HDPE boru konfigürasyonu ve enkesit alan oranı ilişkisinin geotermal kazıkların performansı üzerine etkisinin araştırılması

Abstract

İnsanlığın enerji ihtiyacı düşünüldüğünde bilhassa fosil yakıtların yarattığı çevresel riskler göz ardı edilmemelidir. Bu sebeple araştırmacılar, temiz enerji kaynaklarını değerlendirmek hususunda çalışmalar yürütmektedir. Yenilenebilir enerji kaynaklarından geotermal enerji, gezegenimizin büyük bir kısmında kullanılabilen ve uygun değerlendirildiğinde sürekliliği olan bir kaynaktır. Kazıklı temel inşa edilmesi planlanan yapılarda zeminin görece derin katmanlarına ulaşacak bir kazık şaftı teşkil edilmektedir. Bu durum geotermal enerji elde edilmesi hususunda elverişli ortam sağlayan bir tasarımdır. Kazıklar içerilerinde ısı değişimi maksatlı olarak sıvı gezdirecek olan HDPE (Yüksek Yoğunluklu Polietilen) döngü boruları ile donatılarak imal edilir. Bu yolla zeminden ısı enerjisi çekilmesi ve zemine ısı enjeksiyonu yapılması mümkün kılınmaktadır. Verimli bir geotermal enerji kazığı tasarlamak adına birçok değişken tahlil edilmelidir. Bunların başlıcaları kazık boyutu, döngü borusu konfigürasyonu ve boyutu, malzeme özellikleri, zemin özellikleri ve grup etkisi olarak ifade edilebilir. Bu araştırma kapsamında döngü borusu enkesit alanının kazık enkesitindeki net beton alanına oranı şeklinde ifade edilen boyutsuz değerde meydana gelen değişimin kazık performansına etkisi araştırılmıştır. Comsol Multiphysics 6.1 yazılımı ile oluşturulan enerji kazığı modeli referans alınan saha deneyi sonuçları kullanılarak doğrulanmıştır. Elde edilen doğrulanmış modele dayanan, farklı Döngü borusu konfigürasyonunda ve çapta tasarlanan 11 Enerji kazığı modeli hazırlanmıştır. Hazırlanan kazık modellerinin gerilme ve ısı iletim oranı yönünden kıyaslanmıştır. Elde edilen performans sonuçları sunulmuş ve değerlendirilmiştir.Considering the energy needs of humanity, the environmental risks created by fossil fuels should not be ignored. For this reason, researchers are carrying out studies to evaluate clean energy sources. Geothermal energy, one of the renewable energy sources, is a resource that can be used in a large part of our planet and is a sustainable resource when properly utilised. In structures planned to be constructed with pile foundations, a pile shaft is formed to reach relatively deep layers of the ground. This is a design that provides a favourable environment for obtaining geothermal energy. Piles are manufactured by equipping them with HDPE (High Density Polyethylene) loop pipes that will circulate liquid for heat exchange purposes. In this way, it is possible to extract heat energy from the ground and inject heat into the ground. Many variables should be analysed in order to design an efficient geothermal energy pile. The main ones are pile size, loop tube configuration and size, material properties, soil properties and group effect. Within the scope of this research, the effect of the change in the dimensionless value expressed as the ratio of the loop tube cross-sectional area to the net concrete area in the pile cross-section on the pile performance was investigated. The energy pile model created with Comsol Multiphysics 6.1 software was validated using the referenced field test results. Based on the validated model, 11 energy pile models with different loop tube configurations and diameters were prepared. The pile models were compared in terms of stress and heat conduction ratio. The obtained performance results are presented and evaluated.