Bir iklimlendirme sisteminde gizli ısı depolama teknolojisi kullanımının mahal soğutma ihtiyacına etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of the using latent heat storage technology in an air conditioning system on the requirement of space cooling
Yazar: FURKAN TALU
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET SELÇUK MERT
Yalova Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Enerji depolama = Energy storage ; Faz değişimi = Phase change ; İklimlendirme sistemleri = Air conditioning systems

Özet:
Bu tez kapsamında klasik mekanik buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimine sahip bir iklimlendirme sisteminde faz değiştiren malzeme kullanımının termal ve ekonomik incelenmesi deneysel olarak çalışılmıştır. Bu amaçla, laboratuvar ortamında gizli ısı enerjisi depolama ünitesine sahip bir iklimlendirme deney sistemi kurulmuştur. Böylece, iklimlendirme sistemleri için aktif sistem olarak nitelendirilen yöntem ile mahal soğutma giderlerinin azaltılması hedeflenmiştir. Bunun için, görece yüksek enerji depolama kapasitelerine ve faz geçiş sıcaklıklılarına sahip iki farklı faz değiştiren malzeme makrokapsülleme yöntemi kullanılarak iklimlendirme kanalı üzerinde tasarlanan enerji depolama ünitesine uygun şekillerde yerleştirilmiştir. Makrokapsülleme işlemi için dikdörtgen prizma geometrisine sahip alüminyumdan imal edilmiş metal plakalar kullanılmıştır. Gizli ısı enerji depolama ünitesinin ısıl davranışının ve soğutma ihtiyacına etkisinin incelenmesi amacıyla yapılan deneysel çalışmada, farklı koşullar ve plakalar arası mesafeler gözetilerek performans testleri gerçekleştirilmiştir. Makrokapsüllenmiş FDM'lerin şarj işlemi, 1,5 – 2 - 2,5 m/s hava hızlarında (9°C, 11°C ve 13°C hava sıcaklıklarında) eş zamanlı ve geri dönüş havası kullanılarak (3, 6 ve 9°C hava sıcaklıklarında) gerçekleştirilmiştir. Deşarj işlemleri ise 1,5 – 2 - 2,5 m/s hava hızlarında (38°C, 34°C ve 32 °C hava sıcaklıklarında) gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, hem şarj hem de deşarj işlemlerinde 10 mm ve 20 mm olarak farklı plakalar arası mesafeler çalışılmıştır. Gerçekleştirilen deneysel çalışmalar sonucunda, enerji depolama ünitesine yerleştirilen plakaların arasındaki mesafelerin 20 mm'den 10 mm'ye daralmasıyla hava – FDM arasında ortalama ısı transfer hızlarında % 17 – 24 oranlarında artışlar olduğu ve FDM yüklenen tüm plakaların daha etkin kullanılmasına bağlı olarak ısıl konfor şartlarına ulaşılma sürelerinin % 25 – 37 mertebelerinde artarak iyileştiği belirlenmiştir. Bununla birlikte, gerçekleştirilen ekonomik analiz neticesinde, elde edilen maddi tasarruf miktarlarının eş zamanlı şarj ve geri dönüş havalı şarj sistemlerinde farklılık gösterdiği bulunmuştur. Elde edilen veriler ışığında, hazırlanan gizli ısı depolama üniteli iklimlendirme sisteminde faz değiştiren malzeme kullanılmasıyla birlikte elektrik kullanım bedelinden farklı koşullar altında % 26,5'a varan miktarlarda tasarruf edilebilmesinin mümkün olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
In this study, the thermal and economic investigation of the use of Phase Change Materials (PCM) in an air-conditioning system with a classical mechanical vapour compression refrigeration cycle was experimentally studied. For this purpose, an air-conditioning system with a latent heat energy storage unit was established in the laboratory conditions. Thus, it was aimed to reduce the space cooling costs with the method, which is called as the active system for air conditioning systems. For this, two different phase change materials with relatively high-energy storage capacities and phase transition temperatures were placed in the energy storage unit designed on the air conditioning duct using the macroencapsulation method. Aluminium metal plates with rectangular prism geometry were used for the macro-encapsulation process. In this experimental study, to examine the thermal behaviour of the latent heat energy storage unit and its effect on the cooling need, performance tests were carried out by considering different air conditions and distances between plates. The charging process of the macroencapsulated PCMs was carried out simultaneously at 1.5,  2 and  2.5 m/s air velocities (at 9°C, 11°C and 13°C air temperatures) and using return air (at 3°C, 6°C and 9°C air temperatures). Discharge processes were carried out at 1.5 – 2 – 2.5 m/s air velocities (at 38°C, 34°C and 32°C air temperatures). In addition, different distances between the plates as 10 mm and 20 mm were studied in both charge and discharge processes. As a result of the experimental studies carried out; it was determined that with the narrowing of the distances between the plates placed in the energy storage unit, there was an increase of 17-24% in the average heat transfer rates between air and PCM, and the time to reach the thermal comfort conditions was improved by 25-37%, depending on the more effective use of all plates loaded with PCM. However, as a result of the economic analysis performed, it was found that the amount of savings obtained differ in simultaneous charging and return air charging systems. In the light of the data obtained, it was concluded that it was possible to save up to 26.5% of the electricity usage cost under different conditions, by using phase change material in the air-conditioning system with the latent heat storage unit.