Yoğunlaştırılmış Güneş Enerjisi Destekli Isıtma Ve Soğutma Sistemi: Çamaşır Makinesi Fabrikası Vaka Analizi

Abstract

Bu çalışmada, beyaz eşya sektöründe üretim yapan bir firmanın, Romanya’nın Ulmi bölgesinde çamaşır makinesi üretimi yapan fabrikasına kurmuş olduğu yoğunlaştırılmış güneş enerjisi destekli ısıtma ve soğutma sistemi incelenmiştir. 711 kW kurulu güce sahip yoğunlaştırılmış güneş enerjisi sistemi, parabolik oluklu kolektörlerden meydana gelmektedir. Temperli cam ayna kullanılan yansıtıcı yüzeyin toplam açıklık alanı ise 1283 m²’dir. +58° azimut açısı ile konumlandırılan sistem, doğu-batı yönünde tek eksende güneş takip sistemine sahiptir. Isı transferi akışkanı olarak %30 oranında glikol propilen-su çözeltisi kullanılmaktadır, glikol propilen çözeltisi suyun donma sıcaklığını düşürerek antifiriz görevi görmektedir. Daha yüksek işletme sıckalıklarında glikol propilenin termofiziksel özellikleri, bu talebe cevap verememektedir ancak mevcut sistemin işletme sıcaklığı 100°C olduğu için glikol propilen çözeltisi kullanımı uygundur. 100°C işletme sıcaklığı elde edilene kadar çözelti, baypas devresi üzerinden sirküle edilir. 100°C’ye ulaştığında, plakalı ısı eşanjörü üzerinden demineralize suya aktarılan ısı, 40 ton kapasiteli akümülasyon tanklarında depolanır. Depolanan ısı enerjisi, ısıtma ve soğutma için kullanılmaktadır. Isıtma sezonunda ısıtma kolektörünü destekleyerek işletme içerisinde mahal ısıtma ve sıcak kullanım suyu elde etmede kullanılmaktadır. Isıtma devresi 80/60°C çalışmaktadır, dolayısıyla akümülasyon tankı sıcaklığı 80°C’ye ulaştığında ısıtma kolektörü beslenmektedir, böylelikle kaskad doğalgaz kazanlarının yükü kısmi olarak azaltılmaktadır. Soğutma sezonunda ise, akümülasyon tankındaki sıcak su tek etkili (LiBr-Su çözeltili) absorbsiyonlu soğutma grubunu besleyerek, 15°C sıcaklığında proses soğutma suyu elde edilir. Böylelikle, santrifüj soğutma grubundan elde edilecek soğutma enerjisinin miktarı azaltılarak elektrik tasarrufu elde edilmiş olur. Tez çalışması kapsamında mevcutta bulunan yoğunlaştırılmış güneş enerjisi destekli ısıtma soğutma sistemi, dinamik modelleme yazılımı olan TRNSYS ile modellenmiştir. Mevcut şartlar altında ve farklı ışınım değerleri altında elde edilecek soğutma ve ısıtma enerjileri hesaplanarak, önlenen sera gazı emisyonları hesaplanmıştır. Orijinal çalışma koşulları optimize edilerek alternatif kullanım senaryoları çalışılmıştır.

By this thesis, a concentrated solar power system for heating and cooling of a household appliances company’s washing macine factory is examined. System is located in Romania, Ulmi and the installed capacity is 711 kW with the technology of parabolic trough collectors. Total aperture area is 1284,23 m² for whole system. Parabolic trough collectors’ reflective surface is tempered glass mirror which has higher reflective efficiency than polished aluminium surfaces. System has astronomic time clock to have precise tracking in single axis. Astronomic time clock uses the GPS’ site location data to calculate the sun’s angle for the CSP area. With a variable speed drive pump, heat transfer fluid is circulated through the parabolic trough collectors. Glycol propylene water solution (30%) is used as working fluid to prevent the freezing in Romania’s weather conditions. System has a bypass circuit on the parabolic trough collector side to circulate the heat transfer fluid to reach the 100°C set temperature as soon as possible. After the set temperature is reached, system feeds the heat exchanger which has 900kW capacity. Demineralised water is used for the seconder side of the heat exchanger. The heated up demineralised water is stored in 40 m³ thermal energy storage tanks, which is located into CSP technical room. Insulated tanks store the hot water for consumption points. There are two point of uses of the hot water in the related system. First one is facility heating and domestic hot water production. The facility has cascade natural gas boilers for space heating and domestic hot water. By using of the concentrated solar power supported system, not only natural gas consumption but also GHG emissions will be decreased. The working temperatures of the heating system of the facility are 80/60°C. Since the hot water temperature must be 80°C, thermal energy storage’s temperature should equal to 80°C to support the heating system. The second usage point is to have chilled water at 15°C to satisfy the cooling loads of mold and oil cooling circuits. Facility has single effect LiBr sourced absorption chiller which is invested to work coupled with concentrated solar power system. According to system design, the absorption chiller’s optimum COP rates are at 95°C of hot water. Hence, the system’s set temperature will be 95°C for summer season. xxii By using the concentrated solar power supported cooling system, not only electricity consumptions but also GHG emissions will be decreased to satisfy the cooling loads as in the heating system. The real system has a building management system to manage the system algorithms with the feedbacks of sensors and calorimeters. System designed to have free-cooling in spring and autumn periods. In the study, it is assumed that there is not any free cooling option, system works with two scenario, heating and cooling. Cooling season starts in the mid of April and remains till mid of October (the assumptions made according to heating degree days). And the rest of the year is heating season. System is modelled in the TRNSYS software which is capable to analyse such dynamic systems. TRNSYS is set up to 6 minutes intervals to calculations. Each 8760-houred simulation took approximately 35 minutes. By decreasing the interval time, simulation times will be increased. All the equipments in real condition is modelled. And the objectives of the thesis are analysing the current system in Romania weather conditions. Have a benchmark with different locations such as Turkey, South Africa and Pakistan. As it is stated, system has tempered glass reflective surfaces. However in the investment stage, polished aluminium surfaces had offered also. According to manufacturer, the reflectivity efficiencies of tempered glass is 5,3% higher than aluminium’s. The effect of polished aluminium surface is analysed. The different usecase’s will be offered to increase the efficiency for current system.