Sera ısıtması için güneş enerjisi destekli toprak kaynaklı bir ısı pompası sisteminin tasarımı ile enerji, ekserji ve eksergoekonomik analiz yöntemleri kullanarak performansının değerlendirilmesi

Son yıllarda, ekserji analizi yöntemi, proses verimsizliklerini daha iyi göstermek ve ısıl sistemlerin performansını değerlendirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Ekserji analizi, enerji analizinden elde edilemeyen önemli bilgi ve anlayışı verir. Değişik ekserjiye dayalı ekonomik analiz metodolojileri (örneğin; eksergoekonomik, termoekonomik) de birçok araştırmacı tarafından ısıl sistemlere uygulanmaktadır. Bunlar arasında, EMEK (EXCEM; ekserji, maliyet, enerji ve kütle) kayda değerdir. Güneş enerjisi destekli ısı pompalarının ekserji analizi üzerine birçok araştırmacı tarafından değişik çalışmalar yürütülmektedir. Bununla beraber, mevcut kaynak incelemesine göre, enerji, ekserji ve eksergoekonomik analizleri kullanarak, nominal çapı 1 × 1/4“ ve derinliği 50 m olan U-dirsekli toprak ısı değiştiricili güneş enerjisi destekli toprak kaynaklı ısı pompası sera ısıtma sistemi (GDTKIPSIS)nin performansının test edilmesi üzerine açık literatürde hiçbir çalışma görünmemektedir. Bu tezdeki araştırmanın amacı; sistem analizi ve performans değerlendirmesi için, bir GDTKIPSISʼnin enerjik, ekserjetik ve eksorgoekonomik modellemesini teorik ve deneysel olarak incelemektir. Potansiyel bir karar verme yöntemi olan Analitik Hiyerarşi Proses (AHP) de, bu GDTKIPSISʼ ye uygulanmıştır Bu bağlamda, değişik referans ve giriş suyu sıcaklıklarında enerji (ısıtma etki katsayısı; IEK) ve ekserji verimleri belirlendi. Ölçülen ısıl veriler, -0,69 ºCʼden 25 ºCʼye kadar aralıktaki farklı referans sıcaklıklarında, model hesaplamaları için kullanıldı. Bunun yanında, İzmirʼdeki Güneş Enerjisi Enstitüsüʼnde kurulan GDTKIPSISʼin performansı, enerji ve ekserji verim değerlerinin sistem ile nasıl değiştiğini göstermek için değerlendirildi. Tüm GDTKIPSISʼdeki ekserji kayıpları (tahribleri), karşılaştırma amaçları için, özellikle 10,93 ºC referans sıcaklık için belirlendi. 17 Aralık 2003ʼten 31 Mart 2004 tarihine kadar uzanan ısıtma modunda yapılan ölçümlere bağlı olarak, toprak kaynaklı ısı pompası (TKIP) ünitesinin ve tüm sistemin ortalama IEK değerleri, sırasıyla, 2,84 ve 2,27 olarak elde edildi. TKIP ve sistemin en yüksek IEK değerleri, sırasıyla, 3,14 ve 2,79 olarak, 7 Ocak 2004 tarihinde bulundu. Sistemin ortalama ekserji verimi, bu deneysel süreçte % 68,11 olarak belirlendi. Aynı deneysel süreç boyunca, bulutluluk göstergesi 0,60 olarak hesaplandı. Tasarlanan GDTKIPSISʼinin içinde Cucumus sativus cv. Pandora F1 yetiştirildi. Bununla beraber, deneysel sonuçlar, dış hava sıcaklığının çok düşük olması durumunda, tek başına merkezi bir ısıtmanın çalıştırılmasının seranın tüm ısı yükünü karşılayamayabileceğini göstermektedir. Bivalent (ikili) işletme şekli, Türkiyeʼdeki Akdeniz ve Ege Bölgeleri için en iyi çözüm olarak önerilmektedir.