Buharsız Sıkıştırma Teknolojisi için Enerji Tasarruf Potansiyeli Araştırmaları

05 Mayıs 2014 Dergi: Mayıs-2014

Kaynak: U.S. Department of Energy/Energy Efficiency & Renewable Energy/Energy Savings Potential and RD&D Opportunities for Non-Vapor-Compression HVAC Technologies, Mart 2014

Çeviren: Meriç Noyan KARATAŞ

Her ne kadar buhar sıkıştırmalı teknolojiler, HVAC gereksinimlerini etkin bir biçimde karşılıyor; ve 100 yıla yakın bir süredir HVAC teknolojilerinde baskın olarak kullanılıyor olsa da, buhar sıkıştırmalı teknolojilerde kullanılan konvansiyonel soğutucu akışkanlar atmosfere salındıklarında küresel iklim değişikliğine sebep olmaktadırlar. Birleşik Devletler ve diğer ülkelerdeki liderler, HVAC ekipmanlarında hidroflorokarbonlu soğutucu akışkanların (HFC) kademeli olarak kullanımının kaldırılması için son 20 yıldır öneri vermektedirler. HFC tüketiminin azaltılması için beklenen yükümlülükler düşük GWP’ne (Küresel Isınma Potansiyeli) sahip alternatif soğutucu akışkanlara olan ilgiyi tetiklemiştir. Araştırmacılar günümüzde kullanılan HFC’lara alternatif olarak düşük GWP’ne sahip hidrokarbonlar, amonyak, karbondioksit ve hidrofloroolefinleri (HFO) tespit etmişlerdir. Buna karşın, bu alternatif soğutucu akışkanların birçoğu GWP açısından avantajlı olsa da; zehirlilik, yanıcılık, düşük verimlilik ve/veya yüksek ekipman maliyeti gibi dezavantajları vardır.

Birleşik Devletler Enerji Departmanı (U.S. Department of Energy – DOE) Bina Teknolojileri Ofisi (Building Technology Office – BTO) ile Navigant Consulting Inc. danışmanlık şirketi; gelecekteki meskun veya ticari HVAC uygulamalarına hizmet edecek buhar sıkıştırmalı teknolojilere alternatif sistemleri karakterize etmek ve değerlendirmek için ortak bir çalışma gerçekleştirmiştir. Bu çalışmanın amaçları:

• Meskun ve ticari HVAC uygulamaları için buhar sıkıştırmalı sistemlere alternatifler tanımlamak

• Bu teknolojileri, sağladıkları teknik enerji tasarruf miktarları, geliştirilme seviyesi, enerji tasarrufu dışındaki faydaları, son kullanıcı kabulü ve konvansiyonel buhar sıkıştırmalı sistemler ile rekabet edilebilirlik gibi diğer faktörler bazında karakterize etmek

• DOE buharsız sıkıştırma teknoloji seçeneklerini destekler ise, bu teknolojiler için spesifik araştırma, geliştirme ve yaygınlaştırma tavsiyelerini yapmak.

Bu çalışma her ne kadar mahal koşullandırma uygulamalarına odaklanmış olsa da, araştırılan teknolojilerin birçoğu soğutma uygulamaları için de kabul edilme potansiyeli yüksektir. Tablo 1 değerlendirdiğimiz teknoloji seçeneklerini göstermektedir. Tüm teknoloji seçeneklerini bağımsız mahal koşullandırma sistemleri olarak değerlendirdik (mahal koşullandırma sistemlerinin bir bileşeni gibi değil) çünkü bu teknoloji seçeneklerinin bazıları günümüzde kullanılmaktadır. Iki teknoloji seçeneğini eledik çünkü mevcut literatür bu seçeneklerin mahal koşullandırma uygulamaları için uygun olmadığını söylemekte idi. Buna ek olarak, üç teknoloji seçeneği araştırma ve geliştirmenin erken evrelerinde olduğundan kamu tarafından farkedilirlik kazanmamıştır. Sonuç olarak onları diğer seçeneklerle nicel olarak karşılaştıramamakla beraber bu seçenekler üzerinde limitli bir analiz yaptık.

Sonrasında, Amerika’nın meskun ve ticari HVAC sistemlerinde kullanılan buhar sıkılaştırma teknolojisi üzerindeki teknik enerji tasarruf olanağını daha iyi anlamak için, geriye kalan her bir 17 uygulanabilir teknoloji seçeneğini inceledik ve onların mevcut gelişme durumlarını ve performanslarını tanımladık. Bu analizlere dayanarak, temel buhar sıkıştırma sistemleri üzerindeki birim enerji tasarrufu için tahminler geliştirdik ve her bir teknoloji seçeneği için ilgili piyasaları belirledik. (örneğin; nihai kullanım, bina tipi, iklim bölgesi vb.) BTO’nin önceliklendirme aracını (Prioritization Tool) ve kendi birim enerji tasarruf tahminlerimizi kullanarak, her bir teknoloji seçeneği için teknik enerji tasarruf potansiyelini hesapladık. Şekil 1 her bir buharsız sıkıştırma teknoloji seçeneği için teknik enerji tasarruf potansiyelini sunmaktadır.

Araştırma, geliştirme ve yaygınlaştırmada daha ileriye gitmek yolunda gelecek vaad eden alanları belirlemek amacı ile, belli kriterlere dayanan her bir teknoloji seçeneğini değerlendirmek için score card analizi yaptık. Bu kriterler; teknik enerji tasarruf potansiyeli, Bina Teknolojileri Ofisi gerekliliklerine uyum sağlama, enerji tasarrufu dışındaki faydalar ve maliyet/komplekslik olarak sıralandı. Her bir kritere genel önemini belirtmesi adına bir ağırlık faktörü atadık ve teknoloji seçeneklerini toplam final puanlarına göre sıraladık. Şekil 2’de teknoloji seçeneklerinin genel toplam final puanları görülmektedir. Bu puanlar eldeki bilgi ve kanıya dayalı oluşturduğumuz teknoloji seçenekleriyle alakalı mevcut görüşümüzü yansıtmaktadır. Genel olarak, listenin başında olan ve yüksek puana sahip olan teknoloji seçenekleri BTO girişimleri ile desteklenirse daha fazla potansiyel enerji tasarrufu ve daha yüksek başarı olasılığı sunmaktadır. Fakat düşük puanlı teknoloji seçenekleri de BTO’nun değerlendirmesine dahil olabilir çünkü sağladıkları enerji tasarruf miktarları günümüz için fazla olmamasına karşın ek araştırma ve geliştirme faaliyetleri ile verimlilik ve performansları mevcut olan limitlerin ötesinde arttırılabilir.

Bu sıralama baz alınarak, 17 teknoloji seçeneğini Şekil 2’de özetlendiği gibi 4 kategoriye ayırdık; En çok gelecek vaad eden, çok gelecek vaad eden, kısmen gelecek vaad eden ve en az gelecek vaad eden. Genel puanı 4.0’ın üzerinde olan iki teknoloji seçeneğini ‘en çok gelecek vaad eden’ buhar sıkıştırma alternatifi olarak tanımladık çünkü bunlar önemli ölçüde enerji tasarrufu olanağı sağlıyor, kayda değer enerji tasarrufu dışında faydalar sunuyor, çok daha pahalı veya karışık olacağı tahmin edilmiyor ve/veya BTO gerekliliklerine çok iyi uyum sağlıyor. Genel puanı 3.5 ve üzerinde olan dört teknoloji seçeneğini ‘çok gelecek vaad eden’ alternatifler olarak belirledik çünkü orta ve yüksek seviye enerji tasarruf olanağı sağlıyor, kayda değer enerji tasarrufu dışında faydalar sunuyor ve/veya BTO gerekliliklerine uyum sağlıyordu. ‘Kısmen gelecek vaad eden’ olarak sınıflandırdığımız yedi teknoloji seçeneği ise düşük ve orta seviye arasında enerji tasarrufu olanağı sağlıyor ve buhar sıkıştırmaya kıyasla başka faydalar sunuyordu. Fakat bu puanlar teknoloji seçeneklerinin günümüzdeki durumunu yansıtmaktadır ve ileride yürütülecek geliştirme faaliyetleri performanslarını arttırdıkça daha çekici hale gelme ihtimali taşımaktadır. Son olarak, dört teknoloji seçeneğini buhar sıkıştırma için ‘en az gelecek vaad eden’ alternatifler kategorisinde sınıflandırdık çünkü buhar sıkıştırmaya kıyaslandığında enerji tasarrufu sağlamamaktadırlar. Bu teknoloji seçenekleri belli şartlarda maliyet tasarrufu sağlasa da eneji tasarruf kaynağı olarak kabul görülebilecekleri tahmin edilmemektedir.

Eğer DOE, yaptığımız çalışma için seçtiğimiz teknoloji seçenekleri üzerinde yaptığımız gözden geçirmeyi baz alarak, buharsız sıkıştırma teknolojilerinin daha fazla geliştirilmesi için destek verirse, DOE’ye Tablo 3’ten Tablo 6’ya kadar özetlenen araştırma, geliştirme ve yaygınlaştırma girişimlerine bakmasını tavsiye ediyoruz.

Geliştirilme süreci erken evrede bulunan üç teknoloji seçeneği için (Bernoulli ısı pompası, kritik akış soğutma çevrimi ve elektrokalorik teknoloji de dahil olmak üzere) son laboratuar deneyleri ve teorik analizler; bu teknoloji seçeneklerinin mahal şartlandırma uygulamalarındaki yüksek verimlilik potansiyelini ortaya koymuş, fakat her biri buhar sıkıştırma teknolojisine uygun bir alternatif olarak değerlendirilmeden önce daha fazla gösterge gerektiği düşünülmektedir. Bu üç teknoloji için, öncelikle gelişimlerinin izlenmesini, ortaya çıkan sonuçlar HVAC uygulamaları için umut vaad ediyor ise, bu çevrimlerin temel sıvı ve malzeme etkileşimlerinin karakterize edilebilmesi için daha çok inceleme yapılmasının desteklenmesini tavsiye ediyoruz. Bu araştırma çabalarının hedefleri, teknoloji seçeneklerinin çalışma şekillerinin anlaşılması, analitik modellerinin oluşturulması ve daha sonra bu modelle daha fazla geliştirilebilecek alanların tanımlanması için parametrik bir çalışma yapılması olmalıdır

Buna ek olarak, bu çalışma süresinde geleneksel buhar-sıkıştırmalı sistemlerin performansını arttırabilecek bazı teknoloji seçenekleri belirledik. Her ne kadar buhar sıkıştırmalı sistemlerin alt sistemleri olan uygulamaların değerlendirilmesi bu çalışmanın kapsamı dışında olsa da, bu imkanları ileride referans olması için özetledik. Bu potansiyel bileşen teknolojilerin değerlendirilmesi için analitik modelleme ve laboratuar araştırmalarının yapılmasını tavsiye ediyoruz. Eğer ilk bulgular gelecek vaat edici ise, bu bileşenler buhar-sıkıştırma sistemlerinde daha fazla test edilebilmeleri için uygulama prototiplerine entegre edilebilirler.