Bir konut için çift tanklı güneş enerjisi destekli ısı pompası uygulaması
Solar assisted dual tank heat pump application for a residential house
Yazar: ENES HÜSEYİN ERGÜN
Danışman: DOÇ. DR. SALİH COŞKUN
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Düz güneş toplayıcısı = Flat plate solar collector ; Enerji = Energy ; Enerji analizi = Energy analysis ; Enerji sistemleri = Energy systems ; Güneş radyasyonu = Solar radiation ; Hacim ısıtma = Space heating ; Konut ısıtma = Residential heating

Özet:
Bu çalışmada güneş enerjisi destekli çift tanklı bir ısı pompası sistemi tasarlanmış ve TRNSYS yardımıyla modellenerek simüle edilmiştir. Bu sistem bir su kaynaklı ısı pompasının bir tank (soğuk su tankı) içindeki sudan çektiği ısıyı diğer tanktaki (sıcak su tankı) suya aktarması esasına dayanmaktadır. Ayrıca enerji giderlerini düşürmek ve kış aylarında güneş enerjisinden ıstıma için de yararlanmak amacıyla sisteme PV/T kolektör entegre edilmiştir. Tasarlanan bu sistem kullanılarak bir restoranın kış aylarında ısıtılması ve sıcak kullanım suyu ihtiyacının karşılanabilmesi, yaz aylarında ise aynı mahallin soğutulması ve sıcak kullanım suyu ihtiyacının karşılanabilmesi hedeflenmiştir. Analizler Türkiyenin 5 farklı ili (İstanbul, Ankara, İzmir, Hakkari, Trabzon) için gerçekleştirilmiştir. Enerji tüketimi minimum olacak şekilde optimum sistem tasarımı için su debileri, tank hacimleri, PV/T kolektör yüzey alanı gibi farklı parametrelerin sisteme etkileri incelenmiştir. Elde edilen simülasyon sonuçlarına göre; sistemde en çok enerji tüketen eleman ısı pompası olup, sıcak iklimlerde daha çok devreye girmektedir. Soğuk iklimde ise tank içerisindeki yardımcı ısıtıcılara daha çok ihtiyaç olmasından dolayı sistemin toplam enerji tüketimi artmaktadır. PV/T kolektör yüzey alanının artışıyla SPF (sezonsal performans faktörü) ve BEO (bedelsiz enerji oranı) arasında doğru orantılı bir ilişki vardır. PV/T modül sayısı ilk yatırım maliyeti ve işletme giderleri dikkate alınarak belirlenmelidir. En yüksek SPF ve BEO değerleri sırasıyla 2,65 ve 0,65 olarak İzmir için elde edilirken, en düşük SPF ve BEO değerleri ise Hakkâri ili için 1,74 ve 0,39 olarak elde edilmiştir. Soğuk/sıcak su tankı hacminin büyütülmesi sistem performansını olumsuz etkilediği, artan tank hacmiyle birlikte yardımcı ısıtıcıların daha fazla devreye girerek, sistem verimini düşürdüğü görülmüştür.

Abstract:
In this study, a solar assisted double tank heat pump system was designed, then modeled and simulated with TRNSYS program. This system is based on the principle that a water source heat pump transfers the heat from the water, which in cold water tank, to the water, which in hot water tank. Also, a PV/T collector is integrated in the system to reduce energy costs and to benefit from solar heating in winter. Using this designed system, it is aimed to heat a restaurant in winter and to meet the domestic hot water requirement, and to cool and to meet the domestic hot water requirement the same place in summer. Performance analysis of the system was carried out for 5 different provinces in Turkey. The effects of different parameters such as water flow rates, tank volumes, PV/T collector surface area were investigated for optimum system design with minimum energy consumption. According to the simulation results, the most energy consuming part in the system is the heat pump, which is more often used in hot climates. There is a direct correlation between the increase of PV/T collector surface area and, SPF and FER values. The number of PV/T modules should be determined by considering the initial investment cost and operating costs. The highest SPF and BEO values were found for İzmir 2,65 and 0,65; while the lowest SPF and BEO values were found 1,74 and 0,39 for Hakkari. Increasing the volume of cold/hot water tank has been found to adversely affect system performance. With the increasing tank volume, it has been seen that auxiliary heaters are activated more and reduce the system efficiency.