Kapsüllü buzda bir ısıl enerji depolama sisteminin enerjetik ve ekserjetik performanslarının deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation on energetic and exergetic performances of an encapsulated ice thermal energy storage system
Yazar: BUKET TURGUT
Danışman: PROF. DR. NECDET ALTUNTOP ; DOÇ. DR. DOĞAN ERDEMİR
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Ekserji = Exergy ; Enerji depolama = Energy storage ; Soğutma enerjisi = Cooling energy ; Termal enerji = Thermal energy

Özet:
Dünyadaki toplam enerji tüketiminin üçte birinden fazlasını binalardaki enerji tüketimi oluşturmaktadır. Geçmişte, binalardaki enerji tüketimindeki büyük pay ısınmada olsa da artan küresel ısınma, artan nüfus, binalarda geçirilen sürelerin ve etkinliklerin sayılarının artması gibi sebeplerden dolayı soğutma, serinletme ve taze havanın payı günümüzde önemli ölçüde artmıştır. Bu yüksek enerji talebi büyük işletme maliyetlerini de beraberinde getirmektedir. Buzda Enerji Depolama (BED) sistemleri soğutma maliyetini önemli ölçüde düşürecek uygulamalardan biridir. Bu tez çalışmasında; 15 kWh soğutma kapasitesine sahip BED sistemi, termodinamik olarak incelenmiş; enerji, ekserji ve etkinlik (COP) üzerinden değerlendirmesi yapılmıştır. Yapılan çalışmada değişik ortam koşullarının, farklı depolama sıcaklıklarının (-8, -10, -12 °C) farklı depolama hacimlerinin (0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5 m3) BED sistemi üzerindeki etkileri araştırılmıştır. 

Tez çalışmasının sonucunda; BED sistemleri soğutma gruplarının gece dış ortam sıcaklığının düşük olduğu saatlerde çalışmasını sağladığı için onların daha yüksek COP ile çalışmasını sağladığı görülmüştür. Depolama sıcaklığının düşmesine ek olarak depolama hacminin artmasının tanktan elde edilen soğuk kapasiteyi artırdığı belirlenmiştir. Bunun yanısıra sitemde dolaşan ısı transfer akışkanı (ITA) üzerinde depolama sıcaklığı düşmesi ile ciddi viskozite artışı olması sonucunda ekserji yıkımlarında düşüş meydana gelmiştir. Bu sebepler sonucunda çalışmada kullanılan BED sisteminin genel COP değeri incelendiğinde en yüksek COP değeri 0,3 m3 depolama hacminde, -10 °C depolama sıcaklığında 17.530 olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
More than one-third of the total energy consumption in the World is energy consumption in buildings. In the past, the largest share of energy consumption in buildings was from heating, but nowadays the share of cooling and fresh air has increased significantly due to factors such as increasing global warming, increasing population, increasing the time spent in buildings and the number of activities. This high energy demand brings with it large operating costs. Ice Thermal Energy Storage (ITES) systems are one of the applications that will significantly reduce the cost of cooling. In this study; an ITES system, has 15 kWh cooling capacity, investigated thermodynamically; energy, exergy and efficiency (COP) evaluation has been made. In the study, different ambient conditions, different charging temperatures (-8, -10, -12 °C), the effects of different storage medium volumes (0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5 m3) on the ITES system has been investigated. As a result of the study, it has been determined that the cooling unit integrated into the ITES system operates at a higher COP in case the ambient temperature is low. It has been determined that the increase in the storage volume in addition to the decrease in the storage temperature increases thecapacity from tank. Moreover, the decrease in charging temperature has caused a serious viscosity increase on the heat transfer fluid (HTF) circulating in the system. As a result, there is a decrease in exergy destruction. The reductions in viscosity also had serious effects on the charging pump and discharging pump in the system. As a result of these reasons, when the overall COP value of the ITES system used in the study has been examined, the highest COP value has been calculated as 17.530 at a storage volume of 0,3 m3 and a storage temperature of -10 °C.