152
Archived Theses
2
DOIs Assigned
1%
DOI Rate
Discipline
Soğutma sistemlerinin enerji verimlilikleri ile ilk yatırım maliyetlerinin karşılaştırılması
Çalışmanın amacı, bir soğutma sistemi seçerken kişisel isteklere uygun, somut olan ve somut olmayan kriterleri bir arada değerlendirerek, kurulum maliyetinden başlamak üzere birçok kriter kapsamında bir karar verme şablonu oluşturmak ve alternatifli seçimleri sayısal olarak göstermektir. Bu amaçla Ankara ili özelinde bir mimari plan belirlendi, Carrier HAP programı kullanılarak ısı kazanç hesapları yapıldı. Elde edilen veriler ile, ülkemizde ve dünyada yaygın olarak kullanılan soğutma sistemlerinin tasarımı yapıldı. Tasarımı yapılan sistemlere ait kurulum maliyeti, bakım masrafı, enerji tüketimi, sera gazı emisyonu, dış ünite için kurulum alanı, gerekli şaft alanı, dış ünite ses şiddeti, iç ünite ses şiddeti, kullanım kolaylığı hesaplandı. Bu hesaplamalar ve belirlenen diğer kriterler ise çok kriterli karar verme yöntemlerinden, analitik hiyerarşi prosesi (AHP), VIKOR ve TOPSIS ile incelenen seçimlerin birbirleri ile karşılaştırılmasının matematiksel yönü ortaya konmaya çalışıldı.
Monte Carlo yöntemiyle VVER-1200 reaktöründe toryum içerikli alternatif yakıtların nötronik performansa etkisinin araştırılması
Gelişen teknoloji sayesinde nükleer güç santrallerinde nükleer atıkların ve uranyuma olan bağımlılığın azaltılması ile yakıt maliyetlerinin düşürülmesi yönünde yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Dünyada bilinen uranyum rezervlerinin sınırlı olması, nükleer güç santrallerinde yaygın olarak kullanılan uranyum dioksit yakıtların alternatiflerinin araştırılmasına neden olmuştur. Toryum kaynaklarının uranyum kaynaklarından çok daha fazla olduğu göz önüne alındığında toryum tabanlı yakıtlarla ilgili çalışmalar önemini giderek artırmaktadır. Bu çalışmada VVER-1200 reaktörünün homojen ve heterojen yakıt düzenine sahip bir yakıt demeti için düşük zenginlikli uranyum ile toryum (UO2+ThO2), reaktör sınıfı plütonyum ile toryum (rgPuO2 + ThO2), silah sınıfı plütonyum ile toryum (wgPuO2 + ThO2) yakıtı kullanımının nötronik performans üzerine etkileri ve yakıt yanma oranlarına bağlı olarak yakıt bileşimi değişimleri ile reaktör güvenliği açısından önem arz eden güvenlik parametreleri incelenmiştir. Bu çalışmadan elde edilen bulgular dikkate alındığında, toryum tabanlı yakıtların kullanımıyla 235U kullanımının asgari düzeye indirilebileceği ve 235U'e olan bağımlılığın azaltılabileceği, plütonyum tabanlı yakıtların kullanımı ile VVER-1200 güç reaktörünün yakıt geometrisinde herhangi bir değişiklik yapmadan benzer işletme koşulları altında daha yüksek yanma oranlarına ya da işletme sürelerine sahip olabileceği ve böylelikle yakıt çevrimi maliyetlerini düşürebileceği değerlendirilmektedir. Toryum tabanlı plütonyum yakıtlar, geleneksel toryum tabanlı uranyum yakıtlarla karşılaştırıldığında çok daha yüksek toryum ve plütonyum tüketim oranlarına sahip oldukları belirlenmiştir. Bu yüzden hafif su reaktörlerinde tasarımında önemli bir değişiklik yapılmaksızın kullanılma imkânından dolayı umut vadeden bir yakıt karışımı olarak karşımıza çıkmaktadır.
Savonius rüzgâr türbini aerodinamik performansının Taguchi metodu ile artırılması
Savonius rüzgâr türbinleri bir dikey eksenli rüzgâr türbini çeşididir. Bu türbinler kanatları sayesinde rüzgârı toplar ve elektrik jeneratörleri vasıtasıyla elektrik üretirler. Bu çalışmada kanat tipi, kanat örtüşme oranı, kanat ayrılma mesafesi ve kanat kalınlığının bir savonius rüzgâr türbini aerodinamik performansına olan etkisi realize edilebilir k-epsilon türbülans modeli kullanılarak sayısal olarak incelenmiştir. Her bir parametre için 3 farklı değer belirlenmiştir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri için ANSYS Fluent, Taguchi optimizasyon metodunun uygulanması için ise Minitab yazılımı kullanılmıştır. Yapılan analizler sonucunda 0,15 kanat örtüşme oranı, -7,5 mm kanat ayrılma mesafesi, 2 mm kanat kalınlığı ve eliptik kanatlara sahip rüzgâr türbininden en yüksek aerodinamik performans gözlemlenmiştir. Yüksek kanat uç-hız oranlarında modifiye edilmiş türbin ve klasik türbin arasındaki aerodinamik performans farkının düşük kanat – uç hız oranlarına göre daha fazla olduğu görülmüştür. Kanat uç-hız oranı 1,4 iken güç katsayısında yaklaşık %92,2 artış gözlemlenmiştir. Ayrıca optimizasyon sonucunda türbinin optimum kanat-uç hız oranı değeri değişmiştir.
Üzüm posası kurutma sisteminin tasarımı ve deneysel analizi
Üzüm tarımsal faaliyet sonucu elde edilen bir besin maddesi olup meyve suyu, pekmez ve şarap üretim tesislerinde preslenerek suyunun sıkılıp, üzüm suyu üretildikten sonra posanın atılması şeklinde yaygın olarak tüketilmektedir. Atık üzüm posası içerisinde barındırdığı antioksidanlar, fenolik bileşikler, protein ve yağlar ile ilaç, kozmetik ve yem sanayilerinde kullanılabilecek kaynak teşkil etmektedir. Posanın hem raf ömrünün uzatılması hem de kabuk ve çekirdek kısımlarının ayrıştırılması amacıyla kurutulması gerekmektedir. Atık bir ürünün ekonomiye kazandırılmasında çevreci, ekonomik ve enerji verimli sistemler kullanılması önem arz etmektedir. Bu çalışmada, havalı güneş kolektörlü kurutma sistemi tasarımı yapılarak üzüm posası kurutma deneyleri yapılmıştır. Güneş enerjisinden maksimum verim elde edebilmek amacıyla güneş kolektörü emici plakasına kanatçıklar eklenmiştir. Deneysel çalışmalar 1,5; 2 ve 2,5 m/s kurutma kabinine giriş hava hızlarıyla gerçekleştirilmiştir. Üzüm posasının başlangıçta yaş baza göre nem içeriği %55 olarak belirlenmiş ve deneyler sonucunda %5'e kadar indirilmiştir. Üzüm posası havalı güneş kolektöründe 1,5 m/s hava hızında 200 dakikada, 2 m/s hava hızında 220 dakikada ve 2,5 m/s hava hızında ise 400 dakikada kurutulmuştur. Elde edilen sonuçlarla 1,5; 2 ve 2,5 m/s hava hızlarına göre sırasıyla havalı güneş kolektörün ortalama termal enerji verimleri sırasıyla %42, %51, %47 olarak hesaplanmıştır. Bu çalışma ile üzüm posasının tasarlanan güneş enerjili kurutma sistemi ile başarılı bir şekilde kurutulabildiği görülmüştür.
Türkiye'nin enerji ve çevre toplam faktör verimliliği
Günümüzde dünya nüfusunun hızla artması, sanayileşme ve teknolojide olan ilerlemeler neticesinde enerji talepleri artmaktadır. Dünya'da konvansiyonel enerji kaynaklarının sınırlı olması ülkelerin sahip oldukları kaynakları daha etkin ve verimli kullanma gerekliliklerini ortaya çıkarmaktadır. Avrupa Birliği'ne aday bir ülke olan Türkiye, sahip olduğu genç nüfus, sanayileşme gücü ve dinamik ekonomik yapısı ile gelişmekte olan bir ülkedir. Bu nedenle Türkiye'nin enerji ihtiyaçları da gün geçtikçe artmaktadır. Türkiye'nin bulunduğu jeostratejik konumdan dolayı üye ülkeler arasında enerji ve çevre performansının belirlenmesi önem arz etmektedir. Bu çalışmada, Türkiye'nin enerji ve çevre parametreleri göz önünde bulundurularak, AB üyesi ülkeler arasındaki konumunun belirlenmesi noktasından hareketle yedi farklı model oluşturulmuştur. Bu modeller, yenilenebilir enerji etkinliği, enerji üretim ve verimlilik etkinliği, enerji verimliliği etkinliği, brüt nihai enerji tüketimine göre yenilenebilir enerji etkinliği, sera gazı emisyonu etkinliği, ithalat bağımlılığı etkinliği ve elektrik fiyat etkinliği'dir. Türkiye'nin AB ülkelerine göre karşılaştırmalı kesit analizi, Veri Zarflama Analizi ve Malmquist Index yöntemlerinden yararlanılarak yapılmıştır. Bir ülkenin Malmquist verimlilik endeksinin 1,0'den büyük olması etkinliğinde gelişme olduğunu göstermektedir. VZA birden fazla girdi ve çıktı değişkeni kullanarak benzer türden karar verme birimleri (KVB) için etkinlik değerlendirme amaçlı kullanılan parametrik olmayan bir yöntemdir. Yapılan analizlerde 2015-2017 yılları arasında, 30 adet Avrupa ülkesinin verileri kullanılmıştır. Türkiye'nin 2017 yılına ait ortalama Malmquist endeksleri 1,058, 1, 0,990, 0,880, 0,490, 0,717, 1,248 olarak hesaplanmıştır. Sonuç olarak, Türkiye'nin brüt nihai enerji tüketimine göre yenilenebilir enerji etkinliği modeli, enerji üretimi ve verimlilik etkinliği modeli ve elektrik fiyatı etkinliği modellerinde AB ülkelerine göre ilerleme gösterdiği tespit edilmiştir.
Düşey film evaporatörlerde tasarım geometrisinin etkin akış dağılımı üzerine etkilerinin incelenmesi
Düşey film evaporatörler gıda endüstrisinde ürünlerin konsantre edilmesi amacı ile yaygın olarak kullanılmaktadır. Evaporasyon işlemi en temeli ile ürün içerisindeki suyun uzaklaştırılarak kuru madde oranının arttırılması işlemidir. Modern toplum yapısının gelişmesi ile beraberindeki daha iyi için arayış, buharlaştırıcı teknolojisinde ihtiyaçlara karşılık sunması amacı ile gelişmelerin ihtiyacını doğurmuştur. Literatürde uygulanan tüm ısı transferi yaklaşımları sıvının tamamen homojen ve etkin olarak ısıtma yüzeyleri üzerinde dağıldığı varsayımına dayandırılmıştır. Literatürde görünen bu kısıt ve yetersizlik bu çalışmanın ve çalışma kapsamında sunulan modelin motivasyon kaynağını oluşturmuştur. Bu tez çalışması kapsamında, düşey film buharlaştırıcıların tasarım kriterleri incelenmiş, optimum tasarım için gerekli parametrelere bağlı olarak tasarım kritik noktaları oluşturulmuştur. Akışın dağıtılması ve ısı transferi arasındaki matematiksel ilişki kurularak modellenmiştir. Yapılan modelleme ile akış dağılımına göre en uygun tasarım geometrisinin oluşturulması hedeflenmiştir. Yapılan çalışma ile literatürde etkin akış dağılımı varsayımı ile yapılan ısı transferi yaklaşımları için varsayım parametreleri birer girdi olarak tanımlanmış; akış dağılım modeli ile entegre edilmiş buharlaşma teorisi açıklanmıştır. Nümerik analiz sonucunda elde edilen optimum tasarım girdileri, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) akış dağılımı simülasyonu ile karşılaştırılmış; tasarım doğrulaması gerçekleştirilmiştir. Düşük çapta buharlaşma hacmi ve dağıtım deliği ile kısa jet yüksekliğinin hem ısı transfer hem de akışın dağılımı açısından daha etkili olduğu görülmüştür. Bu çalışma ile düşey film buharlaştırıcılar için optimizasyon tanımı akış dağılımı ile entegre ısı transferi kavramı olarak literatüre kazandırılmıştır.
Isı borulu havadan havaya ısı geri kazanım ünitelerinde performansın iyileştirilmesi
Isı geri kazanımı çalışmaları tüm zamanlarda araştırmacılar tarafından sıklıkla çalışılan konular arasında yer almıştır. Dünya genelinde enerji kaynaklarının tükenme noktasına geldiği şu günlerde bu konu daha da ilgi çekici bir hale gelmiştir. Atık ısı geri kazanım üniteleri sayesinde dikkate değer bir enerji tasarrufu sağlanmaktadır. Bu tez çalışmasında ısı borusu içeren havadan havaya bir ısı geri kazanım ünitesinin performansının 2 farklı nano akışkan kullanarak iyileştirilmesi üzerine deneysel bir araştırma yapılmıştır. Performans göstergeleri olarak ısıl verim, ısıl direnç ve ısı boruları boyunca olan sıcaklık dağılımları dikkate alınmıştır. Isı borularında saf su yerine kullanılan nano akışkanlardan biri CuO ve Fe nano partikülleri ile hazırlanan hibrit nano akışkan olup diğeri de sadece CuO nano partikülü ile hazırlanan nano akışkandır. Sonuçlar kanal içi Re sayılarına göre kıyaslanmıştır. CuO+Fe/Saf Su hibrit nano akışkanı ile diğer akışkanlara göre daha yüksek verim ve iyileşme oranları elde edilmiştir. En yüksek verim değerine CuO+Fe/Saf Su nano akışkanının kullanıldığı soğuk kanal Re sayısının 7000 ve sıcak kanal Re sayısının 16600 olduğu koşulda %28,2 olarak ulaşılmıştır. En yüksek iyileşme oranı da yine bu akışkanın kullanıldığı soğuk ve sıcak kanal Re sayılarının sırasıyla 12300 ve 10550 olduğu deneyde % 86,8 olarak elde edilmiştir. Isı borularının evaporatör sıcaklığının ve ısıl dirençlerinin azaltılması konusunda da akışkan sıralaması iyiden kötüye doğru CuO+Fe/Saf Su, CuO/Saf Su ve saf su şeklinde olmuştur. Bu tez çalışmasında ayrıca sistem ANSYS Fluent 19 programında 2 boyutlu olarak modellenmiş ve sayısal bir çözüm de yapılmıştır. Sayısal analizde elde edilen ısıl verim değerleri deneysel sonuçlara göre daha küçük değerlerde olmuştur. İki analiz arasında %2 ile %13,1 arasında değişen değerlerde farklar oluşmuştur. Bu aralık literatürde yer alan kabul edilebilir aralıktadır.
Girdaplı bir yakıcıda dağıtılmış yanma tekniğinin alev stabilizasyonu ve NOx emisyonu üzerine etkileri
Girdaplı yakıcılar günümüzde farklı endüstriyel alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Girdaplı akışlar ile yanma tepkimelerinin verimliliği arttırılabilmekte ve alev stabilizasyonu sağlanabilmektedir. Yanma işlemleri sonucunda ısı elde edilmekle birlikte aynı zamanda NOX gibi çeşitli kirletici emisyonlar oluşmaktadır. Bu vb. kirletici emisyonlar hava kirliliğine, küresel ısınmaya ve asit yağmurlarına neden olması dolayısıyla canlılar için tehdit oluşturmaktadır. Bu zararları olabildiğince azaltabilmek amacıyla çeşitli sınırlandırmalar getirilmiştir. Yanma işlemi sonucunda oluşan NOX emisyonunu kontrol altına almak için çeşitli yöntemler bulunmaktadır. Bu çalışmada bir girdaplı yakıcı modellenmiştir. Yakıcıda metan ve hidrojen hava ile yakılmış ve dağıtılmış yanma tekniğinin alev stabilizasyonu ve NOX üzerine etkileri incelenmiştir. Metan-hava ve %10-%50 arası CO2 seyreltmesi yapılmış hava ile metan yanmasının yanma odasındaki sıcaklık ve NOX emisyonları incelendiğinde yanma odasına verilen CO2 miktarının sıcaklığı ve NOX emisyonunu düşürdüğü gözlemlenmiştir.
Yenilenebilir enerji üretim projelerinde özgür yatırım & merkezi yönetim modeli
Türkiye'de yenilenebilir enerji ile elektrik üretiminde son yıllarda dikkate değer artış gözlenmektedir. Bununla birlikte Türkiye'nin yenilenebilir enerjide sahip olduğu potansiyelin yalnızca çok küçük bir dilimini kullanabildiği de ortadadır. Mevcut yasa ve yönetmeliklere bağlı olarak yenilenebilir enerji yatırımları kamu girişimlerinden ziyade özel girişimlerle gerçekleştirilmektedir. Ancak özellikle dünyanın birçok ülkesinde görülebilen yenilenebilir enerji kooperatiflerine ise henüz Türkiye'de rastlanmamaktadır. Bu durumun avantajlarının olduğu kadar dezavantajlarının da olduğu yadsınamaz bir gerçektir. Türkiye'de vatandaşların küçük ölçeklerde bile olsa özgürce yatırım yapabileceği, devletin ise bu yatırımları düzenleyip enerji arz güvenliğini sağlayabileceği yeni bir sistem; yenilenebilir enerjiyi Türkiye'nin lokomotifi haline getirebilecektir. Bu çalışmada yenilenebilir enerji üretim projelerinde "Özgür Yatırım & Merkezi Yönetim" modeli ile Türkiye'nin sahip olduğu yenilenebilir enerji kapasitesini kısa sürede faydalanılabilir kapasite haline getirecek yöntemin mevcut duruma göre avantajlarından bahsedilmiştir. Özellikle Türkiye'nin güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi ve biyokütle enerjisinde bölgesel bazda sahip olduğu potansiyel, mevcut kurulu güç ile kıyaslanarak yenilenebilir enerji konusunda alınması gereken yolu ortaya koymuştur. Yapılan çalışmalar Türkiye'nin güneş enerjisinde en az 87 GW, rüzgâr enerjisinde en az 114 GW ve biyokütle enerjisinde en az 56 GW kurulu güce ulaşabilecek potansiyelinin olduğunu göstermiştir. "Özgür Yatırım & Merkezi Yönetim" modelinin hayata geçirilmesi ile Türkiye'de en az 500 Milyar Dolar olduğu tahmin edilen yastık altı birikimlerinin üretime kazandırılacağı, her bir yenilenebilir enerji yatırımının amortisman süresinin ortalama en az 15 ay kısalacağı, amortisman sürelerindeki kısalmanın Türkiye'nin milli sermayesine yıllık yaklaşık 4 milyar TL katkı sağlayacağı, doğaya salınan sera gazı emisyonunda yıllık en az 100 milyon ton CO2 azalacağı değerlendirilmektedir.
Binalarda enerji verimliliğinin etkinlik analizi
Başlangıçta çevresel sorunlar ve endişeler neticesinde bir çözüm olarak ortaya çıkan sürdürülebilir kalkınma, sonrasında çevre ile birlikte sosyal ve ekonomik gelişimi odak noktasına koyarak ülke politikalarına yön vermiştir. Toplumsal, finansal ve ekolojik sürdürülebilirlik arasında bir denge kuran sürdürülebilir kalkınma ile çevre kıt olan doğal kaynakların yüksek verimlilikle değerlendirilmesi, dünyayı daha az kirleten ve dünyaya daha az sera gazı yayan enerji kaynaklarının ve teknolojilerinin kullanılması suretiyle korunurken; sosyo-ekonomik gelişme ise enerjinin güvenilir ve sürdürülebilir olarak temin edilmesiyle sağlanmaktadır. Bu minvalde enerji, stratejik bir unsur ve gösterge olarak sürdürülebilir kalkınmanın merkezinde yer almaktadır. Çevre ekseninde de anahtar bir role sahip olan enerjiye duyulan ihtiyaç, ekonomik büyüme ile refah düzeyi, nüfus, sanayileşme ve kentleşmedeki artışa paralel olarak artmış ve bu durum da özellikle Türkiye gibi enerjide dışa bağımlı ve gelişmekte olan ülkelerde, sürdürülebilirliğin sağlanması noktasında, enerji tasarrufu ile enerji verimliliğini sanayi, bina, ulaştırma, elektrik gibi sektörlerde zaruri hale getirmiştir. Türkiye'deki toplam sera gazının yaklaşık dokuzda birinin bina kaynaklı olduğu, enerji tüketiminin yaklaşık dörtte birinin binalarda gerçekleştiği ve yaklaşık 2,25 milyar TL değerinde de bina enerji tasarruf potansiyelinin bulunduğu göz önüne alındığında binalar, üzerinde durulması gereken hususların başında gelmektedir. Bu çalışmada, bina enerji verimliliği kapsamında Türkiye'deki Enerji Kimlik Belgesi (EKB) uygulamasının konut enerji verimliliğine olan etkisi sürdürülebilirlik ekseninde illerin enerji ve çevre performanslarının belirlenmesi suretiyle araştırılmıştır. Bu maksatla, 81 ilin ilgili enerji ve çevre göstergeleri üzerinden 2015-2017 dönemi için dört model oluşturulmuştur. Söz konusu modeller, EKB sınıflandırma etkinliği, EKB kullanım etkinliği, sera gazı etkinliği 1 ve sera gazı etkinliği 2'dir. Çalışmada statik ve dinamik analiz için Veri Zarflama Analizi, Malmquist Toplam Faktör Verimlilik Endeksi ile Süper Etkinlik modelinden yararlanılmış ve EMS ile DEAP programları kullanılmıştır. Analizde model bazında etkin ve etkin olmayan iller ile bölgeler belirlenmiş, iller etkinliklerine göre sıralanmış, etkin olmayan illerin etkin olabilmesi için referans alması gereken iller ve hedef değerleri ortaya konmuştur. Bununla birlikte 81 il ve Türkiye'nin Malmquist verimlilik endeksi skorları hesaplanmıştır. Çalışma neticesinde elde edilen sonuçlar mikro ve makro ölçekte değerlendirilmiş ve Enerji Kimlik Belgesi uygulamasının enerji verimliliği alanındaki etkinliğinin artırılması için önerilerde bulunulmuştur.
NACA kanat modellerinde pürüzlülük etkisinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Rüzgâr türbinleri başta olmak üzere akışkan ile çalışan sistemler üzerinde yer alan kanat yapısı aerodinamik performans açısından büyük önem arz etmektedir. Bu çalışmada, NACA 0015 kanat profilinin emme yüzeyinde yüzey pürüzlülüğünün aerodinamik performansa olan etkisi incelenmiştir. Yaygın olarak kullanılan tasarım programlarından birisi olan Rhinoceros ile NACA 0015 kanat profilinin hücum kenarından farklı uzaklıklarda ve sayılarda olan modifiyeli kanatlar elde edilmiştir. Ansys Fluent paket yazılımı kullanılarak viskoz akış çözüm yöntemlerinden olan k-ε türbülans modeli ile sayısal çözüm yapılmıştır. Bu çalışmada, düşük Reynolds sayısına sahip olan (4.28x104) akış için 0° ile 35° arasında sayısal analizler yapılmıştır. Sonuçlar analiz edildiğinde K2 profili stall açısına ulaştıklarında diğer kanatlara göre daha yüksek CL sağlamıştır. Aerodinamik performans açısından değerlendirildiğinde K1 kanadı K0'den %1 ve K2 kanadından %2,5 fazladır. K0 kanat profili en yüksek CL değerine 7,5°'de ulaşırken, K1 kanadı 15° ve K2 kanadı 12,5°'de ulaşmıştır. Pürüzlü yüzeylerden dolayı K1 ve K2 kanat profili K0 profiline göre daha yüksek aerodinamik performansa sahip olduğu gözlemlenmiştir. Bununla beraber 3 boyutlu yazıcı yardımı ile elde edilen katı modeller Gazi Üniversitesi Enerji Sistemleri Mühendisliği Rüzgâr Tüneli Laboratuvarında yer alan rüzgâr tünelinde deneysel olarak da incelenmiştir. Deneysel ve sayısal olarak elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır ve örtüştüğü görülmüştür.
Konvansiyonel tip gaz yakıcı cihazlarda tek kademeli fanların frekans kontrollü fana dönüştürülerek performansının deneysel olarak incelenmesi
Bu çalışmada, hermetik gaz yakıcı cihazlarda LPG'nin yanması sonucu açığa çıkan baca gazların emisyon değerleri ve harcanan yakıt miktarı göz önüne alınarak her zaman optimum düzeyde yanma gerçekleştirilmek istenmiştir. LPG'nin yanması için hava ile %2 – 9, doğalgazın ise %5 – 15 arasında karışması gerekmektedir. En ideal karışım oranı ise doğalgaz için %9, LPG için ise %6,5'tir. Hermetik gaz yakıcı cihazlarda bulunan tek ve/veya iki kademeli fanlar her zaman hava-yakıt karışım oranını en ideal şekilde sağlayamamaktadır. Tasarlanan deney setinde, enerjinin daha verimli bir şekilde kullanımını sağlamak ve çevresel etkilerini minimuma indirmek amaçlanmıştır. Deney setinde, laboratuvar şartlarından dolayı yakıt olarak LPG kullanılmıştır. Deneyler, yaz konumunda, kullanım suyu debisi 3, 4 ve 5 lt/dk için her bir debide kullanım suyu sıcaklığı 40, 45 ve 50 °C'de, tasarlanan elektronik devre kartı vasıtası ile kombi fan hızı 8.6, 9.6, 10.6 ve 11,6 m/s hızlarda deneyler yapılmıştır. Deneylerin sonucunda, harcanan yakıt miktarının değişimi ve baca gazı analizleri yapılarak sistem performansı deneysel olarak incelenmiştir. Yapılan çalışma sonunda kullanım suyu debisi 5 lt/dk ve kombi fan hızı minimum seviyede (8,6m/s) iken 10 dakikalık ölçüm sonucu harcanan yakıt miktarı 210 g, CO emisyon değeri 165 ppm ve NO emisyon değeri 79 ppm olarak ölçülmüştür. Kullanım suyu debisi 5 lt/dk ve kombi fan hızı maksimum seviyede (11,6 m/s) iken 10 dakikalık ölçüm sonucu harcanan yakıt miktarı 210 g, CO emisyon değeri 232 ppm ve NO emisyon değeri 65 ppm olarak ölçülmüştür. Gözlemlenen sonuçlar yakıt miktarında değişim olmadığı ve fan hızı artırıldığında CO emisyon değerinin arttığı, NOx emisyonlarında ise azalma olduğu gözlemlenmiştir. Konfor şartları göz önüne alındığında aylık 30 saat sıcak su kullanımında 3 lt/dk debi ve 45 °C kullanım suyu için LPG yakıtı kullanıldığında yapılan deneyler sonucu aylık 215 TL maliyet çıkmaktadır. Aynı zamanda NOx emisyonlarının ErP yönetmeliği kapsamında yaklaşık olarak uygun olduğu, harcanan yakıt miktarı da diğer debi ve kullanım suyu sıcaklıklarına göre de uygun olduğu yapılan deneyler sonucu göstermiştir. Deneyde fan hızı maksimum fan hızından, minimum fan hızına indirildiğinde suyun sıcaklık değerlerinde 1-2 °C artış gözlemlenmiştir.
Soğutma sistemleri için yeni nesil bir enerji depolama ünitesi tasarımı ve termodinamik analizi
Enerji kaynaklarından elde edilen enerjinin devamlılığını sağlama ve arz talep dengesini kontrollü bir şekilde yönetebilme isteği enerji depolama çalışmalarını ön plana çıkarmıştır. Enerji depolama türlerinden olan, termal enerji depolama ısı ve soğu enerjisinden fazlaca yararlanılan iklimlendirme ve kurutma sistemleri için enerjinin etkin kullanımını sağlayabilmektedir. Bu çalışmada, çift etkili ısı pompası sisteminde buzda enerji depolama ile soğu depolama ve sıcak su depolama tankı ile de ısı depolama gerçekleştirilmektedir. Böylece endüstriyel kurutma sistemi için gerekli olan termal enerjinin tek bir sistem ile karşılandığı bir tasarım yapılmıştır. R32 ve R290 soğutucu akışkanlar için termodinamik analizler yapılarak sistem performansları hesaplanmıştır. Elde edilen verilere göre çift etkili performans katsayıları (COP çift etkili) R290 soğutucu akışkanı için 7, R32 akışkanı için de 6,75 olarak hesaplanmıştır. Akışkanların sistemle uyumlulukları ve etkinlik katsayıları birbirine benzerlik göstermiştir. Çevresel etkileri kıyaslandığında ise her iki akışkanın da ozon tüketme potansiyeli (OTP) 0 olmasına rağmen, düşük küresel ısınma potansiyeli (KIP) ile R290 ön plana çıkmıştır. Isı pompası sisteminde çoklu elektrik tarifesine göre buz ve sıcak su depolanması durumunda geleneksel bir ısı pompası sistemine kıyasla enerji maliyet analizi gerçekleştirilmiştir. Sistemde saat başına 1 ton buz üretilerek 8 saat buzda enerji depolama ve atık ısının sıcak su olarak depolanması ile R290 soğutucu akışkanı için 45 676 TL/yıl, R32 akışkanı için 47 792 TL/yıl enerji maliyetinden tasarruf edilmiştir. Literatürde yer alan çalışmalarla kıyaslandığında ise hem buzda enerji depolanması hem de sıcak su depolanması ile daha yüksek sistem COP değeri elde edilmiştir. Ayrıca doğalgazlı kazan yerine atık ısı depolaması gerçekleştirilerek R290 soğutucu akışkanlı sistem için yıllık 22,7 ton, R32 akışkanlı sistem için 23,7 ton CO2 emisyon salımı engellenmiştir. Enerji sistemlerinde sürekliliğin, ucuzluğun, verimliliğin ve çevresel etkilerin azaltılmasının sağlanabilmesi açısından yapılan tasarım endüstriyel kurutma sistemleri için alternatif bir seçenek oluşturacaktır.
Endüstriyel gıda üretim sistemlerinde ısı geri kazanım için yeni nesil borulu eşanjör tasarımı
Ülke nüfuslarının gün geçtikçe artması enerjiye duyulan ihtiyacın ve tüketimlerin artmasına neden olmuştur. Bunun sonucu olarak enerji kaynaklarının sürekli azalması, taleplerin ise giderek artması enerji verimliliğini ve ısı geri kazanımının önemini artırmıştır. Isı enerjisi çoğu proseste ihtiyaca göre kullanılıp, verimsiz bir şekilde atmosfere atılmaktadır. Atılan bu ısı kaynağının ısı değiştiriciler yardımı ile tekrar prosese gönderilmesi enerji verimliliği sağlayacaktır. Ancak bu enerji kaynağını doğaya bırakmaya devam edersek ekonomik anlamda gelir elde edemezken, doğayı da kirletmeye devam edeceğiz. Bu tez çalışmasında, daha önceki çalışmalar kapsamlı bir şekilde incelenerek püskürtmeli kurutma sistemindeki atık ısıdan absorbsiyonlu soğutma ve yeni nesil borulu eşanjör yardımı ile giriş havasının ön ısıtması için ısı geri kazanımı hedeflenmiştir. Bunun sonucunda, çoğu literatür çalışmasında yapılan 20 °C sıcaklıktaki taze havanın direkt hava ısıtıcısında ısıtılmasının aksine, ortam havasına atık ısıdan yararlanılarak ön ısıtma yapılmış ve 110,42 °C sıcaklığa yükseltilmiştir. Böylece hava ısıtıcısında %49,7 oranında verim artışı sağlanmıştır. Amonyak ve su karışımının kullanıldığı sistemin soğutma performans katsayısı 0,67, soğutma verimi %49,6, ısıtma performans katsayısı 2,02 ve ısıtma verimi de %41,2 olarak hesaplanmıştır. Tasarlanan bu sistem ile %49,7 oranında karbon salımı azaltılmıştır. Tasarlanan yeni nesil eşanjör ile boru uzunluğundan %16,39 oranında tasarruf sağlanmıştır.
Plakalı ısı değiştiricilerde ısı transferine ve plaka ömrüne etki eden parametrelerin analizi
Eşanjör ya da ısı değiştirici, farklı sıcaklıklardaki en az iki akışkanı, birbirine karıştırmadan aralarında ısı aktarımını sağlayan cihazlardır. Plakalı ısı eşanjörleri ilk ticari uygulamalarından bu yana çok sayıda konut ve endüstriyel uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Ekipmanların istenilen performansta ve sistemin güvenilir çalışma sıcaklığında tutulabilmesi, sermaye yatırımı için enerji tasarrufu ve sistem ekonomisinin iyileştirilmesi, termal-hidrolik performansının arttırılması çok önemlidir. Bu sebeple daha verimli yenilikçi tasarımlar yapma ihtiyacı doğmuştur. Bu çalışmada, literatürdeki tek fazlı akışkanlar kapsamında plakalı ısı değiştiricilerde gerekli olan ısı aktarımı için ısı transferine ve plaka ömrüne etki eden parametreler Klima, Isıtma ve Soğutma Enstitüsü (AHRI) standardı dikkate alınarak detaylıca incelenmiştir. Böylece ısı aktarımında verimliliğin daha da arttırılması amaçlanarak sürdürülebilirlik hedeflenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre şevron açısı (β), ısı transferi ve basınç kaybında etkili parametredir. Şevron açısının artması yaklaşık olarak ısı transfer katsayısını 2,5 ile 2,8 kat, basınç kaybını ise 5 kat arttırır. Plakalarda oluşturulan akış kanallarında, besleme debisinin artması şevron açısına bağlı olarak ısı transfer katsayısını 3 ile 7 katı arasında, basınç kaybının ise 4 ile 20 kat arasında artmasına neden olur. Sabit besleme suyu debisinde ve sabit şevron açısında kanal derinliğinin artması veya plaka adımının azalması, ısı transfer katsayısını %30'a, basınç kaybını ise 3 kata kadar arttırır. Ortamdaki klor ve sülfür varlığı plaka korozyonunu hızlandıran ana unsurlardır. Bu nedenle aşınma ve kirlilik ısı transferini olumsuz etkileyen en önemli nedenlerin başında gelir. Akışkanın fiziksel ve kimyasal özelliği ise hem ısı transferini hem de plaka ömrünü etkileyen ortak parametredir. Isı transfer katsayısı ve izin verilen basınç kaybının yüksek olması daha düşük ısı transfer alanlarının oluşmasını sağlar. Bu durum tasarımı yapılan sistemin daha az plaka kullanılarak ve daha düşük ilk yatırım maliyeti ile çözülebilmesi anlamına gelir. Korozyon dayanımı yüksek malzemeler ise plaka ömrünü ve ilk yatırım maliyetini artırır. Plakalı ısı değiştiricilerde plaka malzemesinin cinsi ve kalınlığı, sahip olduğu geometrik yapı, plaka dizilimi ve akış yönlendirmesi, kirlenme ısı transferini etkilerken; imalat, tasarım ve uygulama hataları plaka ömrünü etkilen önemli faktörler olarak belirlenmiştir.
Isıl enerji depolamalı yeni bir güneş enerjisi destekli ısı pompasının sayısal ve deneysel analizi
Bu tez çalışmasında, güneş enerjisi destekli ısı pompası sisteminin sürdürülebilir ve verimli bir şekilde ısıtma yükü sağlayabilmesi için ısı pompası sisteminin kondenseri ile entegreli yeni bir ısıl enerji depolama ünitesi tasarlanmıştır. Bu amaçla tasarlanan ısıl enerji depolama ünitesindeki faz değiştiren malzemenin ısıl davranışını karakterize etmek için Ansys-Fluent programı kullanılarak sayısal analiz gerçekleştirilmiştir. Isıl enerji depolama ünitesi öncelikle hava kaynaklı ısı pompası sisteminde deneysel olarak test edilmiştir ve sonrasında yeni bir güneş destekli ısı pompası sistemi geliştirilerek bu sistemde de deneysel analizleri gerçekleştirilmiştir. Güneş enerjisinden hem elektrik hem de ısı enerjisi elde ederek sürdürülebilir bir ısıtma sistemi için yeni bir fotovoltaik-termal destekli (güneş destekli) ısı pompası sistemi geliştirilmiştir. Isıl enerji depolamalı yeni bir güneş destekli ısı pompasının sayısal ve deneysel analizleri tamamlanıp sonuçlar sunulmuş ve karşılaştırılmıştır. Isı pompası sistemleri için önemli bir ölçüt olan performans katsayısının ortalama değerleri hava kaynaklı ısı pompası sistemi için 2,24-2,34; güneş destekli ısı pompası sistemi için 2,32-2,77 ve fotovoltaik-termal destekli ısı pompası sistemi için 2,93-3,18 arasında değişim göstermiştir. Güneş destekli ve fotovoltaik-termal destekli ısı pompası sistemleri için tasarlanan çift geçişli havalı güneş kolektörünün ve çift geçişli fotovoltaik-termal panelin ortalama ısıl verimleri meteorolojik koşullara bağlı olarak sırasıyla %56,05 ve %55,33 olarak hesaplanmıştır. Ek olarak, çift geçişli fotovoltaik-termal panelin elektriksel performansını analiz edebilmek için aynı fotovoltaik panel ile karşılaştırılmıştır. Tasarlanan çift geçişli fotovoltaik-termal panelin ortalama elektriksel verimi %16,35 olarak hesaplanmış ve fotovoltaik panele göre elektriksel verimde %1,28 oranında bir artış gösterdiği bulunmuştur. Isıl enerji depolama ünitesindeki faz değiştiren malzeme sırasıyla hava kaynaklı, güneş destekli ve fotovoltaik-termal destekli ısı pompası sistemlerinde 180, 150 ve 183 dakikada tamamen eridiği (ısı depolama) ve 348, 307 ve 343 dakikada tamamen katılaştığı (ısı salınımı) gözlemlenmiştir. Isı pompası sistemi için tasarlanan ısıl enerji depolama ünitesinin sayısal sonuçları %6,56 mutlak hata ile deneysel sonuçlarla uyumlu bulunmuştur.
Sıcaklık-bağıl nem kontrollü konvektif infrared bir kurutucunun tasarımı ve deneysel analizi
Endüstride kurutma prosesi yoğun olarak kullanılmakta olup enerji tüketiminde önemli bir paya sahiptir. Kurutma, gıda ürünlerinin bozulmasını engellemek amacıyla uygulanan suyun uzaklaştırılması işlemidir. Ceviz yüksek antioksidan içeriği sebebiyle popüler bir yemiştir ve hasat edildikten sonra bozulmadan saklanabilmesi için kurutulması gerekmektedir. Cevizin kurutulması uzun zaman alan ve enerji yoğun bir işlemdir. Literatürde kuruyemişlerin kurutulmasında daha çok sıcak hava kullanıldığı görülmektedir. Ancak infrared teknolojisinin kuruyemiş kurutulmasında kullanıldığına dair çok az çalışma bulunmaktadır. Kuruyemiş kurutulmasında infrared konvektif bir kurutucunun enerji ve ekserji analizine ise rastlanmamıştır. Bu tez kapsamında kaliteden ödün vermeden enerji tüketimini azaltmak ve kuruma süresini kısaltmak amacıyla açık ve kapalı çevrim olmak üzere iki farklı sistem tasarlanmış ve üretilmiştir. Açık çevrim kurutma sistemi, sıcaklık kontrollü olarak, kapalı çevrim kurutma sistemi sıcaklık ve bağıl nem kontrollü olarak gerçekleştirilmiştir. 2019 yılında hasat edilen Bilecik bölgesi cevizleri açık sistemde, 2020 yılında hasat edilen Bilecik bölgesi cevizleri açık ve kapalı sistemde kurutulmuştur. Cevizin kurutma kinetikleri oluşturularak analiz edilmiş, enerji-ekserji analizi ve performans hesaplamaları yapılmıştır. Açık ve kapalı çevrim kurutma sisteminde kurutulan 2020 yılında hasat cevizlerinin kül ve yağ değerleri, renk özellikleri, yağ kalite özellikleri, yağ asidi kompozisyonu, toplam fenolik madde miktarı ve antioksidan kapasitesi incelenmiştir. Açık ve kapalı çevrim kurutma sisteminde infrared teknolojisinin kuruma süresini kısalttığı, enerji tüketimini azalttığı ve gıda kalitesini iyileştirdiği sonucuna varılmıştır. Ürün kaynak mesafesinin 20 cm olduğu konvektif infrared kapalı çevrim kurutma sistemi ceviz kurutma prosesi için en uygun sistem olarak belirlenmiştir. Bu tez çalışması ile ceviz kurutulmasında konvektif infrared bir kurutucunun enerji ve ekserji analizi, performans analizi, kurutma kinetikleri ve gıda analizi sonuçları literatüre kazandırılmıştır.
Eş merkezli iç içe borulu ve plakalı ısı değiştiricilerde grafen nano plaka (GNP)-CUO/saf su hibrit nano akışkanın performansının deneysel olarak incelenmesi
Günümüzde birçok farklı uygulamada kullanılan ısı değiştiricilerdeki ısı transferi performansının iyileştirilmesi için iş akışkanı olarak nano akışkanların kullanımı tercih edilen yöntemlerden biridir. Hibrit grafen nano plaka bakır oksit (GNP-CuO) ve saf sudan oluşan hibrit nano akışkanın kullanıldığı bu çalışma eş merkezli iç içe borulu ve plakalı iki farklı ısı değiştiricide gerçekleştirilmiştir. Eş merkezli iç içe borulu ısı değiştiricide gerçekleştirilen deneyler paralel ve zıt akışta gerçekleştirilmiştir. Bu deneylerde hibrit nano akışkanın ısıl performansı deneysel olarak incelenmiştir. Hibrit nano akışkanın hazırlanması sırasında iki aşamalı yöntem uygulanmıştır. Hacimce %0,5 oranlarında GNP ve CuO nano partikülleri, %0,05 oranında ise yüzey aktifleştirici olarak sodyum dodesil benzen sülfonat kullanılmıştır. Yüzey aktifleştirici ile nano akışkanın kararlılığının artırılması ve nano partiküllerin çökelmesinin önlenmesi amaçlanmıştır. Eş merkezli iç içe borulu ısı değiştiricide farklı sıcak akışkan akış debilerinde gerçekleştirilen deneyler sonucunda toplam ısı transferi katsayısında paralel akışta ortalama %5,5, zıt akışta ortalama %13,7 artış sağlanmıştır. Plakalı ısı değiştiricide farklı soğuk akışkan çıkış sıcaklıklarında gerçekleştirilen deney sonucunda toplam ısı transfer katsayısında ortalama %16,7 artış sağlanmıştır. Elde edilen bu sonuçlarla, GNP + CuO / saf sudan oluşan hibrit nano akışkanın geleneksel çalışma akışkanlarına göre daha yüksek ısı taşınım katsayısına sahip olduğu ve ısı değiştiricilerin ısıl performansının iyileştirilmesi için tercih edilebileceği görülmüştür.
Toz toplama sisteminin tasarımı ve analizi
Kontrolsüz olarak atmosfere bırakılan tozlar ve gazlar hava kirliliğinin en önemli etmenidir. Hava kirletici gazlar üretim sırasında ortaya çıktıklarında belirli limitin üzerinde ise dış ortama egzoz edilemezler. Hava içerisindeki toz, duman gaz gibi hava kirleticiler toz toplama sistemiyle emilir ve filtre edilerek dış ortama aktarılır. Malzemenin başka proseslere gönderilmesi, ezilmesi, karıştırılması ve paketlenmesi gibi endüstriyel işlerin fazla miktarda toz üretmesi insan sağlığını ve çevreyi olumsuz etkilemektedir. Bu ortamlarda hava kirletici miktarının zarar vermeyecek seviyelere getirilmesi için toz toplama sistemleri kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında ilk bölümde toz toplama sistemleri türleri araştırılmıştır. Toz toplama sisteminin performansına etki eden parametreler incelenmiştir. Araştırmalar sonucunda bütünleşik iki kademeli bir toz toplama sistemi tasarımı yapılmıştır. Tasarım analiz edilerek klasik bir toz toplama sistemi ile karşılaştırılmıştır. İki sistemin hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri yapılmıştır. Klasik sistemde hava girişi toz toplama ünitesinin altından, hava çıkışı üst kısmından gerçekleştirilir ve filtreler dikey konumlandırılmıştır. Yeni sistemde bütünleşik iki kademeli bir toz toplama sistemi tasarlanmıştır. Tasarlanan toz toplama sisteminde hava girişi üst kısımdan gerçekleştirilerek ön filtreleme mekanizmasına yönlendirilmiştir. Analizler sonucunda toz toplama sistemindeki filtre iç merkez hava hızları klasik sistemde 7,38 m/s, yeni tasarlanan sistemde 6,69 m/s olduğu görülmektedir.
Direkt buhar enjeksiyonlu ısı değiştirici tasarımı ve yüksek sıcaklıkta uygulaması
Sanayinin birçok alanında olduğu gibi gıda endüstrisine birçok farklı tipte ısı değiştirici kullanılmaktadır. Özellikle gıda endüstrisinde kullanılan ısı değiştiricilerin son ürün kalitesine etkisi çok büyüktür. Ürün sıcaklığı ve ısı değiştirici tipinde olan küçük değişiklikler dahi son ürün kalitesini büyük ölçüde etkilemektedir. Bu çalışmada direkt buhar enjeksiyon sistemleri incelenmiş ve iki farklı ürünün aynı direkt buhar enjeksiyon sistemi ile yüksek sıcaklıkta işlenmesi için gerekli tasarım ve analizler yapılmıştır. Üç farklı güvenlik katsayısı belirlenmiş olup, bu güvenlik katsayıları her bir ürünün buhar debisini belirlemek için kullanılacaktır. Başlanacak bir nokta olması açısından tasarım sıcaklıkları referans alınarak manuel olarak hesaplanan ilk değer, güvenlik katsayısı 1 olarak alınıp, bu güvenlik katsayısı ile yapılan analizler sonucuna göre ikinci bir güvenlik katsayısı belirlenmiştir. Bu güvenlik katsayısı ile yapılan analiz sonucunda üçüncü bir güvenlik katsayısı belirlenmiştir. Üçüncü güvenlik katsayısı ile analizler yapılmış ve bu analizler sonucunda elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır ve Ansys Fluent ile yapılan analizlerin sonuçları CFD Post ile incelenmiş ve iki ürün içinde gerekli güvenlik katsayıları belirlenmiş ve incelenmiştir. Sonuç olarak iki farklı ürün için güvenlik katsayılarının farklı olması gerektiği görülmüştür. Aynı sistem iki farklı ürünün ışıl işleme tabii tutulması için kullanılabilmektedir ancak buhar debisini belirlemek için kullanılacak güvenlik faktörünün ürüne özel olması gerektiği sonucuna varılmıştır.
Renksiz dağıtılmış yanma şartlarında seyrelticinin yanma karakteristiklerine etkisinin sayısal olarak incelenmesi
Bu çalışmada, metan ve hidrojence zenginleştirilmiş metan karışımlı yakıtlar kullanılarak yeni bir yakma yöntemi olan renksiz dağıtılmış yanma koşulları (CDC) sayısal olarak incelenmiştir. CDC koşullarını başarılması için oksitleyici %21'den %13'e kadar N2 ve CO2 seyrelticileri kullanılarak azaltılmıştır. Ayrıca oksitleyici ön ısıtma etkisini gözlemleyebilmek için oksitleyici hem 300 K hem de 600 K'e kadar ısıtılarak sayısal analizler yapılmıştır. Seçilen yanma odası simetrik olarak yerleştirilmiş iki yakıt girişi ve iki oksitleyici giriş bölümü sayesinde girdap akışları oluşturmuştur. Yakıt debileri 2 kW ısıl güce göre düzenlenmiştir. Oksitleyici akış hızları farklı eşdeğerlik oranları ve seyreltme oranları dikkate alınarak hesaplanmıştır. Ayrıca yakıt giriş ve oksitleyici giriş yapısının yanmaya etkisi hem paralel hem de çapraz akışlı olarak karşılaştırılarak incelenmiştir. Tüm bu analizler Ansys Fluent hesaplamalı akışkanlar dinamiği ticari kodu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Siklonik bir yakıcıda daha doğru türbülans akış tahmini yapabilmek için Reynold Stress Model kullanılmıştır. Özetle, CDC koşulları, yanma odası boyunca genişletilmiş alev yapısı, alev kararlılığı, daha homojen sıcaklık dağılımı, ultra düşük NOX ve düşük CO emisyon seviyeleri ile sağlanmıştır. Özellikle hidrojen ilavesi ile birlikte öngörülen alev kararsızlıkları CDC ile elimine edilmiştir.
Spineloksit nanoakışkanlı ön soğutmasız difüzyonlu absorpsiyonlu soğutma sisteminin termodinamik analizi
Difüzyonlu absorpsiyonlu soğutma sistemleri (DASS), soğutma ve iklimlendirme uygulamalarında ilgi çeken ve geliştirilebilir bir teknoloji olarak önem kazanmaktadır. Termal sistemlerde nanoakışkan kullanılması da ısı transferinin iyileştirilmesi açısından tercih edilen bir yöntem olarak önemini korumaktadır. Bu tez kapsamında, çalışma akışkanı olarak amonyak-su-helyum (NH3-H2O-He) ve ağırlıkça farklı oranlarda MgOAl2O3, ZnOAl2O3 ve TiO2 nanopartikülleri eklenmiş olan amonyak-su-helyum çalışma akışkanları ön soğutmasız difüzyonlu absorbsiyonlu soğutma sisteminde (DASS) deneysel olarak incelenmiştir. 250 ml amonyak-su çözeltisi, ağırlıkça % 0.2 oranında yüzey aktifleştirici madde, ağırlıkça % 1 ve % 2 oranında üç farklı nanopartikül eklenerek, her çalışma akışkanı sistemde denenmiştir. Elde edilen sonuçlar ile enerji ve ekserji anallizleri yapılarak sistem performansları değerlendirilmiştir. En yüksek soğutma kapasitesi, ağırlıkça % 2 oranında MgOAl2O3 nanopartikül kullanılan NH3-H2O-He çalışma akışkanında elde edilirken, en düşük soğutma kapasitesi NH3-H2O-He baz iş akışkanında görülmüştür. En yüksek ekserji yıkımı sıvı ısı değiştiricisinde gerçekleşirken, en düşük ekserji yıkımı kondenserde meydana gelmiştir. Sonuç olarak nanopartikül kullanılması ile soğutma kapasitesinde %38 iyileşme hesaplanırken, ekserji veriminde ise %58 artış sağlanmıştır.
Fotovoltaik/termal (PV-T) güneş kolektörde elektriksel ve termal verimin deneysel analizi
PV (fotovoltaik) panellerin hücre yüzeylerinde güneş ışınımlarının tutulması sonucu hücrelerin ısınmasıyla sistemin elektrik enerjisi üretimindeki verimliliğin düşüşü gözlemlenmektedir. Bu temel sorunun çözüme kavuşturulması, PV panellerdeki oluşan verimlilik düşüşünü engelleyebilir. Bu çalışmada PV panelde oluşan fazla ısının soğutucu serpantin ile PV panel arka yüzeyinden ısının çekilmesi yöntemiyle verimlilik artışı elde edilmeye çalışılmıştır. Aynı özellikli iki fotovoltaik panelin karşılaştırılmasıyla, aynı ortam ve aynı çevre şartları altında deneysel inceleme yapılmıştır. Soğutucu akışkan olarak su kullanılmıştır. Soğutma işleminin yapıldığı modül için, soğutucu akışkan, sisteme debimetre ile 15 dakikada bir hız ayarı yapılarak verilmiştir. Çalışma sonuçlarına göre, soğutma işlemi yapılmayan PV panel genel verimi maksimum 16,12 % olarak gerçekleşmiştir. Soğutma işleminin yapıldığı PV/T modülün toplam verimi (elektrik + termal verim) maksimum 69.38% olarak gerçekleşmiştir. Soğutulan PV panelin elektrik verimi ise maksimum 17.56% olarak gerçekleşmiştir. Çalışma sonuçlarına göre, bu tip bir PV/T modül ile konutlar, oteller ve yurtlar için hem elektrik enerjisi hem de termal enerji ihtiyacını bütünleşik bir yapı halinde sağlayabilir.
Pompaj depolamalı hidroelektrik santral tasarımı
Enerjinin, sürekliliğinin sağlanması için üretimdeki ve tüketimdeki ani değişimlere karşı depolanması gerekmektedir. Bu soruna çare olabilecek çözümlerden biri pompaj depolamalı hidroelektrik santrallerdir. Halen tüm Dünyada yapım veya planlama aşamasında olan çeşitli pompaj depolamalı hidroelektrik santral projeleri bulunmaktadır. Türkiye, hidroelektrik santralleri hakkında yeterince uzun bir tecrübeye sahip olmasına rağmen, yapım aşamasında ve işletmede hiçbir pompaj depolamalı santrali bulunmamaktadır. Bu nedenle, bu tez çalışmasında, dünyada ve ülkemizde mevcut PDHES'ler incelenerek, Oymapınar hidroelektrik santralı rezervuarının alt rezervuar olarak kullanıldığı örnek bir pompaj depolamalı hidroelektrik santral tasarımı yapılmıştır.
Atıktan türetilmiş yakıtın termokimyasal dönüşüm karakterinin incelenmesi
Evsel katı atık yönetimi, nüfusun hızla arttığı, ilkel çöp toplama sisteminin hala benimsendiği ve çöp depolama alanlarının oldukça kısıtlı olduğu ülkelerde oldukça kritik bir konudur. Etkin bir yönetim sisteminde farklı atık yönetim işlemleri çevresel, ekonomik ve sosyal parametrelerin ihtiyaçlarını karşılamak üzere birbiri ile harmanlanır. En uygun işlemlerin seçilmesi ve birleştirilmesiyle insan sağlığı ve çevrenin korunmasını garanti altına alan yönetim sistemi aynı zamanda bütünleştirilmiş katı atık yönetimi adını alır. İyi tasarlanmış bir atık yönetim sistemi atığın önlenmesini, tekrar kullanılmasını, geri dönüştürülmesini, enerji geri kazanımını ve nihai bertarafını içerir.Bu çalışmada, evsel atığın geri dönüştürülebilir fraksiyonunun (cam, PP, PE, metal vs) ayrıştırılması sonrasında kalan yanabilir nitelikteki kısmın parçalanmış hali olan atıktan türetilmiş yakıt kullanılmıştır. Çalışma dört aşama halinde yürütülmüştür.Birinci aşama atıktan türetilmiş yakıtın karakterizasyonuna yöneliktir. Bu aşamada yakıtın kısa ve nihai analizi ve kalorifik değer analizi yapılmıştır.Çalışmanın ikinci aşamasında inert ortamda termogravimetrik (TG) ve diferansiyel termogravimetrik (DTG) analiz yöntemleri kullanılarak termal analiz yapılmıştır. ATY'nin piroliz profilini yorumlayabilmek amacıyla ATY'nin ana bileşenleri olan kağıt, polipropilen (PP), yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) ve elyaf numuneleri için de termal analiz yapılmıştır. ATY'nin inert ortamda termal bozunma profilinin ATY'ı oluşturan bileşenlerin termal bozunma profili ile uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. ATY'nin pirolizinin düşük sıcaklık bölgesindeki nem giderilmesi (<110°C) haricinde üç aşamada gerçekleştiği görülmüştür. Selülozik fraksiyon bozunması 293-355°C'de gerçekleşmiştir. ATY içindeki plastik atıklara ait fraksiyon 430-495°C aralığında bozunmakta olup en yüksek ağırlık kaybı 470°C'de görülmüştür. 634-696°C aralığındaki üçüncü adım ise CaCO3 bozunmasını göstermektedir.Çalışmanın üçüncü aşamasında oksidatif ortamda termal analiz yapılarak tutuşma sıcaklığı, yanma bitiş sıcaklığı, pik sıcaklıkları ve toplam dönüşüm oranı parametrelerine göre yanma profili incelenmiştir. Ayrıca farklı oranlarda atık elyaf (AE) katkısının kalorifik değer ve yanma profili üzerindeki etkisi incelenmiştir. ATY ve ATY-AE karışımlarının oksidatif ortamda termal bozulması, uçucuların oluşumu, char yanması ve kalsinasyon reaksiyonu sonucu CaO ve CO2 oluşumu adımlarını içermiştir.Çalışmanın son aşamasında yüzde kül içeriği ve külü oluşturan elementler incelenmiştir. Büyük ölçüde CaO, SiO2 ve Al2O3 içeren ATY külünün yapısında yüksek konsantrasyonlarda Cu, Zn ve Ba bulunduğu saptanmıştır.
Kojenerasyon sistemleri ve uygulamalı ekonomik analizi: Hastane örneği
Dünyadaki insan nufusunun artışına paralel olarak gelişen teknoloji ile enerji talebindeki artış devam etmektedir. Bu enerji ihtiyacını karşılamada yaygın olarak kullanılan fosil kaynaklı yakıtlar, küresel ısınmayı, aynı zamanda çevresel kirliliğini de artırmaktadır. Ayrıca fosil yakıtların sürekli kullanımından dolayı tükenme tehlikesi, alternatif kaynakların arayışına ivme kazandırmıştır. Güneş, rüzgâr, jeotermal, biyokütle gibi çevre kirliliği yok denecek kadar az olan, doğal süreç ile kendini yenileyebilen alternatif enerji kaynaklarının geliştirilmesi için çalışmalar hız kazanmıştır. Birincil enerji kaynaklarınının etkin kullanılması da en az alternatif enerji kaynakları kadar önemlidir. Isı enerjisini faydalı olarak kullanabilen (özellikle doğalgazlı sistemler) kojenerasyon sistemleri, alternatif enerji kaynakları gibi değer kazanmış, yer bulmuş ve son zamanlarda uygulamadaki etkinliğini giderek artırmıştır. Kojenerasyon sistemleri, bir kaynaktan, eş zamanlı olarak hem ısının hem de elektriğin beraber üretildiği bileşik güç üniteleridirler. Bu sistemlerin değer kazanmasında iki önemli avantajdan birincisi; atık ısıdan yararlanılarak, toplam verimin, klasik sistemlere göre artırılmasıdır. İkincisi ise; verime bağlı olarak, klasik sistemlere oranla sera gazı salınımının daha az olmasıdır. Bu çalışmada, İstanbul?da 22.000 m2 kapalı alana sahip, 109 yatak kapasiteli özel bir hastane için kurulumu düşünülen kojenerasyon sistemine ait ekonomik analiz çalışmaları yapılmıştır. Tahrik ünitesinin motor tipi kojenerasyon sistemi olması kararlaştırılmış, enerji ihtiyacına göre sistemin gücünün 800 kW olması hesaplanmıştır. Sistemin analiz sonuçlarına göre hastanenin yatırım maliyetini yaklaşık 2 yıl gibi kısa bir sürede amorti edebileceği, yatırım maliyetini karşıladıktan sonra 15 yıllık süre sonunda 3.500.00 Euro gibi bir kazanç sağlayacağı görülmektedir.
Atıktan türetilmiş yakıta uygulanabilecek ön işlemlerin piroliz ve yanma karakteristiğine etkisi
Atıktan Türetilmiş Yakıt (ATY), evsel katı atığın belirli fiziksel işlemlerden geçerek elde edilmesi nedeniyle homojen bir bileşime sahip değildir. ATY üzerine yapılan önceki çalışmalarda Türkiye?de üretilen ATY?ların inorganik madde içeriğinin fazla olduğu bu nedenle hem piroliz hem de yanma karakterlerinin diğer ülkelerde elde edilen ATY?ların profillerinden daha farklı olduğu belirlenmiştir. Piroliz karakterini ve yanma özelliklerini etkileyen en önemli etmenin kağıt ve plastiklerdeki inorganik bazlı dolgu maddeler ve katkılar olduğu bulunmuştur. Yüksek lisans tezi kapsamında, Süreko Recydia A. Ş.?den alınan ATY örneklerine farklı konsantrasyonlarda hazırlanan (ağırlıkça %2, %5 ve %10) asidik çözeltilerle (HCl ve HNO3) ve suyla liç işlemi yapılmıştır. Ön işlemin, ATY?ın piroliz ve yanma karakteristiğine etkisi incelenmiştir. Yapılan her bir liç işlemi sonucunda ATY?ın ısıl değeri artmış ve kül miktarı azalmıştır. ATY?ın kükürt içeriğinde bir değişim görülmemiştir. HNO3 ile yapılan tüm liç işlemlerinin sonunda ağırlıkça azot yüzdesinin arttığı görülmüştür. Bunun nedeni HNO3 çözeltisinin ATY yüzeyine adsorpsiyonudur. Ham ATY, üç aşamada termal bozunmaktadır. Birinci aşama (250-350oC), ATY içindeki selülozik fraksiyonun degradasyonunu, ikinci aşama (400-500 oC), plastik fraksiyonun degradasyonunu ve üçüncü aşama (600-670 oC), karbonat bazlı inorganik dolgu maddelerinin degradasyonunu göstermektedir. Su ile yapılan liç işleminin bu aşamaları değiştirmediği fakat miktarca selülozik fraksiyonu arttırdığı, inorganik fraksiyonu da azalttığı görülmektedir. HCl ve HNO3?in denenen tüm asit konsantrasyonlarında selülozik fraksiyonu arttırdığı, üçüncü aşamayı ise tamamen ortadan kaldırdığı tespit edilmiştir. Ayrıca asit ile liç işleminde liç süresinin değişiminin bir etkisi olmadığı da tespit edilmiştir. Saf oksijen atmosferi altında ham ATY?ın yanma profili tek adımda yanma reaksiyonu göstermiş ve piroliz adımında çıkan uçucuların yanmasıyla yanma gaz fazda gerçekleşmiştir. Su ile liç işlemi yanma profilini değiştirmemiş fakat reaksiyonun dönüşümünü arttırmıştır. Asitle liç işlemi sonrasında maksimum ağırlık kaybının görüldüğü pik sıcaklıkları düşmüştür. Bu yanmanın daha erken başladığını işaret etmiştir. Benzer şekilde asitle liç işlemi dönüşümü arttırmıştır.
Zeytin küspesinin katalitik pirolizinden elde edilen biyo-yağın bileşiminin incelenmesi
Biomass, one of the fuel alternatives of the future, is an abundant renewable energy resource. In this study, olive oil production waste (olive pomace) was used as biomass resource. Catalysed and non-catalysed pyrolysis processes were conducted in a tubular furnace with catalyst mixing method. Also, kinetics of catalytic and non-catalytic pyrolysis of olive pomace was investigated, using thermogravimetic analysis. The thermogravimetry experiments were conducted non-isothermally at atmospheric pressure and at temperatures ranging from 20oC to 800oC under inert (N2) atmosphere. In order to find and compare the kinetic parameters (activation energy and frequency factor) for the catalytic and non-catalytic pyrolysis, three different heating rates (10, 30, 40 oC.min-1) were studied. Catalyst effect of olive pomace pyrolysis was also investigated using different biomass to catalyst ratios, which are 1:1, 1:2, 1:3 (wt., %db). In the absence of ZSM-5, olive pomace sample was pyrolyzed via thermogravimetric analyzer thus allowing us to compare the effect of ZSM-5 to traditional pyrolysis of biomass. Thermal behavior of ZSM-5, under the same process conditions, was investigated in order to evaluate the overall system. Olive pomace was pyrolyzed in one step, which was a combination of 2 stages, namely hemicellulose decomposition and cellulose decomposition. Lignin decomposition was observed in a broad range of temperature, which was above 400°C. At high heating rates and with catalyst, the decomposition of hemicellulose was not detected as a hump in the characteristic peak. Decomposition was seen as a one step reaction. Adding catalyst decreased the activation energy but did not change the peak temperatures. ZSM-5 was found to be a good catalyst to decrease the activation energy. As a result of DSC experiments, the pyrolysis reaction was found to be endothermic. The pyrolysis experiments were carried out at 500oC, at the heating rate of 25 oC.min-1. Nitrogen gas was used as sweeping gas in the experiments and the flow rate of nitrogen was 100 L.h-1 during the process. The catalytic effect of ZSM-5 was investigated using biomass to catalyst ratios of 1:1 and 1:2 (wt.,%db). With the biomass to catalyst ratio of 1:1, phenolic compounds were decreased, however, with higher catalyst amount almost all the oxygenates were eliminated. The shape selectivity of ZSM-5 was in favor of naphthalene (and its derivatives) and benzene derivatives, thus increasing the aromatic content of bio-oil.
Enerji verimliliği yönetim planının bir gemi üzerinde uygulanması
Dünyada ve ülkemizde taşımacılığın büyük bir oranının deniz yoluyla gerçekleştirildiği düşünüldüğü zaman; gemilerde tüketilen fosil yakıtların kullanımının ve yanma sonucu oluşan emisyon miktarlarının azaltılması çevresel ve ekonomik açıdan büyük bir önem taşımaktadır. Gemilerde Enerji Verimliliği uygulamaları, Uluslararası Denizcilik Örgütü (International Maritime Organization - IMO) tarafından Uluslararası Gemilerden Kirlenmenin Önlenmesi Sözleşmesi (International Convention For The Prevention of Pollution From Ships - MARPOL) içeriği Ek–6 kapsamına dâhil edilmiş olup bu amaç doğrultusunda 01.01.2013 tarihinden itibaren 400 GT üzerinde uluslararası sefer yapan yeni ve mevcut tüm gemilere zorunlu hale getirilmiştir. Marmara Denizinde çalışan İstanbul Deniz Otobüslerine ait Osmangazi- 1 isimli yolcu gemisine, Gemi Enerji Verimliliği Yönetim Planı hazırlanarak enerji verimliliği operasyonel indikatörü ile veriler elde edilmiş, sonrasında ise yeniden plan değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar yardımıyla kabotaj hattında çalışan gemilerimize, enerji verimliliği sağlanması için çalışmalar yapılması ve "Enerji Verimliliği Yönetim Planları" hazırlanmasına yönelik önerilerde bulunulmuştur.
Yalova ili Armutlu ilçesinde şebeke bağlantılı rüzgar-hidrojen hibrit enerji sisteminin teknik ve ekonomik modellenmesi
Dünyada giderek artan enerji talebi ve fosil enerji kaynaklarının tükenmeye başlaması, insanlığı temiz enerjiler üzerinde araştırmalar yapmaya zorlamaktadır. Enerji problemine çözüm olarak; yenilenebilir enerji kaynaklarından güneş, rüzgar, hidrojen, yakıt pili, jeotermal v.b. üzerine çalışmalar yoğunlaşarak devam etmektedir. Hidrojen enerjisi de depolanabilirliği ve çeşitli kullanım alanları ile son yıllarda gelecek vadeden bir enerji taşıyıcısı olarak alternatif enerji kaynakları arasında yer almış durumdadır. Bu tez çalışması kapsamında elektrik enerjisinin, doğaya olumsuz etkileri olan klasik üretim yöntemlerinin dışında yenilenebilir enerji kaynaklarından rüzgar ve hidrojen enerjisi ile üretilmesinin teknik ve ekonomik analizi yapılmıştır. Yalova ili Armutlu ilçesinde rüzgar santrali kurulum çalışmaları devam eden firmadan 2011 yılına ait rüzgar hızları ve ilgili enerji dağıtım şirketinden elektrik enerjisi tüketim değerleri referans alınarak ilçenin enerji ihtiyacının rüzgar ve hidrojen enerjisi ile karşılanabilmesi amacıyla şebeke bağlantılı rüzgar-hidrojen hibrit sistemi modellenmiştir. İlçenin ihtiyacı enerjinin karşılanabilmesi için beş farklı rüzgar türbininden biri seçilerek bir rüzgar santrali kurulması düşünülmüş ve santralden üretilen enerjinin ilçenin enerji ihtiyacından fazla olduğu durumlarda fazla olan enerjiden elektrolizör vasıtasıyla hidrojen üretimi yapılarak üretilen hidrojenin tanklarda depolanması planlanmıştır. Daha sonra santralden üretilen enerjinin ilçenin enerji ihtiyacını karşılamadığı durumlarda depolanan hidrojen yakıt piline gönderilerek enerji üretimi sağlanmış ve ilçenin enerji ihtiyacı karşılanmıştır. Rüzgar ve yakıt pilinden elde edilen enerjinin ihtiyaç için yetersiz olması durumunda şebekeden enerji alınması ve sistemden üretilen enerjinin ihtiyaçtan fazla olması durumunda şebekeye enerji verilmesi planlanmıştır. Ayrıca MS Excel programı kullanılarak yapılan modellemede; sistemin bileşenlerinden rüzgar türbini, elektrolizör, hidrojen tankı, yakıt pili maliyetleri ve yatırımın kredi kullanılarak yapılması durumunda farklı faiz oranları programa girilerek farklı durumlar için maliyet analizi yapılmış ve enerji birim maliyetleri incelenmiştir. Örneğin; 2000 kW gücünde Enercon E-82 türbini, 500 kW gücünde elektrolizör, 1240 kg depolama kapasitesine sahip 4 adet hidrojen tankı, 175 kW gücünde PEM yakıt pili ve kredi faiz oranı %5 seçilerek yapılan modellemede enerji birim maliyeti 0,056 €/kWh olarak hesaplanmıştır. Anahtar sözcükler: Rüzgar enerjisi, hidrojen enerjisi, enerji ekonomisi, rüzgar-hidrojen hibrit sistem, akıllı şebeke.
Enerji sistemlerine erişimin önemi ve enerji sistemlerine erişememenin sosyal etkileri:Bir Yalova değerlendirmesi
Türkiye'nin de içinde bulunduğu Asya kıtasında 2015 yılında, 100 milyon insanın hala, modern enerji sistemlerinden biri olan elektriğe ulaşamadığı tahmin edilmektedir. Fakat veriler bu yönde olsa da enerji erişimi ile ilgili ülkemizde modern enerji sistemlerine erişim konusunda detaylı bir araştırma yapılmamıştır. Isınma, sıcak su kullanımı ve yemek pişirme gibi alanlarda hangi enerji kaynaklarının ne kadar tüketildiği, hane halkının yeteri kadar ve güvenli bir şekilde enerji sistemlerine ulaşıp ulaşmadığı, elektrikli ev aletlerinin yıllık tüketimleri gibi konular, veri yetersizliği yüzünden belirsiz kalmaktadır. Bu çalışmada, hane halkı tarafından enerji sistemlerine erişimin önemi ve enerji sistemlerine ulaşamamanın hane halkı üzerindeki sosyal etkileri incelenmiştir. Öncelikle dünya genelinden başlanarak Türkiye'ye gelinmiş ve daha sonra Yalova ilinin enerjiye erişim durumu değerlendirilmiştir. Türkiye'de yemek pişirme ve su ısıtma, alan ısıtması ve diğer alanlarda kullanılan enerji miktarlarına dair veriler kısıtlı olduğundan bazı konularda kabuller yapılmıştır. Bu çalışma bağlamında 217 haneye anket çalışması yapılmış ve verilen cevaplara göre Yalova ilinde yaşayan hane halkının modern enerji sistemlerine erişim seviyesi belirlenmeye çalışılmıştır. Ankete cevap veren hane halkı, gelir seviyelerine göre ve eğitim durumlarına göre gruplara ayrılarak değerlendirmeler yapılmıştır. Sonuç olarak da, Yalova ilinin ve Türkiye'nin EGİ değeri (enerji geliştirme indeksi) hesaplanmıştır.
Süperkritik şartlarda çalışan kömür yakıtlı bir termik santralin enerji ve ekserji analizi
Sanayileşmenin arttığı ve yaşam standartlarının yükseldiği bu günlerde enerji kullanımı önem kazanmaktadır. Kullanılan enerji miktarının artması ile birlikte enerji üretim teknolojileri, doğal kaynakların verimli kullanımı ve yapılan tesislerin çevre ile olan uyumu konusunda ciddi çalışmalar ve planlamalar yapılmaktadır. Gelecekte enerji tüketim miktarı günümüze göre artması muhtemeldir. Bu yüzden mevcut doğal kaynak rezervlerini en verimli şekilde kullanmak kaçınılmazdır. Bu da enerji üretim tesislerinin en verimli şekilde tasarlanması, enerji tüketen kullanım araçlarının da enerji verimliği konusuna uygun üretilmesi ile sağlanabilir. Ülkemizde elektrik enerjisi üretiminin büyük bir kısmı termik santrallerle gerçekleşmektedir. Bu santraller kömür, doğalgaz, fueloil vb. gibi yakıtların yakılarak oluşan ısının mekanik enerjisine akabinde ise elektrik enerjisine dönüştürülmesi prensibiyle çalışır. Kömür yakıtlı termik santralini ele aldığımızda ocak içinde yanan kömür kazan içinde dolaşan saf suyu buhar haline getirmektedir. Elde edilen buhar baca gazı ile kızgın buhar haline getirilerek buhar türbinine verilip, aynı mile bağlı olan jeneratörü döndürmektedir. Türbin kanatlarına çarpan buhar yoğuşturucudan geçerek su haline gelerek çevrime devam etmektedir. Özellikle bu sistemlerde verimi arttırmak için yanma sonucu oluşan yüksek sıcaklıklı baca gazını en verimli şekilde ısı geri kazanımında kullanmak oldukça önemlidir. Bu konuda termik santral prosesinde kullanılan ekonomizer, kızdırıcı, tekrar kızdırıcı, hava ön ısıtıcısı gibi ekipmanlar çevreye atılacak olan atık ısıyı kullanarak yakıttan tasarruf sağlamaktadır. Ayrıca kazana beslenen suyun da belirli bir sıcaklıkta olması gerekmektedir. Bunu da buhar türbininden ara buhar alarak ilave yakıt ve ısıtıcı gerektirmeden yapmaya olanak sağlayan ısı değiştiriciler kullanılmaktadır. Ayrıca ekipman ve ilave yakıttan tasarruf etme amacıyla türbin tahrikli kazan besi suyu kullanımı ve ana türbin şaftına bağlı yağlama pompası gibi sistemler verimi arttırıcı yönde olmaktadır. Büyük ölçekli buhar santrallerinde termodinamik verimi arttırmak için süperkritik değerlerde çalışan sistemler tasarlanmaktadır. Yüksek sıcaklık ve basınçlı buhar değerleri ile santralin verimi artmaktadır. Bu çalışmada süperkritik şartlarda çalışan bir termik santral için enerji ve ekserji analizi yapılmıştır. Bununla birlikte ekipman ve santralin termoekonomik analizi gerçekleştirilmiştir.
İndüksiyonlu akışkan ısıtıcılarda akış parametrelerinin ısıtıcı verimine etkilerinin incelenmesi
Isıtma işlemleri, günlük yaşantıda ve endüstride yaygın olarak kullanılan uygulamaların içerisinde yer almaktadır. Konfor şartlarını sağlamak ve metallerin işlenmesini kolaylaştırmak gibi çeşitli sektörlerde bu tür uygulamalardan faydalanılmaktadır. Metal işlemeden, akışkan ısıtmaya kadar geniş uygulama alanı olan elektromanyetik indüksiyon da bu uygulamalardan birisidir. İndüksiyonlu hava ısıtma sistemi hastanelerde, seralarda vb. diğer şartlandırılmış hava gereksinimi olan yerlerin ihtiyacını karşılaması için tasarlanmış, yeni ve inovatif bir teknolojidir. Bu tez çalışmasında; indüksiyonlu hava ısıtma sisteminin enerji performansını belirlemek üzere termodinamik analizler yapılmıştır. Havanın iş akışkanı olarak kullanıldığı sistemde, ısı kayıplarının en aza indirilmesi ve ısıl verimin arttırılması hedeflenmiştir. Analizlerde termodinamiğin I. kanunu kullanılmıştır. Deneysel bulgu doğruluklarının belirlenmesinde, COMSOL programı ve belirsizlik analizlerine başvurulmuştur. Kullanılan prototiplerde, çıkış kesit çapı ve debideki artış ile toplam enerji kayıplarının ve havanın çıkış sıcaklığının azaldığı, ısıl verimin arttığı gözlemlenmiştir. Prototiplerin yalıtımlı durumları da değerlendirilmiş ve yalıtımlı prototiplerin veriminde artış gözlenmiştir. Bulgulara göre en yüksek ısıl verim, çıkış kesit çapının ve debinin en yüksek olduğu, yalıtımlı K-4 prototipde elde edilmiştir (%95,49). En yüksek hava çıkış sıcaklığı (95,4oC) ise; en küçük çıkış kesit çapına sahip yalıtımlı K-3 prototipine en düşük debinin uygulandığı deneyde elde edilmiştir.
Polimer elektrolit membranlı yakıt hücresi için model geliştirilmesi ve comsol programı ile simülasyonu
Polimer Elektrolit Membranlı Yakıt Hücreleri (PEMYH) kolay çalıştırılma, yüksek akım ve güç yoğunluğu, düşük çalışma sıcaklığı ve buna bağlı olarak düşük miktarda atık ısı ile taşınabilir ve hareketli sistemlerde yaygın olarak kullanılan enerji dönüşüm sistemlerinden biridir. PEMYH'nin çalışması ve performansı ile ilgili pek çok çalışma bulunmasına rağmen karmaşık yapılarından dolayı çözülmeyi bekleyen çok fazla problem bulunmaktadır. PEMYH araştırmalarında başvurulan çözüm teknikleri içinde bilgisayarlı modelleme ve simülasyon PEMYH uygulamaları için umut vadeden bir araştırma yöntemidir. Pek çok araştırmacı daha iyi modeller geliştirebilmek için PEMYH'nin çalışmasını bilgisayar ortamında taklit etmeye çalışmaktadır. Tüm modellerin diğerlerine göre avantajları ve dezavantajları bulunmakla birlikte halen geliştirilmeleri gerekmektedir. Bu çalışmada literatürde bulunan önceki çalışmalardan iki boyutlu bir PEMYH modeli belirlenmiş ve COMSOL Multiphysics v5.1 programı kullanılarak simülasyonu yapılmıştır. Gaz kanallarındaki serbest akış için Navier-Stokes, gözenekli ortamdaki akış için Brinkman, kütle transferi için Maxwell-Stefan ve akım yoğunluğu için Butler-Volmer denklemleri COMSOL v5.1 programı aracılığı ile numerik olarak çözülmüş ve akışkanların (H2, hava, su) PEMYH içerisindeki serbest ve gözenekli ortamdaki akışları, iyonların (H+) konsantrasyon dağılımları ve elektrolit potansiyeli dağılımı elde edilmiş; polarizasyon eğrisi çizilmiş ve önceki çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Yapılan karşılaştırmalarda tez kapsamında oluşturulan simülasyon sonucu bulunan sonuçların literatürdeki çalışmalarda bulunan sonuçlarla uyumlu olduğu görülmüş; farklar değerlendirilmiştir.
R134a kullanılan otomobil klima sisteminde r1234yf'nin, sıvı hattına eklenen bir ısı değiştiricisi ile deneysel olarak incelenmesi
Günümüz otomobil klima sistemlerinde yaygın olarak R134a (GWP=1430) soğutucu akışkanı kullanılmaktadır. R134a'nın ozon tabakasına zararı bulunmamasına rağmen küresel ısınmaya etkisi büyüktür. Bu sebepten dolayı kullanımını kısıtlama çalışmaları yürütülmektedir. Avrupa Parlamentosu (AP) ve Konseyinin 2006/40/EC yönergesine göre 2017'den itibaren GWP değeri 150'den yüksek olan soğutucu akışkanları kullanan otomobillerin satışının engellenmesi planlanmıştır. Bu yönerge bir planlama dahilinde uygulamaya koyulmuştur. Aynı şekilde AP ve Konseyinin 517/2014 sayılı yönergesi ile 2022'den itibaren R134a'nın kullanımının yasaklanması kararlaştırılmıştır. R134a'ya alternatif soğutucu akışkan düşük GWP değerine sahip ve otomobil klima sistemlerinde kullanılmaya başlanan R1234yf'dir (GWP=4). R1234yf'nin termo-fiziksel özellikleri R134a'ya oldukça yakındır. Fakat R134a yerine R1234yf klima sistemde hiçbir değişiklik yapılmadan kullanıldığında sistem performansı daha düşük elde edilmektedir. Bu çalışmada R134a için tasarlanmış otomobil klima sisteminde R1234yf'nin performansının sıvı hattına eklenen ısı değiştiricisi (IHX) ile arttırılması hedeflenmiştir. Bu kapsamda Yalova Üniversitesi İklimlendirme Laboratuvarında temelde buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi olan deneysel otomobil klima sistemi kurulmuş ve çeşitli ölçüm cihazları ile donatılmıştır. Deney düzeneğinde sırasıyla R134a ve R1234yf test edildikten sonra R1234yf sıvı hattına eklenen çift borulu ısı değiştiricisi ile aynı koşullarda tekrar test edilmiştir. Deneyler sabit -10°C buharlaşma sıcaklığında yoğuşma sıcaklığı artırılarak, sabit 40°C yoğuşma sıcaklığında buharlaşma sıcaklığı artırılarak, son olarak sırasıyla 27°C ve 35°C'de sabit tutulan buharlaştırıcı ve yoğuşturucu hava akımı giriş sıcaklıklarında kompresör devri artırılarak yapılmıştır. Elde edilen deneysel veriler ışığında enerji ve ekserji analizleri yapılmış ve performans parametrelerine ulaşılmıştır. Sonuçlar karşılaştırmalı olarak grafikler halinde verilmiştir. Isı değiştiricisi kullanılmayan deneylerde R134a'nın soğutma kapasitesi R1234yf'den %17,87, STK değeri %11,02 daha fazla olarak hesaplanmıştır. Isı değiştiricisi ile birlikte R1234yf'nin soğutma kapasitesi %9,2, STK değeri %5,47 artmıştır. Kompresörde harcanan güç değeri en fazla sistemde R134a kullanıldığında görülmüştür. R134a'yı sırasıyla R1234yf+IHX ve R1234yf takip etmiştir. Sistemde en fazla ekserji R1234yf ısı değiştiricisi ile birlikte kullanıldığında yok olmuştur. Çift borulu ısı değiştiricisinin etkinliği ortalama %16 olarak hesaplanmıştır. Sonuç olarak R1234yf'nin performansı otomobil klima sisteminde hiçbir değişiklik yapılmadan kullanıldığında R134a'dan düşük olduğu, sıvı hattında ısı değiştiricisi kullanılması ile performansının arttığı, fakat R134a'yı geçemediği gözlemlenmiştir.
Bir enerji santralinde buhar kazanı blöf atık ısısının geri kazanımı ve maliyet analizi
Bu çalışmada, bir buharlı güç santrali üzerinden veriler alınarak enerji ve ekserji analizi yapılmıştır. İncelenen santralin ana üniteleri dikkate alınarak su buhar çevrimine enerji etüdü yapılmıştır. Proses incelenmesi; bu ünitelerin giriş ve çıkışlarında 18 adet düğüm noktası belirlenerek incelenmiştir. Santral dizayn parametreleri ile termodinamik tablolardan alınan değerlerin bir araya getirilmesi ile her ünitenin giriş ve çıkışlarındaki enerji ve ekserji değerleri hesaplanmış ve çıkarılan kayıpların analizleri yapılmıştır. Bu analizlere göre yapılan fizibilitede kazana giren besi suyunun proseste yeterince faydalanılamayan diğer ısı kaynakları ile ısıtılmasının kararı verilmiştir. Sistemdeki iyileştirmeye açık yer; kazan dramdan atılan sürekli blöf olarak belirlenmiştir. Kazandan atılan su ve enerjinin tekrar kullanılması amacıyla yeni bir sistem tasarlanmıştır. Bu sistemde hem basınç ve sıcaklık düşüşü sonrası oluşan flaş buhardan, hem de blöf ile atılan suyun üzerinde taşıdığı enerjiden yararlanılmıştır. Termodinamik hesaplamalardan sonra sistemin yatırım maliyetini, yıllık kazancını ve bu değerlere bağlı geri dönüş süresini içeren bir termoekonomik analiz ile çalışma tamamlanmıştır. Yapılan ön çalışmada kurulacak sistemin kendini yaklaşık 2 sene içerisinde geri ödeyecek ve sonrasında kayda değer yıllık getirisi olacağı öngörülmüştür.
Biyokütleden hidrojen üretiminin simülasyonu ve katalitik filtrenin ürün gazı üzerine etkisinin deneysel olarak incelenmesi
Sınırlı enerji kaynakları, artan yakıt ihtiyacı, endüstrileşme, çevre sorunları ve iklim değişikliği gibi olumsuz etkiler; yeni, rezervi yüksek, kolay işlenebilir, temiz ve düşük maliyetli enerji kaynaklarına yönelimi zorunlu kılmıştır. Fosil yakıtların yanmasından kaynaklanan sera gazı emisyonları ve yüksek enerjili temiz bir yakıt ihtiyacı üzerine artan endişeler, "biyo-hidrojen" olarak da bilinen biyolojik yenilenebilir kaynaklardan hidrojen üretimine ilgi uyandırmıştır. Biyokütle dönüşüm teknolojileri arasında verimli ve temiz olması sebebiyle gazlaştırma, biyoyakıt üretiminde daha çok tercih edilmektedir. Gazlaştırma, yakıt kaynaklarından enerji eldesinin ve katıların gazlara kısmi veya tamamen dönüşümü yoluyla kullanılabilir bir forma dönüştürülmesinin en etkili yollarından biridir. Hidrojen, gazlaştırma sürecinin bir yan ürünüdür ve biyokütle gibi temiz ve yenilenebilir bir kaynaktan üretildiğinde, çevre kirliliği ve emisyon konularındaki endişeleri azaltacaktır. Hidrojen enerji taşıyıcı bir yakıttır ve yakıt hücreleri gibi farklı enerji uygulamalarında kullanılmak üzere verimli bir şekilde diğer enerji formlarına dönüştürülebilen esnekliğe sahiptir. Çalışmada, çeşitli biyokütlelerin gazlaştırılmasıyla hidrojence zenginleştirilmiş sentez gazı üretiminin ASPEN HYSYS simülasyon programı ile modellenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, modelleme için ülkemizdeki biyokütle potansiyeli değerlendirilerek dört farklı biyokütle (fındık kabuğu, badem kabuğu, mısır atıkları ve ağaç atıkları) kaynağı seçilmiştir. Yapılan simülasyonda gazlaştırıcı çıkışında elde edilen ham sentez gazı bileşimi, modellemenin giriş akımı olarak kullanılmıştır. Ana giriş akımı (gazlaştırıcı çıkışı), katran ve istenmeyen partiküllerden arındırılarak su gaz dönüşüm reaktöründe (WGS) uygun sıcaklıkta şartlandırılmakta, böylece hidrojence zengin bir gaza dönüşmektedir. Hidrojen açısından zenginleştirilen bu gaz, saflaştırılmak üzere basınçlandırılarak, basınç salınımlı adsorpsiyon (PSA) ünitesine beslenmekte ve saf hidrojen elde edilmektedir. Yapılan modellemede, gazlaştırıcı ikinci kademesi (freeboard) sıcaklığına ve sentez gazının şartlandırılması için kullanılan su miktarına bağlı olarak H2/CO oranı, buhar/CO oranı, WGS reaktör sıcaklığı, WGS dönüşüm yüzdesi simüle edilerek oluşan gaz bileşimi incelenmiştir. Ayrıca, her modelleme için soğuk gaz verimi ve sistemin hidrojen üretim hızı hesaplanmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında, katalitik filtrenin hazırlanması ve sonrasında bu filtrenin katran dönüşümündeki performansının deneysel ortamda test edilmesidir. Deney sonucunda katran ve metan dönüşümleri ile gaz içeriğindeki değişimler incelenmiştir. Katran dönüşüm prosesi, deney verileri kullanılarak ASPEN HYSYS programında simüle edilmiş ve simülasyon sonuçları ile deney sonuçları karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Yapılan modellemeler sonucunda, 1,466 kg/h hidrojen üretim miktarı ile diğer biyokütlelerin kullanıldığı simülasyonlara göre en yüksek hidrojen üretiminin ağaç atıklarının kullanıldığı simülasyonda gerçekleştiği görülmüştür. Aynı zamanda bu simülasyonda hidrojen üretim hızı %79 ve soğuk gaz verimliliği %74 olarak hesaplanmıştır. Katran dönüşümü deney sonuçlarına göre ise, badem kabuğu atıkları ve atık odun biyokütlelerinin kullanıldığı durumlarda katran dönüşümü en etkin şekilde gerçekleştiği görülmüştür.
Enerji tasarrufu amacıyla enerji depolama özelliği olan malzemelerin hazırlanması ve ısıl enerji depolama özelliklerinin incelenmesi
Fosil yakıt rezervleri giderek azalırken, enerjiye olan ihtiyaç ile birlikte, tüketim hızlı bir şekilde artmaktadır. Bu sebeple, elde edilen enerjinin en az kayıpla ve maliyetle kullanıcıya ulaşması önem arz etmektedir. Enerji teknolojilerinde yatırım maliyetlerinin yüksek olması, elde edilen enerjinin israf edilmeden kullanılmasını gerektirmektedir. Enerjinin en az kayıpla ve tam zamanında tüketiciye sunulması, enerji arz-talep arasındaki uyumsuzluğun giderilmesi ve enerjide sürekliliğin sağlanarak mevcut kaynakların verimli kullanılması, yeni teknolojilerin gelişmesini sağlayan ana unsurlardır. Elektrik enerjisi kullanan cihazların daha az enerji tüketerek çalışması, binalarda enerji verimliliği sağlayan malzemelerin ve sistemlerin kullanılması ve atık ısı geri kazanımı doğrudan veya dolaylı olarak enerji tüketiminde tasarruf sağlamaktadır. Bu noktada, son yıllarda önemle üzerinde durulan enerji depolama teknolojileri, kaynakların etkin kullanımını ve sistemlerin toplam enerji tüketimini azaltmayı sağlayabilir. Isıl enerji depolama seçeneklerinden biri olan gizli ısıl enerji depolama sistemleri ve bu sistemlerde kullanılan faz değiştiren maddeler (FDM), son yıllarda giderek önem kazanan araştırma konularından birisi olmuştur. Isıl enerji depolama kapasitesi ve ısıl iletkenliği yüksek uzun ömürlü yeni nesil malzemeler geliştirmek için bilimsel çalışmalar sürdürülmektedir. Bu çalışmada, enerji tasarrufu amacıyla kullanılacak yeni faz değişim maddelerinin (FDM'lerin) üretilmesi hedeflenmektedir. Bunun için, çekirdek malzemesi olarak n-hekzadekan, kaprik asit ve oleik asit karışımı, emülsiyon polimerizasyon tekniği ile stiren-divinilbenzen polimer kabuk içerisine kapsüllenmiştir. Elde edilen FDM'nin performans ve özelliklerine etki eden kabuk/çekirdek oranı, emülsifikasyon süresi ve çapraz bağlayıcı miktarı çok değişkenli analiz yöntemlerinden biri olan Merkezi Bileşik Deneysel Tasarım yöntemi kullanılarak araştırılmıştır. Üretilen FDM'lerin ısıl özellikleri diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve termogravimetrik analiz (TGA) ile belirlenmiş, morfolojik özellikleri ve yapısı ise taramalı elektron mikroskobu (SEM), polarize optik mikroskop (POM) ve fourier dönüşüm kızılötesi spektroskopi (FT-IR) ile karakterize edilmiştir. Bununla birlikte, geliştirilen FDM'nin ısı depolama özelliği hava akışlı bir sistem üzerinde laboratuvar ölçeğinde test edilmiştir. Elde edilen FDM'nin iklimlendirme sistemleri başta olmak üzere enerji tasarrufu amacıyla çeşitli sistemlerde kullanılabileceği görülmüştür.
Yeşil bina sertifikasyon sistemleri ve bütünleşik bina yaklaşımıyla enerji kullanımının değerlendirilmesi
Küresel ölçekte yaşamaya başladığımız kaynaklara ulaşım sıkıntısı, bilinçsiz tüketimle hızla artış gösteren ve çeşitlenen çevre sorunları her geçen gün daha da büyümektedir. Şuan tüketmiş olduğumuz doğal kaynakların geri döndürülebilmesi de söz konusu değildir. Bu durumun üstesinden gelebilmek için bulunan çözümlerden bir tanesi de "sürdürülebilirlik felsefidir". Sürdürülebilirlik felsefesinin binalardaki uygulanılması ise bütünleşik bina tasarımı yaklaşımı ile inşa edilen yeşil binalardır. Tezde, sürdürülebilir üretim ve tüketim anlaşıyışı ile yaşamsal faaliyetlerden meydana gelen zararlı etkilerin en aza indirilmesi konusu irdelenerek yaşamımızdaki iki olmazsa olmaz unsur olan su ve enerji konusuna odaklanılmıştır. Bu kapsamda, kaynaklarımızın büyük çoğunluğunu tüketen binalar ele alınmıştır. Sürdürülebilirliğin binalardaki uygulaması olan "bütünleşik bina tasarımı" ile "yeşil bina" kavramları tanıtılmıştır. Yeşil bina sertifika sistemlerinin kategorilerine dikkat çekilerek sertifikaların birbirleriyle olan benzer ve farklı özellikleri kıyaslanmıştır. Tez kapsamında, suyun Dünya' daki durumuna dikkat çekilerek suyun verimli kullanılmasına gerektiği gözler önüne serilmiştir. Kentlerde su verimliliğini arttırıcı yöntem ve tekniklerden bahsedilerek yağmursuyu hasadının su verimliliğine olan katkısı vurgulanmıştır. Çalışmada, binalarda enerji tüketim noktalarının ve enerji kayıp-kaçaklarının neler olduğuna dair tespitler yapılmıştır. Daha sonra, binalarda enerji verimliliğini arttırıcı yöntem ve tekniklerden bahsedilmiştir. Binalarda en çok enerji tüketimine neden olan iklimlendirme sistemlerine dikkat çekilmiştir. Tezin son bölümünde ise, odak noktası olan enerji verimliğinin arttırılmasına dair mühendislik çalışmaları yapılmıştır. Bu amaçla, Yalova Üniversitesi kampüsündeki bir binaya "yeşil bina konsepti" uygulanmıştır. Ele alınan bina için su ve enerji ile ilgili sürdürülebilir yöntem ve tekniklerin uygulanılmasına dair çalışmalar yapılmıştır.
Grafen tabanlı demir sülfür (FeS2) ince film yarıiletkeninin sentezlenerek yapısal optiksel karakterizasyonunun yapılması ve boya ile duyarlı güneş hücrelerinde karşıt elektrot olarak kullanılması
Boya duyarlı güneş hücreleri üzerine çalışmalar gün geçtikçe artmaktadır. Geleneksel Silisyum tabanlı güneş hücrelerine bir alternatif haline gelmektedir. Endüstriyel alanda az da olsa yer bulmaktadır. Fakat DSSC'lerin bazı sorunları bulunmaktadır. Bunlardan biri de Pt Karşıt elektrottur. Pt karşıt elektrot maliyeti yüksek bir malzemedir. Bu da DSSC'lerin maliyetini oldukça arttırmaktadır. Alternatif olarak birçok malzeme denenmektedir. Grafen/FeS2 bunların başında gelmektedir. Güneş hücrelerinde karşıt elektrot olarak Pt karşıt elektrota alternatif olabilecek bir malzemedir. Bu çalışmada da Grafen/FeS2 sentezi yapılmıştır. TiO2 fotoanot ile birleştirilerek boya duyarlı güneş hücresi elde edilmiştir. Sentezlenen yarıiletkenlerin ve elde edilen hücrenin yapısal ve optiksel analizleri yapılmıştır. Sonuç olarak, DSSC'de grafen/demir sülfür (FeS2) ince filmleri ile yeni bir karşıt elektrot elde ettik. Grafen/pirit ince filmlerin, geleneksel Pt karşıt elektroduna kıyasla daha yüksek yüzey alanı ve iyi katalitik aktivite sergilediği gösterildi. Pt bazlı DSSC'nin % 6.4 verimine kıyasla % 7.43 grafen / FeS2 verimi elde edildi. Bu durumda Pt karşıt elektroda göre % 16.1 verim artışı sağlanmış oldu. Araştırmadan elde edilen sonuçlara göre, bu araştırma sadece DSSC'lerin performansını arttırmak için umut verici bir yaklaşım sağlamakla kalmayıp, aynı zamanda yeryüzünde bol bulunan ve katalitik olarak daha aktif grafen/FeS2 ince filmleri kullanarak maliyeti düşürmektedir. Grafen/FeS2 karşıt elektrodunun DSSC uygulamaları için ideal bir karşıt elektrot olduğu sonucuna varılmıştır. Anahtar kelimeler: Grafen/FeS2, Karşıt Elektrot, Boya Duyarlı Güneş Hücresi
Yalova Üniversitesi Kampüsü için enerji görünümünün çıkartılması ve yenilenebilir enerji kaynaklarıyla desteklenme imkanının araştırılması
Enerji; iletişim, ulaşım, aydınlanma gibi birçok yaşamsal faaliyetin temel kaynağıdır. Bu nedenle de enerjiye olan talep gün geçtikçe artmaktadır. Artan talebi karşılayabilmek için alternatif enerji üretim yöntemlerine yönelim başlamıştır. Bu durumun doğal bir sonucu olarak yenilenebilir enerji kaynaklarının enerji üretimi içindeki payı artmıştır. Bu tez kapsamında Yalova Üniversitesi Merkez Kampüsüne ait yıllık enerji tüketimleri incelenmiştir. Elektrik ve doğalgaz tüketimlerini azaltılabilmesi için alternatif enerji üretim ya da enerjinin verimli kullanılabileceği sistemler üzerine çalışmalar yapılmıştır. Yalova Üniversitesi Merkez Kampüsünün konumu ve Yalova ilinin çevresel şartları da göz önünde bulundurulduğunda, toprak kaynaklı ısı pompası sistemi ile doğalgaz tüketiminin, rüzgâr ve güneş enerji sistemleri ile ise elektrik tüketiminin azaltılabileceği öngörülmüştür. Bu öngörülerden yola çıkarak bahsedilen üç sisteme ait hesaplama, analiz ve fizibiliteler yapılmıştır. Hesaplama ve analizlerin ilk aşamasında Yalova iline ait Yalova Meteoroloji İl Müdürlüğünden temin edilen hava ve toprak sıcaklıkları incelenmiştir. Bu incelemelerin akabinde binaların mimari projelerinden yararlanarak ısıtma ve soğutma yükleri hesaplanmıştır. Toplam ısıtma ve soğutma yüklerinin kampüs içindeki dağılımı ve birim alan başına ısıtma ve soğutma yükü dağılımı enerji haritalama yöntemi ile görselleştirilmiştir. Yalova Üniversitesi Merkez Kampüste bulunan bina ve fakültelerin ısıtma ve soğutma yükünü karşılayabilmek için toprak kaynaklı ısı pompası sistemi önerilmiştir. Toprak kaynaklı ısı pompasının kurulumuna dair tüm hesaplamalar ve analizler yapılmıştır. Yapılan kapasite hesaplamaları doğrultusunda toprak kaynaklı ısı pompası ekipmanları seçilmiştir. Toprak kaynaklı ısı pompası sistemin ilk yatırım maliyeti, doğalgaz faturasından ne kadar tasarruf edileceği ve elektrik faturasında ne kadarlık artışa neden olacağı tek tek hesaplanmış ve bu hesaplamalara bağlı olarak geri ödeme süresi ortaya koyulmuştur. Yalova Üniversitesi Merkez Kampüsünün elektrik ihtiyacına katkıda bulunmak için tüm yenilenebilir enerji kaynakları incelenmiştir. O bölgede elverişli olabileceği öngörülen rüzgâr ve güneş enerjisi üzerine yoğunlaşılmıştır. Yalova iline ait güneş ve rüzgâr verileri Yalova ili Meteoroloji Genel Müdürlüğünden temin edilerek Yalova ilinde Rüzgâr ve güneş enerji sistemlerinin kurulabilirliği ile ilgili hesaplamalar yapılmıştır. Yapılan hesaplamalar sonucunda sistemlerin maliyet analizleri, ilk yatırım maliyetleri çıkartılıp geri ödeme süresi belirtilmiştir. Yapılan tez kapsamında Yalova Üniversitesi Merkez Kampüsüne ait enerji tüketimlerini azalmak için yöntemler değerlendirilmiştir. Bahsi geçen yöntemler uygulandığı takdirde okul ve ülke ekonomisine sağlayacağı maddi kazanlar ortaya koyulmuştur. Son olarak da sistemlerin çevresel etkileri de incelenmiştir.
Lignoselüloziklerden biyo-kökenli poröz karbon materyalin üretilmesi
Fossil resources are directing the economy today. The limited reserves of fossil resources, environmental pollution and greenhouse gas emissions caused by the use of fossil fuels, and the desire of countries to decrease the dependence of crude oil have led to a search for alternatives. Bio-based economy, which bases on producing value-added products (including bio-based chemicals, functional materials and biofuels) from biomass, has a great impact on reducing the dependency on fossil fuels. Moreover, adapting bio-based economy increases resource efficiency, reduces emissions and accelerates rural development. Among the biomass sources, lignocellulosic biomass such as agricultural residues/wastes and forestry residues/wastes require special attention. There are several conversion methods to produce different platform molecules, which can be used directly as an end-product or an intermediate product to produce the desired product. Hydrothermal carbonization (HTC) is among the thermochemical conversion methods, which gives opportunity to produce different value-added products including bio-based chemicals, carbon-rich materials and fuels with higher energy densities. This thesis presents hydrothermal carbonization as a method a) to obtain solid fuels with better properties compared to their original feedstock, b) to obtain a precursor for producing bio-based activated carbon. Therefore, this study comprises two parts: 1) producing hydrochars of selected lignocellulosics, and comparing the fuel properties of the lignocellulosics with their corresponding hydrochars, 2) activation of those hydrochars with KOH to produce porous activated carbons, and assessment of porous structure based on the type of lignocellulosic feedstock. Wood dust, walnut shell, tea stalk, olive pomace, apricot seed and hazelnut husk were used as lignocellulosic biowastes, which were hydrothermally carbonized at 220°C for 90 min. Hydrochars of those lignocellulosics were activated by chemical activation with KOH at 600°C. As the wood dust, walnut shell, tea stalk, olive pomace, apricot seed and hazelnut husk biomass samples and their corresponding hydrochar were compared, the improvement of the fuel quality after HTC was remarkable. All hydrochars represented lower volatile matter content and hydrogen content. Fixed carbon content of all hydrochars were higher than their original raw sample, resulting higher net calorific values. The percentage increase in heating values were ranked between 30% (olive pomace) and 14% (wood dust). Among the hydrochars, olive pomace presented the best improvement in terms of high heating value (6106 cal/g) and low ash percentage (5.5%). All of the hydrochars had the heating values as high as bituminous coal. Activated hydrochars demonstrated BET surface areas of between 308.9 m2/g and 666.7 m2/g (activated hydrochar of wood dust and tea stalk), and total pore volumes of between 0.25 cm3/g and 0.73 cm3/g (activated hydrochar of olive pomace and wood dust). The average pore size distribution of the activated hydrochars was ranging between 1.05 nm (olive pomace) and 4.74 nm (wood dust). All agricultural based activated hydrochars had similar average pore size distribution of between 1.05 nm and 1.25 nm, which fell in the range of microporous structure. With the average pore size of 4.74 nm, activated hydrochar of wood dust was classified under the mesoporous structure. This thesis clearly points out that: - The type of lignocellulosic biomass affects the amount and characteristics of its corresponding hydrochar. - HTC is a very effective method to decrease the moisture and volatile matter content of lignocellulosics. - HTC is a very effective method to increase the fixed carbon content and heating value of the lignocellulosics. - After HTC, all hydrochars represent similar pyrolysis and combustion profile, the only difference is the shifting of the characteristic temperatures (the temperatures of maximum mass loss rate, ignition temperature and burnout temperature) to higher values. - HTC is a very effective method to enhance the fuel properties of the lignocellulosics. - HTC, alone, also produces hydrochars with higher porous structure compared to their raw feedstock. - Activating HTC with KOH dramatically affects the microporous structure formation. - The type of lignocellulosic material (mainly the structure of lignin) has a great impact on porous structure.
Isıl enerjinin faz değiştiren maddeler kullanılarak depolanması
Günümüzde teknolojinin hızla gelişmesiyle birlikte enerji talebinin sürekli artması, ülkeleri enerji arz güvenliğini sağlamada çeşitli enerji politikalarına ve araştırmalarına yönlendirmiştir. Özellikle enerjinin bir lüks olmaktan çıkıp bir ihtiyaç haline geldiği bu son yüzyılda, enerjiye her daim, kaliteli, güvenilir ve ekonomik olarak ulaşmak büyük önem arz etmektedir. Enerjinin etkin ve verimli kullanılmasının yanında enerjinin depolanması konusu da son dönemde ülkelerin enerji politikaları arasında yer almaya başlamıştır. Faz değiştiren maddeler ile gerçekleştirilen gizli ısıl enerjinin depolanması ile ilgili çalışmalar geçtiğimiz on yılda yoğunlaşmış ve günümüzde de artarak devam etmektedir. Faz değiştiren maddeler (FDM'ler), enerjiyi ısı formunda bünyelerinde depolama olanağı sağlayan maddeler olarak tanımlanmaktadır. Bu maddelerin artan ortam sıcaklığı ile sıcaklığı artmakta ve faz değişim sıcaklığına ulaştığında maddede faz değişikliği meydana gelmektedir. Bu süreç sırasında madde daha yüksek enerjili bir hale geçerek faz değişimi gerçekleştirmekte ve böylece bünyesinde bir miktar ısıyı depolamaktadır. Sonrasında ortam sıcaklığının düşmesi ile maddede meydana gelen sıcaklık düşüşü faz değişim sıcaklığının altına ulaştığında ise madde tekrar daha düşük enerjili hale geçerek faz değişimine uğramakta ve bünyesindeki ısıyı dış ortama vermektedir. Faz değiştiren maddeler ile ilgili birçok çalışma olmakla beraber bu maddelerin binalarda pasif ve aktif ısıtma-soğutma uygulamaları, uzay uygulamaları, tekstil uygulamaları gibi bir çok alanda kullanımları mevcuttur. Bu çalışmada, ısıl konforun sağlanması ve enerjinin korunumu amacıyla binalarda iç mekan sıcaklıklarının ısıl kontrolünde ve klima sistemleri gibi düşük sıcaklıkta çalışan ısıl enerji depolama uygulamalarında kullanılabilme potansiyeline sahip n-oktadekan ve n-hekzadekandan oluşan ötektik FDM'ler hazırlanmıştır. Hazırlanan ikili karışım stiren-divinilbenzenden oluşan kabuk ile ters emülsifikasyon yöntemiyle mikroboyutta kapsüle edilmiştir. Yapılan seri halde deneylerde çekirdek/kabuk oranı ve emülgatör konsantrasyonunun ısıl özellikler ve kapsülasyon oranı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Gerçekleştirilen ısıl ve morfolojik analizler sonucunda en yüksek gizli ısı depolama kapasitesi (88 kJ/kg), en yüksek çekirdek/kabuk oranı (2/1) ve en düşük emülgatör oranında (45 mmol/L) hazırlanan numune de elde edilmiştir. Ayrıca bu numuneye ait en yüksek kapsülasyon oranı %56,77 olarak bulunmuştur. Çalışma sonucunda elde edilen bulgular, elde edilen mikrokapsüllenmiş FDM'lerin sahip oldukları ısıl enerji depolama kapasiteleri, faz geçiş sıcaklık aralıkları ve ısıl kararlılıkları ile özellikle 18-30°C aralığında çalışan düşük sıcaklıklı enerji depolama uygulamalarında kullanılabilecek potansiyel enerji depolama malzemeleri olduğunu göstermiştir.
İndüksiyonlu gaz ısıtıcılarının termodinamik analizi
Gelişen teknoloji ile dünya üzerindeki enerji ihtiyacı gün geçtikçe artmaktadır. Bu kapsamda enerjinin ve enerji verimliliğinin korunması, sürdürülebilir bir toplum için kilit husus haline gelmiştir. Devletlerin ekonomilerinde önemli bir kalem haline gelen enerji giderlerinin, enerji tasarrufu ile azaltılması kapsamında elektrik enerjisinin kullanımının düşürülmesi büyük bir payı elinde tutmaktadır. Elektrik enerjisinden yapılacak tasarruf, gereksiz kullanım ve kaçakların önüne geçilmesiyle sağlanabileceği gibi, aynı işi daha düşük enerji ile gerçekleştirebilecek cihazların geliştirilmesiyle de sağlanabilmektedir. İklimlendirme sektörü, başta küresel ısınma olmak üzere insanoğlunun ve canlıların yaşamını tehdit eden faktörler sebebiyle devletlerin uygulamaya koydukları çevreci politikalar kapsamında sürekli kendini yenileyen bir sektördür. Bunun için iklimlendirme sistemlerinin çevreci politikalara uygun olarak geliştirilmesi önem arz etmektedir. Bu doğultuda, bir yandan mahal şartlandırmaya yönelik fosil yakıtlara dayanan ısıtma sistemlerinin yerini elektrik enerjisiyle çalışan sistemlere yöneltme çabası, diğer yandan elektrik enerjisiyle çalışan sistemlerin efektif ısıtma işlemini sağlamaları için teknoloji geliştirme aşamaları devam etmektedir. Bu kapsamda indüksiyonla ısıtma sistemleri ise bahsedilen diğer teknolojilere alternatif olarak gelişim aşamasındaki bir teknolojidir. İndüksiyonla ısıtma teknolojisinde bir bobin içerisine yerleştirilen elektriksel iletken eleman, akışkanı yanma işlemi olmadan ısıtır böylece çevresinde hava ısıtma işleminden kaynaklanan karbon bazlı ve diğer sera gazı emisyonlarını belirgin bir şekilde ortadan kaldırarak dünya ortamının kalitesini artırmaktadır. Tez kapsamında daha önce geliştirilen prototiplerden elde edilen bulgular ve öneriler doğrultusunda, bu prototiplerin sadeleştirilmesiyle elde edilen K5 tipi indüksiyonlu gaz ısıtıcısının dairesel hava kanalı içerisindeki performansı, geçici ve sürekli rejim altında elektrik, termodinamik ve akışkanlar mekaniği disiplinleri açısından incelenmiştir. Konvansiyonel rezistanslı ısıtıcılar yerine indüksiyonlu hava ısıtıcılarının kullanılmasıyla, elektrik kaçaklarından kaynaklı tehlikelerin, çevre kirliliğinin, korozyonun, ısıtıcıdaki bakteri ve/veya virüslerin üremesinin önlenmesi, ömrü uzun ve bakım ihtiyacı bulunmayan bir ısıtıcı sisteminin elde edilmesi planlanmıştır. Deneylerde iş akışkanı olarak hava kullanılmış ve kanal içerisinde sahip olduğu termal ve akış karakteristiğinin tespit edilmesi amacıyla sonlu elemanlar metodunu kullanan Comsol Multiphysics® ile sayısal simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Simülasyonda izlenen metot ve elde edilen bulgular, deneysel sonuçlar ve literatürde verilen diğer doğrulama yöntemleri izlenerek doğrulanmıştır. Literatürden derlenen Nusselt korelasyonlarının ısıtıcıda uygulanabilirliği tartışılmıştır. Isıtıcı prototipinin performans parametreleri olarak, kovan ve bobinin sıcaklık değerleri, havanın farklı noktalarda sahip olduğu sıcaklık değerleri, kovan içi (I. Bölge) ve bobin dışı-kanal arası (II. Bölge) ısı taşınım katsayısı, kanaldaki basınç kaybı, elektriksel kuplaj verimi ve termal verim belirlenmiştir. Sistemin performans parametrelerini farklı koşullar altında analiz etmek için doğrulanmış simülasyon modeli kullanılarak parametrik çalışmalar yapılmıştır. Bu kapsamda, havanın göz önüne alınan çözümleme bölgesine giriş Reynolds sayısının değişimi, farklı bobin güçleri, kanal iç çapının kovan iç çapına olan oranının değişimi, kovan uzunluğunun kovan iç çapına olan oranının değişimi, farklı gaz akışkanların ve kovan içerisi ile ısıtıcı uçlarına koyulan akış düzelticinin etkisi incelenmiştir. Ayrıca, sistemin elektromanyetik performansının belirlenmesi adına eşdeğer devre analizine bağlı simülasyonlar Multisim v.14 programı vasıtasıyla gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışma sonucu ısıtıcının termal ve elektriksel veriminin sırasıyla %100 ve %94,46 olduğu belirlenmiştir. Kovan ve bobin sıcaklığının ortalama 159,6 °C ve 58,2 °C olması durumunda havanın kanaldan çıkış sıcaklığı 30,5 °C olduğu tespit edilmiştir.
VRF ve fan coil sistemlerinin bir eğitim binasında karşılaştırmalı incelenmesi
İnsanlar zamanının büyük bir bölümünü kapalı ortamda geçirmektedir. Bu nedenle geçen yıllar boyunca konforlu ortamın sağlanması için hep arayış içinde olunmuştur. Günümüzde gelişen teknoloji ile birlikte uygun sıcaklık değerleri ve hava kalitesi sağlanabilirken aynı zamanda otomatik kontrolü de yapılabilmektedir. Ancak artık ısıtma-soğutma sistemlerinin enerji verimliliği de önem kazanmış ve çalışmalar bu yönde de ilerlemektedir. Bu çalışmada, ısıtma soğutma sistemi olarak geniş kullanım alanı olan fan coil sistem ile VRF sistemi 7000 m2 kapalı alana sahip bir eğitim binasında ayrı ayrı projelendirilmiştir. Projesi tasarımı yapılan VRF ve fan coil sistemlerinin yatırım maliyetleri, yaz ve kış dönemleri için işletme maliyetleri hesaplanarak karşılaştırılmıştır. Ayrıca iki sistem, konfor şartları, gürültü düzeyleri, işletme kolaylığı, montaj ve devreye alma gibi konularda da incelenerek sistemlerin artı ve eksi yönleri gösterilmiştir. Isıtma-soğutma sistemleri tasarlanırken genelde yatırımcının istekleri ve kullanıcıların ihtiyaçları temel alınsa da, tasarımdaki diğer önemli unsur sistemin verimli olmasıdır. Isıtma soğutma sistemlerinin enerji tüketimlerini hesaplamak ve bu hesabı ilk yatırım maliyeti ile birlikte değerlendirmek en doğru sistemi seçmek konusunda yol gösterecektir. Bu çalışmada da bir eğitim binasında VRF ve fan coil sistemlerinin yatırım maliyetleri ve işletme maliyetleri hesaplanarak iki sistemin verimlilik analizinin karşılaştırılması amaçlanmıştır. Değerlendirmelerde, iklimlendirme sistem seçimlerinde binanın mimari özelliklerinin, ısı yalıtımının ve sistemlerde kullanılan cihazların enerji verimlilik değerlerinin, enerji maliyetlerinde önemli yer tuttuğu görülmüştür.
Biyokütle kaynaklı sentez gazından hidrojen üretiminin ve entegre bir güç üretim sisteminin incelenmesi
Teknolojinin gelişmesi ve endüstriyel büyüme ile birlikte kesintisiz enerjiye olan talep hızla artmaktadır. Özellikle, ülkemizde büyük oranda dışa bağımlı temin edilen fosil kaynaklı yakıtların rezervlerinin gün geçtikçe azaldığı günümüzde ihtiyaç duyulan enerjinin biyokütle, jeotermal, güneş ve rüzgâr gibi sürdürülebilir, yerli ve yenilenebilir kaynaklardan üretilmesi önem kazanmıştır. Bununla birlikte, fosil kaynaklı yakıtlara alternatif temiz yakıt teknolojilerinin geliştirilmesi ve uygulanması da geleceğe yönelik endişelerin giderilmesi bakımından önemlidir. Bu noktada, moleküler olarak doğada yaygın olmamasına rağmen, çeşitli yöntemlerle doğadaki farklı kaynaklardan üretilebilen ve yüksek enerji içeriğine sahip olan hidrojen gazı alternatif bir yakıt olarak öne çıkmaktadır. Gelecekte hidrojene dayalı teknolojilerin gelişerek artmasıyla birlikte, birleşik hidrojen ve güç üretim sistemlerinin ekonomik ve verimli bir şekilde uygulanmasının, enerjide arz ve talep dengesinin sürdürülebilir kılınmasına büyük katkı sağlayacağı öngörülmektedir. Bu çalışmada, biyokütlenin gazlaştırılmasıyla oluşan sentez gazından termokimyasal proses işlemleri ile hidrojen üretiminin incelenmesi ve hidrojen üretim prosesinin ihtiyaç duyduğu enerjinin karşılanması için yenilenebilir kaynaklı bir güç üretim sisteminin modellenmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda, yüksek saflıkta hidrojen üretimi sağlayan bir hidrojen üretim prosesi ile entegre jeotermal ve güneş enerjisi destekli olmak üzere iki ayrı güç üretim sistemi modellenmiştir. Modellenen entegre hidrojen ve güç üretim sistemleri Aspen HYSYS paket programı vasıtasıyla bilgisayar destekli benzetim yapılarak incelenmiştir. Ayrıca, ekserji analizi yöntemi kullanılarak, modellenen hidrojen ve güç üretim sistemlerinin performansları ayrı ayrı incelenmiş, enerji ve ekserji verimlilikleri değerlendirilmiştir. Böylece, yerli ve yenilenebilir bir kaynak olan biyokütle esaslı sentez gazından katma değeri yüksek hidrojen gazının üretildiği bir sistem ile beraber hidrojen üretim prosesine entegre olarak yine yenilenebilir kaynakların kullanıldığı hibrit bir güç üretim sisteminin yapılabilirliği araştırılmıştır.
Otomobil iklimlendirme sistemleri için farklı alternatif soğutucu akışkanların performanslarının değerlendirilmesi
Küresel ısınmanın günümüzde etkisini şiddetle hissettirmesi, devletleri ve uluslararası kuruluşları küresel ısınmanın etkilerini sabitleyecek ve azaltacak çalışmalar ve düzenlemeler yapmak zorunda bırakmıştır. Bu düzenlemeleri en önemlilerinden biri de otomobil iklimlendirme sistemlerinde kullanılan ve yüksek küresel ısınma potansiyeline (GWP) sahip soğutucu akışkanların kullanımının sınırlandırılmasıdır. Bu hususta Avrupa Parlementosu GWP'si 150'nin üzerinde olan soğutucu akışkanların kullanımının sınırlandırması kararı almıştır. Halihazırda otomobil iklimlendirme sistemlerinde kullanılan en yaygın soğutucu akışkan R134a (GWP=1300)'dır. R134a akışkanı soğutma sistemleri için yüksek performans sağlamasına rağmen yüksek küresel ısınma potansiyeli ile çevreye büyük zarar veren ve Avrupa Parlementosu tarafından engellenecek akışkanlardan biridir. R134a soğutucu akışkanının diğer soğutucu akışkanlar içerisinde yerine geçebilecek düşük küresel ısınma potansiyeline sahip en iyi alternatifler R1234yf, R1234ze(E) ve R152a akışkanlarıdır. Bu akışkanlar Avrupa Parlementosu düzenlemelerine uygun olmalarına rağmen ya R134a kadar performans verememekte, yada sistem tasarımlarına uygunluk ve yanma sınıfları konusunda problem oluşturmaktadırlar. Bu eksikliklerin giderilmesi ve düşük küresel ısınma potansiyeline sahip soğutucu akışkanların performanslarında görülen olumsuzlukların giderilmesi amacıyla düşük küresek ısınma potansiyeline sahip soğutucu akışkan çalışmaları yapılmaktadır. Bu tez kapsamında düşük küresel ısınma potansiyeline sahip R152a, R1234yf ve R1234ze(E) soğutucu akışkanlarının performansları R134a ile karşılaştırılmıştır. Deneysel ısı pompası sisteminde farklı soğutcu akışkanlar hem ısıtma, hem de soğutma modunda test edilmiştir. Aynı zamanda sıvı hattına yerleştirilen plakalı bir iç ısı değiştiricinin, düşük performanslı soğutucu akışkanların sistem performans parametreleri üzerine etkisi incelenmiştir. R152a soğutucu akışkanının STK'sı R134a'dan %11 oranında fazla olduğundan sistem üzerinde ısı değiştiricisine ihtiyaç duymamaktadır. İç ısı değiştiricisinin sistemde aktif olmasıyla R1234yf ve R1234ze(E) soğutucu akışkanının STK'sında sırasıyla %5-6 ve %4-5 oranında artış meydana gelmiştir. Deneysel ısı pompası sistemi ısıtma modunda incelendiğinde R152a'nın Isıtma Tesşr Katsayısı (ITK) R134a'dan %2 oranında daha yüksek, R1234yf ve R1234ze(E) soğutucu akışkanlarının ITK değerleri incelendiğinde ise akışkanların ITK'ları R134a'dan sırasıyla %4 ve %11 oranında daha düşük gerçekleşmiştir. Anahtar kelimeler: Otomobil ısı pompası, iç ısı değiştirici, GWP, R152a, R1234yf, R1234ze(E)
Marmara Bölgesinde hibrit enerji potansiyelinin belirlenmesi ve haritalanması
Dünyada yaşamın var olabilmesi için enerji ihtiyaçtır. Özellikle sanayi devriminden sonra kişi başına düşen enerji talebi artmış olup, bu durum fosil yakıtların kullanımını arttırmıştır. Gerek fosil yakıtlar tarafından çevreye verilen zararlar, gerekse dünyadaki fosil yakıt rezervlerinin tükenmekte oluşu yeni kaynak arayışlarına gidilmesine sebep olmuştur. Bu çalışmada Marmara Bölgesinin Hibrid Enerji Potansiyeli HOMER (Hybrid Optimization Model For Electrical Renewable - yenilenebilir elektrik için hibrid optimizasyon modeli) programı ile simule edilerek elde edilen sonuçlar haritalandırılmıştır. 20 ev, 1 market, 1 okul ve 1 camiden oluşan bir köyün elektrik yükü belirlenerek, yenilenebilir enerji kaynakları için güncel ekonomik veriler ve bölgede mevcut olan rüzgar, güneş, biyokütle ve hidrokinetik kaynak verileri tanımlanarak, hibrid sistemlerin NPC (toplam net maliyet) ve COE (birim enerji maliyeti) maliyeti, şebeke uzatma bedeli ve emisyon bilgileri hesaplanmış olup, Marmara genelinde yenilenebilir enerji haritalaması yapılmıştır. PV paneller sadece gündüz, rüzgar türbinleri kesintili enerji ürettiği için aküler ile depolama yapılmaktadır. Maliyeti düşürmek için akü sayısı ve PV panel sayısı kullanıcı tercihine bırakılmamış, HOMER algoritması tarafından belirlenmiştir. Sürekli üretimin sağlandığı biyokütle ve hidrokinetik jeneratörler ile baz ihtiyaç karşılanmış, tüm bileşenler için en uygun çözüm HOMER ile simule edilmiştir. Hidrokinetik enerjinin kullanılmadığı illerde enerji üretimi birim maliyeti 0.137 $ - 0.159 $ aralığında bulunurken, hidrokinetik enerjinin kullanıldığı illerde enerji üretimi birim maliyeti 0.099 $ - 0.131 $ aralığında bulunmuştur. Şebeke elektriği 0.11 $ iken Çanakkale ilinde enerji üretme birim maliyeti 0.099 $ bulunmuştur. Her bir il için kullanılan bileşenler harita üzerinde gösterilmiştir. İl bazında en uygun maliyetli yenilenebilir enerji üretim yöntemi haritadan net olarak görülmektedir. Her ne kadar maliyetler genelde şebekeden daha yüksek çıksa da, çevreye olan etkileri ve fosil yakıtların ömrünün tükenmekte olduğu değerlendirildiğinde yapılacak ARGE çalışmalarıyla ve teşviklerle maliyetler düşürülecek ve toplumun bilinçlendirilmesi ile yenilenebilir enerji üretimi ve kullanımı artacaktır. Anahtar kelimeler: Hibrit Enerji Sistemleri, Sürdürülebilirlik, Yenilenebilir Enerji, HOMER, Marmara
Yeşil bina hedefine yönelik yağmur suyu hasat sistemi tasarımı: Yalova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi örneği
Su canlı yaşamının devamı için en önemli ve vazgeçilmez kaynaktır. Son yıllarda artan nüfus ve iklim değişiklikleri nedeniyle, insanoğlu bu vazgeçilmez olarak nitelendirilen kaynağın yok olma ihtimali ile karşı karşıyadır. Türkiye şu an su sıkıntısı çeken ülkeler listesindedir ve yakın gelecekte su fakiri olacağı tahmin edilmektedir. Dolayısı ile su kaynaklarının korunması ve sürdürülebilirliğinin sağlanması için su tasarruf yöntemlerinin araştırılması önem arz etmektedir. Bu anlayıştan yola çıkarak, tez kapsamında Yalova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi için yeşil bina yaklaşımıyla yağmur suyu hasat sisteminin araştırılması ele alınmıştır. Hasat edilen suyun binadaki tuvalet rezervuarlarında kullanılması düşünülmüştür. İlk olarak Yalova İli'nin yağış rejiminin istatistiki analizi yapılmıştır. Optimum depo hacmini bulabilmek için regresyon analizi yapılarak sonuçlar değerlendirilmiştir. Yapılan araştırmalar ve hesaplamalar ile binada eş zamanlı minimum 300 maksimum 1500 öğrenci olduğu belirlenerek, bu aralıktaki su talepleri için optimum depo hacmi hesaplanmış ve verim değerlendirmesi yapılmıştır. Depoların yerleşimi için 2 yaklaşım kullanılmıştır. Ekonomik analiz farklı hasat katsayısı ve talep durumları için göz önüne alınarak yapılmıştır. İki yaklaşım için de depo maliyeti hesaplanıp 3000-15000 litre aralığındaki talepler için tasarruf potansiyeli ve geri ödeme süreleri belirlenmiştir. İki yaklaşım değerlendirildiğinde minimum geri ödeme süresi 6 yıl maksimum geri ödeme süresi 13 yıl olarak bulunmuştur.
Gökçe barajı üzerine 2 MW gücünde yüzebilen güneş paneli kurulumunun analizi
Türkiye enerji kaynakları ve kullanımı bakımından yurtdışına bağımlılığı giderek azaltmayı hedeflemektedir. Yurt dışına bağımlığın azaltılması konusunda yapılan yatırımlar ve teknolojik gelişmeler yakından takip edilmektedir. Yapılan çalışmalar ışığında yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı her geçen gün artmakta ve kullanımın artması için strateji planları açıklanmaktadır. Yenilenebilir kaynakların kullanımı çevresel etkilerin azaltılması konusunda bütün dünya ülkelerinin ortak kararı niteliğindedir. Yenilenebilir kaynaklar bu kapsamda sınırlı kullanıma sahip olsalar da giderek dengeler değişmektedir. Yenilenebilir kaynaklar arsında güneş en çok tercih edilen kaynaklar arasındadır. Kullanım açısından genellikle güneş enerji santralleri (GES) kurularak elektrik enerjisi elde edilmektedir. Güneş santralleri bizlere temiz enerjinin önünü açarken birkaç noktada dezavantaj oluşturmaktadır. Dezavantajının başında kurulum alanının yüksek olması sebebiyle arazi habitat bütünlüğünde kayıpların oluşması ve tarım arazilerinde GES kurulumlarına izin verilmemesi gelmektedir. Arazi kayıplarının önüne geçilmesi, güneş santrallerinde sıcaklık nedeni ile düşen verimin arttırılması ve buharlaşmanın önüne geçmek amacıyla Asya ülkeleri yüzer güneş santrallerinin (YGES) kurulumuna ağırlık vermektedir. YGES'lerin kurulumu için genellikle hidroelektrik santralleri ve barajlar tercih edilmektedir. Türkiye sahip olduğu baraj ve göller ile YGES kurulumu açısından ciddi bir potansiyele sahiptir. Su stresinin yüksek olduğu bir coğrafyada bulunması sebebiyle kayıpları YGES'ler ile azaltabileceği ortadadır. Bu çalışmada Yalova ilinin tatlı su ihtiyacını karşılayan gökçe barajının üzerine 2 MW gücünde YGES'in kurulum analizi yapılmıştır. Yapılan analiz çalışmasında Yalova ilinin elektrik ihtiyacının 0,32% 'lik kısmı YGES'ten karşılanırken, karasal güneş enerji santrallerine göre çıkış gücünde %6 verim artışı olduğu, bir yıl içinde buharlaşma ile meydana gelebilecek 16,558 m3'lük tatlı su kaybının önüne geçildiği hesaplanmıştır. Ayrıca PVsyst, PVGIS ve Skelion programlarından yararlanılarak kurulan santralin tekno-ekonomik incelemelerinede yer verilmiştir. Anahtar Kelimeler: Yüzer Güneş Enerji Santrali, Yenilenebilir Enerji, Fotovoltaik Hücre, Tekno-ekonomik Analiz