Toprak kaynaklı bir ısı pompasının enerji ve ekserji analizi
Energy and exergy analysis of a ground-source heat pump
Yazar: ÇAĞATAY YILDIZ
Danışman: PROF. DR. HALİL İBRAHİM SARAÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Enerjinin doğru ve verimli kullanılması, günümüz ekonomik ve teknolojik şartlarında en önemli konulardan biri haline gelmektedir. Bu kapsamda, hem çevreci hem de verimli enerji kullanımı ve söz konusu enerjinin iş yapma potansiyelinin, ne kadarından yararlanılabildiğinin analiz edilmesi, özellikle enerjinin en çok harcandığı işlemlerden biri olan ısıtma işleminde çok daha fazla önem kazanmaktadır. Bu nedenle, mühendislik açısından bakıldığı zaman bir sistemin ve bileşenlerinin termodinamik açıdan yalnızca birinci yasa kapsamında incelenmesi yetersiz kalmakta, sistemin koruduğu enerjinin ne kadarını faydalı işe çevirebildiğini görmek gerekmektedir. Ancak bu şekilde iyileştirme yapılabilecek alanlar doğru şekilde tespit edilebilmekte ve sistemin verimliliği hakkında daha doğru bir fikir elde edilebilmektedir.
Bu çalışmada, ısı pompalarının ısıtma için çok daha çevreci ve verimli sistemler olduğu vurgulanmakla beraber toprak kaynaklı bir ısı pompasının enerji ve ekserji analizleri gerçekleştirilmiştir. EES programı kullanılarak, önceden belirlenen durumlar için hesaplamalar gerçekleştirilmiş, sonuçlar alınmıştır. Sonrasında, kompresör giriş sıcaklığı, kondenser çıkış sıcaklığı, kompresör izantropik verimi, toprak sıcaklığı gibi bazı parametrelerin artı veya eksi yönde değişiminin sistemin ve bazı sistem bileşenlerinin enerji ve ekserji performansına olan etkisi parametrik olarak hesaplanıp incelenmiştir. Bu inceleme sonucunda ise, kondenser sıcaklığının birkaç derece azaltılmasının enerji ve ekserji performansına olumlu etkisi olduğu, izantropik verimin artması ile hemen hemen aynı ölçüde kompresör ekserji veriminin de arttığı gözlenmiş, fakat kompresör giriş sıcaklığının etkisinin daha az olduğu görülmüştür. Ayrıca toprak sıcaklığının artmasının toprak ısı değiştirgecinin ekserji verimine olumlu ancak ısı pompası sisteminin ekserji verimine olumsuz etkisi olduğu hesaplamalar sonucu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler: Ekserji, Enerji, Enerji Verimliliği, Isı Pompası Sistemleri, Toprak Kaynaklı Isı Pompası.

Abstract:
The usage of energy in a proper and efficient way has recently become one of the most important issues in current economic and technologic conditions. In this case, both environment friendly and also efficient energy usage and determination and analysis of how much work potential of the energy could be used becomes more important than usual, especially in heating processes where the majority of energy is consumed. Because of this reason, the analysis of a system and its components in means of the first law of thermodynamics is not always sufficient and it is required to comprehend how much the system can convert its conserved energy to useful work. Only in this way, the parts or components which could potentially be improved or optimized could be located and also a better understanding could be set up about system efficiency.
It is not only emphasized that the heat pump systems are more environment friendly and efficient systems but also energy and exergy analysis of a ground-source heat pump system has been carried out by using EES software where the initial conditions were previously set and after calculations, there are some results obtained. Then, a parametric study has been carried out by changing some parameters such as compressor inlet temperature, condenser outlet temperature, isentropic efficiency of compressor ground temperature, and their effect to the energy and exergy performance has been calculated and discussed. As a result, it is found that decreasing of condenser outlet temperature had a large positive effect of system and condenser performance as well as isentropic efficiency increase had a positive effect on compressor performance. However, the compressor inlet temperature increase had a bit positive effect on system and compressor performance but not as good as the other parameters. Last but not least, the increase of the ground temperature had a negative impact on system performance despite having a positive effect on ground heat exchanger.

Keywords: Exergy, Energy, Energy Efficiency, Heat Pump Systems, Ground Source Heat Pump