Türkiye’nin belirli iklim bölgeleri için güneş enerjili sıcak su sisteminin optimizasyonu

Bu çalışmada Türkiye'nin belirli iklim bölgeleri için güneş enerjili sıcak su sisteminin (SDHWS) optimizasyonu araştırılmıştır. Sistemin optimum tasarımı üç seviyeli yapıya bölünmüştür. Bu üç seviyeli yapı; simülasyon seviyesi (TRNSYS), Generalized Pattern Search (GPS) optimizasyon yöntemi HookeJeeves Algoritma seviyesi (GenOpt) ve bu iki seviye arasındaki iletişim için bir ara yüz (TenOPT)'den oluşmaktadır. Ekonomik analiz hesaba katılarak, optimum kollektör alanı, optimum kollektör eğim açısı ve optimum su depolama tankı hacmi her bir il için belirlenmiştir. Belirlenen optimum boyutlar yardımı ile SDHWS'nin yıllık simülasyonu gerçekleştirilmiştir ve aylık yardımcı ısıtma oranı, aylık faydalanma oranı ve aylık kollektör verimi her il için hesaplanmıştır. Tasarlanan sistemde; en yüksek yardımcı ısıtma oranı Ocak ayında Hakkari'de 379,63 kWh/ay ve en düşük yardımcı sıtma oranı İzmir'de 177,48 kWh/ay olarak belirlenmiştir SDHWS'den aylık faydalanma oranı için, en düşük değerler Aralık ayında %8 ve Ocak ayında ise %17 oranında Edirne ilinde hesap edilmiştir. Yıllık yardımcı ısıtma oranının ve yıllık yüke aktarılan enerjinin doğal gaz ve elektrikten karşılanması durumunda maliyetler karşılaştırılmıştır. Bu sistemlerin binalarda kullanım oranlarının arttırılmasının Türkiye'nin enerji arzı üzerindeki etkileri ele alınmıştır

Optimization of solar domestic hot water system for certain climate zones of Turkey

The optimization of a solar domestic hot water system (SDHWS) for the provinces in certain climate zones of Turkey was investigated in the present study. The optimum design of the system was divided to a three level structure. The simulation level (TRNSYS), the Generalized Pattern Search (GPS) optimization method Hooke-Jeeves Algorithm level (GenOpt) and the interface for the communication between those two levels (TrnOPT). Taking into account the financial (life cycle cost) analysis, the optimum collector area, the optimum collector slope and optimum hot water storage tank volume were determined for each province. The annual simulation of the SDHWS was accomplished with the determined optimum size and the monthly auxiliary heating rate, the monthly solar fraction and the monthly collector efficiency were calculated for each province. In the designed system, the highest auxiliary heating rate was determined 379.63 kWh/month in Hakkari on October and the lowest auxiliary heating rate was determined 177.48 kWh/month in Izmir on October. The lowest monthly solar fractions from the solar water heating system were calculated for Edirne as 8% in December and as 17% in January. The costs of meeting the annual auxiliary heating rate and the annual energy rate to load with electricity and natural gas were compared. The effects of increased utilization of the SDHWS in buildings on the energy supply of Turkey were addressed

PDF

___

1. İklim Değişikliği Ulusal Eylem Planı 2011-2020, Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, Ankara, Temmuz 2011.
2. Atia D.M., Fahmy F.H., Ahmed N.M, Dorrah H.T., Optimal sizing of a solar water heating system based on a genetic algorithm for an aquaculture system, Mathematical and Computer Modeling, 55, 1436–1449, 2012.
3. Gürsu B., Optimum overcurrent relay coordination via Genetic algorithm method stopped by penalty function in substations, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 29 (4), 665-676, 2014.
4. Ekici B.B, Aksoy U.T., Experimental investigation of the variation of solar heat gain factors due to orientations for Elazığ province, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 31 (1), 39-46, 2016.
5. Comaklı K., Cakır U., Kaya M., Bakirci K., The relation of collector and storage tank size in solar heating system, Energy Conversion and Management, 63, 112- 117, 2012.
6. Rodriguez-Hidalgo M.C., Rodriguez-Aumente P.A., Lecuona A., Legrand M., Ventas R., Domestic hot water consumption vs. solar thermal energy storage: The optimum size of the storage tank, Applied Energy, 97, 897-906, 2012.
7. Kim Y.D., Thu K., Bhatia H.K., Bhatia C.S., Ng K.C., Thermal analysis and performance optimization of a solar hot water plant with economic evaluation, Solar Energy, 86, 1378-1395, 2012.
8. Araújo A., Pereira V., Solar thermal modeling for rapid estimation of auxiliary energy requirements in domestic hot water production: On-off flow rate control, Energy, 119, 637- 651, 2017.
9. Nhut L.M., Park Y.C., A study on automatic optimal operation of a pump for solar domestic hot water system, Solar Energy, 98, 448-457, 2013.
10. TRNSYS 17, Transient System Simulation Program, Kullanım Kılavuzu TRNSYS Version 17.01.0025, Solar Energy Laboratory, website: http://sel.me.wisc. edu/trnsys, University of Wisconsin-Madison, 2013.
11. GenOpt, Generic Optimization Program, Kullanım Kılavuzu Version 3.0.0, Lawrence Berkeley National Laboratory, GenOpt website: http://SimulationResearch.lbl.gov, Berkeley, 2012.
12. Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, http://www.eie.gov.tr/MyCalculator/Default.aspx., Erişim 2017.
13. Türkiye Meteoroloji Genel Müdürlüğü, www.mgm.gov.tr, cd bilgi temini, 2002.
14. Buckles W. E., Klein S. A., Analysis of solar domestic hot water heaters, Solar Energy, 25, 417–424, 1980.
15. Duffie J.A., Beckman W.A., Solar Engineering of thermal processes, second ed. John Wiley& Sons, New York, 1991.
16. Brandemuhl M.J., Beckman W. A., Economic evaluation and optimization of solar heating system, Solar Energy, 23, 1-10, 1979.