Isı pompası ve güneş kolektörünün birlikte kullanıldığı, ısıtma ve kurutma amaçlı sıcak hava üretim sisteminin tasarımı, imalatı ve deneysel incelenmesi
Designing, manufacturing and experimental examining of hot air production system for heating and drying that used with heat pump and solar collector
Yazar: SEYFİ ŞEVİK
Danışman: PROF. DR. HİKMET DOĞAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Güneş enerjisi = Solar energy ; Isı üretimi = Heat generation ; Isıtma = Heating ; Kurutma = Drying ; Kurutma havası = Drying air ; Kurutma sistemleri = Drying systems ; Kurutma teknikleri = Drying technique ; Kurutulmuş gıdalar = Dried foods ; Mantarlar = Fungi

Özet:
Bu çalışmada ucuz, kaliteli ve sürdürülebilir bir sistem tasarımı amacıyla güneş enerjisi ve ısı pompasının birlikte kullanıldığı bir sıcak hava üretim sisteminin tasarımı ve imalatı yapılmıştır. Sistemin süreç kontrolü için bir PLC (Programmable Logic Controller) ve SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) sistemi tasarlanmıştır. Kurutma esnasında bütün veriler hazırlanan bilgisayar yazılımı sayesinde bilgisayar ekranından takip edilmiş ve belirlenen sürelerde kayıt altına alınmıştır. Tasarım, farklı koşullar altında test edilmiş ve tasarımın enerji analizleri yapılmıştır.Sistemde, enerji ihtiyaçları ısı pompası ve güneş kolektörleri tarafından sağlanmakta ve PLC ile mahal içindeki havanın sıcaklığı, bağıl nemi, hızı ve kurutulan ürünün ağırlığı kontrol edilmektedir. Böylece hem ürünler, daha az enerji girdisiyle ve daha kontrollü olarak kurutulabilmiş hem de mahal daha ekonomik ısıtılabilmiştir. Sistem, üç manevra kabiliyetine sahiptir. Buna ek olarak sistemde, ısıtma veya kurutma yapılırken aynı zamanda da ısı depolanabilmektedir. Bu çalışmada, güneş enerjisi ve ısı pompasının ayrı ayrı veya birlikte kullanılabildiği güneş destekli ısı pompalı sıcak hava üretim cihazıyla farklı hava sıcaklık ve hızlarında ısıtma ve kurutma işlemleri gerçekleştirilmiştir.Sistemin deneysel olarak incelenebilmesinde ısıtma için bir mahal seçilmiş ve bu mahalin ısıtma işlemi gerçekleştirilmiştir. Kurutma için ise kurutulmuş gıda ürünlerinden önemli bir yere sahip ve ithalat değeri yüksek olan ?agaricus bisporous? türü mantar seçilmiş ve seçilen bu ürünün kurutma deneylerinin ayrıntılı analizi ortaya konmuştur.Kurutma sisteminde ağırlığı 2 000 g olan mantarlar 4 mm kalınlığında dilimlenmiş; 0.9 m/s ve 1.2 m/s hava hızlarında % 93 nem miktarından % 7 son nem (kuru baz) değerine kadar 30-35 °C, 45 ? C ve 55 ? C sıcaklıklarda deneyler yapılmıştır. Bu deneylerde sadece ısı pompası (IP), sadece güneş enerjisi (GE) ve her ikisi birlikte (güneş destekli ısı pompası) kullanılarak kurutma işlemleri gerçekleştirilmiştir. Mantarlar, sadece ısı pompası kullanılarak 220-250 dakikada, sadece güneş enerjisi kullanılarak 165-300 dakikada, güneş destekli ısı pompası kullanılarak 190-230 dakikada kurutulmuştur. Güneş destekli ısı pompalı PLC kontrollü sistemde ortalama performans katsayısı (COP) değerleri; sadece ısı pompası kullanıldığında 2.2, sadece güneş enerjisi kullanıldığında 3.5 ve bütün sistem devrede olduğunda da 3.0 olarak hesaplanmıştır. Enerjinin kullanılma oranları (EUR) ortalama; sadece ısı pompası kullanıldığında 0.45, sadece güneş enerjisi kullanıldığında 0.63 ve bütün sistem devrede olduğunda da 0.52 olarak hesaplanmıştır. Özgül nem çekme oranları (SMER) ortalama; sadece ısı pompası kullanıldığında 0.36 kg/kWh, sadece güneş enerjisi kullanıldığında 0.80 kg/kWh ve bütün sistem devredeyken 0.62 kg/kWh olarak hesaplanmıştır. Yapılan deneyler ve analizler sonucunda elde edilen veriler, tasarlanan sistemin amaçlanan hedef için uygun ve verimli olduğu kanaatine varılmıştır.Anahtar Kelimeler : Isıtma, kurutma, ısı pompası, güne? enerjisi, mantar, enerji analizi

Abstract:
In this study; in order to design a system that is cheap quality and sustainable made of hot-air production system design and manufacture used with solar system and heat pump. The system for process control, PLC (Programmable Logic Controller) and SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) systems were designed. All data has been followed on a computer screen during drying and by the software have been recorded. Design, tested under different conditions and energy analysis of design is made.In this system; energy needs provided by heat pump and solar collectors and temperature, relative humidity, velocity and weight of the product in the space were controlled with PLC. Thus, products were dried with less energy input and as a more controlled rate. Places were heated more economically. The system is capable of three maneuvers. In addition, while heating or drying is performed, the heat can be stored by the system.In this study, solar energy and heat pump can be used separately or together. In the different air temperatures and air velocities, heating and drying operations were carried out by solar assisted heat pump hot air production device.In the experimental examination of the system, selected a space for heating and heating process of this area was accomplished. For the experimental examination of the system were selected a space for heating. After that, heating process of this space was accomplished.In the designed and manufactured system, ?Agaricus Bisporous-Button? mushroom was dried and has been analyzed experimentally. In drying system, 2 000 g of sliced mushrooms (4 mm thick) and 0.9 m / s and 1.2 m / s air speeds, from the initial moisture amount % 93 the last moisture amount up to 7% moisture (dry basis) 30-35 °C, 45 °C and 55 °C were dried. In this experiments, drying operations have been done by using only heat pump (HP), only solar energy (SE) and both them (SAHP-solar assisted heat pump). Mushrooms were dried in 220-250 minutes by using only heat pump, 165-300 minutes by solar energy, 190-300 minutes by solar assisted heat pump.PLC-controlled solar-assisted heat pump system COP values of the average were calculated 2.2, 3.5 and 3.0 respectively by using only the heat pump, using only solar energy and using solar-assisted heat pump. Energy utilization rates (EUR) were calculated averagely 0.45 for heat pump, 0.63 for solar energy and 0.52 for the whole system. Specific moisture extraction rates (SMER) were calculated averagely 0.36 kg/kWh for heat pump, 0.8 kg/kWh for solar energy and 0.62 kg/kWh for the whole system. The data was obtained as a result of experiments and analysis. As a result, designed system to be efficient for the intended target has been concluded.Key Words : Heating, drying, heat pump, solar energy, mushroom, energy analysis