Toprak kaynaklı ısı pompası sisteminin yollardaki kar ve buzu eritmek için kullanılmasının deneysel ve teorik olarak araştırılması
Experimental and theoretical investigation of using ground source heat pump system for melting snow and ice on roads
Yazar: ASIM BALBAY
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET ESEN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Kış aylarında güvenli bir yolculuk ve geçiş için özellikle köprü, hastane acilleri ve yokuş gibi bazı kritik bölgelerde oluşan kar birikintisini ve buz oluşumunu önlemek önemlidir. Son zamanlarda kritik yüzeylerdeki kar birikintisini ve buz oluşumunu önlemek için tuzlama, kumlama ve mekaniksel aletleri kullanmaya alternatif bir yöntem, otomatik olarak kontrol edilebilen sulu ve elektrikli kar eritme sistemlerini kullanmaktır. Tuzlama, kumlama ve mekaniksel aletlerin kullanımı yerine bu tür sistemlerin kullanılması ile köprülerin çelik bağlantılarında korozyon oluşumu azaltılabilir ve yolun ömrü artırılabilir.Toprak kaynaklı ısı pompası yardımı ile köprü ve yer örnek blokları üstündeki karın/buzun eritilmesi için deneysel ve sayısal bir çalışma yapılmıştır. Deneysel sistem, yer altındaki ısıdan faydalanarak karın/buzun eritilmesi için dikey tekli tip toprak ısı değiştiricisi, ısı pompası ve köprü/yer bloklarından oluşmaktadır. Fluent 6.2 yazılımıyla, üç boyutlu Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yazılımı kullanılarak sayısal çalışma ile deneysel çalışma kıyaslanmıştır. Sondaj ünitelerinin çalıştırılması durumunda, her 30 m sondaj derinliği için yer bloğunun ortalama yüzey sıcaklığındaki artış 0.5 ºC olurken, köprü bloğunun ortalama yüzey sıcaklığındaki artış 0.4 ºC olarak elde edilmiştir.Bu tür sistemlerin, ülkemizde büyük kazalara neden olan yollardaki kar/buz oluşumunun önlemesi için kullanılması ve bu tür projelerin hükümetler tarafından desteklenmesi gerekir.Anahtar Kelimeler: Toprak kaynaklı ısı pompası, kar, buz, eritme, Fluent, HAD, köprü, yol, deneysel, sayısal.

Abstract:
Preventing snow accumulation and ice formation on roads, especially on some critical sections including bridges, emergencies of hospital and ramps etc. is important to improve transportation safety in winter months. Recently, an alternative method to applying salting, sanding and using mechanical devices is to use automatically controlled hydronic and electrical snow melting systems to prevent ice formation and melting snow/ice on critical surfaces. Instead of salting, sanding and using mechanical devices such systems can reduce the rate of corrosion drastically bridge decks and so extend the life of road.Experimental and numerical study was carried out for melting snow/ice on bridge and ground prototype slabs by ground source heat pump. The experimental system is composed of an underground thermal utility for snow/ice melting by using vertical ground heat exchanger, heat pump and bridge/ground slabs. Experimental and numerical study had been compared by using three-dimensional Computational Fluid Dynamics (CFD) models with Fluent 6.2 software. In case of using boreholes, increasing of average surface temperature in bridge slab was obtained as 0.4 ?C for each depth of 30 meters while increasing of average surface temperature in pavement slab was obtained as 0.5 ?C for each depth of 30 meters.These type systems should be used for preventing formation of snow/ice on roads leads to numerous dangerous accidents in our country and these type projects should be supported by the governments.Keywords: Ground source heat pump, snow, ice, melting, Fluent, CFD, bridge, road, experimental, numerical.