Güneş (fotovoltaik) ve/veya rüzgâr enerjisi destekli hibrit ısı pompası sisteminin dinamik performansının araştırılması
Dynamic performance investigation of a hybrid heat pump system driven by solar (photovoltaic) and/or wind energy
Yazar: KADİR ERDOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. MUAMMER ÖZGÖREN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alternatif enerji kaynakları = Alternative energy resources ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Isı pompası = Heat pump ; Rüzgar enerjisi = Wind energy ; Soğutma = Cooling ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Bu çalışmada, örnek bir binanın ışınım zaman serileri metoduna göre saatlik olarak dinamik ısı kazancı değerleri hesaplanmıştır. Binanın ısı kazancı hesaplanırken Antalya, Konya, Mersin, Muğla, Şanlıurfa gibi güneş alma kapasitesi yüksek olan illere ait meterolojiden temin edilen (1997-2008 yılları arasında) sıcaklık, rüzgar hızı ve ışınım şiddeti dataları kullanılmıştır. Binanın soğutma ihtiyacını karşılamak için Türkiye'nin çeşitli iklim şartlarında buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimine göre çalışan hava-hava ısı pompası sisteminin termodinamik analizi yapılmıştır. Kompresörün elektrik ihtiyacının temiz enerji kaynağı olan güneş ve rüzgâr enerjisinden elektrik enerjisi üretilmesi ile karşılanması durumları farklı fotovoltaik ve rüzgâr türbin verimleri kabul edilerek değerlendirilmiştir. Saatlik kompresör gücü, soğutma tesir katsayıları ve diğer parametrelerin hesabı geliştirilen MATLAB programı ile yapılmıştır. Seçilen iller için meteorolojik veriler kullanılarak, farklı soğutucu akışkanlar (R134a, R410a ve R407c), değişik buharlaşma (-5 C, 0 C ve 5 C) ve yoğuşma sıcaklıklarının dış ortam sıcaklığından (10 C, 15 C ve 20 C) yüksek olması durumları, izentropik verim, 5 C aşırı ısıtma, 5 C aşırı soğutma, buharlaştırıcıdaki ve yoğuşturucudaki basınç kayıpları da dikkate alınarak hesaplar yapılmıştır. Aynı zamanda Selçuk Üniversitesinde kurulan veri ölçüm sistemi ile sıcaklık ve güneş ışınımı veri ölçümleri yapılarak da analizler gerçekleştirilmiştir. Örnek konutun kısmen soğutulması durumunda elektrik ihtiyacının yenilebilir enerji ile karşılanması durumu da araştırılmıştır. Soğutma sistemi için gerekli elektrik enerjisi ihtiyacının sadece elektrik hattından, güneş enerjisinden (PV), rüzgâr enerjisinden veya bunların birbirini destekleyen farklı kombinasyonlarından karşılanması durumları değerlendirilmiştir. Hesaplamalarda %17-20 PV verimi ve %30 rüzgar türbin verimi olduğu kabul edilmiştir. Elde edilen sonuçlardan seçilen beş il için sistemin kullanılabileceği görülmüştür.

Abstract:
In this study, hourly dynamic cooling load capacities (heat gain) of a sample building according to radiant time series (RTS) method are determined by using Meteorological Data such as solar radiation, outside air temperature and wind speed along the years (1997-2008). Antalya, Konya, Mersin, Muğla and Şanlıurfa provinces of Turkey that are the most promising from the point of the solar energy potential are preferred for the analysis. Thermodynamic analysis of an air to air heat pump system designed according to the real vapor compressed refrigeration cycle is done. It is assessed that the electric energy consumption of the compressor is supposedly met from clean energy sources such as solar energy (photovoltaic panels) and wind energy depending on different efficiencies. Compressor power consumption of the cooling requirement and coefficient of performance are hourly computed by a developed in-house MATLAB program for the cooling system working with various refrigerants (R134a, R407c and R410a) under the assumed conditions of pressure losses, isentropic efficiency, 5 C superheated at evaporator, 5 C subcooled at condenser, evaporator temperatures in the range of (-5 C, 0 C and 5 C) and condenser temperatures such as 10 C, 15 C and 20 C higher than the outside ambient air temperature. In addition, the calculations are done by using the data such as solar radiation and outside temperature obtained from the local measurement station at Selcuk University. The meeting of the electric energy demand of the sample building including partially cooling need from the renewable energy is also investigated. In order to meet the electric energy demand of the cooling system, a hybrid combination of photovoltaic panels (PVs) and/or wind turbines (WTs) depending the efficiency ranges of 17%-20% of PV and 30% of the WT is used since the solar and wind energy system supports and balances each other through the day. It is seen from the evaluation of the results that the proposed system driven by hybrid energy can successfully be operated for the chosen provinces.