Enerji kazıklarının performans analizi
Performance analysis of energy piles
Yazar: FATMA DÜLGER CANOĞULLARI
Danışman: DOÇ. DR. ÖZGÜR LÜTFİ ERTUĞRUL
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Jeotermal enerji = Geothermal energy ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Yer altı su akımı = Ground water flow

Özet:
Günümüzde nüfusun artışıyla  birlikte mevcut enerji kaynaklarının yetersiz duruma gelmesi, kullanılan birçok kaynağın ise büyük oranda çevre kirliliğine neden olması sebebiyle yeni enerji kaynağı arayışları ivmelenmektedir. Hem çevre dostu hem de ekonomik olması açısından jeotermal enerjiye olan ilgi gün geçtikçe artmaktadır. Son yıllarda özellikle Avrupa ülkeleri başta olmak üzere yaygınlaşmaya başlayan bir diğer uygulama da sığ zemin katmanlarının içerdiği ısı enerjisi potansiyelinden yararlanan enerji kazanım sistemleri olmaktadır. Enerji kazıkları da bahsedilen ısı kazanım sistemlerinin bir varyasyonu olarak uygulama olanağı bulmaktadır. Bu çalışma kapsamında, bina temellerinde kullanılan fore kazıklara entegre edilen ısı transfer döngü borularıyla oluşturulabilen enerji kazıklarının ısıl performansları incelenmiştir. Sonlu elemanlar yöntemini temel alan GeoStudio paket programının TEMP/W ve SEEP/W modülleri kullanılarak enerji kazıklarının ısı kazanım performansına yeraltı suyunun etkisini saptamak amacıyla sayısal modellemeler yapılmıştır. Programdan elde edilen bulgularla, zeminde ısı yayılımı ve tekli – grup kazıklar kullanılarak farklı yeraltı suyu durumları için elde edilen enerji değerleri üzerinde yeraltı suyunun etkisi ele alınmıştır. Yapılan analizler doğrultusunda, yeraltı suyunun sığ zemin hidrolik iletlenliği ve akım koşullarına bağlı olarak enerji kazıklarının ısı kazanım performansı üzerinde değişen miktarlarda etkisinin olduğu anlaşılmaktadır. Gerek yazlık kullanımda gerekse kışlık kullanımda yeraltı suyu hareketinin, sistemin enerji verimliliğinde olumlu etki yaptığı görülmüştür. Elde edilen bulgular ışığında Mersin ili kentsel yerleşim alanı için, hidrojeolojik koşullar ve lokal zemin özellikleri de dikkate alınarak analizler yapılmış olup incelenen kentsel yerleşim bölgesi için enerji kazıklı temel sistemlerinin verimli olabilecek düzeyde kullanım potansiyeline sahip olduğu değerlendirilmiştir.

Abstract:
The search for alternative sources of energy has accelerated recently as the increase in world's population has led to a decline in conventional energy sources which have also caused significant environmental pollution problems due to over consumption. With the advantages of being environmentally friendly and economical, interest in geothermal energy is increasing day by day. In recent years,  another widely preferred application of geothermal energy  has become the heat extraction systems which takes advantage of shallow soil strata. Energy piles which are a special kind of the mentioned shallow soil energy extraction systems are finding application potential. Within the scope of this study, energy piles which refer to a special shallow ground heat extraction system constructed by integrating heat exhange loop pipes into the reinforced concrete bored piles used as building foundations were investigated. The GeoStudio package program based on the finite element method was used to model the effect of groundwater on the performance of energy piles using TEMP/W and SEEP/W modules. The propogation of heat and the effect of groundwater on the energy extraction values obtained by single as well as group piles were investigated based on the findings obtained from the finite element software. In the light of the results, it was observed that groundwater conditions affect the heat extraction potential at various amounts depending on the hydraulic conductivity of shallow soils and flow characteristics. Ground water flow has positive contribution on the energy efficiency of  the system in both summer and winter use. Based on the findings, analyses were performed for Mersin Province Metropolitan Area considering the local hydrogeological and geotechnical parameters which led to the result that energy pile systems  has an effficent application potential for the investigated metropolitan region.