Güneş enerjisi destekli dikey tip toprak kaynaklı ısı pompasının mardin ili için kullanılabilirliliğinin araştırılması
Investigation of usability of a solar assissted vertical type ground source heat pump for mardin province
Yazar: FATİH ÜNAL
Danışman: PROF. DR. GALİP TEMİR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Ekserji = Exergy ; Ekserji analizi = Exergy analysis ; Toprak kaynaklı ısı pompası = Ground source heat pump

Özet:
Günümüzde enerji kaynaklarının giderek azalması ve enerji fiyatlarının artmasından dolayı enerjinin etkin ve verimli kullanılması vazgeçilemez bir zorunluluk olmuştur. Bunun için özellikle yenilenebilir enerji kaynakları ile beraber kullanılabilecek alternatif teknolojiler geliştirilmelidir. Elde edilen enerjinin önemli bir kısmının tüketimi konutların ve tesislerin iklimlendirilmesinde harcandığı düşünülürse, ısı pompaları bu sorunu çözüm noktasında etkili bir yol olarak görülmektedir.
Bu çalışmada Mardin ili Midyat ilçesinde belirlenen 120 m2 taban alanına sahip deney alanı için güneş enerjisi destekli dikey tip toprak kaynaklı ısı pompasının ısıtma ve soğutma sezonu için yapılan deneysel çalışmaların sonuçları incelenerek sisteme enerji, ekserji ve eksergoekonomik analiz uygulanmıştır.
Sistemde yapılan analizlere göre kompresörün soğutma sürecinde; 3,704 kW ile en yüksek enerji kaybı, 1,6539 kW ile en yüksek ekserji kaybı, 0,4658 $/h ile en yüksek bir değere getiriliş maliyet, 0,7464 $/h ile en yüksek ekserji maliyeti, %27,26 ekserji kaybı oranı ve %38,43 eksergo ekonomik faktör değerlerine sahip olduğu belirlenmiştir. Benzer şekilde ısıtma sürecinde yapılan analizlerde kompresör için enerji kaybı 0,907 kW, ekserji kaybı 1,9255 kW, bir değere getirilmiş maliyet 0,4658 $/h, ekserji maliyeti 0,7108 $/h, ekserji kaybı oranı %30,72 ve eksergo ekonomik faktör değeri %39,59 olarak bulunmuştur. Bu nedenle yapılması düşünülecek iyileştirmelere öncelikle kompresörden başlamak gerekmektedir.
Güneş enerjisi sistemi soğutma sezonunda sıcak su ihtiyacını karşılamak, ısıtma sezonunda ise ısı pompası sistemine destek olması amacıyla kullanılmaktadır. Güneş enerjisi sisteminin soğutma sezonunda sıcak su ihtiyacını karşılama oranı ortalama %108, ısıtma sürecinde ısı pompası sistemine sapladığı destek ortalama %9,75 olarak hesaplanmıştır.
Sonuç olarak; sistemimiz gerek enerji tüketimini azaltmada gerekse sera gazlarının emisyonlarını düşürme bakımından oldukça etkili olmaktadır. Buna göre, tez konusu olan sistemimiz enerji maliyeti bakımından Mardin İlinde kullanılan geleneksel sistemler ile karşılaştırıldığında karşılaştırılan sistemler içinde en ekonomiği ve en çevre dostu olanıdır.  Fosil yakıtlar ile iklimlendirme ihtiyacını karşılayan Mardin İli için sistemin kullanılması uygun görülmektedir.

Abstract:
Nowadays, the effective and efficient use of energy has become an indispensable necessity due to energy sources gradually are decreasing and energy prices are increasing. Particularly for this reason, alternative technologies that to be combined with renewable energy sources should be developed. Considering that a significant portion of produced energy is consumed for air conditioning systems of housing and facilities. The heat pump applications may be an effective way to solve this problem in these systems. Therefore, it is very important to study experimentally for the heat pump systems. 
In this study the experimental results of the solar-assisted vertical type ground source heat pump of a test side were investigated for heating and cooling seasons. Experimental ground area of the test side is about 120 m2 in Midyat, Mardin. Energy, exergy and eksergo economic analysis were performed over the system using the experimental results.
According to the system analysis, the highest energy and exergy losses were calculated as 3,704 kW and 1,6539 kW, respectively for the compressor in the cooling period. Likewise, cost rate associated with capital investment and exergy cost were determined as 0,4658 $/h and 0,7464 $/h, respectively. Exergy loss and eksergo economic factor were computed as 27,26% and 38,43% in rate form for the compressor in the same period.

Similarly, energy, exergy and eksergo economic analysis were done for the compressor in the heating period. Energy loss, exergy loss, cost rate associated with capital investment, exergy cost, exergy loss ratio and eksergo economic factor ratio were computed as 0,907 kW, 1,9255 kW, 0,4658 $/h, 0,7108 $/h, 30,24% and 39,59%, respectively. Calculated values of both cooling and heating periods show that the improvements have to be carried out mainly from the compressor component of the system.
Solar energy system is used to provide the need of hot water in the cooling seasons. At the same time, it is used in order to support the heat pump in the heating seasons. While solar energy system provides about 108% of the hot water need in the cooling seasons, it supports to the heat pump system approximately 9,75% for heating period. As a result; the investigated system is quite effective in both to reduce energy consumption and greenhouse gas emissions. 
Consequently, energy costs of the investigated system were compared with the conventional systems used in Mardin. This system is the most economical one among the compared systems and also the most environmentally.  It is suggested that system can be constructed in Mardin, where the fossil fuels are used for air conditioning systems.