Cilt: 55Sayı: 650Mühendis ve Makina 39

Ahmet Yıldız, Önder Özgener, Leyla ÖzgenerMAKALE

Cilt: 55 Sayı: 650 Mühendis ve Makina 38

PHOTOVOLTAIC ASSISTED EARTH TO AIR HEAT EXCHANGER APPLICATION FOR A GREENHOUSE AIR CONDITIONING

Ahmet YıldızEge Üniversitesi,Fen Bilimleri Enstitüsü, Güneş Enerjisi Anabilimdalı, Bornova, İzmiryildiz_ahmet84@yahoo.com

Önder Özgener*

Doç., Dr., Ege Üniversitesi,Güneş Enerjisi Enstitüsü, Bornova, İzmironder.ozgener@gmail.com

Leyla ÖzgenerDoç. Dr.,Celal Bayar Üniversitesi,Makine Mühendisliği Bölümü, Muradiye, Manisaleyla.ozgener@cbu.edu.tr

BİR SERA İKLİMLENDİRMESİ İÇİN FOTOVOLTAİK DESTEKLİ TOPRAK HAVA ISI DEĞİŞTİRGECİ UYGULAMASI

ÖZETBu makalenin amacı düşük entalpili jeotermal kaynakların kullanılmasıdır. Toprak hava ısı değiştir-geçleri (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

ABSTRACTThe aim of the paper is evaluate low enthalpy geothermal resources. EAHEs make it possible to eva-luate 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, in-corporating 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.

Keywords: Energy, solar, geothermal, EAHE, renewable energy.* İletişim yazarı

Geliş tarihi : 22.01.2014Kabul tarihi : 12.03.2014

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.

1. GİRİŞ

Toprak hava ısı değiştirgeçleri (THID) konvansiyonel kaynaklara kıyasla çevreye verdiği tahribatı mini-mum düzeyde olan, pasif jeotermal kaynakları değer-

lendirerek 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 bir-likte diğer iklimlendirme sistemlerine kıyasla önemli bir ma-liyet avantajı vardır. İşletme ve bakım maliyetleri düşüktür. Bu hali ile konvansiyonel iklimlendirme sistemleri ile birlikte kullanılması kolaydır. Çevrim dahilinde hava dışında herhan-gi bir soğutkan kullanılmadığı için çevreye duyarlı bir iklim-lendirme 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 tahri-batın 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 zorun-ludur.

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 gö-mülü olan metal veya plastik esaslı boru sisteminden oluşmak-tadır. Yer altı hava ısı değiştirici tasarımında öncelikle sistemin ısıtma soğutma yükü belirlenmelidir. Toprağın termal diren-ci, 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 debi-sine, basınç farkına ve fanın mekanik verimliliğine bağlıdır. Fanın ihtiyaç duyduğu elektrik enerjisi genellikle elektrik şe-bekesi gibi konvansiyonel kaynaklardan sağlanmaktadır. İhti-yaç duyulan elektrik enerjisinin tamamı veya bir kısmı güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından sağlanabilir.

Bu çalışmada ele alınan yapıda galveniz malzemeden üretil-miş, 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 teo-rik çalışmalara, nümerik ve analitik modellemelere, tahmin ve simülasyon yazılımlarına, enerji ve ekserji analizlerine rastla-nılmaktadır. Bununla birlikte sayıca az olmakla birlikte farklı ülkelerde ve farklı iklim koşullarında yapılmış olan fotovolta-ik 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 bo-yunca 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 gözlen-miştir [3].

Ghosal ve Tiwari sera iklimlendirilmesi için yeni bir termal model önermişlerdir. Bu çalışma ile aynı sera THID kullanıl-madığı duruma kıyasla kış döneminde 7-8 ºC daha sıcak, yaz döneminde 5-6 ºC daha soğuk olduğu gözlenmiştir. Bunun-la birlikte yapılan çalışmada, boru uzunluğunun artırılması, boru çapının düşürülmesi, akışkanın kütlesel debisinin azaltıl-ması 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 olaca-ğı 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 performan-sını 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 gerçekleştir-mişlerdir. Yapılan çalışmada yıllık performans analizi, enerji geri ödeme süresi ve elektrik enerjisinin birim maliyeti açık-lanmıştır [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 ger-çekleştirilmiştir. Yapılan deneysel çalışmalarda enerji ve ek-

Cilt: 55 Sayı: 650

Cilt: 55Sayı: 650Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina40 41

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 ger-çekleştirilmiştir [8-12]. Özgener Ö. ve arkadaşları aynı yapı kullanılarak elde edilmiş olan deneysel veriler ile THID ter-mal direncinin tahmini üzerine bir çalışma gerçekleştirmişler-dir [13]. Söz konusu çalışma Türkiye’de gerçekleştirilen ilk ve tek THID çalışmasıdır ve Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü içerisinde İzmir şehrinde gerçekleştirilmiştir. Araş-tırmacılar 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 ül-kemizde henüz ticari bir proje uygulaması hayata geçirilme-miştir.

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 foto-voltaik sistem ile birlikte kullanarak soğutma işlevinde karma bir iklimlendirme sistemi gerçekleştirmişleridir [16]. Yıldız ve arkadaşları gerçekleştirilen karma sisteme ait enerji ve ek-serji analizlerini sunmuşlardır [17-18].

De Paepe ve Jansens yaptıkları incelemede toprağın özellikle-rinin 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 he-saplama modellerindeki farklı geometrik ve termal özellikleri olan THID model ve uygulamaları ele alınmıştır [20].

Wu ve arkadaşları THID kullanılarak yapıların soğutma yü-künün azaltılması üzerine bir çalışma gerçekleştirmişlerdir.

Yapılan çalışma ile THID performans ve soğutma kapasitesini tahmin eden bir model sunulmuştur [21]. Cucumo ve arkadaş-ları yaptığı çalışmada soğutma ve ısıtmada kullanılan farklı derinliklerdeki THID performansını tahmin eden tek boyutlu bir model önermiştir [22].

Tittelein ve arkadaşları gerçekleştirdiği THID çalışmasında yeni bir model sunmuştur. İlgili çalışmada THID analizle-ri nümerik ve analitik modeller olarak ele alınmış ve düşük tüketimli binalardaki örnek uygulamaları ile birlikte açıklan-mıştır [23]. Zhang ve Haghighat yaptıkları çalışmada geniş alanlardaki YHID termal özelliklerini incelemişlerdir. Bunun-la birlikte yapılan çalışmada tasarlanan yapay sinir ağı temelli ısı transfer algoritması açıklanmıştır [24].

2. SİSTEM VE ÖZELLİKLERİ

Sisteme ait basitleştirilmiş şema Şekil 1’de ve sistemin genel görünümü Şekil 2’de gösterilmiştir. Sisteme ait teknik özel-likler 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 kulla-nılan 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 kayna-ğını toplanarak fana iletilir.

0,7 kW gücündeki fan ile akışkan olarak kullanılan hava-nın sirkülasyonu sağlanmaktadır. Yer altı hava tüneli galva-niz malzeme ile üretilmiş olan, 0,56 metre çapında 47 metre uzunluğunda 3 metre derinlikte gömülü olan yatay U şeklin-deki borular ve bunları seraya bağlayan 0,8 metre çapında 15

Şekil 1. Fotovoltaik Destekli Toprak Hava Isı Değiştirgecine Ait Prensip Şema [8-13,16,17]

Şekil 2. Sistemin Genel Görünümü [8-13,16,17]

Temel Yapı Eleman Teknik Özellikler

Yer bağlantı kısmıToprak 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 FanHacimsel debisi 5300 m³/h, basınç farkı 200 kPa, efektif güç 736 W.

İklimlendirme yapılan yapı Sera Cam takviyeli polyester yüzey 48.512 m²

Tablo 1. Kurulu Sistemin Teknik Özellikleri [8-13]

Fotovoltaik Paneller

Adet 6Boyutlar 1344*789*72 mm

Pm 150 WattVm 30.6 VoltIm 4.87 AmperVoc 36.9 VoltIsc 5.47 Amper

Polikristal IEC 61215 IP 65Tedarikçi Axitec

İnvertörDC to AC Power inverter 1000W

24 Vdc to 230 Vac 50 HzTedarikçi Koselli (Akowa)

Konverter

AC to DC (PSP 1000)Giriş 220-240 Vac 7AÇıkış 24 Vdc 37A

Tedarikçi Meanwell

FanVoltaj 220 VoltCos φ 1 -Power 736 Watt

Tablo 2. Sistem Elemanlarının ve Ölçüm Cihazlarının Teknik Özellikleri [8-13,16,17]

Cilt: 55 Sayı: 650

Cilt: 55Sayı: 650Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina42 43

Bir Sera İklimlendirmesi İçin Fotovoltaik Destekli Toprak Hava Isı Değiştirgeci Uygulaması Ahmet Yıldız, Önder Özgener, Leyla Özgener

metre uzunluğunda dikey borulardan oluşmaktadır. Güneş serası 48,51 m² cam takviyeli polyester yüzeye sahiptir ve ku-zey-güney ekseni boyunca yerleştirilmiştir.

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 sera-nın işletme koşullarının ağır olduğu zaman dilimlerinden bi-rine rast gelmesidir.

Yapılan deneyde elektriksel voltaj, akım, güç tüketimi ve güç faktörü değerleri MPR–53 şebeke analizörü ile ölçül-müştür. Yeraltı hava tüneli giriş ve çıkışındaki hava akışka-nına ait sıcaklık ve bağıl nem değerleri termo-higronomet-

re ile hacimsel debi değerleri anemometre ile ölçülmüştür. Yeraltı hava tüneli girişinin, çıkışının, belli mesafelerdeki bölümlerinin, galvanizli iç yüzeyinin ve toprağın sıcaklıkla-rı PT–100 rezistif termometreler ile ölçülmüştür. Solar rad-yasyon değerleri pironometre ile ölçülmüş ve ölçülen tüm değerler Elimko–680 veri kaydedici ile her saniye kayde-dilmiştir.

4. BELİRSİZLİK ANALİZİ

Ölçümlerde yapılan hataların ölçümü yapan gözlemciden, ölçü aletinin belirsizliğinden ve kalibrasyon hatalarından kay-naklandığı öngörülerek yapılan bu ölçümlere ait belirsizlik analizi gerçekleştirilmiştir. Ölçülen değerlere ait belirsizlikler Tablo 3’te gösterilmiştir.

Güç Analizörü

Vin 10-500 V 46-65 Hz

Iin 0.05-5.5 A

Sınıf 1% ±1 digit

Tedarikçi Entes MPR53

Pironometre

Hassasiyet 4.5 10-6 V/Wm-2

Model CM11

Tedarikçi Kipp&Zonen

Anemometre

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

PT 100 Rezistif Termometre

Direnç 100 Ω at 0 oC

Sınıf 1.5 %

Tedarikçi Elimko

Sıcaklık ve Bağıl Nem Sensörü

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

Veri Kaydedici

Sınıf 0.5 9 digit

Analog – Dijital çevrim 16 bit

Dijital – Analog çevrim 12 bit

Çalışma şartları -5 to 55 oC 85 to 265 Vac

Tedarikçi Elimko 680

Tablo 2 devamı. Sistem Elemanlarının ve Ölçüm Cihazlarının Teknik Özellikleri [8-13,16,17]

Ölçülen Değer 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

Yeraltı hava tüneli giriş sıcaklığı oC ± 1.5

Yeraltı hava tüneli çıkış sıcaklığı oC ± 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 m3/s ± 3.0

Sera içindeki güneş radyasyonu W/m2 ± 1.0

Tablo 3. Ölçülen Değerlere Ait Belirsizlikler [8-13,16]

Soğutma yükü (Sera ortamından çekilip toprağa atılan ısı transfer oranı) Q

• , THID giriş ve çıkışı arasındaki sıcak-lık ve bağıl nem farkları dikkate alınarak hesaplanmıştır. W fanın elektriksel gücüdür.

(2)

(3)

(4)

5. ANALİZ VE HESAPLAMALAR

Soğutma deneyinde elde edilen veriler kullanılarak sisteme ait verilerin nümerik hesaplamaları ve sistemin enerji analizi gerçekleştirilmiştir.

COP (STK-soğutma tesir katsayısı-) sistemin karakteristikle-rini belirleyen temel unsurlardan birisidir [8-13].

(1)

QCOPW

=

( ), ,a a i a oQ m h h= −

( ) ( ),a i a i vi ih h w h= +

( ) ( ), , ,a o a o o v oh h w h= +

Şekil 3. Sisteme Ait Sıcaklık ve Performans Ilişkisi

Cilt: 55 Sayı: 650

Cilt: 55Sayı: 650Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina44 45

Bir Sera İklimlendirmesi İçin Fotovoltaik Destekli Toprak Hava Isı Değiştirgeci Uygulaması Ahmet Yıldız, Önder Özgener, Leyla Özgener

Hesaplamalarda kullanılan nemli havaya ait entalpi değerleri psikrometrik diyagram kullanılarak elde edilmiştir. Fotovol-taik verimlilik deneysel veriler kullanılarak hesaplanmıştır.

(5)

5.1 Kabuller

Yapılan matematiksel hesaplamalarda alternatif akıma ait ge-rilim 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 radyasyo-nunun ölçüm cihazları üzerindeki negatif etkileri ihmal edil-miştir [8-13] .

6. DENEYSEL BULGULAR

Şekil 3-4’te 25.08.2010 tarihinde 08.00–16.30 saatleri arasın-da yapılan deneyde kaydedilen veriler gösterilmiştir. Sisteme ait 3 yıl gibi uzun dönem performans izleme çalışmaları yü-rütülmüş bu çalışmada okuyuculara yönelik olarak bir durum çalışmasına ait veriler verilmiştir [8-18;25-28].

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 gözlen-miştir. 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 bü-yük değerinin % 62,53 ve ortalama değerinin % 40,05 olduğu gözlenmiştir. Deney sırasında ihtiyaç duyulan 6,73 kWh ener-jinin 2,76 kWh kadarı fotovoltaik panellerden geri kalan 3,97 kWh kadarı şebeke bağlantısından elde edilmiştir.

7. SONUÇLAR

Yapılan çalışmada şebeke bağlantılı fotovoltaik sistemler ile birlikte sera soğutma amacıyla kullanılan THID sisteminin ve elemanlarının performansı ve verimliliği incelenmiştir.

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 sıcaklığı-nın 31,00 ºC, sıcaklık farkının 7,73 ºC, giriş bağıl neminin % 40,56, çıkış bağıl neminin % 59,66 olduğu gözlenmiştir.

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.

Şekil 4. Sistemin Enerji Talebi ve Fotovoltaik Karekteristiği

Elde edilen deneysel verilere ait ortalama değerler incelendi-ğinde, fotovoltaik destekli THID kullanılarak yaz döneminde Ege bölgesinde zirai bina iklimlendirme işleminde yıl boyun-ca 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 tasar-lanan 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

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)

Yunan Harfleri

η Enerji verimi (%)

ω Özgül nem değeri (kg/kg)

Alt İndisler

a Hava

m Ölçülen çalışma değeri

i Giriş

o Çıkış

oc Açık devre değeri

PV Fotovoltaik

sc Kısa devre değeri

v Buhar

Kısaltmalar

AC Alternatif akım

DC Doğru akım

STK (COP) Performans katsayısı

THID Toprak hava ısı değiştirgeci

TEŞEKKÜR

Bu araştırma, alfabatik sırayla Celal Bayar Üniversitiesi, Cornell University Cornell Energy Institute, Ege Üniversi-tesi 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 Evaluati-on 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. 519-523.

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 Paramet-ric Studies for Thermal Performance of an Earth to Air Heat Exchanger Integrated with a Greenhouse," Energy Conversi-on 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 In-tegrated 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 (In-dia)," 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 Coo-ling," Energy, 35(10), p. 4079-4085.

10. Özgener, Ö., Özgener L. 2010. "Exergoeconomic Analysis

.

.

.

mPV

T

WI A

η =

Cilt: 55 Sayı: 650 Mühendis ve Makina 46

Bir Sera İklimlendirmesi İçin Fotovoltaik Destekli Toprak Hava Isı Değiştirgeci Uygulaması

of an Underground Air Tunnel System for Greenhouse Coo-ling System," International Journal of Refrigeration, 33(5), p. 995-1005.

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.

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.

13. Özgener, Ö., Ozgener, L., Goswami, D.Y. 2011. "Experi-mental Prediction of Total Thermal Resistance of a Closed Loop EAHE for Greenhouse Cooling System," International Communications in Heat and Mass Transfer, 38(6), p. 711-716.

14. 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 Re-views, 15(9), p. 4483-4490.

15. Özgener, L. 2012. "Coefficient of Performance (COP) Analy-sis of Geothermal District Heating Systems (GDHSs): Salihli GDHS Case Study," Renewable and Sustainable Energy Re-views, 16(2), p. 1330-1334.

16. Özgener, Ö., Özgener, L., Yıldız, A. 2012. "Fotovoltaik Destekli Yer Hava Isı Değiştirgeci Tasarımı ve Uygulaması," Ege Üniversitesi 10GEE007 kodlu Bilimsel Araştırma Proje-si, Bornova, İzmir, s. 24.

17. Yıldız, A., Özgener, Ö., Özgener, L. 2011. "Exergetic Per-formance Assessment of Solar Photovoltaic Cell (PV) Assis-ted Earth to Air Heat Exchanger (EAHE) System for Solar Greenhouse Cooling," Energy and Buildings, 43, p. 3154-3160.

18. Yıldız, A., Özgener, Ö., Özgener, L. 2012. "Energetic Per-formance Analysis of Solar Photovoltaic Cell (PV) Assisted Closed Loop Earth to Air Heat Exchanger for Solar Green-house Cooling: An Experimental Study for Low Energy Arc-hitecture in Aegean Region," Renewable Energy, 44, p. 281-287.

19. De Paepe, M., Jansens, A. 2003. "Thermo Hydraulic Design of Earth-air Heat Exchangers," Energy and Buildings, 35, p. 389-397.

20. Florides, G., Kalogirou, S. 2007. "Ground Heat Exchan-gers- A Review of Systems, Models and Applications," Re-newable Energy, 32, p. 2461-2478.

21. Wu, H., Wang, S., Zhu, D. 2007. "Modeling and Evaluation of Cooling Capacity of Earth Air Pipe Systems," Energy Con-version and Management, 48, p. 1462-1471.

22. 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 Res-ponse 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 Mo-nitoring of Exergetic Performance Analysis of an EAHE As-sisted 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 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 Geot-hermal (ground) Heat Exchangers Applications," Internatio-nal 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.