Üç akışkanlı ısı pompalı bulaşık makinesi buharlaştırıcısının deneysel incelenmesi ve modellenmesi
Experimental investigation and modeling of three-fluid heat-pump dishwasher evaporator
Yazar: ONUR POYRAZ
Danışman: PROF. DR. HAKAN DEMİR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Enerji = Energy ; Hava kaynaklı ısı pompası = Air source heat pump

Özet:
Günümüzde evsel cihazlarda su ısıtma amacıyla ısı pompası kullanımı artmaktadır. Isı pompası sistemlerinin evsel kullanımlarda yaygınlaşması, enerji tüketimini azaltarak kullanıcıların enerji tasarrufu elde etmelerini ve küresel ölçekte de karbon salınımının azalmasını sağlamaktadır. Bu farkındalığının giderek artması yanında, ülkeler küresel ısınmanın artış etkisini azaltacak önlemleri zorunlu hale getirmeye başlamıştır. Bu sebeple ısı pompasının evsel cihazlarda kullanılmasının ötesinde, ısı pompası sistemlerinin daha verimli hale getirilmesi ihtiyacı da oluşmuştur. Bu doktora tez çalışması kapsamında, bu ihtiyaca karşılık verecek şekilde evsel bir bulaşık makinesinde ısı pompası etkinliğini artıracak bir çalışma yürütülmüştür. Bunun için, eş zamanlı olarak hem ortam havası ısısını hem de atık su ısısını kullanan üç akışkanlı yeni bir buharlaştırıcı tasarımı oluşturulmuştur. Bu buharlaştırıcı, ısı pompalı bulaşık makinesine uyarlanarak ısı pompası etkinliği üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu inceleme için bir deney düzeneği kurulmuştur. Deney düzeneğinde, ortam havasını ısı kaynağı olarak kullanan iki akışkanlı buharlaştırıcı ile hem ortamdan hem de atık sudan ısı çeken üç akışkanlı buharlaştırıcının enerji tüketimine etkisi karşılaştırılmıştır. Çalışmanın devamında rezistans ısıtıcılı bulaşık makinesi, iki akışkanlı buharlaştırıcıya sahip ısı pompalı bulaşık makinesi ve üç akışkanlı buharlaştırıcıya sahip ısı pompalı bulaşık makinesi için modelleme çalışması yapılmıştır. Model analiz sonuçları, makine üzerinde yapılan deneylerle karşılaştırılmıştır. Modelin %3,5 sapma ile enerji tüketimini hesaplayabildiği görülmüştür. Çalışmanın sonunda ısı pompasının ve üç akışkanlı buharlaştırıcının bulaşık makinesi enerji tüketimine olan etkileri de belirlenmiştir. Rezistans ısıtıcılı bir bulaşık makinesinde ısı pompası uygulaması enerji tüketimini %43 azaltmıştır. Üç akışkanlı buharlaştırıcı ise ısı pompası sistem etkinliğini arttırarak ısı pompası enerji tüketimini deney düzeneğinde %10'a kadar azaltmış ve bulaşık makinesi enerji tüketimini de %4 azaltmıştır.

Abstract:
In today's household appliances, the use of heat pumps for water heating purposes is increasing. The widespread adoption of heat pump systems for residential use not only helps users achieve energy savings but also contributes to reducing carbon emissions on a global scale. While awareness of these benefits continues to increase, countries are beginning to mandate measures to reduce the impact of increasing global warming. Therefore, there is a need to make heat pump systems more efficient beyond their use in household appliances. As part of this thesis work, a study has been conducted to improve the performance of a domestic dishwasher in response to this need. For this purpose, a new three-fluid evaporator design has been created, which simultaneously uses both ambient air temperature and wastewater temperature. This evaporator has been adapted to a heat pump dishwasher to examine its effect on heat pump performance. An experimental setup has been created for this examination. In the experimental setup, the energy consumption has been compared by evaluating two evaporators: one using ambient air as a heat source and the other simultaneously extracting heat from both the ambient air and wastewater. Furthermore, modeling work has been conducted for a dishwasher has a heater, a heat pump dishwasher with a two-fluid evaporator, and a heat pump dishwasher with a three-fluid evaporator. Model analysis results have been compared with experiments conducted on the machine. It has been observed that the model can calculate energy consumption with a deviation of 3.5%.
At the end of the study, the effects of the heat pump and the three-fluid evaporator on machine energy consumption have also been determined. The application of a heat pump has reduced energy consumption by 43% compared to a dishwasher with a heater. The three-fluid evaporator, on the other hand, has improved heat pump system performance, reducing heat pump energy consumption by up to 10% and machine energy consumption by 4%.