Batman ili iklim şartlarında toprak kaynaklı ısı pompası için enerji ve ekserji analizi
Energy and exergy analysis for ground source heat pump in Batman province climate conditions
Yazar: UMUT ERCAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ADEM YILMAZ ; PROF. DR. AYDIN DURMUŞ
Batman Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada yatay tip toprak kaynaklı ısı pompasının Batman ili iklim şartlarında enerji ve ekserji özellikleri deneysel olarak araştırılmıştır. Bu amaçla Batman'da, Batman Üniversitesi Batı Raman kampüsünde yerleştirilen konteyner içerisine toprak kaynaklı ısı pompası ve çevresindeki toprak zemine toprakaltı devresi kurulmuştur. Batman Meteoroloji Müdürlüğünden 2016-2021 yılları arası 5-10-20-50- 100cm toprak kalınlıklarının maksimum sıcaklık değerleri alınmıştır. Aralık ayı boyunca yapılan deneysel ölçümler sonucunda 2m derinliğinde toprak sıcaklığının ortalama 21°C olduğu ölçülmüştür. Topraktan ısı çekilip, sistemin çalışması için 600m uzunluğunda toprak ısı değiştirici boruları 2m derinliğe yerleştirilmiştir. Deneyler sırasında iç ortam sıcaklığı, dış ortam sıcaklığı, su (%90)-monoetilen glikol (%10) karışımının buharlaştırıcıya giriş çıkış sıcaklığı, soğutucu akışkanın ısı pompası elemanlarına giriş çıkış sıcaklıkları, ısıtma suyunun radyatörlere gidiş ve dönüş sıcaklıkları ölçülmüştür. Ayrıca kompresör giriş ve çıkış basınçları, su-monoetilen glikol karışımının ve ısıtma suyunun debisi ve güç tüketimleri de ayrıca ölçülmüştür. 2 Aralık günü yapılan deneylerde en yüksek COPıp değeri 2,43, 3 Aralık günü ise en yüksek COPıp değeri 2,40, 4 Aralık günü en yüksek COPıp değeri 2,36 olarak hesaplanmıştır. 2 Aralık günü yapılan deneylerde maksimum COPsis değeri 2,26, 3 Aralık en yüksek COPsis değeri 2,23, 4 Aralık günü en yüksek COPsis değeri 2,20 olarak hesaplanmıştır. Sistem elemanları ile ilgili ekserji analizi sonuçlarına göre ekserji kaybı değerleri; en yüksek akümülasyon tankında 0,84kW daha sonra sırasıyla kompresörde 0,45kW, evaporatörde 0,26kW, radyatörde 0,23kW, kondenserde 0,219kW olarak hesaplanmıştır. Isı pompası ekserji verimi %36,17, TKIP sistem verimi ise %33,6 olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
This study aimed to experimentally research the energy and exergy properties of the horizontal type of ground source heat pump in the climate conditions of Batman province. For this purpose, a ground source heat pump and the earthed circuit were installed on the surrounding ground in the container placed in Batman University Batı Raman campus. The maximum temperature values of 5-10-20-50- 100cm soil thickness between 2016-2021 were taken from the Batman Directorate of Meteorology. It was observed as a result of the experimental measurements made during December that the soil temperature at 2 m depth was 21°C. The heat was drawn from the soil and 600m long earth heat exchanger pipes were placed at a depth of 2m for the system to work. Indoor temperature, outdoor temperature, inlet and outlet temperature of water (90%)-monoethylene glycol (10%) mixture to the evaporator, inlet and outlet temperatures of the refrigerant to the heat pump elements, and the flow and return temperatures of the heating water to the radiators were measured during the experiments. Moreover, compressor inlet and outlet pressures, flow rate, and power consumption of water-monoethylene glycol mixture and heating water were also measured. The highest COPip value was measured as 2.43 in the experiments carried out on December 2 while the highest COPip value was calculated as 2.40 on December 3. The highest COPIP value was calculated as 2.36 On December 4. The maximum COPsis value was measured as 2.26 in the experiments carried out on December 2 while the highest COPsis value on 3 December was calculated as 2.23. Finally, the highest COPsis value on 4 December was calculated as 2.20. Concerning the results of the exergy analysis of the system elements, the highest exergy loss values were measured as 0.84kW in the storage tank while it was calculated as 0.45kW in the compressor, 0.26kW in the evaporator, 0.23kW in the radiator, and 0.219kW in the condenser, respectively. The heat pump exergy efficiency was calculated as 36.17% and the TKIP system efficiency as 33.6%.