Yenilenebilir enerji kaynaklı duvardan ısıtma ve soğutma sisteminin teorik ve deneysel incelenmesi
Theoretical and experimental investigation of a renewable energy source assisted heating and cooling system
Yazar: UĞUR AKBULUT
Danışman: PROF. DR. OLCAY KINCAY ; PROF. DR. T. HİKMET KARAKOÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Ekserji analizi = Exergy analysis ; Ekserjoekonomik analiz = Exergoeconomical analysis ; Isı pompası = Heat pump

Özet:
Günümüzün en önemli ve üzerinde en çok tartışılan problemlerinden biri enerji kaynakları ve bunların kullanım süreçleridir. Gelecek için, enerji kaynaklarının sürdürülebilirliğinin sağlanması bir yana enerji üretimi sürecinde çevresel kaynakların minumum miktarda kullanılması ve çevreye verilen zararın en aza indirgenmesi hedeflenmektedir.Sistemlerin çevresel etkilerini doğru gözlemleyebilmek eksergo çevresel analiz ile mümkün olmaktadır. Eksergo çevresel analiz, ilgili sistemin üretim sürecini, işletme sürecini ve ömrünü doldurduktan sonra tasviye sürecini bir bütün olarak inceler. Bu bağlamda süreçlere ait enerji, ekserji ve ekonomik değerleri kullanır. Çevreye verilen zararın azaltılması hususunda konvansiyonel sistemlerin yenilenebilir enerji sistemleri ile değiştirilmesi gündemdedir. Bu süreçte alternatif sistemlerin karşılaştırılması için enerji, ekserji, eksergo ekonomik ve eksergo çevresel analizlerin bir bütün olarak yapılması gereklidir.Bu çalışmada Termodinamiğin 1. ve 2. Yasaları ile SPECO ve Eko-indikator 99 metodları kullanılarak YTÜ Davutpaşa Yerleşkesinde bulunan Yıldız Yenilenebilir Enerji Evi'nde kullanılan Toprak Kaynaklı Isı Pompası ve Duvardan Isıtma Soğutma Sistemine ait enerji, ekserji, eksergo ekonomik ve çevresel analizler yapılmıştır. Bu süreçte sisteme ve parçalarına ait akım şemaları ve modeller ısıtma ve soğutma süreçleri için ayrı, ayrı oluşturularak Şekil ve çizelgeler halinde verilmiştir.Isıtma süreci için yapılan analizler sonucunda; ısıtma sürecinde enerji analizine göre %74.1, ekserji analizine göre %58.3 verimle çalışan kompresör'ün en verimsiz çalışan eleman olduğu, 0.714 kW ile en yüksek ekserji yıkımı, 0.757 ?/h ile en yüksek bir değere getirilmiş maliyet, 1.316 ?/h ile en yüksek ekserji maliyeti 0.044 mPts/s ile en yüksek parça bazlı çevresel etki ve 0.108 mPts/s ile en yüksek ekserji bazlı çevresel etki değerine sahip olduğu saptanmıştır. Soğutma sürecinde kompresör için aynı değerler sırasıyla %60.6, %40, 0.640 kW, 0.684 ?/h, 1.217 ?/h, 0.040 mPts/s ve 0.103 mPts/s olarak gerçekleşmektedir. Bu nedenle iyileştirmelere kompresörden başlamak gereklidir.Genel olarak sistem elemanlarında literatürdeki tipik değerlere göre düşük eksergo ekonomik ve çevresel faktör değeri görülmekte olup ekserji kaybınının azaltılarak ekserji maliyetinin düşürülmesi gerekmektedir. Sistem, yakıt tüketimi, bir değere getirilmiş enerji maliyeti, bir değere getirilmiş maliyet ve enerji tüketimine bağlı çevresel etki puanları açısından 6 adet farklı sistemle karşılaştırılmış olup sistemlerin bileşenleri ve maliyetleri Çizelgelerde verilmiştir. Buna göre, tez konusu olan sistememiz enerji maliyeti ve toplam maliyet bakımından karşılaştırılan sistemler içinde en ekonomiği olup, elektrik tüketen sistemler arasında ise en çevre dostu olanıdır.

Abstract:
Today's most important and controversial problems are usage of energy resources and their processes. Ensuring the sustainability of environmental resources, minimum amount of environmental sources will be used to produce energy. This will also help minimizing the environmental damage.Exergy environmental analysis, based on the exergy flows, is used to perceive the comperative enviromental impacts of the systems which consist of manufacturing process, operation process and waste process of the product. It is necessary to use the results of energy, exergy and exergo economic and environmental analysis together with deciding on the systems performance.In this study, 1 st and 2nd Laws of Thermodynamics are used with the SPECO and Eco-indicator 99 methods to perform energy, exergy, exergo economic and environmental analysis. Air-conditioning system of Yildiz Renewable House is taken as a case study. In this process, flow schemes and patterns of system components are formed for heating and cooling processes seperately. They are shown Figures 4.2 and 4.6, Tables from 4.1 to 4.8.As the result of the performed analysis for the heating process, energy efficiency of the compressor is 74.1% while exergy efficiency is 58.3% and it is found as the most inefficient component of system. It has also the highest exergy destruction of 0714 kW, cost rate associated with capital investment of 0.757 ? / h, cost rate associted with exergy stream of 1.316 ? / h, component related environmental impact of 0.044 mPts/s and environmental impact rate associated with exergy of 0108 MPts/s. For cooling process same variables are calculated as %60.6, %40, 0.640 kW, 0.684 ?/h, 1.217 ?/h, 0.040 mPts/s and 0.103 mPts/s, respectively. Therefore, improvements on the compressor are required.Generally, exergoeconomic and environmental factors of the system components are lower than typical values in the literature. The costs of exergy are needed to be reduced by lowering exergy destruction. Also this system is compared with 6 different systems in terms of fuel consumption, cost rate associated with fuel, cost rate associated with capital investment and fuel related environmental impact. Compared systems? components and results are given in the Tables 6.1 and 6.2. As a result, investigated system has the lowest cost rates associated with fuel and capital investment and also lowest fuel related environmental impact in which uses only electrcity as fuel.