Bir gaz ısı pompası (GIP) veya gaz motoru tahrikli ısı

Transkript

1 GÜNEŞ ENERJİSİ DESTEKİ GAZ MOTORU TAHRİKİ BİR ISI POMPASI SİSTEMİ UYGUAMASI Arif HEPBAŞI, Zafer ERBAY, Filiz İÇİER, Neslihan ÇOAK, Ebru HANCIOĞU GİRİŞ Bir gaz ısı pompası (GIP) veya gaz motoru tahrikli ısı pompası (GMIP); açık tip bir kompresörün (çekirdek kısım) gaz motoru ile tahrik edildiği yeni tip bir ısı pompasından (günümüz cazip yeni teknolojilerinden birisi) oluşmaktadır. GMIP'nın yararları şunlardır: (i) doğal gaz için düşük enerji giderleri, (ii)fosil yakıtlardan düşük CO emisyonu, (iii) atık ısı geri kazanımı sağlayarak yüksek ısıtma verimleri ve (iv) defrosta gerek duyulmaması. GMIP'lar ilk olarak 1977 yılında Almanya'da uygulandı ve ticari bir ürün olarak ilk defa 1985 yılında Japonya'da piyasaya sürüldü. GMIP'nın ilk uygulamaları, güvensiz, gürültülü ve fazla bakım gerektiriyordu. Gaz şirketleri ve ilgili devletlerin Ar- Ge ve desteğiyle bu engeller aşıldı. Bu teknoloji ülkemizde göreceli olarak çok yeni olup, konutsal ısıtma, soğutma veya endüstriyel amaçlar için bilinen ikinci uygulama bu yazıda sunulacaktır. Bir ısı pompası ve bir kurutucunun kombinasyonu olan ısı pompalı kurutucu ise, işletilmesi için gerekli olan elektrik enerjisinden daha fazla ısıl enerji sağlamaktadır. Ürün kurutması, geniş kapsamlı tasarım ve ekonomik değerlendirme gerektiren enerji yoğun bir prosestir. Son yıllarda, enerji fiyatlarında artan eğilim nedeniyle, dünyadaki her endüstriyel sektörde verimli yöntemlerin kullanımına olan gereklilik büyük önem kazanmıştır. Bu çerçevede, alternatif sistemler arayışı içine girilmiştir. Bu çalışmada, öncelikle, TÜBİTAK projesi kapsamında, yazarlar tarafından yürütülen ve şu sıralar kurulumu süren (GMIP montajı tamamlanmıştır ve diğer kısımların kurulumu devam etmektedir; kongre sürecinde ise, sistemin kurulumu tamamlanacak ve bazı deneysel sonuçlar da gösterilebilecektir), Gaz Motoru Tahrikli Güneş Enerjisi Destekli Isı Pompalı Bantlı Bir Kurutucu Sistemi ele alınmaktadır. Söz konusu sistem, gerek yapısı gerekse de bu tür sistemlere uygulanacak analiz yöntemleri (ekserjetik ve eksergoekonomik) bakımından, yazarların bugünkü bilgisine göre, literatürdeki ilk çalışmayı oluşturmaktadır. Burada sunulan çalışmanın, tarımsal uygulamalar bakımından zengin potansiyele sahip olan, ancak değişik teknolojiler ile bu potansiyelinin yeterince değerlendirilemediği ülkemiz için, yazarlar tarafından, yeni bir bakış açısı kazandırması beklenmektedir. Son yıllarda, araştırmacıların ve politikacıların yoğunlaştığı sorunların başında enerji gelmektedir. Fosil yakıtlar günümüzde en çok kullanılan enerji kaynağıdır. Ancak, buna rağmen, yeryüzündeki fosil yakıt rezervlerinin kısıtlılığı ve yakın gelecekte tamamen tükeneceğinin tahmin edilmesi, dünyamızın geleceğinde enerji kıtlığının çok da uzak olmadığını göstermektedir. Bu sorunun kesin çözümü, alternatif enerji kaynaklarının kullanımı ve yaygınlaşmasından geçmekte ve bu alanda araştırmacılar ciddi çalışmalar yapmaktadır. Ancak, bugüne kadar yapılmış çalışmalarda henüz aşılamamış temel problem, bu enerji kaynaklarının kullanımında kurulum masraflarının yüksek olmasıdır. Bu sorun yatırımcıları alternatif enerji kaynaklarından uzak tutmaktadır. Enerji sıkıntısına dönük geliştirilen çözümlerden bir diğeri ise, fosil yakıt rezervlerinin tükenmesi sonucu oluşacak sorunların aşılması olmasa da, bu kaynakların tükenmesinin geciktirilmesini merkeze koyarak, insanlığa bir miktar daha zaman kazandırmayı hedeflemektedir. Bu yol, enerji geri kazanımını ön plana çıkartarak enerji verimliliğini arttırmak ve bu şekilde enerji tüketimini azaltmaktan geçmektedir. Bu çözümde, kurulum masrafları çok daha düşük, yani uygulanabilirlik yüksektir. Dolayısıyla sanayicilerin ve araştırmacıların yoğun ilgisini çeken bir alandır. Dünyamızda yaşanan diğer bir önemli sorun da yine enerji politikalarıyla birebir bağlantılı olan, enerji üretimidönüşümü-tüketimi kaynaklı çevre kirliliğidir. Çevre kirliliği özellikle, fosil yakıtların yanması sonucu oluşan kirletici gazlar ve uçucu kül emisyonundan kaynaklanmaktadır. Yani bu sorunun kaynağında kullanılan enerji kaynağı yatmaktadır. Dolayısıyla bu sorunun çözümünde de alternatif enerji kaynakları öne çıkmakta, doğaya zarar vermeyen yenilenebilir enerji kaynaklarının yaygınlaşması önerilmektedir. 20

2 Özetle, yeryüzünde yaşanan sorunların başında gelen, fosil yakıtların tükenmesi ve çevre kirliliği sorunlarının çözümü aslında ortaktır: (i) alternatif enerji kaynakları (özellikle yenilenebilir enerji kaynakları) ve uygulamalarının geliştirilmesi ve yaygınlaştırılması, (ii) sistemlerin enerji verimliliğinin iyileştirilmesi ile enerji tüketiminin azaltılması. Enerji tüketimi incelendiğinde ise, başta evsel tüketim olmak üzere enerjinin en yoğun tüketildiği alanlar, su ve hava ısıtması/soğutması ile iklimlendirmedir. Bu alanlarda enerji kaynağı olarak genellikle fosil yakıtlar ya da fosil yakıtların tüketilmesiyle elde edilen elektrik kullanılmakta, dolayısıyla bu alanlardaki çalışmalar özellikle kritik hale gelmektedir. Isı pompalarının (IP) önemi ise, burada ortaya çıkmaktadır. Hem su-hava ısıtmasında, hem iklimlendirmede kullanılan ve enerji verimi yüksek olan IP sistemleri, düşük sıcaklık ortamından yüksek sıcaklık ortamına ısının transferini sağlayarak ısı üreten cihazlardır. IP sistemleri, genellikle buhar-sıkıştırmalı veya absorpsiyonlu-sıkıştırmalı çevrimleri kullanır. Buhar-sıkıştırma çevrimini kullanan ilk cihaz 1834 yılında üretilmiş ve 1850 yılında ticari olarak piyasaya sürülmüş, fakat kurulum masraflarının yüksek olmasından dolayı yaygınlaşamamıştır. Ancak bu sistemlerin geliştirilmesine yönelik yapılan çalışmalar sonucunda, işletim masrafları zaten düşük olan IP'larının kurulum masrafları da makul seviyelere inmiş ve 1980'lerle birlikte yaygınlaşmaya başlamıştır [3,4]. IP'ları temel olarak su ısıtması/soğutması ve iklimlendirmede kullanılmakla beraber sanayideki enerji yoğun işlemlerin başında gelen nem alma ve kurutma işlemlerinde de kullanılmaktadır. IP'ları kullandıkları enerji kaynağına göre elektrikli (EIP), kimyasal, toprak (yer) kaynaklı, jeotermal, güneş enerjili ve/veya hibrit güç kaynaklı IP'ları gibi çeşitli kategorilere ayrılır. Bunlardan biri de gaz motoru tahrikli ısı pompalarıdır (GMIP) [6,15,16,20]. GMIP ile ilgili ilk çalışmalar 1970'lerin sonlarında yapılmış ve ilk örneği 1 Nisan 1977'de Dortmund-Wellinghofen açık yüzme havuzunun ısıtılmasında kullanılmıştır [2]. GMIP'nın ilk ticari şekli ise Japon hükümetinin de desteği ile Gasmulti adıyla Nisan 1985'te piyasaya sürülmüştür [14]. Elektrik, genellikle termik santrallerde yakıtların yakılması ile üretilmekte ve atık ısı doğaya bırakılmaktadır. Daha sonra elektrik tüketileceği yere taşınmakta ve orada IP'nın motoru aracılığıyla mekanik enerjiye dönüştürülerek kullanılmaktadır. Bu şekilde enerji iki kez dönüşüme uğramakta ve bu nedenle kayıplar fazla olmaktadır. Eğer yakıtın dönüşümü IP'na yakınlaştırılırsa, yani elektrik aracılığı olmaksızın sağlanırsa, hem dönüşüm sayısının azalmasından, hem de dönüşüm sırasında açığa çıkan atık ısının kullanılabilmesi olanağından dolayı enerji verimliliğinin arttırılması mümkün hale gelebilecektir. GMIP bu düşünceyle çalışan ve özellikle ısıtma işlemlerinde yüksek verim sağlayan sistemlerdir [9,13]. GMIP, içten yanmalı bir motorla tahrik edilen, açık kompresörlü ve genellikle tersinir buhar-sıkıştırma çevrimli IP'ndan oluşmaktadır. Gaz motorunun ısıl verimi düşük olmasına karşın (%30-45), egzoz gazındaki atık ısının ve motor silindir ceketlerindeki atık ısının geri kazanımı ile toplam atık ısının yaklaşık % 80'inden faydalanılabilmekte ve bu da GMIP'leri verimli cihazlar haline getirmektedir [12]. Düşük fosil yakıt tüketiminden dolayı GMIP sistemleri doğayla barışık sistemlerdir. Aynı zamanda, doğal gaz, propan, PG gibi ucuz enerji kaynaklarından faydalanıyor olması ve düşük işletim maliyetleri, bu sistemleri ekonomik hale getirmektedir [5,11-13]. Diğer taraftan, GMIP'lerinin yaygınlaşması, elektrik tüketimini/ ihtiyacını dengeleyecek ve yaşanan elektrik piklerini hafifletecektir [11]. Aynı zamanda GMIP'lerin önemli bir özelliği de gaz temininin ayarlanmasıyla kompresör hızının kolaylıkla düzenlenebilmesi ve bu şekilde optimum çalışma koşullarının sağlanabilmesidir [21]. Bu çalışmada, GMIP'nin çalışma prensibi açıklanacak, bugüne kadar yapılmış çalışmalara değinilecek ve TÜBİTAK projesi kapsamında, Ege Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümünde kurulmakta olan, Güneş Enerjisi Destekli Gaz Motoru Tahrikli Isı Pompalı Kurutucu sistemi ayrıntılarıyla tanıtılacaktır. Çalışma Şekli GAZ TAHRİKİ ISI POMPASI GMIP, elektrik motoru yerine gaz yakıtla çalışan içten yanmalı bir motor tarafından hareketlendirilen, açık bir kompresör içeren, genellikle tersinir buhar-sıkıştırma çevrimiyle çalışan bir IP'ndan oluşmaktadır. Tüm sistem iki ana bölümde incelenebilir: i. IP: Bir açık kompresör, bir kondensör (yoğuşturucu), bir genleşme valfi ve bir evaporatör (buharlaştırıcı) içerir. ii. Gaz motoru [21] GMIP'nın IP bölümünde, klasik bir IP vardır. GMIP'nin esas farklılığı, kullandığı enerji kaynağıdır. Yaygın kullanılan 21

3 IP'larında, elektrikle çalışan bir motor aracılığıyla elektrik enerjisi mekanik enerjiye dönüştürülürken, GMIP'da elektrik enerjisi yerine, gaz yakıt kullanılır. Kullanılan gaz yakıt, klasik bir içten yanmalı motora pompalanır ve yakılır. Bu işlem sonucu yakıtın kimyasal bağlarının parçalanması ile ısı açığa çıkar ve basıncın değişimi ile birlikte silindirler hareketlenir ve kompresöre mekanik enerji aktarılmış olur. Bu sırada yanmış sıcak gaz dışarı atılır, yeni yakıt motora pompalanır ve işlem tekrarlanır. Bu işlemde ısıl verim yüksek değildir ve genellikle % aralığında değişir. Ancak, GMIP'nı verimli kılan atık ısının yani mekanik enerjiye dönüştürülemeyen % 55-70'lik ısının geri kazanımıdır. Bu ısının bir kısmı motorun ortamla teması sırasında taşınımla kaybedilen ısı iken, diğer kısmı da egzoz gazı ile ortama bırakılan ısıdır. Motorun ısınması ile kaybedilen ısı, motor silindir ceketlerinden su/hava dolaştırılması ve ısının ısı değiştiriciler vasıtasıyla bu dolaştırılan suya/havaya geçirilmesi yoluyla kazanılır. Yine aynı yöntemle egzoz gazı ile birlikte atılan ısı da geri kazanılır (Şekil 1). Bu şekilde toplam atık ısının yaklaşık %80'i suya/havaya aktarılır ve ısınmış su/hava, ya direkt olarak ürün halinde kullanılır, ya da buharlaştırıcıya gönderilerek soğutucu akışkan çevriminde faydalanılır. Bu şekilde gaz motorunun ısıl verimi ciddi şekilde arttırılır ve yakıtın direk kullanılmasından dolayı da sistemin verimi elektrikli sistemlere göre yüksek olur. Çünkü; elektrikli sistemlere elektrik ulaşana kadar ciddi kayıplar meydana gelir ve sistem dışında olduğu için bunlara müdahale şansı yoktur. Başka bir deyişle, gaz yakıtlı termik santrallerde yakılarak elektriğe dönüşür. Bu dönüşüm sırasında enerji kayıpları yaşanır ve ek olarak egzoz gazının doğaya bırakılmasından ötürü de ciddi ısı kaybı yaşanır. Bu işlem dizisi sırasında, enerji iki kez dönüşüme uğratıldığından (yakıttan elektrik, elektrikten mekanik enerji) verim düşer ve dönüşümlerden birisi sistemden tamamen ayrı bir noktada yaşandığından geri kazanım sağlanamaz (Şekil 2). Tüm bunlar, GMIP'lerini elektrikli ısı pompalarına oranla 3 kat verimli kılar (Şekil 3) [13] air Su dönüşü Su beslemesi soğutucu akışkan klima suyu motor soğutma suyu 13 ısıtma döngüsü soğutma döngüsü 1. Doğal gazla çalışan içten yanmalı motoru, 2. Açık kompresör, 3. Dört-yollu vana, 4. Plakalı ısı değiştirici, 5. Su besleme pompası, 6. Genleşme valfi, 7. Kanatlı borulu ısı değiştirici, 8. Radyatör, 9. Gazdan-suya ısı değiştiricisi, 10. Üç-yollu vana, 11. Sudan-suya ısı değiştiricisi, 12. Soğutma suyu sirkülasyon pompası, 13. Üç-yollu vana. Şekil 1. GMIP'nın Şematik Gösterimi [21]. 22

4 Kömür Petrol Girdi %100 Atık ısı % 68 Enerji Santrali: Fosil yakıtın elektriğe dönüşümü Elektrik %32 Kayıp %3 Transmisyon % 29 Kayıp % 3-6 Motor Mekanik enerji %23-26 Gaz Şekil 2. Geleneksel Isı Pompaları İçin Yakıttan Mekanik Enerji Elde Ediliş Sürecindeki Enerji Dönüşümleri [13]. Atık ısı 14 GİRDİ 100 Egzoz ısısı 70 Motor Geri kazanılmış ısı İş 30 Isı Pompası (C0P) = K U A N I A N ISI 146 a) Gaz motoru tahrikli ısı pompası (GMIP) G İ R D İ 314 Atık ısı 223 Elektrik 35 Elektrik 56 Kayıp 5 İş 30 Motor Isı pompası C0P = 3 Gerekli ek ısı K U A N I A N ISI 146 Şekil 3. Geleneksel EIP ile GMIP'nda Gerçekleşen Isı Dönüşüm İşlemlerinin Karşılaştırılması [13]. 23

5 Uygulamaları GMIP sistemleri ticari bir ürün olarak piyasada görülmeye başlandıktan sonra, başta iklimlendirme ve su ısıtması alanları olmak üzere çeşitli endüstriyel uygulamaları denenmiştir. Ayrıca, sistemin geliştirilmesi için, çeşitli Ar-Ge faaliyetleri yürütülmüş, sistem performans testleri gerçekleştirilmiş, ekonomik açıdan değerlendirmeye ve aynı amaçla kullanılan diğer sistemlerle kıyaslamaya tabi tutulmuş, sistemin kontrolünün geliştirilmesine çalışılmış, sistemin çevre üzerindeki etkileri araştırılmış ve sistem modellemesi yapılmıştır. Bu bağlamda, Hepbaşlı ve Ark. [9] tarafından geniş kapsamlı olarak incelenen bu konudaki çalışmalar, Tablo 1'de özetlenmiştir. Tablo 1. GMIP Sistemleri ile İlgili Yapılmış Ana Çalışmalar [9]. GÜNEŞ ENERJİSİ DESTEKİ GAZ MOTORU TAHRİKİ ISI POMPAI KURUTUCU SİSTEMİ Ülkemizde ise, konuyla ilgili çalışmalar yeni başlamaktadır. Türkiye'de kullanım alanı bulan GMIP sayısı 2'dir, konuyla ilgili yürütülen tek çalışma ise, Hepbaşlı ve ark. [7,9] tarafından gerçekleştirilmektedir. Bu çalışmada, araştırmacılar; iklimlendirme ve soğuk/sıcak su eldesi dışında, direkt sanayi uygulamasını amaç edinmişler ve endüstriyel işlemler içerisinde en çok enerji tüketen işlemlerden birisi olan, kurutma işlemine GMIP'nın uygulanmasını planlamışlardır. Kurutma, yoğun enerji girdisine ihtiyaç duyan bir işlem olup, çoğu Çalışma Tipi Sistem Tipi Uygulama # Yıl Araştırmacılar Teorik Su Deneysel Isıtma Soğutma A/C (Simülasyon) Isıtması Howe ve ark. [10] Ficarella ve aforgia [5] Yagyu ve ark. [18] Diğer (Alkol damıtması) COP toplam = Zhao ve ark. [23] ian ve ark. [13] i ve ark. [12] Zhang ve ark. [21] Xie ve ark. [17] Sonuçlar DAHX (yükseleceği üst sınır) Kapasite soğutma= % 31 Kapasite ısıtma = % 17 Isıl görev = % 32 SC (yükseleceği üst sınır) Kapasite soğutma = % 21 Kapasite ısıtma = % 11 Isıl görev = % 23 Yakıt tüketimi = kw Isı geri kazanımı = kw PBP = 3.41 yıl F toplam = 0.9 PER = 2.08 F toplam = 1.5 PER = 2.43 Geri ödeme süreleri CACS 2 yıl EHP-WHPS 2.6 yıl Kaskat fuzzy kontrol sistemi geliştirilmiştir. T a = 7 o C, S = 1000 dev/dak PER = 1.67 T a = 7 o C, S = 3500 dev/dak PER = 1.13 T a = 9 o C η motor = % 83 η IP = % 5 T a = 5 o C, Maks..güç η motor= % 29.7 PER = 1.76 Η = ε = Zhang ve ark. [22] azzarin ve Noro [11] Ying-in ve ark. [19] Hepbasli ve ark. [7] (Gıda Kurutması) GMIP nın sağladığı kazanım PER = % 23 İşletim maliyeti = % 11.3 GMIP nin, uygun olduğu ekonomik analizler sonucu görülmüştür. Geleneksel GMIP Maks. η termal = % 33 Min. Η termal = % 22 Hibrit güçle çalşan GMIP Maks. η termal = % 37 Min. η termal = %27 Kurulum aşamasında A/C: İklimlendirme DAHX: Desorber-absorber ısı değiştirici SC: Basit absorpsiyon çevrimi PBP: Geri ödeme süresi CACS: Geleneksel iklimlendirme sistemi EHP-WHPS: Su çevrimli elektrikli ısı pompası PER: Birincil enerji oranı 24

6 sanayileşmiş ülkede, kurutmanın sanayide kullanılan enerjideki payı % 7-15 civarlarındadır. Tarım ürünlerinin üretiminde kullanılan enerjideki payı ise % 60'ı aşan kurutma işlemi, % arasında değişen ısıl verimlilikle gerçekleştirilmektedir. Gıda maddeleri üretimlerinden tüketimlerine kadar geçen süre içerisinde pek çok enzimatik, mikrobiyal ve kimyasal süreç dolayısıyla hızlı şekilde bozulma eğilimindedir. Tarih öncesi zamandan beri, gıdaların bozulmasını geciktirerek muhafazasını sağlamak amacıyla çeşitli teknikler geliştirilmiş ve uygulanmıştır. Bunlardan en yaygın olanı güneş altında sererek kurutmadır. Bu teknik yenilenebilir ve bedava enerji kaynağından yararlandığı için ekonomik olmakla birlikte, günümüzün gelişen kalite talepleri düşünüldüğünde, bu yöntemle kurutulan ürünün mikrobiyal bulaşmaya, gelişmeye ve böcek istilasına açık olması, güneşte sererek kurutma yöntemini yetersiz kılmaktadır. Dolayısıyla kurutmanın kontrollü şartlarda yapılması önem kazanmakta ve bu konudaki çalışmalar sürmektedir. Bu kapsamda, araştırmacılar tarafından GMIP sisteminin gıda kurutmasında uygulanması düşünülmüştür. Bu doğrultuda Şekil 4'de gösterilen sistem bileşenleri ile Şekil 5'de şematik olarak gösterilen GMIP'lı bantlı bir kurutucu sistemi tasarlanmıştır. Buna göre, sistemde havanın ısıtılması GMIP ile yapılacak, ısıtma destek ünitesi olarak havalı güneş kolektörlerinden faydalanılacak, kurutma ise bantlı tünel tip bir kurutucuda gerçekleştirilecektir. Farklı gıdaların kurutulacağı ve bu yeni sistemin kurutmadaki performansının değerlendirileceği çalışmada, yeni sistem aynı zamanda başka kurutucu sistemlerle de karşılaştırılacaktır. Gıdalar, aynı koşullarda, havanın elektrikli IP ile ısıtıldığı bantlı tünel tip bir kurutucu sistemde, havanın elektrikle ısıtıldığı tepsili kurutucu sistemde ve elektrikle çalışan akışkan yatak kurutucu sisteminde kurutularak elde edilen veriler kıyaslanacaktır. Kurutma performansı kıyaslanacak gıdalarda, özellikleri açısından birbirinden farklı gıdalar olması ve genellikle Şekil 4. GMIP'lı Kurutucu Sistemin Bileşenleri [7]. Şekil 5. GMIP'lı Kurutucu Sistemin Şematik Gösterimi [7]. 1.Güneş kolektörü, 2. Depo, 5. Giriş havası, 6. Kondenser, 7. Kompresör, 8. Evaporatör, 9. Genleşme vanası, 10. Çıkış havası, 11. Kurutucu, 13. Aspiratör, 14. By-pass hattı 25

7 kurutmasında sorunlar yaşanan gıdalar olması da ayrıca önemlidir. Bu kapsamda erik, maydanoz ve brokoli kurutulacak ve bu ürünlerin kalite kriterlerine de bakılarak kurutma yöntem ve sistemleri kıyaslanacaktır. TÜBİTAK tarafından desteklenen bu proje kapsamında kullanılacak GMIP'nın teknik özellikleri Tablo 2'de, ekipmanın şematik gösterimi Şekil 6'da, ısıtma modundaki akış şeması Şekil 7'de ve kurulumu tamamlanmış GMIP'nın kurulduğu Tablo 2. GMIP Teknik Özellikleri [1]. Tip P140 Store Multi Kompresör Soğutma Kapasitesi Isıtma Kapasitesi kw 14 Tip x Ünite Sayısı Scroll tip x 2 18 Çıkarma Kapasitesi cm 3 / devir 60.5x2 Çalışma sesi db Normal 52,Sessiz mod 50 Devir Sayısı dev/dak 1940~3326 Dış Yükseklik 1780 Özgün Soğutucu Yağ N10 Dış Genişlik Mm 1280 Soğutucu Yağ Hacmi 3 Dış Derinlik 700 GüçTransfer Metodu Poly V-kayışx2 Ağırlık Kg 450 Isıtıcı - Dış Renk (DIC) 3,6 GY 8,0 / 0,9 Soğutucu Akışkan Elektriksel Karakteristiği Tip R407C Güç Kaynağı V Tek faz 200 Miktarı kg 10 Akım (A) Soğutma 3,2 / 3,4 Isıtma 3,4 / 3,7 Soğutucu Akışkan Kontrolü Elektronik genleşme vanası + kılcal tüp Güç Tüketimi Soğutma 0,61 / 0,67 Isı Değiştirici (kw) Isıtma 0,64 / 0,73 Dış Ünite Isı Değiştiricisi ouver kanat Güç Oranı (%) Yakıt Tüketimi (kw) Soğutma 95 / 99 İç Ünite Isı Değiştiricisi Çoklu borulu ısı değiştiricisi Isıtma 94 / 99 Motor Radyatörü ouver kanat Soğutma 12,7 Fan 12,7 Isıtma 13,8 Tip x Ünite sayısı Pervane fan x 2 Motor Özellikleri Oransal Hava Miktarı m 3 /dak 150 Tip Su soğutmalı dikey tip, 4-devir, 2- silindir OHV Motor Egzoz Hacmi 0,688 Boru ölçüleri Tip Tek faz induction motor Çıkış oranı W 90 x 2 Soğutucu Sıvı borusu Ø 9,52 Oransal Çıkış kw 3,75 mm Akışkan Gaz borusu Ø 19,05 Devir Sayısı dev/dak Yakıt Gaz Borusu R ½ Tip Aisin GHP Oil Egzoz Borusu mm Ø 17 (dış çap) Kayganlaştırıcı Yağ Kapasite 20 Ateşleme Sistemi Titreşim İzolatörü AC/DC çevrim sistemi, DC starter Titreşim önleyici kauçuk Egzoz Manifoldu Mm Ø 107 Egzoz Manifoldu Pozisyonu Motor Soğutucusu Yukarı yönde Soğutucu Akışkan/Yakıt Gaz Borusu Birleşme Noktası Kabul Edilebilir Boru Uzunluğu Kabul Edilebilir İç-Dış Ünite Yükseklik Farkı İç Üniteler Arası Kabul Edilebilir Yükseklik Farkı m Arka alt bölüm 70 (eş uzunluk) 60 (asıl uzunluk) 30 (dış ünite üstte) 30 (dış ünite altta) Tip Aisin Soğutucu S Bağlanabilir İç Adet 1 ~ 6 Miktarı 11 Üniteler Kapasite P22 - P140 Konsantrasyon % 65 Donma Sıcaklığı o C -35 Motor Çıkışı kw 0,09/0,13 15 Yasal Donma Kapasitesi RT 1,5 26

8 M M Şekil 6. GMIP'nın Şematik Gösterimi [1]. Double pipe ısı değiştiricisi Dış ünite ısı değiştiricisi Süper soğutucu ısı değiştiricisi Dış ünite ısı değiştiricisi Süper soğutucu ısı değiştiricisi Dış ünite İç ünite Filtre kurutucusu Dört-yol vanası Sıvı miktarı ayarlama vanası Sıcak gaz bypass Yüksek basınç devresiyüksek basınç sensörü Filtre kurutucusu Yağ bypass İç ünite ısı değiştiricisi Yağ ayırıcısı İç ünite ısı değiştiricisi Kompresör Düşük basınç sensörü Akümülatör Kompresör Şekil 7. GMIP'nın Isıtma Modundaki Akış Şeması [1]. 27

9 Şekil 8. Kurulumu Tamamlanmış Olan GMIP'nın, E.Ü. Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Termodinamik aboratuvarı'ndaki İki Görünüşü (7 Eylül 2007). E.Ü. Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Termodinamik aboratuvarı'ndaki kurulumu ise, Şekil 8'de gösterilmiştir. Bu çalışma, Türkiye'de ilk olmasının yanında, GMIP'nın sanayiye uygulanması ile ekserjetik ve eksergoekonomik olarak değerlendirilmesi bakımından da, dünyadaki sayılı çalışmalardandır. SONUÇAR GMIP'ları, geleneksel klima cihazlarından daha cazip iklim kontrolü sağlarlar. En önemli yararları ise [8,12]: a) Değişken hız işletmesi: Tipik olarak, GMIP minimum hızda çalışmakta olup, gerekli yüke uymak için minimum ve maksimum hız arasında ayarlanabilir. Minimum ve maksimum hızlara, farklı motor ve kompresör performansı ile karar verilir. Sonuç olarak, böyle bir sistemin kısmi yük verimi yüksektir. Mevsimsel işletme gideri ve çevrim kayıpları, aç-kapa çalışan kontrol sistemleri olan tek hızlı sistemlerinkinden daha düşük olacaktır. b) Motordan ısı geri kazanımı: Motorun ısıl verimi, çok yüksek değildir (Gazlı motorlar için şimdilerde yaklaşık % 30-45). Yakıtın yanma ısısı, egzoz gazları, soğutma suyu ve motor bloğuyla atılır. Bununla beraber, sistemin verimi, ısıtma modunda soğutma suyu ve egzoz gazlarından ısının geri kazanılmasıyla artırılabilir. 28 c) Doğal gaz yakıtı: GMIP aynı zamanda, elektrikli ısı pompasından enerji kullanımı bakımından fark eder, esas itibarıyla elektriğin yerine doğal gaz veya propan kullanılır. Bu yüzden, GMIP, elektrik giderlerinin yüksek ve doğal gazın mevcut olduğu yerlerde tercih edilirler. GMIP'ları, enerji tüketiminde önemli bir azalma sağlar. Buna karşın, bu sistemler günümüzde halen yaygınlaşamamış, özellikle sanayide kendine henüz yer bulamamıştır. Bunun ilk nedeni, kurulum masraflarının yüksekliği ve ikincisi ise, özellikle sanayi uygulamalarının ve denemelerinin azlığından ötürü, yatırımcıların bu sistemleri uygulamaya çekinmeleridir. Enerji ve çevre sorunlarının dünyada ele alınan en önemli konular olduğu düşünülürse, GMIP'larının enerji verimliliği ve düşük işletim masrafları göz önüne alındığında, ekonomik bir seçenek olarak bu sistemlerin halen yaygınlaşamamış olması düşündürücüdür. Kurulum masraflarının yüksekliği, genellikle işletim masraflarının düşüklüğü ile karşılanabilir durumdadır. Ancak, asıl problem yatırımcıların yüksek kurulum maliyetli bir sisteme yatırım yapmaya çekinmesi, yapılmış örnekler görmek istemesi ve ikna olmaya ihtiyaç duymasıdır. Bu noktada araştırmacılara düşen görev ise, GMIP uygulamalarını çeşitlendirmek ve enerjinin yoğun tüketildiği başka alanlara da taşımaktır.

10 TEŞEKKÜR Yazarlar, Gaz Motoru Tahrikli Güneş Enerjisi Destekli Isı Pompalı Bantlı Bir Kurutucu Sistemin Tasarımı, Testi ve Performansının Değerlendirilmesi başlıklı ve 106M482 numaralı projeye mali desteğinden ve ilgisinden dolayı, Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK)'na teşekkürü bir borç bilirler. 1. KAYNAKÇA AISIN Gas Heat Pump Catalogue, Technical Specifications. 2. Bussmann, W, 1978, Heating of the Dortmund- Wellinghofen Open Air Swimming Pool With a Gas Heat Pump (two years of operational experience), Collection of Technical Papers AIAA/ASME/ASCE/AHS Structures, Structural Dynamics & Materials Conference, 26-31, Calm, JM, 1997, Heat Pumps in USA, International Journal of Refrigeration, 10: Çengel YA, Boles MA, 2006, Thermodynamics: An EngineeringApproach, McGraw-Hill, 5.Baskı. 5. Ficarella, A, aforgia, D, 1999, Energy Conservation in Alcohol Distillery With the Application of Pinch Technology, Energy Conversion & Management, 40: Hepbaşlı, A, Özgener,, 2004, Development of Geothermal Energy Utilization in Turkey: a Review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 8: Hepbaşlı, A, İçier, F, Çolak, N, Hancıoğlu, E, Erbay, Z, 2006, Gaz Motoru Tahrikli Güneş Enerjisi Destekli Isı Pompalı Bantlı Bir Kurutucu Sistemin Tasarımı, Testi ve Performansının Değerlendirilmesi, Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK), 106M482 No'lu Araştırma Projesi Dokümanı. 8. Hepbaşlı, A, 2006, Doğal Gazlı Isı Pompalarının Enerjetik ve Ekserjetik Modellenmesi, Doğal Gaz Günleri, Pamukkale Üniversitesi, 1-3 Haziran (Baskıda). 9. Hepbaşlı, A, Erbay, Z, Icier, F, Colak, N, Hancıoglu, E, 2007, A Review of Gas Engine Driven Heat Pumps (GEHPs) for Residential and Industrial Applications, Renewable and Sustainable Energy Reviews, (Baskıda Makale). 10. Howe, A, Radermacher, R, Herold, KE, 1989, Combined Cycles for Engine-Driven Heat Pumps, Int J Refrigeration, 12(1): azzarin, R, Noro, M, 2006, District Heating and Gas Engine Heat Pump: Economic Analysis Based on a Case Study, Applied Thermal Engineering, 26: i, S, Zhang, W, Zhang, R, v, D, Huang, Z, 2005, Cascade Fuzzy Control for Gas Engine Driven Heat Pump, Energy Conversion & Management, 46: ian, Z, Park, S, Huang, W, Baik, Y, Yao, Y, 2005, Conception of Combination of Gas-Engine-Driven Heat Pump and Water-oop Heat Pump System, International Journal of Refrigeration, 28: Ogura, M, Kawasaki, T, Motokawa, M, Terada, F, 1987, The First Commercialized Direct-Expansion Type Gas Engine Heat Pump, Government Inst Inc Publishing. 15. Ömer, AM, 2007, Ground-Source Heat Pumps Systems and Applications, Renewable and Sustainable Energy Reviews (Baskıda Makale). 16. Özgener, O, Hepbaşlı, A, 2007, A Review on the Energy and Exergy Analysis of Solar Assisted Heat Pump Systems, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 11: Xie, Y, iu, C, Yu, Z, 2006, Energy Grade Balance of Gas Engine-Driven Heat Pump, In Proceedings of Solar 2006, Denver. 18. Yagyu, S, Fujishima, I, Fukuyama, Y, Morikawa, T, Obata, N, Corey, J, Isshiki, N, Satoh, I, 2000, Performance Characteristics of a Gas Engine Driven Stirling Heat Pump, The American Institute of Aeronautics andastronautics, Ying-in,, Xiao-Song, Z, iang, C, 2007, A novel Parallel-Type Hybrid-Power Gas Engine-Driven Heat Pump System, International Journal of Refrigeration, makale baskıda. 20. Wongsuwan, W, Kumar, S, Neveu, P, Meunier, F, 2001, A Review of Chemical Heat Pump Technology and Applications, Applied Thermal Engineering, 21: Zhang, RR, u, XS, i, SZ, in, WS, Gu, AZ, 2005, Analysis on the Heating Performance of a Gas Engine Driven Air to Water Heat Pump Based on a Steady-State Model, Energy Conversion & Management, 46: Zhang, RR, u, XS, i, SZ, Gu, AZ, 2006, Analysis of Energy Consumption and Running Cost of Gas Engine- Driven Heat Pump, Journal of Harbin Institute of Technology, 38: Zhao, Y, Shigang, Z, Haibe, Z, 2003, Optimization Study of Combined Refrigeration Cycles Driven by An Engine, Applied Energy, 76: