Simulation of solar assisted heat pump space heating systems with seasonal thermal energy storages

Abstract

ÖZET MEVSİMLİK GÜNEŞ ENERJİSİ DEPOLAMALI VE ISI POMPALI KONUT ISITMA SİSTEMLERİNİN SİMÜLASYONU YUMRUTAŞ, Recep Doktora Tezi, Makina Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Mazhar UNSAL Temmuz 1998, 295 sayfa Bu çalışmada, yeraltındaki küresel veya yarıküresel tip mevsimlik güneş enerjisi depolan ve ısı pompası desteğinde konutların ısıtılmasında, ısıl sistemlerin yıllık periyodik performanslarının incelenmesi için bir model ve simülasyon verilmiştir. İncelenen ısıtma sisteminde güneş enerjisinin yıl boyunca enerji deposuna aktarılması ve kış aylarında ise ısı pompası yardımı ile enerji deposundan çekilerek konutların ısıtılmasında kullanılmaktadır. Yıl boyunca her ay depolanan güneş enerjisi miktarı (j> yöntemi ile hesaplanmaktadır. Yer altında bulunan küresel veya yarıküresel şekildeki enerji deposu ve deponun çevresindeki jeolojik yapının geçici rejimdeki sıcaklığını hesaplamak için iki çözüm verilmiştir. Bu çözümler Kompleks Sonlu Fourier Dönüşümü, Süperpozisyon, ve Sonlu Hankel Dönüşümü yöntemlerinin uygulanmasıyla elde edilmiştir. Yıllık periyodik depo su sıcaklığı ve güneş enerjisi destekli konut ısıtma sisteminin ısıl performansı bir mikrobilgisayar kullanarak hesaplanmış ve elde edilen sonuçlar grafiklerle gösterilmiştir. Bilgisayar simülasyonundan elde edilen sonuçlar literatürde bulunan önceki çalışmaların sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Anahtar Kelimeler Güneş enerjisi, mevsimlik depolama, ısı pompası, güneşle aktif ısıtma. iv

ABSTRACT SIMULATION OF SOLAR ASSISTED HEAT PUMP SPACE HEATING SYSTEMS WITH SEASONAL THERMAL ENERGY STORAGES YUMRUTAŞ, Recep Ph. D. in Mechanical Engineering Supervisor : Prof. Dr. Mazhar ÜNSAL July 1998, 295 pages This study contains a simulation model for determining annual periodic performance of a solar aided space heating systems utilizing a heat pump and spherically and hemispherical ly shaped seasonal underground thermal energy storages. The heating system investigated collects solar energy throughout the whole year and extracts thermal energy from the storage by a heat pump for space heating during the winter season. The monthly solar thermal energy collected is estimated using the <j> method. Two analytical solution procedures are given, one for prediction of the transient temperature field outside the spherical and another one outside the hemispherical energy storage. The solutions are obtained by applications of Complex Finite Fourier Transform, superposition, and Finite Hankel Transform techniques. A numerical iterative procedure is used to determine the temporal variation of the seasonal thermal energy storage temperature and the thermal performance of the solar aided space heating systems under investigations. The present results are compared with the results from similar studies available in the literature. Key Words: Solar energy, seasonal storage, heat pump, active solar heating. iii