Binalarda Su ve Toprak Kaynakl Is Pompas Sistemlerinin Kullan m Avantajlar ve Türkiye deki Baz Uygulama Örnekleri

Transkript

1 Bnalarda Su ve Toprak Kaynakl s Popas Sstelernn Kullan Avantajlar ve Türkye dek Baz Uygulaa Örnekler Tunç Korun; Mak. Müh. TTMD Üyes :~' ÖZET Aerka Brleflk Devletlernde ve Avrupa Ülkelernde kullan konusunda büyük destek gören s popas uygulaalar, sadece vlla tarz uygulaalarda de l, al flverfl erkez ve büyük bnalarda da kullan kan na sahptr. Uygulaa çn gereken enerj topraktan oldu u gb göl, nehr, denz, yer alt sular ndan elde edleblr. Bu kanlar n hçbrnn bulunad yerlerde se, kule ve küçük kazan fleklnde çal flt r lablr. Son y llarda Türkye'de de oluflan, bu alternatflere sahp uygulaalarda baflar l sonuçlar al nd görülektedr. Y lr-ıı [MM The Use of Water and Ground Source Heat Pup Systes n Buldngs and ts Exaples n Turkey b t. İ ABSTRACT The use of heat pup systes has been ncreasng rapdly n the USA and Europe. Ths applcaton s not lted to the use of vllas, but s use n shoppng centers and large buldngs. The energy requres can be fro the ground or fro alternatve sources such as sea, lake, rver or underground waters. When non of these sources are avalable, t s tll possble to use the syste wth a coolng tower and sall boler. Recent applcatons n Turkey wth above alternatves have been showng postve results as well..grfl s popas ssteler, evcut br enerj kayna n kullanarak daha verl br fleklde kullan ortalar n so utan ya da s tan chazlard r. Bu tür sstelerde enerj kayna olarak daha çok d fl hava kullan laktad r. Ancak d fl hava koflullar n n her zaan arzu edlen s cakl k ya da so uklukta olay fl, chazlar n s popas konuunda çal flalar n kans z k lakta ya da çok versz hale getrektedr. Ancak bu enerj hava yerne denz, göl, nehr, yer alt suyu veya topraktan da al nablr. Bu kaynaklar n s cakl k de erler kend çnde J " -n*:; C J _ : -, 2. fekl. s popas chazlar çn örnek flekller. farkl l k gösterekle brlkte hçbr hava kadar de flken de ldr, dolay s le s popas çal fla koflullar na daha uygun de erler sergleektedr. Toprak, s popas sstenn çal flas çn en verl s cakl k de erlerne sahp olakla brlkte, genelde ön alyet aç s ndan pahal br sste de oluflturaktad r. Vlla tarz uygulaalarda bu alyetler akul sevyelerde olakla brlkte, orta ve büyük boy bna uygulaalar nda cdd boyutlara ulaflablektedr. Bu noktada ver ve alyetn en akul brlefl denz, göl, nehr ya da yer alt sular n n kullan olaktad r. Yukar da verlen blglere ek olarak bu kanlar n hçbrnn ükün olad durularda da br kule ve küçük kazan le sste kuruluu sa lanablekte ve hava le kullan dan daha verl koflullar elde edleblektedr. 2. s Popas Sste Chazlar s popas le kullan lan tü chazlar n ortak özellkler, üzerlernde kopresör, kondenser, evaporatör ve kontrol panosu bulunan kople br s ta-so uta chaz olalar d r. Üntelerde kondenser her zaan su so utal olakla beraber, evaporatör genellkle haval tp olup (havay s tan ve so utan), sulu tpler de evcuttur (suyu s tan ve so utan). Bna uygulaalar baz nda s popas kullan a rl kl olarak Aerka Brleflk Devletlernde (ABD) yo unlaflt ndan, chazlar n ço unlu u kanall sste olarak çal flak üzere yap l fl odellerdr ve.5 kw so uta kapastesnden 50 kw kapastelere kadar çefltl boyutlarda

2 ünte bulunaktad r. Her üntenn ba s z olas, chaz n stenlen anda s ta yada so uta yapable kan n getrektedr. Yan chazlar 4 borulu fancol üntesne eflde erdrler ancak kopresörler üzernde oldu undan s cak ve so uk su ten gerektrezler. 3. Bnalara s Popas Sste Uygulaas Bnalarda kullan lan s popas sstenn ana prensb, odern bnalar n yap lar, büyüklükler, kullan lar aç s ndan y l boyunca farkl zonlarda, he s ta he de so uta htyac olas na dayanaktad r. Üç ya da dört taraf ca kapl br bnada, çekrdek zon dyeblece z d fl calardan 4 etre çerde kalan tü bölüler genelde y l boyunca so uta htyac duyarlar. Bu so uta htyac, çal flan kfllern, ayd nlatan n, kullan lan elektronk ekpanlar n yayd s yükünün topla ndan dolay oluflaktad r. Benzer fleklde al flverfl erkezlernn büyük ço unlu u d fl cephes taaen duvarla kapl, dolay s yla d fl havadan çok az etklenen ekanlard r. ç yük olarak se nsan ve ayd nlatadan dolay gene y l boyunca so utaya htyaç duyarlar. Bu konuu pratk olarak gözleek de oldukça kolayd r, kullan lan brçok al flverfl erkeznn so uta guruplar n n ya da so uta kulelernn k fl n da devrede oldu u gözleneblr. Bu duruda al flverfl erkez, fl erkez, çok katl lüks konutlar, ofs bnalar gb brçok ekan 4 borulu sste olarak adland rd z, y l boyunca s ta ve so uta kan na, bazen konfor bazen de zorunluluk olarak htyaç duyaktad r. s popas chazlar se 4 borulu fan col konforunu, daha düflük ön yat r alyet ve daha az enerj harcaas le sa lar. Chazlar n bna çndek uygulaas, kanall olanlarda, asa tavan tp, dkey dolap tp ya da santral tp chazlar le olablr. Önel olan her kullan zonuna en az br chaz n yerlefldr. Br zon, tek br oda ya da dükkan olablece gb, kople kat ya da kat n küçük br bölüü de olablr. Bna çne tü chazlar yerlefltrldkten sonra, üntelern kondenserler yal t s z 2 boru sste le brlefltrlr. Chazlar n toprak, göl, denz, nehr ya da kule uygulaas le olas bna ç tessat borulaas nda br fark getrez. 4. s Popas Sstelernde Verllk 5 kw nonal kapastel br kanal ba lant l üntenn, evaporatör fan elektrk gücü dahl olak üzere, farkl su grfl s cakl klar nda kapaste ve ver farkl l klar afla da verld gb de flektedr. Kondenser So uta So utada Perforans s ta s tada s ta Su Grfl Kapastes Çekt Katsay s Kapastes Çekt (COP) S cakl ( C) (kw) Güç (kw) (-) (kw) Güç (kw) (-) Tablo. Verlern de fl. Enerj verll aç s ndan so utada oldukça olulu ver de erler oluflaktad r. Buna evaporatör fan n n da dahl oldu u öngörülürse, sste so uta COP de erne ulaflak çn tek eks n kondenser su popas oldu u görülür. s ta verllkler aç s ndan se bast br karfl laflt ra yap lablr. Çefltl kaynaklarda verlen yak t fyatlar ukayese tablolar na bak ld nda, (Enerj Kojen Dergs Say : Tablo),000 kcal s ta elde etek çn genelde do algaz en verl, elektrk se 0.99 ver le kullan ld ndan en verszlerden br olarak gözükektedr. Ek 2005 tbar le,000 kcal s ta çn YTL olan do algaz ve YTL olan elektrk br fyatlar aras ndak oran 3.22 dr. Bu da 3.22 üzernde olan s ta COP de er sa layacak br s ta etodunun, do algazdan daha verl br yaka sa layaca n ortaya koyar. Tablo.'de de gözüktü ü gb C kondenser grfl flart nda dah çal flacak s popas chaz n n verll 3.29'dur. Üstelk bu de ere chaz evaporatör fan da dahldr. Bu duruda 0 C kondenser grfl s cakl üzerndek tü s popas sstelernn vernn do algazdan ble daha verl oldu u ortaya ç kaktad r. Tab k bu de erlendreye var rken, kondenser taraf s cakl k de ern elde etek çn kullan lan d fl enerjlern de de erlendres yap lal d r. Kullan lan d fl enerj toprak, göl nehr gb do al kaynaklar oldu u sürece lave harcaa çok düflük olacakt r. Bu de er tutturak çn kullan lan enerj br do algaz kazan ndan destek se, kazan n harcad do algaz ktar n da hesaplaaya ekleek gerekldr. Do ru çözülecek br bnada, ssten kend çnde so uta yapan üntelernn oluflturdu u at k kondenser taraf s s ndan dolay çok az br s ta deste gerekece nden, kazan deste de nal olacakt r ve verllk stenlen düzeyde olacakt r. 5. Bnalarda Toprak Kaynakl Uygulaa Toprak, denz, göl ya da nehr suyu kullan halnde sstee en büyük etk kapaste ve enerj harcaas nda oluflur. Bu uygulaalarda elde edlen kondenser grfl s cakl klar düflük sevyel oldu undan ve d fl havadan çok az etklend nden, chaz verler oldukça yükselr. Ayn zaanda bu sayede chaz kapastes de artaca çn daha küçük odel chaz seçe kan olacakt r. Tü bu uygulaalarda öncelkle bna yük profl, pk yük ve ayl k yük baz nda ç kar lal ve at lak stenen enerjnn ktar, s ta ve so uta çn ayr olarak, net br fleklde belrleneldr. Bunu takben kullan lacak enerjnn y l boyunca vereblece s cakl k de er belrlenel ve ortalaa br kondenser grfl flart belrlenerek chaz seçler buna göre yap lal d r. Bnalarda toprak kaynakl sste dzayn vllalar çn yap lana göre çok farkl l k gösterr. Toprak kaynakl uygulaalarda, yap - lacak sondajlar n dernl, brbrnden uzakl, boru çap, dolgu alzees, su debs ve h z gb brçok krter dkkatle de erlendrleldr. Brçok sstede s ta so uta yükler brbrler le eflt de erde de ldr. Eflt olsa dah topra a at lan enerj, bnaya yap lan 00 br so uta çn yaklafl k 25,

3 Sstede aaç tü üntelern kar flan kondenser su s cakl klar n n, chazlar n akul br ver le çal flablecekler, bell br aral k çnde tutulas d r. Genelde uygulanan bu aral k 5 C le 35 C aral d r. Yan chazlar n kondenser su kar fl lar 5 C - 35 C aral nda kald sürece hçbr lave ekpan çal flayacak, 35 C s cakl na ulafl ld nda kule devreye grerek art fl engelleyecek, 5 C s cakl na düflüldü ünde se kazan devreye grerek 5 C alt na nlesn engelleyecektr. Bu tp yurtd fl ve yurtç tü uygulaalarda, yaz boyunca a rl kl kule çal flas olufltu u, k fl boyunca se genelde sabah erken saatler d fl nda kazan çal flas n n gözlened tespt edlektedr. Bunun neden de yukar da anlat ld gb odern bnalar n y yal t ve ç yüklerden dolay (nsan, ayd nlata, elektronk aletler, vb.) k fl n dah tü ç zonlarda so uta htyac duyas d r. \ G ÜUUÜÜ p ÜÜÜÜÜİH UÜÜÜÜİ dunun. Do al enerj kaynaklar ndan faydalana kan yarat laad taktrde, kule kazan le de sste çözüleblr. Bu uygulaa yukar da anlat lan ssteler kadar verl olaakla brlkte, klask sste ve 4 borulu sste uygulaalar ndan her zaan he ön alyet he de kullan alyet olarak daha ekonok olablektedr. G 6. Bnalarda Denz, Göl, Nehr, Yer Alt Suyu Kaynakl Uygulaa Bnalarda denz, nehr, göl ve yer alt suyu le yap lan uygulaalar, he büyük kapastelere kadar rahatl kla ç k lablen, he de ön alyet ktarlar çok daha az olan uygulaalard r. Genel olarak bu tp uygulaalarda p Ancak yukar da da bahsett z gb topla so uta yükü kw olan br tesste sste çözüü kw sondaj borulaas, kw kule le yap lablr (veya farkl br da l la yap lablr). oa Dünyada tek bölgede yap lan en büyük borulaa uygulaas sondaj olakla beraber, genelde yap lan uygulaa ltler 300 ~ 400 sondaj ertebelerndedr, bu da so uta kapastes olarak kw ertebelerne denk gelektedr. 7. Bnalarda Kule - Kazan le Uygulaa Bnalarda oluflan ayn anda s ta - so uta ste ne kurulu olarak en y cevap vereblen sstelerden br s popas üntelerdr. Tab k bu tp bnalarda taze hava le bedava so uta yap lables ükün oldu unca kullan lal d r. Ancak pratk olarak bunu yapablek çn gereken çok büyük kanal boyutlar ndan dolay, br çok bnada bu kan bell br noktan n üzerne ç kaaaktad r. Dolay s yla k fl n dah bell br ktar ekank so uta htyac oluflaktad r. }% UUÜÜUH ÜÜÜUÜ, UÜÜÜÜİ, UlTUUU. yap lan 00 br s ta çnse yaklafl k 75 brdr. Bu dengeszlk topra n her y l braz daha s nas na ya da so uas na sebep olacakt r (bna yük htyac hang tarafa fazla se ters). Bu nedenle bnalarda toprak kaynakl popa kullan nda 20 y ll k br toprak s cakl k de fl sülasyonu, blgsayar orta nda yap lal ve buna göre borulaa ktar optze edleldr. Bu optzasyonla, ön alyet de azaltak aac le, gerekl oldu u taktrde bna pk yükü, htyaca göre kule ya da kazan le desteklenecek fleklde dzayn edleblr. Al flverfl erkezler gb yüklern çok dengesz oldu u uygulaalarda, sste yükünün sadece yar s toprak kaynakl yap l p ger kalan yükün kule le karfl lanas çok daha ekonok olablr. Bu tp uygulaalar yurt d fl nda da en büyük uygulaa projelerne kan k lan sstelerdr. Blnen en büyük uygulaalardan br, topla 500,000 2 alana sahp, otel, fl erkez ve al flverfl erkeznden oluflan br koplekstr. Tessn yan ndan geçen nehr suyu le çal flt r lan bu bna gurubu topla 4,500 ton so uta kapastesne sahptr.,200 adet chaz kullan lan bu uygulaada, heen yan ndak ayn fraya at klask sstel (kazan ve santrfüj so uta grubu) uygulaaya göre y ll k 300,000.-$ enerj tasarrufu sa land tespt edlfltr (Galt House Coplex, Kentucky, USA). oooaj,. fekl 2. Bnalarda toprak kaynakl uygulaa. ara br plakal eflanjör kullan laktad r. Eflanjörün br taraf nda denz, göl, nehr ya da yer alt suyu dolaflakta, d er taraf nda se chaz kondenserler aras ndak sste suyu dolaflaktad r. Denz ve göl suyu uygulaalar nda, su efl noktas n n t kana yaratayacak fleklde yap las, yosun ve dye olufluu aç s ndan plaka eflanjörün tezleneblr olas, daha az enerj harcaas çn popalar n frekans kontrollü olarak dzayn edles, bu sste uygulaalar nda bafll ca dkkat edles gereken noktalardand r. Nehr ve yer alt sular le olan uygulaalarda, suyun al nd nokta ve kullan ld ktan sonra verld noktan n do ru kurgulanas gerekldr. fekl 3. Göl, nehr ve yer alt suyu kaynakl uygulaa. fekl 4. Bnalarda kule-kazan uygulaa.

4 WSHP - STMA 30 C 35 C 8. s Popas Sstenn Bnalarda Avantajlar. Düflük ön yat r alyet : - Yal t gerektreyen borulaa, - Sadece 2 boru le s ta/so uta konforu, - Bna otoasyon zorunlulu u olaas, - Çok az ekank oda gereksn, - Genfl kanal flaftlar htyac n n ortadan kalkas. 2. Yüksek enerj ver : - At k kondenser enerjlernn kullan le enerj ger kazan kan, - Çok y k s yük ver, - Bnada ayn anda kazan ve kule kullan olaas (4 borulu sstede zorunluluk), - Yüksek s ta/so uta COP de erler. KULE fekl 5. s popas sste chazlar çn örnek flekller. WSHP - SO UTMA 3. Ba s z zon kontrolü ve fatura ödees : - Her zondak ünteler le stenlen anda s ta ya da so uta yaparak deal orta kontrol kan, - Her zon (dükkan, kat, kral k alan, vb.) çn elektrk sayac le, yap lan s ta-so uta sonucunda çeklen enerjnn drek faturaland r lable kan. Bu sayede ortak s ta -so uta paylafl problelernn ortadan kalkas. 4. Bnada az yer gereksn : - Genelde asa tavan uygulaas le kazan daresne nu gereksn. 25 C 20 C fekl 6. Bnalarda toprak kaynakl uygulaa. 25 C KAZAN WSHP - STMA + SO UTMA 25 C 25 C So uta 30 C GD s ta GD rn 20 C So uta 30 C s ta G KAZAN 20 C 5 C ~ 35 C KULE fekl 7. Göl, nehr ve yeralt suyu kaynakl uygulaa. 5. Bast ve ekonok bak alyet : - Bast ünte dzayn ve kapal devre sste sayesnde nu bak htyac. 6. htyaca göre kolayl kla chaz eklee : - Ssten su da t borular na kolayl kla ek branflanlar le yen chaz ontaj yap lablr. Chaz aded çok artad sürece boru ya da popalarda de flklk gerekez. 7. Her kullan c n n harcaas n n ayr ölçülebles : - Kla chazlar n n en çok enerj kullanan parçalar kopresör ve fan üntelerdr. Bu duruda her üntenn ayr elektrk ba lant s oldu undan kolayl kla harcaa ölçüü yap lablr. Bu özellkle kral k flyerler ve al flverfl erkezlernde büyük br avantajd r. 8. Uzun chaz örü : - Bna çnde çal flalar nedenyle chaz öürler d er sstelere göre daha avantajl d r. 9. Çevre dostu : - Üntelern kapal devre ve drek expanson olas ndan dolay çok az Freon gaz çerrler. Yen Freon gazlar le çal fl rlar. 9. Türkye'dek Uygulaalar Bna baz nda yap lan lk uygulaa stanbul Mayadro Al flverfl erkez ve çok katl fl erkez olufltur. 2 ayr sste fleklnde kurgulanan bu uygulaada her br sstede yaklafl k 50 adet kadar chaz bulunaktad r. 998 y l nda devreye al nan sste halen çal flaya deva etektedr. Al flverfl erkeznde her dükkanda brden fazla chaz bulunakta ve her dükkan n ba s z elektrk sayac ve faturalaas evcuttur. fl erkeznde se her katta zonlara da l fl ünteler bulunakta, elektrk sayaçlar se kat baz nda kullan laktad r. Kule - kazan olarak kurgulanan bu sstede teknk ekp kazan n y lda brkaç gün d fl nda devreye gred n, yaz boyunca se kulenn çal flt n belrtektedr. Ford Otosan - Gölcük fabrkas ofs bnalar se yaklafl k 2002 y l ndan ber çal flakta olan, yaklafl k 400'den fazla chaz çeren br uygulaad r. Ofs bnalar n n a rl kl so uta steesnden dolay sste kuruluu yap l flt r. Ba s z zonlaa sayesnde ofslern

5 ttjl S 'TT âl v- yap l flt r. Yaz - K fl boyunca ortalaa 7 C su elde edlekte ve plaka eflanjörden geçrlerek chazlar n kondenser devres so utulakta veya s t laktad r. Yaz boyunca 2 C'y aflan kondenser grfl s cakl k de er tespt edled nden, chazlar Antalya'n n d fl hava koflullar n n 40 C'lere ç kt günlerde ble 4.5' e yak n br so uta COP de er le çal fl fllard r. Bunun sonucunda 24 C ç koflulda tutulan flletenn topla ayl k elektrk faturalar, yak nda bulunan benzer 2'ye sahp, hava so utal klask sstele kurgulan fl, 26 C tutulan br al flverfl erkezne oranla yar bedellerde ç k flt r. Türkye'de yap lan en büyük ve yen uygulaa stanbul Cevahrler Al flverfl Merkezdr. Avrupa'n n en büyük al flverfl erkez olan bu uygulaada, tü dükkanlar ve snealar n chazlar s popas olarak seçlfltr. Bnada kule kazan sste le çal flan topla 950 adet ünte bulunaktad r. Her dükkan kend elektrk faturas n ödeekte ve sted ktarda s ta ya da so utay her an yapablektedr. fekl 8. Göl, nehr ve yeralt suyu kaynakl uygulaa. L 0. Sonuç Aerka'da ortaya ç kan ve Avrupa'da da h zla gelflekte olan s Popas sstelernn bnalarda uygulaas, ülkezde de çefltl boyutta çal flan örneklere sahptr. Sste enerj verll, kaynak kullan na göre ön alyet ekonos, ba s z s ta-so uta kan ve sa lad konfor aç s ndan brçok avantaja sahptr. Her kla sstende oldu u gb do ru uygulanas halnde bnalara brçok avantaj getreblr. ısı r İT c T5İÿ' ' \VA-ÿS»» V 3*\. * ÿl l.u- farkl bölülernde farkl ç s cakl k koflullar da yaratak ükün olufltur. Sste kulekazan deste le çal flaktad r. Laura Al flverfl Merkez, Antalya'da 2005 y l nda devreye grfl ve br ta yaz sezonu çal fl flt r. Yaklafl k 70 adet chaz bulunaktad r. Ssten en büyük özell kondenser taraf n n taaen yer alt suyu le çal flas d r. Bnan n alt ndan geçen yer alt suyu yeterl debde ve dernlkte bulunufl, nflaat döne boyunca s cakl k ve deb olarak zlenfltr. Uygun de erlern sürekl olarak evcut oldu u görülerek sste kuruluu ~?<< fekl 9. Bnalarda kule kazan uygulaas. Çanakkale'de yap lan br otelde toprak kaynakl olarak uygulaa yap l flt r ve sste 2 y ld r çal flaktad r. Mevcut en büyük toprak kaynakl uygulaa olup, yaklafl k 8 k yatay borulaan n 3 dönü cvar nda br alana göüles le kurulufltur. Yaklafl k 250 kw kapasteye sahptr ve oteln tü s ta - so uta ve s cak su htyac n karfl laaktad r., îfef &a k--l'"-* v İSİ3S * 3 a 5f - H %Sw fekl 0. Yaz sezonu - tü chazlar n so uta yapt duru. İTİ rsÿl â İS- fekl. K fl sezonu - tü chazlar n s ta yapt duru. ra&t -r 4k. - K-Ste» Kİ.:rr zrzn*t Sfa» 3

6 ' S t ra ' <ÿ. n ~ * J n*r J H u T-t \] Msf t S &ÿ*& fekl 2. Geçfl döneler - baz chazlar n s ta baz chazlar n so uta yapt duru.. Kaynaklar []. Cla-aster USA teknk katalog. [2]. Coercal ground-source heat pup systes (ASHRAE). [3]. Operatng Experences wth Coercal Ground Source heat pup systes (ASHRAE). [4]. Closed-foop/Ground Source heat pup systes (NCREA). Yazar; Tunç Korun, 965 y l nda Ankara'da do ufl ve yüksek tahsln Aerka Brleflk Devletler'nde Gannon Ünverstes'nde Makne Mühendsl Bölüü'nde, aster progra n da stanbul Ünverstes nglzce fllete Bölüünde taala flt r. Evl ve br çocuk babas olan Tunç Korun For frketler Grubunda 6 y l boyunca çefltl görevlerde çal fl flt r. Halen Grup frketlernden For Endüstr Ürünler Tcaret A.f.'de Yönet Kurulu Üyes - Genel Müdür olarak görevne deva etektedr. Sektör derneklernden kllendre So uta Kla alatç lar Derne nde (SKD) br döne Yönet Kurulu Baflkanl yap fl, ayn dernekte Yönet Kurulu Üyel, Türk - Aerkan fl Adalar Derne (TABA), Türk Tessat Mühendsler Derne (TTMD), ASHRAE üyelerndendr.