CO2 akışkanlı ejektör genleştiricili süpermarket soğutma sistemlerinin Türkiye iklim şartlarında termodinamik, çevresel ve termoekonomik analizi
Thermodynamic, environmental, and thermoeconomic analysis of CO2 ejector expansion supermarket refrigeration systems in Türkiye climatic conditions
Yazar: OĞUZ ÇALIŞKAN
Danışman: PROF. DR. HALİL KÜRŞAD ERSOY
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Ekserji = Exergy ; Fıskiyeler = Ejectors ; Karbondioksit salınımı = Carbondioxide emission ; Soğutma = Cooling ; Süpermarketler = Supermarkets ; Termoekonomi = Thermoeconomy ; Çevresel etki = Environmental impact

Özet:
Küresel ısınma potansiyeli yüksek soğutucu akışkanlara uygulanan yasal sınırlamalar sonucu soğutma sistemlerinde karbondioksit (CO2) kullanımı önem kazanmıştır. CO2 çevre dostu bir akışkan olmasına karşın düşük kritik nokta sıcaklığı ve yüksek çalışma basıncı özellikle ticari soğutma sektöründe yüksek enerji tüketimine neden olmaktadır. Bu tez çalışmasında ikisi ejektörsüz, üçü ejektör genleştiricili olmak üzere beş farklı transkritik süpermarket soğutma çevrimi konfigürasyonu teorik olarak modellenerek gaz soğutucu basıncı, ejektörsüz çevrimlerde ara basınç, ejektör genleştiricili çevrimlerde emme lülesi basınç düşüşünün optimum değerleri belirlenmiş, farklı koşullar altında çevrimlerin performansı karşılaştırılmış, Türkiye'nin 7 bölgesinden toplam 11 ile ait güncel bin-saat verileri türetilerek yıllık enerji analizi, toplam eşdeğer ısınma etkisi (TEWI) yöntemiyle çevresel etki analizi, ekserji analizi ve özgül ekserji maliyeti (SPECO) yöntemiyle termoekonomik analiz gerçekleştirilmiştir. Ayrıca ejektör genleştiricili çevrimlere çoklu ejektörün uygulanabilirliği incelenmiştir. İncelenen çevre sıcaklıklarında ejektör genleştiricili çevrimlerde ejektörsüz çevrimlere oranla %37'ye kadar performans artışı elde edilmiş, farklı sekonder devreli ejektör genleştiricili çevrim konfigürasyonlarının birbirine oldukça yakın performans gösterdiği görülmüştür. İncelenen illerde yıllık enerji tüketimi ve toplam eşdeğer ısınma etkisinde %17'ye kadar, birim ekserji maliyetinde %28'e kadar iyileşme tespit edilmiştir. Yapılan ekserji analizlerinde en yüksek tersinmezliklerin yüksek basınç kompresörü, gaz soğutucu ve ejektörsüz çevrimlerde yüksek basınç valfinde meydana geldiği görülmüştür.

Abstract:
The use of carbon dioxide (CO2) in refrigeration systems has gained importance as a result of legal restrictions applied to refrigerants with high global warming potential. Although CO2 is an environment-friendly refrigerant, its low critical temperature and high operating pressure lead to high energy consumption, especially in commercial refrigeration. In this thesis, five different transcritical supermarket refrigeration cycle configurations, two without ejector and three with ejector expansion were theoretically modeled, optimum values for the gas cooler pressure, intermediate pressure in cycles without ejector, suction nozzle pressure drop in ejector expansion cycles were determined, performance of the cycles was compared under different conditions, annual energy analysis by deriving current bin-hour data for 11 provinces from 7 regions of Türkiye, environmental impact analysis with total equivalent warming impact (TEWI) method, exergy analysis, and thermoeconomic analysis with specific exergy costing (SPECO) method were carried out. The applicability of multi-ejectors to the ejector expansion cycles was also investigated. Up to 37% performance increase was achieved in ejector expansion cycles compared to cycles without ejector at the investigated ambient temperatures, and it was observed that ejector expansion cycle configurations with different secondary circuits perform quite close to each other. Improvement up to 17% in terms of annual energy consumption and TEWI, up to 28% in terms of specific exergy cost were determined in the investigated provinces. In the exergy analysis, it was observed that the highest irreversibilities occur in high-pressure compressor, gas cooler, and high-pressure valve in cycles without ejector.