Yaşam döngüsü yaklaşımı ile bir güneş enerjili su ısıtma sisteminin analizi: Tasarım, modelleme ve çok-amaçlı optimizasyon
Life cycle assessment of a solar domestic hot water system: Design, modeling, and multi-objective optimization
Yazar: KAAN YAMAN
Danışman: DOÇ. DR. GÖKHAN ARSLAN
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Duyarlılık analizi = Sensitivity analysis ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems ; Optimizasyon = Optimization

Özet:
Etkin bir güneş enerjili su ısıtma sistem (GESIS) tasarımı yapabilmek için, sistemin öngörülen kullanım zaman aralığı (yıllık veya dönemsel) sırasındaki enerji tüketim oranı, toplam maliyeti ve iklim özellikleri gibi parametrelerin analiz edilmesi gereklidir. Bu çalışmada, bir GESIS'in optimum boyutları, Türkiye'nin farklı iklim bölgelerinde yıllık ve sezonsal dönemler için, ≥%40 güneş enerjisinden faydalanma oranı (SF) ile kısıtlanan yaşam döngüsü maliyet (YDM) analizi kullanılarak belirlenmiştir. Optimizasyon işleminde parçacık sürü optimizasyon/Hooke-Jeeves (PSO/HJ) melez optimizasyon algoritması kullanılmıştır. GESIS'in optimum güneş kollektörü sayısı ve sıcak su depolama tank hacmi belirlenmiştir. Optimizasyon işlemi, YDM'nin tüm bölgeler için yıllık simülasyon döneminde %3.3-5.8 ve yaz sezonunda %1.8-4.8 aralığında azaltılabileceğini göstermiştir. Kış sezonunda gerçekleştirilen optimizasyon işlemi, farklı zaman dilimlerinde elde edilen optimizasyon sonuçları arasında bir fark yaratabileceğini ortaya koymuştur. Buna göre, belirli kullanım zaman aralığında elde edilen optimum sonuçlarla GESIS'lerin performansları iyileştirilebilir. Yaz sezonunda elde edilen optimizasyon sonuçları YDM'de bir tasarruf sağlarken, kış sezonunda elde edilen sonuçlar sistemin ısıl performansında bir iyileşme sağlamıştır. Son olarak, muhtemel işletme parametrelerinin optimum GESIS üzerindeki etkisi duyarlılık analizi ile araştırılmıştır.

Abstract:
To design an effective solar water heating system (SWHS), parameters such as the energy consumption rate, total cost, and climatic region characteristics must be analyzed during the time interval (annual or seasonal) of the predicted use. In this paper, the optimum dimensions of a SWHS were determined using the life cycle cost (LCC) analysis constraint by the 40% solar fraction for the different regions of Turkey for annual and seasonal periods. Particle swarm optimization/Hooke and Jeeves hybrid optimization algorithm was applied. The optimum number of solar collectors and the volume of the hot water storage tank of the SWHS were determined. The optimization process showed that LCC could be reduced for all regions in the range of 3.3-5.8% in the annual simulation period and 1.8-4.8% in the period of the summer season simulation. The optimization process carried out in the winter season revealed that the optimization results obtained over different time periods can make a difference in the relations between the optimization parameters. Accordingly, the performance of the SWHS could be improved using a design according to the optimum results obtained at the time interval of the usage. The optimization results obtained in the summer season led to a saving in LCC while the results obtained in the winter season led to an improvement in the system's thermal performance. Finally, the relative influence of possible operating parameters on an optimum SWHS was investigated through the sensitivity analysis.