Buzdolabında enerji tasarrufu için Faz Değişim Malzemesi olarak KNO3, KCl ve NaCl kullanımı

Buzdolabınızın gizli soğuğu neden önemli

Ev tipi buzdolapları genellikle günün her saati, sıcakken çalışır ve hane elektriğinin şaşırtıcı bir bölümünü tüketir. Bu çalışma, büyük potansiyele sahip basit bir fikri inceliyor: dondurucunun altına ince bir özel soğutma malzemesi paketi yerleştirerek buzdolabının soğuğu depolayıp sıcaklık dalgalanmalarını daha iyi atlatmasını sağlamak. Depolanmış soğuğu daha iyi kullanarak buzdolabı iç sıcaklığını daha sabit tutabilir, kısa süreli kesintilerde dayanabilir ve kullanım alışkanlıklarını değiştirmeden elektrik faturasından tasarruf edebilir.

Soğuğu bir batarya gibi depolamak

Araştırmacılar, erirken ve donarken büyük miktarda ısı emen ya da açığa çıkaran “faz değişim” malzemelerine odaklandı; bu, buzun suya dönüşürken yaptığına benzer. Buzdolabını yeniden tasarlamak yerine, dondurucunun evaporatör bobinlerinin altına raf alanını kapatmayan düz bir paslanmaz çelik kutu yaptılar. Bu paketi sadece suyla veya tanıdık tuzlardan oluşan küçük katkılarla (%10 ağırlıkça) doldurdular: potasyum nitrat (KNO3), sodyum klorür (NaCl) ve potasyum klorür (KCl). Bu karışımlar, normal dondurucu sıcaklığına yakın olarak sıfırın birkaç derece altında donar ve erir; bu sayede buzdolabı devreye girip çıktığında soğuğu sessizce depolayıp serbest bırakabilirler.

Sıcak bir odada gerçek dünya testleri

Bu gizli soğuk deposunun ne fark yarattığını görmek için ekip, yaygın bir soğutucu gaz (R-134a) kullanan standart 289 litrelik tek kapılı bir buzdolabını teste soktu. Buzdolabı, sıcak bir yaz mutfağını taklit eden, 32 °C ve orta nem seviyesinde kontrollü bir odada çalıştırıldı. Hassas sensörler dondurucunun içinde, yiyecek bölmesinde, sebze çekmecesinde, kapakta ve kondansatör ile kompresör yüzeylerinde olmak üzere pek çok noktadaki sıcaklıkları izledi. Ayrıca enerji tüketimi ve soğutma devresindeki basınçlar ölçüldü. Sekiz senaryo karşılaştırıldı: faz değişim malzemesi yok, sadece su ve üç tuz–su karışımı; her biri kutuda iki hacimde (1 litre ve 1,5 litre) denendi.

Daha serin, daha dengeli gıdalar ve daha nazik donanım

Faz değişim paketleri sıcaklık dalgalanmalarını belirgin şekilde yatıştırdı. Dondurucuda, tüm tuz karışımları paketsiz çalışmaya kıyasla havayı daha soğuk ve daha stabil tuttu; buzdolabının geri kalanında ortalama olarak yaklaşık 1–3 °C düşüş gözlendi. Sebze çekmecesi, temel değerle karşılaştırıldığında yaklaşık yüzde 22’ye varan oranda soğudu ki bu, taze ürünlerin korunması açısından faydalı. Paket dondurucunun altında yer almasına rağmen, ısı patlamalarını emip soğuğu yavaşça salarak ana bölme ve kapaktaki sıcaklıkları dolaylı olarak soğuttu ve düzeltti. Aynı zamanda kondansatörün orta noktası ve kompresör yüzeyi birkaç derece daha serin çalıştı; bu da cihazın daha az zorlandığını ve daha ılımlı termal yük altında çalıştığını gösteriyor.

Enerji tasarrufu ve kesintilere dayanma

Faz değişim malzemeleri soğutma yükünün bir kısmını emdiği için kompresör daha sık kapatılabildi. En iyi durumda, 1 litre KNO3 karışımı günlük kompresör çalışma süresini %7,1 oranında azalttı. Bu, paketsiz çalışmaya kıyasla elektrik enerjisi kullanımında %8,6’lık bir düşüşe karşılık geldi. KCl ve NaCl karışımları da enerji tasarrufu sağladı, ancak biraz daha az; sadece su ise sınırlı iyileşme sundu. Simüle edilen bir saatlik elektrik kesintisi sırasında paketli buzdolapları, dondurucuyu yarım saat civarı sıfırın altında tuttu ve buzdolabı bölmesini değiştirilmemiş üniteye göre 2 °C’ye kadar daha serin muhafaza ederek yiyeceklerin ısınmasından önce ek zaman kazandırdı.

Hangi karışım en iyi ve neden önemli

Tüm test edilen seçenekler arasında 1 litrelik KNO3 çözeltisi en iyi dengelenmiş performansı sağladı: buzdolabının verimlilik oranını (performans katsayısını) yaklaşık %12 artırdı ve en büyük enerji tasarrufunu sundu. Daha büyük 1,5 litrelik paketler bölme sıcaklıklarını daha da uniform tuttu ama enerji tüketimini aynı oranda iyileştirmedi; çünkü fazla malzeme tamamen eridiğinde veya donduğunda termal bir yük haline gelebilir. Bir kullanıcı için çıkarım basit: dondurucunun yakınına entegre edilmiş ince, özenle seçilmiş bir soğuk depolama paketi sıradan bir buzdolabını içten daha serin, kesintilerde gıda için daha koruyucu ve çalıştırması daha ucuz hale getirebilir. Çalışma, üreticilerin ev enerji talebini azaltmak ve daha geniş enerji tasarrufu ile iklim hedeflerini desteklemek için ucuz tuzları kullanarak böyle paketleri tasarıma dahil edebileceğini öne sürüyor.

Atıf: Samir, S., Salem, M., Mohamed, A.S.A. et al. Utilizing of KNO₃, KCl, and NaCl as phase change materials within the refrigerator for energy saving. Sci Rep 16, 9815 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41662-5

Anahtar kelimeler: enerji verimli buzdolapları, faz değişim malzemeleri, termal depolama, ev tipi soğutma, elektrik tasarrufu