DYNAMIC PERFORMANCE OF AUTOMOTIVE AIR CONDITIONER WORKED BY SOLAR PANELS: EXAMPLE OF KONYA

Transkript

1 5 Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS 9), Mayıs 29, Karaük, Türkiye GÜNEŞ PANELLERİ İLE ÇALIŞAN TAŞIT KLİMASININ DİNAMİK PERFORMANSI: KONYA ÖRNEĞİ DYNAMIC PERFORMANCE OF AUTOMOTIVE AIR CONDITIONER WORKED BY SOLAR PANELS: EXAMPLE OF KONYA Muammer ÖZGÖREN a, *, Özgür SOLMAZ, Ali KAHRAMAN c a, * Selçuk Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fak, Konya, Türkiye, E-posta: mozgoren@selcukedutr Selçuk Üniversitesi Teknik Eğitim Fak, Konya, Türkiye, E-posta: osolmaz@selcukedutr c Selçuk Üniversitesi Teknik Eğitim Fak, Konya, Türkiye, E-posta: alikahraman@selcukedutr Özet Günümüzde teknolojinin gelişmesiyle enerji tüketen cihazların sayısı ve yaygın kullanımı hızla artmaktadır Bir yandan iklim değişiklikleri diğer yandan toplumun refah düzeyinin artması yaşam ortamlarının konforunu muhafaza etmek için klima kullanımını hem konutlarda hem de taşıtlarda kaçınılmaz hale getirmektedir Bu da yaz aylarında klimaların tükettiği enerjiden dolayı kümülatif enerji tüketimini önemli oranda arttırmaktadır Özellikle klimaların çalıştırılma gereksinim zamanlarının çoğu, güneş ışınım şiddetinin yüksek olduğu zaman dilimiyle çakışmaktadır Bu ortak özellikten faydalanmak amacıyla; u çalışmada, öncelikle ir otomoilin Konya ili için Meteorolojik verileri kullanılarak dinamik ısı kazancı yükü saatlik olarak 23 Temmuz günü oyunca elirlenmiştir İkinci etapta ise ısı yükünü karşılamak için soğutucu akışkan olarak R134a nın kullanıldığı uhar sıkıştırmalı soğutma çevrimine göre çalışan ir otomoil kliması kompresörünün ihtiyacı olan elektrik enerjisinin, verimleri %1, %2 ve %428 arasında değişen ve araç üzerine yerleştirileceği düşünülen fotovoltaik güneş panellerinden üretildiği durumlar için, geliştirilen MATLAB ilgisayar programı ile araştırılmıştır Model seçilen otomoil için güneş enerjisi ile çalışan klima sisteminin termodinamik analizi yapılmıştır Taşıtın ısı kazancı yükü hesaplamasında transmisyondan, ışınımdan, insanlardan, cihazlardan, taşıt içindeki cisimlerin rejim haline gelmesinden ve havalandırmadan gelen ısı kazançları dâhil edilmiştir Elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde araç üzerine yerleştirilecek güneş panellerinden 6:- 18: saatleri arasında üretilen ve/veya depolanan elektrik enerjisi klimanın soğutma yükünü panel verimlerine ağlı olarak minimum verim %1 durumunda ~412 saat süreyle, maksimum verim durumunda ise fazlasıyla karşılayaildiği görülmüştür Güneş panelleri teknolojisinin gelişmesi ve ekonomik olması ile önerilen sistemin ileride, taşıtlarda klima yükünü karşılamak amacıyla kullanılaileceği söyleneilir Anahtar kelimeler: PV piller, güneş enerjisi, taşıt kliması, soğutma yükü, dinamik modelleme Astract Today, as the technology eing developed, common use and numer of the energy consuming devices have een increasing rapidly In one hand change in climate condition and in the other hand increasing welfare level of the community, utilization of the air conditioning system ecomes a compulsory option not only in the uildings ut also in the vehicles to keep comfort condition of the living amiance Cumulative energy consumption due to energy usage of the air conditioning system in summer time is also consideraly increased Specially, most of the working time period for the need of the air conditioning system and high level of solar radiation intensity are overlapped In order to enefit from this mutual feature, in this study, hourly dynamic cooling load capacity of an automotive for Konya province along the day of July 23 is determined y using Meteorological Data Then, in order to meet the cooling load, compressor power need of the automotive air-conditioning that works according to vapor compressed refrigeration cycle and use refrigerant R134a are investigated under the condition that electric energy requirement of the cooling system generated y photovoltaic panels which will e placed on the automotive ody and can have efficiency values of 1%, 2% and 428%, in terms of a developed MATLAB computer program Thermodynamic analysis of the air-conditioning system driven y solar energy (PV) for the selected automotive model are carried out During the calculation of the heat gain coming from transmitting, radiation, people, devices, and inside air ventilation of the automotive as well as ojects placed in the vehicle reaching steady-state condition is taken into account Evaluation of the electric energy produced and/or stored from PV panels located on the automotive ody along the hours 6: 18: demonstrated that cooling load need of the air-conditioning system can meet from the PVs depending on its efficiency The air-conditioning system driven y the PV can operate as along as ~412h for the case of minimum PV efficiency value of 1% and also it can adequately e satisfactory for the case of maximum efficiency value of 428% It can e expressed that as the Photovoltaic Panels has technologically een developed and ecome more economic, the proposed system can e used for the purpose of the meeting cooling load need of the vehicle in future Keywords: Photovoltaic panel, solar energy, vehicle airconditioning, cooling load, dynamic model 1 Giriş Gelişen teknolojinin günlük yaşam içerisinde gün geçtikçe artan ir şekilde yer alması insanların konfor ihtiyaçlarını ve yaşam standartlarını önemli oranda etkilemektedir Bu da insanların fert aşına tükettikleri enerji oranını arttırmaktadır İnsanlar gününün ir kısmını, en az iki IATS 9, Karaük Üniversitesi, Karaük, Türkiye

2 Özgören, M, Solmaz Öve Kahraman A saatini, gerek işe gidiş dönüş süreleri ve gerekse günlük ihtiyaçlarını karşılamak için özel ve/veya toplu taşıma araçları içerisinde geçirmektedirler Aynı zamanda insanlar yaz aylarında iş yerleri ve evlerinde mevcut klimatize edilmiş şartların, iş performansları ve sağlık yönünden sağlanması için seyahatleri esnasında da klimalı araçları tercih etmektedirler Özellikle taşıtlarda yaz aylarında aktif olan klima, taşıtın yakıt tüketimini yaklaşık %28 merteelerinde arttırailmektedir Bu çalışmada, u yakıt tüketimindeki artışı ortadan kaldırma amaçlı önerilen PV paneller ile çalışan taşıt klima sistemi üzerine yapılan ön analiz ve sonuçları hakkında ilgi verilmiştir Taşıtlarda uhar sıkıştırmalı soğutma çevrimine göre çalışan ir iklimlendirme sistemi mevcuttur ve kompresör gücünü direkt içten yanmalı motordan almaktadır Bu ise Amerika Birleşik Devletleri SC3 sürüş şatlarına göre yapılan ir çalışmada taşıtın yakıt tüketiminde %28, CO 2, NOx ve HC emisyonlarında sırasıyla %71, %81 ve %3 seviyelerinde ir artış göstermektedir [1] Taşıt klima sistemlerindeki kayıpların ve emisyonların azaltılmasına yönelik irçok çalışma yapılmaktadır Literatürde, taşıt kliması üzerine yapılan çalışmalar genellikle sürücü konfor şartlarının iyileştirilmesi, farklı soğutucu akışkan kullanılması, klima elemanlarının ve çalışma şartlarının optimizasyonu üzerine yoğunlaşmıştır Son zamanlarda Kiatsiriroat ve Euakit (1997) [2], Jung ve ark (1999) [3], Lee ve Yoo (2) [4], Al-Raghi ve Niyaz (2) [5], Jaardo ve ark (22) [6], Kaynaklı ve Horuz (23) [7], Hoşöz ve Direk (26) [8], Hoşöz ve Ertunç (26) [9], Wongwises ve ark (26) [1], Akyol ve Kılıç (28) [11], tarafından yapılan araştırmalar unlardan azılarıdır Yapılan literatür araştırmasında, taşıt kliması için gerekli olan soğutma yükünün saatlik hesaı ve modellemesi üzerine ir araştırmaya rastlanmamıştır Bunun yanında taşıt klima sisteminin çalışması için alternatif ir enerji kaynağından faydalanılması üzerine hemen hemen hiçir çalışmanın olmadığı görülmektedir Bu amaçla, u çalışmada, taşıtın dinamik ısı kazancı ve soğutma yükü Konya ili için meteorolojik veriler kullanılarak saatlik elirlenmiştir Daha sonra hesaplanan soğutma yükünü karşılamak için soğutucu akışkan olarak R134a nın kullanıldığı uhar sıkıştırmalı soğutma çevrimine göre çalışan ir taşıt kliması kompresörünün ihtiyacı olan elektrik enerjisinin kısmen veya tamamen taşıt üzerine yerleştirilmiş fotovoltaik güneş panellerinden üretildiği durumlar teorik olarak incelenmiştir 2 Materyal Metot Bu çalışmada, 1997 model Renault Safrane marka otomoilin saatlik olarak soğutma yükü hesaı, ideal uhar sıkıştırmalı çevrime göre soğutma çevrimi ve PV panellerden elektrik üretimi analizleri yapılmıştır 21 Isı Kazancı (Soğutma Yükü) Hesaplamaları Taşıt klimasının toplam ısı kazancının aşağıdaki ölümlerden meydana geldiği dikkate alınmış olup, hesaplama detayları verilmiştir a)transmisyonla gelen ısı kazancı; =A *U *(T -T ) (1) trk,j k k d,j i,j Burada, tr,k,j: k yüzeyinin j saatteki transmisyonla ısı kazancı (W); A k: k yüzeyinin alanı (m 2 ); U k: k yüzeyinin toplam ısı transfer katsayısı (W/m 2o C); T d,j: günün j saatindeki dış hava sıcaklığı ve T i,j: günün j saatindeki konforu sağlayan iç hava sıcaklığını göstermektedir Şekil 2 de gösterilen model taşıtın A, B, C, D, E, F, G, I yüzeyleri k indisi ile temsil edilmiştir Taşıt iç sıcaklığı urada yapılan hesaplamalarda 23 o C alınmıştır )Taşıtın agaj kısmından transmisyonla gelen ısı kazancı; k,j=a k*u k*(td,j -T i,j+1) (2) eşitliği ile hesaplanmıştır Burada, agaj iç sıcaklığı dış ortam sıcaklığından 1 o C fazla alınmıştır c)taşıtın motor ölümünden transmisyonla gelen ısı kazancı; k,j=a k*u k*(6-t i,j) (3) eşitliği ile hesaplanmıştır Burada, 6 o C değeri yaklaşık sait kaul edilen aracın motor kısmının ortam sıcaklığıdır d) Opak ve cam yüzeylerden ışınımla oluşan ısı kazancı; =A *k *I (4) Ik,j k y k,j eşitliği ile hesaplanmıştır Burada, k yüzeyinin günün j saatindeki ışınımla ısı kazancı Ik,j (W) ile, k yüzeyinin alanı A k (m 2 ) ile, güneş ışınımı iletim katsayısı (cam=7, opak=5) k y ve k yüzeyinin günün j saatindeki güneş ışınımı ise I k,j (W/m 2 ) ile gösterilmiştir Eğik yüzeye düşen toplam güneş ışınımının, yatay yüzeye düşen toplam güneş ışınımına oranı (R); I d R= *R + *R d I I I olarak tanımlanmıştır [12] Burada, I o, yeryüzünde irim yatay düzlem yüzeye gelen toplam güneş ışınımı; I, yatay yüzeye düşen direk güneş ışınımı; I d, yatay yüzeye düşen yaygın güneş ışınımı; R d, eğik yüzeye düşen yaygın güneş ışınımının yatay yüzeye düşen yaygın güneş ışınımına oranı ve R ise eğik yüzeye düşen direk güneş ışınımının yatay yüzeye düşen direk güneş ışınımına oranıdır Temiz ve ulutsuz ir gökyüzü durumunda R d dikkate alınmayailir [12] Bu durumda yatay yüzeye gelen direk güneş ışınımı da toplam güneş ışınımına eşit kaul edilmiş olacaktır Buna göre 5 nolu eşitlik; (5) R = R (6) olur Saatlik güneş ışınımı değeri ise I k,j=i y,j*r,j (7) eşitliği elde edilir Eşitlik 7 deki I y,j günün j saatindeki yatay güneş ışınımıdır Burada R,j ise günün j saatindeki dönüşüm faktörü olup aşağıdaki eşitlikten hesaplanır

3 Özgören, M, Solmaz Öve Kahraman A R cosθ cosθ = (8) z Burada, θ ve θ z sırasıyla geliş açısını ve zenit açısını göstermektedir Ayrıca, cosθ nın hesaı için aşağıdaki ifade kullanılır: cos θ= sin δ*sin φ*cos β sin δ*cos φ*sin β*cos γ + cos δ*cos φ*cos β*cos ω+ cos δ*sin φ*sin β*cos γ*cos ω + cos δ*sin β* sin γ*sin ω Burada, deklinasyon açısı δ, enlem açısı Φ, yüzeyin eğim açısı β, azimut açısı γ ve saat açısı ω dır Konya için Φ=38, 23 Temmuz için δ=23, β=ön cam için 3, arka cam için -45, yan camlar için 9, γ=güney için, kuzey için 18, doğu için -9, atı için 9 alınmıştır ω ise saat açısı olup, aşağıdaki eşitlikle hesaplanmaktadır (9) ω = (12 t )*15 (1) j j t j yerel saati göstermektedir e) İnsanlardan kaynaklanan ısı kazancı; ve 5 o C, yoğuşturucu sıcaklığı ise dış ortam sıcaklığından 1 o C, 15 o C ve 2 o C fazla alınmıştır (T k=t d, j+1 o C, T k=t d, j+15 o C ve T k=t d, j+2 o C) Kompresörün izentropik verimi Brunin ve ark (1999) yaptığı çalışmada kullandığı 17 nolu eşitlik kullanılarak hesap edilmiştir [13] Ayrıca, hesaplamalarda 5 o C aşırı ısıtma, 5 o C aşırı soğutma olduğu, evaporatördeki ve yoğuşturucudaki asınç kayıplar ise göz önüne alınmamıştır Hesaplamalar MATLAB programında geliştirilen program kullanılarak yapılmıştır Soğutma tesir katsayısı, kompresörün ihtiyaç duyduğu güç W net ve izentropik verim değerleri aşağıdaki eşitliklerden hesaplanmıştır W W L = (15) net L net = (16) η = * YB / EB (17) s Burada, YB ve EB yoğuşturucu ve evaparatör asınçlarını göstermektedir = Z *( + ) (11) insan,j duy giz Burada, araç içindeki insan sayısı Z, ir kişinin oluşturduğu duyulur ve gizli ısılar duy ve giz ile gösterilmiştir Bu değerler duy = giz olup, 58 (W/kişi) olarak alınmıştır f) Araç içindeki cihazlardan kaynaklanan ısı kazancı; = 25 W (12) cihaz, j olarak alınmıştır g) Havalandırmadan kaynaklanan ısı kazancı; = ρ *V*c *Z*(T -T ) (13) enf,j p d,j i,j Burada, günün j saatindeki enfiltrasyondan oluşan ısı kazancı enf,j (W), havanın yoğunluğu ρ (kg/m 3 ), ir kişi için saatte gerekli taze hava miktarı V & ve havanın özgül ısısı C p dir Yapılan hesaplamalarda V & =3 ((m 3 /h)/kişi) alınmıştır Eşitlik 1-13 hesaplamaların gerçekleştirilmesi ile taşıtın toplam ısı kazancı değeri = (14) T,j trk,j Ik,j cihaz,j insan,j enf,j şeklinde özetlenir Burada, günün j saatindeki toplam ısı kazancı T,j ile gösterilmiştir 22 Soğutma Çevrimi Hesaplamaları Soğutma sisteminin ideal uhar sıkıştırmalı çevrime göre çalıştığı kaul edilmiştir Konya ili için meteorolojik veriler kullanılarak, Şekil 1 de gösterilen hava kaynaklı (havahava) ısı pompası hesaplamasında, R134a soğutucu akışkan kullanılmıştır Buharlaştırıcı sıcaklığı -5 o C, o C Şekil 1 Buhar Sıkıştırmalı Mekanik Soğutma Çevriminin T-s diyagramında gösterimi [14] 23 Fotovoltaik Panel Hesaplamaları Fotovoltaik panel endüstrisindeki gelişmeler ve yenileilir enerji uygulamalarındaki artışlar dikkate alındığında PV lerin hücre verimleri önemli oranda yükselmiştir Özellikle nanoteknoloji ve silikon içerikli pillerin kullanımı üzerine yapılan araştırma sonuçlarında, son zamanlardaki verim değerlerinin laoratuar ortamında %428 merteesine ulaştığı elirtilmiştir [15] Bu çalışmada geçmiş yıllarda yaygın olarak kullanarak PV sistem verimi %1, günümüzde üretilen PV sistem verimleri %2 ve yakın gelecekte yaygınlaşacağına inanılan PV sistem verimi %428 için hesaplamalar yapılarak karşılaştırılmıştır PV nin üreteceği güç için aşağıdaki eşitlik kullanılmıştır W η * I * A = (18) PV SV y PV Burada W PV panelden elde edileilecek güç (W), η SV PV sistemi verimi ve A PV ise araç üzerine konulacak panel alanıdır

4 Özgören, M, Solmaz Öve Kahraman A 24 Model Taşıt ve Önerilen Sistem Bu çalışma da teorik olarak incelenecek model taşıt Şekil 2 de gösterilmiştir Taşıt üzerinde gösterilen harfler yüzeyleri göstermekte olup, unlar soğutma yükü hesaplamalarında kullanılan parametrelerdir ve Çizelge 1 de değerleri verilmiştir Taşıt üzerine fotovoltaik panellerin konaileceği yatay yüzey alanları A, H, ve L yüzeyleri olup, toplamı 35 m 2 dir Sistem araç içerisine yerleştiren evaporatörün ortamdan ısı çekerek uharlaşan düşük asınçtaki R134a akışkanının, dış ortama ısısını vererek tekrar sıvı hale dönüşeilmesi için dış ortam sıcaklığı üzerindeki ir sıcaklığa karşılık gelen asınç olan yoğuşturucu asıncına çıkarılması kompresöre dışardan enerji verilmesi ile olur Kompresörün enerji ihtiyacı güneş enerjisinden PV panelleri ile üretilen elektrik enerjisi ile direk olarak veya aküde depolanan enerji ile karşılanmaktadır Böylelikle taşıt klimasının çalıştırılması için motora herhangi ir yük yüklenmediği için motor performansında ir değişiklik olmayacaktır Yakıt tüketiminde de ir artış olmayacağı için emisyon değerlerinde de ir değişim söz konusu olmayacaktır Sistemin otomatik kontrol devresinin hem elektrik üretimi hem de kompresörü istenilen soğutma kapasitesinde çalıştıracağı varsayılmıştır Şekil 3 Tasarlanan PV destekli çalışan taşıt klimasının şematik gösterimi 3 Araştırma Bulguları ve Tartışma Şekil 4 de dış ortam sıcaklığı ve yatay yüzeye gelen ışınım değerlerinin 23 Temmuz günü oyunca değişimi verilmiştir Sıcaklık değeri minimum saat 6: da yaklaşık 16 o C iken maksimum değer ise saat 16: da yaklaşık 3 o C dir Güneş ışınım değeri saat 4: den sonra etkisini göstermeye aşlamış, yatay yüzeye gelen ışınım saat 12: sıralarında yaklaşık 85 W/m 2 değeri ile maksimuma ulaşmış daha sonra azalarak saat 19: civarında sıfırlanmıştır Bu grafikte yatay yüzeye gelen ışınım değerleri 6:-18: arasında soğutma ihtiyacı oluşturacak şekilde etkili olacağı için hesaplamalar u zaman aralığında gerçekleştirilmiştir Şekil 2 Model taşıt(renault Safrane) Çizelge1 Model taşıtın yaklaşık yüzey alanları Yüzey Alan m 2 A Tavan 144 B Ön cam 122 C Arka cam 117 D Sağ yan cam (toplam) 91 E Sol yan cam (toplam) 91 F Sağ yan kapı (toplam) 13 G Sol yan kapı (toplam) 13 H Ön kaporta 176 I Taan alanı 269 J Motor öl ile iç taraf arasındaki yüzey 1 K Bagaj ile iç taraf arasındaki yüzey 93 L Arka kaporta 3 Şekil 3 de önerilen klima sistemi şematik olarak gösterilmiştir Şekil 4 Meteorolojik dataların Konya ili için 23 temmuz günü oyunca dış ortam sıcaklığı ve yatay yüzeye gelen ışınımın değişimi ( yılları ortalaması) Şekil 5 de taşıtın 21 ölümünde anlatılan hesaplama metodolojisine göre hesaplanan soğutma yükünün gün oyunca saatlik dinamik değişimi verilmiştir Aracın ön yüzeyinin güneye doğru yönlendirildiği kaul edilmiştir Saat 6: sıralarında hem ışınım hem de dış sıcaklık değerinin düşük olmasından dolayı soğutma yükü yaklaşık 5 W olup, en düşük değerindedir Zamanın ilerlemesi ile soğutma yükü sıcaklık ve ışınımın etkisinin artmasından dolayı saat 11: e kadar yaklaşık 3 W merteesine kadar artmaktadır Tam öğleyin saat 12: de dikey yüzeylere gelen ışınımın etkisinin azalmasından dolayı ir miktar azalma ile soğutma yükü yaklaşık 27 W a düşmüştür Saat 12: den itiaren Şekil 4 de görüldüğü gii ışınım değeri azalmakta ancak sıcaklıktaki artıştan

5 Özgören, M, Solmaz Öve Kahraman A dolayı eşitlik 1-13 deki iç ortam ile dış ortam arasındaki sıcaklık farkı arttığı için soğutma yükü değeri yaklaşık 33 W a kadar artmıştır Daha sonra sıcaklık ve ışınımdaki azalmadan dolayı saat 18: de 22 W a kadar düşmektedir Şekil 6 da geliştirilen soğutma çevrimi programına göre ölüm 22 de elirtilen şartlara göre evaporatör sıcaklığı T e= C ve kondenser sıcaklığının T k=td+15 C iken elde edilen hesaplama sonuçlarından toplam soğutma yükü T,, kompresör gücü W net ve kondenser kapasitesi K nın gün oyunca değişimi verilmiştir, dış ortam sıcaklığının düşük olduğu saah saatlerinde 65 gii oldukça yüksek ir değerde iken sıcaklığın artmasıyla, maksimum sıcaklık değerinin oluştuğu saat 16: da minimum değeri olan 41 değerine düşmekte ve daha sonra ortam sıcaklığındaki azalmaya paralel olarak tekrar artmaya aşlamıştır Soğutma yükünün en düşük ve katsayının en yüksek olduğu saat 6: da kompresör gücü minimum olup, yaklaşık 8 W dır Dış ortam sıcaklığı, ışınım ve soğutma yükündeki artışa göre ve nın azalışı dikkate alındığında, kompresör gücü saat 11: e kadar 5 W a kadar artmış, saat 12: de soğutma yükündeki azalmadan dolayı çok az düşmüş ve saat 16: da ise yaklaşık 6 W değeri olan en yüksek değerine ulaşmıştır Saat 18: de, daki artış oranına göre W net 4 W a kadar düşmüştür Kondenser kapasitesi, soğutma yüküne paralel ir değişimle saat 6:-18: arasında W net in saatlik değişimi kadar artmış ve maksimum değeri saat 15: da yaklaşık 4 W olmuştur Gün oyunca (12 h) taşıt klimasının soğutma yükü, kompresörün ihtiyaç duyduğu enerji ve kondenserden dışarı atılan ısı eğrilerin altındaki alanların Simphson kuralına göre integre edilmesi ile sırasıyla Σ T=32732 kwh, ΣW net=7349 kwh ve Σ L=481 kwh olarak ulunmuştur T (W) T h Şekil 5 23 Temmuz günü oyunca taşıtın ihtiyacı olan soğutma yükünün saatlik değişimi T, K, Wnet (W) T Wnet K h Şekil 6 Evaporatör sıcaklığı T e= C ve kondenser sıcaklığının T k=td+15 C için toplam soğutma yükü T,, kompresör gücü W net ve kondenser kapasitesi K nın gün oyunda değişimi Şekil 7 de, gün oyunca yatay yüzeye gelen ışınım I Y (W/m 2 ), kompresör gücü W net in evaparatör sıcaklığı T e= o C, kondenser sıcaklığı T k=t d+15 o C, değişen izentropik verime göre değişimi ve farklı PV sistemi verimleri (%1, %2 ve %428) ile üretileilecek elektrik enerjisi W PV nin değerleri gösterilmiştir PV verimlerinin %1 ve %2 değerleri, günün hiçir saatinde kompresörün ihtiyaç duyduğu elektrik enerjisini üretememektedir Yakın gelecekte tiçarileşme potansiyeli yüksek olan %428 lik PV verimi ise saat 16: ya kadar kompresörün ihtiyacı olan enerjiyi ziyadesiyle üreteilmektedir Gün oyunca taşıt kliması kompresörünün ihtiyaç duyduğu enerji, %1, %2 ve %428 PV verimleri üretileilecek elektrik enerjisi miktarlarının toplamı eğrilerin altındaki alanların Simphson kuralına göre integre edilmesi ile sırasıyla ΣW net=7349 kwh ve ΣW PV,%1=2522 kwh ΣW PV,%2=544 kwh, ΣW PV,%428=1794 kwh olarak hesaplanmıştır Buradan taşıt klimasının günlük ortalama ihtiyaç duyduğu güç 7349 kwh/12=612 kw dır Bu güç için %1 PV verimli taşıt kliması yaklaşık 2522kWh/612kW=412h, %2 PV verimi ile 544kWh/612kW=824h ve %428 PV verimi ile ise 1794kWh/612kW=1763h lik süresince kompresörün ihtiyaç duyduğu gücü üreteilmektedir Şekil 4 de yatay ışınım değişimi Saat 18: dan sonra sıfıra yaklaşmaktadır ve u zamandan sonra PV sistemi elektrik üretememektedir Ancak, urada hesaplaması verilmemesine rağmen ışınım hariç eşitlik 2-13 de verilen eşitliklerden görüleceği gii taşıtın soğutma yükü oluşmaya devam etmektedir Gelecekte %428 lik PV verimlerine ulaşılması durumunda u durumla oluşacak toplam ( =3445 kwh) elektrik enerjisi ile oluşan soğutma yüklerinin karşılanması da söz konusu olailecektir

6 Özgören, M, Solmaz Öve Kahraman A Wpv, Wnet (W) Wnet Wpv, %1 Wpv, %2 Wpv, %428 Iy h Şekil 7 23 Temmuz günü oyunca I Y (W/m 2 ) Te= o C, Tk=Td+15 o C, değişen izentropik verime göre kompresör gücü W net ve değişik PV sistemi verimleri (%1, %2, %428) ile üretileilecek elektrik enerjisi W PV nin değişimi Şekil 7 de verilen değişimlerin farklı evaporatör, kondenser sıcaklıkları ve izentropik verime göre gün oyunca toplam Iy (W/m2) değişimi Çizelge 2 de ilk sütunda verilen şartlardaki çalışma durumları için ayrıca hesaplanmış ve liste halinde verilmiştir Kompresörün ihtiyaç duyduğu enerji ihtiyaçları Çizelge 2 de verilen M, N, P ve R durumlarında hesaplanmış ve kwh/gün özet olarak verilmiştir Burada verilen η so değerleri 17 nolu eşitlikten günün saatine göre değişen dış sıcaklık, evaparatör ve kondenser asıncına göre değişen oniki saatlik değişimin ortalamalarıdır M durumu u şartlarda %428 PV verimi ütün şartlarda oluşan soğutma yükünü karşılamakla irlikte %2 PV verimi ise T e=5 o C, T k=t d, j+1 o C şartlarında hemen hemen toplam soğutma yükünü karşılayailecek enerji üretmektedir N ve P durumları gerçekte ir özel otomoilin kullanılaileceği zaman dilimini göstermekte olup, ütün şartlarda ihtiyaç olan soğutma yükü %1 PV verimli ir sistemle ile mevcut model taşıt için rahatlıkla karşılanmaktadır R durumu ise çoğunlukla günümüzde ticari olarak yaygın kullanılan %2 lik PV verimi ile kolaylıkla sağlanailmektedir Çizelge 2 Farklı çalışma şartlarında 23 Temmuz günü tasarlanan sistemin değerlendirilmesi Toplam Soğutma ihtiyacı M durumu: Gün oyunca(12h), N durumu: Saat 8:-9: ve 17:-18: arası toplam 2h, P durumu: Saat 8:-9:, 12:-13: ve 17:-18: arası toplam 3h, R durumu: Saat 8:-1:, 12:-13: ve 17:-18: arası toplam 4h Gün oyunca PV nin üreteileceği toplam güç I) η SV =%1, II)η SV =%2 ve III) η SV =%428 Şartlar W net (kwh/gün) PV nin ürettiği W PV(kWh/gün) M N P R I II III 1)T e=-5 o C, T k=t d, j+1 o C, η so = )T e= o C, T k=t d, j+1 o C, η so = )T e=5 o C, T k=t d, j+1 o C, η so = )T e=-5 o C, T k=t d, j+15 o C, η so = )T e= o C, T k=t d, j+15 o C, η so = )T e=5 o C, T k=t d, j+15 o C, η so = )T e=-5 o C, T k=t d, j+2 o C, η so = )T e= o C, T k=t d, j+2 o C, η so = )T e=5 o C, T k=t d, j+2 o C, η so = Sonuç Analiz ve yorumlaması yapılan PV panelli taşıt klima sisteminin dinamik olarak saatlik analizi yapılmıştır Elde edilen sonuçlardan, günümüzde yaygın olarak kullanılan %2 verimli ir PV ile sadece taşıtın üzerine konulacak A=144 m 2 alanı ile toplam 21 kwh lık elektrik enerjisi üretileileceği için çizelge 2 de çoğu otomoil kullanıcıları için verilen P durumundaki şartların hemen hemen hepsi için sistemin fiziil olacağı anlaşılmaktadır İleride yapılacak daha detaylı analiz ve deneylerle sistemin deneysel performans araştırması da gerçekleştirilecektir Böylece, sıfır emisyon üreten temiz enerji kaynağının taşıtlarda klima yükünün karşılanailmesi amaçlı kullanılaileceği gösterilecek ve uygulamacılar teşvik edici faydalı ilgiler oluşturulacaktır 5 Teşekkür Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü ne, analizlerimizi gerçekleştirmek için verdiği datalar için teşekkür ederiz Kaynaklar [1] Hendricks, TJ, Optimization of Vehicle Air Conditioning Systems Using Transient Air Conditioning Performance Analysis, SAE Technical Paper # [2] Kiatsiriroat, T ve Euakit, T, Performance Analyses of An Automoile Air Conditioning System with R/22/R124/R152A Refrigerant, Applied Thermal Engineering, Volume 17, Issue 11, Pages , Novemer 1997 [3] Jung, D, Park, B ve Lee, H, Evaluation of Supplementary/Retrofit Refrigerants for Automoile Air-Conditioners Charged with CFC12, Int J Refrigeration, Volume 22, Pages , 1999 [4] Lee, GH ve Yoo, JY, Performance Analysis and Simulation of Automoile Air Conditioning System, Int J Refrigeration, Volume 23, Pages , 2

7 Özgören, M, Solmaz Öve Kahraman A [5] Al-Raghi, O ve Niyaz, AA, Retrofitting R-12 Car Air Conditioner with R-134a Refrigerant, Int J Energy Research, Volume 24, Pages , 2 [6] Jaardo, JMS, Mamani, WG ve Ianella, MR, Modelling and Experimental Evaluation of an Automotive Air Conditioning System with a Variale Capacitiy Compressor, Int J Refrigeration, Volume 25, Issue 8, Pages , Decemer 22 [7] Kaynaklı, O and Horuz, I, An Experimental Analysis of Automotive Air Conditioning System, Int Com Heat and Mass Transfer, Volume 3, Issue 2, Pages , March 23 [8] Hoşöz, M ve Direk M, Performance Evaluation of an Integrated Automotive Air Conditioning and Heat Pump System, Energy Conversion and Management, Volume 47, , 26 [9] Hoşöz, M ve Ertunç, HM, Artificial Neural Network Analysis of an Automotive Air Conditioning System, Energy Conversion and Management, Volume 47, Issues 11-12, Pages , July 26 [1] Wongwises S, Kamoon A, Orachon B, Experimental Investigation of Hydrocaron Mixtures to Replace HFC-134a in an Automotive Air Conditioning System, Energy Conversion and Management Volume 47, Issues 11-12, Pages , July 26 [11] Akyol, ŞM, Kılıç, M, Dynamic Simulation of HVAC System Thermal Loads in an Automotive Compartment, 4thAutomotive Technologies Congress, June 1-4, Bursa, 28 [12] Duffie, JA, Beckman, WA, Solar Engineering of Thermal Processes, John Wiley and Sons, ISBN: , Inc Canada, 198 [13] Brunin, O,Feidth, M and Hivet, B, Comparison of The Working Domains of Some Compression Heat Pumps and A Compression-Asorption Heat Pump, lntj Refrig Vol 2, No 5, pp , 1997 [14] Çengel, AY, Boles, AM, Thermodynamics: An Engineering Approach, McGraw-Hill, New York, US, 1994 [15] (3727)