Yeraltında ısı enerji depolamada jeolojik parametrelerin araştırılması: İstanbul-Ataşehir örneği
Investigation of geological parameters affecting on underground thermal heat storage: Case study of Istanbul-Atasehir
Yazar: AYŞEGÜL EMİNE ÇETİN
Danışman: PROF. DR. YUSUF KAĞAN KADIOĞLU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
İstanbul ve Ankara illerinin kapalı sistem kuyular ile ısı enerjisi depolama potansiyellerinin ortaya çıkarılması için il alanları içinde yüzeylenen kayaların termal iletkenlikleri, yoğunlukları ve su içerikleri ile bozulmamış yer sıcaklıkları araştırılmıştır. İstanbul bölgesinde İller Bankası Ataşehir binası yer kaynaklı ısı pompası sistemi için gerçekleştirilen Toprak Isıl Duyarlılık Testi gerçekleştirilmiştir. Bu veriler kullanılarak İstanbul ve Ankara bölgelerinde 100 m derinlikte açılacak bir kuyu ısı değiştiricisinden sadece ısıtma ve soğutma için minimum sürdürülebilir ısı değişim potansiyeli hesaplanmıştır.  
Metakumtaşı ve kiltaşları yapılaşmanın yoğun olduğu alanlarda yer almakta ve termal iletkenlikleri 1,038 ile 5,047 W/mK arasında değişmektedir. Tek bir kuyu ısı değiştiricisinden 10,2 MWh/yıl ısı değişim potansiyeline sahiptir. En yüksek termal iletkenlikler İstanbul bölgesinde Aydos Formasyonu'nu oluşturan kuvarsit kayalarında 5,252 W/mK elde edilmiş olup en yüksek 31,88 MWh/yıl ısı değişim potansiyeline sahiptir. Ankara bölgesinde gabro, mermer, kireçtaşı türü kayaçlarda 2,8 W/mK'e kadar yüksek değerler elde edilmiştir. Bu tür kayalar 7,7- 9,1 MWh/yıl ısı değişim potansiyeline sahiptir. 
Sistem tasarımında önemli rol oynayan kaya termal iletkenlikleri magmatik, kumtaşı, kireçtaşı ve metamorfik kayalarda ölçülerek kaya petrografik özellikler ile birlikte incelenmiştir. Magmatik kayaların fenokristal içeriği, boyutları ve kuvars içeriği ile termal iletkelik doğru orantılıdır. Kumtaşlarında ara madde destekli dokudan tane destekli dokuya doğru termal iletkenlik artmaktadır. Kireçtaşlarında ara maddeyi oluşturan mikrit, spar ve kil oranı termal iletkenliği belirlemektedir. Mikrit ve kil içeriği arttıkça termal iletkenlik değerleri düşmektedir. Kireçtaşı içerisindeki spar kalsit ve silis içeriği, bioklastların birbiri ile temas yüzeyi arttıkça termal iletkenlik değeri yükseldiği belirlenmiştir. Metamorfik kayalarda tane boyutları ve metamorfizma derecesi arttıkça termal iletkenlik artmaktadır.

Abstract:
In order to reveal the Borehole Thermal Energy Storage potentials of Istanbul and Ankara provinces with closed system wells, thermal conductivity, density, water content of rocks and undisturbed ground temperatures in the provincial areas were investigated. Thermal Response Test was carried out for the ground source heat pump system of the İller Bankası Ataşehir building in the Istanbul region. Using these data, the minimum heat exchange potential to be obtained from a well heat exchanger to be drilled at a depth of 100 m in Istanbul and Ankara regions was calculated.
Metasandstones and claystones are located in areas where existing dense residence and their thermal conductivity varies between 1,038 and 5,047 W / mK. It has a heat exchange potential of 10.2 MWh / year from a single well heat exchanger. The highest thermal conductivities were obtained in the quartzite rocks forming the Aydos Formation in the Istanbul region of 5,252 W / mK and it has the highest heat exchange potential of 31,88 MWh / year. In the Ankara region, high values up to 2.8 W / mK have been obtained in rocks such as gabbro, marble, limestone. Such rocks have a heat exchange potential of 7.7- 9.1 MWh / year.
Rock thermal conductivities, which play an important role in system design, were measured in igneous, sandstone, limestone and metamorphic rocks, and the rock was studied together with petrographic features. The phenocrystal content, dimensions and quartz content of igneous rocks are in direct proportion to thermal conductivity. In sandstones, the thermal conductivity increases from the intermediate material supported tissue to the grain supported tissue. The ratio of micrite, spar and clay forming the intermediate material in limestone determines the thermal conductivity. The higher the micrite and clay content, the lower the thermal conductivity values. It has been determined that the spar calcite and silica content in the limestone, the higher the contact surface of the bioclasts with each other, the higher the thermal conductivity value. In metamorphic rocks, thermal conductivity increases with increasing grain size and degree of metamorphism.