Düşey borulu toprak kaynaklı ısı pompasının konut iklimlendirme sistemlerinde mevsimlik davranışının araştırılması

Dünya enerji tüketiminin önemli bir kısmı konut ısıtma ve soğutmasından kaynaklanmaktadır. Isı pompaları yüksek kullanım verimlerinden dolayı, klasik ısıtma ve soğutma sistemlerine kıyasla birçok uygulamada tercih edilmekte ve yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bunlardan birisi olan toprak kaynaklı ısı pompası (TKIP) sistemleri, genellikle ticari ve konutsal binaların ısıtılması ve soğutulmasında kullanılmaktadır. Yıl boyunca toprak sıcaklığının hemen hemen sabit (kararlı) olması, bu tip ısı pompalarının kullanımını ekonomik ve çevresel açılardan çok cazip kılmaktadır. Bu ısı pompalarında toprak, ısıtma için ısı kaynağı ve soğutma için de ısı kuyusu olarak kullanılır. TKIP sistemleri, ısıyı kışın topraktan binaya yazın da binadan toprağa transfer ederler.Bu çalışmada, düşey sondaj kuyuları Elazığ'da ısıtılacak ve soğutulacak bir köy evinin bahçesinde üç farklı derinlikte (30, 60 ve 90 m) açılmıştır. Bu amaçla ilkin, toprak ısı değiştiricisinin bulunduğu jeolojik yapının ısıl iletkenliğini ve ısıl direncini tespit etmek için bir ısıl iletkenlik testi yapılmıştır. Düşey tip tekli U-borulu toprak ısı değiştiricileri konutta bulunan ve ulusal imkânlarla imal edilen bir TKIP ünitesine bağlanmıştır. Sondaj derinliğinin ısıl sistem performansı üzerindeki etkisi deneysel olarak araştırılmıştır. Ayrıca, kurulan TKIP sisteminin ekserji verimleri, sondaj derinliğinin fonksiyonu olarak hem soğutma hem de ısıtma sezonu için belirlenmiştir. Bu çalışmada ayrıca, U-şekilli ısı değiştiricisi borusunu çevreleyen ve ısıl olarak iletken bentonit dolgunun ısıl davranışı modellenmiştir. Bu maksatla, U-borulu toprak ısı değiştiricisi ile bağlantılı boru-dolgu oluşumundaki ısı transferini hesaplamak için sonlu eleman analizi gerçekleştirilmiştir. Tezin son kısmında, kurulan TKIP sisteminin modellenmesi için Yapay Sinir Ağları (YSA) ve Uyarlamalı Bulanık Sinirsel Ağları (UBSA) yöntemleri kullanılmış ve karşılaştırılması yapılmıştır. Bu yöntemlerde, su-antifriz karışımı ve yoğuşturucudaki/buharlaştırıcıdaki hava giriş ve çıkış sıcaklıkları kullanılarak sistem performansı tahmin edilmiş ve UBSA'nın TKIP sisteminin modellemesi için daha uygun olduğu tespit edilmiştir.Soğutma ve ısıtma deneylerinin sonuçlarına göre, en yüksek sistem performansı, 90 m derinlikteki ısı değiştiricili sistem için elde edilmiştir. Bu sistemlerde, sondaj kazı maliyetleri azaltılabilirse ve ısı pompası ekipmanları tamamen ulusal teknoloji ile üretilebilirse, ülkemiz için büyük yararlar sağlanacaktır.Anahtar Kelimeler: Toprak kaynaklı ısı pompası, deneysel performans, ısıl duyarlılık testi, sonlu eleman metodu, yapay sinir ağları, uyarlamalı bulanık sinirsel ağlar.