Yeni Teknoloji, Klima İçin Kullanılan Enerjiyi Büyük Ölçüde Azaltabilir
Dünya genelinde kullanılan enerjinin yaklaşık %10’u soğutma sistemlerine harcanıyor ve bu enerjinin büyük bir kısmı fosil yakıtlarla üretiliyor. Şirketler, klima sistemlerini mümkün olan en kısa sürede çok daha verimli hale getirmek zorunda. Çinli otobüs şirketi Yutong Bus, otobüslerinin bazı günler Şanghay sokaklarında yavaşça ilerlerken enerji tüketiminin tavan yapmasının nedenini bir türlü çözemedi. ABD’li firma Montana Technologies’den bir ekip durumu incelemek için Çin’e uçtu. Elektrik sayaçlarını otobüsün çeşitli parçalarına taktılar ve kısa sürede enerji tüketiminin nedenini buldular.
Montana Technologies’in CEO’su Matt Jore, “Klima sistemini ölçmemişler,” diyerek, otobüslerin Şanghay’ın sıcak ve nemli havasına karşı koymak için kullandığı klima sisteminin enerji tüketimini büyük ölçüde etkilediğini belirtiyor. “Sürücü klimayı açtığında, enerji tüketimi fırlıyordu.” Klima her açıldığında ya da odanın sıcaklığı birkaç derece düşürüldüğünde enerji kullanımı önemli ölçüde artar. Nemli koşullarda klimalar özellikle zorlanır; tüketilen enerjinin yarısından fazlası havayı nemden arındırmak için harcanabilir. Çin’deki otobüslerin bu zorluğu, Jore ve ekibine bir fikir verdi: Eğer nem alma işlemini daha verimli hale getirebilirlerse, klimanın genel verimliliğini artırabilirlerdi. Bu düşünceyle ABD’ye döndüler ve bunu nasıl gerçekleştirebileceklerini araştırmaya başladılar.
Soğutma, dünya enerjisinin onda birini, binalarda kullanılan enerjinin ise %20’sini tüketiyor. Uluslararası Enerji Ajansı, soğutma talebinin önümüzdeki 25 yılda büyük ölçüde artmasını bekliyor. 2050 yılına kadar dünya genelindeki hanelerin üçte ikisinin bir tür klima cihazına sahip olacağı tahmin ediliyor. İklim krizi derinleştikçe, soğutmanın dikkatli kullanımı daha da önemli hale gelecek. Soğutma sistemleri, birçok hayat kurtarma potansiyeline sahip olmasına rağmen, sürdürülebilir olmaktan uzak. Ancak, soğutma teknolojisi ilkesel olarak çok daha verimli hale gelebilir.
“Burada 50 galonluk variller dolusu bu madde var. Özel bir toz halinde geliyor,” diyor Jore, firmanın yeni nem alıcı sistemi AirJoule’un içindeki bileşenleri kaplayan malzemeye atıfta bulunarak. Bu, ekibinin Çin gezisinden sonra yıllarca süren araştırma ve geliştirme çalışmalarının bir sonucudur. Kaplama, metal-organik bir yapı olarak adlandırılan son derece gözenekli bir malzeme türüdür ve gözenekler su moleküllerine çok iyi uyacak şekilde boyutlandırılmıştır. Bu, güçlü bir kurutucu veya kurutma cihazı yapar.
“Yalnızca bir kilogramı, kendi ağırlığının %55’ini su buharı olarak alabilir,” diyor Jore. AirJoule sistemi, her biri bu özel malzemeyle kaplanmış yüzeyler içeren iki odadan oluşur. Bu odalar sırayla bir hava akışını nemden arındırır. Bir oda her zaman sistemden geçen havayı kuruturken, diğer oda daha önce topladığı nemi yavaşça bırakır. Kurutma odasından biraz ısı, suyla doymuş kaplamaya uygulanır, çünkü bu suyun damlayarak uzaklaştırılmasını teşvik eder. Bu iki boşluk her 10 dakikada bir rol değiştirir,” diyor Jore.
Bu işlem havayı soğutmaz, ancak daha geleneksel bir klima cihazına kuru hava sağlanmasını mümkün kılar ve bu ikincil cihazın kullanacağı enerjiyi önemli ölçüde azaltır. Jore, AirJoule’un çıkarılan her litre su buharı başına 100 watt-saatten az enerji tükettiğini ve bu durumun nem alma için gereken enerjiyi geleneksel bir nem alıcıya kıyasla %90’a kadar azaltabileceğini iddia ediyor.
Montana Technologies, AirJoule sisteminin bileşenlerini kendi tüketici ürünlerini yapıp bu firmalarla doğrudan rekabet etmek yerine, yerleşik HVAC firmalarına satmayı planlıyor. Bu yaklaşımı “AirJoule Inside” olarak adlandırıyorlar. Firma ayrıca, aynı teknolojiye dayanan ve havadan içme suyu elde edebilen bir sistem üzerinde çalışıyor. Çöl ortamında konuşlanmış askerler için kullanışlı bir şey olduğu söylenebilir. Ancak, AirJoule hala prototip ve test aşamalarındadır.
“Potansiyel müşteriler ve ortaklar için bu pilot üretim öncesi birimlerden birkaçını inşa ediyoruz,” diyor Jore. “Büyük mağazaların çatıları gibi yerlerde kullanmayı planlıyoruz.”
Rakip firma Blue Frontier da, sıvı bir nem alıcı, havadan nem toplayabilen bir tuz çözeltisi kullanan bir sistem geliştirdi. CEO Daniel Betts, teknolojiyi ABD genelinde açıklanmayan çeşitli lokasyonlarda—ofisler, depolar ve restoranlar gibi—kurduklarını söylüyor. Üçü aktif, yıl sonuna kadar altı tane daha kurulacak.
AirJoule gibi, Blue Frontier’in yaklaşımı da kurutulmuş havayı soğutmak için ayrı, ikincil bir klima sürecine bağlanır. Blue Frontier de nem alıcısını yenileme ihtiyacını dikkate almak zorundadır, ancak bu süreç nem alma işleminden ayrılabilir ve elektrik şebekesi üzerindeki talebin az olduğu zamanlarda çalıştırılabilir.
Gerçekten büyük klima sistemleri, evinizde veya apartman dairenizde sahip olabileceğiniz üniteye kıyasla farklı çalışır. Örneğin, otellerdeki merkezi soğutma tesisleri, misafir odalarına soğutulmuş sıvı dolaştırır ve bu sıvı odanın havasını soğutmak için kullanılır. Bu sıvının sıcaklığını düşüren soğutma tesisleri, zaten oldukça verimlidir. Ancak, yine de, gün ortasında herkesin serinlemek istediği geç saatlerde şebekeden güç çekmek zorundadır.
Bu sorunu aşmak için Nostromo, geçen yıl Kaliforniya’da iki bitişik otelde—Beverly Hilton ve Waldorf Astoria Beverly Hills—kurduğu IceBrick adlı bir sistem geliştirdi. IceBrick, binanın çatısında duran dikdörtgen bir modüldür. İçinde neredeyse 200 yalıtımlı su kapsülü bulunur ve bu kapsüller, düşük talep dönemlerinde dondurulabilir. Ardından, gün ortasında otel misafirleri terlemeye başladığında, soğutma tesisi, depolanmış soğukluğu kullanabilir ve böylece yüksek elektrik fiyatlarından kaçınabilir. Bu, enerji tüketiminde bir azalma anlamına gelmez—aslında biraz artar—ancak Ben Nun, sistemin yıllık soğutma maliyetlerini %30 azaltabileceğini ve ilgili emisyonları %80’e kadar azaltabileceğini çünkü IceBrick’in, şebekede bol miktarda yenilenebilir elektrik bulunduğunda (örneğin, rüzgar türbinleri gecenin ortasında hızla dönerken) güç çekebileceğini söylüyor.
Sistem, bir ev için uygun olmayabilir çünkü sadece bu büyük merkezi soğutma tesisleri ile çalışır. Ancak, Ben Nun’un belirttiğine göre, ne tür dolaşım sıvısı kullandıkları önemli olmaksızın çeşitli soğutma tesislerine takılabilir.
“Bu gerçekten heyecan vericiydi,” diyor Oxford Üniversitesi’nde sürdürülebilir soğutma alanında kıdemli araştırma görevlisi Nicole Miranda. “Raflardan alınabilen, oldukça istiflenebilir, esnek bir çözüm görmek güzel.”
Her senaryo yeni bir yaklaşım gerektirmeyecek. Geleneksel klima teknolojisi daha iyi tasarımdan faydalanabilir, diyor Vince Romanin, Gradient adlı pencere bazlı ısı pompaları üreten firmanın CEO’su. Bu üniteler, belirli bir odayı ısıtmak veya soğutmak için pencere pervazlarının her iki yanında, iç ve dış olarak asılır ve borularla bağlanır. Ünitenin dış kısmı, geleneksel klimalardan daha büyüktür, bu da daha büyük ve daha verimli bir ısı değiştiriciyi içermesini sağlar, diyor Romanin. Ancak, firmanın en verimli klimayı yapmaya çalışmak gibi bir hedefi olmadığını vurguluyor. Aksine, “yüksek verimli sistemleri daha fazla bina türüne ulaştırmak” amaçlanmıştır.
“Bu tür kazanımların yanı sıra, akıllı kontroller ve diğer özellikler de kullanıcıların enerji israfını önlemelerine yardımcı olabilir,” diyor. Tipik bir Gradient pencere ısı pompası şu anda 3.800 dolara mal oluyor, ancak Romanin, cihazı mümkün olduğunca erişilebilir hale getirmek için bu fiyatı nihayetinde 1.000 dolara düşürmeyi umduklarını söylüyor.
Slovenya’daki sıcaklıklar son zamanlarda 35 derece Santigrat (95 derece Fahrenheit) civarında seyrediyor. Ve yine de, bugün birçok merkezi olmayan klima, teorik maksimum verimliliğinin sadece %20’si ile çalışıyor, diyor.
Isınan bir dünya, daha fazla aktif soğutmaya ihtiyaç duyacak—bunda hiç şüphe yok. Ancak, bunu nasıl ve ne ölçüde kullanacağımız önemli olacak. Kendimizi aşırı soğutmanın da bir anlamı yok.
Bu, genel olarak klima için enerji tüketimini azaltmanın yollarını bulmayı zorunlu kılıyor. Yukarıdaki tüm teknolojiler, mevcut klima teknolojisinin birer versiyonu veya ekleridir. Ancak, tamamen farklı bir tasarıma sahip bir klima yapmak için ortaya atılan fikirler de var. Tušek’in heyecanlandığı seçeneklerden biri, bir elektrik alanı kullanarak bir malzeme içindeki atomların hareketinde ince bir değişiklik indükleyen, bir tür faz geçişi yaratan “elektrokalorik” soğutma. Bu, malzemenin bir halden diğerine geçmesine neden olarak, o malzeme içinde bir sıcaklık değişimi yaratır.
Geçen Kasım ayında, Lüksemburg Üniversitesi’nden Emmanuel Defay ve meslektaşları, elektrokalorik bir soğutma cihazını tanımlayan bir makale yayınladılar. Bu cihaz, üst üste yığılmış ince seramik malzeme şeritlerinden yapılmış olup, aralarında sadece ince bir hava boşluğu bulunur. Bu küçük seramik yığın, sıvı dolu bir tüpün içinde yer alır. Bir elektrik alanı uygulandığında, katı seramik malzeme içinde faz geçişi olur ve bu, onun ısınmasına neden olur. Sıvı, yığından ısıyı emerek tüpün bir tarafına taşır. Sonra, elektrik alanı kapatılır ve yığın soğur. Bu olduğunda, sıvı ters yönde hareket eder ve sonunda tüpün diğer ucunu soğutur.
“Birlikte dans ediyor gibiler,” diyor Defay. Yaklaşık 100 döngü boyunca, tüpün bir ucu ısınırken (yaklaşık 30 derece Santigrat’a ulaşır) diğer ucu önemli ölçüde soğur (yaklaşık 15 derece Santigrat’a düşer). “Yavaş yavaş bu sıcaklık gradyanını oluşturursunuz,” diye ekliyor. Bu, insanların bugün güvendiği soğutma teknolojisinden radikal olarak farklıdır ve bir gün mekan soğutma için %20 daha verimli olabilir, diye tahmin ediyor Defay. Ancak, laboratuvar prototipi sadece 4 watt soğutma gücüne sahiptir ve seramikler, toksik olan kurşun gibi ideal olmayan malzemelerle yapılır. Tuşek, böyle bir sistemde kullanılan malzemelerin uzun vadeli güvenilirliğinin henüz kanıtlanmadığını belirtiyor.
Daha iyi aktif soğutma teknolojileri geliştirme yarışında, pasif soğutma önlemlerini benimseme fırsatını kaçırabiliriz, diyor Miranda. Pasif soğutma—yaz günlerinde pencerelerin üzerine güneşin gelmesini engelleyen panjurlar kadar basit—çalıştırmak için hiçbir maliyet gerektirmez, diye belirtiyor: “Buradaki risk, yine kolay, raflardan alınabilen bir çözümümüzün olması, ancak bu, bizi elektrik tasarrufu sağlayabilecek pasif seçenekleri kullanmak konusunda tembelleştirebilir.”
Etiketlendi:
- bilim
Önceki Yazı
Sonraki Yazı
Ne düşünüyorsunuz?
Fikrini bilmek güzel. Yorum bırakın.