir. Karbon dioksit aynı zamanda bir soğutucu olarak işlev görür, ancak yüksek basınç ve buna bağlı olarak karmaşık teknoloji gerektirir. Propan ve bütan umut vaat eden diğer adaylardır, ancak ne yazık ki yanıcıdırlar ve bu nedenle genellikle iç mekan kullanımı için uygun değildirler. İklim koruma ajansı, “İlgili uygulamaya da bağlı olduğu için şu anda ideal bir çözüm yok” diye yazıyor.
Verimli ısı pompaları üzerinde çalışın
Ama gelişme devam ediyor. Freiburg’daki Fraunhofer Güneş Enerjisi Teknolojisi Enstitüsü şimdi propan için alternatif bir çözüm yarattı: sadece 124 gram propan (C3H8.) başarılı, yani kilovat başına on gramdan az. ISE proje yöneticisi Clemens Dankwerth, “Bu kabaca beş çakmaktaki propan miktarı kadar” diyor. Piyasada bulunan ısı pompaları yaklaşık altı kat daha fazla enerji gerektirir.
Ancak Fraunhofer ekibi, üniteleri için otomotiv endüstrisinden daha az soğutucu akışkan gerektiren yüksek hızlı bir kompresör kullandı. Muhtemelen 20+ yıl boyunca sürekli çalışma için yeterince dayanıklı olmayacaktır. Ancak Clemens Dankwerth, daha sağlam sistemlerle 150 gramın altına bile ulaşabileceğinden emin. Bu kadar küçük bir miktarla, bir sistem ek güvenlik önlemleri olmadan binalarda da kullanılabilir.
Doğal soğutucu: su
Doğal soğutucular arasında umut vaat eden bir başka madde daha var: R-718, yaygın olarak su olarak bilinir. Zehirsiz, alev almaz, rakipsiz ekonomik, iklime zararsız. İklim koruma ajansı, “İdeal’e yakın” diye yazıyor, “ancak yalnızca 0 santigrat derecenin üzerindeki uygulamalar için mümkün.” Mantıken, çünkü o zaman çöker. Bu nedenle klasik hava kaynaklı ısı pompaları için su söz konusu değildir. Ama soğutucular için. Münih’te kurulan Efficient Energy şimdiden bu sistemlerden yaklaşık 200 adet sattı. Müşteriler arasında Siemens, British Telecom, Unis ve otomotiv endüstrisi bulunmaktadır. Üniteler 30 ila 120 kW çıkışa sahiptir ve 10 ila 28 derece sıcaklık aralığını kapsar.
Suyun buharlaştığı ve çevresinden ısı aldığı sıcaklık basınca bağlıdır. Geleneksel soğutma sistemlerinden farklı olarak, Efficient Energy makineleri aşırı basınçla değil, 10 ila 100 mbar’lık bir “kaba vakum” ile çalışır. Ancak mühendislik açısından böylesine düşük bir basınca hakim olmak zordur. CEO Georg Dietrich, “Bir miktar hava dağılımına izin veriyoruz” diyor. “Ancak minimum çabayla havayı boşaltmanın çok etkili bir yolunu bulduk.” Ayrıntılar “ağır bir şekilde patentlidir” ve on yıllık geliştirmenin sonucudur.
Diğer bir zorluk da sistemleri mümkün olduğunca kompakt bir şekilde oluşturmaktı. Su, gaz halindeyken sıvı halde olduğundan çok daha yüksek bir hacme sahiptir. Efficient Energy’nin bu kadar yüksek hacimleri kaldırabilen kendi turboşarjını geliştirmesinin nedeni budur. Bu, geleneksel pistonlu veya scroll kompresörlerde mümkün değildir. 2019 yılına kadar start-up, gerekli 90.000 rpm’yi yöneten kendi geliştirdiği bir elektrik motoru da kullanıyordu. Bu arada, otomotiv endüstrisine bir tedarikçi ile altın vurdu.
Şimdiye kadar, soğutma teknolojisi Külkedisi benzeri bir varoluşa yol açtı.
Efficient Energy, kendi hız kontrollü kompresörü ile giriş ve çıkış sıcaklıkları arasındaki minimum farklarda bile sistem basıncını tam olarak gereken sıcaklık seviyesine ayarlayabilir. Dietrich, “Müşteri 16 derece istiyorsa, tam olarak 16 dereceye ayarladık” diyor. Ona göre, sistemler toplu olarak geleneksel soğutma gruplarından yüzde 80’e kadar daha az elektrik tüketiyor.
Prensip olarak, bu makinelerden çıkan atık ısı ısıtma için de kullanılabilir. Tek soru şudur: Nasıl bir alıcı bulursunuz? Dietrich, “Bu en büyük zorluk” diyor. Örneğin, bir veri merkezi üçüncü şahıslara ısı sağlıyorsa, bu pek çok engel teşkil eder. “Bu nedenle, örneğin veri merkezinin hemen yanında bir ofis binası olduğu için ısıyı kendileri kullanabilen şirketlere odaklanıyoruz.”
Dietrichs’e göre, soğuk ısı CHP modunda iki sistem halihazırda çalışıyor: bir otomotiv tedarikçisinde ve Passau Üniversitesi’nde. Ancak ısı çıkarmanın dışında bile, soğutmayı sera gazı emisyonlarını yavaşlatmak için ana kaldıraçlardan biri olarak görüyor. Dietrich, “Dünyanın enerji ihtiyacının yaklaşık yüzde yedisi soğutmadan kaynaklanıyor” diyor. Bununla birlikte, soğutma teknolojisi şimdiye kadar Külkedisi benzeri bir varoluşa yol açmıştır. Ancak son zamanlarda enerji fiyatlarındaki artış nedeniyle işler değişti. “Sektörün hareket ettiğini görüyoruz. Ancak bina teknolojisi biraz daha gaza basabilir. Tüm uygulamalar için doğal soğutucu akışkanlar ile çözümler var. Sürdürülebilir bir iklimlendirme teknolojisine geçmemek için hiçbir sebep yok.”
(gr)
Haberin Sonu