Klima sistemlerinin dahil olduğu, yaklaşık 200 yıllık bir geçmişe sahip, buhar sıkıştırmalı çevrimler ortamların iklimlendirmesi amacıyla günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır. Çevrimde kullanılan soğutucu akışkan yardımıyla ısı soğuk taraftan alınarak sıcak tarafa taşınır. Bu sayede sıcak ortamdan ısı alınmasıyla soğutma işlemi gerçekleşir.
Murat Yıldırım& Ahmet KutsalErdoğan
TMS EndüstriyelSoğutma Sanayi Ticaret A.Ş.
Klima sistemlerinin dahil olduğu, yaklaşık 200 yıllık bir geçmişe sahip, buhar sıkıştırmalı çevrimler ortamların iklimlendirmesi amacıyla günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır. Çevrimde kullanılan soğutucu akışkan yardımıyla ısı soğuk taraftan alınarak sıcak tarafa taşınır. Bu sayede sıcak ortamdan ısı alınmasıyla soğutma işlemi gerçekleşir.
Buhar sıkıştırmalı çevrimlerin yaygınlaşması ile her alanda soğutma sistemlerinin kullanımı mümkün olmuştur. Konfor klimaları ile paralel olarak endüstriyel alanlarda da ihtiyaca özel soğutma çevrimi tasarımları yapılmıştır. Özellikle farklı sıcaklıktaki ortam şartlarında soğutma işlemi yapılabilmesi için o şartlara özel soğutucu akışkanlar geliştirilmiştir. Soğuk oda, dondurucu gibi tesislerde kullanılan ve sıfırın altındaki sıcaklıklarda soğutma yapabilen cihazlar için yüksek basınçlı akışkan seçilirken, dökümhane, haddehane gibi ortam sıcaklıkları zaman zaman 80 °C ~ 90 °C’ye ulaşan tesislerdeki alanların soğutulmasında düşük basınçlı soğutucu akışkanlar tercih edilir. Bu sayede istenilen verimli soğutma performanslarının elde edilmesi sağlanır.
Demir çelik sanayinde, dökümhane gibi tesislerin içerisinde çalışan vinçlerin üzerinde yer alan operatör kabinleri, elektrik odalarının içerisinde kesintisiz soğutma ihtiyacı gerekir. Yüksek ortam sıcaklıklarına sahip bu alanlarda çalışan endüstriyel tip klima cihazları, kesintisiz olarak soğutma işlemine devam etmek zorundadır. Bunun sağlanabilmesi için günümüze kadar soğutma çevrimi tasarımlarında HFC grubuna ait R227ea, R236fa gibi düşük çalışma basınçlarına sahip soğutucu akışkanlar tercih edilmiştir. R227ea soğutucu akışkanının kullanıldığı klima cihazları 85 °C çalışma ortamlarına kadar olan şartlarda çalışabilirken, R236fa soğutucu akışkanı ile 90 °C’ye kadar çıkan çalışma ortamlarında kesintisiz soğutmayı mümkün kılmıştır.
Soğutucu akışkan tarihçesine bakılacak olursa ilk yıllarda endüstrinin farklı alanlarında kullanılan doğal maddeler soğutucu akışkan olarak kullanılmıştır. Ancak bu maddelerin çoğunun yanıcı olması ve toksik etkilerinin görülmesi kullanımı yavaşlatmıştır. 1930’lu yıllarda R12 soğutucu akışkanın dahil olduğu kloroflorokarbon (CFC) adı verilen sentetik soğutucu akışkanların ortaya çıkmasıyla soğutma sistemlerinin kullanımı küresel ölçekte yaygınlaşmıştır. Bunu daha sonra yaygın olarak uzun süreler kullanılan R22’nin dahil olduğu hidrokloroflorokarbon (HCFC) soğutucu akışkanların gelişimi izlemiştir.
Tüm dünyada soğutma sistemleri hızla yaygınlaşırken bu akışkanların ozon tabakasının incelmesinde rol oynadığı belirlenmiştir. Soğutucu akışkan bazında bu etkinin ölçülebilmesi için ozon tabakasını inceltme potansiyeli (ODP – OzoneDepletionPotential) tanımı yapılmış ve R-11 soğutucu akışkanının ODP değeri 1,0 olarak tanımlanarak diğer soğutucu akışkanların ozon tabakası incelmesindeki etkinliği eşdeğer olarak hesaplanmıştır. HCFC’ler, CFC’lere göre daha az etkili olsa da ozon tabakasını incelten maddeler arasında yer alır. Aralarında soğutucu akışkanlarının yer aldığı ve ozon tabakasına zarar veren kimyasalların yasaklanmasına ilişkin Montreal Protokolü Eylül 1987 tarihinde kabul edilmiştir. Türkiye 19 Aralık 1991 tarihinde bu protokole taraf olmuştur.
Bu olumsuz etkiyi ortadan kaldırmak amacıyla alternatif olarak 1990’larda Hidroflorokarbon (HFC) gurubu geliştirilmiştir. HFC grubunun ODP değeri sıfırdır. Günümüzde R134a, R410a, R407c, R404a gibi yaygın olarak kullanılan tüm soğutucu akışkanlar bu gruba aittir. HFC’lerin kullanımı ile ozon tabakasında iyileştirme görülmüş ancak bu akışkan grubu ile sera gazı etkisi olarak da adlandırılan küresel ısınma problemi ortaya çıkmıştır. Florokarbon kimyasallarının büyük bölümü sera gazları olarak tanımlanan grup içerisinde yer alır. HFC’lerin farklı kullanım alanları olsa da 2012 verilerine göre toplam kullanımın yaklaşık %80’ni iklimlendirme (HVAC) sektöründedir. [2]
Soğutucu akışkanların küresel ısınmaya olan etkilerinin değerlendirilebilmesi amacıyla küresel ısınma potansiyeli (KIP veya GWP – Global WarmingPotential) kavramı ortaya çıkmıştır. GWP, farklı gazların bağıl olarak küresel ısınma etkilerinin bir ölçüsüdür. GWP, belirli bir sürede, bir soğutucu akışkanın 1 tonunun, 1 ton karbondioksit (CO2) gazı tarafından hapsedilen ısı miktarına göre hapsettiği ısı miktarını belirtir. Burada CO2 gazının GWP değeri 1,0 olarak tanımlanmıştır. R236fa soğutucu akışkanının GWP değerinin 9810 olduğu düşünülürse, R236fa soğutucu akışkanının küresel ısınmaya etkisi CO2 gazından 9810 kat daha fazla olur.
Ton CO2 eşdeğeri olarak ifade edilen değer, bir soğutucu akışkanın GWP ağırlıklı miktarıdır ve ilgili akışkanın kütlesinin GWP değeri ile çarpımından elde edilen değerdir.
CO2 eşdeğeri = kütle (ton) x GWP [2]
Örneğin bir klima cihazında 50 kg kullanılan R236fa soğutucu akışkanı için hesaplanmak istenirse;
CO2 eşdeğeri = 0,05 (ton) x 9810
Bu cihaz için CO2 eşdeğeri; 490,5 ton olacaktır.
Küresel ısınmaya sebep olan sera gazları salınımının kontrol altına alınabilmesi ve bir takvim çerçevesinde kullanımının sınırlandırılması için Dünya genelinde çalışmalar yürütülmüştür. 196 ülkenin taraf olduğu Montreal Protokolü ardından, 12 Aralık 2015’te Paris Anlaşması akdedilmiş ve imzaya açılmıştır. Daha sonra Montreal Protokolü 28. Taraftarlar Toplantısı 10-14 Ekim 2016’da Ruanda’nın başkenti Kigali’de yapılmış ve 15 Ekim 2016’da Kigali değişikliği protokole taraf olan 65 ülkenin değişikliği onaylaması ile 1 Ocak 2019’da yürürlüğe girmiştir. Florlu sera gazları (HFC), ozon tabakasına zarar vermeseler de küresel ısınmaya yol açtıkları etki karbondioksitin 23 bin katına kadar ulaşabilmektedir. Kigali Değişikliği ile bu gazların salınımlarının onaylanan takvim sonuna kadar 80 Gigaton-karbondioksit eşdeğeri azaltılması öngörülmektedir. [8]
Şekil-1’de HFC kullanımını sınırlama takvimi görülmektedir.
Şekil-1 Kigali Değişikliği HFC Azaltım Takvimi [2]
A5 grubu ülkeler Montreal Protokolü 5. Maddede tanımlanmıştır. Montreal Protokolü Madde 5’te verilen tanıma uyan taraflar, genel itibariyle bunlar ekonomik olarak gelişmekte olan ülkelerdir. Madde 5 ülkesi olmayan (A5 olmayan) veya Montreal Protokolü Madde 5’te verilen tanıma uymayan taraflar, genel itibariyle bunlar ekonomik olarak gelişmiş ülkelerdir. [9] Bu takvim çerçevesinde her yıl belirlenen kotalar azaltılarak karbon ayak izinin azaltılması hedeflenmektedir. [6] Bu takvimde ülke gruplarına göre 4 kategori belirlenmiştir. A5 kategorisi gelişmekte olan ülkeleri kapsar. A5 dışı kategoride ise gelişmiş ülkeler (A2) bulunur. Türkiye A5 Grup1 içerisinde bulunan ve gelişmekte olan ülkeler arasında yer alır.
Kigali değişikliği kapsamında mevcut kullanımda olan HFC gazların kullanımı 2047’ye kadar %85 oranında azaltılacaktır. Bu sayede küresel ısınmanın 0,4 °C ~ 0,5 °C azaltılarak 1,5 °C seviyelerinde tutulması hedeflenmektedir.
F-Gaz yönetmeliğinin yayınlanması ve AB mevzuatı uyarınca, 1 Ocak 2020’de, küresel ısınma potansiyeli (GWP) 2500’den fazla olan soğutucu akışkanların kullanıldığı soğutma sistemlerinin üretimi yasaklanmış ve sadece bakım vs. işlemlerini içeren servis amaçlı kullanımına izin verilmiştir.
Servis amaçlı akışkan şarjı kullanımları da 40 ton CO2 eşdeğeri ile sınırlandırılmıştır. [5] 2030 yılı itibariyle bakım veya yeniden soğutucu akışkan şarjı yapmak amacıyla yeni soğutucu akışkan kullanılması tamamen yasaklanacaktır.
Ülkemizde Kigali değişikliği 25 Mayıs 2019 tarihinde TBMM’ye sunulmuş ve 4 Mart 2021’de kabul edilmiştir. 2020 başında devreye giren F-Gaz yönetmeliği ile ülkemiz de bu yola girmiştir. Son olarak da Türkiye 7 Ekim 2021’de Paris İklim Anlaşması imzalamıştır. [4]
Kigali değişikliği ile birlikte CFC ve HCFC’lerin ardından HFC’lerinde sınırlandırılmaya başlanmasıyla soğutucu akışkanlar alanında yeni alternatif akışkanlara ihtiyaç duyulmuştur. Yeni alternatif geliştirme çalışmaları iki kategoride devam etmektedir. İlk kategoride daha önceden de bilinen CO2 (R744), Propan (R290), amonyak (R717) gibi doğal akışkan alternatifleri çalışılmaktadır. İkinci kategoride ise yeni nesil çevreci soğutucu akışkanlar olarak adlandırılan Hidrofloroolefinler (HFO) grubunda soğutucu akışkanlar bulunur. Bunların en yaygın bilinenleri R1234yf ve R1234ze soğutucu akışkanlardır. Bu akışkanlar mevcut HFC grubuna dahil olan en çok kullanılan akışkanların başında gelen R134a’ya alternatif olarak geliştirilmiştir. [3] Alternatif olarak düşünülen bu akışkanların GWP değerleri, HFC grubu akışkanları ile kıyaslandığında çok düşüktür. Örnek üzerinden karşılaştırılmak istenirse Tablo-1 incelenebilir;
Doğal akışkanların özellikle çalışma ortam şartları ve servis açısından önemli kısıtları bulunur. R290 (Propan) gibi yüksek yanıcılığa sahip özelliği, klima cihazında kullanım miktarını sınırlar. Yine CO2 sistemleri ortam sıcaklığı 20 °C üzerinde olduğunda, evaporatörü kritik sıcaklık altında çalışırken kondenseri kritik sıcaklık üzerinde işleyen bir soğutma sistemi olarak tarif edilen, transkritikmodda çalışır.
Yeni geliştirilen alternatif akışkanları (HFO) küresel ısınmaya etkisi düşük seviyede olmasına rağmen yanıcı ve toksik sınıflarının HFC grubuna göre yüksek olması kullanımlarının önünde engel teşkil etmektedir. Bu olumsuz özellikleri ortadan kaldırılması amacıyla HFO ile HFC grubuna ait akışkanların belirli oranlarda karışımı ile yeni soğutucu akışkanlar geliştirilmektedir. Bu yeni akışkan karışımları buhar sıkıştırmalı çevrimde kullanıma uygun olarak geliştirilmektedir. Böylelikle ASHREA tarafından tanımlanan ve Şekil-2’de görülen A3 ve A2 yanıcı sınıfına sahip akışkanlar, A2L ve A1 olarak sınıflandırılan güvenli sınıfa kaymaktadır.
Örnek vermek gerekirse; soğutma grupları gibi endüstriyel tip soğutma sistemlerinde yaygın kullanılan R134a alternatifi olarak direkt HFO grubuna ait R1234yf soğutucu akışkanının kullanılması yerine A1 yanıcı sınıfa ait R513a soğutucu akışkanı geliştirilmiştir. %56 R1234yf ve %44 R134a karışımı ile elde edilmiş azetropik bir karışımdır. Basınç – entalpi (p-H) grafiği ve soğutma performansı R134a ile çok yakındır. Buna karşılık GWP değerinin 631 olduğu göz önüne alınırsa, R513a akışkanının küresel ısınmaya etkisi R134a’ya göre yaklaşık %55 iyileştirilmiştir. Bu gelişmeler çevre açısından son derece öneme sahip ürün yaşam döngüsüne ve ürün bertarafına olumlu katkıda bulunur.
Alternatif olarak geliştirilen karışım akışkanları ile HFC akışkanlarının termodinamik özelliklerinin yakın olması mevcut kullanılan klimalarda düşük maliyetlerle soğutucu akışkan dönüşümlerini de mümkün kılar.
Yüksek sıcaklığa sahip çalışma ortamlarında soğutma yapmak amacıyla kullanılan klima cihazlarında bulunan R227ea (GWP: 3220) ve R236fa (GWP: 9810) soğutucu akışkanların kullanımı F-Gaz yönetmeliği doğrultusunda Avrupa’da durdurulmuştur.
Avrupa sınırları içerisinde bu akışkanların kullanıldığı yeni cihaz üretimi ve ithalatı yasaklanmıştır. Bunun yanı sıra klima cihazlarında yaygın olarak kullanılan mevcut soğutucu akışkanlarla ilgili de yeni yaptırımlar devreye girmektedir.
Örnek vermek gerekirse endüstriyel tip klima cihazlarında en yaygın kullanılanlardan biri olan R134a (GWP: 1430) soğutucu akışkanı için Norveç’te kg başına 1.095,38 Norveç Kronu (yaklaşık 2.000 TL) ilave vergi alınmaya başlanmıştır. Vergi miktarı soğutucu akışkanın GWP değerine göre artarak kg başına 10.000 Norveç Kronunun üzerine çıkmaktadır. Diğer birçok Avrupa ülkesinde de benzer uygulamalar başlamıştır. Bu nedenle düşük GWP değerine sahip yeni nesil alternatif soğutucu akışkanlar geliştirilmiştir. Bu çerçevede yanıcı olmayan aşağıdaki alternatif akışkanların kullanıldığı soğutma sistemlerine geçiş yapılmıştır. Kullanılabilecek yeni nesil alternatif soğutucu akışkanların başlıcaları:
- R513a (%56 R1234yf / %44 R134a – GWP : 631) - R134a yerine
- R450a (%58 R1234ze / %42 R134a – GWP : 605) – R227ea yerine
- R515b (%91,1 R1234ze / %8,9 R227ea – GWP : 293) - R227ea ve R236fa yerine
Ülkemizde geçiş süreci devam etmektedir. Daha önce kabul edilen Kigali Değişikliği ve F-Gaz yönetmelikleri ile Ekim 2021’de imzalanan Paris İklim Anlaşması ile bu geçişin hızlanacağı tahmin edilmektedir. Özellikle taraf olunan Kigali Değişikliği HFC azaltma takviminde yer alınan A5 Grup 1 için 2024 başlangıç kabul edilecektir. Bunun yanı sıra 29 Haziran 2022 tarihinde yeni yayınlanan “Florlu sera gazlarına ilişkin yönetmelik” ile geçiş süreci hızlandırılmıştır. Yönetmeliğe göre GWP değeri 2500 veya daha fazla olan hidroflorokarbonları içeren ticari soğutucular ve dondurucular (hermetik olarak sızdırmazlığı sağlanmış ekipman) 1/1/2025 tarihinden itibaren ve GWP değeri 150 veya daha fazla olan hidroflorokarbon içeren ticari soğutucular ve dondurucular (hermetik olarak sızdırmazlığı sağlanmış ekipman) 1/1/2029 tarihinden itibaren piyasaya arzı yasaklanacaktır.
TMS Endüstriyel Soğutma A.Ş Olarak 2019 yılında başlatmış olduğumuz ARGE çalışmalarının sonucunda özellikle demir çelik tesislerinin zorlu çalışma şartlarına göre tasarlanmış olan VKS Serisi vinç kabin soğutucuları olan ürün gamımız başta olmak üzere endüstriyel alanlarda kullanılan R134a, R227ea ve R236fa soğutucu akışkanlarına alternatif olan yeni nesil düşük GWP değerine sahip akışkanlarla ilgili tasarımlar tamamlanmış ve yeni ürün gamları devreye alınmıştır.
(Şekil-3) Çalışma ortamının sıcaklığına uygun olarak R513a, R450a veya R515b soğutucu akışkanının kullanıldığı klima cihazlarını TMS Endüstriyel Soğutma A.Ş müşterilerine alternatif olarak sunmaktadır. Bu kapsamda 2020 yılından itibaren başta Avrupa ülkeleri olmak üzere dünyanın farklı ülkeleri için üretilen klima cihazlarında düşük GWP değerine sahip soğutucu akışkanlar TMS Endüstriyel Soğutma A.Ş tarafından yoğun bir şekilde kullanılmaktadır.
Şekil – 3 Ağır çalışma (yüksek sıcaklık ve korozif ortam) koşullarına uygun olarak tasarımı yapılmış TMS Marka Vinç klima cihazları
Gerek ülkemizin taraf olduğu yönetmelikler ve anlaşmalar gerekse çevre duyarlılığının giderek artması nedeniyle ülkemizde yeni nesil soğutucu akışkanlara geçişin yakın zamanda çok hızlı olacağı öngörülmektedir.
Kaynaklar:
[1]Danfoss - Refrigerantoptionsnowand in thefuture (Ağustos 2018)
[2]csb.gov.tr – Kigali Değişikliği Bilgi Notu
[3]A. Yıldız, R. Yıldırım “R134a’ya Alternatif Bir Soğutucu Akışkan (R513A) Kullanan Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Sistemlerinin Enerji ve Çevresel Analizi” Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 8 (2020) 1817-1828
[4] Paris İklim Anlaşması – Resmi Gazete 7 Ekim 2021 Sayı: 31621 (Mükerrer)
[5]“Refrigerationandfreezerequipment: Changestorefrigerantgasesthat can be used” www.gov.uk/environment-agency
[6]Doç. Dr. Semra Cerit Mazlum “Küresel İklim Politikaları” Ankara, 2019
[7]D.Şen,“TurkishDraft F-GasRegulationtoImplementKigaliAmendment”, https://turkishlawblog.com/read/article/269/turkish-draft-f-gas-regulation-to-implement-kigali-amendment
[8]“Türkiye Kigali Değişikliğini onayladı” https://yesilekonomi.com/turkiye-kigali-degisikligini-onayladi/
[9]https://tr.frwiki.wiki/wiki/Protocole_de_Montr%C3%A9al
. . .
İçerik sadece atıfta bulunularak yayınlanabilir: Sivas İş Dünyası. Editöryal görüş, yazarın görüşüne aykırı olabilir.
