Türkiye'nin farklı iklim bölgeleri için güneş ve genleştirici-kompresör destekli iki kaynaklı ısıtma çevriminin uygulanabilirliğinin araştırılması
Investigation of performance of a solar and expander-compressor enhanced dual-source heat pump for different climate zones of Turkey
Yazar: MEHMET CAN TOPAK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET TAHİR ERDİNÇ
Tarsus Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Güneş enerjisi = Solar energy ; Isı pompası = Heat pump ; Kompresör = Compressor ; PVT davranışları = PVT behaviors ; Performans katsayısı (COP) = Coefficient of performance (COP)

Özet:
Isı pompaları konut ısıtmasında yaygın olarak kullanılmaktadır ve bu sistemin performansını arttırmak için güneş gibi farklı bir kaynaktan yararlanılan iki kaynaklı bir ısı pompası iki farklı basınçta soğutucu akışkanın buharlaşmasını sağlayabilmektedir. Bu iki buharlaşma sıcaklığı arasına ejektörde veya genleştirici – kompresörde yüksek basınçlı soğutucu akışkan kullanımı ile kompresör giriş basıncı arttırılarak daha iyi bir performans katsayısı (COP) değerleri elde edilebilir. Bu çalışma, binalara kolayca entegre edilebilen yenilenebilir ısıtma sistemi için yenilenebilir enerji kaynaklı ve yüksek etkinlikli bir ısı pompası sistemi sunmaktadır.  Sistem, ısı pompasının yüksek etkinlikte çalışması için ortam enerjisinin kullanımını en üst düzeye çıkarmak amacıyla, biri hava diğeri güneş enerjisi olmak üzere iki ısı kaynağı kullanılmıştır. Güneş kolektöründeki nispeten düşük çalışma sıcaklığı avantajı ile kolektörün ısıl verimliliği kış aylarında yeterli olacaktır. Kolektördeki PV/T (Fotovoltaik ısıl) hücresi fotovoltaikler tarafından üretilen elektrik ile şebekeden gelen enerji talebinin daha da azaltılması sağlanacaktır. Çalışmada ışınım, ortam ve kolektör sıcaklıklarının sistem performansı üzerine etkileri incelenmiştir. Optimum kolektör buharlaşma sıcaklıkları ve farklı koşullar için COP  artış potansiyelleri belirlenmiştir.  5 kW ısıtma için, 15 m2 PV/T kolektör kullanılarak 400 W/m2 ve 10 ℃ ortam altında sistemin COP değeri %25 iyileştirilebilir. Aynı koşullar için PV'den (Fotovoltaik) üretilen elektriği de dahil ederek, şebekeden gelen elektrik talebinin %87 azaltılması sağlanabilmektedir. İlerleyen zamanda, PV/T kolektörü kullanımıyla, daha geniş kolektör alanlarında sistem karbonsuz özellikte olacaktır.

Abstract:
Heat pumps are widely used in residential heating, and a dual-source heat pump utilizing different sources such as the solar energy to increase the performance of this system providing the evaporation of the working fluid at two different pressures. Better coefficient of performance (COP) values can be obtained by increasing the compressor inlet pressure by using high pressure refrigerant in the ejector or expander-compressor between these two evaporation temperatures. This study presents a renewable energy source and high effectiveness heat pump system for renewable heating system that can be easily integrated into buildings. The system uses two heat sources, one air and the other solar energy, in order to maximize the use of ambient energy for the heat pump to operate at high efficiency. With the advantage of relatively low operating temperature in the solar collector, the thermal efficiency of the collector will be sufficient in winter. With the electricity produced by the PV/T (Photovoltaic Thermal) cell photovoltaics in the collector, the energy demand from the grid will be further reduced. In the study, the effects of radiation, ambient and collector temperatures on system performance were investigated. COP increment potentials and optimum collector evaporation temperatures were also determined for different conditions. For 5 kW heating, 400 W/ m2 solar irradiance and 10 ℃ environment temperature, the COP of the system can be improved 25%. For the same conditions, by including the electricity produced from PV (Photovoltaic), 87% reduction in electricity demand from the grid can be achieved. In the future, using PV/T collector in in this cycle will result in carbon-free using bigger collector areas.