Boru yalıtımı uygulamalarında ısıtma derece günlere göre optimum yalıtım kalınlığının enerji tasarrufu
Energy saving of optimum insulation thickness according to heating degree-days in pipe insulation applications
Yazar: ERCAN ÇALLI
Danışman: DOÇ. DR. ALİ KEÇEBAŞ
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde sınırlı enerji kaynakları, hızlı enerji tüketimi ve fosil kaynakların kullanımından doğan çevresel etkiler sebebiyle termal yalıtım birçok ülke ve termal mühendisler için büyük ilgi ve önem konusu olmaktadır. Bilhassa yapılarda, mekanik tesisatta ve endüstride karmaşık ve masraflı boru tesisatı ve yalıtım uygulamaları görülmektedir. Bir taraftan yalıtım, yapılarda, mekanik tesisat ve endüstri sistemlerinde tüketilen enerjiyi azaltmanın en iyi yolu olarak tasarlanmaktadır. Diğer taraftan ise o, yapılarda, mekanik tesisat ve endüstri sistemlerinde ısıtma ve soğutma yükünün iletim kısmı ile ilgili olarak enerji tüketiminin (ısı kaybı) azaltılmasında önemli bir rol oynamaktadır. Bu bakış açısından bakıldığında yalıtım, modern şehirlerin ve sistemlerin enerji verimliliği ve çevresel sürdürülebilirliğine ulaşmak için en önemli yöntemlerden biri olarak görülebilir. Bu çalışma farklı boru malzeme tipleri için borularda yalıtım kalınlığını optimize etmeyi amaçlamaktadır. Ele alınan borular çelik, plastik ve bakır malzemelerden oluşmaktadır. Durum çalışması olarak Afyonkarahisar iklim şartlarındaki bazı yakıt tipleri (kömür, doğalgaz ve fueloil) ve çeşitli yalıtım malzemeleri (taşyünü, EPS ve XPS) kullanılması durumunda farklı çaplardaki borularda yalıtım uygulaması ile ilişkili yıllık toplam maliyet, enerji tasarrufu ve geri dönüş süresinin değerlendirilmesi yapılmıştır. Optimizasyon işlemi için derece günlere (1000, 3000, 5000 ve 7000 °C-gün) dayanan yaşam döngüsü maliyet analizi kullanılmıştır. Öncelikle sonuçlar göstermiştir ki en tasarruflu yakıt ve yalıtım malzemesi sırasıyla kömür ve XPS olarak bulunmuştur. Boru malzemelerinin yalıtım önceliği çelik ve plastik olarak sıralanmaktadır. Plastik boruların ısı iletim katsayılarının düşük olması sebebinden dolayı bu çalışmanın yöntemi optimum yalıtım kalınlığının belirlenmesi için uygun bir yöntem değildir. Analizdeki tüm değişken parametreler dikkate alındığında çelik borular için optimum yalıtım kalınlıkları 5 ve 16 cm arasında değişmektedir. Böylece büyük çaplı çelik borularda sabit bir yalıtım kalınlığı kullanılabilir. Sonuçta ısıtma derece günler arttıkça tüm boru çapları için optimum yalıtım kalınlık değerleri artmıştır.

Abstract:
Nowadays, due to limited energy resources, rapid energy consumption and environmental impacts arising from the use of fossil resources, thermal insulation is the topic of great interest and importance to many countries and thermal engineers. In particular, the complicated and costly piping and insulation applications are considered in buildings, mechanical installations and industry.On the one hand, insulation is designed to be the best way to reduce the energy consumed in the buildings, mechanical installations and industrial systems. On the other hand, it plays an important role in the reduction of energy consumption (heat loss)regarding transmitting portion of heating and cooling loads in the buildings, mechanical installations and industrial systems. When viewed from this perspective, itcan be seen as one of the most important ways to achieve, energy efficiency and environmental sustainability of the modern cities and systems.This study aims at optimizing the insulation thickness in thepipes for different materialtypes of pipe. The discussed pipes consist of steel, plastic and copper materials. As case study, when some fuel types (coal, natural gas and fuel oil) and various insulation materials (rock wool, EPS and XPS) under theAfyonkarahisar (Turkey) climatic conditions are used, evaluation of the annual total cost, energy saving and payback period associated with insulation applications in pipes with different diameters were performed. The life-cycle cost analysis based on the degree-days (1000, 3000, 5000 and 7000 °C-days) for the optimization process was used.Firstly, the results showed that the most saving fuel type and insulation material was found as coal and XPS, respectively. The insulation priorities of the pipe material types are listed as steel and plastic materials. For reasons of their low thermal conductivity of plastic pipes, the method of this study is not a suitable method for determining the optimum thickness. Considering all the variable parameters in the analysis method, the optimum insulation thickness for steel pipe varies between 5 and 16 cm. Thus, a constant thickness of insulation can be used in large diameter steel pipe. As a result, the optimum thickness value for all pipe diameters increases with increase heating degree-days.