Telekomünikasyon baz istasyonlarında soğurmalı soğutma sistemlerinin modellenmesi
Modelling of absorption cooling systems in telecomunication base station
Yazar: MEHMET ÜMİT İRVASA
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA BAHADIR ÖZDEMİR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Güneş enerjisi = Solar energy ; Soğurmalı soğutma sistemleri = Absorption cooling systems

Özet:
Makro baz istasyonları, telekomünikasyon baz istasyonların çeşitleri arasında iletişim cihazlarının soğultması için en çok elektrik enerjisi tüketmektedir. Bu çalışmada, makro baz istasyonlarında soğutma işleminin daha ekonomik ve çevreci bir şekilde yapılabilmesi için güneş kaynaklı tek kademeli sürekli çalışan soğurmalı soğutma sisteminin Matlab programı ile modellenmiştir. Oluşturulan model, güneş kolektörünün ürettiği saatlik ısı enerjisini kaynatıcıya transfer edilen ısı enerjisi saatlik değişkenlik göstermekte ve gerektiğinde yardımcı enerji kaynağı kullanmaktadır. Model üzerinde TS 825 Binalarda Isı Yalıtım Kuralları Standardında 3. derece-gün bölgesinde bulunan Ankara ili, 2. Derece-gün bölgesinde bulunan İstanbul ili, 1. Derece gün bölgesinde bulunan fakat farklı enlem derecelerine sahip İzmir Adana illeri için Meteoroloji Genel Müdürlüğünden temin edilen saatlik veriler (dış hava sıcaklığı ve rüzgâr hızı) ile güneş ışınım modeli kullanılarak soğutma sisteminin yıllık gerekli elektrik enerjisi ihtiyacı hesaplanmıştır. Telekomünikasyon baz istasyonu kabininin ısı kazancı için yapay sinir ağları modeli oluşturulmuş, oluşturulan modelin R2  değeri 0,9999 olarak hesaplanmıştır. Soğutma sistemin yıllık elektrik enerjisi gereksinimi Ankara ili için 18212 kWh, İstanbul ili için 18476 kWh, İzmir ili için 17564 kWh ve Adana ili için 17345 kWh olduğu görülmüştür. Enerji tüketimini azaltmak için modele serbest soğutma sistemi eklenmiş ve yeni modelde yıllık elektrik enerjisi ihtiyacı ilk modele göre  Ankara ili için %88 azalarak 2109 kWh/yıl, İstanbul ili için %85 azalarak 2794 kWh, İzmir ili için %85 azalarak 2494 kWh, Adana ili için %85 azalarak 2325 kWh olarak hesaplanmıştır. Son olarak soğutma sisteminin uygulanabilirliğinin belirlenmesi için toplam maliyeti ile COPsm=4 olan mekanik buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin toplam maliyeti yıllık %15 sabit enflasyon oranı kullanılarak karşılaştırılmıştır. İki sistemin toplam maliyetinin ortalama 6,5 yıl arasında eşitlendiği görülmüştür. Ayrıca tüketilen elektrik enerjisinin azalması sebebiyle çevreye ortalama 1505kg eşdeğer CO2 gazı salınımı azaltılacaktır.

Abstract:
Macro base stations consume the most electrical energy for cooling communication devices among the types of telecommunications base stations. In this study, in order to perform the cooling process in macro base stations in a more economical and environmentally friendly way, the solar sourced single-stage continuous absorption cooling system is modeled with the Matlab program. In the model created, the hourly heat energy produced by the solar collector and the heat energy transferred to the boiler vary hourly and use an auxiliary energy source when necessary. On the model, the hourly data obtained from the General Directorate of Meteorology for the provinces of Ankara in the 3rd degree-day region, Istanbul in the 2nd degree-day region, İzmir Adana provinces in the 1st degree day region but with different latitudes in the TS 825 Standard of Thermal Insulation Rules in Buildings. By using the data (outside air temperature and wind speed) and the solar radiation model, the annual electrical energy requirement of the cooling system was calculated. An artificial neural network model was created for the heat gain of the telecommunication base station cabinet, and the R2 value of the created model was calculated as 0.9999. Annual electrical energy requirement of the cooling system was found to be 18212 kWh for Ankara, 18476 kWh for Istanbul, 17564 kWh for Izmir and 17345 kWh for Adana. Free cooling system has been added to the model to reduce energy consumption, and in the new model, the annual electrical energy requirement had been calculated as 2109 kWh/year with a decrease of 88% for the province of Ankara, 2794 kWh with a decrease of 85% for the province of Istanbul, 2494 kWh with a decrease of 85% for the province of İzmir, and 2325 kWh with a decrease of 85% for the province of Adana compared to the first model. Finally, in order to determine the applicability of the cooling system, the total cost of the system and the total cost of the mechanical vapor compression cooling system with COPsm=4 was compared using a fixed inflation rate of 15% per year. It was observed that the total cost of the two systems was equal between 6.5 years on average. In addition, due to the decrease in the consumed electrical energy, an average of 1505kg equivalent CO2 gas emission to the environment will be reduced.