Isıtma ve Soğutma Sistemlerinde Yenilenebilir Enerji Uygulamaları. Renewable Energy Applications in Heating and Air Conditioning Systems

Benzer belgeler
ÖZGEÇMİŞ. Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü Osmaniye/Türkiye Telefon : /3688 Faks :

YILDIZ ENERJİ EVİ. Yıldız Enerji Evi

HASRET ŞAHİN ISI EKONOMİSİ

Güneş Enerjili Su Isıtma Sisteminin Deneysel İncelenmesi

XII. ULUSAL TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ ERGİN BAYRAK, NACİ ŞAHİN Nisan 2015, İZMİR

EŞANJÖR (ISI DEĞİŞTİRİCİSİ) DENEYİ FÖYÜ

HAVA SOĞUTMALI BİR SOĞUTMA GURUBUNDA SOĞUTMA KAPASİTESİ VE ETKİNLİĞİNİN DIŞ SICAKLIKLARLA DEĞİŞİMİ

TOPRAK KAYNAKLI ISI POMPALARI. Prof. Dr. İlhami Horuz Gazi Üniversitesi TEMİZ ENERJİ ARAŞTIRMA VE UYGULAMA MERKEZİ (TEMENAR)

SOĞUTMA ÇEVRİMLERİ 1

Abs tract: Key Words: Uğur AKBULUT Özgen AÇIKGÖZ Olcay KINCAY

ISI POMPASI. Abdunnur GÜNAY / FENTEK Müh.Ltd.Şti.

ROLLBOND BUHARLAŞTIRICILI DOĞRUDAN GENLEŞMELİ BİR ISI POMPASI SU ISITICISININ PERFORMANSININ DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

Türkiye de Toprak Kaynaklı Isı Pompası Sistemleri İle Konutların Isıtılmasıyla İlgili Yapılan Bilimsel Çalışmaların Değerlendirilmesi

DİKEY TİP TOPRAK KAYNAKLI ISI POMPASI KULLANIMINDA GÜNEŞ ENERJİ DESTEĞİNİN ARAŞTIRILMASI

Abs tract: Key Words: Bilsay PASTAKKAYA Kürşat ÜNLÜ Recep YAMANKARADENİZ ÖZET

YER KAYNAKLI BĐR ISI POMPASI SĐSTEMĐNDEKĐ TOPRAK ISI DEĞĐŞTĐRĐCĐSĐ BORU UZUNLUĞUNUN BELĐRLENMESĐ

JEOTERMAL BÖLGE ISITMA SİSTEMLERİNDE SICAKLIK KONTROLUNUN DÖNÜŞ SICAKLIĞINA ETKİSİ

TOPRAK KAYNAKLI BİR ISI POMPASININ FARKLI SOĞUTUCU AKIŞKANLAR İÇİN TERMODİNAMİK ANALİZİ

Enerji Yönetmeliğine Göre Konutların Farklı Isı Yalıtım Malzemeleri İle Yalıtılmasının Ekonomik Analizi Üzerine Bir Araştırma: Kahramanmaraş Örneği

Abs tract: Key Words: Meral ÖZEL Serhat ŞENGÜR

EKONOMİK ISITMA-SOĞUTMA ÇÖZÜMLERİ

ÖZGEÇMİŞ. Derece Alan Üniversite Yıl. Teknik Eğitim Fakültesi, Makina Eğitimi. Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Eğitimi A.B.

İZMİR İLİ İÇİN GÜNEŞ ENERJİSİ KAYNAKLI ABSORBSİYONLU ISI POMPASI SİSTEMİ İLE ISITMA-SOĞUTMA UYGULAMASININ SAYISAL ANALİZİ

AirHome Serisi Paket Tip Isı Pompaları

T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Dr. Murat Çakan. İTÜ Makina Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü BUSİAD Enerji Uzmanlık Grubu 17 Nisan 2018, BURSA

ISI POMPASI DENEY FÖYÜ

Teknoloji Fakültesi, Karabük Üniversitesi, TR-78050, Karabük, Türkiye Muş Sultan Alparslan Teknik ve Endüstri Meslek Lisesi, Muş, Türkiye.

Sürdürülebilir Binalarda Isıl Depolama. Dr. İbrahim Çakmanus

ISI DEĞİŞTİRİCİLERİN TASARIMI [1-4]

AirMini Serisi Isı Pompaları

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY - 5 PSİKROMETRİK İŞLEMLERDE ENERJİ VE KÜTLE DENGESİ

Atık Su Kaynaklı Isı Pompasının Akdeniz İkliminde Kullanılabilirliğinin Deneysel Performans Analizi. Ege Üniversitesi, b Yaşar Üniversitesi

TARU ISI POMPALARI Doğadan gelen konfor, doğaya duyulan saygı

Thermodynamic Analysis of Cooling with Vertical Type Ground Source Heat Pump: Mardin Case Study

DİKEY TİP TOPRAK KAYNAKLI ISI POMPASI SİSTEMİNİN KONVANSİYONEL SİSTEMLERLE EKONOMİK OLARAK KARŞILAŞTIRILMASI

DİKEY TİP TOPRAK KAYNAKLI ISI POMPASI DESTEKLİ DUVARDAN ISITMA SİSTEMİNİN ENERJİTİK PERFORMANS İNCELEMESİ

Abs tract: Key Words: Uğur AKBULUT Özgen AÇIKGÖZ Olcay KINCAY

Hacettepe Ankara Sanayi Odası 1.OSB Meslek Yüksekokulu

AKDENİZ BÖLGESİ İÇİN ISITMA VE SOĞUTMA DERECE- SAAT DEĞERLERİNİN ANALİZİ

ADIYAMAN ÜNİVERSİTESİ

Isı Pompası Otel Uygulamaları Eğitim Sunumu ANTALYA

Abs tract: Key Words: Bilsay PASTAKKAYA Mustafa Kemal İŞMAN Mehmet Özgün KORUKÇU Recep YAMANKARADENİZ

Kayseri İlindeki Elli Yataklı Bir Otel Binası İçin Güneş Enerjisi Destekli Sıcak ve Su Isıtma Uygulaması

HASTANE & OTEL & ALIŞVERİŞ MERKEZİ VE ÜNİVERSİTE KAMPÜSLERİNDE KOJENERASYON UYGULAMALARI / KAPASİTE SEÇİMİNDE OPTİMİZASYON

AirMidi Serisi Isı Pompaları

KOMPLE ÇÖZÜM ÇEVRE DOSTU ESNEK ÇÖZÜM. Tekli Uygulama. İkili Uygulama. Montaj Kolaylığı

İzmir İlindeki Elli Yataklı Bir Otel İçin Güneş Enerjisi Destekli Isıtma ve Absorbsiyonlu Soğutma Siseminin Teorik İncelenmesi

Adyabatik Soğutma Sistemlerinde Nozul Yapısının Soğutma Performansına Etkilerinin Teorik ve Deneysel İncelenmesi

BAZI İLLER İÇİN GÜNEŞ IŞINIM ŞİDDETİ, GÜNEŞLENME SÜRESİ VE BERRAKLIK İNDEKSİNİN YENİ ÖLÇÜMLER IŞIĞINDA ANALİZİ

TİCARİ TİP SU ISITICILAR

Havadan Suya Isı Pompası (Split Tip) [ Hava ] [ Su ] [ Toprak ] [ Buderus ] Kışın sıcaklığı ve yazın ferahlığı. Logatherm WPLS. Isıtma bizim işimiz

HAVA KAYNAKLI ISI POMPALARI

Güneş-Toprak Kaynaklı Isı Pompasının Deneysel Đncelenmesi

HRV-DX Plus. DX Tavan Tipi Isı Geri Kazanım Cihazı

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

ÖZGEÇMİŞ. Yardımcı Doçent Makine Mühendisliği Çukurova Üniversitesi Doçent Makine Mühendisliği Çukurova Üniversitesi

VRF DEĞİŞKEN SOĞUTUCU DEBİLİ KLİMA SİSTEMLERİ

Havalandırma Cihazlarında Isı Geri Kazanım ve Toplam Enerji Verimliliğinin Simülasyonu

GÜNEŞ ENERJİSİ KAYNAKLI ABSORBSİYONLU ISI POMPASI SİSTEMİNİN FARKLI DERECE-GÜN BÖLGELERİ İÇİN ISITMA-SOĞUTMA PERFORMANSININ İNCELENMESİ

GÜNEŞ ENERJİLİ NH 3 -H 2 O ABSORPSİYONLU SOĞUTMA SİSTEMİNİN İZMİR İLİ İÇİN İNCELENMESİ

Paket Tip Isı Pompaları

BİNALARIN SOĞUTULMASINDA GÜNEŞ ENERJİSİ KAYNAKLI ABSORBSİYONLU ISI POMPASININ DENEYSEL İNCELENMESİ

Güneş Enerjisi Destekli Soğutma Sistemleri ve Örnek Projenin Diğer Uygulamalarla Karşılaştırılması

KONUTLARDA VE SANAYİDE ISI YALITIMI İLE ENERJİ TASARRUFU - SU YALITIMI EĞİTİMİ VE GAP ÇALIŞTAYI

Güneş Enerjisinin Isıtma Amaçlı Mevsimlik Depolanması ve Isı Pompası Destekli Kullanımı

Diğer yandan Aquatherm kataloglarında bu konuda aşağıdaki diyagramlar bulunmaktadır.

AirMaxi Serisi Isı Pompaları

TOPRAK KAYNAKLI ISI POMPALARI

Araş. Gör. Makina Mühendisliği Gaziantep Üniversitesi

DENEY FÖYLERİ DENEYSAN EĞİTİM CİHAZLARI SANAYİ VE TİCARET LTD. ŞTİ.

ISI POMPASI DENEY FÖYÜ

SERALARIN TASARIMI (Seralarda Isıtma Sistemleri) Doç. Dr. Berna KENDİRLİ A. Ü. Ziraat Fakültesi Tarımsal Yapılar ve Sulama Bölümü

2. Teori Hesaplamalarla ilgili prensipler ve kanunlar Isı Transfer ve Termodinamik derslerinde verilmiştir. İlgili konular gözden geçirilmelidir.

HRV-DX Plus. DX Tavan Tipi Isı Geri Kazanım Cihazı

DÜNYADAKİ ATIK SU ISI DEĞİŞTİRİCİSİ UYGULAMALARI. Doç.Dr.Hüseyin GÜNERHAN Yük.Müh.Oğuzhan ÇULHA

Isıtma Sistemlerinde Kullanılan Plakalı Isı Değiştiricilerin Termodinamik Analizi

Su Kaynaklı Isı Pompası Sisteminin Deneysel İncelenmesi

Abs tract: Key Words: Elif ŞAHİN Erkan DİKMEN Arzu ŞENCAN ŞAHİN

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2

YUNUS ACI

Yatay Katmanlı Topraklarda Katman Fiziksel Özelliklerinin Toprak Sıcaklığına Etkisi

BİR OTELİN SICAK SU İHTİYACININ SUDAN SUYA ISI POMPASIYLA DESTEKLENMESİ VE SİSTEMİN TERMOEKONOMİK ANALİZİ

İKLİMLENDİRME NEDİR?

Bir Kimyasal Üretim Tesisinde Absorbsiyonlu Soğutucu ile Atık Isı Geri Kazanımı

PLAKALI ISI EŞANJÖRÜ SEÇĐMĐ: [1)YÜZME HAVUZLARININ ISITILMASINDA ÇAĞDAŞ ÇÖZÜM. Semih Ferit Emekli

Makale. ile ihtiyacın eşitlendiği kapasite modülasyon yöntemleri ile ilgili çeşitli çalışmalar gerçekleştirilmiştir

ISI DEĞĠġTĠRGEÇLERĠ DENEYĠ

EVHRAC 3 YIL. Avantajları. Fonksiyonu. Modeller

SANTRALLERİ SICAK SULU ISITMA DENGELENMESİ. üçüka Dokuz Eylül Üniversitesi Makina Müh. M

Prof. Dr. Berna KENDİRLİ

KOJENERASYON - TRIJENERASYON. UYGULAMALARI ve KAPASİTE SEÇİMİNDE OPTİMİZASYON

Güneş Enerjisi Teknolojileri (ENE 308) Ders Detayları

AirMini Serisi kw Isı Pompası Sistemleri

OREN303 ENERJİ YÖNETİMİ KERESTE KURUTMADA ENERJİ ANALİZİ/SÜREÇ YÖNETİMİ

ISI GERİ KAZANIM ve SUDAN SUYA ISI POMPASI UYGULAMASI

tmmob makina mühendisleri odası kocaeli şubesi Enerji Çalışma Grubu

Enerji Verimliliğinde İklimlendirme Çözümleri

ISITILAN YÜZME HAVUZLARINDA ISITMA YÜKÜ HESABI ve ISITICI SEÇİMİ

ÇİFT FAZLI GÜNEŞ ENERJİSİ KAYNAKLI ISI POMPASI SİSTEMİNİN TEORİK ve DENEYSEL İNCELENMESİ

Transkript:

Isıtma ve Soğutma Sistemlerinde Yenilenebilir Enerji Uygulamaları Serkan ERDEM Dr. Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü İstanbul serdem@yildiz.edu.tr Cenk ONAN Dr. Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü İstanbul conan@yildiz.edu.tr Derya B. ÖZKAN Doç. Dr. Yıldız Teknik Üniversitesi Makina Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü İstanbul tumer@yildiz.edu.tr ÖZET Merkezi ısıtma ve soğutma ile ofislerin, konut sitelerinin, hastane, adliye vb. yapıların ısıtılması ve soğutulması daha verimlidir. Bu uygulamalarda yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması günümüzde önem arz etmektedir. Bu sebeple birkaç konuttan oluşan örnek bir sitenin ısıtma ve soğutma ihtiyacını karşılamak için, yenilebilir enerji sistemlerinden oluşan üç farklı sistemin hesaplamaları yapılmıştır. Öncelikle güneş enerjisi destekli toprak kaynaklı ısı pompası (SA- GSHP) sistemi tasarlanmıştır. İkinci olarak, güneş enerjisi destekli soğutma sistemleri incelenmiş ve güneş enerjisi destekli absorpsiyonlu soğutma sistemi (SA-AC) tasarlanmıştır. Son olarak aynı sitenin, ısıtmasının bir kazanla, soğutmasının ise hava soğutmalı bir su soğutma grubu ile yapıldığı zamanki yatırım ve işletme maliyetleri hesaplanmıştır. Böylelikle, bu üç farklı ısıtmasoğutma uygulamasının, hem işletme hem de yatırım maliyetleri karşılaştırılmıştır. Anahtar Kelimeler: Isı Pompası, Yenilenebilir Enerji, Absorpsiyonlu Soğutma, Güneş Kolektörleri. Renewable Energy Applications in Heating and Air Conditioning Systems ABSTRACT Heating and cooling of offices, residential sites, hospitals, courthouses and etc. is more efficient with central heating and cooling. The use of renewable energy sources is important in these applications today. Therefore, to meet heating and cooling needs of a sample site consists of several housing, calculation is made of consisting of three different renewable energy systems. First, solar-assisted ground source heat pump (SA-GSHP) system is designed. Second, solar assisted cooling systems are examined and solar assisted absorption cooling system (SA-AC) is designed. Finally, investment and operating costs are calculated of the same site, when the heating is done with a boiler and the cooling is done with an air cooled chiller. Thus, the investment and the operating costs have been compared of these three different heating and cooling applications. Keywords: Heat Pump, Renewable Energy, Absorption Cooling, Solar Collector. Geliş Tarihi : 27.08.2016 Kabul Tarihi : 21.09.2016 Erdem S., Onan C., Özkan D. B., Isıtma ve Soğutma Sistemlerinde Yenilenebilir Enerji Uygulamaları, Tesisat Mühendisliği, sayı 155, s. 5-12, 2016. Tesisat Mühendisliği - Sayı 155 - Eylül/Ekim 2016 5 1-Serkan Erdem.indd 5 17.10.2016 10:36

1. GİRİŞ Sıkıştırılmış buharla çalışan ısı pompası prensibinin ilk olarak İsviçre de, 1870-1880 yılları arasında Salina Bex de mühendis Paul Piccard tarafından gerçekleştirilmesi dikkate değerdir. Böyle ikinci bir tesis 1917 de Aarau da Faerberei Jenny de işletilmiştir. İlk pratik ısı pompası ise, 1930 yılında İskoç Haldane in yapıp, evinde kullanılmasına kadar ortaya çıkmamıştır. Haldane bu makinede kaynak olarak havayı kullanmış ve hava koşullarının iyi olmadığı zamanlarda su ile desteklemiştir. 1912 yılındaki İsviçre patenti ile toprak kaynaklı ısı pompalarının faydaları ilk olarak tanıtılmıştır. Serpantindeki korozyon sorunları, toprak serpantinlerini kullanışsız kılmıştır ve hava kaynaklı ısı pompalarının gelişimine zorlamıştır. Daha sonraları, plastik borular kullanılarak, korozyon sorunlarının üstesinden gelindiğinden toprak kaynaklı ısı pompaları üzerine araştırmalar hızlanmıştır [1]. Güneş enerjisi yardımıyla soğutma sistemlerinin tarihi 1872 yılına kadar uzanmaktadır. Bu tarihte Paris de güneş enerjisi kullanılarak buz üreten bir sistem başarıyla çalıştırılmıştır [2]. Benzer bir sistem sonraki yıllarda Katalanya da yapılmıştır. 1936 da buhar-jet prensibine göre çalışan bir sistem Florida da denenmiştir. 1940 lı yıllardan önce ise Kathabar ismiyle anılan ve akışkan LiCl kullanan bir sistem imal edilmiştir [3]. Michopoulos vd. [4] Yunanistan ın kuzey kesiminde, 1350 m 2 lik bir konutta, Yunanistan daki en büyük toprak kaynaklı ısı pompası uygulamasını yapmışlardır. İşletmenin ilk üç yılı değerlendirildiğinde, geleneksel ısıtma ve soğutma sistemlerine göre, ısı pompalı sistemin enerji gereksiniminin çok daha az olduğu görülmüştür. Ayrıca sistemin COP değerinin bu üç yıl içerisinde henüz stabil hale gelmediği, toprak ısı değiştiricisinin çalışmasına bağlı olarak COP değerinin gittikçe arttığı ortaya konmuştur. Demir [5], yaptığı doktora çalışmasında toprak ısı değiştiricilerinin optimizasyonu üzerinde çalışmıştır. Yapılan teorik çalışma bir bilgisayar programı haline getirilmiş ve deneysel çalışma ile de desteklenmiştir. Bu amaçla YTÜ Davutpaşa Kampüsü nde, 800 m 2 açık arazi üzerinde, 4 kw ısıtma kapasitesine sahip bir ısı pompası sistemi kurulmuştur. Gerek deneysel çalışmadan, gerekse konuyla ilgili mevcut çalışmalarla yapılan karşılaştırmadan, geliştirilen teorik modelin yatay borulu toprak ısı değiştiricilerinin boyutlandırılmasında ve topraktaki sıcaklık dağılımının bulunmasında güvenilir bir şekilde kullanılabileceği görülmüştür. Özgener vd. [6] güneş enerjisi destekli dikey tip toprak kaynaklı ısı pompasını sera ısıtmasında kullanmış, sistemin enerji ve ekserji analizlerini yaparak, çeşitli su giriş sıcaklıkları için sistemin performansını değerlendirmişlerdir. Sistemin enerji ve ekserji değerlerinin nasıl değiştiği, Ege Üniversitesi ndeki Güneş Enerjisi Enstitüsü nde kurulu olan düzenek üzerinde gösterilmiştir. Yapılan ölçümler neticesinde 16 Aralık 2003 ten 31 Mart 2004 e kadar olan ısıtma sezonu içerisinde, ısı pompası cihazının ve tüm sistemin COP değerlerinin sırasıyla 2,84 ve 2,27 olduğu belirlenmiştir. En yüksek COP değerlerinin 7 Ocak 2004 te gerçekleştiği, değerlerinin ise cihaz ve tüm sistem için sırasıyla 3,14 ve 2,79 olduğu belirlenmiştir. Bakırcı ve Yüksel [7], soğuk iklim bölgelerinde güneş enerjisi destekli ısı pompası sistemlerinin konut ısıtmasındaki performansını deneysel olarak incelemişlerdir. Sistemin, Türkiye nin en soğuk bölgesi olan Erzurum da konut ısıtması amacıyla kullanılabileceğini belirtmişlerdir. Yumrutaş ve Ünsal [8], yer altında enerji depolama tanklı güneş enerjisi destekli GSHP sisteminin uzun süreli performansını analitik olarak modellemiş ve enerji analizi üzerinde çalışmışlardır. Kim vd. [9], Kore deki Pusan Ulusal Üniversitesi nde kurulu olan GSHP sistemini gerçek işletme koşullarında değerlendirmişlerdir. Soğutma ve ısıtma sezonlarında tüm sistemin COP değerlerinin sırasıyla 4,3-7,4 ve 3,0-6,2 aralığında olduğunu belirtmişlerdir. Benli [10], ılıman iklim şartlarındaki bir serayı ısıt- 6 Tesisat Mühendisliği - Sayı 155 - Eylül/Ekim 2016 1-Serkan Erdem.indd 6 17.10.2016 10:36

mak için, yatay ve dikey tip toprak kaynaklı ısı pompası sistemlerinin performansını karşılaştırmıştır. Tüm sistemin COP değerinin yatay ve dikey tip toprak kaynaklı ısı pompası sistemleri için sırasıyla 2,7-3,3 ve 2,9-3,5 aralıklarında değiştiğini bulmuşlardır. Noorollahi vd. [11] İran da sera ısıtması için toprak kaynaklı ısı pompasını sayısal olarak modellemiş ve ekonomik analiz yapmışlardır. Çalışmanın sonucunda, İran da doğalgaz fiyatının düşük olması ve elektrik fiyatının yüksek olması sebebiyle, GSHP sisteminin seralar için maliyet açısından uygun olmadığını belirtmişlerdir. Avrupa daki uygulamalardan geliştirilme aşamasında en fazla yatırım ve işletme maliyetine sahip sistem, düşük soğutma kapasitesine sahip amonyak-su ile çalışan absorpsiyonlu soğutma cihazı (10 kw) ile güneşin konumuna bağlı olarak yön değiştiren odaklayıcı kolektörlerin kullanıldığı sistem olmuştur (8420 Euro/kW). Yüksek soğutma kapasitesine sahip (700 kw) absorpsiyonlu soğutma cihazı ile düzlemsel kolektörler tercih edildiğinde ise en düşük maliyetli sistem meydana getirilebilmiştir (1286 Euro/ kw) [12]. Isı pompalı sistem, gerçek buhar sıkıştırmalı çevrim esasına göre çalışmaktadır ve ısı pompasının ana komponentleri, T-s diyagramında gösterimi Şekil 1 de verilmiştir. Absorsiyonlu soğutma sisteminin ana komponentleri, kullanılan farklı çözeltilerin konsantrasyon değişimi ve denge diyagramındaki basınç, sıcaklık, konsantrasyon ilişkisi Şekil 2 de gösterilmiştir. 2. YENİLENEBİLİR ENERJİ UYGULAMALARI 2.1 Güneş Enerjisi Destekli Absorpsiyonlu Soğutma/Isıtma Sistemi (SA-AC) Ülkemizin güneydoğusunda tasarlanan sistem güneş enerjisi destekli LiBr/su akışkan çifti ile çalışan tek etkili absorpsiyonlu soğutma cihazı ve ek ısıtıcıdan oluşmaktadır. Absorpsiyonlu soğutma sistemine gerekli ısı, güneş enerjisi vasıtasıyla karşılanmıştır. Güneş enerjisinin yeterli olmadığı zamanlarda ise ek ısıtıcı ile generatör besleme suyu giriş sıcaklığı istenilen değere getirilmiştir. Güneş enerjisi destekli soğutma sisteminin soğutma etkinliğinin ve yardımcı komponent kapasitelerinin sıcaklık ile değişimi Matlab de yazılan bilgisayar programı yardımıyla belirlenmiştir. 106 kw kapasiteli absorpsiyonlu soğutma sistemi, 252 m 2 yüzey alanına sahip vakum borulu kolektörler ile birlikte kullanılmıştır. Kurulumu düşünülen Şekil 1. Gerçek Buhar Sıkıştırmalı Çevrimin Düzeni ve T-s Diyagramı Tesisat Mühendisliği - Sayı 155 - Eylül/Ekim 2016 7 1-Serkan Erdem.indd 7 17.10.2016 10:36

Şekil 2. Absorpsiyonlu Soğutma Sisteminin Şematik Gösterimi [13] ve LiBr/H 2 O Kullanan Soğutma Sisteminin Basınç- Sıcaklık-Konsantrasyon Denge Diyagramında İdeal Çevriminin Gösterimi [14] bölgede uzun yıllar ortalama sıcaklığı 15,8 C ve yaz ayları ortalama sıcaklığı 28,8 C dir. Güneş ışınımı şiddeti (I) 1804 kwh/m 2.yıl dır. Güneş enerjisi hesaplamaları yapılırken, yaz aylarının meteorolojik verileri saatlik olarak Matlab de yazılan programa girilmiştir. Generatör besleme suyu sıcaklığına bağlı olarak cihazın performansı değişmektedir. Düşük sıcaklıklarda cihazın çalıştırılması soğutma etkinliğini çok düşürdüğünden, generatör su giriş sıcaklığının ek ısıtıcı yardımıyla minimum 75 C olması sağlanmıştır. Bu amaçla sistemde 2 adet 69 kw kapasiteli kazan ve su deposu bulunmaktadır. Çok yüksek sıcaklıklarda ise etkinlik katsayısının değişiminin az olduğu görülmektedir. Belirlenen anlık etkinlik katsayısı değerlerine ve Mardin ili dış hava şartlarının, güneş ışınımı değerlerinin, kolektör veriminin saatlik değişimine göre absorpsiyonlu soğutma cihazının soğutma kapasitesi hesaplanmıştır. 2.2 Güneş Enerjisi Destekli Isı Pompalı Soğutma/ Isıtma Sistemi (SA-GSHP) Toprak kaynaklı ısı pompaları, buharlaştırıcısında topraktan çekilen ısıyı kullanan ısı pompalarıdır. Toprakla olan ısı alışverişi, toprağa yatay veya dikey olarak gömülmüş toprak ısı değiştiricileriyle gerçekleştirilir. Buradaki sistemde de Toprak Kaynaklı Isı Pompası (GSHP) kullanılmıştır. Dikey U-tüp toprak ısı değiştiricileri için U-tüp boru çapları, ¾ ile 2 arasındadır. Isı değiştiricisi derinliği, basınç düşmesi ve ısı transferi göz önünde bulundurularak boru çaplarına göre 15-185 m arasında değişir [15]. Toprak ısı değiştiricisi tasarımı yapıldıktan sonra, birkaç konuttan oluşan örnek bir site için yapılan boru boyu hesabından elde edilen sonuçlar ve yapılan seçimler, Tablo 1 de verilmiştir. Seçilen ısı pompasının özellikleri Tablo 2 de görülmektedir. Toprak ısı değiştiricisi boru boyu, 2589,46 m olarak hesaplanmıştır. Açılacak delikler için minimum boru çapı hesabına göre, delik çapı belirlenmiştir. Bu nedenle 82,4 m delik derinliği olan, en az 6 çapında 16 adet deliğin açılması uygun görülmüştür. Kolektörden çıkan sıcak akışkan, sistemde iki şekilde kullanılmıştır. Sıcaklığı evin doğrudan ısıtılması için yeterli olduğu anlarda, plaka tipi bir ısı değiştiricisi vasıtası ile doğrudan fan-coil devresine bağlanmış ve evin tüm ısıtma ihtiyacı buradan karşılanmıştır. Kolektör çıkış sıcaklığının evin doğrudan ısıtılması için yeterli olmadığı anlarda ise, kolektörden çıkan akışkan, yine plaka tipi bir ısı değiştiricisi vasıtasıyla, toprak ısı değiştiricisinin ısı pompası giriş kısmına bağlanarak, ısısını toprak devresindeki akışkana vermesi sağlanmıştır. Böylece ısı pompasının performansı artırılmış, kompresörün ısıtma ihtiyacı için daha az elektrik sarf etmesi sağlanmıştır. 8 Tesisat Mühendisliği - Sayı 155 - Eylül/Ekim 2016 1-Serkan Erdem.indd 8 17.10.2016 10:36

Tablo 1. Birkaç Konuttan Oluşan Örnek Bir Site İçin Boru Boyu Hesap Tablosu Boru Özellikleri Açıklama Gösterim Birim Hesaplama Sonuç Boru Malzemesi - Seçilir PE SCH-40 Boru Çapı inç Belirlenir 2 Boru Direnci Rpe mk/w Lit. Tablo 0,039 Toprak Özellikleri Yerel Özellikler Isı Pompası Özellikleri İşletme Faktörü Boru Uzunluğu Toprağın Cinsi - Tespit Edilir Nemli Toprak Direnci Rs mk/w Lit. Tablo 0,514 Ortalama Yıllık Toprak Sıcaklığı Tm C Belirlenir 16,1 Değişim Derecesi DEV C Kabul 5,5 Yüksek Toprak Sıcaklığı TH C Tm+DEV 21,6 Düşük Toprak Sıcaklığı TL C TL+DEV 10,6 En Yüksek Sıcaklık EWTc Tmax o C Isı Pompası Karakteristiği 32,2 En Düşük Sıcaklık EWTh Tmin C Isı Pompası Karakteristiği 4,4 Soğutma Kapasitesi kw Isı Pompası Karakteristiği 84,26 Isıtma Kapasitesi kw Isı Pompası Karakteristiği 96,63 Soğutma Performansı COPc - Isı Pompası Karakteristiği 3,35 Isıtma Performansı COPh - Isı Pompası Karakteristiği 2,80 Dış Dizayn Sıcaklığı, Soğutma C Belirlenir 38,0 Soğutma Yükü kw Hesaplanır 80,88 Dış Dizayn Sıcaklığı, Isıtma C Belirlenir -2,7 Isı Kaybı kw Hesaplanır 67,13 Soğutma İşletme Faktörü Fc - Hesaplanır 0,433 Isıtma İşletme Faktörü Fh - Hesaplanır 0,463 TID Boru Uzunluğu, Soğutma Lc m Hesaplanır 2589,46 TID Boru Uzunluğu, Isıtma Lh m Hesaplanır 1943,22 Tablo 2. Seçilen Isı Pompasının Özellikleri Soğutma Kapasite 84,26 kw EWTc (TD) 32,2 C EWT (ED) 10,0 C Performans 3,35 COP TD Debisi 17,03 m 3 /h ED Debisi 17,03 m 3 /h Kompresör Gücü 25,17 kw TD Çıkış Sıcaklığı (LWT) 37,8 C ED Çıkış Sıcaklığı (LWT) 5,7 C Isıtma Kapasite 96,63 kw EWTh (TD) 4,4 C EWT (ED) 43,3 C Performans 2,80 COP TD Debisi 17,03 m 3 /h ED Debisi 17,03 m 3 /h Kompresör Gücü 34,53 kw TD Çıkış Sıcaklığı (LWT) 1,3 C ED Çıkış Sıcaklığı (LWT) 48,2 C 3. SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME SA-AC sisteminin yatırım ve işletme maliyetleri kolektör sayısına ve depo hacmine bağlı olarak Şekil 3 deki gibi değişmektedir. 4 farklı yakıt için işletme maliyetleri hesaplanmıştır. Kolektör sayısının artması kurulum için alan ihtiyacının artmasına sebep olacağından, 100-120 kolektör sayılarındaki sistemlerin uygun olacağı kanaatine varılmıştır. Kolektör sayısının artışı ile işletme maliyetlerinin azalışı incelendiğinde, hem yaz hem de kışın güneşlenmenin fazla olmasından dolayı ısıtma ve soğutma işletme maliyetlerinin düştüğü görülmektedir. Merkezi sistem düşünülerek yapılan SA-GSHP sisteminin, hem tek konut olması durumundaki maliyetleri hem de konut başına düşen maliyetleri Şekil 4 de verilmiştir. Yatırım maliyetinin artmasına karşın Tesisat Mühendisliği - Sayı 155 - Eylül/Ekim 2016 9 1-Serkan Erdem.indd 9 17.10.2016 10:36

ısıtma için harcanan enerjinin ciddi oranda düştüğü gözlemlenmiştir. Merkezi olarak sistemin tasarlanması sonucunda, konut başına düşen yatırım maliyetlerinin de düştüğü görülmektedir. Bunun sebebi, tüm cihaz birim maliyetlerinin kapasite ile doğrusal orantıda artmamasıdır. Merkezi sistem düşünülerek çoklu konut için hesaplamalar yapılmıştır. Her iki sistem birbirleriyle kıyaslanarak Şekil 5 de cihaz kapasiteleri ve enerji tasarrufları verilmiştir. Fan-coil ile ısıtma soğutma yapılan merkezi sistem, klasik sistem olarak hesaplanmış ve Şekil 5 de maliyet sonuçlarına karşılaştır- Şekil 3. SA-AC Sisteminin Yatırım ve İşletme Maliyetleri Şekil 4. SA-GSHP Sisteminin Yatırım ve İşletme Maliyetleri 10 Tesisat Mühendisliği - Sayı 155 - Eylül/Ekim 2016 1-Serkan Erdem.indd 10 17.10.2016 10:36

Şekil 5. Yenilenebilir Enerji Uygulamalarının Konut Başına Yatırım ve İşletme Maliyetleri ma için yer verilmiştir. Yatırım maliyetlerinin her iki yenilenebilir enerji uygulaması için arttığı ve birbirine yakın olduğu gözlemlenmiştir. İşletme maliyetleri ısıtma için her iki uygulamada da azalırken, soğutma için en uygun sistemin günümüz koşullarında SA- GSHP olduğu görülmüştür. Mevcut enerji kaynaklarını mümkün olduğunca tasarruflu kullanmak ve yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmek kaçınılmaz bir zorunluluktur. Bunun gerçekleşebilmesi için de enerji sarf eden sistemlerin, yüksek etkinlikle çalışmaları gerekmektedir. Absorpsiyonlu soğutma sistemleri ve toprak kaynaklı ısı pompaları bu tür sistemlerdir. Düşük işletme maliyetleri ve çevre dostu olması, bu sistemlerin en büyük avantajıdır. Ülkemizde, büyük bir kısmı var olan termik santrallerde üretilen elektrik enerjisinin soğutma ve ısıtma amacıyla kullanımı, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının (toprak kaynaklı ısı pompaları ve güneş enerjisi ile soğutma sistemleri) yaygınlaştırılmasıyla azaltılabilir ve böylece çevre dostu merkezi ısıtma ve soğutma sistemleri ile doğaya salınan zararlı emisyonlar engellenebilir. SİMGE LİSTESİ COP c Seçilen cihazın soğutma performans katsayısı COP h Seçilen cihazın ısıtma performans katsayısı DEV Toprak sıcaklığının yıl içindeki değişim değeri ED Ev devresi EWT Dönüş suyu sıcaklığı F L T TD TID Q H Q L W İşletme faktörü Uzunluk (m) Sıcaklık ( C) Toprak devresi Toprak ısı değiştiricisi Yüksek sıcaklıkta transfer olan ısı Düşük sıcaklıkta transfer olan ısı İş KAYNAKLAR [1] Couvillion, R. J., Field and Laboratory Simulation of Earth-Coupled Heat Pump Coils, Ashrae Transactions, 2b, 91, 1326-1334, 1985. [2] Thevenot, R., History of Refrigeration Thoughout the World, The International Institute of Refrigeration, Paris, 1979. [3] Lamp P., Ziegler F., European Research on Solar-assited Air Conditioning, The International Journal of Refrigeration, 71(4):263-268, 1998. [4] Michopoulos, A., Bozis, D., Kikidis, P., Papakostas, K. ve Kyriakis, N. A., Three-Years Operation Experience of a Ground Source Heat Pump System in Northern Greece, Energy and Buildings, 39, 328 334, 2006. [5] Demir, H., Toprak Kaynaklı Isı Pompası ve Toprak Isı Değiştiricilerinin Optimizasyonu ve Tesisat Mühendisliği - Sayı 155 - Eylül/Ekim 2016 11 1-Serkan Erdem.indd 11 17.10.2016 10:36

Geliştirilmesi, Doktora Tezi, YTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2006. [6] Özgener, Ö. ve Hepbaşlı, A., A Parametrical Study on the Energetic and Exergetic Assessment of a Solar Assisted Vertical Ground Source Heat Pump System Used For Heating a Greenhouse, Building and Environment, 42, 11 24, 2007. [7] Bakırcı, K. ve Yüksel, B., Experimental Thermal Performance of Solar Heat Pump System for Residential Heating in Cold Climate Region, Applied Thermal Engineering, 31: 1508-1518, 2011. [8] Yumrutaş, R. ve Ünsal, M., Energy Analysis and Modeling of a Solar Assisted House Heating System with a Heat Pump and an Underground Energy Storage Tank, Solar Energy, 86: 983-993, 2012. [9] Kim, E., Lee, J., Jeong, Y., Hwang Y., Lee S. ve Park, N., Performance Evaluation Under the Actual Operating Condition of a Vertical Heat Pump System in a School Building, Energy and Buildings, 50: 1-6, 2012. [10] Benli, H., A Performance Comparison Between a Horizontal Source and a Vertical Source Heat Pump Systems for a Greenhouse Heating in the Mild Climate Elaziğ, Turkey, Applied Thermal Engineering, 50:197-206, 2013. [11] Noorollahi, Y., Bigdelou, P., Pourfayaz, F. ve Yousefi, H., Numerical Modeling and Economic Analysis of a Ground Source Heat Pump for Supplying Energy for a Greenhouse in Alborz Province, Iran, Journal of Cleaner Production, 131:145-154, 2016. [12] Balaras, C. A., Grossman, G., Henning, H. M., Ferreira, C. A. I., Podesser, E., Wang, L. ve Wiemken, E., Solar Air Conditioning in European Overview, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 11:299 314, 2007. [13] Thomas, H. K., Ramsey, J. W., Threlkeld, J. L., Thermal Environmental Engineering, Prenticehall Inc, New Jersey, 1998. [14] Duffie, J. A., Beckman, W. A., Solar Engineering of Thermal Processes, John Wiley & Sons, New York, 1991. [15] Bose, J. E., Earth Coil / Heat Pump Research at the Oklahoma State University, 6. Isı Pompası Teknoloji Konferansı, Oklahoma Eyalet Üniversitesi, 1982. 12 Tesisat Mühendisliği - Sayı 155 - Eylül/Ekim 2016 1-Serkan Erdem.indd 12 17.10.2016 10:36