Ev tipi soğutma cihazlarında farklı buz çözme (defrost) uygulamalarının deneysel ve teorik analizi
Experimental and theoretical analysis of different defrosting applications in domestic refrigerators
Yazar: DORUKHAN DEMİR
Danışman: PROF. DR. EMRAH DENİZ
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Günümüzde, dünya nüfusundaki hızlı artış ve yaşam standartlarının iyileştirilmesi, enerji tüketiminin büyük oranda artmasına sebep olmuştur. Bu noktada, sınırlı ve değerli olan enerji kaynaklarının ekonomik kullanımı ve çevresel olumsuz etkilerinin önlenmesine hizmet etmesi açısından atık enerjinin geri kazanımı önemli bir konu haline gelmiştir. Atık enerjiden geri kazanılan ısı doğrudan tekrar sistemlere ek enerji sağlamak amacıyla kullanılabilirken diğer yandan da depo edilerek ihtiyaç durumuna göre sistemlerde kullanılabilmektedir. Enerjinin kullanılıyor olduğu sistem özelliklerine göre değişik tasarımlara sahip olabilen ısı geri kazanım sistemleri arasında, ısı enerjisinin depolanarak tekrar kullanılabilmesine olanak veren, FDM hem gizli hemde duyulur ısı depolama özellikleri sebepleriyle yıllar içinde büyük ilgi görmüşlerdir.
Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) verilerine göre konutlar dünyadaki enerji kullanımının yaklaşık %30'undan sorumludur. Ayrıca, konutlar tarafından tüketilen elektrik enerjisi, küresel elektrik tüketiminin %55'ini oluştururken, bunun %7.27'si ise sayısı iki milyarı bulan ev tipi soğutucu ve dondurucular tarafından tüketilmektedir. Bu miktar küresel elektrik tüketiminin yaklaşık %4'üne tekabül etmekte olup, ev tipi soğutucular ve dondurucular tarafından tüketilen enerjinin ekonomik kullanımı ve çevresel olumsuz etkilerinin azaltılması konuları önemli bir çalışma alanı haline gelmiştir. 
Yapılan çalışmada, ev tipi soğutucu ve dondurucuların enerji tüketim miktarları ve kabiniçi sıcaklık dalgalanmalarında önemli bir faktör olan buz çözme (defrost) sistemleri konularında yapılan çalışmalara katkı sağlanması hedeflenmiştir. Bu amaçla, ev tipi soğutucu ve dondurucuların görevlerini yerine getirdikleri esnasında dışarıya atık olarak verilen ısının bir miktarının hazırlanan deney sistemine yerleştirilen bir FDM içerisinde depo edilmesi sağlanmıştır. Çalışmaların ilk aşamasında, FDM yapısı içerisinde depo edilen enerjinin öncelikle sistem elemanlarının çalışma özelliklerine, enerji tüketimine ve bunun çevresel etkileri incelenmiştir. Çalışmanın diğer aşamalarında ise, çeşitli soğutma yükleri altında FDM bünyesinde depo edilen enerjinin defrost işlemlerine etkileri farklı yapılardaki uygulamalar ile deneysel ve teorik olarak incelenmiştir. Çalışmada denenen her farklı sistem yapısı için deneysel çalışmalar ile elde edilen veriler yardımıyla enerji, ekserji, ekonomik ve çevresel analizler yapılarak sistemler birbirleriyle kıyaslamalı olarak değerlendirilmiş ve önerilerde bulunulmuştur.

Abstract:
Today, the rapid increase in the world population and the improvement of living standards have led to a significant increase in energy consumption. At this point, waste energy recovery has become an important issue in terms of the economic use of limited and valuable energy resources and the prevention of negative environmental impacts. While the heat recovered from waste energy can be used directly to provide additional energy to the systems, on the other hand, it can be stored and used in systems according to the need. Among the heat recovery systems that can have different designs according to the characteristics of the system in which the energy is used, Phase Change Materials (FDM), which allow heat energy to be stored and reused, have attracted great interest over the years due to both latent and sensible heat storage properties.
According to the International Energy Agency (IEA), households are responsible for around 30% of the world's energy use. In addition, residential electricity accounts for 55% of global electricity consumption, of which 7.27% is consumed by the two billion household refrigerators and freezers. This amounts to about 4% of global electricity consumption, making the economical use of energy consumed by household refrigerators and freezers and reducing their negative environmental impact an important area of study.
In this study, it is aimed to contribute to the studies on the energy consumption of domestic refrigerators and freezers and defrosting systems, which are an important factor in cabinet temperature fluctuations. For this purpose, the heat given out as waste during the operation of domestic refrigerators and freezers was stored in an FDM placed in the experimental system. In the first stage of the study, the effects of the energy stored in the FDM structure on the operating characteristics of the system elements, energy consumption and its environmental effects were examined. In the following stages of the study, the effects of the energy stored in the FDM on the defrosting processes under various cooling loads were examined experimentally and theoretically with applications in different structures. With the help of the data obtained from the experimental studies, energy, exergy, economic and environmental analyzes were performed for each different system structure tested in the study and the systems were evaluated by comparing them with each other and recommendations were made.