Optimization of pipe network energy systems
Boru hattı enerji sistemlerinin optimizasyonu
- Tez No: 1023355
- Danışmanlar: DOÇ. DR. GAMZE GEDİZ İLİŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Enerji verimliliği, Energy efficiency
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmanın temel amacı, tesislerin maliyetli yatırımlar veya fiziksel değişiklikler yapmadan önce en enerji verimli sistem tasarımını ve işletme senaryolarını öngörmelerini sağlayacak bir araç sunmaktır. Çalışma, endüstriyel HVAC ve enerji akış sistemlerindeki enerji tüketen bileşenlerin zamana bağlı simülasyonu ve optimizasyonu için tasarlanmış, MATLAB/Simulink'te uygulanmış kapsamlı bir simülatör sunmaktadır. Simülatör, boru hatları, tanklar, ekonomizerler, chillerler, soğutma havuzları ve pompalar gibi temel endüstriyel cihazları ele alan bileşen tabanlıdır. Boru hatları gibi bileşenlerdeki dinamik davranışı modellemek ve sıcaklık profilleri ile ısı kayıplarını hesaplamak için zamana bağlı kondüksiyon ve konveksiyon denklemlerini kullanarak zamana bağlı ısı ve akış analizlerini bünyesine katmaktadır. Bu projenin özgün bir yönü, literatüre yeni bir katkı olan bileşen tabanlı ve zamana bağlı yaklaşımıdır. Örnek bir durum çalışması olarak, simülatör bir soğutma havuzu, bir chiller, bir pompa ve bağlantı borularından oluşan bir otomotiv fabrikasındaki parça soğutma sistemine uygulanmıştır. Pompa debisi, chiller çıkış sıcaklığı ve saatlik soğutulan parça sayısı gibi farklı koşullar simüle edilmiştir. Sonuçlar, saatlik parça sayısının toplam enerji maliyeti üzerinde en büyük etkiye sahip olduğunu göstermiştir. Daha da önemlisi, analiz, sistemi optimize etmenin önemli ekonomik avantajlar sağlayabileceğini ortaya koymuştur; örneğin, saatte 50 parça soğutmak için iki ayrı hat çalıştırmanın, saatte 100 parça soğutan tek bir hat çalıştırmaktan %7,5 daha verimli olduğu ve bunun potansiyel olarak yılda yaklaşık 310.000 ₺ maliyet tasarrufu sağladığı gösterilmiştir. Ek olarak, simülasyon verileri kullanılarak başarılı bir şekilde bir regresyon modeli geliştirilmiş ve toplam maliyet ve chiller enerji tüketimi gibi çıktıları tahmin etmede neredeyse mükemmel bir belirleme katsayısı elde edilmiştir. Bu model, değişkenlerin toplam enerji tüketimi üzerindeki etkisinin ağırlığını göstererek, saatlik parça sayısının maliyet üzerindeki en büyük faktör olduğunu doğrulamıştır. Sonuç olarak, bu proje, enerji verimliliğini ve ekonomik performansı artırmak için endüstriyel enerji akış sistemlerini doğru bir şekilde modellemenin önemini göstermektedir. Gelecekteki çalışmalarda, daha gelişmiş, uyarlanabilir optimizasyon için yapay zekâyı entegre etme ve aracı daha kullanıcı dostu bir platforma aktarma planlanmaktadır.
Özet (Çeviri)
The primary goal of this study is to provide a tool to predict the most energy efficient system design and operating scenarios for facilities before undertaking costly investments or physical changes. The study presents a comprehensive simulator, implemented in MATLAB/Simulink, designed for the time-dependent simulation and optimization of energy-consuming components within industrial HVAC and energy flow systems. The simulator is component-based, handling key industrial devices such as pipelines, tanks, economizers, chillers, cooling pools, and pumps. It incorporates time-dependent heat and flow analysis, using transient heat conduction and convection equations to model dynamic behavior and calculate temperature profiles and heat losses in components like pipelines. A novel aspect of this project is its component-based and time-dependent approach, which is a new addition to the literature As an example case study, the simulator was applied to a cooling system in an automotive factory, consisting of a cooling pool, a chiller, a pump, and connecting pipes. Multiple different operating conditions, varying pump flow rate, chiller outlet temperature, and number of parts cooled per hour, were simulated. The results showed that the number of pieces per hour has the largest impact on total energy cost. Importantly, the analysis showed that optimizing the system can yield significant economic advantages; for instance, operating two separate lines to cool 50 pieces/hour is 7.5% more efficient than running a single line for 100 pieces/hour, this demonstrates a potential annual cost saving of approximately 310,000 ₺. Additionally, a regression model was successfully developed using the simulation data, achieving a near perfect coefficient of determination for predicting outputs such as total cost and chiller energy consumption. This model showed the weight of variables in their effect of total energy consumption, confirming that the number of parts per hour is the biggest factor on cost. In conclusion, this project shows the importance of accurately modeling industrial energy flow systems to improve energy efficiency and economic performance. Future work is planned to integrate artificial intelligence for even more advanced, adaptive optimization and to transfer the tool to a more user-friendly platform.
Benzer Tezler
- Design and structural finite element analysis of an artificial neural network based optimized alpha type stirling engine
Yapay sinir ağı bazlı optimize edilmiş bir stırlıng motorunun tasarımı ve yapısal sonlu elemanlar analizi
CENGİZ YILDIZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATA MUGAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA BAYATA
- Isı değiştiricilerinde kullanılan manifoldlarda akışın analitik ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile modellenmesi
Analytical and computational fluid dynamics modelling of flow in heat exchanger manifold
FATİH KANTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEYHAN UYGUR ONBAŞIOĞLU
- Yağmurlama sistemlerinde su dağıtım ağının optimum tasarımı
Başlık çevirisi yok
F. EMİNE ÖZDER
Doktora
Türkçe
1996
Mühendislik BilimleriUludağ ÜniversitesiTarımsal Yapılar ve Sulama Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDURRAHİM KORUKÇU
- AI-enhanced dynamic preemptive resource allocation in next generation cellular networks
Yeni nesil hücresel ağlarda yapay zeka destekli dinamik öncelikli kaynak tahsisi
EGE ENGİN
Doktora
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN ALİ ÇIRPAN