1060 KB

Ahmet Yıldız, Önder Özgener, Leyla Özgener
MAKALE
BİR SERA İKLİMLENDİRMESİ İÇİN FOTOVOLTAİK DESTEKLİ
TOPRAK HAVA ISI DEĞİŞTİRGECİ UYGULAMASI
Ahmet Yıldız
Ege Üniversitesi,
Fen Bilimleri Enstitüsü,
Güneş Enerjisi Anabilimdalı,
Bornova, İzmir
[email protected]
Önder Özgener*
Doç., Dr.,
Ege Üniversitesi,
Güneş Enerjisi Enstitüsü,
Bornova, İzmir
[email protected]
ÖZET
Bu makalenin amacı düşük entalpili jeotermal kaynakların kullanılmasıdır. Toprak hava ısı değiştirgeçleri (THID) pasif jeotermal kaynakların değerlendirilmesine olanak tanımaktadır. Ülkemizde iyi
bilinen bir teknoloji değildir. Ülkemizde bilinen ilk proje 2009 yazında 09GEE003 numaralı projeyle
başlamıştır. Güneş serasının yıllık soğutma ihtiyacının 12MWh olacağı beklenmiştir. 2010 yılında
enerji tüketimini azaltmak için söz konusu sisteme PV (fotovoltaik) sistem eklenmiştir. Temel fikir
fanın elektrik harcamalarının arttığı yaz soğutma sezonunda ve pik soğutma günlerinde kullanmaktır.
Bu şekilde verimli ve ucuz bir soğutma sağlanmıştır. Ele alınan sistem kapalı devre bir THID'tır.
Anahtar Kelimeler: Enerji, güneş, jeotermal, THID, yenilenebilir enerji
Leyla Özgener
Doç. Dr.,
Celal Bayar Üniversitesi,
Makine Mühendisliği Bölümü,
Muradiye, Manisa
[email protected]
PHOTOVOLTAIC ASSISTED EARTH TO AIR HEAT EXCHANGER
APPLICATION FOR A GREENHOUSE AIR CONDITIONING
ABSTRACT
The aim of the paper is evaluate low enthalpy geothermal resources. EAHEs make it possible to evaluate passive geothermal resources. This technology is not known well our hometown. In the summer
of 2009, the project entitled Utilization of Earth to Air Heat Exchangers for Solar Greenhouses pre
Heating and Performance Analysis (UEAHESGHPA) in the Ege University Project No: 09GEE003
was launched. The solar greenhouse building is expected to have an annual cooling load of 12MWh.
For decreasing the energy consumption rate of the system the authors suggest a hybrid system, incorporating a solar photovoltaic cell system (PV) assisted Earth-to-Air Heat Exchanger, which was
developed in 2010. The principal idea is to use the PVs to meet the electricity expenses of the fan
during summer cooling seasons when the required summer peak load cooling can be generated very
efficiently and cheaply.
İletişim yazarı
*
Geliş tarihi
: 22.01.2014
Kabul tarihi
: 12.03.2014
Keywords: Energy, solar, geothermal, EAHE, renewable energy.
Yıldız, A., Özgener, Ö., Özgener, L. 2014. “Bir Sera İklimlendirmesi İçin Fotovoltaik Destekli Toprak Hava Isı Değiştirgeci Uygulaması,” Mühendis ve Makina, cilt 55, sayı 650,
s. 38-46.
Cilt: 55
Sayı: 650
38 Mühendis ve Makina
T
1. GİRİŞ
oprak hava ısı değiştirgeçleri (THID) konvansiyonel
kaynaklara kıyasla çevreye verdiği tahribatı minimum düzeyde olan, pasif jeotermal kaynakları değerlendirerek iklimlendirme sağlayan yapılardır. Diğer jeotermal
temelli yapılarla kıyaslandığında da THID bazı avantajlara
sahiptir.
THID kullanılarak düşük sıcaklıktaki jeotermal rezervler en
iyi şekilde değerlendirebilir. Aynı sistem üzerinde, mevsim
değişiklerinde ek bir değişikliğe ihtiyaç duymadan ısıtmada
ve soğutmada kullanılabilir. Kullanımı basittir. Bununla birlikte diğer iklimlendirme sistemlerine kıyasla önemli bir maliyet avantajı vardır. İşletme ve bakım maliyetleri düşüktür.
Bu hali ile konvansiyonel iklimlendirme sistemleri ile birlikte
kullanılması kolaydır. Çevrim dahilinde hava dışında herhangi bir soğutkan kullanılmadığı için çevreye duyarlı bir iklimlendirme yapısıdır. Seraların ve benzer tarımsal yapıların yaz
ve kış aylarında THID'lerle iklimlendirilmesi mümkündür. Bu
yapılarda THID’nın kullanılması ile konvansiyonel kaynak
kullanımının azaltılabileceği, buna bağlı olarak çevresel tahribatın ve karbon, metan, azotoksit vb. kirleticilerin salınımının
düşürülebileceği öngörülmektedir. Zirai bina uygulamalarının
dışında yaşam mekanlarında kullanılması düşünüldüğünde iç
hava kalitesi açısından bir filtre sistemi kullanılması zorunludur.
THID temelde iki ayrı parça olarak düşünülebilir. Bu parçalar
yer altı hava tüneli (i) ve akışkan (hava) çevrimini sağlayan
fandır (ii). Sistemin iki ayrı yapı olarak ele alınması sistemin
tasarımında ve sistem performans analizinde kolaylık sağlar
[1-28].
Yeraltı hava tüneli (i) toprağın altında belli bir derinlikte gömülü olan metal veya plastik esaslı boru sisteminden oluşmaktadır. Yer altı hava ısı değiştirici tasarımında öncelikle sistemin
ısıtma soğutma yükü belirlenmelidir. Toprağın termal direnci, toprak altına gömülecek THID mekanik mukavemet göz
önünde bulundurularak THID malzemesine, dikey veya yatay
oluşuna, uzunluğuna, çapına (ayrıt uzunluğuna) ve THID’ın
gömüleceği toprağın derinlik mesafesine karar verilir.
Akışkanın dolaşımını sağlayan fan (ii) sabit veya değişken
hızlı olabilir. Kullanılan fanın gücü akışkanın hacimsel debisine, basınç farkına ve fanın mekanik verimliliğine bağlıdır.
Fanın ihtiyaç duyduğu elektrik enerjisi genellikle elektrik şebekesi gibi konvansiyonel kaynaklardan sağlanmaktadır. İhtiyaç duyulan elektrik enerjisinin tamamı veya bir kısmı güneş
enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından sağlanabilir.
Bu çalışmada ele alınan yapıda galveniz malzemeden üretilmiş, U şeklinde, kapalı çevrimli, yatay THID ile polikristal
silikon malzemeden üretilmiş fotovoltaik paneller birlikte
kullanılarak karma bir kurulum gerçekleştirilmiştir.
Açık literatürde THID ile ilgili yapılmış olan deneysel ve teorik çalışmalara, nümerik ve analitik modellemelere, tahmin ve
simülasyon yazılımlarına, enerji ve ekserji analizlerine rastlanılmaktadır. Bununla birlikte sayıca az olmakla birlikte farklı
ülkelerde ve farklı iklim koşullarında yapılmış olan fotovoltaik destekli THID çalışmalarına da rastlanılmaktadır.
Bojic ve ark. çalışmalarında THID'nın teknik ve ekonomik
performanslarını değerlendirmişlerdir. Aynı yapıyı soğutma
ve ısıtmada kullanarak yaptıkları mukayesede THID enerji
maliyetinin yaz döneminde kışa göre daha ucuz olduğunu
göstermişlerdir [1-2].
Ghosal ve ark. THID ile birlikte kullanılan yapının yıl boyunca enerji verimliliğini değerlendirmek için basitleştirilmiş
bir analitik model geliştirmişlerdir. Bu çalışmada aynı yapıda
THID kullanılmadığı duruma kıyasla, kış döneminde 6-7 ºC
daha sıcak, yaz döneminde 3-4 ºC daha soğuk olduğu gözlenmiştir [3].
Ghosal ve Tiwari sera iklimlendirilmesi için yeni bir termal
model önermişlerdir. Bu çalışma ile aynı sera THID kullanılmadığı duruma kıyasla kış döneminde 7-8 ºC daha sıcak, yaz
döneminde 5-6 ºC daha soğuk olduğu gözlenmiştir. Bununla birlikte yapılan çalışmada, boru uzunluğunun artırılması,
boru çapının düşürülmesi, akışkanın kütlesel debisinin azaltılması ve derinliğin 4 metreye çıkarılması ile sıcaklık farkında
bir iyileşme olacağı vurgulanmıştır [4].
Chel ve Tiwari THID ile birlikte kullanılan yapıları değişken
iklim koşulları ile birlikte inceledikleri deney ve analizlerinde
tüm işletme periyoduna indirgenmiş maliyeti araştırmışlardır.
Ele alınan yapılar ile çevresel sıcaklık değerleri arasında 5-15
ºC’lik fark gözlenerek geri ödeme süresinin 2 yıldan az olacağı öngörülmüştür [5].
Bansal ve ark. yaptıkları soğutma deneyinde 23,42 metre
uzunluğunda, 8,0-12,7 ºC sıcaklık aralığında, 2-5 m/s akışkan
hızlarında, çelik ve PVC borular kullanarak THID performansını araştırmışlardır. Yapılan çalışmada sistem performansının
gömülü boru malzemesinden daha çok akışkan hızına bağlı
olduğuna dikkat çekilmiştir. Hava akışının 2 m/s’den 5 m/s’ye
çıkarılması ile COP’nin 1,9’dan 2,9’a yükseldiği gözlenmiştir
[6].
Chel ve Tiwari şebekeden bağımsız fotovoltaik sistem ile
çalışan THID ile ısıtma ve soğutma çalışmaları gerçekleştirmişlerdir. Yapılan çalışmada yıllık performans analizi, enerji
geri ödeme süresi ve elektrik enerjisinin birim maliyeti açıklanmıştır [7].
Özgener Ö. ve Özgener L. galvanizli malzemeden yapılmış,
hava akışkanını kullanan, yatay, kapalı çevrimli U şeklinde
bir THID tasarımı gerçekleştirmişlerdir. Bu yapı kullanılarak
Ege bölgesinde sera ısıtılması ve soğutulması deneyleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan deneysel çalışmalarda enerji ve ek-
Mühendis ve Makina
55
39 Cilt:
Sayı: 650
Bir Sera İklimlendirmesi İçin Fotovoltaik Destekli Toprak Hava Isı Değiştirgeci Uygulaması
Ahmet Yıldız, Önder Özgener, Leyla Özgener
serji analizleri kullanılarak sistemin performansı açıklanmış,
bununla birlikte sisteme ait eksergo-ekonomik analiz de gerçekleştirilmiştir [8-12]. Özgener Ö. ve arkadaşları aynı yapı
kullanılarak elde edilmiş olan deneysel veriler ile THID termal direncinin tahmini üzerine bir çalışma gerçekleştirmişlerdir [13]. Söz konusu çalışma Türkiye’de gerçekleştirilen ilk
ve tek THID çalışmasıdır ve Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi
Enstitüsü içerisinde İzmir şehrinde gerçekleştirilmiştir. Araştırmacılar THID üzerine ve bu sistemin diğer yenilenebilir
enerji teknolojileri ile birlikte kullanımı üzerine çalışmalarına
o tarihten bu yana devam etmektedirler [8-18;25-28]. THID
üzerine dünyada pek çok ticari uygulama olmasına karşın ülkemizde henüz ticari bir proje uygulaması hayata geçirilmemiştir.
Yapılan çalışma ile THID performans ve soğutma kapasitesini
tahmin eden bir model sunulmuştur [21]. Cucumo ve arkadaşları yaptığı çalışmada soğutma ve ısıtmada kullanılan farklı
derinliklerdeki THID performansını tahmin eden tek boyutlu
bir model önermiştir [22].
Özgener L. Toprak Hava Isı Değiştirgeçleri ve aktif ısıtma
amacıyla kullanılan jeotermal kaynaklar hakkında inceleme
çalışması gerçekleştirmiştir [14-15]. Özgener Ö. ve arkaşları
kapalı çevrimli, yatay THID yapısını şebeke bağlantılı fotovoltaik sistem ile birlikte kullanarak soğutma işlevinde karma
bir iklimlendirme sistemi gerçekleştirmişleridir [16]. Yıldız
ve arkadaşları gerçekleştirilen karma sisteme ait enerji ve ekserji analizlerini sunmuşlardır [17-18].
2. SİSTEM VE ÖZELLİKLERİ
De Paepe ve Jansens yaptıkları incelemede toprağın özelliklerinin ve iklim koşullarının da doğru THID seçimi konusunda
etkili olduğunu vurgulamışlardır [19]. Florides ve Kalogirou
yaptıkları çalışmada THID model ve uygulamaları üzerine bir
inceleme gerçekleştirmişlerdir. Bu çalışma ile farklı tip ve hesaplama modellerindeki farklı geometrik ve termal özellikleri
olan THID model ve uygulamaları ele alınmıştır [20].
Wu ve arkadaşları THID kullanılarak yapıların soğutma yükünün azaltılması üzerine bir çalışma gerçekleştirmişlerdir.
Tittelein ve arkadaşları gerçekleştirdiği THID çalışmasında
yeni bir model sunmuştur. İlgili çalışmada THID analizleri nümerik ve analitik modeller olarak ele alınmış ve düşük
tüketimli binalardaki örnek uygulamaları ile birlikte açıklanmıştır [23]. Zhang ve Haghighat yaptıkları çalışmada geniş
alanlardaki YHID termal özelliklerini incelemişlerdir. Bununla birlikte yapılan çalışmada tasarlanan yapay sinir ağı temelli
ısı transfer algoritması açıklanmıştır [24].
Sisteme ait basitleştirilmiş şema Şekil 1’de ve sistemin genel
görünümü Şekil 2’de gösterilmiştir. Sisteme ait teknik özellikler Tablo 1’de ve Tablo 2’de gösterilmiştir.
Şekil 1 üzerinde I ile gösterilen 1 kW gücünde konverter ile
sistemi çalıştırmak için birincil enerji kaynağı olarak kullanılan elektrik şebekesi gerilimi doğrultulmakta ve inverter
girişine iletilmektedir. II ile gösterilen 0,9 kW gücündeki
fotovoltaik paneller sistemin çalıştırılması için ikincil enerji
kaynağıdır ve panel çıkışları inverter girişine bağlıdır. III ile
gösterilen 1 kW gücündeki inverter ile farklı iki enerji kaynağını toplanarak fana iletilir.
0,7 kW gücündeki fan ile akışkan olarak kullanılan havanın sirkülasyonu sağlanmaktadır. Yer altı hava tüneli galvaniz malzeme ile üretilmiş olan, 0,56 metre çapında 47 metre
uzunluğunda 3 metre derinlikte gömülü olan yatay U şeklindeki borular ve bunları seraya bağlayan 0,8 metre çapında 15
Şekil 2. Sistemin Genel Görünümü [8-13,16,17]
Tablo 1. Kurulu Sistemin Teknik Özellikleri [8-13]
Temel Yapı
Eleman
Teknik Özellikler
Yer bağlantı kısmı
Toprak hava ısı değiştirgeci
(Yeraltı hava tüneli)
Çelik, yatay U tipinde kapalı çevrimli gömülü boru
sistemi, çap 0,56 m, uzunluk 47 m, sera bağlantısı
dikey boru sistemi, çap 0,8 m, uzunluk 15 m
Sirkülasyon kısmı
Fan
Hacimsel debisi 5300 m³/h, basınç farkı 200 kPa,
efektif güç 736 W.
İklimlendirme yapılan yapı
Sera
Cam takviyeli polyester yüzey 48.512 m²
Tablo 2. Sistem Elemanlarının ve Ölçüm Cihazlarının Teknik Özellikleri [8-13,16,17]
Fotovoltaik Paneller
Adet
6
Boyutlar
1344*789*72
mm
Pm
150
Watt
Vm
30.6
Volt
Im
4.87
Amper
Voc
36.9
Volt
Isc
5.47
Amper
Polikristal
IEC 61215
IP 65
Tedarikçi
Axitec
DC to AC Power inverter 1000W
İnvertör
24 Vdc to 230 Vac 50 Hz
Tedarikçi
Koselli (Akowa)
AC to DC (PSP 1000)
Konverter
Şekil 1. Fotovoltaik Destekli Toprak Hava Isı Değiştirgecine Ait Prensip Şema [8-13,16,17]
Cilt: 55
Sayı: 650
40 Mühendis ve Makina
Fan
Giriş
220-240 Vac
7A
37A
Çıkış
24 Vdc
Tedarikçi
Meanwell
Voltaj
220
Volt
Cos φ
1
-
Power
736
Watt
Mühendis ve Makina
55
41 Cilt:
Sayı: 650
Bir Sera İklimlendirmesi İçin Fotovoltaik Destekli Toprak Hava Isı Değiştirgeci Uygulaması
Ahmet Yıldız, Önder Özgener, Leyla Özgener
Tablo 2 devamı. Sistem Elemanlarının ve Ölçüm Cihazlarının Teknik Özellikleri [8-13,16,17]
Güç Analizörü
Pironometre
Anemometre
PT 100 Rezistif
Termometre
Sıcaklık ve Bağıl Nem
Sensörü
Birim
Toplam Belirsizlik (%)
Fanın efektif gücü
kW
± 1.0
Faz gerilimi
V
± 1.0
Toplam akım
A
± 1.0
Frekans
Hz
± 1.0
Güç faktörü (Cos φ)
-
± 1.0
o
C
± 1.5
o
C
± 1.5
Yeraltı hava tüneli giriş bağıl nem değeri
%
± 1.0
Yeraltı hava tüneli çıkış bağıl nem değeri
%
± 1.0
Boru içindeki havanın hızı
m/s
± 3.0
Hacimsel debi
m /s
± 3.0
Sera içindeki güneş radyasyonu
W/m
± 1.0
10-500 V
Iin
0.05-5.5 A
Sınıf
1%
±1 digit
Tedarikçi
Entes
MPR53
Hassasiyet
4.5 10-6
V/Wm-2
Model
CM11
Yeraltı hava tüneli giriş sıcaklığı
Tedarikçi
Kipp&Zonen
Yeraltı hava tüneli çıkış sıcaklığı
Aralık 0.5-40 m/s
Çözünürlük 0.01 m/s
Doğruluk ±2%
Çalışma şartları
0 oC to 50 oC
80 % Bağıl Nem
Tedarikçi
Lutron
AM-4206M
Direnç
100 Ω at 0 oC
Sınıf
1.5 %
Tedarikçi
Elimko
Sıcaklık aralığı
-20 to +70 oC
±0.5 oC
Bağıl nem aralığı
0 % to 100 %
±2.5 %
Hassasiyet
0.1 oC
0.1 %
Voltaj
24 Vdc
IP 65
Tedarikçi
Testo
6621-A02
Sınıf
0.5
9 digit
46-65 Hz
16 bit
Dijital – Analog çevrim
12 bit
Çalışma şartları
-5 to 55 oC
Tedarikçi
Elimko 680
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR
Deneysel veriler 25.08.2010 tarihinde 08.00–16.30 saatleri
arasında yapılan soğutma deneylerinden elde edilmiştir. Bu
günün okuyucuya seçilmesinde etken, havanın açık ve seranın işletme koşullarının ağır olduğu zaman dilimlerinden birine rast gelmesidir.
Yapılan deneyde elektriksel voltaj, akım, güç tüketimi ve
güç faktörü değerleri MPR–53 şebeke analizörü ile ölçülmüştür. Yeraltı hava tüneli giriş ve çıkışındaki hava akışkanına ait sıcaklık ve bağıl nem değerleri termo-higronomet-
3
2
5. ANALİZ VE HESAPLAMALAR
Analog – Dijital çevrim
metre uzunluğunda dikey borulardan oluşmaktadır. Güneş
serası 48,51 m² cam takviyeli polyester yüzeye sahiptir ve kuzey-güney ekseni boyunca yerleştirilmiştir.
42 Mühendis ve Makina
Ölçülen Değer
Vin
Veri Kaydedici
Cilt: 55
Sayı: 650
Tablo 3. Ölçülen Değerlere Ait Belirsizlikler [8-13,16]
Soğutma deneyinde elde edilen veriler kullanılarak sisteme
ait verilerin nümerik hesaplamaları ve sistemin enerji analizi
gerçekleştirilmiştir.
COP (STK-soğutma tesir katsayısı-) sistemin karakteristiklerini belirleyen temel unsurlardan birisidir [8-13].
Q
COP =
W
(1)
Soğutma yükü (Sera ortamından çekilip toprağa atılan ısı
•
transfer oranı) Q , THID giriş ve çıkışı arasındaki sıcaklık ve bağıl nem farkları dikkate alınarak hesaplanmıştır.
W fanın elektriksel gücüdür.
(
)
 = m h − h
Q
a
a ,i
a ,o
(2)
h
a ,i = ( ha )i + wi ( hv )i
(3)
( )
( )
ha ,o = ha ,o + wo hv ,o
(4)
85 to 265 Vac
re ile hacimsel debi değerleri anemometre ile ölçülmüştür.
Yeraltı hava tüneli girişinin, çıkışının, belli mesafelerdeki
bölümlerinin, galvanizli iç yüzeyinin ve toprağın sıcaklıkları PT–100 rezistif termometreler ile ölçülmüştür. Solar radyasyon değerleri pironometre ile ölçülmüş ve ölçülen tüm
değerler Elimko–680 veri kaydedici ile her saniye kaydedilmiştir.
4. BELİRSİZLİK ANALİZİ
Ölçümlerde yapılan hataların ölçümü yapan gözlemciden,
ölçü aletinin belirsizliğinden ve kalibrasyon hatalarından kaynaklandığı öngörülerek yapılan bu ölçümlere ait belirsizlik
analizi gerçekleştirilmiştir. Ölçülen değerlere ait belirsizlikler
Tablo 3’te gösterilmiştir.
Şekil 3. Sisteme Ait Sıcaklık ve Performans Ilişkisi
Mühendis ve Makina
55
43 Cilt:
Sayı: 650
Bir Sera İklimlendirmesi İçin Fotovoltaik Destekli Toprak Hava Isı Değiştirgeci Uygulaması
Ahmet Yıldız, Önder Özgener, Leyla Özgener
Elde edilen deneysel verilere ait ortalama değerler incelendiğinde, fotovoltaik destekli THID kullanılarak yaz döneminde
Ege bölgesinde zirai bina iklimlendirme işleminde yıl boyunca başarıyla uygulanabileceği ön görülmektedir [8-14, 16, 17,
25, 26].
Deney sırasında tüketilen 6,73 kWh elektrik enerjisinin 2,76
kWh olan kısmı fotovoltaik panellerden, geri kalan 3,97 kWh
kadarı şebeke bağlantısından elde edilmiştir. Bu şekilde tasarlanan bir şebeke bağlantılı sistem elektrik enerjisi sarfiyatını
azaltmak için kullanılabilir.
Bununla birlikte fotovoltaik panel sayısı artırılarak ve/veya
sisteme bataryalar ilave ederek, elektrik şebekesi olmayan
tarımsal tesislerde kullanılabilecek şebekeden bağımsız bir
fotovoltaik destekli THID sistemi kurmak da mümkündür
[25-28].
SEMBOLLER
Şekil 4. Sistemin Enerji Talebi ve Fotovoltaik Karekteristiği
Hesaplamalarda kullanılan nemli havaya ait entalpi değerleri
psikrometrik diyagram kullanılarak elde edilmiştir. Fotovoltaik verimlilik deneysel veriler kullanılarak hesaplanmıştır.
ηPV
W
= m
IT A
(5)
5.1 Kabuller
Yapılan matematiksel hesaplamalarda alternatif akıma ait gerilim 220 Volt, frekans 50 Hertz ve güç faktörü 1 olarak kabul
edilmiştir. Fotovoltaik paneller ve konverter çıkışlarının 24 V
olduğu kabul edilmiştir. Fanın ilk çalıştığı anda oluşan aşırı
akıma bağlı negatif etkiler ve kayıplar ihmal edilmiştir.
Deneysel bulgular ışığı altında, THID iç yüzeyinde görülen
yoğuşmanın sabit olduğu ve boru içindeki akışın homojen
olduğu kabul edilmiştir. Toprağın termal geçirgenliğinin her
noktada aynı olduğu ve toprak ile THID arasında mükemmel
temas olduğu kabul edilmiştir.
Sera içindeki tavan ve duvarlardan yansıyan güneş radyasyonunun ölçüm cihazları üzerindeki negatif etkileri ihmal edilmiştir [8-13] .
6. DENEYSEL BULGULAR
Şekil 3-4’te 25.08.2010 tarihinde 08.00–16.30 saatleri arasında yapılan deneyde kaydedilen veriler gösterilmiştir. Sisteme
ait 3 yıl gibi uzun dönem performans izleme çalışmaları yürütülmüş bu çalışmada okuyuculara yönelik olarak bir durum
çalışmasına ait veriler verilmiştir [8-18;25-28].
Cilt: 55
Sayı: 650
44 Mühendis ve Makina
Elde edilen deneysel sonuçlar incelendiğinde THID girişi ve
çıkışı arasındaki sıcaklık farkının en büyük değerinin 10,9 ºC
ve sıcaklık farkının ortalama değerinin 7,7 ºC olduğu gözlenmiştir. Bununla birlikte soğutma yükünün en büyük değerinin
6,52 kW ve ortalama değerinin 4,63 kW, COP katsayısının
en büyük değerinin 8,86 ve ortalama değerinin 6,29 olduğu
gözlenmiştir.
Fotovoltaik panellerin sisteme katkısının en büyük değeri 514
Watt ve ortalama değeri 324 Watt, fotovoltaik katkının en büyük değerinin % 62,53 ve ortalama değerinin % 40,05 olduğu
gözlenmiştir. Deney sırasında ihtiyaç duyulan 6,73 kWh enerjinin 2,76 kWh kadarı fotovoltaik panellerden geri kalan 3,97
kWh kadarı şebeke bağlantısından elde edilmiştir.
A
Fotovoltaik yüzey alanı (m²)
cosφ
Güç faktörü (-)
h
Özgül entalpi (kJ/kg)
IT
Eğik yüzeye düşen anlık toplam ışınım (W/m2)
m
Kütlesel debi (kg/s)
Q
Toprağa atılan ısı transfer oranı (kW)
W
Elektriksel güç (W, kW)
.
.
.
η
Enerji verimi (%)
ω
Özgül nem değeri (kg/kg)
m
Ölçülen çalışma değeri
i
Giriş
o
Çıkış
Yapılan ölçümler sonucunda elde edilen ortalama değerler
şöyledir: Sera içindeki güneş radyasyon değerinin 669 W/m²,
THID nemli hava giriş sıcaklığının 38,73 ºC, çıkış sıcaklığının 31,00 ºC, sıcaklık farkının 7,73 ºC, giriş bağıl neminin %
40,56, çıkış bağıl neminin % 59,66 olduğu gözlenmiştir.
oc
Açık devre değeri
PV
Fotovoltaik
sc
Kısa devre değeri
v
Buhar
Yapılan elektriksel ölçümlerde şebekeden çekilen gücün
466,69 W, fotovoltaik panellerden elde edilen gücün 324,44
W, ortalama fotovoltaik katkının % 40,05, soğutma yükünün
4,63 kW ve COP değerinin 6,29 olduğu gözlenmiştir.
Kısaltmalar
AC
Alternatif akım
DC
Doğru akım
Toprak hava ısı değiştirgeci
TEŞEKKÜR
Bu araştırma, alfabatik sırayla Celal Bayar Üniversitiesi,
Cornell University Cornell Energy Institute, Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü, University of South Florida
CERC, TÜBİTAK tarafından desteklenmiştir. Araştırmacılar,
09GEE003 ve 10GEE007 kodlu araştırma projelerine finansal
katkılarından dolayı Ege Üniversitesi Bilimsel Araştırma Fon
Saymanlığı’na teşekkür eder.
KAYNAKÇA
1.Bojic, M., Trifunovic, N., Papadakis, G., Kyritsis, S. 1997.
"Numerical Simulation, Technical and Economic Evaluation of Earth to Air Heat Exchanger Coupled to a Building,"
Energy, 22, p. 151-158.
2.
Bojic, M., Papadakis, G., Krytsis, S. 1999. "Energy From
a Two Pipe Earth to Air Heat Exchanger," Energy, 24, p. 519523.
3.
Ghosal, M.K., Tiwari, G.N., Srivastava, N.S.L. 2004.
"Thermal Modeling of a Greenhouse with an Integrated Earth
to Air Heat Exchanger, an Experimental Validation," Energy
and Buildings, 36(3), p. 219-227.
4.
Ghosal, M.K., Tiwari, G.N. 2006. "Modeling and Parametric Studies for Thermal Performance of an Earth to Air Heat
Exchanger Integrated with a Greenhouse," Energy Conversion and Management, 47 (13-14), p. 1779-1798.
5.
Chel, A., Tiwari, G.N. 2009. "Performance Evaluation and
Life Cycle Cost Analysis of Earth to Air Heat Exchanger Integrated Adobe Building for New Delhi Composite Climate,"
Energy and Buildings, 41, p. 56-66.
6.
Bansal, V., Misra, R., Agrawal, G.D., Mathur, J. 2010.
"Performance Analysis of Earth-pipe-air Heat Exchanger for
Summer Cooling," Energy and Buildings, 42, p. 645-648.
7.
Chel, A., Tiwari, G.N. 2010. "Stand Alone Photovoltaic
(PV) Integrated with Earth to Air Heat Exchanger (EAHE)
for Space Heating Cooling of Adobe House in New Delhi (India)," Energy Conversion and Management, 51, p. 393-409.
8.
Özgener, L., Özgener, Ö. 2010. "An Experimental Study
of the Exergetic Performance of an Underground Air Tunnel
System for Greenhouse Cooling," Renewable Energy, 35, p.
2804-2811.
9.
Özgener, L., Özgener, Ö. 2010. "Energetic Performance Test
of an Underground Air Tunnel System for Greenhouse Cooling," Energy, 35(10), p. 4079-4085.
10.
Özgener, Ö., Özgener L. 2010. "Exergoeconomic Analysis
Alt İndisler
Hava
Yapılan çalışmada şebeke bağlantılı fotovoltaik sistemler ile
birlikte sera soğutma amacıyla kullanılan THID sisteminin ve
elemanlarının performansı ve verimliliği incelenmiştir.
THID
Yunan Harfleri
a
7. SONUÇLAR
STK (COP) Performans katsayısı
Mühendis ve Makina
55
45 Cilt:
Sayı: 650
Bir Sera İklimlendirmesi İçin Fotovoltaik Destekli Toprak Hava Isı Değiştirgeci Uygulaması
of an Underground Air Tunnel System for Greenhouse Cooling System," International Journal of Refrigeration, 33(5), p.
995-1005.
20.
Florides, G., Kalogirou, S. 2007. "Ground Heat Exchangers- A Review of Systems, Models and Applications," Renewable Energy, 32, p. 2461-2478.
11.
Özgener, Ö., Özgener, L. 2010. "Exergetic Assessment of
EAHEs for Building Heating in Turkey: A Greenhouse Case
Study," Energy Policy, 38, p. 5141-5150.
21.
Wu, H., Wang, S., Zhu, D. 2007. "Modeling and Evaluation
of Cooling Capacity of Earth Air Pipe Systems," Energy Conversion and Management, 48, p. 1462-1471.
12.
Özgener, Ö., Özgener, L. 2011. "Determining the Optimal
Design of a Closed Loop EAHE for Greenhouse Heating by
Using Exergoeconomics," Energy and Buildings, 43(4), p.
960-965.
22.
13.
Özgener, Ö., Ozgener, L., Goswami, D.Y. 2011. "Experimental Prediction of Total Thermal Resistance of a Closed
Loop EAHE for Greenhouse Cooling System," International
Communications in Heat and Mass Transfer, 38(6), p. 711716.
Cucumo, M., Cucumo, S., Montoro, L., Vulcano, A. 2008.
"A One Dimensional Transient Analytical Model for Earth
to Air Heat Exchangers for Earth to Air Heat Exchangers,
Taking into Account Condensation Phenomena and Thermal
Perturbation from the Upper Free Surface as Well as around
the Buried Pipes," International Journal of Heat and Mass
Transfers, 51(3-4), p. 506-516.
23.
Tittelein, P., Achard, G., Wurtz, E. 2009. "Modeling Earth
to Air Heat Exchanger Behavior with the Convolutive Response Factor Methods," Applied Energy, 86, p. 1683-1691.
24.
Zhang, J., Haghighat, F. 2007. "Convective Heat Transfer
Prediction in Large Rectangular Cross Sectional Area Earth
to Air Heat Exchangers," Building and Environment, 48, p.
1462-1471.
25.
Özgener, Ö, Özgener, L. 2013. "Three Cooling Seasons Monitoring of Exergetic Performance Analysis of an EAHE Assisted Solar Greenhouse Building," ASME- Journal of Solar
Energy Engineering, 135, 021008-1-7.
26.
Özgener, Ö, Özgener, L, Tester, JW. 2013. "Three Heating
Seasons Monitoring of Usage of Low Enthalpy Geothermal
Resources:Exergetic Performance Analysis of an EAHE
Assisted Agricultural Building," 38th. Stanford Geothermal
14.
15.
16.
17.
18.
19.
Cilt: 55
Sayı: 650
Özgener, L. 2011. "A Review on the Experimental and
Analytical Analysis of Earth to Air Heat Exchanger (EAHE)
Systems in Turkey," Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(9), p. 4483-4490.
Özgener, L. 2012. "Coefficient of Performance (COP) Analysis of Geothermal District Heating Systems (GDHSs): Salihli
GDHS Case Study," Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(2), p. 1330-1334.
Özgener, Ö., Özgener, L., Yıldız, A. 2012. "Fotovoltaik
Destekli Yer Hava Isı Değiştirgeci Tasarımı ve Uygulaması,"
Ege Üniversitesi 10GEE007 kodlu Bilimsel Araştırma Projesi, Bornova, İzmir, s. 24.
Yıldız, A., Özgener, Ö., Özgener, L. 2011. "Exergetic Performance Assessment of Solar Photovoltaic Cell (PV) Assisted Earth to Air Heat Exchanger (EAHE) System for Solar
Greenhouse Cooling," Energy and Buildings, 43, p. 31543160.
Yıldız, A., Özgener, Ö., Özgener, L. 2012. "Energetic Performance Analysis of Solar Photovoltaic Cell (PV) Assisted
Closed Loop Earth to Air Heat Exchanger for Solar Greenhouse Cooling: An Experimental Study for Low Energy Architecture in Aegean Region," Renewable Energy, 44, p. 281287.
De Paepe, M., Jansens, A. 2003. "Thermo Hydraulic Design
of Earth-air Heat Exchangers," Energy and Buildings, 35, p.
389-397.
46 Mühendis ve Makina
Workshop, February 11-13, 2013, Stanford University, San
Francisco CA, USA.
27.
Özgener, Ö, Özgener, L, Tester, J.W. 2013. "A Practical
Approach to Predict Soil Temperature Variations for Geothermal (ground) Heat Exchangers Applications," International Journal of Heat and Mass Transfer, 62, p. 473-480.
28.
Özgener, Ö, Özgener, L. 2013. "Three Cooling Seasons
Monitoring of Energetic Performance Analysis of an EAHE
(Earth to Air Heat Exchanger) Assisted Solar Greenhouse
Building, Journal of Green Building, Spring 2013, vol. 8, no.
2, p. 153-161.

Download Report