Buzlanmayı önlemek için toprak kaynaklı ısı borularının teorik incelenmesi
Theoritical investigation of ground source heat pipes for ice prevention
Yazar: RAGIP YILDIRIM
Danışman: YRD. DOÇ. DR. AHMET ÖZSOY
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Alternatif enerji kaynakları = Alternative energy resources ; Termal enerji = Thermal energy ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Karayolları, havaalanları, kaldırımlar ve yaşamımızın birçok alanında buzlanmanın olumsuz etkileri daima görülmektedir. Buzlanmanın önlenmesi için farklı yöntemler kullanılmaktadır. Bunlardan birisi de toprağın ısı kaynağı olarak kullanılıp, buradan çekilen ısı enerjisinin buzlanmanın önlenmesi amacıyla kullanılmasıdır. Topraktan ısı enerjisini çekip yüzeye taşımak için ısı borularının kullanılması bu çalışmanın amacıdır. Bu amaçla iş akışkanı amonyak olan ısı boruları ile farklı sıcaklıklardaki topraktan çekebilecek ısı enerjisi miktarı araştırılmıştır.

Bu çalışmada, yapılan hesaplamalarda kullanılan ısı borularının çapı 10-50mm aralığında, evaporatör ve kondenser uzunlukları ise 1-5 m aralığında değişmektedir. Isı kaynağı olarak kullanılan toprak sıcaklığının 3 ile 10oC ve dış ortam sıcaklığının da 0 ile -10oC aralığında değiştiği durumlar çalışılmıştır. Dış ortamdaki rüzgar hızıda 0 ile 10m/s aralığında değişmektedir.

Yapılan çalışmada, topraktan çekilebilecek ısı enerjisinin değişiminde, toprak sıcaklığı ile ısı borusu çapı, evaporatör ve kondenser uzunluklarının doğru orantılı olarak değiştiği görülmüştür. Yine aynı şekilde ısı borusunun buzlanmayı önleyebileceği koruma alanı da topraktan çekilen ısı miktarı ile doğru orantılıdır. Ancak dış ortam sıcaklığının azalması ve rüzgar hızının artmasıyla yüzeyden dış ortama olan ısı transferi arttığından, ısı borusunun koruma alanı da azalmaktadır. Çalışma sonucunda farklı konfigürasyonlardaki ısı borularının farklı çalışma koşullarında taşıyabilecekleri ısı enerjisi ve buzlanmayı önleyebilecekleri koruma alanları grafiklerle gösterilmiştir.

Abstract:
It is a known fact that icing has negative impacts on human life especially on the roads, sidewalk and at the airports. There are different anti-icing methods. One of them is using soil as a heat source. In this method, it is aimed to use the soil heat as anti-icing. The aim of this study is to use heat pipes in order to carry heat energy from the soil to the surface. Heat pipe working fluid is ammoniac.

The diameter of heat pipes used in this study is in the range of 10 to 50mm while evaporator and condenser length range from 1 to 5m. In this study, the soil heat used as a source range from 3 to 10oC and air temperature is in the range of 0 to -10oC. The wind speed change from 0 to 10m/s.

In this study, it is seen that soil heat and heat pipe diameter are directly proportionate to evaporator and condenser length in the heat energy alteration. The ice protection area of heat pipes are also directly proportionate to the heat carried from the soil. However, the protection area of the heat pipe reduces because heat transfer to the surface increases when the temperature decreases and the wind speed increases. The ice protection areas of heat pipes in different configuration and the heat energy carried by heat pipes under different circumstances are shown in the graphics.