Su kaynaklı ısı pompası sisteminde optimizasyon kriterlerinin akışkan karışımları seçimlerine etkisi
Impact of optimization criteria on the selection ofworking fluid mixtures in water-source heat pump systems
- Tez No: 980433
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSAMETTİN TAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kırıkkale Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Tez çalışmasında, Kırıkkale ili için tasarlanan su kaynaklı ısı pompası sisteminde kullanılabilecek alternatif soğutucu akışkan karışımlarının performans ve çevresel etkileri çok yönlü olarak incelenmiştir. Çevresel sürdürülebilirlik ve enerji verimliliği kriterlerini aynı anda gözeten çok kriterli optimizasyon yaklaşımı kullanılmıştır. Aynı zamanda çoklu kriter optimizasyonundaki kriter etkisinin sonuçlara olan etkisi de araştırılmıştır. Araştırmada öncelikle ön analiz sonucunda belirlenen 46 saf soğutucu akışkan seçilmiş yapılan COP değerlendirmesi sonrasında belirlenen 26 akışkan seçilmiş ve bunların ikili kombinasyonları oluşturulmuştur. MATLAB tabanlı hesaplamalarla %10–%90 oran aralıklarında yapılan karışımlar sonucunda toplam 693 adet akışkan karışımı değerlendirmeye alınmıştır. Karışımların termodinamik özellikleri REFPROP yazılımı ile elde edilmiş, elde edilen veriler Energy Engineering Software (EES) ile geliştirilen modelde kullanılarak sistem performansı analiz edilmiştir. Değerlendirmede kullanılan başlıca kriterler, soğutma çevrim katsayısı (COP), ikinci yasa verimi, küresel ısınma potansiyeli (GWP), kompresör çıkış sıcaklığı, sıkıştırma oranı, yoğuşma basıncı, buharlaştırıcı basıncı, kritik sıcaklık olarak belirlenmiştir. Elde edilen ilk bulgulara göre, bazı hidrokarbon (HC) bazlı karışımlar COP açısından oldukça yüksek performans sunarken, çoğu durumda GWP değerleri geleneksel akışkanlara kıyasla belirgin şekilde düşük çıkmıştır. Bununla birlikte, yalnızca COP ya da yalnızca GWP değerine göre yapılan sıralamaların optimum seçim için yetersiz olduğu görülmüştür. Bu nedenle, çalışmada TOPSIS tabanlı çok kriterli karar verme yöntemi uygulanmış ve farklı kriter kombinasyonları altında akışkan karışımları optimize edilmiştir. Optimizasyon senaryoları kapsamında beş farklı kriter grubu oluşturulmuş ve her biri için farklı ağırlıklandırma stratejileri uygulanmıştır. Bu sayede performans ile çevresel etkinin yanı sıra güvenlik ve sistem ömrü açısından da dengeli sonuçlar elde edilmiştir. Bulgular, yüksek COP değerine sahip karışımların her zaman düşük GWP değeri sunmadığını, ancak çok kriterli değerlendirme ile COP–GWP–güvenlik dengesi gözetilerek optimum çözümler elde edilebileceğini göstermiştir. Özellikle RE170 ve R13I1 bazlı karışımlar, hem yüksek performans hem de düşük çevresel etki sunmaları nedeniyle öne çıkmıştır. Çalışmada önerilen yöntem, yalnızca tek kriterli yaklaşımlara göre daha kapsamlı ve gerçekçi sonuçlar sunmuş, alternatif akışkan seçiminde çok kriterli optimizasyonun önemini vurgulamıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the performance and environmental impacts of alternative refrigerant mixtures that can be used in a water-source heat pump system designed for the Kırıkkale region were comprehensively investigated. A multi-criteria optimization approach was employed to simultaneously consider environmental sustainability and energy efficiency criteria. In addition, the influence of the weighting of different criteria on the optimization outcomes was examined. Initially, forty-six pure refrigerants determined through a preliminary analysis were selected, and after a COP-based evaluation, twenty-six of them were chosen to form binary combinations. Using MATLAB-based computations, refrigerant mixtures were generated in composition intervals ranging from 10% to 90%, resulting in a total of 693 mixtures considered for evaluation. The thermodynamic properties of these mixtures were obtained using REFPROP software, and the data were utilized in a system model developed in Energy Engineering Software (EES) to analyze system performance. The main evaluation criteria included the coefficient of performance (COP), second-law efficiency, global warming potential (GWP), compressor discharge temperature, compression ratio, condensation pressure, evaporation pressure, and critical temperature. According to the initial findings, certain hydrocarbon-based (HC) mixtures demonstrated remarkably high performance in terms of COP, while in most cases their GWP values were significantly lower than those of conventional refrigerants. However, rankings based solely on either COP or GWP were found to be insufficient for determining the optimum refrigerant. Therefore, a TOPSIS-based multicriteria decision-making method was applied, and refrigerant mixtures were optimized under various combinations of criteria. Within the optimization framework, five different groups of criteria were established, each subjected to distinct weighting strategies. This approach enabled balanced results not only in terms of performance and environmental impact but also regarding safety and system longevity. The findings revealed that mixtures with high COP values do not always exhibit low GWP, yet optimal solutions can be achieved by maintaining a COP–GWP–safety balance through multi-criteria evaluation. Particularly, RE170- and R13I1-based mixtures stood out for providing both high performance and low environmental impact. The proposed method offered more comprehensive and realistic results than singlecriterion approaches and underscored the significance of multi-criteria optimization in selecting alternative refrigerants.
Benzer Tezler
- Toprak kaynaklı ısı pompası ve tprak ısı değiştiricilerinin optimizasyonu ve geliştirilmesi
Ground source heat pump optimization and development of ground heat exchangers
HAKAN DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GALİP TEMİR
- Jeotermal kaynaklı ısı pompasının bölgesel ısıtma sisteminde kullanımının araştırılması ve termodinamik analizi
Investigation of the usage of geothermal sourced heat pump in district heating system and its thermodynamics analysis
HALİT ARAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Makine MühendisliğiDumlupınar ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OĞUZ ARSLAN
- Optimization of ground heat exchangers for sustainable heating solutions: A case study approach
Sürdürülebilir ısıtma çözümleri için toprak ısı eşanjörlerinin optimizasyonu: Bir vaka çalışması yaklaşımı
NURULLAH YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZEHİR FATİH ÖZTÜRK
- Kule tipi güneş santrallerinin heliostat saha optimizasyonu
The heliostat field optimization of solar tower power plants
TOLGA AKIŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNER ÇOLAK
- Energy efficiency oriented model based investigation of marine diesel engine and auxiliary systems
Enerji verimliliğine yönelik gemi dizel makineleri ve yardımcı sistemlerinde modelleme tabanlı araştırma
ÇAĞLAR DERE
Doktora
İngilizce
2021
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ DENİZ