Güneş enerjisi destekli ısı pompası sistemlerinin performansının incelenmesi: Muğla örneği
Investigation of the solar energy assisted heat pump system's performance factor: Sample of the Muğla
Yazar: GÜLŞAH KARACA
Danışman: YRD. DOÇ. DR. TOLGA URAL
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Düz güneş toplayıcısı = Flat plate solar collector ; Enerji verimliliği = Energy efficiency ; Hava kaynaklı ısı pompası = Air source heat pump ; Konut ısıtma = Residential heating ; Su ısıtma = Water heating

Özet:
Hava kirliliği ve küresel ısınma sebebiyle ısı pompalarının ev ısıtmasında kullanımı gittikçe yaygınlaşmaktadır. Muğla'nın çevresinde termik santrallerin olması ve ısınma amaçlı kömür yakılması sebebiyle kış aylarında hava kirliliği yüksek seviyelere çıkabilmektedir. Isı pompasının doğrudan emisyonu sıfır olduğu için kalabalık şehirlerde alternatif ısı kaynağı olarak kullanılabilir. Bu çalışmada toprak ve su kaynaklı ısı pompalarına göre kullanım kolaylığı bulunan hava kaynaklı ısı pompası incelenmiştir. Muğla ili 5277 Wh/m2/gün ile Türkiye'de en yüksek yıllık ortalama güneş radyasyonuna sahiptir. Görece avantajlı bir konuma ve iklime sahip ilde konut ve kullanım suyu ısıtmasında güneş enerjisinin aktif ve etkili bir biçimde kullanılması bir gerekliliktir. Güneş enerjisi sürdürülebilir bir kaynak olmasına rağmen arz-talep dengesini sağlayamamaktadır. Ancak elektrik ve güneş enerjisinin beraber kullanılmasıyla kaynak çeşitliliği sağlanarak enerji arz güvenliği arttırılabilir. 
Villanın ısıtma enerjisi ihtiyacı ve ısı kaybı hesabı için TS 825 "Binalarda Isı Yalıtım Kuralları" ve TS 2164 "Kalorifer Tesisatı Projelendirme Kuralları" kullanılmıştır. Isıtma tesisatının gerekli verileri Autocad programı kullanılarak elde edilmiştir.  Muğla şartlarında 148,5 m2 alana sahip bir villanın ısıtma sisteminin modellenmesinde dinamik simülasyon programı olan POLYSUN kullanılmış ve 30 model sistem oluşturulmuştur. Simülasyonda kullanılan değişken parametreleri ısı pompası kapasitesi ve güneş kollektörü sayısıdır. Program sayesinde değişken parametrenin, sistemin elektrik tüketimi, ısıtma tesir katsayısı ve performans faktörü üzerindeki etkileri grafiksel olarak elde edilmiştir.
Bu çalışma ile güneş kollektörü alanı arttıkça mevsimsel performans faktörünün arttığı ancak ısıtma tesir katsayısının azaldığı görülmüştür. Isıtma enerjisi ve kullanım sıcak suyu ihtiyacını sağlamak için oluşturulan model sistemlerin performans faktörleri 2,42-3,31 arasında değişmektedir. Isıtma sistemine on kollektör eklenmesi durumunda dahi 6,51 kW, 7,98 kW ve 9,95 kW gücündeki havadan suya ısı pompalarının, mevcut talebin sırasıyla %73,2,  %73,5 ve %85'ini karşıladığı görülmüştür. İncelenen iki ısı pompası, enerji talebini karşılamıştır. Bu ısı pompaları 12,54 ve 15,34 kW gücündedir. Kollektörler bu sistemlere ilave edildiğinde, performans faktörlerindeki artışın % 2-13,3 aralığında olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
As the air pollution and global warming increase, the use of heat pump in house heating becomes more and more common every day. There are two substantial reasons causing air pollution in Muğla: power plant close to the city and use of coal as a heating source. Because their direct emissions are zero, heat pumps can be used as an alternative heating source in crowded cities. The main purpose of this research is to investigate air source heat pump. As they are mode user-friendly, air source heat pump is more commonly used than ground and water source heat pumps. Muğla, with 5277 Ws / m2 / day, had the highest annual average solar radiation in Turkey. Using solar energy in heating of houses and for domestic hot water is essential in such city where there are advantageous position and climate. Despite the fact that renewable energy sources are sustainable sources, they do not provide supply-demand balance. However, the use of both sources as electric and solar energy increases the security of energy supply by providing resource diversity. 
TS 825 "Thermal Insulation Rules of Building" and TS 2164 "Project Design Rules of Heating System" are used in the calculation of heating energy demand and total energy losses of residence. Heating system data is obtained using the Autocad program. The heating system of a detached house in Muğla weather conditions with 148,5 m2 living area is modeled with POLYSUN which is a dynamic simulation program and 30 model systems are formed. Variable parameters used in the simulation are heat pump capacity and the number of solar collectors. Effects of the variable parameters are obtained graphically over the system's electricity consumption, coefficient of performance and seasonal performance factor through the program.
The findings of the study show that as the solar collector area increases, the seasonal performance factor increases but the coefficient of performance decreases. In addition, the performance factors of models created for heating energy and domestic hot water demand vary between 2,42-3,31. Even if ten collectors were added to the heating system, the air-to-water heat pumps at power of 6,51 kW, 7,98 kW and 9,95 kW were found to meet 73,2%, 73,5% and 85% of the current demand respectively. The two heat pumps examined meet the energy demand. These heat pumps are 12,54 and 15,34 kW. When collectors are added to these systems, the increase in performance factors is between 2% and 13,3%.