Binaların ısıtılması ve soğutulmasıında harcanan enerji miktarı diğer kullanım alanlarına oranla çok büyük miktardadır. Standart evlerin çoğunda enerji giderlerinin büyük kısmını iklimlendirme işlemleri oluşturmaktadır.
Yenilenebilir enerji kaynaklarına ilginin giderek artmasıyla hem ekonomik hem de çevre dostu ısıtma ve soğutma yöntemi araştırmaları artmıştır. Bu kapsamda bulunan yöntemlerin belki de en uygulanabilir olanı jeotermal ısı pompası teknolojisidir.
Jeotermal Isı Pompası Nasıl Çalışır?
Yeryüzünün iç tabakalarına doğru indikçe sıcaklık değerleri değişmektedir. Örneğin kış aylarında toprağın altı atmosfere oranla daha sıcaktır. Tam tersi olarak yaz aylarının sıcak atmosferie kıyasla yeraltı daha soğuk bir ortam oluşturmaktadır.
Bu sıcaklık farkı ısı pompası teknolojisiyle çok avantajlı bir hale getirilebilir.
Yukarıdaki şekilde de görüldüğü gibi atmosferdeki sıcak hava yeraltına döşenmiş bir kanal yardımıyla soğutularak evin içine gönderilmektedir. Eğer kullanılan pervanenin enerjisi güneş panellerinden sağlanırsa sistemin sıfır masrafla çalıştırılması da mümkündür.
Burada önemli olan hususlardan biri de hava kanalının iyi bir ısı iletkeninden seçilmesi gerekliliğidir.
Kış
Yaz
Jeotermal ısı pompasının yaz ve kış nasıl çalıştığına örnek. Burada mavi soğuğu, kırmızı ise sıcağı temsil etmektedir.
Burada basitçe örnek verdiğimiz ısı pompası sistemleri günümüzde yanlız bir hava transferi olayından oluşmamaktadır. Çoğu sistem çeşitli ısı akışkanları, kompresorler, buharlaştırıcı gibi elemanlar içerir.
Fırat Üniversitesinde uygulanan Toprak Kaynaklı Yatay Isı Pompası örneği
Kaynak2
Doğalgaza ve kömüre gelen zamlar, ısınmada farklı yolların geliştirilmesini beraberinde getiriyor. Bir artezyen kuyusu veya yerin 2 metre kadar altına döşenecek borularla evlerde kışın ısınma, yazın da soğutma yapılabiliyor.
Binaları bu yöntemle ısıtmak, yüzde 80’in üzerinde yakıt tasarrufu sağlıyor. Böyle bir sistemi konutlara kuran Euro-House Genel Müdürü Hakkı Kocakülah, Türkiye’de fazla tanınmayan ancak yeni yeni kullanılmaya başlanan bu teknolojiden ABD ve Avrupa ülkelerinde yıllardır binlerce ev, işyeri ve okulun ısıtması ve soğutmasında faydalanıldığını söyledi.
Söz konusu sistem, ısı pompası görevi yapan bir kompresörle çalışıyor. Bu pompa, dışarıdan enerji verilmesi ile düşük sıcaklıktaki ısı kaynağından aldığı ısıyı yüksek sıcaklıktaki ortama aktarıyor. Yeraltına dikey veya yatay döşenen boruların içinden dolaştırılan su, toprağın sıcaklığını alarak ana cihaza iletiyor. Bu sayede çok az bir enerji harcamasıyla azami miktarda ısıtma veya soğutma sağlanıyor. Yazın havanın ısısı, bir ısı pompası yardımıyla toprağa veya yeraltı suyuna aktarılırken kışınsa tam tersi bir işlemle topraktan ısı çekiliyor. Binaları bu yöntemle ısıtmak, yüzde 80’in üzerinde yakıt tasarrufu sağlıyor. Bir düğmeyi açıp kapatmak kadar kolay çalışan sistem, 150 metrekare daire için ortalama 9 ile 24 bin liraya mal oluyor. Euro-House Genel Müdürü Kocakülah, topraktan ısıtma ve soğutma sisteminde kullanılan ısı pompalarının, buzdolabıyla aynı prensipte çalıştığını ifade ederek şu açıklamayı yaptı: “Bir taraf soğutulurken (buzdolabının içi), diğer taraf (mutfak) oradan alınan enerjiyle ısınır. Başka bir deyişle ısı, bir yerden başka yere aktarılır.”
Isı pompalarının, enerjiyi aldığı yere göre su, toprak veya hava kaynaklı olduğunu belirten Kocakülah, “Sistemin iyi çalışabilmesi için ısı yalıtımı çok önemli. Fransa’da Isı Yalıtım Kanunu 1970’lerde çıktı. Yalıtım yoksa, binalara elektrik bağlanmadığı gibi satılması bile yasak.” diye konuştu. Euro-House Genel Müdürü Hakkı Kocakülah’a göre sistemin yalıtımla desteklenerek uygulandığı Almanya, İsveç ve Norveç’te insanlar, iklim Türkiye’den daha soğuk olmasına rağmen daha az enerjiyle ısınabiliyor. Araştırmalara göre Almanya’da metrekarede 40-50 vat elektrik yeterliyken Türkiye’de 350-400 vat harcanıyor. Türkiye’den daha soğuk ülkeler daha az enerjiyle ısınabiliyor. Devlet, bu konuda gerekli teşvikleri yapmalı.
Pamukkale Üniversitesi Makine Mühendisliği Öğretim Üyesi ve Teknik Eğitim Fakültesi Dekanı Prof. Dr. Rasim Karabacak ise elektrik, kömür veya doğalgaz kullanmadan yeraltındaki ısıdan faydalanılan söz konusu cihazla yüksek verimli bir iklimlendirme sistemi kurulup hem konfor sağlanacağını hem de ev ekonomisine katkı yapılacağını vurguladı. Sistemin en büyük özelliğinin, dış hava şartlarına bağlı kalmadan ve çok az enerji harcayarak ısıtma ya da soğutma yapabilmesi olduğunu anlatan Prof. Dr. Karabacak, şunları söyledi: “Toprağın veya yeraltı suyunun sıcaklığı, yaz ve kış aylarında hemen hemen sabit, 7 ile 22 derece arasındadır. Bunun enerjisinden faydalanmak suretiyle kışın ısıtma, yazın soğutma yapabiliyoruz. Fosil yakıtlı ısıtma sistemleriyle kıyaslandığında, karbonmonoksit açığa çıkmadığı için çevreyi de kirletmiyor.”
Kanada’da yıllar önce kullanılmaya başlanan bu sistemin ülkemizde kullanımı artıyor. Sistemi 500 metrekare dubleks villasına kuran Özgüven Kablo Yönetim Kurulu Başkanı Osman Karakamçı, günlük 10 liraya ısındığını söylüyor: “Sistemin kullanımından çok memnunum. Çok geniş bir alanı ucuza ısıtabiliyorum. Kim görse yaptırmak istiyor.” İstanbul Riva Konaklarında topraktan ısı kullanarak 650 metrekarelik dubleks villayı ısıtan ve aylık 390 lira elektrik faturası ödediğini söyleyen Murat Bilişik de, “Bu büyüklükte yerin ısınması normalde doğalgazla 3 milyarı bulur.” diyor.
Kaynak 3
Doğalgaza ve kömüre gelen zamlar, ısınmada farklı yolların geliştirilmesini beraberinde getiriyor. Zaman gazetesinin haberine göre, bir artezyen kuyusu veya yerin 2 metre kadar altına döşenecek borularla evlerde kışın ısınma, yazın da soğutma yapılabiliyor.
Kanada'da yıllar önce kullanılmaya başlanan bu sistemin ülkemizde kullanımı artıyor. Sistemi 500 metrekare dubleks villasına kuran Özgüven Kablo Yönetim Kurulu Başkanı Osman Karakamçı, günlük 10 liraya ısındığını söylüyor: "Sistemin kullanımından çok memnunum. Çok geniş bir alanı ucuza ısıtabiliyorum. Kim görse yaptırmak istiyor." İstanbul Riva Konaklarında topraktan ısı kullanarak 650 metrekarelik dubleks villayı ısıtan ve aylık 390 lira elektrik faturası ödediğini söyleyen Murat Bilişik de, "Bu büyüklükte yerin ısınması normalde doğalgazla 3 milyarı bulur." diyor.
Binaları bu yöntemle ısıtmak, yüzde 80'in üzerinde yakıt tasarrufu sağlıyor. Böyle bir sistemi konutlara kuran Euro-House Genel Müdürü Hakkı Kocakülah, Türkiye'de fazla tanınmayan ancak yeni yeni kullanılmaya başlanan bu teknolojiden ABD ve Avrupa ülkelerinde yıllardır binlerce ev, işyeri ve okulun ısıtması ve soğutmasında faydalanıldığını söyledi.
Söz konusu sistem, ısı pompası görevi yapan bir kompresörle çalışıyor. Bu pompa, dışarıdan enerji verilmesi ile düşük sıcaklıktaki ısı kaynağından aldığı ısıyı yüksek sıcaklıktaki ortama aktarıyor. Yeraltına dikey veya yatay döşenen boruların içinden dolaştırılan su, toprağın sıcaklığını alarak ana cihaza iletiyor. Bu sayede çok az bir enerji harcamasıyla azami miktarda ısıtma veya soğutma sağlanıyor. Yazın havanın ısısı, bir ısı pompası yardımıyla toprağa veya yeraltı suyuna aktarılırken kışınsa tam tersi bir işlemle topraktan ısı çekiliyor. Binaları bu yöntemle ısıtmak, yüzde 80'in üzerinde yakıt tasarrufu sağlıyor. Bir düğmeyi açıp kapatmak kadar kolay çalışan sistem, 150 metrekare daire için ortalama 9 ile 24 bin liraya mal oluyor. Euro-House Genel Müdürü Kocakülah, topraktan ısıtma ve soğutma sisteminde kullanılan ısı pompalarının, buzdolabıyla aynı prensipte çalıştığını ifade ederek şu açıklamayı yaptı: "Bir taraf soğutulurken (buzdolabının içi), diğer taraf (mutfak) oradan alınan enerjiyle ısınır. Başka bir deyişle ısı, bir yerden başka yere aktarılır."
Isı pompalarının, enerjiyi aldığı yere göre su, toprak veya hava kaynaklı olduğunu belirten Kocakülah, "Sistemin iyi çalışabilmesi için ısı yalıtımı çok önemli. Fransa'da Isı Yalıtım Kanunu 1970'lerde çıktı. Yalıtım yoksa, binalara elektrik bağlanmadığı gibi satılması bile yasak." diye konuştu. Euro-House Genel Müdürü Hakkı Kocakülah'a göre sistemin yalıtımla desteklenerek uygulandığı Almanya, İsveç ve Norveç'te insanlar, iklim Türkiye'den daha soğuk olmasına rağmen daha az enerjiyle ısınabiliyor. Araştırmalara göre Almanya'da metrekarede 40-50 vat elektrik yeterliyken Türkiye'de 350-400 vat harcanıyor. Türkiye'den daha soğuk ülkeler daha az enerjiyle ısınabiliyor. Devlet, bu konuda gerekli teşvikleri yapmalı.
Pamukkale Üniversitesi Makine Mühendisliği Öğretim Üyesi ve Teknik Eğitim Fakültesi Dekanı Prof. Dr. Rasim Karabacak ise elektrik, kömür veya doğalgaz kullanmadan yeraltındaki ısıdan faydalanılan söz konusu cihazla yüksek verimli bir iklimlendirme sistemi kurulup hem konfor sağlanacağını hem de ev ekonomisine katkı yapılacağını vurguladı. Sistemin en büyük özelliğinin, dış hava şartlarına bağlı kalmadan ve çok az enerji harca**** ısıtma ya da soğutma yapabilmesi olduğunu anlatan Prof. Dr. Karabacak, şunları söyledi: "Toprağın veya yeraltı suyunun sıcaklığı, yaz ve kış aylarında hemen hemen sabit, 7 ile 22 derece arasındadır. Bunun enerjisinden faydalanmak suretiyle kışın ısıtma, yazın soğutma yapabiliyoruz. Fosil yakıtlı ısıtma sistemleriyle kıyaslandığında, karbonmonoksit açığa çıkmadığı için çevreyi de kirletmiyor."
Kaynak4
Yer/Su Kaynaklı Isı Pompası Sistemi ve Uygulama ÖrneğiIsı
Pompasıyla Isıtma ve Soğutmada Kaynak Olarak Yangın Deposunun Kullanılması
Korhan Altınkaya ve Özlem Çetin Özer
Isımas Isı Mak. San. Tic. ve Taah. A.Ş.
Yer/Su Kaynaklı Isı Pompası Sistemi
Isı geçişinin her zaman sıcaklığın azaldığı yönde olduğu bilinen bir gerçektir; başka bir deyişle ısı geçişi, yüksek sıcaklıktaki ortamdan düşük sıcaklıktaki ortama olur. Bu doğal bir olgudur ve kendiliğinden gerçekleşir. Bu olgunun tersi kendiliğinden gerçekleşemez. Düşük sıcaklıktaki bir ortamdan yüksek sıcaklıktaki bir ortama ısı geçişi ancak ısı pompalarının kullanımıyla gerçekleşebilir. Isı pompaları, soğutma çevrimini esas alarak çalışırlar. Soğutma çevriminde kullanılan akışkana “Soğutucu Akışkan” denir. Bu akışkan farklı makinelerde, kullanım yerine göre değişiklik gösterebilir. Her bir farklı akışkanın birbirlerine göre kullanım avantajları ve dezavantajları bulunmaktadır. Isı pompalarında kullanılan çevrim, buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimidir. Örneğin evlerde kullanılan buzdolabı da bu çevrime göre çalışan bir ısı pompasıdır. Dondurucu bölümü buharlaştırıcı, buzdolabının arkasındaki borular ise yoğuşturucu görevi görmektedir. Bu örnekten de anlaşılabileceği gibi ısı pompaları çok çeşitlidir. Isı çektikleri ortam ve ısı attıkları ortam değişik olabilmektedir.
Yandaki tabloda görüldüğü gibi ısı pompaları değişik kaynaklar kullanabilmektedirler ve kullandıkları kaynaklara göre adlandırılırlar. Örneğin hava, kaynak olarak kullanıldığı takdirde “Hava Kaynaklı Isı Pompası”; su kaynak olarak kullanıldığı takdirde “Su Kaynaklı Isı Pompası” diye adlandırılmaktadır. Kullanılan kaynaklar sistemin toplam verimini ve doğal olarak işletim maliyetlerini doğrudan etkilemektedirler. Hava çok kolay bulunabilen, ancak sıcaklığı yazdan kışa çok fazla değişen bir kaynaktır. Isıtmada kaynak sıcaklığının olabildiğince yüksek, soğutmada ise olabildiğince düşük olması istenir. Hava ise yazın yani soğutmanın yapılması istendiğinde en yüksek değerlerine, kışın da ısıtmanın ihtiyaç olduğu durumda en düşük değerine ulaşır. Bu durumda sağlanan soğutma ve ısıtma oldukça düşük verimlidir.
Su kaynaklı ısı pompalarında su, kaynak olarak farklı şekillerde kullanılır. Bunlar denizler, göller, ırmaklar olabileceği gibi, derinliklerden çekilecek yeraltı suları da olabilir. Ayrıca ısı pompaları için yeni bir kaynak sayılabilecek kazan/kule sistemi de sulu kaynaklara bir örnektir.
Toprak kaynaklı ısı pompalarında toprak, ısı kaynağı olarak kullanılır. Bu, toprak altına döşenen boruların içerisinden su dolaştırılarak sağlanır. Toprak altında ısınan su ile soğutucu akışkan arasında ısı transferi olur. Kompresör de soğutucu akışkanı sıkıştırarak çok daha yüksek sıcaklıklara çıkarır ve yük tarafında bina tesisatına aktarır. Toprak, sıcaklığı yıl boyunca oldukça az değişen, sabit sıcaklıklı sayılabilecek bir kaynaktır. Her ülke, her şehir, her toprak tipine göre farklı sıcaklıklarda bulunabilirler. En önemli gereksinimi, kurulumun yapılabileceği bir toprak alanına ihtiyaç duyulmasıdır.
Yukarıda sayılan bu temel ve en çok kullanılan kaynakların yanı sıra, düşük sıcaklıklı jeotermal su kaynaklarından, bir işlem sonucu atılmış atık sıcak veya soğuk sulardan, depolanmış güneş enerjisinden de ısı pompası kaynak olarak faydalanabilir.
Yeraltı Isı Değiştiricisi
YKIP sisteminde iki bölüm vardır. Isıtılacak ya da soğutulacak mekân yani yük tarafı ve ısının çekileceği veya atılacağı kısım kaynak tarafıdır. YKIP sisteminde yük tarafına su veya hava ısıtılmış veya soğutulmuş şekilde verilebilir. Kaynak tarafı işin önemli kısmıdır ve birkaç ayrı yöntemi vardır. Bu yöntemler iki ana kalemde Kapalı veya Açık Sistem olarak adlandırılabilir. Bu yöntemler daha sonra kendi aralarında ayrılarak değişik isimlerde adlandırılırlar.
Kapalı Isı Değiştirici Sistemi
Kapalı sistem ısı değiştirgeçleri, kapalı devre ve toprağın altına gömülü olan polietilen borulardan oluşur. Kapalı sistem yer ısı değiştirgeci borusu, ısı pompasına bağlıdır ve içinde doğayla dost antifrizli su dolaştırılmaktadır. Kapalı sistem, ısı taşıyan sıvıyı, basınç altında bulunan boru içerisinde sürekli olacak şekilde dolaştırır, açık sistemdeki gibi kuyudaki suyu tüketmez.
Birçok kapalı sistem yatay olarak toprağın altına serilir. Bununla birlikte, eğer yeterli alan yoksa ısı değiştiricileri dikey olarak toprağın altına yerleştirilir. İşyeri veya ev yakınında, boruların yerleştirilmesi için belirli bir toprak alanına sahip olmak, sistem için yeterlidir.
Ayrıca yatay sermenin bir değişik şekli de helezon uygulamasıdır. Bu uygulamada polietilen borular sarmal şekline getirilerek daha kısa ama geniş bir hendek kazılmasıyla uygulanabilmektedir. Bu uygulama düz yatay serme yöntemine göre daha az kazı yapılmasından dolayı görece daha az toprak alanı gerektirir.
Kapalı sistemin diğer bir alt dalı da dikey sistemdir. Bu sistemde yer ısı değiştirgeci dikey olarak açılan sondaj kuyularına uygulanır. Bu deliklerin, yani sondajların, normal su sondajlarında farkı, daha küçük çaplarda olması, ayrıca kuyu çökmesini önleyici gömleklere ihtiyaç duymamasıdır.
Açık sistemde kaynak olarak kullanılan göl ve deniz suyunun içeriğinden dolayı açık olarak kullanılamayacağı durumda helezon yöntemiyle kapalı olarak kullanılabilir. Bu kaynakların kullanımında hangi yöntemin daha ekonomik ve uygun olduğu, sistemi kuran teknik personelin karar vermesi gereken bir konudur.
Açık Isı Değiştirici Sistemi
Açık sistem, ısı kaynağı olarak sıradan bir kuyu, göl veya akarsu, deniz ve fabrikalarda atık proses suyunu kullanabilir. Kullanılan su eğer cihaza zarar verebilecek etkenlere sahipse araya bir plakalı ısı değiştirici kurularak sistem çalıştırılır. Kaynaktan alınan su, ısı pompası ünitesinin içine, ısısı alınarak çevreye ve doğaya zarar vermeyecek şekilde geri pompalanmak üzere çekilir.
Bu kaynaklardaki suların sıcaklığının yıl boyunca neredeyse sabit kalması, onu çok iyi bir ısı kaynağı yapar. Su ihtiyacı, belirli bir model için l/s olarak, o modele ait teknik tablolarda yer alır. Debi ihtiyacı, ısıtma veya soğutma için kullanılacak olan cihazın kapasitesine, yani evin kapasitesine göre değişiklik gösterir.
Hibrit Sistemler
Alışveriş merkezleri gibi yüksek kapasite gerektiren uygulamalarda, geniş jeotermal sistemlerin uygulanması gerekir. Bunun olanaksız olduğu durumlarda verimli bir yol olarak kazan/soğutma kulesi sistemleri oldukça tercih edilmektedir. Hibrit sistem olarak adlandırılan bu uygulama, düşük kapasiteli bir kazan ve soğutma kulesi ile ısı pompasının yüksek verimliliğinden faydalanarak ısıtma-soğutma sağlar. Sistem bunu sağlarken dört boruya ihtiyaç duymaz. İhtiyaca göre bazı makinelerin ısıtmaya, bazı makinelerin soğutmaya çalıştığı bu sistemde kazan veya kule dönüş suyu karışımının ihtiyacına göre devreye girip çıkmaktadır.
Uygulama Örneği:
Isı Pompasıyla Isıtma ve Soğutmada Kaynak Olarak Yangın Deposunun Kullanılması
Isı pompası cihazları, kullandıkları kaynak tiplerine göre çeşitlenmektedir. Yeraltının belli derinliklerine yerleştirilen su depoları da ısı pompalarında kaynak olarak kullanılabilirler. Dünyada çeşitli uygulamaları bulunan depo kaynaklı ısı pompası uygulaması Türkiye’de de ilk defa gerçekleştirilmiştir.
Isı pompası sisteminde soğutulması gereken yük tarafını test kabinleri oluşturmaktadır. Bu test kabinlerinde testler boyunca eksi 40 °C’de olması gereken kabinlerin asıl soğutma sisteminin ön soğutması ısı pompaları ile sağlanmıştır. Yük tarafında kabinlerin ön soğutulması yapılırken kaynak tarafında da fabrikanın 1.000 tonluk yangın deposu kaynak olarak kullanılmıştır. Türkiye’de ilk defa gerçekleştirilen yıl boyunca sıcaklığı yaklaşık 10°C’de sabit olan yeraltı yangın deposu kullanımı ile tüm yıl boyunca soğutmada yüksek verimlilik sağlanmıştır. Ayrıca yer/su kaynaklı ısı pompalarında yüksek ilk yatırım maliyetine sahip kaynak tarafı kurulumu için minimum yatırım yapılması ise sistemin geri ödeme süresini 7,5 ay gibi kısa sürelere çekmiştir.
Isı pompalarının kaynak tarafında fabrikanın 1.000 tonluk yangın deposu açık sistem olarak kullanılmıştır. Deponun su sıcaklığı yıl boyunca ölçülmüş ve yaklaşık 10°C’de sabit kaldığı görülmüştür. Yeraltında bulunan bu deponun duvarlarından toprağa kaynak kapasitesini sağlayacak şekilde tasarım yapılmıştır. Kaynak tarafına yerleştirilen plakalı eşanjörün bir tarafında ısı pompası, diğer tarafında yangın deposu bulunmaktadır. Isı pompasından gelen ısı, eşanjör aracılığıyla depoya aktarılır. Depoda eşanjörden aldığı ısıyı toprağa transfer etmektedir. Böylece depo dengede kalmakta ve ısı pompası düşük sıcaklıklı bir kaynağı yıl boyunca kullanarak tasarruf etmektedir. Bu yöntem herhangi bir kazı, sondaj vs. çalışması yapılmadığı için oldukça düşük ilk yatırım maliyetine sahiptir.
Nominal kapasitesi toplamda 51 Kw olan ısı pompalarının yük tarafında asıl kompresörlü soğutma sisteminin ön soğutma tesisatı yer almaktadır. Tüm sene boyunca soğutma yapacak bu sistemde test için kullanılan kabinler şartlandırılmaktadır. Yük tarafındaki ihtiyaca göre kontrol edilen cihaz çalışması 3 cihaz için de dengeli olarak sağlanmaktadır. Aynı şekilde sirkülasyon pompaları ve diğer elektrikli ekipmanlar da tasarruf miktarını en üst düzeyde tutmak için bir otomasyon panosu tarafından kontrol edilmektedir. Yük tarafında bulunan test kabinlerinin eşanjörleri tıkanmaya karşı hassas oldukları için tüm yük tarafı tesisatı HDPE 100 borular ve ek parçaları kullanılarak yapılmıştır.
İşletim maliyetleri tablosundan da görülebileceği gibi halihazırda var olan yangın deposunun ısı pompasına kaynak olacak şekilde kullanılması ile chiller’e göre yüzde 47 işletim maliyeti karlılığı elde edilmiştir. Bu karlılığa göre sistemin kendisini amorti etme süresi yaklaşık olarak 7,5 ay gibi kısa bir süre olmaktadır. Isı pompası sistemleri doğru uygulandığında ve düzgün tasarım yapıldığında, var olan potansiyellerin kullanılması ile çok karlı bir yatırım aracı haline gelmektedir.
Isı pompası sistemlerinin diğer sistemlerden bu kadar tasarruflu olmasının en büyük nedeni yeraltındaki bedava ve atıl olan enerjinin kullanılmasıdır. Sistemin doğru ve tasarruf edebilecek şekilde kurulması sistemi tasarlayan mühendislerin ve uygulayan ekiplerin profesyonelliğine bağlıdır. Isı pompası cihazlarına ve kurulan sisteme normal bir kombi cihazı veya klima cihazı gibi bakılarak yaklaşılması yanlış kurulacak sistemler meydana getirebilir. Bu şekilde kurulan sistemlerden tasarruf beklemek yanlıştır. Özellikle toprak kaynaklı ısı pompası sisteminde en önemli iş kalemi toprak tarafındaki hesap ve uygulamadır. Toprak altına döşenen boruların uzunlukları ile ilgili bir hata yapılması sistemi tasarruf edemez bir sistem haline getirir ve bunu düzeltmek, sistemi yeniden kurmaktan daha pahalıya gelebilmektedir. Bu yüzden ısı pompası sistemleri ancak doğru proje ve doğru uygulama ile tasarruf edebilen sistemlerdir.
Kaynak5
ISI POMPASI
Korhan Altınkaya ve Özlem Çetin Özer
Isımas Isı Mak. San. Tic. ve Taah. A.Ş.
Yer/Su Kaynaklı Isı Pompası Sistemi
Isı geçişinin her zaman sıcaklığın azaldığı yönde olduğu bilinen bir gerçektir; başka bir deyişle ısı geçişi, yüksek sıcaklıktaki ortamdan düşük sıcaklıktaki ortama olur. Bu doğal bir olgudur ve kendiliğinden gerçekleşir. Bu olgunun tersi kendiliğinden gerçekleşemez. Düşük sıcaklıktaki bir ortamdan yüksek sıcaklıktaki bir ortama ısı geçişi ancak ısı pompalarının kullanımıyla gerçekleşebilir. Isı pompaları, soğutma çevrimini esas alarak çalışırlar. Soğutma çevriminde kullanılan akışkana “Soğutucu Akışkan” denir. Bu akışkan farklı makinelerde, kullanım yerine göre değişiklik gösterebilir. Her bir farklı akışkanın birbirlerine göre kullanım avantajları ve dezavantajları bulunmaktadır. Isı pompalarında kullanılan çevrim, buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimidir. Örneğin evlerde kullanılan buzdolabı da bu çevrime göre çalışan bir ısı pompasıdır. Dondurucu bölümü buharlaştırıcı, buzdolabının arkasındaki borular ise yoğuşturucu görevi görmektedir. Bu örnekten de anlaşılabileceği gibi ısı pompaları çok çeşitlidir. Isı çektikleri ortam ve ısı attıkları ortam değişik olabilmektedir.
Yandaki tabloda görüldüğü gibi ısı pompaları değişik kaynaklar kullanabilmektedirler ve kullandıkları kaynaklara göre adlandırılırlar. Örneğin hava, kaynak olarak kullanıldığı takdirde “Hava Kaynaklı Isı Pompası”; su kaynak olarak kullanıldığı takdirde “Su Kaynaklı Isı Pompası” diye adlandırılmaktadır. Kullanılan kaynaklar sistemin toplam verimini ve doğal olarak işletim maliyetlerini doğrudan etkilemektedirler. Hava çok kolay bulunabilen, ancak sıcaklığı yazdan kışa çok fazla değişen bir kaynaktır. Isıtmada kaynak sıcaklığının olabildiğince yüksek, soğutmada ise olabildiğince düşük olması istenir. Hava ise yazın yani soğutmanın yapılması istendiğinde en yüksek değerlerine, kışın da ısıtmanın ihtiyaç olduğu durumda en düşük değerine ulaşır. Bu durumda sağlanan soğutma ve ısıtma oldukça düşük verimlidir.
Su kaynaklı ısı pompalarında su, kaynak olarak farklı şekillerde kullanılır. Bunlar denizler, göller, ırmaklar olabileceği gibi, derinliklerden çekilecek yeraltı suları da olabilir. Ayrıca ısı pompaları için yeni bir kaynak sayılabilecek kazan/kule sistemi de sulu kaynaklara bir örnektir.
Toprak kaynaklı ısı pompalarında toprak, ısı kaynağı olarak kullanılır. Bu, toprak altına döşenen boruların içerisinden su dolaştırılarak sağlanır. Toprak altında ısınan su ile soğutucu akışkan arasında ısı transferi olur. Kompresör de soğutucu akışkanı sıkıştırarak çok daha yüksek sıcaklıklara çıkarır ve yük tarafında bina tesisatına aktarır. Toprak, sıcaklığı yıl boyunca oldukça az değişen, sabit sıcaklıklı sayılabilecek bir kaynaktır. Her ülke, her şehir, her toprak tipine göre farklı sıcaklıklarda bulunabilirler. En önemli gereksinimi, kurulumun yapılabileceği bir toprak alanına ihtiyaç duyulmasıdır.
Yukarıda sayılan bu temel ve en çok kullanılan kaynakların yanı sıra, düşük sıcaklıklı jeotermal su kaynaklarından, bir işlem sonucu atılmış atık sıcak veya soğuk sulardan, depolanmış güneş enerjisinden de ısı pompası kaynak olarak faydalanabilir.
Yeraltı Isı Değiştiricisi
YKIP sisteminde iki bölüm vardır. Isıtılacak ya da soğutulacak mekân yani yük tarafı ve ısının çekileceği veya atılacağı kısım kaynak tarafıdır. YKIP sisteminde yük tarafına su veya hava ısıtılmış veya soğutulmuş şekilde verilebilir. Kaynak tarafı işin önemli kısmıdır ve birkaç ayrı yöntemi vardır. Bu yöntemler iki ana kalemde Kapalı veya Açık Sistem olarak adlandırılabilir. Bu yöntemler daha sonra kendi aralarında ayrılarak değişik isimlerde adlandırılırlar.
Kapalı Isı Değiştirici Sistemi
Kapalı sistem ısı değiştirgeçleri, kapalı devre ve toprağın altına gömülü olan polietilen borulardan oluşur. Kapalı sistem yer ısı değiştirgeci borusu, ısı pompasına bağlıdır ve içinde doğayla dost antifrizli su dolaştırılmaktadır. Kapalı sistem, ısı taşıyan sıvıyı, basınç altında bulunan boru içerisinde sürekli olacak şekilde dolaştırır, açık sistemdeki gibi kuyudaki suyu tüketmez.
Birçok kapalı sistem yatay olarak toprağın altına serilir. Bununla birlikte, eğer yeterli alan yoksa ısı değiştiricileri dikey olarak toprağın altına yerleştirilir. İşyeri veya ev yakınında, boruların yerleştirilmesi için belirli bir toprak alanına sahip olmak, sistem için yeterlidir.
Ayrıca yatay sermenin bir değişik şekli de helezon uygulamasıdır. Bu uygulamada polietilen borular sarmal şekline getirilerek daha kısa ama geniş bir hendek kazılmasıyla uygulanabilmektedir. Bu uygulama düz yatay serme yöntemine göre daha az kazı yapılmasından dolayı görece daha az toprak alanı gerektirir.
Kapalı sistemin diğer bir alt dalı da dikey sistemdir. Bu sistemde yer ısı değiştirgeci dikey olarak açılan sondaj kuyularına uygulanır. Bu deliklerin, yani sondajların, normal su sondajlarında farkı, daha küçük çaplarda olması, ayrıca kuyu çökmesini önleyici gömleklere ihtiyaç duymamasıdır.
Açık sistemde kaynak olarak kullanılan göl ve deniz suyunun içeriğinden dolayı açık olarak kullanılamayacağı durumda helezon yöntemiyle kapalı olarak kullanılabilir. Bu kaynakların kullanımında hangi yöntemin daha ekonomik ve uygun olduğu, sistemi kuran teknik personelin karar vermesi gereken bir konudur.
Açık Isı Değiştirici Sistemi
Açık sistem, ısı kaynağı olarak sıradan bir kuyu, göl veya akarsu, deniz ve fabrikalarda atık proses suyunu kullanabilir. Kullanılan su eğer cihaza zarar verebilecek etkenlere sahipse araya bir plakalı ısı değiştirici kurularak sistem çalıştırılır. Kaynaktan alınan su, ısı pompası ünitesinin içine, ısısı alınarak çevreye ve doğaya zarar vermeyecek şekilde geri pompalanmak üzere çekilir.
Bu kaynaklardaki suların sıcaklığının yıl boyunca neredeyse sabit kalması, onu çok iyi bir ısı kaynağı yapar. Su ihtiyacı, belirli bir model için l/s olarak, o modele ait teknik tablolarda yer alır. Debi ihtiyacı, ısıtma veya soğutma için kullanılacak olan cihazın kapasitesine, yani evin kapasitesine göre değişiklik gösterir.
Hibrit Sistemler
Alışveriş merkezleri gibi yüksek kapasite gerektiren uygulamalarda, geniş jeotermal sistemlerin uygulanması gerekir. Bunun olanaksız olduğu durumlarda verimli bir yol olarak kazan/soğutma kulesi sistemleri oldukça tercih edilmektedir. Hibrit sistem olarak adlandırılan bu uygulama, düşük kapasiteli bir kazan ve soğutma kulesi ile ısı pompasının yüksek verimliliğinden faydalanarak ısıtma-soğutma sağlar. Sistem bunu sağlarken dört boruya ihtiyaç duymaz. İhtiyaca göre bazı makinelerin ısıtmaya, bazı makinelerin soğutmaya çalıştığı bu sistemde kazan veya kule dönüş suyu karışımının ihtiyacına göre devreye girip çıkmaktadır.
Uygulama Örneği:
Isı Pompasıyla Isıtma ve Soğutmada Kaynak Olarak Yangın Deposunun Kullanılması
Isı pompası cihazları, kullandıkları kaynak tiplerine göre çeşitlenmektedir. Yeraltının belli derinliklerine yerleştirilen su depoları da ısı pompalarında kaynak olarak kullanılabilirler. Dünyada çeşitli uygulamaları bulunan depo kaynaklı ısı pompası uygulaması Türkiye’de de ilk defa gerçekleştirilmiştir.
Isı pompası sisteminde soğutulması gereken yük tarafını test kabinleri oluşturmaktadır. Bu test kabinlerinde testler boyunca eksi 40 °C’de olması gereken kabinlerin asıl soğutma sisteminin ön soğutması ısı pompaları ile sağlanmıştır. Yük tarafında kabinlerin ön soğutulması yapılırken kaynak tarafında da fabrikanın 1.000 tonluk yangın deposu kaynak olarak kullanılmıştır. Türkiye’de ilk defa gerçekleştirilen yıl boyunca sıcaklığı yaklaşık 10°C’de sabit olan yeraltı yangın deposu kullanımı ile tüm yıl boyunca soğutmada yüksek verimlilik sağlanmıştır. Ayrıca yer/su kaynaklı ısı pompalarında yüksek ilk yatırım maliyetine sahip kaynak tarafı kurulumu için minimum yatırım yapılması ise sistemin geri ödeme süresini 7,5 ay gibi kısa sürelere çekmiştir.
Isı pompalarının kaynak tarafında fabrikanın 1.000 tonluk yangın deposu açık sistem olarak kullanılmıştır. Deponun su sıcaklığı yıl boyunca ölçülmüş ve yaklaşık 10°C’de sabit kaldığı görülmüştür. Yeraltında bulunan bu deponun duvarlarından toprağa kaynak kapasitesini sağlayacak şekilde tasarım yapılmıştır. Kaynak tarafına yerleştirilen plakalı eşanjörün bir tarafında ısı pompası, diğer tarafında yangın deposu bulunmaktadır. Isı pompasından gelen ısı, eşanjör aracılığıyla depoya aktarılır. Depoda eşanjörden aldığı ısıyı toprağa transfer etmektedir. Böylece depo dengede kalmakta ve ısı pompası düşük sıcaklıklı bir kaynağı yıl boyunca kullanarak tasarruf etmektedir. Bu yöntem herhangi bir kazı, sondaj vs. çalışması yapılmadığı için oldukça düşük ilk yatırım maliyetine sahiptir.
Nominal kapasitesi toplamda 51 Kw olan ısı pompalarının yük tarafında asıl kompresörlü soğutma sisteminin ön soğutma tesisatı yer almaktadır. Tüm sene boyunca soğutma yapacak bu sistemde test için kullanılan kabinler şartlandırılmaktadır. Yük tarafındaki ihtiyaca göre kontrol edilen cihaz çalışması 3 cihaz için de dengeli olarak sağlanmaktadır. Aynı şekilde sirkülasyon pompaları ve diğer elektrikli ekipmanlar da tasarruf miktarını en üst düzeyde tutmak için bir otomasyon panosu tarafından kontrol edilmektedir. Yük tarafında bulunan test kabinlerinin eşanjörleri tıkanmaya karşı hassas oldukları için tüm yük tarafı tesisatı HDPE 100 borular ve ek parçaları kullanılarak yapılmıştır.
İşletim maliyetleri tablosundan da görülebileceği gibi halihazırda var olan yangın deposunun ısı pompasına kaynak olacak şekilde kullanılması ile chiller’e göre yüzde 47 işletim maliyeti karlılığı elde edilmiştir. Bu karlılığa göre sistemin kendisini amorti etme süresi yaklaşık olarak 7,5 ay gibi kısa bir süre olmaktadır. Isı pompası sistemleri doğru uygulandığında ve düzgün tasarım yapıldığında, var olan potansiyellerin kullanılması ile çok karlı bir yatırım aracı haline gelmektedir.
Isı pompası sistemlerinin diğer sistemlerden bu kadar tasarruflu olmasının en büyük nedeni yeraltındaki bedava ve atıl olan enerjinin kullanılmasıdır. Sistemin doğru ve tasarruf edebilecek şekilde kurulması sistemi tasarlayan mühendislerin ve uygulayan ekiplerin profesyonelliğine bağlıdır. Isı pompası cihazlarına ve kurulan sisteme normal bir kombi cihazı veya klima cihazı gibi bakılarak yaklaşılması yanlış kurulacak sistemler meydana getirebilir. Bu şekilde kurulan sistemlerden tasarruf beklemek yanlıştır. Özellikle toprak kaynaklı ısı pompası sisteminde en önemli iş kalemi toprak tarafındaki hesap ve uygulamadır. Toprak altına döşenen boruların uzunlukları ile ilgili bir hata yapılması sistemi tasarruf edemez bir sistem haline getirir ve bunu düzeltmek, sistemi yeniden kurmaktan daha pahalıya gelebilmektedir. Bu yüzden ısı pompası sistemleri ancak doğru proje ve doğru uygulama ile tasarruf edebilen sistemlerdir.
Kaynak5
ISI POMPASI
Isı pompaları soğutma çevrimini esas alarak çalışır. Soğutma işleminin sonucu olarak ısı açığa çıkar. Her zaman bir ortamı soğutuyorsanız, başka bir ortamı ısıtıyorsunuz demektir.
Isı pompaları değişik kaynaklar kullanabilmektedirler ve kullandıkları kaynaklara göre adlandırılırlar. Hava, su, yer, düşük sıcaklıklı jeotermal su kaynakları, bir işlem sonucu atılmış atık sıcak veya soğuk sular, depolanmış güneş enerjisi de ısı pompaları için ısı enerjisi kaynağı olarak kullanılabilir.
Yer Kaynaklı Isı Pompası; yerin sığ derinliklerini, yeraltı suyu ve yüzey suyunu, ısı kaynağı ve ısı kuyusu olarak kullanan değişik sistemlerin hepsini kapsamak üzere kullanılan bir terimdir. Bunun yanı sıra sıklıkla Jeotermal Isı Pompası ifadesi de kullanılır. Bu teknoloji yeryüzünün belirli bir derinliğinde sıcaklığın yıl içinde nispeten sabit kalması gerçeğine dayanır. Yer altı kışın bir ısı kaynağı, yazın ise bir ısı çukuru olarak davranır.
Isı pompaları, jeotermal su veya sığ derinliklerdeki ortam sıcaklıklarının normalin üstünde, genel olarak 10 - 32 oC, olduğu yerlerde kullanılır. Alışılagelmiş jeotermal ısıtma (ve soğutma) sistemleri bu sıcaklıklarda verimli değildir. Isı pompaları ise bu sıcaklıklarda hacim ısıtması ve soğutması ile evsel su ısıtması sağlayabilir.
Isı enerjisinin kaynağı yerin birkaç metrelik derinliklerinde güneş ışınları, genellikle 5-7 metreden sonraki derinliklerde ise jeotermal ısı akısıdır. Enerji yer altı suları ile dolaşım (konveksiyon) yoluyla veya yerin derinliklerinden iletim (kondüktivite) yoluyla yukarıya taşınır. Göllerde ise esas olarak güneş ışınlarıdır. Bu şekilde, ısıtma sezonunda dış havadan daha yüksek sıcaklıkta bir kaynak ve yazın soğutma için havadan daha düşük sıcaklıkta bir alıcı ortam sağlanır.
Yer Kaynaklı Isı Pompaları tüm teknolojiler içinde en düşük CO2 emisyonu ve en düşük toplam çevre gideri sunmaktadır.
Yer Kaynaklı Isı Pompası sistemlerinde iki ana ısı kaynağı söz konusudur. Bunlar “Su” ve “Sığ Derinlik Ortamları” dır.
Göller, büyük akarsular ve yer altı suyu akiferleri, genellikle 3 metreden derin kısımlarında 10-14 oC düzeyinde sabit sıcaklık bulunması nedeniyle önemli bir ısı kaynağı olarak kullanılabilmektedir.
Yerin sığ derinlikleri ise, genellikle birkaç metre derinliğe kadar olan toprak ve 150-200 metre derinliklere kadar olan kaya ortamlar olarak tanımlanır ve bu derinliklerde 12-18 oC düzeyinde sabit sıcaklık bulunur.
Göller ve büyük akarsular içerisine borular döşenerek ve bu borular içerisinde yüksek ısı transferi sağlayan akışkanlar dolaştırılarak, yer altı suyu akiferlerine kuyular açılıp su üretilerek, toprak ve kaya ortamlar içerisine ise kazı yaparak veya kuyular açıp borular döşenip bu borular içerisinde yüksek ısı transferi sağlayan akışkanlar dolaştırılarak ortamlardaki enerji istenen yere taşınabilir.
Bu enerji “Isı Pompası” olarak adlandırılan cihazlar ile mekan ısıtması ile sıcak kullanım suyu elde edilmesinde kullanılır. Sistem tersine çalıştırıldığında ise mekanlardaki ısı enerjisi yer altına toprak veya kaya ortamına veya su ortamına taşınarak soğutma yapılabilir.
Yer kaynaklı ısı pompalarından çıkan ısı enerjisinin %75’i ısı kaynağından, %25’i ise elektrik enerjisinden sağlanmaktadır. Tek bir cihaz ile hem ısıtma hem de soğutma yapılabilmektedir. Ek bir düzenekle de sıcak su elde edilebilmektedir.
Yer kaynaklı ısı pompası sistemleri konvansiyonel ısıtma/soğutma sistemlerine göre %20-30 daha yüksek ilk yatırım maliyeti göstermektedir. Ancak işletme ve bakım maliyetleri konvansiyonel sistemlere göre çok düşüktür.
Yer kaynaklı ısı pompası sistemleri yeterli alan bulunması durumunda istenen her yerde ve her cins ve büyüklükte yapıya uygulanabilmektedir.
Kaynak6
1 dekar 150 w/m2 ısı kaybı olan bir seranın kömür ve ısı pompası ile ısıtmagideri yukardaki grafikte verilmiştir. Isı pompası ile ısıtma yaklaşık %71 daha ucuz olmaktadır. Bu maliyetin içinde kömür kazanı, işletim için gerekli eleman, kömürün navlonu, külün atılması vs. ilave edilmemiştir. Sistemkendini 2 yıldan az bir sürede amorti etmektedir.
http://www.canovateenerji.com/urunlerimiz/endustriyel-isi-pompalari/sera-isi-pompalari/
Diğer ilgili resimler
Kaynaklar:Derleyen By Eyyupk
