Binaların ısıtılmasında kullanılan sistemlerin ekserjetik ve eksergoekonomik analiz yöntemleriyle kıyaslanması
Comparison of systems in heating buildings using exergetic and exergoeconomic analysis methods
Yazar: CEM TAHSİN YÜCER
Danışman: PROF. DR. ARİF HEPBAŞLI
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez kapsamında enerji kullanımı, verim, ekonomiklik ve sürdürülebilirlik gibi kavramlarının incelendiği dört çalışma yürütülmüştür. Her çalışmada farklı bir ısıtma sistemi (IS) ele alınmıştır. Bu çalışmalardan birincisi; bir binanın ısıtma ihtiyacının ekserji yöntemiyle analizini ve bazı ısıtma sistemi ekipmanlarının ekserji analizini, ikincisi; hem binanın ısıtma sisteminin ekserji analizini hem de ısıtma sistemindeki bazı ekipmanların eksergoekonomik analizini, üçüncüsü; ısıtma sistemini oluşturan bileşenlerin eksergoekonomik analizinin yanı sıra ekipman maliyetleri ile ekserji yıkımları arasındaki ilişkiyi ve dördüncüsü ise; ısıtma sisteminin bileşenlerinin ekserji analizi sonucu elde edilen verilerin eksergoekonomik analiz ile değerlendirilmesini içermiştir. Bina IS bileşenleri enerji ve ekserji analizi yöntemleriyle incelenmiş, tüm sistemin ekserji verimleri hesaplanmıştır. Dört IS?nin ekserji verimleri sırasıyla, % 2,7, % 2,68, % 3,18 ve  % 3,46 olarak bulunmuştur. 
IS 1?de düşük ekserji (lowex) analizine ek olarak ısı merkezindeki sıcak su kazanına ve ısıtıcı sistemi ekipmanı olan fan-coil birimine detaylı ekserji analizi uygulanmıştır. Sıcak su kazanı ve fan-coil biriminin ekserji verimleri % 13,4 ve  % 37,6 bulunmuştur. 
IS 2?de düşük ekserji analizinin yanı sıra, ısı merkezindeki sıcak su kazanı ve su ısıtıcısına (boyler) ekserjetik ve eksergoekonomik analizler uygulanmıştır. Sıcak su kazanı ve boylerin ekserji verimleri % 15,6 ve % 20,4 olarak elde edilmiştir. Kazana giren yakıtın, kazandan çıkan suyun ve boylerde ısıtılan suyun ekserji maliyet katsayıları sırasıyla 35,40 TL/GJ, 17,53 TL/kJ ve 85,87 TL/kJ bulunmuştur. 
IS 3?te ekipmanların maliyetleri hesaplanarak ekipmanların ekserji analizleri sonucu elde edilen veriler kullanılmıştır. Bu kapsamda, düşük ekserji ve eksergoekonomik analizleri bir araya getiren ?düşükeksergoekonomik (lowexergoeconomic? olarak adlandırılan yöntem ilk kez uygulanmıştır. Ekserji, maliyet, enerji ve kütle (EXCEM) analiz yöntemi kullanılarak termodinamik kayıp akımının maliyete oranı değerleri; üretim, dağıtım, ısıtıcı ve bina kabuğu için 8 W/TL, 5 W/TL, 0,5 W/TL ve 0,46 W/TL olarak belirlenmiştir. Ayrıca yeni bir parametre olan ekserjetik maliyet etkinliği (ECE) tanımlanmıştır. Bu parametre tasarımcıların veya araştırmacıların sistemdeki hangi bileşenleri öncelikli olarak incelemesi gerektiğine karar vermesini sağlamaktadır. Bu çalışmada en yüksek ECE değerleri 0,278 ve 0,063 ile üretim ve bina kabuğu bileşenleri için hesaplanmıştır. 
IS 4?te düşük ekserji analizi sonucu elde edilen değerler, ilk defa ekipman maliyetleri de dikkate alınarak özgül ekserji maliyetlendirme (SPECO) analizinde kullanılmıştır. Düşük ekserji analizi ve SPECO analizi yardımıyla üretim, dağıtım ve ısıtıcı bileşenlerinden çıkan akımların ekserji maliyet katsayıları 296,9 TL/GJ 406,49 TL/GJ ve 436,7 TL/GJ bulunmuştur. ECE parametresine göre öncelikli olarak incelenmesi gereken bileşenlerin, 0,469 ile üretim ve 0,0057 ile bina kabuğu olduğu ortaya konulmuştur.
Anahtar sözcükler: Enerji, ekserji, eksergoekonomik, ısıtma sistemi, bina, kazan, boyler, ısı değiştirici, radyatör, fan-coil ve ekserjetik maliyet etkinliği.

Abstract:
In this thesis, four studies investigating energy use, efficiency, economy and sustainability issues are conducted. In each study, a different heating system (HS) is taken into consideration. The first study examines the heating demand of a building using exergy analysis and performs exergy analyses of some heating system equipment. The second one includes exergy analysis of a building heating system and exergoeconomic analyses of some heating system equipment. The third one covers exergoeconomic analyses of heating system components and the relationships between costs and exergy destructions of the equipment. The fourth one deals with the exergoeconomic analysis of the findings obtained from the exergy analysis of the heating system. The exergy efficiencies of the four heating systems  are calculated to be 2.7%, 2.68%, 3.18% and 3.46%, respectively. 
In the HS 1,  a conventional boiler and a fan-coil unit are exergetically analyzed in a detailed manner addition to the low exergy (referred to as lowex) analysis.  The exergy efficiency values for  two pieces of the HS equipment are determined to be 13.4% and 37.6%, respectively. 
In the HS 2, a conventional boiler and a water heater are both exergetically and exergoeconomically analyzed by applying the lowex method to the  system. The exergy efficiencies of the conventional boiler and the water heater are obtained as 15.6% and 20.4%, respectively.  The exergetic cost coefficients of the fuel entering the boiler, the water outlet from the boiler and the water heated in the water heater are found to be 35.40 TL/GJ, 17.53 TL/kJ and 85.87 TL/kJ, respectively. 
For the HS 3, the cost figures of the HS equipment and the exergy analysis results are investigated. In this context, the low exergy and exergoeconomic analyses are combined to propose a new method, the so-called lowexergoeconomic analysis, for the first time. The exergy, cost, energy, and mass (the so-called EXCEM)  method is used to calculate the thermodynamic loss rates  to cost of the generation, the distribution, the heater  and the building envelope as 8 W/TL, 5 W/TL, 0.5 W/TL and 0.46 W/TL, respectively. A new parameter, exergetic cost effectiveness (ECE),  is also defined. This parameter gives  designers or researchers the possibility to decide about which components of the system to be improved. The highest ECE values belong to the generation and the building envelope with 0.278 and 0.063, respectively.
In the HS 4, the findings obtained from the exergy analysis results of the HS are used in the specific exergy costing (the so-called SPECO) analysis where the costs of the equipment are taken into consideration. After performing the lowex and SPECO analyses, the exergetic cost coefficients of the generation, the distribution and the heater  components are determined to be 296.9 TL/GJ, 406.45 TL/GJ and 436.7 TL/GJ. According to the ECE parameter, the components to be investigated firstly are the generation and the building envelope with 0.469 and 0.0057.
Keyword: Energy, exergy, exergoeconomic, sustainability, heating system, boiler, water heater, heat exchanger, radiator, fan-coil and exergetic cost effectiveness.