AB FP7-MARIE CURIE PROJESI

Proje Başlangıç-Bitiş Tarihi: 01/05/2009 – 01/04/2012

Proje Bütçesi: AB 7. ÇP Marie Curie Araştırma Programları ve Bursları
Uluslararası Yeniden Entegrasyon Hibeleri Özyeğin – EÇEM bütçesi: 75.000€

Proje Ekibi: M. Pınar Mengüç, Vincent Loke, Azadeh Didari

Proje Ortakları: Türkiye: Enerji, Çevre ve Ekonomi Merkezi (EÇEM)

NEDEN

EÇEM’de yapılan temel çalışmaların başında ısı transferi, ve özellikle ışınımla ısı transferi gelmektedir. Işınımla ısı transferi, güneşin dünya’yı ısıtmasından orman yangınlarına, optik ölçme sistemlerinden nanoboyut teknolojilere kadar bir çok uygulamanın temelini teşkil etmektedir. Ayrıca, ışınımla ısı transferinin dalga boyuna, yöne, polarizasyona ve yakınlığa bağlı olarak irdelenmesi, bir çok alanda çok etkin ve yenilikçi enerji verimliliği çalışmaları yapabilmemizi sağlamaktadır.

Bu nedenlerle, EÇEM, hem uzak hem de yakın alan ışınımla ısı transferi çalışmalarına her zaman çok ağırlık vermiştir. Bu konuda Pınar Mengüç Dünya’da en çok bilinen ışınımla ısı transferi kitabının yazarları olan Jack Howell ve Bob Siegel ile birlikte, Thermal Radiation Heat Transfer kitabının 5. edisyonunu 2010’da, 6. Edisyonunu da 2016’da yayınlamışdır.

Kyle Daun’un da katılmasıyla, bu kitabın 7. edisyonu Ocak 2021’de yayınlanmış olacaktır. Işınımla ısı transferi (radiation heat transfer) ve elektromanyetik ve ışığın saçınlanması (electromagnetic light scattering) konularında dünyadaki en saygın dergilerden birisi Journal of Quantitative Spectroscopy ve Radiative Transfer’dir (JQSRT). Mengüç, 2006’dan beri bu derginin üç başeditöründen (EditorinChief) birisi olarak görev yapmaktadır.

Işınımla ısı transferini çok küçük boyutlarda (iki obje arasındaki aralık nanometre seviyesine indiğinde) anlamak için tamamen başka fiziksel kavramlar gerekmektedir. Bu yakınalan çalışmalar, nano boyut olarak da isimlendirilmektedir. Bu çalışmalar, hem ÖzÜ’de hem de İstanbul Collaborative (İC) oluşumunun çalışmalarının katkılarıyla Sabancı Üniversitesi (SU), Boğaziçi Üniversitesi (BU), Orta Doğu Teknik Üniversitesi (ODTÜ) ortaklıklarıyla da geliştirilmiştir. Bu kitapçığın XXX sayfasında İstanbul Collaborative’den bahsedilmektedir.

Öte yandan, enerji dönüşümü için gerekli olan yenilikçi çalışmalar EÇEM araştırmacıları ve ortaklarıyla beraber sürdürülmüştür. Güneş’ten hem elektrik hem de ısı üretmek için yapılan projeler Özyeğin Üniversitesi ve Aydın Adnan Menderes Üniversitesi (ADU) yerleşkelerinde hayata geçirilmiştir. Işınımla ısı transferi kavramlarının bir başka uygulaması da binalarda termal ve görsel konforun sağlanmasıdır. Bu uygulama çalışmaları da Özyeğin Üniversitesi yerleşkesinde yapılmıştır.

Enerji Verimliliği kavramlarının yeni binalarda etkin bir şekilde uygulanması ve yaygınlaştırması amacıyla kurgulanmış ve tamamlanmış olan EÇEM’in en başarılı projelerinden birisidir. Projenin ana hedefi yeni düşük enerjili binaların tasarımı, inşaası ve işletme/bakım safhalarını kapsayan, pazar tarafından talep gören, açık ve kolaylıkla uygulanabilir bir metodoloji geliştirmek ve uygulamaktır.

Metodoloji oluşturulurken, İsveç, Belçika, İtalya ve Türkiye’den olmak üzere toplam 23,500 m2 kapalı alanı kapsayan uygulama binaları üzerinde çalışmalar yapılmıştır. Bu binalarda, ortalama %65 daha az olan enerji tüketim değerine karşılık gelen yıllık 60 kWsaat/m2’lik enerji yoğunluğunun sağlanması hedeflenmiştir.

YÖNTEM

EÇEM araştırmacıları, aşağıdaki konularda ışınımlaısı transferi kavramlarını kullanarak bir dizi kavram ve yazılım geliştirmiştir, ve bazı konularda da deneysel çalışmalar yapmıştır. Başlıklar, çalışmaların ortak yapıldığı üniver siteler ve çalışmalara katkıda bulunan öğretim üyeleri aşağıda listelenmiştir:

Plakalararası Yakın-Alan Işınımla Isı Transferi Hesaplamaları (ÖzÜ: Azadeh Didari, MPM)

Plakalararası Yakın-Alan Işınımla Isı Transferi Deneyleri ve Ölçümleri (ÖzÜ: MPM; ODTÜ; Tuba Okutucu Özyurt; BU: Hakan Ertürk)

UçPlaka arası Enerji Transferi (ÖzÜ: Vincent Loke, MPM; BU: Hakan Ertürk; ODTÜ: Tuba OkutucuÖzyurt)

Katmanlı-Plakalarla Işınımla Soğuma çin İnce-Film Tasarımları (ÖzÜ: MPM; SU: Kürşat Şendur, Ali Koşar; BU: Hakan Ertürk)

Nano-parçacıklarla Işınımla Isı Transferini Artırma Çalışmaları (ÖzÜ: MPM; SU: Kürşat Şendur, Ali Koşar)

Endüstriyel Fırınlar için Işınımla Isı Transferinin Monte-Carlo Teknikleriyle Hesaplanması. (ÖzÜ: Altuğ Başol, Özgür Ertunç, MPM)

Işınımla Isı Transferinin Binalarda Mimari Açıdan Uygulamaları (ÖzÜ: MPM, Altuğ Başol, Nil Kutlar). Işınımla Isı Transferi Kavramlarının Photovoltaik ve Yoğunlaştırılmış Güneş Enerjisi Sistemlerine Uygulanmaları (ÖzÜ: MPM; ADU: Yunus Çerçi, Atilla Dönük, Selman Sağlam)

Bu çalışmaları destekleyen bir dizi fon alınmıştır. Bunlardan ilki, Özyeğin Üniversitesi’ne resmi olarak alınan ilk Avrupa Birliği araştırma projesidir. Bu preje, ayrıca iki TÜBİTAK projesiyle de desteklenmiştir.

AB FP7PEOPLEIRG2008 Marie Curie Actions—International Reintegration Grants (IRG): “NFRAD: Near Field Radiation Absorption and Scattering by Nanoparticles on Surfaces”, Mayıs 2009 – Nisan 2012.
TÜBİTAK 1001: NearField Radiation Absorption and Scattering by Nanoparticles on Surfaces”, Kasım 2009 Ekim 2012.
TÜBİTAK 1001: “Termofotovoltaik Enerji Harmanlama Sistemlerinde Yakın Alan Işınım Deneyleri”, Proje No: 214M308, PI: Tuba Okutucu (ODTÜ), coPI: Prof. M. Pınar Mengüç; Mayıs 2015 – Kasım 2018.

Işınımla ısı transferi ile ilgili diğer projeler:

AB FP7 BRICKER, EU 7th Framework Programme, “Total Renovation Strategies for Energy Reduction in Public Building Stock”, With ACCIONA, Spain, Özyeğin Üniversitesi, Ekim 2013 – Haziran 2019 (Aydın Adnan Menderes Üniversitesi’nde kurulan Yoğunlaştırılmış Güneş Enerjisi Sistemleri bu proje içinde gerçekleşmiştir)
BoschSiemens Turkey: ‘New Refrigeration Sytems,’ coPI’s: A. Kosar, K. Sendur (Sabancı Üniversitesi), MPM (Özyeğin Üniversitesi), Mayıs 2012 – Mayıs 2014.
BoschSiemens Turkey: ‘‘Sustainable Energy Solutions for Cerkezkoy Campus,’’ PI’s: MPM ve Rifat Öcal (ÖzÜ) A. Kosar, K. Sendur (Sabancı Üniversitesi), MPM (Özyeğin Üniversitesi), OcakAralık 2013.

UYGULAMA ALANLARI

Nanoboyut alanında yaptıklarımız da yeni sensörler ve enerji harmanlama yöntemlerini geliştirmemize yardım edecektir. Bu çalışmalar, İstanbul Collaborative (İC) bünyesinde oluşturulmaktadır. Bu konuya katılan tüm öğretim üyeleri ve öğrenciler aşağıda detaylı listelendiği için burada isimleri bir daha tekrarlanmamıştır.

Uzakalan ışınımla ısı transferi çalışmalarının uygulama alanlarından birisi cam ve diğeri proses fırınlarıdır. Altuğ Başol’la birlikte yapılan bu çalışmalar TÜBİTAK 3501 Projesi ile desteklenmektedir. Bu çalışmalarda yer alan doktora öğrencileri arasında Faizan Siddiqui, Ersin Yıldız ve yüksek lisans öğrencileri arasında Gönenç Can Altun ve Kaan Menekşedağ yer almıştır.

Uygulama çalışmaları doğrultusunda, Özyeğin Üniversitesi kampus binalarının 5 tanesinin üzerine PV panelleri yerleştirilmiştir (Yüksek Lisans öğrencisi Burak Sefer’in çalışmalarıyla). Ayrıca, Aydın Adnan Menderes Üniversitesi Tıp Fakültesini iyileştirme çabaları amacıyla ADU yerleşkesinde futbol sahası büyüklüğünde bir yoğunlaştırılmış güneş enerjisi sistemi kurulmuştur. BRICKER Projesi kapsamında kurulan bu sistem, Adnan Menderes Üniversitesi öğretim üyeleri Yunus Çengel, Yunus Çerçi, Atilla Dönük, Selman Sağlam, Onur Enerji’den Onur Günduru, ve EÇEM eski çalışanı Yasemin Somuncu ve EÇEM doktora öğrencisi Haydar Mohammad’ın çalışmalarıyla oluşturuldu.

Mimari uygulamalarda ışığın önemi ise Özyeğin Üniversitesi çalışmalarıyla kurgulanmıştır. Altuğ Başol, Nil Kutlar, Ali Can Yelekci, Cem Keskin bu çalışmalara etkin katkıda bulunmuşlardır.

ETKİ

EÇEM’in ışınımla ısı transferi üzerinde yaptığı çalışmalar nanoboyut enerji hadaslama ve üretme ve de endüstriyel proses uygulamalarına odaklı olarak Türkiye’deki ekosisteme katkıda bulunmayı amaçlamaktadır.

Bu bağlamda fırınlar için geliştirilmiş olan sayısal programlar (Altuğ Başol, Özgür Ertunç, Ersin Yıldız, Tolga Altınoluk, Faizan Siddiqui, Gönenç Can Altun, Kaan Menekşedağ) Şişecam ve TEI başta olmak üzere bir dizi endüstriyel şirkete entegre edilecektir. Bu çalışmalar Altuğ Başol ve Özgür Etunç’un Tübitak 2244 çalışmalarıyla desteklenmektedir.

Nanoboyuttaki çalışmalarda bir dizi EÇEM araştırmacısı ya da ortağı rol almıştır: Nanoboyutta geliştirilen enerji hasatlama sistemleri (Azadeh Didari, Elif Begüm Elçioğlu, Tuba Okutucu Özyurt, Hakan Ertürk, Kurt Webb, Zafer Artvin), Nano boyut Atomik Güç mikroskopu kavramlı uçplaka işleme sistemleri (Vincent Loke, Hakan Ertürk, Sina Talebi Moghaddam, Dilan Avşar, Zahra Fathi), Nano boyut sensörler ve ışınımla soğuma sistemleri (Kürşat Şendur, Ali Koşar, Azadeh Didari, Hakan Ertürk, Farhad Kazemi, Muhammed Ali Keçebaş, Erdem Öğüt). Ayrıca, ışınımla ısı transferinin bina bazında soğumaya, güneş kırıcılarına ve mimarı kavramların geliştirilmesine katkısı (Roxana Family, Serdar Çelik, Özgür Bayer, Ali Can Yelekçi, Cem Keskin) ve enerji üretimi (Layth AlGebory, Haydar Mohammad, Burak Sefer) EÇEM çalışanlarının çabalarıyla mümkün olmuştur.

Özellikle İstanbul Collaborative çatısı altında yapılan nanoboyutlu çalışmalar şimdiye kadar 34 hakemli dergi yayına dönüşmüştür. Ayrıca onlarca davetli sunum ve konferans sunumu gerçekleştilmiş, kazanılan tecrübeler topluma bilgi transferi olarak mal edilmiştir. Bu arada ışınımla ısı transfer konularında Mengüç’ün katkılarıyla doktoralarını tamamlayan 8 öğrenci (ÖzÜ: Azadeh Didari, Roxana Family, Layth AlGebory, Haydar Mohammad; BU: Farhad Kazemi; ODTÜ: Begüm Elçioğlu, SU (tez jürisi olarak): Erdem Öğüt, Muhammed Ali Keçebaş); yüksek lisans çalışmalarını tamamlamış olan 9 öğrenci (ÖzÜ: Güven Fidan, Burak Sefer, Ruşen Acet, Zahra Fath; Faizan Pervez Siddiqui; BU: Kurt Webb, Sina Moghaddam Talebi, Dilan Avşar; ODTÜ: Nazlı Dönmezer, Zafer Artvin) kariyerlerinin değişik evrelerinde topluma katkıda bulunmaya devam etmekteler.

Yapılan ışınımla ısı transferi çalışmaların finansal katkılarını da belirtmemiz gerekmektedir. Yoğunlaştırılmış Güneş Enerjisi Sistemleri EÇEM’in Adnan Menderes Üniversitesi (ADU) Tıp Fakültesi için kurduğu yoğunlaştırılmış güneş enerjisi sistemleri, BRICKER Projesi sayfalarında açıklandığı gibi, ADU enerji verimliliği çalışmalarının bir kısmını teşkil etmekte. Tüm çalışma tam olarak hayata geçirilecek olursa ADU enerji faturalarının yılda yaklaşık 500,000 Avro’ya kadar azalması öngörülmekte ve kendini 23 yılda geri ödemesi beklenmektedir.

Işınımla ısı transferi konusunda yapılan çalışmaların dünya ölçeğinde tartışıldığı konferans dizilerinden en bilineni Mengüç’ün 1995’de başlattığı ve 5 defa da başkanlığını yaptığı Uluslararası Radiation Heat Transfer Sempozyumu’dur. Bu ‘International Radiation Symposia’ serisinin 1995 (Kuşadası) ve 1997 (Kuşadası) sempozyumlarının başkanlığını tek başına yaptıktan sonra, 2001 (Antalya), 2004 (İstanbul) ve 2007 (Bodrum) sempozyumlarını Nevin Selçuk ile birlikte organize etmiştir. 2010 (Antalya), 2013 (Kuşadası), 2016 (Kapodokya), 2019 (Atina) sempozyumlarında da Mengüç Bilimsel ve Organizasyon komitelerinde yer almıştır. Bu arada, 2010 (Antalya) Sempozyumu da Mengüç’e (Jean Taine ve Nevin Selçuk’la birlikte) ithaf edilmiştir.

Mengüç, International Radiation Sempozyumlarının ötesinde, dünyada çok yaygın bilinen International Electromagnetic Light Scattering (ELS) Konferansları, NanoMicroScale Radiation Transfer Çalıştaylarının ve Eurotherm Radiation Transfer Toplantılarının hepsinin 2009’dan bu yana bilimsel ve organizasyon komitelerinde yer almıştır. Son 11 yılda, bu konferanslarda ya davetli olarak (Mengüç, 8) ya da öğrencilerle birlikte birçok (14) sunumlar yapmıştır.

Işınımla Isı Transferi üzerinde yapılan çalışmalar ve ‘Thermal Radiation Heat Transfer’ kitabı ile ilgili tüm bilgiler aşağıdaki portal’da yayınlanmaktadır: