Güneş enerjisi destekli ısı pompası sistemlerinin performans analizi
Performance analysis of solar energy assisted heat pump systems
Yazar: BUĞRA ŞENSOY
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA AKTAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Ülkelerin enerjide sürdürülebilir politikalar geliştirmesi ve bu politikaları devam ettirebilmesi için fosil yakıt tüketiminin kademeli olarak azaltılması, enerji verimliliği faaliyetlerinin yaygınlaştırılması ve konutlarda yeşil bina tasarımlarının hayata geçirilmesi gerekmektedir. Türkiye'nin enerji tüketim verileri incelendiğinde, ülke genelinde tüketilen enerjinin %36'sının konutlarda kullanıldığı anlaşılmaktadır. Konutlarda enerji tüketiminin azaltılmasına yönelik yapılacak tasarım ve çalışmalarda, fosil yakıt tüketiminin azaltılması, enerji verimliliği uygulamalarının yaygınlaştırılması ve yenilenebilir enerji kaynaklarının konutlarda kullanımının arttırılması amaçları göz önünde bulundurulmalıdır. Bu çalışmada, Ankara ili iklim şartlarında bulunan bir villada enerji verimliliğinin sağlanabilmesi amacıyla TS 825 "Binalarda Isı Yalıtım Kuralları" standardına bağlı kalınarak, ısı yalıtım gerçekleştirilmiştir. Ardından, yalıtımı yapılan villanın ısıtılması ve kullanım sıcak suyu ihtiyacının karşılanması amacıyla, güneş enerjisi (fotovoltaik termal kolektör) destekli ısı pompası sistemi kullanılarak bir tasarım gerçekleştirilmiştir. Tasarım yapılırken villanın fosil yakıt tüketimimin azaltılması ve villada yenilenebilir enerji kaynaklarından yararlanılması amacı göz önünde bulundurulmuştur. Yapılan tasarımda ısı pompası sisteminin evaporatör ve kondenser sıcaklıkları sırayla 10°C ve 50°C olarak seçilmiş, sistemde R410A soğutucu akışkanı kullanılmış ve ısı pompasının performans katsayısı 4,65 olarak hesaplanmıştır. Isıtma sezonu koşullarına göre ısı pompası sistemine entegre edilen 19 adet fotovoltaik termal güneş kolektörü sayesinde villa ısıtma sezonunda ortalama 4,59 saat doğalgaza gereksinim duymadan ısıtılmıştır. Ayrıca ısıtma sezonu ortalamasında villanın ısıtma ve kullanım sıcak suyu için gerekli enerji ihtiyacı 1345,88 kWh olarak hesaplanmış olup bu enerjinin %39,60'ı güneş enerjisinden karşılanmıştır. Geri kalan enerji gereksinimi ise doğalgaz kaynaklı ek ısıtıcı tarafından karşılanmış olup villada ısıtma sezonunda ortalama aylık 60,91 m3 daha az doğalgaz kullanılmış ve Ankara ili doğalgaz tedarikçisi birim fiyatları göz önünde bulundurulduğunda, ısıtma sezonunda doğalgaz faturasında 607,150 TL'lik tasarruf sağlanmıştır. Bunun yanında sistemde yaz sezonunda kolektörlerden üretilen elektrik enerjisi şebekeye satılmakta, termal enerji ise kullanım sıcak suyunda yararlanılmak üzere boyleri beslemektedir.

Abstract:
For sake of countries to develop continuable policies with respect to energy and continue such policies, fossil fuel consumption must be gradily reduced, energy efficiency activities must be rendered wide spread and green building designs at construction must be enlivened. When Turkey's energy consumption data are examined, it is understood that across country overall consumed energy is used at housing by 36%. At designs and works to be made towards reducing energy consumption at housings, considered must be are purposes of reducing fossil fuel consumption, rendering energy efficiency practices wide spread and increasing use of renewable energy resources at housing. In this study, in order to ensure energy efficiency at a villa within Ankara town climate conditions TS 825 "Heat Insulation Rules for Buildings" standard was conformingly adhered to and insulation realized. Thereafter, in order to heat up the insulated villa and meet utility hot water demand, solar energy (photovoltaic thermal collector) supported heat pump system was used whereby a design was set. While making design, purposes to decrease villa fossil fuel consumption and taking advantage of renewable energy resources at villa were taken to consideration. At design made, heat pump system's evaporator and condenser temperatures were respectively selected 10°C and 50°C, while at system R410A refrigerant was used and heat pump performance coefficient was calculated 4,65. Due heat pump system integrated 19 units of photovoltaic thermal solar collectors integrated according to heating season condition average 4,59 hours heating was ensured without need natural gas. Moreover, by heating season average villa's heating and usage purpose and required utility hot water energy demand was calculated 1345,88 kWh; 39,60% of such energy was provided from solar energy. Remaining energy demand however was met by natural gas resourced additional heater. During heating season at villa mentioned monthly average 60,91 m3 less natural gas was used and taking Ankara province natural gas providers' unit prices for same fuel to consideration, natural gas invoice was saved 607,150 TL during heating season. Alongside thereto electrical energy produced at system during summer season are sold to electricity supply network, while thermal energy feeds to boiler for utility hot water demands.