Yaz aylarında artan sıcaklıklarla birlikte klima kullanımı yaygınlaşırken, klimaların dışarıya verdiği sıcak hava şehirlerdeki ısı yükünü artırıyor. Yaşar Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölüm Başkanı Prof. Dr. Mustafa Tutar’ın yürütücülüğündeki Bilimsel Araştırma Projesi ise sıcaklığı sokaklara değil, yeraltına yönlendiren bir sistem üzerinde çalışıyor.
Proje kapsamında, “Helisel Sondaj Kuyusu Isı Değiştiricileri”nin optimum tasarımı araştırılıyor. Sistem, yeraltının yaz-kış değişmeyen doğal serinliğinden yararlanarak binaların soğutulmasını ve dış ortama sıcak hava salınmamasını amaçlıyor.
Araştırma ekibinde Prof. Dr. Tutar’ın yanı sıra Enerji Yönetimi Anabilim Dalı Başkanı Prof. Dr. Arif Hepbaşlı, Dr. Öğretim Üyesi Aslı Tiktaş ve Yağız Ali İlmi Güçlü yer alıyor.
Sıcaklık toprağın derinliklerine aktarılıyor
Sistem, yaz aylarında bina içerisinde oluşan sıcaklığın toplanarak sarmal biçimde tasarlanan özel borular aracılığıyla toprağın derinliklerine aktarılması esasına dayanıyor. Böylece yaşam alanlarının serinletilmesi sağlanırken sokaklara ilave sıcaklık salınmasının önüne geçilmesi hedefleniyor.
Yapay zeka optimum tasarımı belirliyor
Projede, binlerce farklı senaryonun değerlendirilmesinde derin öğrenme tabanlı yapay zeka yöntemlerinden yararlanılıyor. Toprağın özelliklerinden boruların çapı, uzunluğu ve kıvrım sayısına kadar çok sayıda değişken birlikte analiz ediliyor.
Prof. Dr. Mustafa Tutar, sistemin çalışma mantığını ve yapay zekanın rolünü şöyle anlattı:
"Yeraltı soğutma sistemleri üzerine bugüne kadar gerçekleştirilen araştırmalarda, toprağın termofiziksel özellikleri, boru çapı ve uzunluğu, kıvrım sayısı, su bazlı aracı akışkanın giriş sıcaklığı ve debisi gibi parametreler çoğunlukla birbirinden bağımsız olarak ele alınmıştı. Ancak gerçek uygulamalarda bu değişkenler sürekli etkileşim içinde çalışmakta ve sistem performansını birlikte belirliyor. Biz bu projede, gelişmiş bilgisayar benzetimlerini derin öğrenme tabanlı yapay zeka yöntemleriyle birleştirerek söz konusu karmaşık etkileşimleri bütüncül bir yaklaşımla eşzamanlı olarak değerlendirip büyük veri kümeleri üzerinden analiz edebiliyoruz. Böylece geleneksel deneme-yanılma yaklaşımının ötesine geçilerek yüz binlerce muhtemel tasarım senaryosu kısa sürede incelenebiliyor; en yüksek soğutma performansını en düşük maliyetle sağlayan optimum sistem tasarımı önceden belirlenebiliyor."
Yazın depolanan ısı kışın geri çekiliyor
Sistemde toprağın uzun vadede aşırı ısınmasının önüne geçilmesi de amaçlanıyor. Yaz döneminde toprağa aktarılan ve kış döneminde topraktan çekilen yıllık ısıl enerjilerin mümkün olduğunca dengelenmesine yönelik tasarım optimizasyonu yapılıyor.
Prof. Dr. Tutar, uzun dönemli ısı birikiminin sınırlandırılmasına ilişkin şu değerlendirmeyi yaptı:
"Toprağın sonlu kapasiteli bir ısıl enerji depolama ortamı oluşturduğu düşünüldüğünde, ısının toprağa sürekli olarak depolanması uzun dönemde sorunlara yol açabilir. Bu nedenle, söz konusu tasarımda yazın toprağa verilen ve kışın topraktan çekilen yıllık ısıl enerjilerin mümkün olduğunca dengeli olmasına yönelik tasarım optimizasyonu yapıyoruz. Mevcut sistemlerde uzun dönemli toprak sıcaklığı artışını sınırlandırmak amacıyla, hibrit sistem uygulamaları (ısı pompası ile soğutma kulesi veya kuru soğutucunun birlikte kullanılması) ve yaz döneminde depolanan atık ısının kış döneminde geri çekilmesine dayanan mevsimsel termal enerji depolama yöntemleri tercih ediliyor" dedi.
