Güneş ve toprak enerjisi kaynaklı ısı pompasının Elazığ şartlarında konut ısıtması için kullanımının araştırılması
Investigation of using solar and ground source heat pump system for residential heating in Elaziğ
Yazar: ONUR ÖZSOLAK
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET ESEN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Ekserji = Exergy ; Enerji = Energy ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Toprak kaynaklı ısı pompası = Ground source heat pump

Özet:
Ülkemizin iklim ve toprak özellikleri, toprak kaynaklı ısı pompası sistemleri için çok uygundur. Ülkelerin, elektrik enerjisi tüketiminin % 25'inden fazlası konutların ısıtılması ve soğutulması masraflarına gitmektedir. Tüketicilerin elektrik talepleri, teknolojinin gelişmesiyle sürekli artmaktadır. Toprak kaynaklı ısı pompaları, toprağın içindeki ısının kararlı değişmesi ve soğuk iklimlerde performansını yüksek seviyede tutması nedeniyle enerjinin kullanımında daha etkili sonuçlar ortaya çıkarır.Yapılacak çalışmada 12 m2 alanındaki deney odası Elazığ şartlarında güneş ve toprak kaynaklı ısı pompası ile ısıtılmıştır. Slinky toprak ısı değiştirgeci borularını yerleştirebilmek için 1 m eninde, 2 m derinliğinde ve 15 m uzunluğunda iki tane çukur kazılmıştır. Slinky borular çukur içine yatay ve dikey olarak yerleştirilerek sirkülasyon pompasıyla su-antifriz karışımı yatay ve dikey slinky toprak ısı değiştirgeçleri içinde dolaştırılmıştır. Topraktan çekilen ısı, ısı pompası vasıtasıyla ısıtılacak ortama atılmıştır. Ayrıca sistem, yerleştirilen 6 adet düzlemsel güneş kollektörü ile güneş kaynaklı olarak da çalıştırılmıştır. Böylece çalıştırılan sistemlerin performansları karşılaştırılmıştır. Ayrıca, sistemlerin ekserji analizleri ile ikinci kanun verimleri hesaplanarak, karşılaştırmalar da yapılmıştır.Ekserji analizi hesaplamalarından bulunan sonuçlar şöyle özetlenebilir: ısı pompasının ünite bazında 0.1 kg/s debili yatay slinky toprak ısı değiştirgeçli(TID) ısı pompası için ekserji verimi %44.8, 0.1 kg/s debili dikey slinky TID ısı pompası için ekserji verimi %43.3, güneş kaynaklı ısı pompası için ekserji verimi %41.1 iken sistem bazında bu değerler sırasıyla %36.7, %35.4 ve % 36.6 olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
Climate and ground conditions in our country are very suitable for ground source heat pumps. A proportion of more than 25% of the electrical energy consumption of countries are consumed on the heating and cooling of homes. The electricity demands of consumers constantly increases together with advances in technology. Ground source heat pumps, create more effective outcomes in the use of energy because of the resolute change of heat in the ground and because it maintains its performance at high levels in cold climates.In present study, the test room of 12 m2 floor area has been heated by solar and ground source heat pumps under Elazığ climate conditions. In order to lay the Slinky ground heat exchanger pipes, two ditches with width of 1 m, depth of 2 m and length of 15 m have been excavated. The Slinky pipes have been laid horizontally and vertically in the ditch and the water-antifreeze mixture has been circulated through the horizontal and vertical slinky ground heat exchangers by the circulation pump. The heat absorbed from the ground has been conveyed to the area to be heated through the heat pump. Furthermore, the system has been operated with solar energy by using six flat plate solar collectors. Thus, the performance of the operated systems has been compared. Furthermore, comparisons have also been performed by the exergy analyses and second law efficiency calculations of the systems.The results obtained from exergy analysis are as following. Exergy efficiencies were determined as 44.8%, 43.3% and 41.1% for heat pump (HP) with horizontal slinky ground heat exchanger (GHE), HP with vertical GHE of 0.1 kg/s mass flow rate and solar assisted heat pump, while those were calculated for system as 36.7%, 35.4% ve 36.6%, respectively.