Güneş enerjisiyle iç mekân soğutma
Güneş enerjisiyle iç mekân ısıtılması basit ve kolaydır. Fakat teorik olarak, iç mekan ısıtmada güneş enerjisinden optimal olarak faydalanmak mümkün değildir. Zira ısıtmaya en fazla gereksinim duyulan kış aylarında ve gece saatlerinde güneş enerjisi en azdır.
Bunun tam tersine, uygulanması daha zor ve komplike olmakla beraber, iç mekân soğutmada güneş enerjisinden optimal olarak faydalanılabilmektedir. Zira soğutmaya en fazla gereksinim duyduğumuz yaz ayları ve öğle saatleri, güneş enerjisinin de en bol olduğu günler ve saatlerdir.
İklim değişikliği ve refah düzeyinin artması sonucu son yıllarda elektrikli soğutucu (klima cihazı) kullanımı her geçen gün artmaktadır ve bunun sonucu olarak da, yaz aylarında ve özellikle de sayısı her geçen yıl artan aşırı sıcak günlerde, Akdeniz ve benzer iklime sahip ülkelerdeki toplam elektrik tüketiminin yarıya yakın bir kısmı bu cihazların elektrik tüketiminden kaynaklanmaktadır. Dolayısıyla, daha az elektrik tüketen alternatif soğutma sistemlerinin araştırılıp geliştirilmesinin önemi artmıştır.
Bu arada, uzun yıllardır bilinen solar (güneş enerjisiyle) soğutma yöntemlerinin geliştirilmesi ve yeni yöntemlerin araştırılması çalışmaları da hız kazanmaya başlamıştır. Güneş enerjisiyle soğutmada bilinen beş yöntem:
- PV kaynaklı konvansiyonel ısı pompaları
- Güneş Enerjisi kaynaklı termo-mekanik soğutma çevrimi
- Güneş Enerjisi kaynaklı absorbsiyon soğutma çevrimi
- Güneş Enerjisi kaynaklı adsorbsiyon soğutma çevrimi
- Güneş Enerjisi destekli desikant evaporatif soğutma (DEC) çevrimi
“Hayalperest Bir Mucidin Hayalleri” başlıklı yazımda belirttiğim gibi, 2028 yılından itibaren inşa edilecek tüm yeni kamu binalarının, 2030 yılından itibaren de diğer tüm binaların sıfır emisyon ilkelerine göre inşa edilmesinin zorunlu olacağı AB ülkelerinde, bu binalar için öncelikle tavsiye edilen ısıtma-soğutma sistemi, 1. yöntemdir. Yani, binaların, soğutulma ve ısıtılmalarını sağlayacak ısı pompalarının tüketimi dâhil, toplam elektrik enerjisi tüketimlerini karşılayacak kadar PV panelle donatılmalarıdır. Sistemin su ısıtıcı güneş enerjisi kolektörleriyle kombine edilmesinin avantajlarına burada değinilmeyecek olup, böyle bir sistemin kış aylarında ısıtma modunda çalışmasını gösteren bir şeklin verilmesiyle yetinilecektir (Şekil 1).
Orta vadede çok yaygınlaşacağı kesin olan bu sistemde, güneş enerjisiyle önce düşük (%20-28) verimle elektrik enerjisi üretilmekte, sonra da bu elektrik enerjisiyle konvansiyonel ısı pompası çalıştırılmaktadır. Bu nedenle güneş enerjinden daha yüksek verimle faydalanılabilecek soğutma sistemlerinin araştırılıp geliştirilmesi önem taşımaktadır.
Ben şahsen, kurulum maliyetleri düşürüldüğünde, “Güneş Enerjisi Destekli Desikant Evaporatif Soğutma (DEC) çevrimi”nin öneminin artacağı görüşündeyim.
Bilindiği gibi, en basit ve en ucuz mekan soğutma yöntemi, havaya çok ince zerrecikler halinde su püskürterek suyun buharlaşmasının sağlandığı evaporatif soğutma yöntemidir (EC). 1 KW enerji harcayarak 100 Kg su buharlaştırıldığında, havadan 69 KW ısı enerjisi absorbe edilmektedir. Ancak kapalı mekânlarda uygulandığında, gerçekleşen aşırı nem artışı nedeniyle, aşırı kuru havaya sahip bölgeler hariç, bu yöntemin kapalı mekânlarda kullanımı kısıtlıdır.
Nem birikimi sorununu ortadan kaldırmak için, dış ortamdan alınan normal nemli havanın bir nem çekici (desikant) yardımıyla kurutulduktan sonra, su püskürtülerek soğutulup iç mekâna gönderildiği “desikant evaporatif soğutma (DEC)” yöntemi geliştirilmiştir (Şekil 2).
Şekil 3’te ve Şekil 4’ün altındaki grafikte de, giriş (1-4) ve çıkış (5-9) havasının nem ve sıcaklık değişimi gösterilmektedir. Bu şekillerde:
1-2 Desikant tekerleği: Giren havanın (1), geçiş sırasında nemi azalıp, sıcaklığı artarken (2), desikant nemlenmektedir.
2-3 Isı tekerleği: Giren havanın (2) geçiş sırasında sıcaklığı düşerken (3), ısı tekerleği ısınmaktadır.
3-4 Nemlendirici: Giren havanın (3) geçerken nemi artmakta, sıcaklığı 17-20oC ‘ye kadar düşmektedir (4).
4-5 İç mekânda havanın sıcaklığı biraz artmakta, nemi de biraz düşmektedir.
5-6 Nemlendirici: İç mekândan atılan havanın (5) geçerken nemi artmakta, sıcaklığı düşmektedir (6).
6-7 Isı tekerleği: Giren havanın (6) geçiş sırasında sıcaklığı artarken (7), ısı tekerleği soğumaktadır.
7-8 Radyatör (sıvı-gaz eşanjörü): Giren (7) havanın geçerken sıcaklığı artmaktadır (8).
8-9 Desikant tekerliği: Giren sıcak havanın (8), geçiş sırasında sıcaklığı düşüp, nemi artarken (9), nemli desikant kurumaktadır.
Bu yöntemde, radyatörden geçen havanın ısınmasını sağlamak için yüksek miktarda ısı enerjisine gereksinim vardır. İşte burada güneş enerjisi devreye sokularak, desikantın kurutulmasında kullanılacak havanın konvansiyonel yakıtlar kullanılmadan ısıtılması sağlanmaktadır.
Güneş Enerjisi Destekli Desikant Evaporatif Soğutma (DEC) sistemlerinde, desikant (nem çekici, sorbent) olarak, başta silika jel olmak üzere, aktif alüminyum, zeolit, LiCl ve LiBr kullanılmaktadır. Güneş enerjisini ısıtma ortamına aktarmada, su ısıtıcı (Şekil 4) veya hava ısıtıcı (Şekil 5) güneş kolektörleri kullanılabilmektedir.
Su ısıtıcı güneş kolektörlerinin kullanılmasının avantajı, sisteme yeterli büyüklükte bir sıcak su deposunun ilave edilmesi durumunda, güneş battıktan sonra da sistemin bir süre kullanılabilmesidir.
Benim daha fazla gelecek gördüğüm hava ısıtıcı güneş kolektörlü DEC sistemlerinin birinci avantajı, hava ısıtıcı güneş kolektöründen çıkan sıcak havanın, bir eşanjöre gerek kalmadan doğrudan desikant kurutma havası olarak kullanılabilmesidir.
Ama asıl önemli avantaj, kış aylarında sisteme eklenecek by-pass ve bağlantılar yardımıyla, desikant tekerleği, ısı tekerleği ve nemlendiricileri devre dışı bırakıp, hava ısıtıcı güneş kolektöründen gelen sıcak temiz havayı doğrudan iç mekâna göndererek, mekânın ısıtılmasına katkı sağlanabilmesidir.
Çok sayıda insanın bulunduğu, kullandığı mekânların iyi bir şekilde havalandırılmasının, solunan havanın kalitesi (karbondioksit oranının artmasının önlenmesi) bakımından önemi eskiden beri bilinmektedir. Şimdi iyi bir havalandırmadan, ortamda bulunabilecek Corona ve diğer gribal virüsleri, etkili bir şekilde iç mekândan uzaklaştırması da beklenmektedir. Fakat kış aylarında havalandırma %100 soğuk temiz dış havayla yapılırsa, çok yüksek ısıtma giderleri ortaya çıkacağından, genellikle %25 temiz hava + %75 iç mekân havası karışımıyla yapılmaktadır ki, bu da ortamda bulunabilecek virüslerin iç mekândan bırakınız etkili bir şekilde uzaklaştırılmasını, tam tersine yayılmasını sağlamaktadır.
Hava ısıtıcı güneş kolektörlü DEC sistemi kolektörlerinin ortak sıcak hava çıkışının, bina havalandırma sisteminin temiz hava girişine (emişine) bağlanması durumunda, havalandırmanın güneşli saatlerde iç mekânı soğutmadan, hatta hafif ısıtarak %100 temiz havayla yapılması sağlanabilmektedir.
Güneş Enerjisi Destekli Desikant Evaporatif Soğutma (DEC) sistemlerinin bütün bu avantajlarına rağmen, halen yaygın bir şekilde kullanılmamasının kanımca ana nedeni, kurulum maliyetlerinin yüksek (geri ödeme sürelerinin uzun) olmasıdır. Şekil 6’da gördüğünüz su ısıtıcı ve hava ısıtıcı güneş kolektörü maliyet rakamları, 10 yıl öncesine aittir. Bu arada su ısıtıcı kolektörlerde vakum tüplülerin yaygınlaşmasının dışında, cari fiyatlarda ciddi bir değişiklik meydana gelmemiştir.
Tarafımdan geliştirilip patenti alınan Tekstil Esaslı Su ve Hava Isıtıcı Güneş Kolektörlerinin maliyetlerinin, Şekil 6’da belirtilenin %25’i civarında olduğu ve Çin menşeli silica jel tekerleği fiyatlarının da önemli ölçüde ucuzladığı göz önüne alınırsa, Güneş Enerjisi Destekli DEC sistemlerinin en önemli handikabı olan yüksek kurulum maliyetlerinin düşmesi ile orta vadade kullanımlarının yaygınlaşmasını beklemek, ben görmeyecek olsam da, boş bir hayal değildir diye düşünüyorum.
