Endüstriyel bir bina için atık su kaynaklı ısı pompası ile sıcak su eldesinin teknik ve ekonomik analizi
Technical and  economic analysis  of hot water  generation using wastewater heat pump for an commercial building
Yazar: FURKAN EVLİCE
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM ATMACA
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Atık su enerjisi = Waste water energy ; Ekonomik analiz = Economic analysis ; Ekserji = Exergy ; Enerji = Energy ; Isı pompası = Heat pump ; Karbon ayak izi = Carbon footprint

Özet:
Son yıllarda enerji verimliliği ve alternatif enerji kaynaklarına artan ilgiden dolayı ısıtma, soğutma ve sıhhi sıcak su eldesinde ısı pompalarının kullanımı ön plana çıkmaktadır. Hava kaynaklı ısı pompalarının uygulanabilirliği, su kaynaklı ısı pompalarına göre daha kolay olduğu için ilk tercih edilen sistem havadan suya ısı pompaları olmaktadır. Fakat günlük yaşantımızda sürekli kullanılan sıhhi sıcak sudaki atık ısıyı tekrar kullanarak atık su kaynaklı ısı pompalarını yaygınlaştırmak mümkündür. Bu çalışmada endüstriyel bir tesisin atık sıhhi suyundaki enerjiyi kullanan ısı pompası ile yine sıhhi sıcak suyun eldesi incelenmiştir. Ele alınan ısı pompası sistemi alternatif fosil yakıtlı çelik kazanlı sistemler ile de enerji, ekonomi ve çevresel etki yönleriyle karşılaştırılmıştır. Su kaynaklı ısı pompalarında sıkça kullanılan R410A gazı yerine alternatif R290, R32 ve R407C gazlarıyla çalışan bir ısı pompasının enerji ve ekserji analizleri de incelemeye dahil edilmiştir. Bu sistemlerdeki ilk yatırım maliyetleriyle beraber 15 yıllık işletim maliyetleri de karşılaştırmada dikkate alınmıştır. Günümüzde karbon emisyonları sürdürülebilirlik açısından ön plana çıkmaktadır. Bu nedenle çalışmada enerji ve ekonomik analizler yanı sıra çevresel etki faktörleri de değerlendirilmiştir. Bu kapsamda kullanılan soğutucu akışkana göre atık su kaynaklı ısı pompasının (ASKIP) karbon emisyonları elde edilmiş, değerler fosil yakıtlı sistem emisyonları ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak yapılan incelemelerde R290 gazlı atık su kaynaklı ısı pompalı sistemin COP değeri 3,57 olurken sırasıyla R32 gazlı sistemde 3,53 COP değeri, R410A  gazlı sistemde 3,35 COP değeri ve R407C gazlı sistemde 3,28 COP değeri hesaplanmıştır. Yatırımın geri ödeme süreleri, atık su kaynaklı ısı pompası sistemiyle karşılaştırınca diğer geleneksel sistemlere göre daha avantajlı olmaktadır. Ayrıca karbon emisyonları açısından ayık su kaynaklı ısı pompası sisteminin 15 yılda çevreye saldığı CO2 miktarı, fosil yakıtlı sistemlerin 1 yılda çevreye saldığı CO2 miktarından çok daha azdır.

Abstract:
In recent years, due to the increasing interest in energy efficiency and alternative energy sources, the use of heat pumps for heating, cooling, and domestic hot water production has gained prominence. Air-source heat pumps are preferred as the first choice for their ease of applicability compared to water-source heat pumps. However, it is possible to popularize wastewater-source heat pumps by utilizing the waste heat in the continuously used domestic hot water in our daily lives. This study examines the use of a heat pump that utilizes the energy from the waste sanitary water of an industrial facility for the production of domestic hot water. The considered heat pump system is compared with alternative fossil-fueled steel boiler systems in terms of energy, economy, and environmental impact. Instead of the commonly used R410A refrigerant in water-source heat pumps, the energy and exergy analyses of a heat pump operating with alternative refrigerants R290, R32, and R407C are also included in the study. Initial investment costs and 15-year operating costs for these systems are taken into account in the comparison. Carbon emissions are becoming increasingly important for sustainability in today's world. Therefore, in addition to energy and economic analyses, environmental impact factors are also evaluated in this study. Carbon emissions of the wastewater-source heat pump (WWHP) based on the refrigerant used are determined, and these values are compared with emissions from fossil-fueled systems. The COP value for the wastewater-source heat pump system with R290 refrigerant is calculated as 3,57, followed by the R32 system with a COP value of 3,53, the R410A system with a COP value of 3,35 and the R407C system with a COP value of 3,28. When comparing the payback periods of the investments, the wastewater-source heat pump system is more advantageous than other traditional systems. Additionally, in terms of carbon emissions, the amount of CO2 emitted by the wastewater-source heat pump system to the environment in 15 years is much lower than the amount emitted by fossil-fueled systems in one year.