1

1. GİRİŞ

Enerji gereksinimimizi daha çok fosil yakıt ve tükenebilir kaynaklardan

karşıladığımız günümüz şartlarında enerji kaynaklarının tükenmesi gibi bir problem ile

karşı karşıyayız. Bu problemin farkında olan gelişmiş ülkeler şimdiden bu problemin

çözümü için devlet desteği çerçevesinde doğal kaynaklara mümkün olduğunca az zarar

veren ve tükenmeyen enerji alternatiflerinin geliştirilmesi ve uygulamasına

yönelmişlerdir. Bir devlet politikası olarak benimsenen bu yapılanma gelişmiş ülkelerde

özendirilmekte ve devlet tarafından desteklenmektedir. Günümüzde tükenebilir enerji

kaynaklarının ( kömür, doğal gaz, petrol vb. ) yüksek maliyetlerinden dolayı alternatif

enerji kaynaklarına yönelmemiz gerektiği de bir diğer gerçektir. [1]

Jeotermal enerji, dalga enerjisi, rüzgar enerjisi, güneş enerjisi, ısı pompaları gibi

yenilenebilir enerji kaynakları popüler konular olarak gündemde yer almaktadır.

Yenilenebilir enerji kaynakları çevre şartlarıyla sıkı bir ilişki içerisindedir. Dolayısıyla

ülkelerin kendi çevre şartlarına göre bunlardan bir veya birkaçının kullanımını

desteklemesi çağdaş enerji politikaları kapsamında yer tutar. Bunların arasında güneş

enerjisi sistemleri ve ısı pompaları enerji ekonomisi ve ekolojik dengenin bozulmadan

korunabilmesi amacıyla ülkemizde mevcut potansiyelleri de göz önünde bulundurularak

cazip hale gelmektedir[3]. Avrupa ve ABD de güneş enerjisi sistemleri ve ısı pompaları

yaygın bir şekilde uygulanmakta ve bu çalışmalar devlet teşviki ile birlikte

yürütülmektedir.ABD de her yıl 50,000 üzerinde toprak kaynaklı ısı pompası(TKIP-

GSHP) satılmaktadır ve toplamda 1,000,000 üzerinde olduğu tahmin edilmektedir.

Ülkemizdeki çalışmalar ise dünyadaki uygulamalarla karşılaştırıldığında oldukça düşük

bir seviyede bulunmaktadır[8].

Ekonomik ve sosyal kalkınmanın gerektirdiği enerjiyi herhangi bir darboğaza

düşmeden, en ekonomik maliyetlerle ve çevreyi koruyarak karşılamak gerekmektedir.

Nitekim yedinci beş yıllık kalkınma planında bu husus, "Enerji sektöründe temel amaç,

artan nüfusun ve gelişen ekonominin enerji ihtiyaçlarının sürekli ve kesintisiz bir

şekilde ve mümkün olan en düşük maliyetlerle karşılanabilmesi olarak ortaya

konmuştur.

"Sektörde azalan doğal kaynaklar, artış göstermesi beklenen maliyetler ve

büyüyen talep göz önüne alınarak, uzun dönemde güvenilir ve düşük maliyetli bir enerji

arz sisteminin kurulması esastır. Bu doğrultuda yurt içi enerji kaynaklarının

geliştirilmesi ve tüketimindeki payı zamanla artacak, ithal kaynakların temini için

2

gerekli projeler başlatılacak, ürün bazında ve kaynak ülke bazında çeşitlendirmeye

gidilecektir" ve " Yurtiçi enerji kaynaklarının miktar ve kalite olarak yetersiz ve yüksek

maliyetli olması, ithal enerji kaynaklan için gerekli döviz ihtiyacı, asın enerji

kullanımının çevre sorunu yaratması gibi nedenlerden dolayı, sanayide ve toplumsal

yasamın her kesiminde enerji yoğunluk değerlerinin aşağıya çekilmesi,verimliliğin

artırılması ve tasarruf programlarının hayata geçirilmesi sağlanacaktır" şeklinde ifade

edilmiştir[3].

Öte yandan, enerjinin üretimi, çevrimi, iletimi ve tüketiminden kaynaklanan

çevresel sorunlar ve çevrenin korunması konusu dünya ülkelerinin enerji politikaları ve

programlan içinde giderek daha ağırlıklı biçimde dikkate alınmaya başlanmıştır.Buna

paralel olarak, Türkiye'nin hızla büyüyen enerji ihtiyacının ucuz olarak karşılanmasının

yanı sıra çevre kirliliğinin de kontrol altına alınması gittikçe daha fazla önem

kazanmaktadır.

Enerji politikalarının esas amacı, sosyo-ekonomik gelişmeyi kuvvetlendirirken

aynı zamanda çevreyi korumak ve iyileştirmek olduğundan, dünya ülkeleri enerji

politikaları ve programlan içinde giderek daha ağırlıklı bir şekilde göz önüne alınmaya

başlanan çevre konusunda ülkemiz diğer ülkelerdekine paralel bir görüşle yaklaşmakta,

çevrenin korunarak iyileştirilmesi gerekliliğine inanmakta, çevre kirliliğini ve sera gazı

emisyonlarını azaltıcı çeşitli faaliyetlerde bulunmakta ve önlemler almaktadır.

Çevreye olan zararlı etkileri konvansiyonel sistemlere göre daha az olan ısı

pompalı sistemlerin özellikleri, toprak kaynaklı ısı pompası sisteminin dizayn aşamaları

ve meteorolojik değişimlerin, ısı pompası termodinamik özelliklerini nasıl etkilediğinin

incelenmesi bu tez çalışmasının konusunu oluşturmaktadır[3].

1.2. Isı Pompasının Teknik Gelişimi

Soğutma makinesi ile aynı termodinamik çevrime göre çalışan ısı pompasının ilk

prensibi, 1824 yılında Carnot tarafından tanıtılmıştır. Uygulamaya geçirilmesi, 1850’de

Lord Kelvin’in soğutma cihazlarının ısıtma amacıyla kullanılmasını önermesi ile

gerçekleştirilmiştir.Lord Kelvin’in havayı is gören akışkan olarak kullandığı bu

sistemde dış ortam havası bir silindire çekilir ve burada genişletilerek hem sıcaklığın

hem de basıncın düşürülmesi sağlanır. Daha sonra hava, dış ortama yerleştirilen bir ısı

değiştiricisine gönderilerek genleştirilir, soğuyan havanın dış ortamdan ısı çekmesi

sağlanır. Isınan hava tekrar normal atmosferik hava basıncına sıkıştırılarak odaya

3

verilir. Ancak sıkıştırıldığı için sıcaklığı normal atmosfer sıcaklığından daha yüksektir.

Lord Kelvin “ısı yükselticisi” adını verdiği cihazın doğrudan yanmaya verilen enerjinin

%3’ü ile ısı ürettiğini belirtmiştir. Daha sonra pek çok bilim adamı ve mühendisin,

yaklaşık 80 yıl gibi bir süre içinde yaptıkları araştırmalar sonunda, ısı pompası konfor

ısıtmasında uygulanabilir hale gelmiştir[3].

1927 yılına İskoçya’da çalışmalarına başlayan, aynı zamanda ısı pompasının

isim babası olan Hadlere bu konudaki yayınını 1930 yılında yapmıştır. Avrupa’da ilk

büyük ısı pompası, Zürich’te belediye binasının ısıtılması amacıyla 1938 yılında 175

kW ısıtma gücünde dizayn edilmiştir. Amerika’da imal edilen ilk ısı pompaları, 1940

yılında pazarlanmıştır. Isı pompalarının imalatı, 1952 yılında 1000, 1954’te bunun iki

katı, 1957’de on misli olarak gerçekleşmiştir. 1963 yılında imal edilen ısı pompası

sayısı 76000 olmuştur. Çoğu Güney Amerika’da kurulmuş olan bu tesisler ile kıs

aylarında ısıtma sağlayabilecek şekilde kurulan kombine ısı pompaları, klasik

sistemlerle rekabet etme imkanına ulaşmıştır. 1973 yılında yaşanan enerji krizinden

sonra ısı pompalarına ilgi artarak, 1976 yılında 300,000 adet üretilmiştir. Amerika’da

1978’den sonra inşa edilen binaların %25’inin ısı pompası ile ısıtılması

planlanmıştır[8]. 1980’li yıllarda ısı pompası imalatı bir milyon cihaz/yıl’lık bir

kapasiteye ulaşmıştır. Gelişmiş sanayi ülkelerinde, atık ısı kaynaklarından ısı transferi

için, ısı pompalarından geniş çaplı olarak yararlanıldığı görülmektedir. Gelişmekte olan

ve enerjisinin büyük bir bölümünü ithal eden ülkemizde, enerjinin önemi çok daha

büyüktür. Halen ülkemizde kullanılan alışılagelmiş enerji kaynaklarından petrol ve

kömür bunlarla birlikte hava kirliliğini azaltma amaçlı kullanılan doğal gaz, ithal yolu

ile karşılanmaktadır. Bu ise Türkiye bütçesinde önemli yer tutmaktadır[4].

1.3. Isı Pompasının Tanımı ve Çalışma Prensibi

Gerek sanayide ve gerekse günlük yaşamda ısıtma ve soğutmanın önemi ve bu

amaç ile sarf edilen enerjinin toplam enerji tüketimi içindeki payının yüksekliği,

araştırmaların enerji kullanımında verimliliğin artırılmasında ve güneş enerjisinden atık

ısıya kadar geniş bir yelpaze içerisinde çeşitli kaynakların değerlendirilmesinde

yoğunlaşmasına neden olmuştur.Son yıllarda ülkemizde de adını özellikle konut ısıtma

amaçlı olarak sıkça duymaya başladığımız ısı pompası sistemlerinde dış hava, toprak,

nehir suyu, göl suyu,... gibi bir ortam kış şartlarında düşük sıcaklık kaynağı olarak

kullanılarak alınan ısı , ısıtılması hedeflenen hacimde aktarılmakta; yaz şartlarında ise

4

serinletilmesi hedeflenilen hacimden alınan ısı bu sefer yüksek sıcaklık kuyusu olarak

görev yapan dış hava, toprak, nehir suyu, göl suyu, vb'ne transfer edilmektedir.Sıcaklık

kaynağı veya kuyu olarak kullanılacak ortamın seçilmesi ise iklim şartları, coğrafik

yerleşim, ilk yatırım maliyeti gibi pek çok faktöre bağlı olmaktadır.Carnot, Buharlı Güç

Çevriminin ters çalıştırılması ile ısının çevreden alınıp, yüksek sıcaklık bölgesine

transfer edilebileceğini fark etmiş; ancak, bu prensibe dayanan ısı pompalarının pratikte

uygulanabilirliği fikri ilk defa William Thompson (daha sonra Lord Kelvin) tarafından

ortaya atılmış (1852); belirgin bir şekilde uygulama alanına girmesi ise II. Dünya

Savaşından sonra olmuştur.Isı pompası basit olarak ısı enerjisini bir ortamdan diğer bir

ortama taşıyan ve elektrikle beslenen bir sistemdir. Bilindiği üzere enerji vardan yok,

yoktan var edilemez, sadece ya biçim değiştirir yada bir yerden bir yere taşınır. Isı

pompası da adını, ısı enerjisini bir ortamdan diğer bir ortama "pompalama" veya

"taşıma" kabiliyetinden alır. Örnek olarak dalgıç pompalar verilebilir. Dalgıç pompalar

nasıl suyu üretmiyorlarsa, isi pompaları da ısıyı üretmeyip sadece taşırlar. Dalgıç

pompalarının su pompalaması için bir su kaynağına daldırılmalarına benzer olarak, ısı

pompaları da yeryüzünde bir enerji kaynağına temas etmedikleri sürece ısıyı

taşıyamazlar. Gerekli şartlar sağlandığında yüksek miktarlarda enerji düşük maliyetlerle

kullanıma sunulabilir[1].

5

İçinde bulunduğumuz çevrede de büyük miktarda enerji depo edilmekte olup (toprakta,

suda ve havada), bu enerji ısıma yoluyla sürekli olarak güneş tarafından

yenilenmektedir. Isının düşük sıcaklıktaki kaynaklardan özümlenmesindeki ana esaslar

son yıllarda soğutma ve iklimlendirme ile ilgili olarak geliştirilen teknolojilerde

kullanılan ilkelerle aynıdır. Isı pompasında amaç bir ortamı ısıtmak iken soğutma

tesislerinde amaç ortamı soğutmaktır. Isı pompası ısı akış yönü itibariyle

termodinamiğin sıfırıncı yasasına aykırı düşmektedir. Sıfırıncı yasa ısının yüksek

sıcaklık ortamından düşük sıcaklık ortamına akacağını ifade ederken, ısı pompasında ısı

akımı bu ifadenin tamamen tersi bir durumda meydana gelmektedir. Termodinamiğin

ikinci kanununa göre düşük sıcaklıktan yüksek sıcaklığa ısı aktarımı olabilmesi için

belli bir iş yapılması gerekir. Bu amaçla genellikle elektrik motoruyla çalışan

kompresörler kullanılır[1,2,3].

1.4.Buhar Sıkıştırmalı Isı Pompaları

Sistem kompresör, genleşme valfı ve iki adet eşanjörden meydana gelmektedir.Aşağıda

buhar sıkıştırmalı ısı pompasının ana elemanları gösterilmektedir. Çalışma akışkanı

bu dört parça içinde çevrim yapar. Buharlaştırıcıda, akışkanının sıcaklığı ısı kaynağının

sıcaklığının altında tutulur. Böylece buharlaştırıcıdaki akışkanının ısı kaynağından ısı

alarak buharlaşması sağlanır. Buhar kompresörde yüksek basınca ve sıcaklığa

sıkıştırılır. Sıcak buhar yoğuşturucuya girer ve yoğunlaşarak ısısını dışarı verir. Son

olarak yüksek basınçlı çalışma akışkanı genleşme valfinde genleştirilerek buharlaştırıcı

basınç ve sıcaklığına getirilir. Ortamdan buharlaştırıcıya soğutucu akışkanın buharlaşma

entalpisini sağlamak üzere bir ısı akımı olur. Buharlaşan akışkan daha sonra sıkıştırılır

ve bu sıkıştırma sırasında sıcaklığı yükselir. Çalışma akışkanı ilk durumuna dönmüş

olur ve tekrar buharlaştırıcıya girer. Kompresör genellikle elektrik motoru veya içten

yanmalı motorlar ile çalışmaktadır. [2]

6

1.4.1Performans katsayısı (COP)

Performans katsayısı (COP) ısı pompası verimliliğinin en yaygın ölçüsüdür. COP ısı

pompasının ısı çıkısının elektrik girişine oranı olup aşağıdaki gibi tanımlanır.

COP=

Mesela, hava kaynaklı ısı pompaları genellikle 2 ile 4 arasında değişen COP’lara

sahiptir. Bu şunu ifade etmektedir; enerji tüketimlerinden 2 ile 4 kez daha fazla enerji

vermektedir. Su ve toprak kaynaklı ısı pompaları ise genellikle 3 ile 5 arasındaki COP

değerlerine sahiptir. Hava kaynaklı ısı pompalarının COP değerleri dış ortam sıcaklık

düşmelerine bağlı olarak azalmaktadır. Bundan dolayı, genellikle iki COP değerleri

sistem için verilmektedir: birincisi 8.3°C ve diğeri 9.4

°C . COP’lar karşılaştırılırken,

değerler mutlaka dış ortam sıcaklıklarına bağlı olarak alınmalıdır. Toprak ve su

kaynaklı ısı pompaları için COP’lar büyük ölçüde değişmez. Çünkü toprak ve su

sıcaklıkları hava sıcaklıklarına göre daha fazla sabittir. COP’ların karşılaştırması bilgi

amaçlıdır, ısı pompasının değerlendirmesi için kesin bir sonuç ortaya sunmaz. Dış ortam

sıcaklığı 44°C ’nin altına düştüğü zaman, periyodiksel olarak ısı pompasının dış ortam

ısı değiştirgeçlerinin buzları temizlenmelidir. Isı pompası ısıtma çevrimindeyken, dış

ortam ısı değiştirgeçleri sıcaklığı donma noktasının altındadır. Isı pompası ünitesinin

enerji temelli verimlilik ölçümü (COPısıpomp) ve toplam ısı pompası sistemi

(COPsistem) aşağıdaki gibi tanımlanmıştır[1].

Şekil 1.2'de performans katsayısının evaporatör ve kondenser sıcaklıklarının farkı ile

değişimi verilmiştir.

7

1.5.Absorbsiyonlu Isı Pompası

Absorbsiyonlu ısı pompalarında kullanılan akışkan, çoğunlukla iki farklı akışkandan

(NH3-su, LiBr-su gibi) meydana gelir. Çalışma akışkanı yüksek basınç ve sıcaklıkta

jeneratörde ısıtılmakta buharlaşma sıcaklığı düşük olan akışkan (NH3, LiBr)

buharlaştırılarak yoğuşturucuya aktarılır. Yoğuşturucuda yoğuşan buhar, genleşme

valfinde genleştirilerek buharlaştırıcıya aktarılır ve burada düşük sıcaklık ve basınçta

tekrar buharlaştırılmaktadır. Buharlaştırıcıda buharlaşan akışkan (Amonyak, LiBr...)

yoğuşturucuda jeneratörden gelen zayıf uçucu madde çözeltisi (amonyakça fakir su

çözeltisi gibi) içinde absorblanmaktadır. Elde edilen kuvvetli çözelti ise jeneratöre geri

pompalanmakta ve çevrim tamamlanmaktadır.

Sıvıların kaynama noktası basınç ile doğrudan orantılıdır. Örnek olarak su atmosferik

basınçta (760 mmHg), 100 0C 'de, 6 mmHg mutlak basınçta ise 3,70C 'de kaynar. Li-Br

(Lityum Bromür), sofra tuzu (NaCl) ile kimyasal olarak benzerdir. Li-Br su içinde

çözünebilir. Li-Br/Su solüsyonu, kendi kimyasal eğilimi sebebiyle, suyu absorbe etme

özelliğine sahiptir. Li-Br solüsyonunun konsantrasyonu arttıkça ve sıcaklığı düştükçe

suya karşı olan absorpsiyon eğilimi de artar. Buna ilave olarak, Li-Br'in ve suyun buhar

basınçları arasında büyük bir fark vardır. Bu da demektir ki; eğer Li7 Br/Su solüsyonun

sıcaklığı arttırılırsa, su buharlaşır ama Li-Br solüsyonda kalacağından solüsyon daha

yoğunlaştırılmış hale gelecektir.Absorbsiyonlu sistemlerde soğutma etkisi oluşturmak

için ısı enerjisi kullanır. Bu sistemlerde soğutucu (su), buharlaşma esnasında düşük

sıcaklıkta ve basınçta ısıyı absorbe eder ve yoğuşma sırasında da yüksek sıcaklıkta ve

basınçta ısı açığa çıkartır.Absorbsiyonlu sistemler tek etkili ve çift etkili olmak üzere

ikiye ayrılırlar. Tek etkili absorbsiyonlu sistemler yalnız soğutma amaçlı kullanılırken,

çift etkili absorbsiyonlu sistemler ısı pompası şeklinde çalışarak hem soğutma hem de

ısıtma amaçlı kullanılabilir. [2]

8

1.6.Adsorbsiyonlu Isı Pompası

Faraday tarafından 1848 yılında bulunan adsorbsiyonlu ısı pompası çevrimleri ilk 1920

yılında ısı pompası olarak halk kullanımına sunulmuştur. Adsorbsiyonlu ısı pompaları

enerji kaynaklarının türü ve çevrim süresince gerçekleşen fiziksel olaylar açısından

absorbsiyonlu ısı pompaları ile benzerlikler göstermesine rağmen, iki ısı pompası

arasında farklılıklar vardır. Absorbsiyon bir sıvı/gaz akışkanın diğer bir sıvı/katı

maddenin içine difüzyonu olarak tanımlanmaktadır. Adsorbsiyon ise bir gazın/sıvının,

sıvı/katı haldeki bir başka maddenin yüzeyi ile fiziksel veya kimyasal etkileşme

olayıdır. Adsorbsiyonlu ısı pompasının çalışma prensibi tamamen adsorbsiyon olayına

dayanır.

Yukarıda da belirtildiği gibi gaz veya buhar/sıvı adsorbsiyonu katı veya sıvı

haldeki başka bir maddenin yüzeyine kimyasal ya da fiziksel etkileşme sonucunda

tutunması olarak tanımlanır. Gaz fazdaki maddeye adsorbat, tutan katı veya sıvı

haldeki maddeye de adsorbent denir. Adsorbsiyon, tanımından da anlaşıldığı gibi,

fiziksel ve kimyasal adsorbsiyon olarak ikiye ayrılmaktadır. Kimyasal adsorbsiyon da

adsorbat, adsorbent yüzeyine kimyasal bağ (kovalent bağ) ile tutunur. Kimyasal

adsorbsiyon reaksiyonunun en önemli özelliği endotermik ve genellikle tersinmez

oluşudur, yani desorpsiyon olayı gerçekleşmez. Burada desorpsiyonu tanımlamak

gerekirse desorpsiyon; adsorblanan adsorbatın adsorbentin yüzeyinden uzaklaşma

olayıdır.Fiziksel adsorbsiyon ise adsorbatın, adsorbent yüzeyine fiziksel bağlar (Van der

Waals, dipol-dipol etkileşmesi gibi) ile tutunmasıdır. Fiziksel adsorbsiyon ortam

sıcaklığının artışı ile ters orantılı olarak azalmaktadır ve reaksiyon

tersinirdir.Adsorbsiyonlu ısı pompalarında kullanılan adsorbent-adsorbat çiftleri

arasında gerçekleşen adsorbsiyon, fiziksel adsorbsiyondur.Fiziksel adsorbsiyon

işleminde, adsorbatın adsorblanması sırasında reaksiyonun ekzotermik olması

dolayısıyla açığa ısı çıkar. Söz konusu bu ısıya adsorbsiyon ısısı denir. Adsorbentlere

örnek, silika jel, aktif karbon, zeolit gibi maddelerdir. Adsorbsiyonlu ısı pompalarında

genellikle kullanılan adsorbatlar su buharı, metanol ve amonyağı örnek verebiliriz.

Adsorbent maddenin fiziksel yapısı adsorbsiyon üzerinde oldukça fazla

etkilidir.Adsorbsiyonlu ısı pompaları, adsorbent, adsorbent yatağı, yoğuşturucu,

buharlaştırıcı, genleşme vanası ve adsorbattan oluşmaktadır. Bu tip pompalar, basit

çalışma prensibine sahip olup, termal enerji ile çalışmaktadır. Soğutma periyodunda

buharlaştırıcıda bulunan adsorbat çevreden ısı çekerek buharlaşmakta, adsorbent

9

yatağında kuru durumda bulunan adsorbent tarafından adsorblanmaktadır. Yoğuşma

sırasında ise, adsorbent yatağına transfer edilen ısı ile adsorbat desorbe edilip,

adsorbent yatağını terk etmekte ve yoğuşturucuda çevreye ısı bırakarak

yoğuşmaktadır. Yoğuşturucuda yoğuşan adsorbat daha sonra genleşme vanasından

geçirilerek buharlaştırıcıya aktarılmaktadır.Şekil 1.6. adsorbsiyonlu ısı pompasının

teorik çevrimi adsorbent-adsorbat çiftinin izoster grafiği üzerinde gösterilmiştir. İzoster

grafiği, sabit miktarlardaki adsorblanmış adsorbatın basıncının sıcaklığa göre

değişimini gösterir. İzoster grafiğinin, adsorbsiyonlu ısı pompası tasarımı esnasında,

sistemin çalışma sıcaklıklarına bağlı olarak adsorbent-adsorbat çiftlerinin seçiminde ve

sistemin teorik performans katsayısının hesaplanmasında büyük faydası vardır. İzoster

grafiği genellikle yatay ekseni (-1/T) ve düşey ekseni (lnP) olarak çizilmektedir. [2]

Şekil 1.6 adsorbsiyonlu ısı pompasının teorik çevrimi adsorbent-adsorbat çiftinin

izoster grafiği

10

Adsorbsiyonlu ısı pompası çevrimini dört ayrı işlemde gerçekleştirir.

İzosterik ısıtma (a-b): Adsorbent yatak sıcaklığı dışarıdan ısı girişi ile Ta’dan

Tb’ye yükseltilmektedir. İşlem sırasında buhar basıncı desorpsiyon olmaksızın

artmaktadır.

İzobarik desorpsiyon, (b-c): Bu aşamada da adsorbent yatağına ısı girişi devam

etmektedir. Ancak desorpsiyon başlamakta ve desorpsiyonla açığa çıkan buhar

yoğuşturucu basıncında yoğuştuğundan basınç sabit kalmaktadır.

İzosterik soğutma (c-d): Maksimum yatak sıcaklığı Tc’ye ulaştıktan ve desorpsiyon

işlemi tamamlandıktan sonra, adsorbent yatağı (buharlaştırıcı ve yoğuşturucu vanaları

kapalı durumda iken) Td sıcaklığına soğutulmakta, dolayısıyla basınç düşmektedir.

İzobarik adsorbsiyon (d-a): Yataktan ısı çekilmeye devam edilmekte,buharlaştırıcıdan

çevreden ısı çekerek buharlaşan adsorbat, adsorbent tarafından adsorbe edilmektedir.

Yatak sıcaklığının sabit basınçta Ta sıcaklığına düşmesi ile çevrim tamamlanmaktadır .

Çevrimde görüldüğü gibi soğutma etkisi, izobarik adsorbsiyon işlemi (d-a) sırasında

buharlaştırıcıda buharlaşan adsorbatın adsorbent tarafından adsorblanması ile

oluşmaktadır. Isıtma işlemi ise izobarik desorpsiyon (b-c) sırasında adsorbent yatağını

terk eden adsorbatın yoğuşturucuda yoğuşması ile meydana gelmektedir.

Ayrıca c-d ve d-a işlemi sırasında adsorbent yatağından çekilen ısı ısıtma amacı ile

kullanılabilmektedir. Buna göre çevrimin ısıtma ve soğutma verimi;

olarak tanılanabilir[1].

1.7.Isı Pompalarının çevrimlerinin Karşılaştırılması

1.7.1.Buhar Sıkıştırmalı Isı Pompalarının Avantajları;

Performans katsayıları (COP) yüksektir.

Az yer kaplayan bir yapıya sahip olması

11

Kontrol sistemlerinin geliştirilmiştir ve mikro işlemciler sayesinde daha kolay

kontrol edilebilmektedir.

İstenilen sıcaklığa hızlı bir şekilde ulaşabilmektedir.

Diğer ısı pompalarına göre maliyeti daha düşüktür ve çalışma prensibinin yaygın

olarak bilinmektedir[3].

1.7.2. Buhar Sıkıştırmalı Isı Pompalarının Dezavantajları;

Çevreye zararlı (HCFC gazı gibi ) çalışma akışkanlarının kullanılmaktadır.

Birincil enerji kaynaklarından doğrudan yararlanılmamasından ötürü birincil enerji

verimi düşüktür

Elektrik enerjisinin pahalı olduğu yerlerde işletim maliyeti yüksektir.

Elektrik enerjisinin olmadığı yerlerde çalışamaz ve ekstra cihazlara ihtiyaç duyar.

Gürültülü ve sarsıntılı çalışmaktadır.

Büyük sistemlerin sık periyotlarla bakım ve servise ihtiyaç duyar[3].

1.7.3.Absorbsiyonlu Isı Pompalarının Avantajları;

Doğrudan termal ısı kaynakları ve birincil enerji kaynaklar ile çalışabilirler.

Sürekli çalışabilme prensibine sahiptirler.

Buhar sıkıştırmalı ısı pompaları kadar çok hareketli parçalar içermezler.

Çalışma akışkanı olarak çevreye veya insan sağlığına zarar verici kimyasal

(HCFC gibi...) maddeler kullanılmaz.

Sarsıntısız ve gürültüsüz çalışırlar[3].

1.7.4.Absorbsiyonlu Isı Pompalarının Dezavantajları,

Performans katsayıları düşüktür.

Elektrik enerjisinin ucuz olmadığı yerlerde bu tip cihazların kullanımı cihaz

maliyetlerinden dolayı tercih edilemez.

Cihazların ağır ve hacimli olması yüzünden montaj ve yerleştirme problemleri

görülür.

Soğutma esnasında sistemin istenilen yeni duruma ulaşması yavaştır.

Korozyona neden olan kimyasallar kullanıldığından cihaz ömrü çok kısadır.

Absorbent 4–5 yıl gibi kısa bir kullanım ömrüne sahiptir. [1]

1.7.5.Adsorbsiyonlu Isı Pompalarının Avantajları;

Atık ısı ve termal enerji kaynakları doğrudan kullanılarak çalışır.

Adsorbent - adsorbat çiftine bağlı olarak düşük sıcaklık ısı kaynakları ile

çalışabilmesi (50 °C’nin üstü)

12

Uygun tasarım (çift yataklı) uygulandığında sürekli çalışabilir.

Herhangi hareketli parça içermez.

Sessiz ve sarsıntısız çalışır.

Çevreye zararı olmayan su ve benzeri çalışma akışkanları ile çalışır.

Uzun süre bakım gerektirmeden çalışabilir (30 yıldan fazla).

Enerji depolama imkânı sağlayabilir[3].

1.7.6.Adsorbsiyonlu Isı Pompalarının Dezavantajları

Performans katsayıları çok düşüktür.

Tek yataklı adsorbsiyonlu ısı pompaların kesikli bir çalışma prensibine sahiptir.

Düşük basınçta çalışmasından ötürü kaçak sorunları yaşanır ve yüksek vakum

teknoloji gereksinimi vardır.

Geliştirme safhasında oluşu nedeniyle yaygın olarak bilinmemektedir.

Buhar sıkıştırmalı pompalara göre daha hacimli ve ağırdır.

Avantaj ve dezavantajları verilen ısı pompalarının performans katsayılarının

karşılaştırılması ise Çizelge 2.2’de gösterilmektedir. Görüldüğü gibi buhar sıkıştırmalı

ısı pompasının performans katsayısı termal enerji ile çalışan ısı pompalarıyla

mukayese edilemeyecek ölçüde büyüktür. Ancak birincil enerji kaynağı ile doğrudan

çalışmadığından ötürü, birincil enerji kaynak verimliliği termal enerji ile çalışan ısı

pompalarından daha düşük olabilir[9].

Çizelge 2.2. Isı Pompalarının Performans Katsayılarının Karşılaştırılması

1.8.Isı Pompalarında Kullanılan Soğutucu Akışkanlar

Birçok soğutma tekniği uygulamasında ısı, ikinci bir soğutucu akışkanla taşınabilir.

Herhangi bir sıvı olabilen bu ikinci akışkan esas soğutucu akışkan ile soğutulur ve hal

13

değişimi olmadan ısı geçişini gerçekleştirebilir. Bu tip sıvılar, ısı transferi akışkanları,

salamuralar veya ikincil soğutucu akışkanlar olarak adlandırılırlar.

CFC-12 Düşük ve orta sıcaklık (max. 80 °C)

CFC-114 Yüksek sıcaklık (max. 120° C)

R-500 Orta sıcaklık (max 80 °C)

R-502 Düşük-orta sıcaklık (max. 55 °C)

HCFC-22 Düşük sıcaklık ısı pompaları (max. 55 °C)

1.8.1.CFC (Kloroflorokarbon)

Kimyasal stabilizesini ve içerdiği klorin miktarına bağlı olarak CFC’ler

(kloroflorokarbon) global çevreye zararlıdır. CFC’ler yasaklı akışkan grubuna dahildir.

Yüksek ozon tüketimine sahip olduklarından üretimi ve kullanımı yasaktır.Yalnızca

eskiyen sistemlerdeki gazların temizlenmesiyle elde edilebilmektedirler. Bu grubun

kapsadığı akışkanlar R-11,R-12, R-113,R-114, R-115, R-500, R-11502, R-13 B1’dir[3].

1.8.2.HCFC (Hidrokloroflorokarbon)

Hidrokloroflorokarbonlar da klorin içermesine rağmen kloroflorokarbonlara göre ozon

tüketme potansiyeli çok daha azdır. HCFC’nin ozon tüketme potansiyeli, düşük

atmosferik kimyasal stabilizeye bağlı olarak CFC-12’ ye göre %12 daha azdır.Ayrıca

global ısıtma potansiyeli CFC-12’nin % 20’si kadardır. HCFC’ler geçiş akışkanları

olarak adlandırılır. HCFC’ler R-22, R-401, R-402, R-403, R-408 ve R-409 akışkanlarını

içerir. [3]

1.8.3.HFC (Hidroflorokarbon)

Hidroflorokarbonlar uzun dönemde alternatif akışkanlar olarak değerlendirilebilir.Bu

onların R-134A, R-152A, R-32, R-125 ve R-507 gibi klorin içermedikleri anlamına

gelir. Ozon tüketimine etkileri olmadığı için, R-12, R-22, R-502’ye alternatif olabilirler.

Fakat onların da hala global ısınmaya etkileri vardır. HFC-134A termofiziksel özellikler

olarak CFC-12’ye çok benzemektedir. HFC-134a kullanılan bir ısı pompasının

performans katsayısı (COP) pratik olarak CFC-12 kullanılan ısı pompasınınkiyle aynı

olacaktır. Düşük evaporatör sıcaklığında (-1 ˚C’nin altında) ve büyük sıcaklık

artışlarında performans katsayısı biraz daha düşük olacaktır.HFC-152A esas olarak R-

500’ün bir parçası olarak kullanılmıştır.Karışımlarda eleman olarak kullanılır ve

yanıcıdır.HFC-32 orta yanıcı olarak kabul edilebilir ve sıfıra yakın global ısıtma

potansiyeli vardır. Uzun dönemde ısı pompası ve endüstriyel soğutma uygulamalarında

HCFC-22’nin yerine uygun bir akışkan olarak düşünülmektedir. HFC-32, yanıcı

olmayan karışımlarda R-502 ve HCFC-22 yerine ana bilesen olarak kullanılmaktadır.

14

HFC-125 ve HFC-143A hemen hemen R-502 ve HCFC-22 ile benzer özelliklere

sahiptir. Global ısıtma potansiyeli HFC-134A’ya göre üç kat fazladır. [1,3]

1.8.4.Karışımlar

Bir karışım iki veya daha fazla akışkanı içerebilir. izeotropik karışımlar sabit sıcaklıkta

buharlaşır ve yoğunlaşır. CFC-12 ve R-502’nin yerini alması için ilk karışımlar HCFC-

22 veya HCFC akışkanlarını içerdikleri için geçiş akışkanları olarak kabul edildiler. R-

502’nin ve HCFC-22’nin yerini alması için oluşturulan yeni nesil karışımlar ise klorin

içermezler ve temel olarak HFC’lerden (HFC-32, HFC-134A, HFC-125, HFC-143A) ve

hidrokarbonlardan oluşur.Gelecek için umut veren iki akışkan R-410A ve R-407C’dir.

R-410A R-32 ve R-125’in karışımıdır, R-407C ise R-32, R-125 ve R-134A’dan

oluşmaktadır. R-410A kullanarak R-22’ye kıyasla çok daha iyi COP değerleri elde

edilmektedir. R-410A kullanarak toplam maliyette azalma sağlanabilir, çünkü sistem

bileşenlerinin özellikle kompresörün ölçülerinde, akışkanın volümetrik kapasitesinin

yüksek olması nedeniyle önemli miktarda azalma olacaktır. [3]

1.8.5.Amonyak

Amonyak çoğu ülkede orta ve büyük soğutma ünitelerinde baslıca kullanılan soğutucu

akışkandır. Toksin ve yanıcı karakteri nedeniyle kullanımı için ayarlar ve kurallar

geliştirilmiştir. Termodinamik ve ekonomik olarak yeni ısı pompaları ekipmanlarında

CFC’lere ve HCFC-22’ye en iyi alternatiftir. Bugün için sadece büyük ısı pompası

sistemlerinde kullanılmıştır ve yüksek basınç kompresörleri kondenzasyon sıcaklığını

58˚C’den 78˚C’ye çıkarmıştır. Verimli yüksek basınç kompresörleri geliştirilirse,

amonyak mükemmel bir yüksek sıcaklık soğutucu akışkanı olacaktır. [2]

1.8.6.Soğurmalı sistemlerde kullanılacak akışkan çifti

Absorpsiyonlu sistemlerde uygulamada; genellikle NH3/H2O ve LiBr/H2O çiftleri

kullanılmaktadır. Ancak her iki çiftin de dezavantajları bulunmaktadır. NH3/H2O çifti

yüksek basınçlarda çalışmakta olup, zehirli ve koroziftir. Su /lityum bromür en sık

rastlanılan çalışma akışkanı olmasına karşın, suyun donma problemi nedeni ile bu çiftin

273,15 K altında kullanılamayacağı açıktır. Soğurmalı sistemlerde kullanılacak akışkan

çifti ile ilişkili olarak son yıllarda yoğun araştırmalar sürdürülmektedir. İstikbal vadeden

çeşitli çiftler belirlenmiş olup, üzerlerinde yoğun bir şekilde araştırmalar

sürdürülmektedir Suyun yerini alkollerin alması yönünde çeşitli çalışmalar

bulunmaktadır.Adsorpsiyonlu sistemlerde ise adsorbate adsorbent çiftine ait özgül ısı,

ısı iletişim katsayısı, yoğunluk gibi özelliklere ilaveten çiftin adsorpsiyon özellikleri

özel önem taşımaktadır. [3]

15

1.8.7.Bir soğutucu akışkandan beklenen özellikler

Soğutucu akışkanlarda yüksek gizli ısı istenir. Buna bağlı olarak kompresör ve

buharlaştırıcı küçülecek, dolayısıyla otomatik kontrol teçhizatları ucuzlayacaktır. Bu

özellik aynı zamanda sistemin etkinliğini de artırır. Uygun buharlaşma basıncı ve hacmi

istenir. Yüksek basınçta buhar hacmi düşük, düşük basınçta ise büyüktür. Her ikisinin

de uygun değerlerde olması istenir.Akışkanın normal atmosfer basıncında kaynama

sıcaklığı çok yüksek ise normal soğutma sıcaklıklarında buharlaştırmak için çok düşük

basınç gerektirir. Bu olay vakum oluşturur ve eğer kırık veya çatlak oluşursa sisteme

hava girer ve içindeki su buharı donarak borularda tıkanma olmasına neden olur.

Düşük yoğuşma basıncı istenir. Kompresörde sıkışıp basıncı artan buharı soğutarak sıvı

hale dönüştürmek için uygun soğutma ortamı gerekir. Pratik olarak su ve hava

kullanılır. Basınç ne kadar düşük olursa tesisat o kadar ucuz olur, basıncın artmasıyla

malzeme et kalınlığı da artar.

Yüksek kritik basınç ve sıcaklığı istenir. Buharı sıkıştırmak için gerekli basınç ne kadar

düşük ise kompresör gücü de o kadar düşük olur.

Düşük donma sıcaklığı istenir. Akışkan donma sıcaklığının düşük olmasıyla olağan dışı

durumlarda dizayn yapılması gerektiğinde geniş basınç aralıklarında ısı pompasının

çalışması sağlanabilir.

Yağlama yağı üzerinde fazla etkili olmamalıdır. Kimyasal etki yapmamalıdır. Yağın

incelmesi sistemdeki parçalar için zararlıdır. Akışkan yağda erirse yağ incelir. Bazen de

yağın tümü eriyerek akışkanla sürüklenir ve kompresör tamamen yağsız kalır.Genel

olarak bir miktar yağ akışkanla sistem içine yayılır, bu yağın tekrar kompresör emme

tarafına gitmesi gerekir. Elimizde kullanacağımız uygun akışkan yoksa, yağla eriyen

akışkanı kullanmak zorunda isek yüksek akışkan hızı seçmek gerekir.

Yüksek ısı geçirgenliğine sahip olması istenir. Böylece sistemin mahal ve çevrede

oluşan değişik sıcaklık koşullarına karsı tepkisi daha seri olacaktır. Ayrıca soğutucu

akışkanın bu özelliğe sahip olması ısı transfer yüzeylerinin küçülmesini sağlar.

Küçük viskozite istenir. Akışkanın hem sıvı hem de su buharı halindeki viskozitesi

düşük olmalıdır. Viskozitesi büyük olan akışkanların basınçlandırılması için gerekli

olan enerji miktarı daha azdır. Elektrik iletkenliğinin olmaması istenir. Ayrıca yanıcı,

zehirli ve tahriş edici olmamalıdır. Tamir sırasında borularda mutlaka bir miktar

akışkan bulunur. Ucuz ve saf olmalıdır. Su ile karıştığında asit etkisi yapmamalıdır.

Ozon tabakasına zararlı olmamalıdır. Sera etkisine sebep olmamalıdır. [1,2,3]

16

2.ISI POMPALARINDA KULLANILAN ISI KAYNAKLARI

Isı pompalarında çevre ısısından faydalanmak için ısı kaynağı olarak toprak, su ve

hava kullanılabilmektedir. Bu ortamların tümü güneş enerjisini depoladıklarından

güneş enerjisinden dolaylı olarak faydalanmış olunur. Pratikte bu ısı kaynaklarını

kullanabilmek için aşağıdaki kriterler dikkate alınmalıdır;

Yeterli miktarda mevcut olmaları

Mümkün olduğu kadar yüksek depolama özelliği

Mümkün olduğu kadar yüksek sıcaklık seviyesi

Yeterli rejenerasyon,

Düşük ilk yatırım giderleri

Kolay bakım

Isı pompalarında baslıca dört kaynaktan yararlanılabilir. Bunlar;

a - Hava

b - Su

c - Toprak

d - Güneş enerjisidir.

Isı kaynağı olarak kullanılan suyu, yeraltı ve yerüstü olarak iki baslık altında toplamak

mümkündür. Yukarıda sıralanan ilk üç ısı kaynağı tek baslarına kullanılabilir ancak

güneş enerjisi genellikle yardımcı kaynak olarak kullanılmaktadır [3].

2.1.1.Isı Kaynağı Olarak Hava Kullanımı

Isı pompaları için hava; her yerde bulunabilen, bedava ve tükenmez bir kaynaktır. En

büyük yararları, sürekli bulunmasından başka, her ortamda kullanılması; kullanılan

ekipmanların makul boyutlarda olması, düşük isletme ve tesis maliyeti gerektirmesidir.

Ayrıca tasarımı için çok geniş ve ayrıntılı bilgi kaynakları mevcuttur. Burada gerekli

olan hava miktarı cihaza entegre edilmiş bir fan ile hava kanalları üzerinden

buharlaştırıcıya gönderilir ve soğutulur [7].

Hava kaynaklı ısı pompalarının iki büyük dezavantajı sıcaklık değişimi ve buzlanma

problemidir. Hava kaynaklı ısı pompalarının tasarımı hava sıcaklığı değişimi ile çok

ilgilidir. Birçok yerde hava sıcaklığının değişimi büyüktür. Dolayısıyla ısıtma yükü,

hava sıcaklıklarının düşük olduğu zamanlarda yüksek olmaktadır. 0˚C ve daha düşük

sıcaklıklarda ısı değiştirici yüzeylerinde meydana gelir. Periyodik olarak donun

çözülmesi gerekir. [1,2]

17

2.1.2.Isı Kaynağı Olarak Su Kullanımı

Yeraltı suyu güneş ısısını depolamak için uygun bir ortamdır. Soğuk kış günlerinde dahi

+7 ile +12 ˚C arasında sabit bir sıcaklıkta olması oldukça avantajlıdır. Isı kaynağının

sıcaklık seviyesinin sabit kalması nedeniyle ısı pompasının performans katsayısı bütün

yıl boyunca yüksektir. Her yerde yeterli ve iyi kalitede yeraltı suyu bulmak maalesef

mümkün değildir. Fakat şartların uygun olduğu yerlerde kullanılması oldukça faydalıdır

Su kaynağı olarak göller, nehirler gibi yerüstü sularından yararlanıldığında sıcaklık,

kuyu sularına göre daha fazla değişmekle beraber hava kadar

değişmemektedir.Ülkemizde yerüstü sularının genellikle 0˚C’nin altına düşmemesi iyi

bir avantajdır.Ayrıca denizlerde 25-50 metre derinlikte sıcaklık 8˚C civarında uygun bir

sıcaklığa sahiptir. Kaynak olarak su kullanıldığı takdirde, kullanılan suyun kalitesi de

önemlidir. Su kalite testi, kesinlikle yapılmalı ve içerdiği mineraller korozyon

probleminden ötürü önceden incelenmelidir. Ayrıca buharlaştırıcı kısa zaman

aralıklarında temizlenmelidir[7].

2.1.3.Isı Kaynağı Olarak Toprak Kullanımı

Güneş ısısı toprak altında uzun bir süre depolanabilir. Bu sayede bütün yıl boyunca

hemen hemen sabit bir sıcaklık seviyesi ve ısı pompası işletmesi için yüksek performans

katsayısı (verim) elde edilmektedir.

Isı kaynağı olarak toprağın kullanılması hava ve su kaynaklı sistemlere nazaran daha

pahalıdır. Toprak altına gömülen boru sistemine “toprak ısı değiştiricisi” adı verilir. Bu

borular vasıtasıyla toprağın ısısı, ısı taşıyıcı akışkana veya çevrimin atık ısısı, ısı taşıyıcı

akışkandan toprağa aktarılır. Topraktan enerji çekilmesi, toprak altında geniş bir alana

döşenmiş olan plastik (PE) boru sistemi ile gerçekleşmektedir.Toprak altına gömülen

18

borularda ısı taşıyıcı akışkan olarak; doğrudan soğutucu akışkan veya su-antifriz

karışımı kullanılır.

Toprağa gömülü boruların içinde doğrudan soğutucu akışkan kullanmak, soğutucu

akışkan ihtiyacının artmasına neden olur. Bu nedenle soğutucu akışkanın pahalı

olmasından dolayı genellikle ısı taşıyıcı akışkan olarak boru içerisinde su-antifriz

karışımı kullanılmaktadır. Toprak altında depolanmış olan enerji, genellikle donma

sıcaklığı yaklaşık –15 ˚C olması gereken bir antifriz-su karışımı ile taşınır. Böylece bu

karışımın işletme sırasında donması önlenmiş olur [7].

Toprak ısı değiştiricileri yatay ve dikey olmak üzere iki şekilde yerleştirilirler.

Toprağın bileşimi, yoğunluğu, içerdiği nem miktarı ve gömme derinliği toprak ısı

değiştiricisinin seçimini ve boyutlandırılmasını etkiler.

Toprak ısı değiştiricisinin uygun derinliğe yerleştirilmesi belirli bir miktarda hafriyat

veya delme gideri gerektirerek ilk yatırım maliyetinin artmasına neden olur. Ayrıca

yatay toprak ısı değiştiricisi kullanılması durumunda belirli bir bahçe alanı gerektirmesi,

toprak kaynaklı ısı pompası sisteminin kullanımını kısıtlayan bir diğer faktördür.

2.1.4.Isı Kaynağı Olarak Güneş Enerjisi Kullanımı

Güneş yeryüzüne sürekli olarak dev enerji miktarları ışır, öyle ki yazın öğlen zamanı bu

enerji miktarı 1000 W/m2, kışın yeryüzünde sadece 50-200 W/m

2’dir. Bu enerjiden

alışılagelmiş güneş kolektörleri ile % 50 yaralanılabilir. Güneş enerjisinden tek başına

veya diğer kaynaklarla birlikte yaralanılır.Kaynak olarak güneş enerjisinden

yaralanıldığında iki sistem söz konusudur. Bunlar direkt ve en direkt sistemlerdir.

Direkt sistemlerde buharlaştırıcılar doğrudan güneş kolektörüne yerleştirilir. En direkt

sistemlerde ise kolektörlerden su veya su buharı geçirilerek kaynak olarak bunlardan

yararlanılır. Ancak hava kaynağında olduğu gibi, ısı ihtiyacı bulunan günlerde güneş

enerjisi de az olduğundan; ek bir ısıtma tesisatına veya ısının depolanmasına ihtiyaç

vardır ki bu da, zaten pahalı olan sistemin maliyetinin artmasına neden olur[3].

19

3.ISI POMPASI ÇEŞİTLERİ

Şekil 3.1 "Isıtma esnasındaki ısı pompası"

Şekil 3.2 "Soğutma esnasındaki ısı pompası"

Isı pompalarını basitçe ısı kaynağı bakımından üç öğe üzerinde inceleyebiliriz. Bunlar

şöyledir ;

Isı Kaynağı "Su" Olan Isı Pompaları

Isı Kaynağı "Hava" Olan Isı Pompaları

Isı Kaynağı "Toprak" Olan Isı Pompaları

20

3.1.Su Kaynaklı Isı Pompaları

Toprağın ulaşılabilir derinliğinde sürekli akışı olan yeraltı su kaynağı bulunması

durumunda bu kaynaktaki su ısı kaynağı olarak kullanılabilir. +8ºC ila +12ºC

sıcaklıkları arasındaki su optimal bir işletmeye imkan tanır. Bu sistemlerde, yeraltı suyu

açılan bir kuyu ile topraktan emilir, ısı pompasında kullanıldıktan sonra emiş kuyusuna

15 metre uzaktaki bir geri basma kuyusu ile tekrar toprağa gönderilir.

Isı elde etmek için, bir hortum, ısının deniz suyundan birkaç derece daha fazla olduğu

denizin dibine veya deniz dibi balçığının içine yerleştirilir. Hortumun su yüzeyine

çıkması için üzerine ağırlık konulması önemlidir. Hortum ne kadar dipte olursa kaza

riski o kadar az olur. Deniz suyu daha çok relatif yüksek ısı tüketimi olan evlerde ısı

kaynağı olarak kullanılabilir. [1]

3.2.Hava Kaynaklı Isı Pompası

Yeraltı su kaynağı olmaması ve topraktan ısı alınmasının çeşitli nedenlerle mümkün

olmaması durumunda, ısı kaynağı olarak dış hava kullanılır. Bu tür ısı pompaları,

mevcut sistemlere yapılan ekler ve çiftli işletim sistemleri için ideal çözümdür. Isı

pompasında mevcut olan donmayı önleyici sistem sonucu, dış hava sıcaklığının -18ºC

soğuk olması halinde bile kusursuz bir çalışma mümkündür. Bu sistemlerde, ısı pompası

bina içine, buharlaştırıcı sistem ise bina dışına kurulur. [1,3]

21

3.3.Toprak Kaynaklı Isı Pompası

Toprak ısısı %98 oranında depolanmış güneş enerjisidir. Toprak, kışın en soğuk

günlerinde bile, optimal işletme için gerekli olan sıcaklık değerlerine sahiptir. " Toprak

kollektörleri " adı verilen özel kollektörler toprağa yerleştirilerek topraktaki ısı alınır.

Toprak kollektörlerinin içinde dolaşan ısı taşıtıcı sıvı topraktaki ısıyı, ısı pompasına

iletir. Isı taşıyıcının cinsine göre " direkt ısıtma " veya " sole " adı verilen işletim

sistemleri söz konusudur. Direkt ısıtmada, ısı pompasının çalışma elemanı olan Freon

407 C ( R 407C ) vb. gazı toprak kolektörünün içinde dolaşır. Bu durumda, ısı transfer

plakaları ve sole pompası kullanılmaz.

Sole seçeneğinde ise, ısı taşıyıcı olarak sole ( antifrizli su ) dolaştırılarak, ısı topraktan

alınır ve ısı pompasına iletilir[1].

Toprak Kaynaklı Isı Pompası Sistemleri

TSKIP’ larında toprağın veya yeraltı suyunun enerjisinden yararlanmak için iki yöntem

kullanılmaktadır.

Açık Sistemler

Kapalı Sistemler

3.3.1.Açık Sistemler

Kuyu, artezyen, göl, nehir gibi açık bir su kaynağından elde edilen suyun, bir hidrofor

sistemi ile TSKIP’ sına pompalanması suretiyle suyun sahip olduğu enerjiden doğrudan

faydalanmak esasıyla çalışan sistemlerdir. Su kaynaklarına yakın ve suyun korozif

özelliğinin fazla olmadığı durumlarda rahatlıkla kullanılmaktadırlar. Sudan doğrudan

yararlanıldığı için verimleri kapalı sistemlere göre daha yüksektir. Ayrıca, kapalı

devrelerde olduğu gibi ilave bir yeraltı ısı değiştiricisi gerektirmediği için ilk yatırım

maliyeti daha az olmaktadır. Ancak suyun korozif etkilerini ve ısı değiştiricilerinin

22

kirlenme riskini azaltmak için cihaz girişlerinde özel filtreler ve korozyona daha

dayanıklı tipte özel alaşımlı (cupronikel) ısı değiştiricilerine gereksinim vardır.

3.3.2.Kapalı sistemler

Açık su kaynağının mevcut olmadığı yerlerde genellikle polipropilen borulardan yapılan

boru demeti (yer altı ısı değiştiricisi) toprağa yatay veya dikey olarak daldırılarak

toprağın veya yer altı suyunun enerjisinden faydalanmaktadır. Yatay uygulama

genellikle arazinin büyük olduğu projelerde uygulanmakta olup, ısı değiştiricisi

boruların toprağın 1.5 – 2 m altına döşenerek üstünün yine toprakla doldurulması

suretiyle oluşturulmaktadır. Dikey uygulamalarda ise yer altı ısı değiştirgeci, arazinin

geniş olmadığı projelerde genellikle 100 – 150mm çapında yaklaşık 15 – 200 m

derinlikte açılan kuyular içerisine daldırılan boru demeti ile oluşturulmaktadır. Isı

pompası sistemlerinde, ısı değiştirici boru uzunluğu aşağıdaki etkenlere bağlı olarak

değişir:

Sistemin ısıtma ve soğutma kapasitesi

Toprak ısıl direnci

Sistemin COP değeri

Boru ısıl direnci

Yıllık ortalama toprak sıcaklığı

Isı değiştirici tipi

Isıtma ve soğutma için sisteme giren su sıcaklığı

Çalışma faktörü

3.3.2.1.Yatay toprak ısı değiştiricileri

Yatay sistemler tek bir hendek veya birbirlerine yakın hendekler içine, bir veya birden

fazla borunun yerleştirilmesiyle oluşturulur. Isı değiştiricisinin iyilik derecesi borular

arasındaki mesafeye bağlıdır.Yatay ısı değiştiricileri, salamuranın akış yönüne göre seri

ve paralel olarak sınıflandırılır. Bununla beraber toplam hendek uzunluğunu kısaltmak

amacıyla tek bir hendek içerisine birkaç boru yerleştirilebilir. Her kanala birden çok

borunun yerleştirildiği çok borulu sistemde, toplam kanal uzunluğu azalırken; aynı

kanalda birden çok boru olması ve bu borular arasında birbirlerine ısıl engelleme yapmaları

nedeniyle toplam boru uzunluğu artmaktadır. Hendeklerin genişliği 0,6-0,9 m

civarındadır. Plastik borular (PE) toprak altında 1,2 – 2 m derinliğe ve seçilen boru

çapına bağlı olarak yaklaşık 0,5 - 0,7 m mesafe ile birbirlerine paralel olarak döşenirler.

Böylece her m2 alan için yaklaşık 1,43 ile 2,00 m arasında boru döşenir[7].

23

Helezon yöntemiyle(Bobin Tipi serpantin tipi) yer ısı değiştiricisi aynı verimde daha

ucuza mal olarak toprağın verebileceği ısıl miktar hesaplanarak borunun belli bir alana

yayılması prensibi ile kullanılmaktadır. Helezon yatay serme, klasik yatay serme

yöntemi kadar fazla kazının yapılmadığı fakat sondajla yatay serme arası bir boru

uzunluğu kullanarak enerjinin alındığı bir yöntemdir.Yerleşim yerlerinde gittikçe

yaygınlaşan bir uygulamadır.Avantajı ısı transferi alanını küçük hacme

sığdırmasıdır.Daha az yer ve daha sığ hendek istemesi ev sahipleri için en büyük

avantajdır. Toplam kanal uzunluğu, tek borulu sistemin %20-30'u arasındadır. Ancak bu

sistemde de görülen ısıl engelleme nedeniyle toplam boru boyu artmaktadır.[2,10]

Borular, yüzey şartlarında en az düzeyde etkilenmeleri amacıyla, genellikle 0,5-

2,5 m derinlikte döşenirler. Bu mesafe arttıkça, ısı değiştiricisinin iyilik derecesi gerek

toprak sıcaklıklarının daha uygun olması, gerekse boruların yüzey şartlarından daha az

etkilenmesi sebebiyle artar. Ancak hafriyat masrafları da artacağından gömme

derinliğine ekonomik analiz sonucu karar verilmelidir. şayet tek bir hendek içerisine

birkaç kat boru döşenecekse borular arası kot farkı genellikle 0,3-0,5 m olmalıdır[13].

Borular döşendikten sonra, dikkat edilecek bir başka husus da, toprak ve boru

arasındaki ısı geçişini iyileştirmek amacıyla hendekten çıkarılan toprağın yerine

yerleştirilirken yoğunluğunu artırmak için sıkıştırılması gerekir. Yatay toprak ısı

değiştiricilerinde, 700 m boru boyu, 2 inch boru çapı ve 1 l/s akışkan debisi

kullanılabilir üst sınır değer olarak kabul edilir[7].

Şekil – 3.3.2.1. Yatay Toprak Isı Değiştirgeçleri

24

3.3.2.2.Dikey toprak ısı değiştiricileri

Dikey toprak ısı değiştiricileri yerleştirme şekilleri (şekil 3.1’de gösterildiği gibi), kesit

geometrilerine göre U-tüp, bölünmüş tüp ve es eksenli tüp olarak sınıflandırılabilir. U-

tüp boru çapları, ¾ inch ile 2 inch arasındadır. Isı değiştiricisi derinliği, basınç düşmesi

ve ısı geçişi göz önüne alınarak boru çaplarına göre 15-200 m arasında değişir. Toprak

altına yatay olarak yerleştirilen absorberlerin (kolektörler) kullanılması, oldukça fazla

yer kapladığından yeni inşaatlarda dahi zordur. Özellikle şehir merkezlerindeki arazi

parsellerinin çok küçük olması bu kullanımı daha da zorlaştırmaktadır[7].

Şekil 3.1. Kesit geometrilerine göre dikey yer ısı değiştiricileri (Patlar, 2006)

Yer ısı değiştiricili ısı pompası sistemlerinin tasarımında, ısı değiştiricisinin döşenmesi

gereken alanın azaltılmasının bir amaç olduğu düşünülürse, dikey yer ısı değiştiricili ısı

pompası sistemlerinin diğer sistemlerden en büyük avantajı ortaya çıkar. En az boruya

ihtiyaç duyma, pompalama enerji ihtiyacının diğer sistemlere nazaran daha az olması,

tüm sistemler içinde en az yüzey alanına ihtiyaç duyan sistem olması, toprak

sıcaklığının mevsimlik değişimlerinden etkilenmemesi dikey toprak ısı değiştiricilerinin

diğer avantajlarıdır. Delme makineleri ve ekipmanları gerektirmesi, delme işleminin

hendek açma işleminden pahalı olması dikey ısı değiştiricilerin

dezavantajlarındandır[7].

25

Şekil 3-2 dikey tip Isı değiştirgeci

3.4.Göl-Nehir-Deniz Uygulaması

Kuyu veya göle borular helezonik şekilde yerleştirilir. İki metre derinliğe ihtiyaç vardır

ve boru uygulamalarında ısı transferinin en verimli ve en ekonomik olarak sağlandığı

sistemdir. Burada deniz suyun sıcaklığının dış hava sıcaklığına göre daha az değişiklik

göstermesi ve yazın serin kışında sıcak olmasından dolayı sistem yıl boyunca yüksek bir

verimlilikle çalışmaktadır.

26

Şekil 3-4 Tüm Sistemlerin Şematik Gösterimi

3.5.Çalışma Prensibi

Alkol su veya antifrizli su karışımı ile doldurulmuş polietilen boru toprağın içine

yerleştirilir ve toprakta olan ısı alışverişini gerçekleşmesini sağlar.Sirkülasyon pompası

sole karışımını ısı çukuru ile ısı pompası arasında dolaştırır.Sole karışımı ısı enerjisini

ısı çukurundan alır buharlaştırıcıya transfer eder ve ısı pompasının işletilmesi için

gerekli enerji sağlanır. Ortamdan buharlaştırıcıya soğutucu akışkanın buharlaşma

entalpisini sağlamak üzere bir ısı akımı olur. Buharlaştırıcıya aktarılan enerji sayesinde

soğutucu akışkan buharlaşır Soğutucu akışkan kapalı bir devre içinde ve basınç altında

dolaştırılır soğutucu akışkanın basıncı arttırıldığında sıcaklığı da yüksek mertebeye

ulaşacaktır. Soğutucu akışkan buharlaştırıcıdan gaz halinde çıkarak kompresöre ulaşır.

Kompresörde sıkıştırılan gaz halindeki soğutucu akışkanın basıncıyla birlikte sıcaklığı

da artar.Kompresörden geçen soğutucu akışkan yoğuşturucuya ulaştığında ısının büyük

bir kısmını plakalı ısı değiştiricileri yardımıyla ısıtma tesisatı çevrimine aktarır Soğuyan

akışkan yoğuşur ve sıvı faza gelir Daha sonra genleşme valfinde basıncı düşürülür ve

düşük sıcaklıktaki soğutucu akışkan çevrimin başına dönmüş olur. [2,10]

27

3.6.Toprak Kaynaklı Isı Pompasının Avantajları ve Dezavantajları

3.6.1.Avantajları

Yüksek Etkinlik ve Kararlı Kapasite;

Toprak kaynaklı ısı pompaları uygun bir şekilde tasarlandığı zaman, alışagelmiş hava

kaynaklı ısı pompası ve fosil yakıtlı düzeneklerden daha fazla yüksek bir etki

katsayısıyla ve ekonomik olarak isletil. Çevrim sıcaklıkları dış hava sıcaklıklarıyla çok

az değişir. Bu yüzden kapasitesi kararlıdır.

Konfor ve Hava Kalitesi;

Toprak kaynaklı ısı pompaları, gizli soğutma kapasitesini içermeden, yüksek etki

katsayısı sağlarlar. Yüksek etki katsayısı, kompresörün basma basıncının emme

basıncına oranının azaltılmasıyla elde edilmektedir. Dış hava sıcaklığı, basma

basıncının daha düşük limitini gösterdiği için bazı imalatçılar etkinliği yükseltmek için

emme basıncını artırırlar. Bu, konfor ve iç hava kalitesi sorunlarını bir bütün haline

getiren zayıf nem almaya yol açar.

Basit Kontroller ve Ekipman;

Karmaşık kontroller, konforu ve kısmi yükteki etkinliği sağlamak için gerekli değildir.

Toprak kaynaklı ısı pompası sisteminin giderini düşürmek için pahalı ve özel cihazların

kullanılmaması önerilir. Hava debisi, sabit hacimde olup; merkezi kontrol sadece su

pompasındaki isteğe bağlı değişken hızlı sürücüdedir.

Düşük Bakım Gider;

Toprak kaynaklı ısı pompaları, dış ünite olmadan kurulabilirler. Tüm ısı pompası

ekipmanı iç ünite seklindedir. Ekipmanda, alışılagelmiş ekipmanlarda ortaya çıkan

yüksek ve düşük soğutucu akışkan basınçlarıyla karşılaşılmaz.

Çevre Dostu;

EPA (Environmental Protection Agency) raporuna göre, toprak kaynaklı ısı pompaları ,

“analiz edilen tüm teknolojilerin en düşük CO2 emisyonları ve en düşük toplam çevre

giderleri” olarak tanıtılmaktadır. İyi tasarlanan ve kurulan toprak kaynaklı ısı

pompalarının etkinliğinin artması, gerekli olan enerji miktarını azaltır.Böylece bundan

kaynaklanan kirleticiler ve diğer emisyonlar azaltılır.

Mükemmel Ömür Gideri;

Toprak kaynaklı ısı pompalarının ilk yatırım maliyeti yüksek olmasına rağmen, yapım-

kullanım ömrü gider hesabı yapıldığı zaman toprak kaynaklı ısı pompalarını belirgin

28

olarak öncü kılan üç karakteristik ortaya çıkar: enerji ve bakım giderlerinin düşük

olması, ve ekipman ömrünün uzun olması[3,9,10].

Bunların dışında diğer avantajları da şöyledir;

Bedelsiz termal enerjinin değerlendirilmesi

Konvensiyal (sınırlı) enerji kaynakları tüketiminin minimuma indirilmesi

Kullanılan enerjinin yalnız 1/3'ü bedel ödenerek satın alınır. Kompresör ve

sirkülasyon pompalarının çalışmasını sağlayan elektrik enerjisi dışındaki kısım

topraktan bedelsiz olarak sağlanır

Karbondioksit atığı oluşturmaması %100 çevreci

Baca ve yakıt deposu gibi diğer ısıtma sistemlerinde varolan unsura gerek

kalmayışı ve bunların yaratacağı bakım giderlerinin bulunmayışı

Yakıt depolama ihtiyacı olmadığından enerjiyi kullanmadan önce ödeme

gereğinin olmayışı

Tamamen sessiz çalışma ve estetik dizayna sahip bulunuşu nedeniyle

yerleştirileceği alan konusunda seçenek sağlaması

Kulanım basitliği

Sulu ve kuru sistemlerin her ikisinden de mükemmel uyum

sağlamaktadır.Radyatör sistemi yerine fan-coil sistemi uygulandığında düşük

bedelli soğutma imkanın ancak çalıştığı sıcaklık aralığı diğer sistemlere göre

düşük olduğundan yerden ısıtmalara uygundur.

Isı pompası teknolojisi sayesinde 1997 yılı süresince İsveç'te 12 TW

yani1.700.000 m3 motorin tasarrufu yapılmıştır.

Ekonomik sorunsuz ve çevre dostu ısıtma sistemidir.

İlk yatırımını 3-6 yıl içinde amorti eder.

3.6.2.Dezavantajları

İlk Yatırım Maliyetinin Yüksek Olması;

Yatırım gideri günümüzde standart merkezi ekipmanın giderinin iki katıdır.

Performansın, Toprak Isı Değiştiricisine Ve Ekipmana Bağlı Olması;

Nitelikli ( Ehliyetli ) Tasarımcıların Sayısının Sınırlı Olması;

HVAC tasarımcıları, daralan konstrüksiyon bütçeleri, artan standart istemleri ve giderek

çoğalan yasal sorumluluk arasında sıkışmış durumdadır.

29

Nitelikli Müteahhitlerin Sayısının Sınırlı Olması;

Ekipmanı Satıcı Karının Az Olması;

TKIP’larının satıcılar bakımından çekiciliği düşüktür. [3]

3.7.Uygulamadan kesitler

Türkiye’deki en büyük uygulama METRO-M1 Ümraniye projesidir.Yaklaşık 3500 kw

soğutma ve 1200kw ısıtma yükü hesaplanmıştır.Toplam 18327 m dikey sondaj ile

İskandinav ülkeleri hariç avrupanın en büyük uygulamasıdır.yataylar dahil yaklaşık 55

km borulama yapılmıştır.yaklaşık 1000 kw lık yük toprak tarafından karşılanmaktadır.

Türkiye’deki ikinci büyük uygulama 8000 metre yatay borulama ile Gallipoli Otel-

Çanakkale dir.Toplam yaklaşık 250 kw kapasite temini 8 adet 120 btu/h cihazlar ile

sağlanmaktadır. [11,12]

Şekil 3.7.1 Gallipoli hotel

30

Şekil 3.7.2Mayadrom AVM

Şekil 3.7.3.Mersin Forum AVM

Şekil 3.7.4.İstinye Park AVM İstanbul

31

Şekil 3.7.5.Cevahir AVM İstanbul

Şekil 3.7.6.Korumax AVM Bursa

Şekil 3.7.7.Ford Otosan Kocaeli

32

Şekil 3.7.8.Laura AVM Antalya

Şekil 3.7.9.Apartman projesi Aşkabat

Şekil 3.7.10.Therme maris hotel Dalaman Muğla

33

Bu uygulamada(hotel)( Şekil 3.7.10) sıcak yeraltı (jeotermal ) suyu kullanılarak (27 ºC)

ısıtmada yaklaşık 5,5-6 COP ta çalışmaktadır. Bu kaynak sıcaklığında, 17kW ortalama

ısıtma kapasitesine sahip ısı pompası yaklaşık 26 kW ısıtma kapasitesinde çalışmıştır.

Isı değiştiricisi içerisinde suyun sıcaklığından başka hiçbir fiziksel ya da kimyasal

özelliği değişmemektedir. Isı pompası ve sirkülasyon pompasının birlikte tüketimi

yaklaşık olarak yılda 6272 $’dır. Sistem her yıl yaklaşık olarak 40.000 $ kar ederek

hizmet vermeye devam edecektir.(ısımas). [11]

Washington’da 14864 m2 alana sahip Daniel Boone Lisesi; kısın ısıtma yazın soğutma

yapabilen bir TKIP sistemi ile teçhiz edilmiştir. Daha önce okul, bir boyler vasıtasıyla

ısıtılmakta ve soğutma için bir soğutma kulesi kullanılmaktadır. Isı pompası ile

sağlanan tasarrufun 37000 $/yıl ve amortisman süresinin 6 yıl olduğu belirtilmektedir.

Rinse bu çalışmasıyla 1998 ASHRAE Teknoloji Ödülü’nü kazanmıştır. [1]

Kıncay ve Temir (2002) çalışmalarında, İstanbul Hadımköy’deki bir villanın ısı kaybı

ve ısı kazancı değerleri bulunarak dikey tip toprak kaynaklı ısı pompası ile hem ısıtma

hem de soğutma için boyutlandırma hesapları yapılmıştır. Yaz sezonunda bir metre

sondaj borusu ile toprağa verilen ısı 0,067 kW’dır. “Bir Değere Getirilmiş Maliyet”

yöntemine göre maliyeti bulunan ısı pompası sisteminin hava kaynaklı ısı pompası ile

(aynı ısı kaybı ve kazancı için) maliyet karşılaştırması çizelge halinde sunulmuştur.

Dikey tip toprak kaynaklı ısı pompasının ilk yatırım maliyetinin hava kaynaklı sisteme

göre %6 daha yüksek, isletme maliyetinin %43 daha düşük ve yıllık toplam maliyetinin

ise %19 daha az olduğu bulunmuştur. [1]

Özgener ve Hepbaşlı (2007) tarafından yapılan çalışmada, sera ısıtma için kullanılan

güneş ve toprak kaynaklı (toprak tarafından dikey U-borulu ısı değiştiricisinin

kullanıldığı) bir ısı pompası sisteminin enerji ve ekserji analizi yapılmıştır.

34

4.ENERJİ EVİNİN ISI POMPASI İLE ISITILMASININ

PROJELENDİRİLMESİ

Bu çalışmada, ısı kayıpları ve kazançları hesabı için gerekli olan oda ve dış ortam

sıcaklıkları gibi tasarım sıcaklıkları TSE’ye göre alınmıştır. Bu çalışmada örnek olarak

alınan binanın planı aşağıda gösterilmiştir ve ısı kaybı 5000 W olarak kabul edilmiştir.

35

Bu çalışmada, yatay tip toprak ısı değiştiricisi şeklindeki TKIP sisteminde toprak ısı

değiştiricisi serpantinleri 2 m derinliğinde toprağa gömülmüştür.

Toprak altından çekilen ısı kapasitesi yaklaşık 10 ile 35 W/ m2 arasındadır. (döşeme

aralığı yaklaşık 0,5 ile 0,7 m arası olmalıdır). [2]

Isı pompasının kullanılacağı mekanın ısı gereksinimine ve toprağın niteliğine bağlı

olarak gerekli toprak alanı tespit edilirken, gerekli toprak alanı ısı pompasının

soğutma gücüne QK göre hesaplanır. Isı pompasının soğutma gücü (QK) ısı

pompasının ısıtma gücü (QWP) ile çekilen güç (PWP) arasındaki farka eşittir.

QK = QWP – PWP

ısı gereksinimi 5 kW (kompresör gücü 1,4 kW) olan bina için, QK = 3.6 kW

Spesifik Isı Çekme Gücü PE 25 W/m2

ise Gerekli Alan (FE);

FE = QK / PE

FE=3600/25=144 m2

toprak alanı

Bu örnekte 144 m2

x 1,43 m boru/ m2

= 205 m boru hesaplanmaktadır ki bu 100 m

uzunluğunda 2 boru döngüsüne eşittir.

Toprak ısı değiştiricisi boruları arasındaki mesafe 0.5 m olup 144m2 alandaki bölgeye

toplam 205 m boru serilmiştir.

Bu sistem için, 2 HP (1.4 kW)'lık FH 5524 F tipi tek fazlı kompresör, sirkülasyon

pompası için Q=1,6 m3/saat H= 5 mSS tip pompa seçilmiştir.

Her borunun debisi 1600/2 = 800 litre/saat

Δp = R değeri x boru uzunluğu

Δpçift borulu sonda =154,78 Pa/m x 2 x 100 m =30956 Pa

Δp besleme hattı = 520,61 Pa/m x 10 m = 5206,1 Pa

Δp ısıpompası =9000 Pa

Δp = 30156 + 5206 + 9000 = 45162 Pa = 451,56 mbar = 4,5 mSS

Isı pompalarının buharlaştırıcıları ve kondenserlerinde paslanmaz çelik plakalı eşanjör

kullanılmaktadır.Paslanmaz çelik plakalı eşanjörler bir türbülans akım oluşturur ve

laminer akış göstermez. Sonuç olarak daha gelişmiş bir ısı transferi karakteristiği

gösterir.Ayrıca daha kompakt tasarım daha verimli bir alan kullanımı sağlar. Isı, toprak

kolektörleri üzerinden alınmaktadır Topraktaki ısı enerjisi antifriz devresine

verilir(şekil 4,1), bu devre de ısıyı ısı pompasındaki çevrim akışkanına aktarır. [12]

36

Şekil-4.1 Topraktan Isı Enerjisi Alımı

R 410 A, gazı soğutucu akışkan olarak kullanılmıştır. Hava soğutmalı HS 10 model, 10

m2'lik kapasitesi, 3.770 kW'lık yoğuşturucusu kullanılmıştır. Yoğuşturucu fanı 160 W

gücünde olup, fanın debisi 0.6 kg/s'dir. Toprak ısı değiştiricisi içindeki salamurayı

buharlaştırıcıya getirip buharlaştırıcıdan da tekrar toprak ısı değiştiricisine gitmesini

sağlayan Alarko NPVO-26-P tipi üç hızlı pompa kullanılmıştır.

Toprak ısı değiştiricisinde, ısı iletim katsayısı 0.35 W/mK olan ve Dizayn Grup

tarafından üretilen 16x2 mm ebadında PX-b Cross Link (çapraz bağlı) boru

kullanılmıştır. Topraktaki ısının ısı pompasına veya ısı pompasından toprağa taşınması

toprak ısı değiştiricisinde dolaştırılan akışkan ile olur. Su, termodinamik ve ekonomik

bakımdan oldukça uygun bir akışkandır. Ancak donma sıcaklığının 0 oC olması birçok

uygulamada problem çıkarır. Özelikle toprak sıcaklığının düşük olduğu bölgelerde,

donma problemine karşı donma sıcaklıkları daha yüksek olan akışkanlar tercih

edilmektedir. Bu çalışmada kullanılan su % 25 antifirizlidir.

37

38

5. SONUÇ VE ÖNERİLER

Enerji ihtiyaçlarımızın hızla artmasıyla, kolay bulunan, çevreyi kirletmeyen,

sürekliliği olan yeni enerji kaynaklarına yönelik çalışmaların hız kazanmıştır.

Çalışmamızda temiz enerji evinde, ısı pompaları incelenmekte ve projelendirilmesi

anlatılmaktadır.

Isı pompaları, elektrikli sistemlere göre üç hatta altı kat daha az kaynak kullanarak

istenilen enerjiyi sağlayabilmekte ve çevre kirlenmesine neden olmadan endüstriyel

ve günlük uygulamalarda kullanılabilmektedir.

Isı yalıtımı uygulamaları ile enerji gereksinimi çok düşük olan temiz enerji

evlerinde ve yeni binalarda elektrikli ısı pompaları iyi bir alternatiftir, enerjiyi korur ve

atmosferdeki zehirli emisyon miktarını azaltır. Güneşten gelen yenilebilir enerjiyi

kullanırlar ve sistem dış havaya bağlı olmadığı için, yapının içindeki havayı daha

temiz tutarlar ve dış kirleticilerden arındırmış olur.

Üreticiler tarafından 25 – 50 yıl garanti altına alınan sistemler istenildiğinde ikili, hatta

üçlü sistem olarak çalıştırılabilir. Kapalı ve açık sistemler şeklinde çalışabilmesi ve

hem yatay hem de dikey olarak uygulanabilmesi ve fosil yakıtlı sistemlerin verimleri

% 50-90 iken, ısı pompaları en az % 300 verimli olması çok büyük avantajdır.

Sistemlerin yurtdışında olduğu gibi, üniversite - sanayi işbirliğinin sağlanması,

sistem konusunda, kullanıcıların bilinçlendirilmesi için, kampanyalar yapılması ayrıca

kullanımını arttırmak amacıyla, yurtdışında olduğu gibi, teşvikler sağlanması ülkemiz

için gerek ve önem arz eder.

39

KAYNAKLAR

[1] YERLİBUCAK M. (2007)Isı pompaları, lisans tezi Dokuz Eylül Üniversitesi

Makine Mühendisliği Bölümü İzmir.

[2] KAÇIKOÇ İ. (2008)Temiz enerji evinde enerji ekonomisi uygulamaları, yüksek

lisans tezi Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Isparta.

[3] ELBİR A. (2010) toprak kaynaklı ısı pompasının termodinamik analizi, yüksek

lisans tezi Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Isparta.

[4] Anonim, 2001. U.S. Department Of Energy, 2001. Energy Efficiency And

Renewable Energy Air Source Heat Pumps, 172 s.

[5] Anonim, 2004. Energy Efficiency Best Practice İn Housing Domestic Ground

Source

[6] Heat Pumps: Design And İnstallation Of Closed-Loop Systems.

[7] Anonim, 2006. Viessmann, Technical Information Heat Pumps. 40-77.

[8]Anonim, 2007. U.S. Department Of Energy, İnternet Sitesi.

Http://www.eere.energy.gov/

[9] Hepbaşlı A., 1999. Geleceğin Teknolojisi: Yer Kaynaklı Isı Pompaları.

[10] Hepbaşlı A., 2005. Thermodynamic Analysis Of A Ground - Source Heat

Pump

System For District Heating. 671-687. İzmir.

[11] ISIMAS A.Ş. , “Yer Kaynaklı Isı Pompası Uygulamaları” ,2004

[12] IGSHPA – International Ground Source Heat Pump Association, “ Closed –

Loop / Ground - Source Heat Pump Systems Instalation Guide”, Oklahoma State

University Division of Engineering Technology Stillwater, Oklahoma 74078. 2006

[13] Esen, H., İnallı, M., "Yatay Isı Değiştiricili Toprak Kaynaklı Isı Pompasının

Performansının Deneysel Olarak İncelenmesi", I. Ege Enerji Sempozyumu ve

Sergisi, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Denizli, Mayıs, 2003,

40

ÖZGEÇMİŞ

Adı Soyadı : Hüseyin YALÇIN

Doğum Yeri ve Yılı : Nazilli, 1987

Yabancı Dili : İngilizce

Egitim Durumu

Lise : İzmir, Menemen endüstri meslek lisesi motor

bölümü 2004

Ön Lisans : AKÜ Çay myo otomotiv programı 2006

Lisans: Cumhuriyet Üniversitesi makine mühendisliği

2011

İlgi alanı: Otomotiv teknolojileri ve enerji dönüşüm

sistemleri,mmo,sae,nasa,otekon,yenilenebilir enerji

İletişim: hyalcinn@hotmail.com