Nano akışkan destekli toprak kaynaklı ısı pompası sisteminin performans parametrelerinin araştırılması

Sınırlı fosil yakıtlar ve ekonomik faktörler konut veya ticari binaların iklimlendirilmesinde insanları yenilenebilir enerji kullanımına yönlendirmiştir. Ayrıca mevcut karbon emisyonlarını azaltma ihtiyacına bağlı olarak, son yıllarda konut ısıl taleplerini karşılamak için yeni teknolojiler geliştirilmiştir. Bu gelişimlerden payını alan ve yenilebilir enerji kullanan toprak kaynaklı ısı pompaları (TKIP), getirdiği ekonomik ve çevresel avantajlar nedeniyle birçok ülkede mahal iklimlendirme uygulamaları için popüler hale gelmiştir. TKIP'lar, enerji tasarrufu sağlamak amacıyla nispeten kararlı bir yeraltı sıcaklığı kullanan sistemlerdir. Bu çalışmada alüminyum oksit tabanlı nano parçacıklarla hazırlanmış farklı konsantrasyon değerlerine (literatürde ısıl iletkenlik artışı başarı ile uygulanmış %0,1 ve %0,2) sahip nano akışkanların (NA) toprak altı ısı transfer değişim oranları incelenmiştir. Çalışmada ilk kurulum maliyetini düşürmek ve maliyet/verim arasındaki dengeyi sağlamak amacıyla yatay toprak ısı değiştirgeçleri (TID) tercih edilmiştir. Yatay TID'lar U-tip, spiral ve slinky vb. gibi farklı tasarımlara sahiptir. Yapılan çalışmalar incelendiğinde bu tasarımlar arasında birim boyu başına ısı değişim oranında öne çıkan iki tasarım U-tip ve sprial TID'dır. Çalışmada bu tasarımların yaz ve kış şartlarına göre ayrı ayrı performansı karşılaştırılmış, enerji ve ekserji verimlilikleri hesaplanmış, toprak sıcaklık dağılımları ve TKIP sistemi COP değerlerine göre sistem verimliliği analiz edilmiştir. Deneyler için Sivas Cumhuriyet Üniversitesi yerleşkesi içinde 21 m2'lik bir test odası hazırlanmış ve bu odaya TKIP sistemi kurulmuştur. Isıtma ve soğutma deney sonuçlarına göre %0,1 konsantrasyona sahip nano akışkan en yüksek başarımı sağlamıştır. Bu artış TID tasarımından bağımsız olarak deneysel olarak incelenen her iki TID tasarımı için de geçerlidir. Ayrıca analiz sonuçlarına göre U-tip TID, spiral TID'dan daha başarılı sonuçlar göstermiştir. Sonuç olarak TKIP sistemi için TID'larda düşük oranlarda NA kullanımının TID tasarımdan bağımsız olarak performans artışı sağladığı belirlenmiştir.