toprak-su kaynaklı ısı pompaları

TOPRAK-SU KAYNAKLI ISI POMPALARI
Mak. Müh. Serkan ELIBOLLAR
Yeşil Çizgi Isı Teknikleri Ltd. Şti.
Thermia A.B. Türkive Genel Distribütörü
ÖZET :
Günümüzde çok yaygın olarak kullanılmasına rağmen Isı Pompası terimi çoğu kişiye yabancı gelebilir.
Aslında günlük hayatımızda çok sık kullandığımız bu makinalann tanıtılması amacıyla bu yazıyı sizlere
sunuyoruz. Bu sayede ısı pompalarını ve ağırlıklı olarak, ülkemiz için yeni bir teknoloji olan. toprak - su
kaynaklı ısı pompalarım tanıtmayı amaçlıyoruz.
l.ISI POMPALARI NEDİR :
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, ısı pompaları da
ısıyı üretmeyip sadece taşırlar. Dalgıç pompalarının su pompalaması için bir su kaynağına
daldırılmalarına benzer olarak, ısı pompalan da yeryüzünde bir enerji kaynağına temas
etmedikleri sürece ısıyı taşıyamazlar. Gerekli şartlar sağlandığında yüksek miktarlarda enerji
düşük maliyetlerle kullanıma sunulabilir.
Isıtma sektöründe çoğu insan için ısı pompası terimi yenidir. Oysa jki evlerimizdeki
buzdolabı, klima, nem giderici ve dondurucular aynı mantığın ürünüdürler. Çalışma prensibi
ısıyı taşıma mantığına uyduğundan "ısı pompası" başlığı altında toplanabilirler
Soğutma makinalan ısıtma veya ısıtma ve soğutma amaçlı kullanılırlarsa ısı pompası
adını alırlar. Örnek olarak evlerimizde kullanılan buzdolaplarını alalım. Buzdolaplarında
yiyeceklerin bulunduğu iç ortam soğuktur ve arkasındaki borular oluşan ısıyı ortama
bıraktıklarından sıcaktır. Hemen hemen her kişi bu olayın farkındadır ve bu ısının nereden
geldiğini merak etmektedir. Örnekte de görüldüğü gibi soğutma makinalan ısıyı ve soğuğu
aynı anda üretirler. Anlaşılacağı gibi ısı pompalarından bahsedildiğinde soğutma makinalanna
başvuruyoruz. Öyleyse ısı pompaları uzun süredir bilinen bir kavramdır yani 90'h yıllar için
59
yeni bir teknoloji değildir. İsı pompası teknolojisi mantık olarak ilk 18. yy.' da oluşmuştur. Isı
pompasının günümüze kadar soğutmada izlediği yükselen grafikle olduğu gibi, bugünden
itibaren ısıtma amaçlı kullanımda da çok büyük bir rolü olacaktır.
Isı pompalan genel anlamda ısıyı üretmek yerine taşımayı amaçlar. Bunun içinde ısının
alınacağı bir ısı çukuruna ihtiyaç vardır. Ülkemizde kullanılan ısı pompalarının hemen hemen
hepsi ısı çukuru olarak havayı kullanmaktadırlar. Günümüzde havayı ısı çukuru olarak
kullanan ısı pompaları Split Klima olarak adlandırılmaktadırlar. Split Klima cihazlarının
verimleri, dış hava sıcaklıklarının değişimlerinde , farklı değerler alırlar. Verim değerlerinin
gün içinde dahi sabit kalmaması sebebiyle , işletme maliyetlerinde beklenmeyen artışlar
meydana gelir. Bu verim değişimlerini önleyen sıcaklığı sabit kabul edilebilecek ısı çukurları
da mevcuttur. Bu amaçla kullanılan sıcaklığı sabit kabul edilebilen ısı çukurları toprak ve
sudur.
Toprak - Su Kaynaklı Isı Pompası teknolojisi yeryüzünün belirli bir derinliğinde
sıcaklığın yıl içinde nispeten sabit kalması gerçeğine dayanır. Bahsedilen derinlikte toprak
tabakası kışın havadan daha sıcak, yazın ise daha soğuktur. Toprak - Su Kaynaklı Isı
Pompalan kışın yeryüzünün altında veya yer altı sularında depolanmış ısıyı binaya, yazın bina
içindeki ısıyı yeraltına taşıyarak doğanın bize verdiği bu avantajı kullanırlar. Kısaca yer altı;
kışın bir ısı kaynağı, yazın ise bir ısı çukuru olarak davranır.
Toprak - Su Kaynaklı Isı Pompalan günümüzde ısıtma - soğutma ve sıcak kullanım suyu
eldesinde kullanılmaktadırlar. Bu ihtiyaçların tümüne tek makinayla cevap verebildikleri için
de tercih sebebi olmuşlardır.
2.BEDELSİZ ENERJİ KULLANAN ÇEVRE DOSTU ISITMA
SİSTEMLERİ
Doğa bize termal enerjiyi hiçbir karşılık beklemeksizin sunmaktadır. Bahsedilen bedelsiz
enerji, yılın her döneminde toprak, kaya, su ve hava gibi doğal ısı depolarında saklanan güneş
enerjisidir. Depolanan bu ısı enerjisi, ısı pompalan yardımıyla ısıtma, soğutma ve sıcak
kullanım suvu elde etmek amacıvla kullanılabilir.
60
Bir klima cihazının çalışma prensibi, iç ortamı soğuturken termodinamik çevrim nedeni
ile
ortaya çıkan ısının, dış ünite*aracılığı ile dış ortama atılması şeklindedir. İsı pompası
üniteleri bu çevrimi tersine işleterek, normalde dışarıya atılan ısıyı iç ortama, içeriye verilen
soğutmayı ise dış ortama verir. Diğer bir deyişle, soğutma devrelerinin soğutma yerine ısıtma
amacıyla kullanılması haline, ısı pompası denir.
3.ISITMA SİSTEMİ ÇEVRİMLERİ
3.1. Isı Çukuru :
Isı pompalarında ısı çukuru olarak su. hava. toprak ve atık ısıdan faydalanılır. Toprak
Kaynaklı Isı Pompalarında (Thermia Isı Pompalarında da) ısı çukuru olarak toprak kullanılır.
Toprak moleküler yapısı nedeniyle ısıyı çok iyi emme özelliğine sahiptir. Yıl boyunca
sıcaklığı çok fazla değişmez. Bunun yanı sıra. kışın ısıtmaya ihtiyaç duyulduğunda toprağın
sıcak, yazın soğutmaya ihtiyaç duyulduğunda toprağın soğuk olması, amacımıza uygun en
önemli özelliğidir. Ayrıca toprak sıcaklığının, hava ve su sıcaklığı gibi değişken olmaması bu
ısı kaynaklarına olan üstünlüğüdür. Bu yüzden sistemin verimi dış sıcaklıktan bağımsız hale
gelir. Bu özelliklerden dolayı toprak ideal bir ısı çukurudur. Burada önemli olan konu: bu ısı
çukurundan nasıl faydalanacağımızdır. Toprak ile yapılacak olan ısı alışverişi iki türlü
olabilir, 'Sondaj' veya 'Serme'.Temelde iki sistemde aynı prensiple çalışır. Sondajda boaılar
dikey olarak, sermede ise yatay olarak toprağın 1-1.5 m altına yerleştirilirler. Firmamız ısı
alışverişini Uponor firmasının özel üretimi olan ve 50 yılı aşkın fabrika garantisi bulunan poli
- etilen borular sayesinde gerçekleşir. Bu borular içerisinde ısı taşıma görevini de alkol-su
(iso-propil) karışımı gerçekleştirir. Alkol su karışımı bir sirkülasyon pompası yardımı ile ısı
pompası ve ısı çukuru arasında dolaştırılır.
3.2. Isı Pompası :
Thermia Isı Pompalarında
ısı değiştiriciler SWEP firmasının, kompresör ise Compliant
Copeland (kompresör scroll tipidir) firmasının ürünleridir. Her iki ürünün de Türkiye'de geniş
bir kullanım alanı vardır. Uzun süredir faaliyet gösteren genel distribütörlükleri ve bayilikleri
bulunmaktadır. Isı çukurundan elde edilen düşük sıcaklık farkı. ısı pompası çevriminde
arttırılır ve ısıtma tesisatı için gerekli mertebeye ulaştırılmış olur. .
61
3.3.İç Tesisat :
İç hacimlerin ısıtılmasında kullanılan ısıtıcı elemanlar farklılık gösterse de, temel
prensip hepsinde aynıdır. En sık kullanılan yöntemler radyatör sistemleri ve yerden ısıtma
sistemleridir. Isı pompası sistemi 55-45 ve 45-35 °C sıcaklıklarında çalışabilir ve bu özelliği
yerden ısıtma sistemleriyle uyum içerisinde çalışmasına imkan verir, [sıtmanın yanı sıra
soğutma ihtiyacı mevcut ise, fancoil sistemi tercih edilmelidir.
4.SOĞUTMA SİSTEMİ ŞEKİLLERİ
Soğutma, ülkemizde hem yatırım hem de işletme maliyeti açısından bakıldığında
pahalı bir işlemdir. Ancak toprak su kaynaklı ısı pompalarında ısıtma soğutma ve sıcak
kullanım suyu ihtiyaçlarını tek bir cihazla karşılamakla kalmamakta, bunun yanısıra diğer
sistemlere nazaran çok düşük yatırım ve işletme maliyetiyle bu hizmetleri sunabilmektedir.
Firmamız soğutma işlemine, farklı konfor şartları sağlayan iki çözüm sunmaktadır. Pasif ve
Aktif Soğutma.
4.1. Pasif Soğutma :
Pasif Soğutmada; sadece ısıtma yapmak için tasarlanmış bir ısı pompasına bir
sirkülasyon pompası ilave ederek soğutma işlemi gerçekleştirilebilir. Toprağın geç ısınıp geç
soğuması prensibi ile çalışan pasif soğutmada. ısı pompası devreye sokulmadan (kompresör
çalıştırılmadan ) kollektör borularındaki (toprak altındaki boru devresi) akışkan bina
tesisatında sirküle ettirilir.
4.2.Aktif Soğutma :
Yüksek konfor şartlan istendiğinde ısı pompasının da (kompresör ) devreye sokulması
gerekir. Sadece ısıtma yapmak için tasarlanmış olan bir sisteme eklenecek teçhizatlarla,
yatırım maliyetinin artmasına rağmen, alternatif sistemlere oranla çok daha düşük işletme
maliyetleriyle, yüksek soğutma kapasitelerine kadar çıkılabilir
62
5.TOPRAK SU KAYNAKLI ISI POMPALARININ AVANTAJLARI
•
Bedelsiz termal enerjinin değerlendirilmesi.
•
Konvensiyal (sınırlı) enerji konakları 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.
•
Baca ve yakıt deposu gibi, diğer ısıtma sistemlerinde varolan unsurlara gerek kalmayışı ve
bunların yaratacağı bakım giderlerinin bulunmayışı.
•
Yakıt depolama ihtiyacı olmadığından, enerjiyi kullanmadan önce ödeme gereğinin
olmayışı.
•
Tamamen sessiz çalışması ve estetik dizayna sahip bulunuşu nedeniyle yerleştirileceği
alan konusunda sınırsız seçenek sağlaması.
•
Kullanım basitliği.
•
Yüksek konfor standardı sunması.
•
Sulu ve kuru sistemlerin her ikisiyle de mükemmel uyum sağlamaktadır. Radyatör sistemi
yerine fancoil sistemi uygulandığında düşük bedelli soğutma imkanı. Ayrıca çalıştığı sıcaklık
aralığı diğer sistemlere göre düşük olduğundan yerden ısıtmaya uygundur.
•
Ürünümüz sektörde bulunan en dayanıklı ve en kaliteli makina ve sistem parçalarından
oluşmuştur.
•
Ürünümüz . ISO 9001 normlarına uygun olarak üretilmiştir.
t
•
SANCO ve CE sertifikası sahibidir. Thermia'nın 60.000 ısı pompası ile elde edilen toplam
enerji tasarrufu hacmi, 3 atom güç santrali tesisi gereğini ortadan kaldırmıştır.
•
lsr pompası teknolojisi sayesinde 1997 yılı süresince İsveç'te 12 Terrawatsaat yani
1.700.000 m* motorin tasarrufu yapılmıştır.
•
Sistemlerimizde soğutucu akışkan olarak R404 kullanılmaktadır. R404: %44 R125. Oo52
R143a ve %4 R134a akışkanlarının belirtilen oranlarda kütlece karışımıdır. R404. Montreal
Protokolü kapsamında kullanımı yasaklanan
veya kısıtlamaya tabi tutulan
soğutucu
maddelere alternatif maddedir. 2030 yılına kadar kullanımı serbesttir ve nihai bir alternatif
değildir.
•
Ekonomik, sorunsuz ve çevre dostu ısıtma sistemi.
63
•
İlk yatırımını 3 - 6 yıl içinde amorti eder.
6.TOPRAK SU KAYNAKLI ISI POMPALARININ ÇALIŞMA PRENSİBİ
•Alkol su karışımı ile doldurulmuş polietilen boru toprağın içine yerleştirilir ve toprakla olan
ısı alışverişinin gerçekleşmesini sağlar.
•Sirkülasyon pompası, alkol su karışımını, ısı çukuru ile ısı pompası arasında dolaştırır. Alkol
su karışımı. ısı enerjisini ısı çukurundan alır, buharlaştıncıva transfer eder ve ısı pompasının
işletilmesi için gerekli enerjiyi sağlamış olur.
•Buharlaştıncıva aktarılan enerji sayesinde soğutucu akışkan (R404) buharlaşır. Soğutucu
akışkan, kapalı bir devre içinde ve basınç altında dolaştırılır. Soğutucu akışkanın basıncı
arttırıldığında sıcaklığı da yüksek mertebelere 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 ısısının büyük bir
kısmını, plakalı ısı değiştiricileri yardımıyla, ısıtma tesisatı çevrimine aktarır. Soğuyan
akışkan yoğuşur ve sıvı faza geçer. Daha sonra genleşme valfinde basıncı düşürülür ve düşük
sıcaklıktaki soğutucu akışkan çevrimin başına dönmüş olur.
64