Kara tabanlı somon üretim çifliğinde iklimlendirme sistem seçimi için optimizasyon ve termoekonomik analiz

Abstract

Japonya Tsu kentinde tesis edilecek kara tabanlı somon üretim tesisi için iç ortam sıcaklık ve nem değerlerinin belirlenmesi için, proses sistemi ile ilişkisi incelenerek, optimizasyon çalışması tamamlanmıştır. Balık yetiştiriciliği kara tabanlı su resirkülasyonlu su ürünleri yetiştiriciliği sistemi (recirculating aquaculture system-RAS) ile yapılmaktadır. Somon balıkları, bina içerisinde, su dolu tanklar içerisinde yetiştirilmektedirler. Balıklar; yetişkinlik durumlarına göre, farklı su tankları içerisinde yetiştirilmektedirler. Balıkların, su tanklarında içerisinde gelişimleri devam ederken, içerisindeki bulundukları suya, solunum yoluyla CO2 yaymaktadırlar ve su içerisindeki CO2 konstrasyonu balık gelişimini etkilemesi sebebi ile, biyofiltre isimli ünitelerde su CO2'den arındırılır. CO2'den arındırılan su, balık gelişimini olumsuz yönde etkilemeyecek sıcaklığa tekrardan şartlandırılarak, tanklara geri gönderilmektedirler. Biyofiltre üniteleri, arındırma işlemini hava ile gerçekleştirmektedir. Biyofiltrelerin havalandırma sistemi için iki farklı alternatif sunulmuştur. Alternatif-1'de hava ihtiyacının mahal içerisinden çekilerek, egzoz havasının mahal içerisine verilmesi araştırılmıştır. Biyofiltreden çıkan havanın 12°C'de çıkıyor olması sebebi ile, mahale soğutma etkisi yaratacağı ve iklimlendirme sisteminin yükünü azaltacağı düşünülmüştür. Fakat biyofiltreden çıkan havanın nem ve CO2'nin seviyesinin yüksek olması sebebi ile iç ortamdaki nem ve CO2 seviyesinin kontrol edilmesi gerekmektedir. Ayrıca, biyofiltre hava gereksinimin mahal şartlarındaki havadan karşılanması durumunda, mahal sıcaklığındaki havanın proses suyunun sıcaklığını değiştireceğinden dolayı ısıl gereksinimi artmaktadır. Alternatif-2'de ise, biyofiltre havalandırma sistemi tamamı ile mahal havalandırma sistemi tamamı ile ayrılmıştır. Biyofiltre ve mahal havalandırma sistemleri birbirinden bağımsız klima santralleri ile gerçekleştirilmiştir. Biyofiltre için gerekli havalandırma debisi, proses suyu şartlarına getirilerek, biyofiltreye gönderilmiş ve proses için gerekli ısıl yükün düşürülmesi planlanmıştır. Ayrıca biyofiltreden çıkan havanın ise, mahal içerisine karışmaması sebebiyle, mahal içi nem ve CO2 dengesinin nasıl değişeceği araştırılmıştır. Hesaplamalar öncelikle yaz mevsiminde farklı iç ortam sıcaklıkları için tamamlanmıştır. Yaz mevsimi için gerekli soğutma ihtiyacı, iklimlendirme ve proses sistemleri için belirlendikten sonra, alternatifler arasından daha az soğutma ihtiyacı olan sistem seçilmiştir. Yaz için belirlenen alternatif ve optimum iç ortam sıcaklık değerine göre, kış mevsimi için hesaplamalar tamamlanmıştır. Kış mevsimi için yapılan hesaplamalar sonucunda, iklimlendirme ve proses sistemleri için gerekli ısıtma ve soğutma ihtiyacı belirlenmiştir. Isıtma ve soğutma ihtiyaçlarının belirlenmesi sonrasında sistemler için klima santrali, hava soğutmalı su soğutma grubu (chiller) ve ısı pompası cihazlarının seçimi yapılmıştır. Cihaz seçimlerinin yapılması sonrasında ise, tesisin aylara göre yıllık enerji sarfiyatının belirlenmesi için, Carrier HAP ticari yazılımı ile termoekonomik analiz yapılmıştır. Yapılan termoekonomik analiz sonuçlarına göre, sistemde en çok enerji sarfiyatı gerçekletiren ekipmanlar belirlenerek, nerelerde iyileştirme yapılabileceği özetlenmiştir.