Gemilerde kullanılan soğutma sistemlerinin değişken çevre şartlarına göre performans analizi
Performance analysis of ship air condition systems in terms of variable environment conditions
Yazar: VEYSİ BAŞHAN
Danışman: PROF. DR. ADNAN PARLAK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Enerji = Energy ; Gemi Mühendisliği = Marine Engineering
Dizin: Egzoz emisyonları = Exhaust emissions ; Yük gemileri = Cargo vessels

Özet:
Kyoto Protokolü, hidrokarbon yakıt ile çalışan enerji sistemlerinde karbon salımını azaltmayı öngörmektedir. Mevcut teknolojiler incelendiğinde, içten yanmalı motorlar, kazanlar gibi hidrokarbon esaslı yakıt tüketen sistemlerde karbon salımını doğrudan azaltacak bir yöntem hali hazırda bulunmamaktadır. Günümüzde, karbon salımını azaltmanın en etkin yolu, yakıt tüketen sistemlerde verimliliği artırıcı yöntemler geliştirmektir.  
Enerji tüketen kara tesisleri ve ulaştırma vasıtalarında olduğu gibi son yıllarda gemilerden kaynaklanan karbon salımının da azaltılması hedeflenmektedir. 1 Ocak 2013 tarihi itibariyle IMO'nun (International Maritime Organization – Uluslararası Denizcilik Örgütü) MARPOL (International Convention For The Prevention Of Marine Pollution From Ships - Gemilerden Kaynaklanan Kirliliğin Önlenmesi Uluslararası Sözleşmesi) EK VI MEPC-63 (Marine Environment Protection Committee – Deniz Çevresini Koruma Komitesi)  düzenlemesine göre 400 GRT ve üstü  tüm gemilerde düşük karbon salımı ve  gemilerin verimli işletilmesi amacıyla Gemi Enerji Verimliliği Yönetim Planı'nın (SEEMP - Ship Energy Efficiency Management Plan) hazırlanması zorunludur. MARPOL EK VI MEPC.1/Circ.684 yönergesine göre de gemilerin verimli işletilmesinin izlenmesi amacıyla Gemi Enerji Verimliliği Operasyon Indeksi' nin (EEOI – Energy Efficiency Operation Index) hesaplanması zorunlu hale gelmiştir.
Gemilerde enerji tüketen bileşenlerden bir tanesi de soğutma ve iklimlendirme sistemleridir. Mevcut gemilerde soğutma sistemleri ekstrem şartlara göre ve sabit devirde çalışacak şekilde tasarlanmaktadır. Bu sistemlerde kondanserde yoğuşma için soğutucu akışkan olarak deniz suyu kullanılmaktadır. Deniz suyu sıcaklığı arttıkça soğutucu akışkanın kondanser çıkışında yoğuşmayı temin edebilmek için kompresör çıkış basıncını arttırmak gerekmektedir. Bu durumda, kompresörün çektiği güç de artmaktadır. Deniz suyu sıcaklığı düştüğünde ise soğutucu akışkanın yoğuşmasını temin edecek kompresör çıkış basıncı da düşmektedir. Böylelikle kompresörün güç ihtiyacı azalmaktadır. Mevcut sistemlerde düşük deniz suyu sıcaklıklarında kompresör sabit devir ve sabit çıkış basıncında çalıştığından sistemdeki enerji tasarruf potansiyelinden faydalanılamamaktadır.
Bu tez çalışmasında, gerçek bir gemiye ait soğutma sistemi verileri ele alınarak sabit soğutma yükünde, değişken buharlaşma ve değişken yoğunlaşma sıcaklıkları için 5 farklı soğutucu akışkan ile soğutma çevrim analizleri yapılmıştır. Bu kapsamda, değişken devirli kompresör kullanılması durumunda ortaya çıkabilecek enerji tasarruf potansiyelinin parasal karşılığı, bu tasarrufun değişken yakıt fiyatları için karşılığı ve değişken devirli soğutma sistemi için yapılacak yatırım maliyetinin geri ödeme süreleri ile tasarruf edilen yakıt sebebiyle atmosfere salınan emisyon miktarlarındaki azalma da hesaplanmıştır. Ayrıca, soğutma sisteminin farklı çevre şartlarına göre çalışması durumunda sistemdeki ekserji kayıpları hesaplanarak ekserji kaybına neden olan faktörler analiz edilmiştir.

Abstract:
Kyoto Protocol forces the states to decrease carbon emissions due to the combustion of hydrocarbon content fuels in the energy plants. When current technologies have been investigated, it seems that there is no method that directly decreases carbon emissions from internal combustion engines, boilers etc. Nowadays, the most effective way for decreasing carbon emissions is to develop methods that increase the energy efficiency of systems.
In the last few years, carbon emissions that originate from ships have been aimed to be decreased as it is observed in the applications of energy consumers such as land facilities and transportation vehicles. After 1 January 2013, according to IMO (International Maritime Organization)  MARPOL Annex VI MEPC-63 regulation, preparing SEEMP (Ship Energy Efficiency Management Plan) has become mandatory in all ships that is 400 gross ton and above for the purpose of controlling carbon emissions. In addition, according to MARPOL Annex VI MEPC.1/Circ.684 regulation evaluation of monitoring parameters named as EEOI (Energy Efficiency Operation Index) has been come into force.
One of the components that consume energy in ships is HVAC (Heating, Ventilating and Air Conditioning) System. In existing ships, refrigeration systems are designed to operate under extreme conditions and compressors work at constant speed. In these systems, sea water is used as a coolant in condenser. When sea water temperature increases, the compressor outlet pressure must be kept higher in order to ensure condensation in condenser outlet. This situation causes increase in power demand of compressors which result in decrease of COP.  On the other hand, when the sea water temperature decreases, the power demand of compressor decreases. In that case, it can not be benefited from energy saving potential of refrigeration system occurred in lower sea water temperature conditions.
In this thesis, refrigeration cycle analysis at constant cooling capacity is performed with 5 different refrigerants by utilizing data from a real ship HVAC system at different evaporation and condensation temperatures. In this context, in case of using variable speed compressor, cost equivalent of energy saving potential, obtained cost savings equivalent for variable fuel prices, payback period of variable speed compressor's investment cost and reduction in pollutant emissions releasing to atmosphere by fuel saving, has been calculated. Also, exergy destruction of refrigeration system has been calculated in case of variable environment conditions and factors that cause exergy destruction have been analysed.