Biyogaz, güneş ve toprak enerjisi kaynaklı sera ısıtmasının araştırılması
Investigation of biogas, solar and ground energy assisted greenhouse heating
Yazar: TAHSİN YÜKSEL
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET ESEN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Biyogaz = Biogas ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Isı depolama = Heat storage ; Isı değiştiriciler = Heat exchangers ; Isı kaybı = Heat loss ; Isı pompası = Heat pump ; Isıtma = Heating ; Seralar = Greenhouses ; Toprak kaynaklı ısı pompası = Ground source heat pump ; Toprak sıcaklığı = Soil temperature

Özet:
Bu çalışmada amaç, biyogaz, güneş ve toprak enerjisi kaynaklı sera ısıtmasının Elazığ şartlarında kullanımını araştırmaktır. Bu amaçla biyogaz destekli, güneş enerjili ve yatay helezon (slinky) toprak ısı değiştiricili bir ısı pompası sistemi tasarlanarak kurulmuştur. Sistemin Elazığ iklim şartlarında sera ısıtmasında kullanımı deneysel olarak incelenmiştir.Çalışmada, yenilenebilir enerji kaynaklarından enerjinin elde edilmesi ve sera ısıtmasında kullanımından bahsedilmiştir. Elazığ şartlarında biyogaz, güneş ve toprak enerjisi kaynaklarıyla desteklenen seranın ısıtması gerçekleştirilmiştir. Üretilen biyogazın yakılması ve ısı pompası uygulaması yapılarak ısıtma gerçekleştirilmiştir. Çalışmada ısı pompası sisteminde kullanılacak elemanların, biyogaz tesisinin tasarım ve imalatları yapılarak, kurulumları yapılmıştır. Söz konusu alternatif enerji kaynaklarıyla ısıtılacak sera kurulmuş, ısı kayıp ve kazançları hesaplanarak seranın gerekli ısıtma yükü belirlenmiştir. Güneşli ve güneşsiz şartlarda sistemlerin performanslarını hesaplamak için, sistemin değişik noktalarından sıcaklık ölçümleri yapılmıştır. Deneysel çalışma sonucundaki verilerle elde edilen değerler ışığında performanslar grafiklerle gösterilmiştir.Bu çalışmada güneş enerjisinin sera ısıtmasında kullanım uygulamalarına da yer verilmiştir. Ancak güneş enerjisinin elde edildiği zamanlar ile yüksek ısıl yüklerin mevcut olduğu zamanlar genellikle birbirine uymadığından güneş enerjisinin kullanımı pek fazla mümkün olmamıştır.Ayrıca toprak altındaki ısı değiştiricisinde dolaşan suya ısı geçişi toprak özelliklerini değiştirmektedir. Bu sebeplerden dolayı toprağın ısıl performansı zamanla azalmaktadır. Özellikle gece saatlerinde ısıl yükler çok fazla artmaktadır. Biyogazla ısıtma sistemi bu gibi durumlarda tek başına veya yardımcı sistem olarak tasarlanmış ve kullanılmıştır.Seranın ısı kayıpları, topraktan ve güneşten alınan ısı miktarları ve ısıl enerji deposunda depolanmış halde bulunan enerji değerleri hesaplanmış ve grafiklerde verilmiştir. Elazığ iklim şartlarında alternatif enerji kaynaklarının kullanımı ile sera ısıtmanın mümkün olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, it is aimed to investigate greenhouse heating by biogas, solar and ground energy in Elazig climate conditions. For this purpose, biogas, solar-assisted and a ground source heat pump system with horizontal slinky ground heat exchanger was designed and set up. Using of the system in Elazig climate conditions for greenhouse heating was experimentally investigated.In the study, it is mentioned extracting useful energy from renewable energy sources and using in greenhouse heating. Greenhouse heating was performed by biogas, solar and ground energy in Elazig conditions. Heating was carried out by burning of the produced biogas and heat pump application. In the study, the heat pump system and biogas plant were designed and set up. The greenhouse heated by mentioned alternative energy sources, was constructed, and then required heating load of the greenhouse was determined by calculating heat losses and gains of the greenhouse. In order to calculate the performance of the systems in sunny and sunless conditions temperature measurements were made in different points. The Performances of systems obtained from experiments were shown in graphics.In this study, it is also investigated using solar energy for greenhouse heating. However, using solar energy was not almost possible due to mismatch between availability time of solar energy supply and availability time of heating load.In addition, the heat extracting from ground by circulating water through ground heat exchanger changes soil properties and thus gradually decreases the thermal performance of ground. Especially at night, thermal loads are increasing too much. In these cases, heating system with biogas was used as a stand-alone system or secondary system.Greenhouse heat losses, heat energy extracting from soil and the sun, and stored heat energy in storage tank were calculated and given in graphs. Using of alternative energy sources in Elazig climate conditions for greenhouse heating is possible and has been identified.