Bölgesel ısıtma sistemlerindeki yerüstü ve yeraltı borularının optimum yalıtım kalınlığının hesaplanması
Calculation of optimum insulation thickness of aboveground and underground pipes in district heating systems
Yazar: UTKU İLHAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ OKAN KON
Balıkesir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Enerji ihtiyacının her geçen gün arttığı dünyamızda enerjiyi verimli kullanmak çok önemli bir hale gelmiştir. Enerji verimliliğinde en etkin yöntemlerden biri de ısı yalıtımı uygulamalarıdır. Bu çalışmada bölgesel ısıtma sisteminde yer altına gömülü ve yer üstü olmak üzere iki farklı borulama sistemi için çeşitli boru çaplarında optimum yalıtım kalınlığına bağlı ekonomik ve çevresel etkiler hesaplanmıştır. Hesaplamalarda derece-gün yöntemi kullanılmış olup beş farklı derece-gün bölgesinde bulanan İzmir, Balıkesir, Ankara, Kayseri ve Erzurum şehirleri seçilmiştir. Yalıtım malzemesi olarak XPS, EPS ve taş yünü, yakıt türü olarak ise doğalgaz, kömür ve fuel-oil kullanılmıştır. Çalışmada yaşam döngüsü maliyet (YDM) analizi kullanılarak 10 yıllık ömür süresi için hesaplamalar yapılmıştır. Sonuç olarak yer üstü borulama sistemlerinde tüm parametreler değerlendirildiğinde optimum yalıtım kalınlığı 4,3 cm ile 24,5 cm arasında, yer altı borulama sistemi için ise 4 cm ile 22,2 cm arasında değiştiği hesaplanmıştır. En düşük optimum yalıtım kalınlığı doğalgaz yakıtı ve XPS yalıtım malzemesi kullanımı durumunda oluşmuştur. Enerji tasarrufu yer üstü borulama sistemi için 5,151 $/m-yıl ile 651,194 $/m-yıl arasında, yer altı borulama sistemi için 3,634 $/m-yıl ile 198,009 $/m-yıl arasında hesaplanmıştır. En fazla enerji tasarrufu fuel-oil yakıtı ve EPS yalıtım malzemesi kullanımı durumu için oluşmuştur. Geri dönüş süresi yer üstü borulama sistemi için 0,499 yıl ile 1,741 yıl arasında, yer altı borulama sistemi için ise 0,861 yıl ile 3,975 yıl arasında oluşmuştur. En kısa geri dönüş süresi fuel-oil yakıtı ve EPS yalıtım malzemesi kullanımı durumu için oluşmuştur. CO2 emisyonu yer üstü borulama sistemi için 1,414 kg/m ile 52,687 kg/m arasında, yer altı borulama sistemi için ise 1,364 kg/m ile 51,416 kg/m arasında gerçekleşmiştir. En düşük CO2 emisyonu doğalgaz yakıtı ve EPS yalıtım malzemesi kullanımı için oluşmuştur. SO2 emisyonu yer üstü borulama sistemi için 0,0073 kg/m ile 0,141 kg/m arasında, yer altı borulama sistemi için 0,0071 kg/m ile 0,138 kg/m arasında değişmektedir. En düşük SO2 emisyonu kömür yakıtı ve EPS yalıtım malzemesi kullanımı için oluşmuştur.

Abstract:
In our world where the need for energy increases day by day, it has become very important to use energy efficiently. One of the most effective methods in energy efficiency is thermal insulation applications. In this study, economic and environmental impacts due to optimum insulation thickness in various pipe diameters were calculated for two different piping systems buried underground and above ground in district heating system. In the calculations, the degree-day method was used and the cities of İzmir, Balıkesir, Ankara, Kayseri and Erzurum in five different degree-days regions were selected. XPS, EPS and rock wool were used as insulation material and natural gas, coal and fuel-oil were used as fuel type. In this study, life cycle cost (LCC) analysis was used in order to calculate the 10 years lifetime. As a result, when all parameters are evaluated in above ground piping systems, it is calculated that optimum insulation thickness is between 4,3 cm and 24,5 cm and for underground piping system it is calculated between 4 cm and 22,2 cm. The lowest optimum insulation thickness is achieved in the case of the use of natural gas fuel and XPS insulation material. Energy savings are calculated between 5,151 $/m-year and 651,194 $/m-year for the above-ground piping system, and between 3,634 $/m-year and 198,009 $/m-year for the underground piping system. The highest energy savings have been achieved in the case of fuel oil and EPS insulation. The payback period was between 0,499 and 1,741 years for the above ground piping system and between 0,861 and 3,975 years for the underground piping system. The lowest payback period is for fuel oil and EPS insulation. CO2 emissions were between 1,414 kg/m and 52,687 kg/m for the above-ground piping system and between 1,364 kg/m and 51,416 kg/m for the underground piping system. The lowest CO2 emission occurs for the use of natural gas fuel and EPS insulation material. SO2 emissions vary between 0,0073 kg/m and 0,141 kg/m for the above-ground piping system and between 0,0071 kg/m and 0,138 kg/m for the underground piping system. The lowest SO2 emission is for coal fuel and EPS insulation material.