Güneş enerjisi destekli ısı pompası ve doğalgazlı ısıtma sisteminin enerji verimliliği yönünden karşılaştırılması

Abstract

Bu çalışmada, Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi yerleşkesinde bulunan 510m² alana sahip bir seranın iklim şartlarına göre optimum düzeyde ısıtılması veya soğutulması için hibrit ısı pompası kullanılması tasarlanmıştır. Tasarlanan bu sistemde kapalı çevrim su kaynaklı ısı pompası kullanımı ile üniversite merkezi ısı sistemi ısı dağıtım borularının bulunduğu galeri hatlarında oluşan atık ısının geri kazanımı planlanmıştır. Ayrıca ısı merkezinin aktif olmadığı bahar aylarında güneş enerjili sistem ile desteklenecek şekilde tasarlanmıştır. Tasarıma akıllı kontrol sistemi eklenerek iklimsel sıcaklık farklarında bile sera ortamında sıcaklığın ve nem miktarının optimum seviyede sabit tutulması sağlanmıştır. Hâlihazırda sera alanı üniversitenin merkezi sistem ısı merkezi ile ısıtılmakta olup mevcut ısıtma sisteminin analizleri yapılarak tasarlanan sistem ile karşılaştırılmıştır. Seranın ısınma yükü 219,09MW/yıl olarak belirlenmiştir. Bu ısıyı karşılayabilmek için tasarlanan hibrit ısı pompası sistemi ile kış aylarında galeri hattından ortalama 274,27MW/yıl ve bahar aylarında güneş enerjisinden ortalama 0,3 MW/yıl enerji alınacağı hesaplanmıştır. Tasarlanan sistem için ekonomik analiz yapılarak basit geri ödeme süresi 4 yıl olarak hesaplanmıştır. Ayrıca mevcut sistem ile tasarlanan yeni sistem karşılaştırılarak avantajları belirlenmiştir. Fosil yakıt kullanımının azaltılması, sistem veriminin yükseltilmesi, bitkiler için iklimsel farklılıkların gözetilerek akıllı kontrol sistemlerinin oluşturulması, güneş enerjisinin kullanılması ve galeri ısı hatlarındaki atık ısının geri kazanılması gibi birçok önemli parametreyi bir arada bulunduran bu tasarımın ekonomik olarak da uygulanabilir olduğu sonucuna varılmıştır. Bu bağlamda, tasarladığımız sistemin gelecekte sıklıkla uygulanabilecek çevreci bir tasarım olduğu düşünülmektedir.

In this study, a hybrid heat pump was designed for optimum heating or cooling of a greenhouse with an area of 510m² that found on the campus of Karamanoglu Mehmetbey University according to climate conditions. In this designed system, it was planned to recover the waste heat generated by the use of a closed loop water source heat pump in the gallery lines where the university central heating system heat distribution pipes were located. Also, it was designed to be supported by the solar powered system in the spring months, when the heat center is not active. By adding an intelligent control system to the design, it was ensured that temperature and humidity were kept constant at the optimum level in the greenhouse environment, even in the climatic temperature differences. Currently, the greenhouse area is being heated by the central heating system center of the university and the current heating system was analyzed and compared with the designed system. The heating load of the greenhouse was determined as 219,09 MW/year. With the hybrid heat pump system designed to meet this heat requirement, an average of 274,27 MW/year from the gallery line in the winter months and an average of 0,3 MW/year energy from solar energy in the spring months was calculated to be received. Economical analysis of the designed system was made and the simple payback period was calculated as 4 years. In addition, the advantages of the existing system were compared to the new system. It has been concluded that this design, which incorporates many important parameters such as reducing the use of fossil fuel, increasing the system efficiency, establishing intelligent control systems by considering climatic differences for plants, using the solar energy and recovering the waste heat in the gallery heat lines, is economically feasible. In this context, it is thought that the system we designed is an environmentally friendly design that can be applied frequently in the future.