ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

(1)

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

DOKTORA TEZİ

Selma YILMAZ BAYLAN

FAZ DEĞİŞTİREN MADDELERDE TERMAL ENERJİ DEPOLAMASININ KULLANIMIYLA BUZDOLAPLARINDA ENERJİ VERİMLİLİĞİNİN ARTTIRILMASI

KİMYA ANABİLİM DALI

ADANA-2018

(2)

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Selma YILMAZ BAYLAN DOKTORA TEZİ KİMYA ANABİLİM DALI

Bu Tez 13/07/2018 Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği / Oyçokluğu ile Kabul Edilmiştir.

………... ……….. ………

Prof. Dr. Halime Ö.PAKSOY Prof. Dr. H.Hüseyin ÖZTÜRK Prof. Dr. Gülfeza KARDAŞ

DANIŞMAN ÜYE ÜYE

...

………...

...

………..

Prof. Dr. A. Murat GİZİR Doç. Dr. Özgür SÖNMEZ

ÜYE ÜYE

Bu Tez Enstitümüz Kimya Anabilim Dalında Hazırlanmıştır.

Kod No:

Prof. Dr.Mustafa GÖK Enstitü Müdürü Bu Çalışma Ç. Ü. Araştırma Projeleri Birimi (Proje No: FEF2011D26) ve Bilim,Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (Proje No: 00354STZ.2009-1)Tarafından Desteklenmiştir.

Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.

FAZ DEĞİŞTİREN MADDELERDE TERMAL ENERJİ

DEPOLAMASININ KULLANIMIYLA BUZDOLAPLARINDA ENERJİ VERİMLİLİĞİNİN ARTTIRILMASI

(3)

ÖZ

DOKTORA TEZİ

FAZ DEĞİŞTİREN MADDELERDE TERMAL ENERJİ

DEPOLAMASININ KULLANIMIYLA BUZDOLAPLARINDA ENERJİ VERİMLİLİĞİNİN ARTTIRILMASI

Selma YILMAZ BAYLAN ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

KİMYA ANABİLİM DALI Danışman : Prof. Dr. Halime Ö. PAKSOY

Yıl: 2018, Sayfa: 131

Jüri : Prof. Dr. Halime Ö. PAKSOY : Prof. Dr. H.Hüseyin ÖZTÜRK : Prof. Dr. Gülfeza KARDAŞ : Prof. Dr. A. Murat GİZİR : Doç. Dr. Özgür SÖNMEZ

Termal enerji depolama sistemleri, yenilenebilir ve atık ısı kaynaklarının mevcut olduğu zamanlarda enerjinin depolanarak, kaynakların kesintiye uğradığı zamanlarda kullanılmasına olanak vermektedir. Isıtma ve soğutma uygulamalarında verimliliğinin arttırılarak enerji tüketiminin azaltılmasında faz değiştiren maddelerde (FDM) termal enerji depolamasından yararlanılır.

Bu çalışmada amaç, buzdolabında faz değiştiren maddeler (FDM) geliştirilmesiyle enerji verimliliğinin arttırılması, durma/çalışma sürelerinin optimizasyonu, sıcaklık salınımının azaltılmasıyla donmuş gıda kalitesinin arttırılması ve elektrik kesintisi durumunda gıdaların daha uzun süre korunmasıdır.

Buzdolaplarında genellikle kullanım amaçlarına uygun olarak, biri (-18)-(-25)°C, diğeri (+3)-(+8)°C sıcaklık aralığında çalışan iki bölme bulunmaktadır. Bu sıcaklıklara uygun FDM’ler hazırlanmıştır. Bu FDM’lerin termal özellikleri belirlenerek buzdolabında termal enerji depolama (TED) deneyleri yapılmıştır. FDM’lere kap olarak kullanılan metaller için korozyon testleri yapılmış, en uygun metal seçilmiştir.

Buzdolabında FDM uygulaması ile %9,4 enerji tasarrufu sağlanmıştır. Kompresörün durma süresi uzatılarak kompresör ömrü uzamış, elektrik kesintisinde kabin içi sıcaklıkta 2,6 °C fark elde edilmiştir. Son olarak buzdolaplarında FDM kullanımı ile sağlanacak ekonomik ve çevresel yararlar hesaplanmıştır.

Anahtar Kelimeler: Buzdolaplarında enerji verimliliği, termal enerji depolama (TED), faz değiştiren maddeler (FDM),korozyon

(4)

ABSTRACT PhD THESIS

INCREASING ENERGY EFFICIENCY OF REFRIGERATORS BY USING THERMAL ENERGY STORAGE IN PHASE CHANGE

MATERIALS

Selma YILMAZ BAYLAN ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

KİMYA ANABİLİM DALI Supervisor : Prof. Dr. Halime Ö. PAKSOY

Year: 2018, Pages: 131 Jury : Prof. Dr. Halime Ö. PAKSOY

: Prof. Dr. H.Hüseyin ÖZTÜRK : Prof. Dr. Gülfeza KARDAŞ : Prof. Dr. A. Murat GİZİR

: Assoc. Prof. Dr. Özgür SÖNMEZ

Thermal energy storage systems enable utilization of renewable energy resources and waste heat by storing energy produced when these resources are available. Thermal energy storage in phase change materials (PCM) is used to increase energy efficiency in heating and cooling applications.

Improving energy efficiency of refrigerators by using thermal energy storage in phase change materials, the objectives of this project are: Optimization of on-off durations in refrigerators, decreasing energy consumption of the refrigerator by increased system performance with the effect of PCM, increasing frozen food quality by decreasing temperature swings,protecting food for a longer period in case of a power cut. Genarally there are two compartments depending on their purpose of usage in the refrigerators; one working at a temperature interval of (-18)-(-25) °C, and the other at (+2)-(+8) °C. PCMs were prepared suitable for refrigerator temperature range. Thermal properties of these PCMs were determined and thermal energy storage (TED) experiments were performed in the refrigerator. Corrosion tests have been carried out for metallic sample container–PCMs pair, and the most compatible metal-solution pairs were chosen. Applications of the PCMs in refrigerator 9,4% energy saving have been provided. Compressor life is extended by increasing time of off durations of compressor,comparing in a 2,6°C difference in the temperature inside the cabin during the power cut. Finally, the economic and environmental benefits to be achieved by using PCM in refrigerators have been calculated.

Key Words: Energy efficiency in refrigerators, Thermal Energy Storage (TED), Phase Change Materials (PCMs),Corrosion

(5)

GENİŞLETİLMİŞ ÖZET

Termal enerji depolama (TED) sistemleri yenilenebilir ve atık ısı kaynaklarını mevcut olduğu zamanlarda depolayarak, kaynakların kesintiye uğradığı zamanlarda kullanılmasına olanak vermektedir. Uygun sıcaklıklarda faz değiştiren maddelerin (FDM) gizli ısısından yararlanan TED sistemleri yüksek depolama kapasitesi ve izotermal davranısları ile birçok uygulama için tercih edilmektedir.

Buzdolaplarında genel olarak, (-18) – (-25) °C sıcaklık aralığında çalışan derin dondurucu ve (+2) – (+8) °C aralığında çalısan taze gıda saklama bölmeleri bulunur. Bu sıcaklık seviyesi aralığındaki bir ayar konumunda, ayar sıcaklığının üstüne çıkıldığında soğutma sistemi devreye girmektedir. Soğutma sisteminin kısa aralıklarla devreye girmesi soğutma sistemi enerji tüketimini arttırmaktadır.

Soğutma sistemi performansının iyileştirilmesi ve/veya daha kısa süreli çalışması buzdolabının enerji tüketimini azaltacaktır. Uygun erime/donma aralığına sahip FDM’lerin buzdolabında farklı yerlerde uygulanmasıyla çesitli nedenlerle meydana gelebilecek herhangi bir sıcaklık artısı durumunda FDM ısıyı soğurarak, eriyecek ve şartlanan ortamın sıcaklığını istenilen seviyede tutulabilir. Ayrıca, FDM’lerin buzdolabı soğutma devresinde uygulanması ile evaporatör sıcaklıkları kontrol edilerek performansın iyileştirilmesi sağlanabilir. Bu çalışmada, buzdolaplarında enerjinin daha verimli kullanılmasını sağlamak amacıyla FDM’de TED sisteminin tasarım, geliştirme, deneme ve prototipinin üretilme çalışmaları gerçekleştirilmiştir.

FDM’nin buzdolabına uygulama alternatifleri aşağıdaki gibi belirlenmiştir:

- Alternatif A: Taze gıda bölmesi için yalıtım ile evaporatör arasına (0 / - 10°C)

- Alternatif B: Dondurucu kısmında raflar üzerindeki borularda (-15°C / - 24°C)

(6)

- Alternatif C: Dondurucuda en sıcak bölgenin soğutulması(-15°C / -24°C) - Alternatif D: Taze gıda bölmesi kabin içi (+3°C / +8°C)

Bu alternatiflere uygun olarak sulu çözeltiler, tuz hidratları, yağ asitleri ve parafinlerden oluşan çok sayıda kimyasal arasından FDM adayları belirlenmiş, bu maddelerin termofiziksel özellikleri ve termal kararlılıkları analiz edilmiş, uygulama alternatiflerine göre termal enerji depolama ünite tasarımları yapılmıştır.

Belirlenen alternatiflere uygunluğun yanı sıra kimyasal güvenlilik ve maliyet konuları da dikkate alınarak FDM’ler geliştirilmiştir. Alternatif A için % 9,5 Amonyum bikarbonat - Su, % 16,5 Potasyum bikarbonat - Su, %5 Sodyum klorür - Su Alternatif

B ve C için % 16 Amonyum klorür - Su ve Alternatif D için % 8 Sodyum sülfat - Su en uygun FDM’ler olarak belirlenmistir. FDM’leri farklı alternatiflerde buzdolaplarında uygulayarak, dur/kalk süreleri, enerji tüketim değerleri, farklı kapı açma/kapama senaryoları için kabin içi sıcaklık salınımlarının değişimi ve farklı sürelerdeki elektrik kesintisi durumunda kabin içi sıcaklık koruma süreleri belirlenmiştir. Alternatif D dısındaki FDM’ler ile beklenen performans elde edilmiştir. Üretilen FDM’li prototipin enerji verimliliğinin % 9,4 düzeyinde iyileştirildiği görülmüştür. Buna göre yapılan maliyet hesaplamalarında FDM’li buzdolabının geri ödeme süresi 1 yıldan az olarak belirlenmiştir. Bu sonuçların buzdolabında yaygın olarak uygulanabilmesi durumunda yıllık toplam 21 GWh enerji tasarrufu karsılığı 5 305 275 TL tasarruf edilecektir. Kömür santralinde üretilen elektrikten tasarruf yapıldığı düşünüldüğünde, emisyonlardaki azalma 28245 ton/yıl CO2, 615 ton/yıl SO2 ve 66 ton/yıl NOx olarak hesaplanmıştır.

(7)

TEŞEKKÜR

Çalışmamın her aşamasında desteğini, bilgisini, yardımlarını esirgemeyen, bana daima yol gösteren, ufkumu açan ve sabırla yanımda olan danışman hocam Sayın Prof. Dr. Halime Ö. PAKSOY’a,

Ayrıca çalışmalarım esnasında manevi desteğiyle yanımda olan, hocam Sayın Prof. Dr. Hunay EVLİYA’a,

Doktora çalışmamın İspanya Lleida Üniversitesi’nde yaptığım kısmında, bana danışmanlık yapan hocam Sayın Prof. Dr. Luisa F. CABEZA’ya

Hem korozyon testlerinde hem de çalışmamı tamamlama aşamasında desteğini esirgemeyen hocam Sayın Prof. Dr. Gülfeza KARDAŞ’a çok teşekkür ederim.

Çalışmalarım esnasında desteklerini esirgemeyen laboratuvar arkadaşlarım Beyza BEYHAN’a, Sibel KURT’a, Dr. Kemal CELLAT’a, Ar.Gör.Dr. Dilek AKBAŞLAR’a, Öğr.Gör. Dr. Onur DEMİRKOL’a, Fatih TEZCAN’a, Derya KOCA teşekkür ederim.

Bu çalışma esnasında kapılarını sonuna kadar bize açan Arçelik şirketine ve özellikle birlikte çalışırken bilgileriyle ve dostluklarıyla zenginleşmemi sağlayan Arçelik Çayırova AR-GE biriminden Sayın Dr. Yusuf YUSUFOĞLU’na ve Sayın Yüksek Makine Mühendisi Tolga APAYDIN’a çok teşekkür ederim.

Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı ve Arçelik AŞ’ye (Proje no:

00354STZ.2009-1) SanTez proje kapsamında verdikleri bu değerli destekten ötürü teşekkürlerimi sunarım. Ayrıca Çukurova Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (BAP) birimine (Proje No: FEF2011D26) teşekkürlerimi sunarım.

Hayatımın her anında olduğu gibi bu çalışmada da hiçbir zaman desteklerini esirgemeyen, tez yazım aşamasında çocuğuma sevgiyle bakan emektar ve kıymetli anneme, babama ve kardeşlerime yürekten teşekkür ederim.

Bu çalışmanın tamamlanması için daima cesaret veren ve desteğinden güç aldığım, can yoldaşım, sevgili eşim Yusuf BAYLAN’a ve bana yaşattığı en kıymetli duyguyla çalışma şevki veren biricik yavrum Esil Tuna BAYLAN’a yürekten teşekkür ederim.

(8)

İÇİNDEKİLER SAYFA

ÖZ ... I ABSTRACT ... II GENİŞLETİLMİŞ ÖZET ... III TEŞEKKÜR ... V İÇİNDEKİLER ... VI ÇİZELGELER DİZİNİ ... X ŞEKİLLER DİZİNİ ... XII SİMGELER VE KISALTMALAR ... XVIII

1. GİRİŞ ... 1

1.1. Enerjiye Genel Bakış ... 1

1.2. Buzdolabı Soğutma Çevrimi ... 4

1.3. Termal Enerji Depolama (TED) ... 7

1.4. Duyulur Isı Depolama ... 9

1.5. Gizli Isı Depolama ... 10

1.7. Termokimyasal Yöntemle Isı Depolama ... 14

1.8. Termal Enerji Depolama (TED) Seçimi ... 14

1.9. Buzdolabında TED Uygulamaları ... 15

1.10. Çalışmanın Amacı ... 17

2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR ... 19

3. MATERYAL VE METOD ... 25

3.1. Materyal... 25

3.1.1. Faz Değiştiren Maddeler (FDM) ... 25

3.1.2. FDM Paket Malzemeleri ... 30

3.2. Metod ... 32

3.2.1. Faz Değiştiren Maddelerin Seçimi ... 32

3.2.1.1. Diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ... 33

3.2.1.2. Su Banyosunda Isınma Soğuma Eğrilerinin Belirlenmesi... 35

3.2.1.3. Buzdolabında Isınma Soğuma Eğrilerinin Belirlenmesi ... 38

3.3. FDMlerin Uygulama Özelliklerinin Belirlenmesi ... 39

(9)

3.3.1. FDM’lerin Güvenirliğinin Belirlenmesi ... 39

3.3.2. FDM’lerin Termal Kararlılığının Belirlenmesi ... 41

3.3.3. FDM’lerde Faz Ayrışmasının Önlenmesi... 42

3.3.4. FDM’lerde Korozif Etkilerin Belirlenmesi ... 42

3.3.4.1. Kütle Kaybına Bağlı Korozyon Testleri ... 43

3.3.4.2. Elektrokimyasal İmpedans Spektroskopisi ile Korozyon Testleri ... 44

3.4. FDM Paketlerinin Hazırlanması ... 46

3.5. Buzdolabı Termal Enerji Depolama Uygulaması ... 48

3.6. Buzdolabında Enerji Verimliliği Denemeleri ... 48

3.7. Buzdolabı Kapı Açma/Kapama Denemeleri ... 51

3.8. Elektrik Kesintisi Denemeleri ... 52

4. BULGULAR VE TARTIŞMA ... 53

4.1. FDM Adaylarının Termofiziksel Özelliklerinin Belirlenmesi ... 53

4.1.1. DSC Analizleri ... 53

4.1.2. Isınma Soğuma Eğrileri ... 69

4.1.3. Aşırı Soğuma için Çekirdekleştirici Madde Denemeleri ... 83

4.1.4. Termal Kararlılık Deneyleri ... 85

4.2. Buzdolabında Termal Enerji Depolama Deneyleri ... 93

4.2.1. Alternatif A Termal Enerji Depolama Deneyleri ... 93

4.2.1.1. Tezgah Seviyesi Buzdolabı Deneyleri ... 93

4.2.1.2. K 3600N Model Buzdolabı Deneyleri ... 97

4.2.1.3. Alternatif B ve C Termal Enerji Depolama Sistem Deneyleri-1 ... 103

4.2.1.4. Alternatif D Termal Enerji Depolama Sistem Deneyleri-1 . 106 4.3. Kapı Açma/Kapama Deneyleri ... 107

4.3.1. Alternatif B ... 107

4.3.2. Alternatif B ve C ... 110

4.4. Elektrik Kesintisi Deneyleri ... 113

4.5. Korozyon Deneyleri ... 114

4.5.1. Kütle Kaybına Bağlı Korozyon Deneyleri ... 114

(10)

4.5.2. Elektrokimyasal İmpedans Spektroskopisi ile Korozyon testleri ... 118

4.5.3. SEM Görüntüleri ... 120

5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER ... 121

KAYNAKLAR ... 125

ÖZGEÇMİŞ ... 131

(11)

(12)

ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA

Çizelge 3.1. Literatürden özetlenen FDM adayları ... 25

Çizelge 3.2. Kullanılan Kimyasallar... 29

Çizelge 3.3. Perkin Elmer Diamond DSC’nin Teknik Özellikleri ... 34

Çizelge 3.4. Alternatif A denemelerinde kullanılan buzdolabının özellikleri ... 51

Çizelge 4.1. Alternatif A,B ve C için FDMlere ait DSC sonuçları ... 62

Çizelge 4.2. Alternatif D için aday FDMlere ait DSC sonuçları ... 66

Çizelge 4.3. Na2SO4 karışımları DSC sonuçları ... 67

Çizelge 4.4. Alternatif D için uygun olmayan FDMlere ait DSC sonuçları ... 68

Çizelge 4.5. Alternatif A için FDM adaylarının deney sonuçları ... 75

Çizelge 4.6. Çekirdekleştirici ile yapılan ısınma soğuma deney sonuçları ... 84

Çizelge 4.7. Alternatif A için belirlenen FDM’lerin 200., 400., 800. ve 1000. termal çevrimler sonrası DSC analiz sonuçları ... 88

Çizelge 4.8. Termal çevrimler sonrası alternatif A FDM’leri için gizli ısı değişimleri ... 90

Çizelge 4.9. %5NaCl+%1PE numunesi termal çevrim öncesi DSC sonuçları ... 91

Çizelge 4.10. %5NaCl+%1PE numunesi 190.termal çevrim sonrası DSC sonuçlar ... 91

Çizelge 4.11. %5NaCl+%1PE numunesi jelleşme sonrası DSC sonuçlar ... 92

Çizelge 4.12. Buzdolabında denenmesine karar verilen FDMler ... 93

Çizelge 4.13. FDM’siz ve FDM’li larder tipi buzdolabı enerji tüketimi deneyi sonuçları ... 96

Çizelge 4.14. Tüm FDM’ler ve FDMsiz için kapı açık algoritma için deney sonuçları ... 97

Çizelge 4.15. Tüm FDM’ler ve FDMsiz için kapı kapalı algoritma için deney sonuçları ... 99

(13)

Çizelge 4.16. Kondenser alanı %20 artırılmış %16,5 KHCO3 için kapı açık

algoritma için deney sonuçları ... 101

Çizelge 4.17. Kondenser alanı %20 artırılmış %16,5 KHCO3 için kapı kapalı algoritma için deney sonuçları ... 102

Çizelge 4.18. Raf sıcaklıkları dikkate alınarak belirlenen FDMsiz ve FDMli on/off süreleri ... 105

Çizelge 4.19. Buzdolabı açma kapama denemelerinde kullanılan senaryolar ... 108

Çizelge 4.20. Elektrik kesintisi ve kapı-açma deneyleri... 111

Çizelge 4.21. Üç aylık korozyon testlerinin sonuçları ... 115

(14)

ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA

Şekil 1.1. Konutlarda elektrik tüketiminin dağılımı, ... 3

Şekil 1.2. Örnek enerji etiketi ... 4

Şekil 1.3. Buzdolabı soğutma sistemi ... 5

Şekil 1.4. Buzdolabı soğutma çevrimi ... 6

Şekil 1.5. Termal Enerji Depolama yöntemleri ... 8

Şekil 1.6. Bir TED sisteminin genel bileşenleri ... 8

Şekil 3.1. FDM numune kapları (a) Plastik tüp(50 mL), (b) Cam tüp(10 mL), (c) Galvanize sac kutu(1x12x13,5 cm³) ... 30

Şekil 3.2. Buzdolabı içinde kullanılan FDM paketleri (a) Buz aküsü 16,5cmx11cm (b) Metalize film paket 30cmx18cm (c)Plastik paket 37cmx15cm ... 32

Şekil 3.3. Perkin Elmer Diamond DSC cihazı ... 34

Şekil 3.4. Huber marka CCE (a) ve CC1 (b) serisi termostatlı su banyosu ... 36

Şekil 3.5. Agilent Model No: 34970A veri kayıt cihazı (Data-Logger) ... 37

Şekil 3.6. Step marka No: DL-01 veri kayıt cihazı (Data-logger) ... 37

Şekil 3.7. N/N-24-TT tipi çift duyarlıklı ısıl çift (thermocouple) ... 38

Şekil 3.8. Buzdolabında yapılan ısınma-soğuma deneyleri ... 39

Şekil 3.9. NFPA 704 standardına göre kimyasal güvenlik göstergesi ... 39

Şekil 3.10. Kütle kaybına bağlı korozyon deneylerinde kullanılan metaller (Sırasıyla soldan sağa Paslanmaz çelik, Lamine siyah çelik, bakır, Alüminyum, Galvanize kaplı çelik) ... 43

Şekil 3.11. Çalışma elektrotları için hazırlanan metaller soldaki Cu, sağdaki Al ... 44

Şekil 3.12. Üç elektrot yöntemi deney düzeneği ... 45

Şekil 3.13. Alternatif A için hazırlanan metalize film paketlerin evaporatör ve yalıtım arasındaki yerleşimi ... 46

(15)

Şekil 3.14. Alternatif A için termal enerji depolama ünitesinin prototip

üzerine yerleşimi ... 47

Şekil 3.15. Alternatif B ve C derin dondurucuda raflar üzerindeki borularda ve en sıcak bölgenin lokal olarak soğutulması için FDM ve et paketleri yerleşimi ... 47

Şekil 3.16. Evaporasyon sıcaklığı COP değişimi ... 49

Şekil 3.17. Alternatif A için termal enerji depolama ünitesi şematik yerleşimi ... 50

Şekil 3.18. (a) Alternatif A deneylerinde kullanılan buzdolabı, (b) Alternatif B ve C için kullanılan derin dondurucu, (c) Alternatif D için kullanılan buzdolabı ... 51

Şekil 4.1. % 9,5 NH4HCO3- H2O karışımına ait DSC termogramı ... 54

Şekil 4.2. %16,5 NH4H2PO4- H2O karışımına ait DSC termogramı ... 55

Şekil 4.3. %18,2 (NH4)2SO4- H2O karışımına ait DSC termogramı ... 55

Şekil 4.4. %19 MgSO4- H2O karışımına ait DSC termogramı ... 56

Şekil 4.5. %19 MgSO4- H2O karışımına ait DSC termogramı ... 56

Şekil 4.6. %16,5 KHCO3- H2O karışımına ait DSC termogramı ... 57

Şekil 4.7. %5NaCl-H2O karışımına ait DSC termogramı ... 57

Şekil 4.8. %16 NH4Cl-H2O karışımına ait DSC termogramı ... 59

Şekil 4.9. %18,7 NH4Cl-H2O karışımına ait DSC termogramı ... 60

Şekil 4.10. %18 NH4Cl-H2O karışımına ait DSC termogramı ... 60

Şekil 4.11. %30 NaOAc.3H2O-H2O karışımına ait DSC termogramı ... 61

Şekil 4.12. %36,9 NaNO3-H2O karışımına ait DSC termogramı ... 61

Şekil 4.13. %8 Na2SO4(susuz)+%1Boraks karışımına ait DSC termogramı ... 63

Şekil 4.14. 1:4:4 nişastalı çözeltiye ait DSC termogramı (mol oranı) ... 63

Şekil 4.15. %8Na2SO4 çözeltisine ait DSC termogram ... 64

Şekil 4.16. 1:4:4 jelli çözeltiye ait DSC termogram ... 65

Şekil 4.17. %9,5 NH4HCO3 –Su karışımına ait ısınma-soğuma eğrisi ... 70

(16)

Şekil 4.18. %16,5 NH4H2PO4-Su karışımına ait (cam tüp) ısınma-soğuma

eğrisi ... 71

Şekil 4.19. %18,2 (NH4)2SO4-Su karışımına ait (cam tüp) ısınma-soğuma eğrisi ... 71

Şekil 4.20. %16,5 KHCO3 –Su karışımına ait ısınma-soğuma eğrisi ... 72

Şekil 4.21. %19 MgSO4 –Su karışımına ait ısınma-soğuma eğrisi ... 72

Şekil 4.22. %5 NaCl çözeltisine ait ısınma-soğuma eğrisi (aşırı soğuma 6,4^oC) ... 73

Şekil 4.23. %5 NaCl-Su +%1 Pentaeritritol-su karışımına (cam tüp içindeki) (aşırı soğuma 1,1 ^oC) ait ısınma-soğuma eğrisi ... 74

Şekil 4.24. %16 NH4Cl-H2O karışımına ait ısınma-soğuma eğrisi ... 76

Şekil 4.25. % 18 NH4Cl-su karışımına ait ısınma-soğuma eğrisi ... 77

Şekil 4.26. %18,7 NH4Cl-su karışımına ait ısınma-soğuma eğrisi ... 77

Şekil 4.27. %30 NaOAc.3H2O-su karışımına ait ısınma-soğuma eğrisi ... 78

Şekil 4.28. %36,9 NaNO3-H2O (metal kutu) karışımına ait ısınma-soğuma eğrisi ... 79

Şekil 4.29. Oleik asit ve karışımları için ısınma soğuma eğrileri... 80

Şekil 4.30. %93,75Oleik asit + %6,25 aktif karbon ve %90oleik asit + %10 n-dekan için ısınma-soğuma eğrileri ... 81

Şekil 4.31. %90Oleik asit+ %10 pentanoik asit ısınma soğuma eğrisi ... 81

Şekil 4.32. %99Oleik asit+ %1 karbon nanotüp katkılı ısınma soğuma eğrisi ... 82

Şekil 4.33. Na2SO4.10H2O karışımları için ısınma soğuma eğrileri ... 83

Şekil 4.34. %5NaCl-Su+%1pentaeritritol için termal çevrim sonrası DSC analizlerinin karşılaştırılması. Kırmızı: 0. çevrim, yeşil: 200. çevrim, mavi: 400. çevrim, pembe: 800. çevrim, siyah: 1000. çevrim ... 86

(17)

Şekil 4.35. %9,5 NH4HCO3-Su için termal çevrim sonrası DSC analizlerinin karşılaştırılması. Kırmızı: 0. çevrim, yeşil: 200.

çevrim, mavi: 400. çevrim, pembe: 800. çevrim, siyah: 1000.

Çevrim ... 86

Şekil 4.36. %16,5 KHCO3-Su için termal çevrim sonrası DSC analizlerinin karşılaştırılması. Kırmızı: 0. çevrim, yeşil: 200. çevrim, mavi: 400. çevrim, pembe: 800. çevrim, siyah: 1000. çevrim ... 87

Şekil 4.37. %5NaCl+%1PE numunesine ait (a) ısınma-soğuma eğrisi (b) DSC termogramı ... 90

Şekil 4.38. Jelleştirilmiş %5NaCl+%1PE numunesine ait ısınma-soğuma eğrisi ... 92

Şekil 4.39. Larder tipi buzdolabında FDM kabı yerleşimi ... 94

Şekil 4.40. Larder tipi buzdolabında deneyler sırasında kullanılan sensörlerin yerleşimi ... 94

Şekil 4.41. Kondansör ve kompresör sıcaklık ölçümleri a) FDM’siz b) FDM’li ... 95

Şekil 4.42. Evaparatör sıcaklık ölçümleri a) FDM’siz b) FDM’li ... 95

Şekil 4.43. FDM’li ve FDM’siz ölçümlerdeki 1.raftaki sıcaklık dağılımı ... 103

Şekil 4.44. Dondurucudaki FDM’lerin sıcaklık dağılımı ... 105

Şekil 4.45. Arçelik de buzdolabında alınan ısınma eğrisi ... 107

Şekil 4.46. 10s süre ile kapı açma deneyi FDMsiz ve %16NH4Cl FDM si ile 1.raf sıcaklık karşılaştırılması ... 108

Şekil 4.47. 30s süre ile kapı açma deneyi FDMsiz ve %16NH4Cl FDM si ile 1.raf sıcaklık karşılaştırılması ... 109

Şekil 4.48. 180s süre ile kapı açma deneyi FDMsiz ve %16NH4Cl ile 1.raf sıcaklık karşılaştırılması ... 110

Şekil 4.49. En sıcak bölgenin (Birinci raf) lokal olarak soğutulması için FDM ve et paketleri yerleşimi ... 111

Şekil 4.50. Altı rafta toplam 4170g FDM varken 30s kapı açma deneyi ... 112

(18)

Şekil 4.51. Tek rafta 969,5g FDM varken 30s kapı açma deneyi ... 112 Şekil 4.52. Altı rafta toplam 4170g FDM varken 180dk elektrik kesintisi

deneyi ... 113 Şekil 4.53. Tek rafta 969,5g %16NH4Cl varken 180dk elektrik kesintisi ... 114 Şekil 4.54. Metal FDM çiftlerinin NaCl çözeltileri ile korozyon hızları

grafiği (%5, %10, %15, %20, % 21, %22, %23, and %24) ... 116 Şekil 4.55. Metal FDM çiftlerinin KCl çözeltileri ile korozyon hızları

grafiği (%5, %10, %15, %20, % 21, %22, %23, and %24) ... 116 Şekil 4.56. (a)%22KCl+GÇ üç aylık etkileşim sonucu (b)%21NaCl+LSÇ

bir aylık etkileşim sonucu ... 117 Şekil 4.57. (a) %21NaCl+Al bir aylık etkileşim sonucu (b) %15 NaCl+Cu

bir aylık etkileşim sonucu ... 117 Şekil 4.58. Al elektrodun % 9.5NH4HCO3 çözeltisi içindeki davranışını

gösteren Nyquist eğrisi (□: 1h,○: 2 h, ■: 4 h, ▲:6 h, ●: 24 h) ... 118 Şekil 4.59. Cu elektrodun % 9,5NH4HCO3 çözeltisi içindeki davranışını

gösteren Nyquist eğrisi (□: 1h,○: 2 h, ■: 4 h, ▲:6 h, ●: 24 h) ... 119 Şekil 4.60. Cu ve Al elektrotların% 9,5NH4HCO3 çözeltisi içindeki

davranışını gösteren Nyquist eğrisi (24 saatlik) ... 119 Şekil 4.61. %9,5 NH4HCO3 çözeltisi içerisinde Al metalinin (a) 1 hafta

sonraki (b) 5 hafta sonraki görüntüsü ... 120 Şekil 4.62. %9,5 NH4HCO3 çözeltisi içerisinde Cu metalinin (a) 1 hafta

sonraki (b) 5 hafta sonraki görüntüsü ... 120

(19)

(20)

SİMGELER VE KISALTMALAR

Al : Alüminyum

B : Boraks

Cu : Bakır

GÇ : Galvanize çelik

DSC : Diferansiyel Taramalı Kalorimetre TED : Termal Enerji Depolama

EİS : Elektrokimyasal İmpedans Spektroskopisi FDM : Faz Değiştiren Madde

J : Jelatin

K : KCl

LSÇ : Lamine siyah çelik

MK : Mikro Kapsüllenmiş Faz Değiştiren Madde

N : NaCl

PÇ : Paslanmaz çelik PE : Pentaeritritol

S : Na2SO4

SEM : Taramalı Elektron Mikroskobu TED : Termal Enerji Depolama ΔHe :Erime Gizli Isısı

1:4:4 : KCl :Na2SO4 :NH4Cl (mol oranları bazında)

(21)

(22)

1. GİRİŞ Selma YILMAZ BAYLAN

1. GİRİŞ

1.1. Enerjiye Genel Bakış

İnsanoğlunun yemek, içmek, ısınmak ve barınmak için enerjiye ihtiyacı vardır. Ateşi bularak, bu temel ihtiyaçların karşılanmasında enerji tüketimine biyokütle ile başlayan insanoğlu, bugün tükenmekte olan fosil yakıtlarla devam etmektedir. Ancak sınırsız olmayan enerji kaynaklarının meydana getirdiği sera gazı gibi zararlı etkiler, bilim adamlarını hem sınırsız hem de çevre ile dost enerji kaynaklarını araştırmaya yöneltmiştir.

2010 yılında 6,8 milyar olan dünya nüfusunun 2035 yılında 8,6 milyara ulaşması beklenmektedir. Yapılan çalışmalar, enerji politikalarında bir değişiklik olmaması halinde, 2035 yılında dünya enerji ihtiyacının, ortalama %1,5’lik yıllık artışlarla, 2010 yılına göre % 46,7 artacağını öngörmektedir (Uluslararası Enerji Ajansı(IEA),World Energy Outlook 2012). Dünyada 2011 yılı birincil enerjiden elektrik üretimi %41lik en büyük payla kömürden, %21 lik payla da doğalgazdan ve %16 lık pay ile hidrolikten elde edilmektedir (BP Statistical Review of World Energy, 2012).

2017 yılında ülkemizde elektrik üretimimizin, %37'si doğal gazdan, %33'ü kömürden, %20'si hidrolik enerjiden, %6'sı rüzgârdan, %2'si jeotermal enerjiden ve

%2’si diğer kaynaklardan elde edilmiştir (www.enerji.gov.tr). TÜİK verilerine göre (2011) Türkiye’nin 54 milyar dolarlık enerji ithalatının yaklaşık 33,6 milyar doları petrol ve petrol ürünlerine harcanmaktadır. Enerji ihtiyacının bu kadar büyük kısmını karşılayan fosil yakıtlar için dünyanın 51 yıllık petrol, 53 yıllık doğalgaz ve 114 yıllık kömür kaynakları kalmıştır (Dünya ve Türkiye Enerji ve Tabii Kaynaklar Görünümü,2017).

Fosil yakıtların tükenebilir olmasının yanında bugün tüm dünyanın içerisinde olduğu küresel ısınma probleminin de kaynağıdır. Günümüzde tüm ülkeler buna Çin’de dahil yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanım oranını artırmak, ve elde edilen enerjinin verimliliğini sürdürmek için çalışmalar

(23)

başlatmıştır. World Energy Outlook 2017 raporuna göre, 2016 yılında tüm enerji kollarında en yüksek büyüme oranı güneş enerjisindedir. 2010 yılından beri fotovoltaik panellerin maliyeti %70, pil maliyetleri %40 ve rüzgâr enerjisi maliyetleri %25 azalmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarına verilen önem arttıkça kömür kullanımının artış hızının yavaşlaması beklenmektedir. 2000 yılından 2017 yılına kadar kömürden elektrik üretim kapasitesi 900 gigawatt (GW) artmış, 2040’a kadar ise 400 GW artması öngörülmektedir. Gelecekteki enerji ihtiyacı, küresel ihtiyacın %11’i gibi büyük bir paya sahip olması beklenen Hindistan’ın (2040 yılı için) 2016 da enerjide ki kömür payı dörtte üç iken, 2040 yılında bu oranın yarısından daha aşağıda olması bekleniyor. Kömür gözdeliğini kaybederken güneş enerjisi panelleri 2040 itibariyle hem düşük karbonlu üretim sağlayacak hem de toplam elektrik üretiminde yenilenebilir enerji kaynaklarının payını %40’a çıkaracaktır. Genel olarak yenilenebilir enerji kaynaklarının 2040’a kadar %9’dan

%16’ya çıkması beklenmektedir. 2040’a kadar beklenen, elektrik tüketimi artacaktır. Milyonlarca evde elektrikli cihaz sayısı artacak, soğutma sistemleri yaygınlaşacaktır. Çin’in 2040 yılı için sadece soğutma ihtiyacı bugün ki Japonya’nın toplam elektrik ihtiyacını geçecektir. Tüm dünyada artan enerji talebine karşılık azalan fosil yakıtlar ve sera gazı etkilerinden dolayı yenilenebilir enerji kaynaklarının yanı sıra var olan enerjinin verimli ve tasarruflu kullanılması ile ilgili politikalar geliştirilmiştir. Sadece Çin’de 2000-2012 yılları arasında yıllık

%8 olan enerji ihtiyacı, 2012’den sonra yılda %2’nin altına düşmüştür. Bu düşüşteki en büyük etken enerji verimliliği önlemleridir. Bu önlemler olmasaydı sadece Çin’in 2040’a kadar nihai tüketimi %40’dan daha fazla olacaktı (https://iicec.sabanciuniv.edu).

Enerji tüketiminin önemli bir kısmı konut elektrik tüketiminden kaynaklanmaktadır. Konutlarda tüketilen elektriğin evsel cihazlara göre dağılımı Şekil 1.1’de verilmiştir.

(24)

Şekil 1.1. Konutlarda elektrik tüketiminin dağılımı, (TURKBESD)

Evlerde tüketilen elektrik enerjisinin %31,1’ini, sürekli çalışan buzdolapları harcamaktadır. Evsel cihazların kullandığı enerjinin, sera gazları gibi çevresel etkileri de göz önüne alınarak, enerji tüketim değerlerinin azaltılması için üreticilere de belirli sınırlamalar getirilmiştir. Daha az enerji harcayan buzdolaplarının üretilmesi için çeşitli devletler (başta Avrupa ülkeleri olmak üzere) yönetmelikler hazırlamış ve bu yönetmelikleri resmi olarak yürürlüğe sokmuşlardır. Bu kapsamda enerji etiketleri zorunlulukları ortaya çıkmıştır.

Ülkemizde, konutlarda enerji tasarrufu ve verimliliğinin desteklenmesi için 2002 de yayınlanan tebliğler ile enerji etiketi zorunlu hale getirilmiştir (Buzdolabı enerji etiketi tebliği, resmi gazete). Enerji etiketleri, tüketicilere beyaz eşyaların enerji tüketimini, performansını ve ürünlerin diğer özelliklerini karşılaştırılabilir olması amacıyla yapılmıştır. Belirli kategorilere göre verilen özellikler tüm etiketler için aynıdır. Böylelikle tüketiciler aynı kategorideki ürünlerin enerji ya da su tüketimi ve de kapasite gibi özelliklerini kolayca karşılaştırabilirler. Etiket formatında yer alan enerji verim sınıflandırması, A, B, C, D, E, F ve G harfleri kullanılarak

(25)

belirtilmektedir: A en verimli sınıfı, G ise en verimsiz sınıfı nitelendirmektedir.

Bunlara ilave olarak A(+), A(++) ve A(+++) kullanılır. Sınıf sayısı yedi ile sınırlandırılmıştır. Renk göstergesi, koyu yeşil ile kırmızı arasında en fazla yedi farklı renkten oluşur. En yüksek enerji sınıfını koyu yeşil, en düşük enerji sınıfını ise kırmızı göstermektedir. Şekil 1.2’de örnek bir enerji etiketi gösterilmiştir. Etiket üzerinde yıllık enerji tüketimleri, gürültü emisyonları gibi tüketicinin karşılaştırma yapabileceği ayrıntılar verilmiştir. Bu değerler buzdolabının çeşidine göre de değişebilir (Ankastre, solo veya no-frost) (www.turkbesd.org).

Şekil 1.2. Örnek enerji etiketi

1.2. Buzdolabı Soğutma Çevrimi

Üreticiler, enerji sıkıntılarından doğan bu politikalar doğrultusunda tüm evsel cihazlarda enerji verimliliği ve tasarrufuna önem vermek zorundadırlar.

Evlerde ki elektrikli ev aletleri içinde en çok enerji tüketen buzdolaplarında, enerji tüketimlerini azaltmak için genellikle iki alanda çalışabilir: soğutma sistemi ve/veya yalıtım sistemi. Soğutma sisteminde, daha verimli kompresör, iyileştirilmiş

(26)

evaporatör ve kondenser ile ilgili çalışmalar yapılmıştır. Yalıtım sisteminin iyileştirilmesi için vakumlu yalıtım sistemleri hazırlanması gibi çalışmalar vardır (Soysal,2008)

Buzdolapları genel olarak soğutma sistemi, yalıtım sistemi ve diğer parçalardan oluşmaktadır. Soğutma sistemi, çevrimi oluşturacak kompresör, ısı değiştiricisi olan buharlaştırıcı ve kondenser, genleşme valfi (kılcal boru) ve soğutucu akışkandan oluşur. Soğutucu akışkan sıcaklıkları farklı olan ortamlardan düşük sıcaklıkta olandan ısı çeker ve böylece ortamın soğutulması işlemi enerji kullanılarak gerçekleştirilir. Şekil 1.3’te bir buzdolabının sistemi gösterilmiştir.

Şekil 1.3. Buzdolabı soğutma sistemi (Aslan,2007).

(27)

Soğutma çevrimi, soğutucu akışkanın kompresöre girişiyle başlar.

Kompresörde düşük basınçtan yüksek basınca geçen soğutucu akışkan, artan iç enerjisi, basıncı ve sıcaklığı ile yoğuşma basıncında kondensere girer. Soğutucu akışkanın basıncı arttırılırken sıcaklığı çevre sıcaklığının üzerine çıkar. Soğutucu akışkan kondenserden doymuş sıvı olarak ayrılır. Kondenserde yoğuşma esnasında soğutucu akışkandan çevreye ısı akışı olur. Soğutucu akışkan genleşme valfine giderken sıcaklığı çevre sıcaklığından fazladır. Soğutucu akışkan kılcal boruya ilerler ve burada yüksek kondenser basıncından, evaporatör (buharlaştırıcı) basıncına kısılır. Basıncı düşen soğutucu akışkan, evaporatörde düşük sıcaklıkta genişleyerek buharlaşır ve soğutucu içerisinden ısı çeker. Soğutucu akışkanın sıcaklığı, soğutulan ortamın sıcaklığının altına düşer ve akışkanın tamamı dönüş hattında buharlaşarak kompresöre döner ve buzdolabı soğutma çevrimi tamamlanmış olur. Bu çevrim esnasında kullanılan kompresör, evaporatör, kondenser enerji verimliliğini ve tasarrufunu etkiler. Buzdolabında soğutma çevrimi Şekil 1.4’te verilmiştir (Yılmaz H., 2012;Çengel ve Boles,1996).

Şekil 1.4. Buzdolabı soğutma çevrimi (Bulut ve Ünveren, 2011)

(28)

1.3. Termal Enerji Depolama (TED)

Termal enerji depolama iklim değişikliği ile mücadelede enerji tasarrufu ve verimliliğini artıran, ısıtma ve/veya soğutmaya yönelik esnek çözümler sunmaktadır. Bu durum fosil yakıtların daha az kullanımını sağlamakta ve çevre ile dost teknolojiler sunmaktadır. TED kullanımı ile sağlanan enerji tasarrufu sera gazı emisyonlarını önemli ölçüde azaltmaktadır. Enerji yük eğrilerinde görülen günlük veya mevsimlik piklerin termal enerji depolama ile karşılanması düşük enerji bedeli, ani yüklere cevap ve ek kapasite imkânı gibi yararlar da sağlayabilmektedir (Paksoy ve ark., 2009).

Maddenin iç enerjisi, moleküler yapısına, moleküllerin hareketlerine bağlıdır ve moleküllerin kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamıdır. İç enerjinin moleküllerin kinetik enerji ile ilgili kısmına duyulur enerji denir. İç enerji aynı zamanda moleküller arasındaki kuvvetlere bağlıdır. Moleküller dışardan aldıkları enerji ile bu kuvvetleri ve/veya bağları kırdığında faz değişimi gerçekleşir, sistemin bu enerjisine gizli enerji denir. İç enerjinin bu iki şekline ısıl enerji denir (Çengel ve Boles, 1996).

Buzdolabında enerji verimliliği ve tasarrufu için var olan enerjinin sonra kullanılmak üzere faz değiştiren maddelerde depolanması, Termal Enerji Depolama ile sağlanabilir. Isı enerjisini depolamak için temelde üç yöntem bulunmaktadır. Bunlar duyulur, gizli ve termokimyasal ısı depolamalarıdır. Bu yöntemler birim hacimde depolayabildikleri enerji bakımından ayrılırlar ( Lane, 1980). Şekil 1.5’te termal enerji depolama (TED) yöntemleri verilmektedir.

(29)

Şekil 1.5. Termal Enerji Depolama yöntemleri (Abhat,1983).

TED sistemlerinin temelinde depolama sistemine enerji sağlanması, bu enerjinin depolanması ve depolanan enerjinin ihtiyaç duyulan zamanlarda kullanılması prensibi yatmaktadır. Bu kısaca; yükleme, depolama, geri kazanma olarak özetlenebilecek bir süreçtir (Şekil 1.6) (Dinçer ve Rosen, 2002).

Şekil 1.6. Bir TED sisteminin genel bileşenleri (Dinçer ve Rosen, 2002).

(30)

Termal enerji depolama sistemlerinin faydaları şunlardır (Mazman,2006):

Yenilenebilir kaynaklardan elde edilen enerji TED ile depolanarak sürekli hale getirilir. Günün belirli saatlerine göre enerjinin fiyatlandırılması sisteminde, ucuz saatlerde depolama yapılabilir. Düşük ve yüksek sıcaklıklarda atık ısıdan faydalanılabilir. Enerji üretim kapasitesini arttırır; enerji verimliliğini arttırarak ve şebekeye destek sağlar. Kojenerasyon santrallerinin daha etkin çalışmasını sağlar.

Özellikle elektronik cihazların güvenliğini ve uzun ömürlülüğünü sağlar.

1.4. Duyulur Isı Depolama

Termal enerji depolama (TED) materyalinin sıcaklığındaki değişimden faydalanılarak yapılan depolamadır. Depolanabilecek ısının miktarı; ortamın ısı kapasitesine, sıcaklığın değişim miktarına ve depolama malzemesinin miktarına bağlıdır. Duyulur ısı, katı veya sıvı fazda depolanabilir (Paksoy,1992). Duyulur ısıda yaygın olarak kullanılan sıvılar arasında; en ucuz ve bol miktarda bulunan ve ayrıca kullanıldığı alanda da sağlığı tehdit edecek bir yapıya sahip olmayan madde sudur. Su birim hacimde oldukça yüksek miktarda ısı depolayabilir. Örneğin 1 m³ su 1 °C ısıtıldığı zaman 4198 kJ lük enerji depolarken,1 m³ hacimdeki kaya ise suyun depoladığı enerjinin yarısı kadar enerji depolamaktadır (Kovach,1976;

Sarı,2000).

Isı depolama ve geri kazanma işlemleri duyulur ısı depolamada tersinirdir.

Yani sistemin ekonomik ömrü boyunca bu maddelerin bu özellikleri değişmez.

Duyulur ısı depolamada ortaya çıkabilecek sorunlar;

· Isı depolama sırasında depolama sıcaklığı sürekli arttığından ısı kayıpları fazladır.

· Sistemde yalıtıma ihtiyaç vardır, bu da maliyeti artırmaktadır.

(31)

· Duyulur ısı depolamada sistemden ısı geri kazanılırken, depolama sıcaklığı sürekli düştüğünden ısı akış dağılımı gizli ısı depolamaya göre daha kararsız olacaktır.

Duyulur ısı depolama, depolama ortamına göre; sıvı ortamda depolama, katı ortamda depolama ve katı-sıvı ortamda depolama şeklinde sınıflandırılabilir (Mazman,2006).

Belirli bir zaman aralığında depolanabilecek ısı aşağıdaki eşitlikten hesaplanabilir:

Q=mCp(T2-T1) (1.1)

Q = Depolanan toplam ısı (J) T1 = İlk sıcaklık (ºC)

T2 = Son sıcaklık(ºC) m = Kütle(g)

Cp = Özgül ısı (j/g-ºC)

1.5. Gizli Isı Depolama

Gizli ısı depolama, enerji depolamak için maddelerin faz değişimi sırasında aldıkları ve verdikleri ısıdan yararlanır. Enerji alan madde erir ve tekrar donarken aldığı bu enerjiyi geri verir. Böylece ortam sıcaklığı faz değişim sıcaklığına çok yakın bir sıcaklık aralığında tutulmuş olur. Termal enerji depolamaya uygun faz değişimleri; katı-katı ve katı-sıvıdır. Sıvı-buhar faz değişimi, gaz fazın depolanmasının basınçlı depolama kaplarını gerektirmesi gibi karşılaşılan sorunlar nedeniyle uygun değildir. Uygulamada hacimsel enerji depolama kapasitesi yüksek olduğundan sadece katı-sıvı veya kristalleşme ısısı yüksek olan katı-katı faz değişimleri pratik öneme sahiptir. Maddelerin sabit sıcaklıkta faz değiştirebilmeleri ısı depolama ve geri kazanma için elverişlidir (Abhat,1983; Farid, 2004).

(32)

Q= m[aΔH + Cpb(Te-Tb) + Cps(Ts-Te)] (1.2)

Te= Erime sıcaklığı a= Eriyen madde kesri

ΔH= birim kütlenin erime entalpisi Cpb= Te ve Tb arasındaki özgül ısı Cps= Ts ve Te arasındaki özgül ısı

Gizli ısı depolama yöntemleri için gerekli depo hacmi duyulur ısıya göre daha küçüktür. Depolama ya da enerji dönüşümü için araştırma maliyeti düşüktür.

Örneğin suyun gizli ısısının duyulur ısısına oranı 80’dir;bunun anlamı şudur: 1 kg buzun erimesi için gerekli enerji miktarı 1 kg suyun sıcaklığını 1°C artırmak için gerekli ısıdan 80 kat daha fazladır. Bu durum depo tasarımında önemli bir avantajdır. Depolama ya da enerji dönüşümü için maliyeti de düşürür.Faz değiştiren maddeler (FDM) sabit bir sıcaklık aralığında depolama olanağı sağlar ve erime sıcaklığına bağlı olarak hem ısıtma hem de soğutma amaçlı kullanılabilirler (Feldman ve ark., 1986; Sarı, 2000).

Gizli ısı depolamanın diğer termal enerji depolama tekniklerine göre üstün yönleri şu şekilde sıralanabilir:

· Duyulur ısı depolamaya göre termal enerji depolama kapasitesi yüksektir, ısı deposu hacmi daha küçüktür.

· FDM olarak kullanılan maddelerin birim kütlelerinin termal enerji depolama kapasiteleri daha yüksektir. Faz değiştirme sıcaklıkları, sabit sıcaklıkta depolama ve geri kazanma için uygundur.

Gizli ısı depolama sistemleri;

· FDM olarak kullanılacak maddenin seçimi

(33)

· FDM de depolanan ısının uygulama ortamına aktarımı için ısı değiştirici tasarımıyla temelde iki aşamadır (Öztürk, 1997).

1.6. Faz Değiştiren Maddeler

Faz Değiştiren maddeler (FDM), faz değişimi esnasında gizli ısısının depolanarak ihtiyaç olduğunda kullanılmasına olanak veren malzemelerdir. Bu malzemeler, ısı alarak veya vererek enerjinin depolanmasına-geri kazanımını sağlayarak enerji verimliliği ve tasarrufunda önemli rol oynarlar. Katı-sıvı faz dönüşümüyle ısı depolama uygulamaları için birçok organik ve anorganik FDM’ler vardır (Sarı, 2000).

Faz değiştiren maddeler, temel olarak organik ve anorganik olmak üzere iki gruba ayrılırlar. Kullanım alanı en yaygın olan FDM’ler;

· Parafinler,

· Yağ asitleri,

· Anorganik tuz hidratları

· Ötektik karışımlar

Parafinler: Organik FDM sınıfına aittirler. Petrolden elde edilen, çok sayıda alkandan oluşan doymuş hidrokarbon karışımlardır. Mumsu yapıdadırlar.

Bunlar arıtma prosesinden sonra kokusuz, tatsız ve toksik olmayan maddelerdir.

Parafinler düz zincirli ve dallanmış zincirli olmak üzere basit bir yapıda bulunurlar.

Genellikle düz zincirli alkan karışımlarından oluşan parafinler kristallenmeleri esnasında büyük miktarda gizli ısı yayarlar. Parafinlerde zincir uzunluğu arttıkça erime ve donma sıcaklığı ile erime ısıları da artar. Parafinlerin belirli bir erime aralığında erimeleri TED uygulanacak alan içinde ayrıca bir avantajdır. Parafinler ucuz, bol ve kimyasal olarak kararlı olduklarından, genellikle ısı depolama için tercih edilirler. Korozif ve toksik etkiye sahip değildirler. İleri düzeyde aşırı

(34)

soğuma göstermezler, kendi kendilerine çekirdekleşebilirler. Parafinler kimyasal ve fiziksel özellikleri açısından çeşitli uygulamalar için uygundur (Yılmaz S.,2008;Mazman, 2006; Gök,2005).

Yağ asitleri: Yağ asitlerinin kimyasal yapıları genel olarak CH3(CH2)2nCOOH şeklindedir. Gizli ısıları parafinlerle karşılaştırılabilecek düzeyde organik bileşiklerdir. Düşük sıcaklıkta gizli ısı depolama uygulamaları için uygun özelliktedirler (Abhat, 1983). Yağ asitleri organik ve inorganik FDM’lere alternatif olarak kullanılabilirler (Suppes ve ark., 2003).

Anorganik Tuz Hidratları: Anorganik sınıfa aittirler. Termal enerji depolama kapasiteleri yüksek olduğundan, FDM olarak önemli bir yere sahiptirler.

0–150°C sıcaklık aralığında kullanılırlar. Erime donma sonucunda hacim değişimleri azdır ve termal enerji depolama kapasiteleri yüksektir. Isıl iletkenlikleri de organik FDM lere göre yüksektir. CaCl2.6H2O, NaSO4.10H2O örnek verilebilir (Mazman, 2007). Tuz hidratları parafinlere göre daha fazla enerji depolama kapasitesine ve daha yüksek termal iletkenliğe sahiptirler, ancak erime-donma sürecinde aşırı soğuma ve faz ayrışması meydana gelmektedir. Bu yüzden bazı çekirdekleştirici maddelerin ve kalınlaştırıcı ajanların kullanımlarını gerektirmektedir. He ve arkadaşlarının 1999 yılında yaptığı çalışmada da tuz hidratlarının çekirdekleşme problemine dikkat çekilirken, düzgün kristal yapıda erimeme ve korozif olmalarına da dikkat çekmişlerdir (Farid ve ark., 2004; He ve ark.,1999).

Ötektik Karışımlar: Ötektik karışımlar organik ve anorganik maddelerle hazırlanabilirler. Elde edilen ötektik karışımlar saf madde gibi sabit bir erime ve donma noktasına sahiptirler. Enerji depolama amacına uygun olarak iki veya daha fazla FDM karıştırılarak ötektik bileşime sahip karışımlar hazırlanabilir. İkili karışımlarda her iki bileşen ile de doygun olan ve en düşük donma sıcaklığına sahip olan bu çözeltiye ötektik sıvı, bu sıvının bileşimine ötektik bileşim ve bileşimi sabit kalarak bu sıvının tümünün donduğu sabit sıcaklığa ötektik sıcaklık denir (Mazman, 2000; Sarı, 2000; Sarıkaya, 2000).

(35)

1.7. Termokimyasal Yöntemle Isı Depolama

Kimyasal tepkime esnasında alınan veya verilen ısının daha sonra kullanılmak üzere depolanması ile termokimyasal enerji depolama gerçekleştirilir.

Kimyasal bağların tersinir olarak ayrışma ve birleşmesi sırasında, ısı değeri yüksek olan kimyasal tepkimeler gerçekleştiğinden, ısı depolama kapasitesi genellikle yüksektir. Termokimyasal yöntemle ısı depolayan sistemler, gizli ısı depolama sistemlerinden daha karmaşıktır. Tepkimedeki bileşenlerin kendi aralarındaki olası etkileşimleri önemlidir. Yöntemin en önemli özelliği seçilen tepkimenin tersinir olmasıdır. Tersinir tepkimelerle ısı tepkimenin endotermik yönünde depolanır, ekzotermik yönünde geri kazanılabilir. Tepkime sıcaklığında oluşan tepkime ürünleri ayrı ayrı depolanır, ısı ürünlerin tekrar karıştırılması ve gerektiğinde katalizör eklenmesiyle geri kazanılabilir (Yılmaz S.,2008; Mazman, 2006).

1.8. Termal Enerji Depolama (TED) Seçimi

Termal enerji depolama yöntem seçimi, depolama süresi, ekonomik uygulanabilirlik ve işletme koşullarına bağlıdır. TED sisteminde temel olarak ısı depolama maddesi, ısı depolama maddesinin konulacağı depo ortamı, sistemde gerekli ısıl dönüşümleri yapacak bir ısı dönüştürücüsü olmalıdır. Bu temel sistem şekil 1.6 da verilmişti. Genel olarak termal enerji depolama sisteminde bulunması istenilen özellikler aşağıdaki gibi sıralanabilir (Abhat, 1983):

· Termal enerji depolama sisteminde kullanılacak FDM’nin birim kütle veya hacim için termal enerji depolama kapasitesi yüksek olmalıdır.

· Termal enerji depolama sisteminde kullanılacak FDM çalışma sıcaklık aralığında uygun ısıl özelliklere sahip olmalıdır.

· Sistemde depolanan termal enerji bütünüyle geri kazanılabilmelidir.

· Termal enerji depolama ve geri kazanma etkinliğinde azalma olmaksızın, çok sayıda depolama ve geri kazanma çevrimi gerçekleştirilebilmelidir.

(36)

· Termal enerji depolama materyali korozif, toksik etkili ve yanıcı özellikte olmamalıdır. Materyalin kristallenmesi malzemenin termodinamik donma noktasında olmalıdır.

· Termal enerji depolama sistemi ucuz ve kullanım ömrü uzun olmalıdır.

Değişik erime sıcaklıklarına sahip faz değiştiren maddeler TED amacıyla;

tekstil ürünlerinde, yapı malzemelerinde, sıcaklığa duyarlı malzemelerin (tıbbi ürünler, gıda vb.) taşınması ve saklanmasında, elektronik cihazların korunmasında, aktif ve pasif ısıtma ve soğutma sistemlerinde kullanılabilmektedir (Zalba, 2003).

1.9. Buzdolabında TED Uygulamaları

Buzdolaplarında genel olarak bölmelerden birisi derin dondurucu olarak kullanılırken, diğeri taze gıda saklama bölmesi olarak kullanılmaktadır. Kullanım amaçlarına uygun olarak derin dondurucu bölmesi (-18) – (-25) °C sıcaklık aralığında çalışırken, taze gıda saklama bölmesi (+2) – (+8) °C aralığında çalışmaktadır. Bu sıcaklık aralığındaki bir ayar konumunda, ayar sıcaklığının üstüne çıkıldığında soğutma sistemi devreye girmektedir. Soğutma sisteminin kısa aralıklarla devreye girmesi enerji tüketimini artırmaktadır. Ayrıca soğutma kabini içerisindeki raf sıcaklıkları arasındaki farkın artması da enerji tüketimini artırmaktadır (Açıkgöz, 2009). Buzdolabının daha az enerji tüketmesi soğutma sisteminin performansının iyileştirilmesine ve/veya yalıtım sisteminin geliştirilmesine bağlıdır.

Buzdolabında TED uygulamaları soğutma ve yalıtım sistemi içine uygulanabilir. FDM’lerin yalıtım hacminde kullanımı deneysel olarak iki kapılı bir buzdolabında yapılmıştır (Soysal ve Çağlar, 2004). Bu çalışmada derin dondurucu sıcaklıklarında faz değiştirme sıcaklığına sahip FDM, uygun plastik kullanılarak hazırlanmış bir kap içerisine yerleştirilerek buzdolabı derin dondurucu kapısında yalıtım hacmi içerisine yerleştirilmiştir. Yalıtım malzemesi olarak FDM kullanımı ile ilgili çalışmalar binalar için de yapılmaktadır. Binalarda beton içerisinde

(37)

mikrokapsüllenme ile FDM uygulamaları mevcuttur. Ayrıca binalarda boya içerisine karıştırılan FDM’ler hem sıcaklığın sabit tutulması, hem de yalıtım malzemesi olarak kullanılmaktadır. Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems de hazırlanan deneme odalarında yapılan çalışmada FDM içeren duvarlarda enerji tüketimi açısından daha iyi sonuçlar elde edilmiştir (Cellat, 2017; Schossig, 2003).

Buzdolaplarında FDM kullanımı ile yalıtımın iyileştirilmesine benzer bir çalışma taşıma kutuları için gerçekleştirilmiştir (Ünal, 2017). Bu çalışmada, sıcaklık değişimlerine duyarlı malzemelerin nakliyesinde FDM kullanılmıştır. Nakliye sırasında ortam sıcaklıkları çok düşük sıcaklıklardan çok yüksek sıcaklıklara kadar değişebilmekte ve taşınan malzemenin bu değişikliklerden etkilenmemesi gerekmektedir. Bir diğer FDM uygulamasında Va-q-tec firmasının FDM ürünleri ile hazırlanan kutu (istenilen sıcaklık aralığı 2 – 8 °C) 60 saat sonra bile 8 °C’nin altında olacak şekilde gönderilebilmektedir (www.va-q-tec.de).

Bu çalışmaya başlandığında FDM’lerin beyaz eşya sektöründe kullanımı ile ilgili olarak çok fazla çalışma yokken son zamanlarda özellikle buzdolabında yapılan hem numerik hem deneysel çalışma sayısı artmıştır. Genel olarak buzdolabında FDM içeren çalışmalarda evaporatör etrafında FDM uygulaması yapılmıştır. Kondenser tarafında FDM uygulaması çok fazla yapılmamıştır. FDM uygulamaları buzdolabı içi sıcaklık dalgalanmalarının azaltılması ve sistem performansının arttırılmasını amaçlamıştır (Joybari ve ark., 2015). FDM’lerin soğutma sistemlerinde kullanımı ile ilgili bir çalışma da Sarı ve Egolf (2003).

tarafından yapılmıştır. Çalışmada, akışkan buz üretimi için su dolu bir evaporatöre soğutucu akışkan gönderilmesi ve bu akışkanın sudan ayrıştırılarak tekrar kompresöre gönderilmesi prosesinden bahsedilmektedir. Sistemin çalışabilmesi için, kompresör çıkışında bir yağ ayrıştırıcısı ve evaporatör çıkışında su ile soğutucu akışkanı ayıran bir sistemin bulunması zorunludur. Çalışmada aynı zamanda farklı soğutkanların özellikleri de incelenmiş, en iyi soğutkanın R600A olduğu vurgulanmıştır.

(38)

1.10. Çalışmanın Amacı

Bu çalışmanın amacı buzdolabı soğutma sisteminde, kabin içerisinde her iki bölmede uygulanacak FDM sistemi geliştirmektir. Bu şekilde uygulanan sistemde;

· Durma/çalışma sürelerinin optimizasyonunu yapmak

· FDM nin etkisiyle daha yüksek evaporasyon sıcaklığı ile sistem performansında sağlanacak artış yardımıyla enerji tüketim değerini iyileştirmek

· Raflar arası sıcaklığın düzgün dağılımı ile enerji tüketim değerini azaltmak

· Sıcaklık salınımlarının azaltılması ile donmuş gıda kalitesini artırmak

· Elektrik kesilmesi durumunda gıdaların daha uzun süre korunmasını sağlamaktır

Çalışmada elde edilecek FDM’li buzdolabı ile enerjiyi daha tasarruflu ve verimli kullanan yeni bir ürün geliştirilmesi hedeflenmiştir. Konut elektrik tüketiminde önemli bir payı olan buzdolabının enerji tüketim değeri düşürülerek hem ülke ekonomisine katkı sağlanması hem de sera gazı azaltılması amaçlanmıştır.

(39)

(40)

2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Selma YILMAZ BAYLAN

2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR

Soğutma sistemleri hem sanayide hem de konutlarda yüksek enerji tüketimine neden olduklarından bu sistemlerin çalışmalarının daha tasarruflu veya verimli olması sanayiciler ve bilim adamları için önemli bir konudur. Termal enerji depolamanın soğutma sistemleri ile kullanımı çok geniş bir alanda; yiyecek, içecek taşımacılığında, gıda depolama için soğuk odalarda, medikal ürünlerin taşınmasında, elektronik sistemlerin soğutulmasında, proseslerin ihtiyacı için, sanayide daha fazla ısı elde edilmesinde veya binalarda FDM kullanımı ile enerji tüketimini azaltan çözümler için kullanılabilir. Bina uygulamalarına örnek olarak, yalıtım panellerine veya beton içerisine mikrokapsüllenmiş FDMlerin eklenmesi ile termal enerji depolama çalışmaları yapılmıştır (Espeau ve ark.,1997; Ventola ve ark.,2002; Saito, 2002; Konuklu, 2008; Cellat, 2017). Yalıtım malzemesi olarak FDM kullanımı ile ilgili çalışmalar binalar için yapılmaktadır. Buna göre binalarda boya içerisine karıştırılan FDM’ler hem sıcaklığın sabit tutulması, hem de yalıtım malzemesi olarak kullanılmaktadır (Schossig, 2003).

NASA tarafından yapılan bir çalışmada, elektronik cihazlar için sıcaklık korunumunu sağlamak amacıyla FDM kullanılmıştır. Bina uygulamalarında FDM kullanımı 1970’lerde Dr. Maria Telkes tarafından üniversite içindeki bir binada denenmiştir. Bu çalışmada tuz hidratları kullanılmıştır (Dinçer ve Rosen, 2002).

Mehling ve Cabeza (2008), derledikleri kitapta; sıcaklığın korunması ile ilgili olarak taşıma kutularında, ilaç endüstrisinde, kan taşınmasında, elektronik devrelerde, pişmiş yiyeceklerin korunmasında, biyomedikal taşımada ve daha birçok alanda geliştirilen FDM uygulamalarını incelemişlerdir.

Buzdolaplarında genel olarak bölmelerden birisi derin dondurucu olarak kullanılırken, diğeri taze gıda saklama bölmesi olarak kullanılmaktadır. Kullanım amaçlarına uygun olarak derin dondurucu bölmesi (-18) – (-25) °C sıcaklık aralığında çalışırken, taze gıda saklama bölmesi (+2) – (+8) °C aralığında çalışmaktadır. Bu sıcaklık aralığındaki bir ayar konumunda, ayar sıcaklığının

(41)

üstüne çıkıldığında soğutma sistemi devreye girmektedir. Buzdolabının daha az enerji tüketmesi soğutma sisteminin performansının iyileştirilmesine ve/veya yalıtım sisteminin geliştirilmesine bağlıdır.

Buzdolabında FDM kullanımı ile ilgili literatür çalışmaları özellikle son zamanlarda artış göstermektedir. Buzdolabında enerji tasarrufu için ısıl transferlerin iyileştirilmesi, verimli ısı değiştiriciler ve verimli bir soğutucu akışkan kullanılabilir. Bu nedenle uygulamada kullanılacak ısı değiştirici öncelikle enerji tüketimini azaltıcı etki yapmalı, maliyeti ucuz olmalı ve ısı depolama kapasitesi yüksek olmalıdır. Isı değiştirici soğutucuda evaporatör ve kompresör gibi enerji verimini etkiler.

Bir dizi yayında soğu depolama için genellikle evaporatör çevresine odaklanılmıştır. Kondenser etrafında fazla çalışma yapılmadığını Joybari ve arkadaşları birçok çalışmayı inceleyip belirtmişlerdir (Joybari ve ark.,2015).

Soğutma yapılan odanın termal enerji depolamadan faydalanılması için, FDM içeren finli ısı eşanjörü evaporatör yakınına yerleştirilerek yapılan deneysel çalışmada %16 enerji tasarrufu sağlanmıştır. Bu tasarrufun yanı sıra ısı eşanjörünün çıkış sıcaklığındaki dalgalanmada giderilmiştir. Kullanılan FDM’nin erime sıcaklığı 5 °C dir (Copertaro ve ark.,2016). Fioretti ve arkadaşları ise soğuk oda prototipi yaparak, FDM içeren, kararsız durumda, iki boyutlu hal için FEM (Finite Element Method) simülasyonunu kullanarak hem numerik hem deneysel çalışma yapmışlardır (Fioretti ve ark.,2016).

Riffat ve arkadaşlarının bu çalışmasında FDM içeren ısı değiştiriciler ile yeni bir termoelektrik soğutucu tasarımı ve prototipi yapılmıştır. İki konfigürasyon kullanılmıştır. İlk konfigürasyon, termoelektrik hücrelerinin soğuk kısmına konvensiyonel finli sistem, ikinci konfigürasyonda ise kapsüllenmiş FDM’li konvensiyonel finli sistem kullanılmıştır. FDM olarak Climator firmasından alınan ClimSel C7 kullanılmıştır. 7°C de faz değiştiren FDM’nin depolama kapasitesi 50Wh/kg olarak verilmiştir. Soğutucu kabin içerisinde soğutma yükü oluşturmak için 1500 ml su kullanılmıştır. Soğutma ünitelerinin fin içeren borularla

(42)

birleştirilmesi iyi sonuçlar vermiştir. Ayrıca bu tarz boruların kullanılması enerji kesintilerinde ısı akışkanının tersine gitmesini de engellemiştir. Sistemin performans katsayısı (COP), FDM’siz ve FDM’li durumlar için karşılaştırılmış ve COP’nin iyileştirildiği gözlenmiştir (Riffat ve ark., 2001).

Çalışmalar yoğun olarak soğutma sistemleri üzerine yoğunlaşmıştır.

Benzer şekilde FDM’lerin soğutma sistemlerinde kullanımı ile ilgili çalışma Sarı ve Egolf (2003) tarafından yapılmıştır. Çalışmada, akışkan buz üretimi için su dolu bir evaporatöre soğutucu akışkan gönderilmesi ve bu akışkanın sudan ayrıştırılarak tekrar kompresöre gönderilmesi prosesinden bahsedilmektedir. Sistemin çalışabilmesi için, kompresör çıkışında bir yağ ayrıştırıcısı ve evaporatör çıkışında su ile soğutucu akışkanı ayıran bir sistemin bulunması zorunludur. Çalışmada aynı zamanda farklı soğutkanların özellikleri de incelenmiş, en iyi soğutkanın R600A olduğu vurgulanmıştır.

Wang ve arkadaşlarının yaptığı çalışmada, buzdolabının soğutucu sisteminde; FDM, ısı değiştiricisi ile ön-kondenser gibi kullanılarak enerji tasarrufu sağlanmıştır. Bu çalışmada FDM olarak EPS Ltd şirketinden alınan E21 isimli ötektik karışım, soğutucu sistemde kondenser, kompresör ve evaporatör arasında A,B ve C olarak 3 farklı konumda denenmiştir. Çalışmanın ilk kısmında deneysel yapılanlar, ikinci kısmında tasarlanan simülasyon çalışması ve son kısmında ise FDM nin soğutma sistemindeki farklı konumları için enerji kazançları verilmiştir.

Soğutucuda yaklaşık %8 enerji tasarrufu elde edilmiş, sistemin performans katsayısı (COP) yaklaşık %6 iyileştirilmiştir. Yapılan çalışmada FDM buzdolabı sisteminde pasif olarak uygulanmıştır. Özellikle COP de ki en iyi iyileşmenin kompresör ile kondenser arasında kondenserden önce ve sonra yerleştirilen FDMA ve FDMB ile elde edildiği gözlenmiştir. Bu çalışmada buzdolabı kabin içine FDM konulmamıştır (Wang ve ark., 2007, Part1, Part2, Part3).

Azzouz ve arkadaşları, FDM içeren ev tipi bir buzdolabının performansını deneysel olarak ölçmüşlerdir. FDM’nin evaporatörün arka kısmına yerleştirilmesinde ki amaç, hem elektrik kesintisinde birkaç saat daha soğutma

(43)

sağlamak hem de evaporatörün verimliliğini artırmaktır. Soğutma sistemi hem su hem de -3°C de faz değiştiren bir FDM ile test edilmiştir. Evaporatörün kullanılmayan kısmına yerleştirilen FDM sistem performansını artırmış ayrıca kabindeki sıcaklık dalgalanmasını da azaltmıştır. Elektrik kesintisinde FDMsiz durumda 1-3 saat korurken, FDM’li durumda 5-9 saat koruma sağlanmıştır. Sistem performansı katsayısı (COP) ısıl yüke bağlı olarak %10-30 arasında artmıştır (Azzouz ve ark.,2009).

Cerri’nin yaptığı çalışmada yine evaporatör de az miktarda FDM kullanılmış ve sistem performans katsayısında %12 lik bir iyileşme gözlenmiştir (Cerri, 2003).

Buzdolabında 0,95 kg faz değiştiren madde (FDM) kullanımı ile %9,4 enerji tasarrufu elde edilmiştir. Kondenser alanı %20 arttırılarak FDM’nin etkisi de arttırılmıştır. (Yusufoğlu ve ark.,2015).

Buzdolaplarında soğutucu sistem dışında kabin ve yalıtımla da enerji verimliliği ve/veya tasarrufu yapılabilir. FDM’lerin yalıtım hacminde kullanımı deneysel olarak iki kapılı bir buzdolabında yapılmıştır (Soysal ve Çağlar, 2004).

Bu çalışmada derin dondurucu sıcaklıklarında faz değiştirme sıcaklığına sahip FDM, uygun plastik kullanılarak hazırlanmış bir kap içerisine yerleştirilerek buzdolabı derin dondurucu kapısında yalıtım hacmi içerisine yerleştirilmiştir.

Buzdolaplarında FDM kullanımı ile yalıtımın iyileştirilmesine benzer bir çalışma taşıma kutuları için gerçekleştirilmiştir (Ventola ve ark., 2002). Bu çalışmada, sıcaklık değişimlerine duyarlı malzemelerin nakliyesinde FDM kullanılmıştır.

Nakliye sırasında ortam sıcaklıkları çok düşük sıcaklıklardan çok yüksek sıcaklıklara kadar değişebilmekte ve taşınan malzemenin bu değişikliklerden etkilenmemesi gerekmektedir. Bir diğer FDM uygulamasında Va-q-tec firmasının FDM ürünleri ile hazırlanan kutu (istenilen sıcaklık aralığı 2 – 8 °C) 60 saat sonra bile 8 °C’nin altında olacak şekilde gönderilebilmektedir. (www.va-q-tec.de).

Manini ve arkadaşları buzdolabı kabinine vakum izolasyon paneli ile yalıtım