Theses supervised by Prof. Dr. Halime Ömür Paksoy
16 theses · Çukurova University
Increasing energy efficiency in dishwashers by using thermal energy storage in phase change materials
Increasing energy efficiency of domestic appliances will help decrease energy consumption in residential sector. In dishwashers, waste heat from the discharge water of first washing cycle can be stored as latent heat in an appropriate Phase Change Material (PCM). The stored heat can later be recovered to preheat the second washing cycle water. In this study, design, development, testing and building the prototype of a suitable Thermal Energy Storage (TES) system to store waste heat with the purpose of more efficient energy utilization in dishwashers were carried out.Thermophysical properties and thermal stabilities of paraffin based PCMs and their paraffin binary mixtures with different compositions were determined and storage and recovery experiments were carried out. In experiments with waste heat recovery at 52 oC highest temperature increase was obtained for PCM-A as 14.3 oC and a corresponding increase in energy efficiency as 24.1 %.The experimental results were tested in the prototype that was built by Arçelik Company in Çayırova Plant. The prototype with PCM-A prepared by Çukurova University to store waste heat at 52ºC did not give the expected increase in energy efficiency. As an alternative solution, prototype tests were repeated for PCM-B with lower melting temperature and energy efficiency was increased by 3.6 %. This increase is yet not enough for large scale economical production of the prototype and further R&D activities are needed.Key Words: Energy Efficiency, Dishwasher, Waste Heat, Phase Change Material (PCM), Thermal Energy Storage (TES)
Yeni nesil bina malzemeleri için faz değiştiren madde geliştirilmesi
Bu çalışmada beton karışımlarda Faz Değiştiren Madde(FDM) kullanımıyla mekanik dayanımını koruyarak ısıl performansının iyileştirilmesi amaçlanmıştır. FDM olarak, faz değiştirme sıcaklıkları 26 ? C ve 23 ? C ve gizli ısı değerleri 110 J/g olan mikrokapsüllenmiş parafin kullanılmıştır. Geliştirilen FDM'li beton karışımlarda FDM miktarının artmasıyla betonun yayılma ve reoplastik görünümlerinde iyileşme olduğu gözlenmiştir. Değişen FDM miktarlarına göre hazırlanan beton karışımlarının şahit (FDM'siz) numuneye göre basınç mukavemetinde C85'den C60 beton sınıfına kadar düşüş meydane gelmiştir. FDM'li tüm beton karışımların depoladıkları ısının şahit örnekten daha yüksek olduğu ve en yüksek değerin, hepsinden daha düşük kütlesi olmasına rağmen, 7750 J ile şahitten %78 daha fazla olarak, %10 FDM'li beton karışımda elde edilmiştir. Hidratasyon sıcaklığı ve ısısı ile yapılan denemelerde de FDM'nin artırıcı etkisi olduğu görülmüştür, ancak bu sonuçların uzun süreli deneylerle tekrarlanması gereklidir. Elde edilen sonuçlar, FDM'li beton karışımların yapı endüstrisinde kışın ısıtma ve yazın soğutma enerjisinden tasarruf sağlayacak bir ürün olmaya aday olduğunu göstermektedir. Ülkemizde enerji tüketiminde ikinci büyük sektör olan binalarda yaygın olarak kullanılan fosil yakıt tüketiminin azaltılmasıyla iklim değişikliğine yol açan sera gazlarının emisyonu da önemli miktarda azaltılabilecektir.
Faz değiştiren malzemelerin paketlenmesinde kullanılmak üzere geliştirilmiş yüksek ısıl iletkenlikli polietilenterefitalat polimeri sentezi
Bu çalışmada Faz Değiştiren Maddelerin (FDM) paketlenmesinde de kullanılabilecek, ısıl değişimlere hızlı cevap verebilmesi için ısıl iletkenliği arttırılmış Polietilen Terefitalat (PET) sentezlenmesi amaçlanmıştır. FDM'ler geniş sıcaklık aralıklarında ısıl enerji depolanması ve tekrar kazanılması amacıyla sıkça kullanılan malzemelerdir. Faz değişiminin kontrollü olarak yapılabilmesi, kolay taşınması ve saklanması için paketleme malzemesi içerisinde muhafaza edilirler. Paketleme malzemesinin korozif ve toksik olmaması, kolay bulunur ve ucuz olması gereklidir. PET, paketleme endüstrisinde sıkça kullanılan bir malzemedir. Mevcut kullanım alanlarına yeni bir alan daha eklenmesi, büyümekte olan PET endüstrisine katkıda bulunacaktır. Ayrıca, FDM'lerin paketlemesinde kullanılabilir malzemelerin çeşitliliğinin arttırılması ile yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanım kolaylığı sağlanarak enerji verimliliğinin arttırılması amaçlanmıştır. PET'in ısıl iletkenliğinin arttırılması için kütlece %0,1 - %0,5 ve %1 oranlarında grafen ve polipirol eklenmesi şeklinde iki farklı metot denenmiştir. Son üründe elde edilen katkılı PET'in ticari yapılabilirliği göz önünde bulundurularak katkılar polimerizasyon esnasında, esterleşme reaksiyonu sonunda eklenmiştir. Elde edilen sonuçlar, Grafenli PET karışımlarının polimerizasyon ortamında polimerin istenilen özelliklerine etki etmeden hazırlanabileceğini göstermektedir. Çalışma sonucu elde edilen malzemelerin ısıl iletkenliğinin tespiti için iki farklı metot kullanılmıştır. Kütlece %1 Grafen eklenmesinin polimerin radyal ısıl iletkenliğini 0,28 W/mK 'den 0,48 W/mK 'e arttırdığını göstermiştir.
Bina yapı malzemelerinde kullanılacak organik esaslı mikrokapsüllenmiş faz değiştiren maddelere güç tutuşurluk özelliği kazandırılması
Binalar dünyada enerji ihtiyacının en fazla olduğu sektörlerdendir. Binalarda enerji verimliliğini arttırmak üzere yapı malzemelerinde termal enerji depolama (TED) sistemleri geliştirilmiştir. Bunların en yaygın olanı faz değiştiren maddeler (FDM) ile gizli ısı depolama sistemleridir. Uygun ısıl özellikleri bakımından tercih edilen parafin içerikli FDM'lerin yüksek yanıcılık özellikleri dezavantaj oluşturmaktadır. Bu çalışma ile organik FDM'lere güç tutuşurluk özelliği kazandırılması amaçlanmıştır. Yapılan deneysel çalışmalarda parafin FDM kullanılarak polistiren kabuk maddesi ile emülsiyon polimerizasyonu ile mikrokapsüllenmiştir. Yeni bir yaklaşımla alev geciktirici malzeme mikrokapsüllenmiş FDM (mFDM)'ye polimerizasyon sırasında eklenmiştir. Alev geciktirici malzeme olarak orto fosforik asit (OFA) ve pentaeritritol (PER) uygulanmıştır. Sentezlenen örneklerin karakterizasyonu TGA, DSC, FT-IR, SEM analizleriyle ve güç tutuşurluk özelliklerinin belirlenmesinde ise yanma ısısı tayini, tutuşmazlık testi ve alevlenme testi yapılmıştır. Sonuçlar alev geciktiricilerin toz haldeki mFDM'lerin yanıcılığını olumlu yönde değiştirdiğini göstermiştir. İkinci bir yöntem olarak OFA malzemesine daldırılarak emdirme yapılan mFDM'lerin yanma ısılarının %30 oranında azaldığı belirlenmiştir. Alev geciktirici içeren mFDM eklenmiş beton örneklere yapılan yangın güvenliği analizlerinde en iyi sonuç OFA90 eklenen mFDM ile elde edilmiştir. Mikrokapsülleme sırasında alev geciktirici eklenmesiyle organik mFDM'lerin güç tutuşurluk özelliklerinin iyileştirilebileceği ve binalarda güvenli olarak kullanılabileceği belirlenmiştir.
Binalarda enerji tasarrufu için güneş enerjisini faz değiştiren maddede pasif depolayan yeni beton karışımların geliştirilmesi ve uygulanması
Bu çalışmada, faz değiştiren madde (FDM) içeren yeni nesil beton karışımları geliştirilerek, betonun termal depolama özelliklerinin arttırılması ve binalarda güneş enerjisinden pasif olarak daha fazla yararlanma imkânları araştırılmıştır. İlk aşamada, konfor sıcaklığına uygun, beton için kullanılan kimyasal katkılara benzer yapıda FDM adayları belirlenmiştir. FDM eklenmesiyle beton yapısında meydana gelebilecek değişimler hidratasyon sıcaklığı takibi, XRD, SEM ve basınç dayanım testleri ile incelenmiştir. FDM adaylarının beton içerisinde doğrudan karıştırılarak veya kapsüllenerek uygulanması ile elde edilecek termal kazanımlar karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Kullanılan FDM'lerin betonarme çeliğine olası korozif ya da korozyon koruyucu etkisi Elektrokimyasal İmpedans Spektroskopisi yöntemi ile bir yıl boyunca incelenmiştir. FDM'lerin, betonun termal özelliklerini geliştirirken betonarme çeliği üzerinde korozif etki göstermediği görülmüştür. Geliştirilen FDM'li beton karışımları kullanılarak iki katmanlı kompozit beton paneller üretilmiş ve bu paneller kullanılarak test kulübeleri inşaa edilmiştir. Adana, İncirlik'teki test sahasında, gerçek iklim koşulları altında, FDM'li ve FDM'siz test kulüblerinden elde edilen sıcaklık, iklim ve güneş ışınımı verileri 2 yıl boyunca kaydedilmiştir. Çalışmanın son aşamasında binalarda FDM kullanımı ile sağlanacak ekonomik ve çevresel yararlar hesaplanarak elde edilecek fayda ve sağlanacak tasarruf değerleri belirlenmiştir. Sonuçlar, FDM'li beton ile inşaa edilen binalarda mevsime göre, ısıtma yükünün %13'e kadar azaltılabileceğini göstermiştir.
Telekomünikasyon baz istasyonlarında enerji verimliliğinin arttırılması için faz değiştiren madde geliştirilmesi
Bu çalışma ile telekomünikasyon baz istasyonlarında soğutma amaçlı kullanılan klimaların toplam çalışma süreleri düşürülerek elektrik enerjisinden tasarruf edilmesi amaçlanmıştır. Ayrıca elektrik kesintilerinde jeneratör kullanım süresini azaltarak yakıt maliyetlerini düşürerek üretilen sera gazı miktarının azaltılabilecektir. Sistemden yayılan atık ısının Faz Değiştiren Madde (FDM)'de depolanması ve hava akımı ile uzaklaştırılması için alüminyum malzemeden ısı depolama ünitesi tasarlanmış ve üretilmiştir. Uygun sıcaklık aralığı için seçilen FDM'ler Micronal 5001(BASF), Kaprik Asit, Kaprik-Miristik asit karışımı ve Kaprik-Stearik asit karışımıdır. Her bir FDM için tek basamakta ve kademeli olarak ısı depolama ünitesi içerisinde, fanın açık ve kapalı pozisyonlarında ısınma deneyleri yapılmıştır. Özel bir firmaya ait telekomünikasyon baz istasyonunda günlük elektrik enerjisi tüketimi 75 kWh ve bu tüketimin 15kWh'lik kısmının istasyonu soğutma için kullanılan 12.000 BTU'lük bir klimanın tükettiği elektriksel ölçümlerle belirlenmiştir. Deney sonuçlarına ve yapılan hesaplamalara göre örnek telekomünikasyon baz istasyonunda elektrik kesintisi durumunda, 10 adet ısı depolama ünitesi ve FDM olarak 100 kg kaprik asit kullanımı ile istasyonun iki saat boyunca normal çalışmasına devam edebileceği sonucuna varılmıştır.
Gıda ambalajlarının sıcaklık kontrolünde kullanılacak mikrokapsüllenmiş faz değiştiren maddelerin (MFDM) sentezlenmesi
Bu çalışamda gıdaların uygun sıcaklık aralığında korunmasını sağlayan ambalajın geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu sıcaklık koruma aralığı 4-25 ̊C olarak belirlenmiştir. Bu aralığa uygın faz değiştiren madde (FDM) seçimi yapılmıştır. Otuzdört farklı faz değiştiren madde kapsülü beş farklı kabuk malzemesi ile sentezlenmiştir. Bu kapsüllerin termal, kimyasal, morfolojik özellikleri incelenmiş ve uygun kapsül adayı belirlenmiştir. Başarıyla sentezlenen bu mikrokaspüller arasından, hali hazırda gıda ambalajlarında polistiren kullanıldığından, insan sağlığı ve maliyeti dikkate alarak da oktanoik asitin stiren mikrokapsüllerinin (erime entalpisi 42,9 J/g) kullanılması uygun görülmüştür. Faz değiştiren maddeli ve aday mikrokapsüllü gıda ambalajı tasarlanmıştır. Bu amlajların gıdanın farklı koşullarda ne kadar süre ile termal koruma yaptığı belirlenmiştir. Sonuçlar değerlendirildiğinde, yaklaşık olarak mikrokapsüllenmiş FDM 9 saate kadar, yalnız FDM 6 saate kadar ısıl koruma sağladığı görülmüştür.
Faz değiştiren maddelerde termal enerji depolamasının kullanımıyla buzdolaplarında enerji verimliliğinin arttırılması
Termal enerji depolama sistemleri, yenilenebilir ve atık ısı kaynaklarının mevcut olduğu zamanlarda enerjinin depolanarak, kaynakların kesintiye uğradığı zamanlarda kullanılmasına olanak vermektedir. Isıtma ve soğutma uygulamalarında verimliliğinin arttırılarak enerji tüketiminin azaltılmasında faz değiştiren maddelerde (FDM) termal enerji depolamasından yararlanılır. Bu çalışmada amaç, buzdolabında faz değiştiren maddeler (FDM) geliştirilmesiyle enerji verimliliğinin arttırılması, durma/çalışma sürelerinin optimizasyonu, sıcaklık salınımının azaltılmasıyla donmuş gıda kalitesinin arttırılması ve elektrik kesintisi durumunda gıdaların daha uzun süre korunmasıdır. Buzdolaplarında genellikle kullanım amaçlarına uygun olarak, biri (-18)-(-25)°C, diğeri (+3)-(+8)°C sıcaklık aralığında çalışan iki bölme bulunmaktadır. Bu sıcaklıklara uygun FDM'ler hazırlanmıştır. Bu FDM'lerin termal özellikleri belirlenerek buzdolabında termal enerji depolama (TED) deneyleri yapılmıştır. FDM'lere kap olarak kullanılan metaller için korozyon testleri yapılmış, en uygun metal seçilmiştir. Buzdolabında FDM uygulaması ile %9,4 enerji tasarrufu sağlanmıştır. Kompresörün durma süresi uzatılarak kompresör ömrü uzamış, elektrik kesintisinde kabin içi sıcaklıkta 2,6 °C fark elde edilmiştir. Son olarak buzdolaplarında FDM kullanımı ile sağlanacak ekonomik ve çevresel yararlar hesaplanmıştır.
Hibrit/elektrikli araçlarda kullanılan lityum bataryaların ısıl yönetimi için nano-kompozit faz değiştiren maddelerin geliştirilmesi
Ulaşım kaynaklı CO2 emisyonları dünyada toplamın %26'sını, ülkemizde %17'sini oluşturmaktadır. 2020'ye kadar ulaşımda hibrit/elektrikli araçların (HEA/EA) %20'ye çıkmasıyla, araçlardan kaynaklı emisyonların >%5,2 ve küresel CO2 emisyonun da %1,3-3'lük azalması beklenmektedir. HEA/EA'ın yaygınlaşması için kabul edilebilir menzili, rekabet edebilir hacim, ağırlık ve maliyette sağlayabilen güvenli bir depolama sistemi mevcut değildir. Bu kısıtları aşmak için önerilen sistemlerinin başında gelen Lityum temelli pillerin depolama kapasitesinin ve ömrünün korunması için çalışma sıcaklığının 20-55°C arasında olması gerekmektedir. Bu sıcaklığın üstünde pil kapasitesi dramatik şekilde düşmekte ve daha yüksek sıcaklıklarda patlamayla sonuçlanan bir ısıl kararsızlık görülmektedir. Bu çalışmada Lityum iyon pillerin ısıl yönetimi için faz değiştiren madde (FDM) nano-kompozit içeren bir prototip geliştirilmiştir. Şehir içi çevrim uygulamalarına göre farklı ortam sıcaklıklarında yapılan denemelerde FDM'siz batarya bloğunun sıcaklığının dış ortam 30°C'lerdeyken bile 80°C ye ulaştığı, geliştirilen %10 nanomagnetit-parafin içeren prototiple 40°C'lik farkla güvenli sıcaklık aralığında kalındığı görülmüştür. Bu durum bataryanın hem güvenli kullanılabilmesini hem de batarya bloğu içinde homojen sıcaklık dağılımı ile daha uzun ömürlü olmasını sağlamaktadır.
Çukurova bölgesinde narenciye ağaçlarının ısıl korunması için faz değiştiren madde geliştirilmesi
Bu çalışmada narenciye ağaçlarının donma hasarından korunması amacıyla termal enerji depolama özelliğine sahip faz değiştiren maddeler (FDM) geliştirilmiştir. Donma hasarı sıcaklık sıfır santigrat derecenin altına düştüğü zaman bitkilerin zarar görmesiyle oluşan ve ciddi ekonomik kayıplara sebep olabilen meteorolojik bir olaydır. Çukurova bölgesinde zaman zaman görülen don olayı sırasında ağaç gövdesinin sıcaklığını güvenli bir seviyede tutmak amacıyla etanol, etilen glikol ve propilen glikolün sulu çözeltileri faz değiştiren maddeler olarak araştırılmıştır. Geliştirilen alkol çözeltilerinin soğuma-ısınma eğrileri, diferansiyel taramalı kalorimetre analizleri ve termal iletkenlikleri ölçülmüştür. FDM olarak hazırlanan çözeltilerin ısıl korumada kullanılabilmesi için uygun paketler geliştirilerek performansları bir narenciye fidan gövdesi örneği üzerinde ölçülmüştür. Deneyler sırasında karşılaşılan aşırı soğuma problemi gümüş iyodürün çekirdekleştirici madde olarak kullanılmasıyla çözülmüştür. Termal koruma performansı en iyi olan etanol çözeltisi olmakla beraber her üç çözeltinin de ağaçların ısıl korunmasında FDM olarak kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.
High temperature thermal energy storage in packed bed - Case study in food industry
Thermal energy storage (TES) is a key technology to increase efficiency of solar energy in industrial applications. In this study, laboratory scale packed-bed TES system was built and new sustainable and low cost sensible thermal energy storage materials (STESMs) based on demolition wastes (DW) were developed to analyze its performance in industrial solar applications below 200°C. The results showed that STESM developed from DW has good thermal and mechanical properties. It is recommended as a potential low‐cost STESM for industrial solar applications up to 750°C. The lab-scale packed-bed filled with new STESMs attained 67% energy efficiency at optimum operating conditions, that is 10% higher than similar studies in literature. The scaled up TES system integrated with solar plant in food industries can provide approximately 40% saving in fossil fuel consumption. Key Words: Thermal energy storage, Sensible thermal energy storage materials, Solar heat industrial applications, Packed-bed, Demolition waste
Binalarda enerji verimliliğinin artırılması için kapsüllenmiş faz değiştiren madde geliştirilmesi
Bu çalışmada, binalarda enerji verimliliğinin arttırılabilmesi için bina yapı malzemeleriyle birlikte kullanılacak mikrokapsüllenmiş faz değiştiren maddelerin geliştirilmesi hedeflenmiştir. İlk olarak bina konfor sıcaklıklarında faz değiştiren maddeler araştırılmış ve yağ asidi karışımlarından meydana gelen %75 Kaprik asit - %25 Miristik asit karışımı (ΔH: 155,6 J/g, Te: 26,5) ve %70 Kaprik asit - %30 Laurik asit (ΔH: 131,6 J/g, Te: 21,6 °C) mikrokapsüllenmek üzere seçilmiştir. FDM'lerin kapsüllenmesi için koaservasyon ve emülsiyon polimerizasyonu yöntemleri kullanılmıştır. Kapsüllenmiş FDM'lerin beton karışım içinde kırılmasını önleyebilmek amacıyla deney koşulları optimize edilmiştir. Toplamda 50 mikrokapsül denemesi gerçekleştirilmiş ve numuneler için DSC, SEM, FTIR analizleri, ısınma-soğuma eğrileri oluşturulmuştur. 13 mikrokapsül örneğinin entalpi değeleri ΔH mFDM ≥ 70 J/g olarak saptanmıştır. En iyi termal ve mekanik özellikte olan D11( FDM: 75% Kaprik asit - %25 Miristik asit, kabuk malzemesi: Polimetilmetakrilat, tanecik boyutu: 350-550 nm, Te aralığı: 24,1-28,1°C, ΔH=97,6 J/g) ve D38 (FDM: %75 Kaprik asit + %25 Miristik asit, kabuk malzemesi: Polistiren, tanecik boyutu: 300-550 nm, Te aralığı: 17,2-25,4 °C, ΔH=86,5 J/g ) kodları verilen iki mFDM adayı seçilmiştir. Yapı elemanları içerisindeki mFDM' lerin yapısal uygunluklarını belirlenmek amacıyla SEM analizleri yapılmıştır.
Termal enerji depolamada biyoesinlenme, biyokimyasal malzemeler ve yöntemler
Günümüzde enerji üretimi ağırlıklı olarak fosil yakıtlardan sağlanmaktadır. Ancak yaşanan iklim krizi ve enerji güvenliği gibi sorunlar nedeniyle yenilenebilir enerji kaynaklarının verimli uygulamaları öne çıkmaktadır. Termal Enerji Depolama (TED) Sistemleri yenilenebilir enerji kaynaklarının kesintisiz kullanımını sağlamaktadır. TED sistemlerinde gizli ısı depolama yöntemi yüksek depolama kapasitesinde faz değiştiren malzemelerden (FDM) yararlanarak günümüzde yaygın olarak uygulanmaya başlanmıştır. FDM'ler ısıtma, soğutma ve sıcaklık kontrolü için TED sistemlerinde kullanılmaktadır. Doğada sıcakkanlı canlılar yaşamlarını sürdürebilmek için vücut sıcaklıklarını, organ ve sistemlerinin çalışabildiği optimum sıcaklıkta tutmak zorundadırlar. Bunun için yüzlerce yıl süren adaptasyonlara uğramışlar ve hayatlarını sürdürmüşlerdir. Bu tez çalışmasında canlılardaki sıcaklık kontrolünden esinlenilerek FDM'ler ve TED için sistemler geliştirilmiştir. Soğuk okyanuslarda yaşayan birçok memeli gibi vücut ısılarının kontrolü için balinaların vücutlarında da 'blubber' dokusu bulunmaktadır. Yapılan araştırmalarda 'blubber'da en yüksek oranda bulunan yağ asitlerinin oleik asit, palmitik asit, stearik asit ve miristik asit olduğu belirlenmiştir. Bu yağ asitleri ve bunlara ek olarak yine 'blubber' tabakasında bulunan oleil alkol kullanılarak yedi farklı FDM geliştirilmiştir. FDM'lerin faz değişimi esnasında ortamdan uzaklaşmasını engellemek için destek materyalleri olarak geliştirilen hidrojellerde tutuklanarak şekil kararlı yapı kazandırılmıştır. Kararlı ve sızdırmazlık özelliğiyle PVA en uygun hidrojel olarak belirlenmiştir. Geliştirilen, %25 FDM içeren şekil kararlı PVA/FDM kompozit yapısında 4 farklı geometride borusuz ısı değiştiricisi tasarlanmıştır. Bu sistemlerle yapılan TED deneylerinin sonuçları %67-%82 arasında değişen verim elde edilebileceğini göstermiştir. Bu sonuçlar PVA/FDM kompoziti borusuz ısı değiştiricilerinin daha ekonomik ve etkin TED uygulamaları için potansiyel oluşturduğunu göstermektedir. Bu çalışma doğadaki mükemmel örneklerden biyo-esinlenmeyle yapılan tasarımların daha yenilikçi ve etkin ilerlemelere yol açabileceğini göstermektedir.
Yeşil kimya ile çok fonksiyonlu mikrokapsüllenmiş faz değiştiren madde geliştirilmesi
Günümüzde, fosil yakıtların tükenmesi ve atmosfere saldığı gazlar, araştırmacıları yenilenebilir enerji kaynaklarına ve bu enerjinin depolanması için araştırmalar yapmaya yönlendirmiştir. Enerjinin depolanması, enerji üretimi kadar önemlidir. Enerji depolama sistemleri arasında ise termal enerji depolama (TED) ekonomik alternatifler sunmaktadır. Termal enerji depolama ise üç farklı yöntem ile gerçekleşmektedir. Bunlar, gizli ısı depolama, duyulur ısı depolama ve termokimyasal ısı depolama yöntemleridir. Gizli ısı depolama, faz değiştiren malzemelerin, faz değişimi sırasında ısının depolanması ve geri salınmasına dayalıdır. Faz değiştiren malzemeler (FDM) ortam ile etkileşimlerini önlemek, daha kararlı hale getirmek, termal iletkenliğini iyileştirmek, çoklu fonksiyonlar kazandırmak ve bozunmayı önlemek için kapsüllenmektedir. Polimerizasyon reaksiyonları sonucu elde edilen kabuklar kapsüllenme işleminde kullanılmaktadır. Bu kapsülleme işlemlerin sürdürülebilirlik ilkeleri çerçevesinde gerçekleştirilmesi temiz enerji kaynaklarının kullanımının yanı sıra atıkların azaltılması açısından da önemlidir. Bu tezin amacı doğada bulunan kabuk malzemeleriyle FDM'lerin mikrokapsüllenmesi ve çok fonksiyonlu özellikler kazandırılmasıdır. Burada FDM'lerin mikrokapsülleme işlemi ilk defa yeşil kimya ilkelerine göre araştırılmış ve uygunlukları belirlenmiştir. Bu sonuçlara göre doğada bulunan kabuk malzemeleri kullanılarak sentezlenen 9 adet mikrokapsülün yeşil kimya ilkelerine uyduğu, düşük atık, yüksek enerji verimliliği, doğaya zararsız sentez, bozunma için tasarım, güvenli kimyasal tasarımı ve sürdürülebilirliği sağladığı görülmüştür.
Güneş enerjisi uygulamaları için akışkan yatakta mikrokapsüllenmiş faz değiştiren maddelerde termal enerji depolama
Akışkan yataklar, etkili ısı ve kütle transferi uygulamaları için kimya endüstrilerinde kullanılmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından yararlanmanın hızlı ve verimli bir yolunu sunmak için termal enerji depolamada (TED) da kullanılabilirler. Mikrokapsüllenmiş FDM'ler, bu uygulamalarda TED ortamı ve akışkanlaştırılmış faz olarak kullanılabilirler. Termal enerji depolaması için akışkan yatak kullanımını araştıran az sayıda deneysel çalışma vardır. Bu çalışmalar, mikrokapsüllenmiş FDM özelliklerinin, akışkan yatak kullanımına uygun hale getirilmesi gerekliliğini vurgulamaktadır. Bu uygulamalarda önemli olan mikrokapsül özellikleri arasında boyutlar, termal iletkenlik, termal kararlılık ve dayanıklılık yer almaktadır. Bu çalışmada, 55°C ve 65°C depolama sıcaklıklarında mikrokapsüllenmiş FDM'lerin havayla akışkanlaştırılmış deneysel bir yatakta performansı araştırılmıştır. Sonuçlar, Geldart şemasına göre A-tipi ve C-tipi parçacıklara karşılık gelen mikrokapsüllü FDM'lerin TED'de kullanımının mümkün olduğunu göstermektedir. Akışkanlaştırma işlemi, mikrokapsüllenmiş FDM'lerin morfolojisini etkilememiştir. Depolama ve geri kazanım uygulamaları %81 'e varan verimlerle çok hızlı bir şekilde gerçekleştirilmiştir.
Telekomünikasyon baz istasyonlarının iklimlendirilmesinde gizli ısı depolama uygulaması
Termal enerji depolama (TED) uygulamaları, uygun metodlarla daha etkin ve verimli hale getirilerek elde edilebilecek enerji tasarrufu arttırılabilir. Günümüzde Türkiye'de telekomünikasyon baz istasyonu sayısı 01.01.2020 tarihi itibariyle BTK raporuna göre yaklaşık 200.000 adet olup, bilgi ve iletişim teknolojisi sistemleri sektöründe elde edilecek enerji tasarrufu, enerji verimliliği ve iklim değişikliği ile mücadele çalışmaları açısından da önem arz etmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, telekomünikasyon baz istasyonlarının iklimlendirilmesinde enerji verimliliği, enerji tasarrufu ve enerji güvenliği sağlamak üzere faz değiştiren madde (FDM) içeren yeni bir hibrit gizli ısı depolama tekniği için malzeme ve yöntem geliştirilmesi amaçlanmıştır. Ayrıca geliştirilecek hibrit gizli ısı depolama tekniği ile günlük FDM erime-donma çevrim sayısını arttırmak ve erime-donma çevriminin dış hava sıcaklığına olan bağımlılığını büyük oranda azaltmak hedefler arasında yer almaktadır. İlk aşamada istasyon çalışma koşullarına uygun FDM adayları belirlenmiş ve laboratuvar testleri yapılmıştır. Daha sonra, hava kanalı, evaporatif soğutucu, fan ve FDM'li ısı depolama ünitelerinden oluşan hibrit gizli ısı depolama sisteminin (HEFIS) tasarım ve imalat çalışmaları yapılmıştır. İkinci aşamada standart özelliklerde telekomünikasyon baz istasyon kabini imal edilmiş ve kabin içerisine HEFIS uygun şekilde montaj edilmiştir. Üçüncü aşamada, gerçek iklim koşulları altında testler yapılmak üzere kabin ağustos ayında Ankara'da açık alandaki test sahasına taşınmıştır. Hibrit TED sisteminin devre dışı bırakılması ve devreye alınması sağlanarak iki durum için saha testleri gerçekleştirilmiş her aşamada sıcaklık ve elektrik enerjisi tüketim ölçümleri yapılarak tüm veriler kayıt altına alınmıştır. Son aşamada geliştirdiğimiz sistemin telekomünikasyon baz istasyonlarında kullanımı ile elde edilecek ekonomik ve çevresel yararlar belirlenmiştir. Sonuçlar geliştirdiğimiz sisteminin telekomünikasyon baz istasyonlarında uygulanması ile yaz aylarında soğutma yükünün %31,52 oranında azaltılabileceğini göstermiştir. Ayrıca yapılan çalışmalar ve elde edilen veriler ışığında telekomünikasyon baz istasyonlarında soğutma amaçlı kullanılan klimaların tamamen devre dışı bırakılması için yöntem ve malzeme geliştirme çalışmaları yapılmıştır.