Don, dondurucu soğuk yüzeylerin nemli havayla çevrelenmesiyle karşılaştığımız bir durumdur. Etrafında yüksek nem bulunan ve düşük sıcaklıklara sahip bir yüzey, don oluşumuna daha yatkındır. Buzlanma, iç mekanları sıcak tutan ısı pompaları da dahil olmak üzere, evimizdeki birçok sistemi etkileyen bir sorundur. Araştırmacılar donmaya dayanıklı ısı pompaları üreterek bu sorunlu senaryoyu ortadan kaldırmaya çalışmaktadır.
Isı pompaları ısıtma, soğutma ve genel enerji verimliliğinde büyük rol oynayan cihazlardır. Onlar sihirli “ısı taşıyıcıları” olarak hayal edilebilir. Sıfırdan ısı üretmek yerine, soğuğu uzak tutmak için rahat bir battaniyeyi bir odadan diğerine taşımak gibi, mevcut ısıyı bir yerden alıp diğerine aktarır. Bu süreç inanılmaz derecede verimli ve çevre dostu olup, ısı pompaları evlerimizi rahat ettirmek ve gezegenimizi sürdürülebilir kılmak için umut verici bir çözüm sunar.
Isı pompalarının iyi çalışabilmesi söz konusu olduğunda donmayla mücadele etmek büyük bir zorluktur. Don tabakası, ısı pompasının işini verimli bir şekilde yapmasını zorlaştıran bir yalıtkan görevi görür. Bu, ısı pompasının sizi sıcak veya serin tutmak için daha fazla enerji kullanması gerektiği anlamına gelir ve istenmeyen bir durumdur. Ayrıca don çok yoğunlaştığında sistemi tıkayabilir ve en kötü durumda sistemi bozabilir. Bu nedenle, ısı pompasının sorunsuz çalışmasını sağlamak ve bozulmasını engellemek için donmayı yönetmek ve önlemek önemlidir.
Don birikiminin ele alınması, ısı pompaları için önemli bir husustur ve hem verimliliklerini hem de genel sistem stabilitesini etkiler. Kış aylarında don, ısı değişim sürecini engelleyebilir, ısı pompasının daha fazla çalışmasına ve istenen sıcaklığı korumak için daha fazla enerji tüketmesine neden olabilir. Donmanın meydana getirdiği yük, mekanik sorunlara ve ciddi durumlarda sistem hasarına yol açabilir1.
Araştırmacılar aktif olarak don oluşumunu, hava kaynaklı ısı pompalarının (ASHP) don koşullarındaki performansını ve fan ayarları ve yüzey işlemleri gibi donma önleme veya buz çözme yöntemlerini araştırıyor. Bu çabalara rağmen, donmanın önlenmesini tam olarak başarmak halen zor olup, yıl boyunca sistem performansı ve istikrarı açısından ASHP’ler için zorluklara yol açmaktadır.
Donmayı gidermek için ısı pompaları sıklıkla düzenli buz çözme döngülerine tabi tutulur ve ısıtma işlemleri geçici olarak durdurulur. Sonuç olarak, soğuk iklimlerde birçok ısı pompası, tutarlı bir sıcaklık sağlamak için ek yakıt yakan veya elektrikli ısıtma sistemleriyle eşleştirilir. Bu buz çözme döngülerinin verimliliğini artırmak için çeşitli optimizasyon teknikleri önerilmiştir.
Son yıllarda, donmayan hava kaynaklı ısı pompalarının (FFASHP) ortaya çıkışı, geleneksel ASHP’lere umut verici bir alternatif olarak ilgiyi artırdı. Bu yenilikçi sistemler, donmayı azaltmak ve genel enerji verimliliğini artırmak için kurutucu maddeler veya antifiriz kullanır. FFASHP teknolojisinin benimsenmesi artarken, bu alandaki ilerlemelerin ve zorlukların kapsamlı analizi hala nispeten sınırlıdır.
Don; havanın su buharı basıncı, üçlü noktayı (612 Pa) aştığında ve yüzey sıcaklığı hem havanın çiğlenme noktasından hem de donma noktasından daha soğuk olduğunda oluşur. Su buharı basıncı üçlü noktanın altında olduğunda ve yüzey sıcaklığı, donma noktasından daha soğuk olduğunda, su buharı birikerek doğrudan donmaya dönüşür.
ASHP’ler kışın düşük sıcaklıklı borulara ihtiyaç duyar. Havanın çiğlenme noktası veya donma noktası düşürülerek don önlenebilir. Üç FFASHP tipi bunu başarmaktadır: Ön Nem Alma (kurutucular), Kapalı Tip (antifriz spreyi) ve Açık Tip (ara madde olarak antifriz). Üçü de kışın donmadan çalışabilmektedir.
Ön nem alma FFASHP’ler, dış serpantine (İçerisinden geçen sıvı ya da gaz halindeki maddeyi istenilen düzeyde ısıtmak veya soğutmak amacı ile kullanılır.)giren hava sıcaklığını düşürmek için kışın nem alma cihazlarını kullanır. Kapalı tip ve açık tip FFASHP’ler, dolaylı ve doğrudan buharlaşmalı soğutma için yaz aylarında soğutma suyunu kullanır. FFASHP, daha iyi ısı transferi ve kuru termometre ile ıslak termometre sıcaklık farkının daha düşük olması nedeniyle, geleneksel ASHP’lere göre çok daha düşük yoğuşma sıcaklıklarına ulaşarak sistem performansını önemli ölçüde artırır. Yaz ve kış aylarında su ilavesi ve çözelti rejenerasyonu ile kütle dengesi korunur.
FFASHP donmadan çalışmayı sağlar ancak çözüm döngüleri nedeniyle ASHP’den daha karmaşıktır. Bir ısı ve kütle değiştirici, rejeneratör, çözelti tankı ve ısı pompası çevrimi içerir. Çözelti havadaki ısıyı emer, konsantrasyonu azaltır ve potansiyel olarak donma noktasını yükselterek bir rejeneratör gerektirir. Çözelti deposu kışın konsantrasyonu dengeler yazın ise ısı depolar. Malzemelerin ve bileşenlerin entegrasyonu, çalıştırılması ve bakımı FFASHP’ler için zorluklar yaratır2.
Kaynaklar