Yer Kaynakl Is Pompas Sistemlerinde Maliyet Azalt c Tasar m Stratejileri ve Teknikleri SICAKLIK DALGALANMASI C I T m

Transkript

1 Yer Kaynakl s Pompas Ssemlernde Malye zal c Tasar m Sraejler ve Teknkler Eren Kalafa; Mak. Yük. Müh., TTMD Üyes Mükremn maca; Mak. Müh. ÖZET Bu çal flma, Dünya da kullan m gderek yayg nlaflan YKP (Yer Kaynakl s Pompas ) ssemlernn uygulanablrl n ve kullan lablrl n ar rmak amac yla, lk ya r m malyelernn azal lmas n sa layacak eknklern ncelenmesn çermekedr. Çal flmada, Türkye de de uygulanm fl olan baz gelflmfl eknklern asar m ve uygulama safhalar belrld. YKP ssemlernde büyük br malye unsuru olan Yer Kaynakl s De flrgeçlernn asarlanmas, boyuland r lmas ve monaj yla lgl gerçek hayaan deneymler akar ld. Sonuça YKP ssemlernn yayg nlaflablmes çn gerekl olan blg brkmnn ve deneymn önemne de nld. nahar Kelmeler : Yer Kaynakl s Pompas, Malye, Kullan m, Türkye. Cos Reducng Desgn Sraeges nd Technques For Ground Source Hea Pump Sysems BSTRCT Ths work conss echnques for reducng he nal coss of GSHP (Ground Source Hea Pump) sysems, whch have begun o used wdely n he world, n order o expand he feasbly and use of hose. n hs work, he desgn and applcaon seps of some sophscaed echnques are defned, whch have been also appled n Turkey. Real world experences of desgnng, szng and nsallaonof Ground Source Hea Exchangers have been demonsraed, whch represens a serous par of he coss of GSHP sysems. s a concluson he mporance of knowledge and experence needed for wdenng he use of GSHP sysems has been poned ou. Keywords: Ground Source Hea Pump, Cos, Use, Turkey. SLK fekl. Toprak s cakl klar. YÜZEY SCKLK DLGLNMS C 20 0 T m 0 20 NORML KURU BESLEME DÖNÜf DOLfM POMPS KULLNM SCK SU TNK W> DER NL K (cm) DÖNÜfTÜRME NS n KULLNM SCK SU ÇER M pompalar le s ma yapan ssemlern yayg nlaflmas n n önündek bafll ca engel se, s pompas çevrmlernde vermn k oram aras ndak s cakl k fark na ( T) ba l olmas ve s ma söz konusu oldu unda bu fark n, so umada oldu undan çok daha yüksek de erlere ulaflmas d r. YKP ssemlernn üsünlü ü bu nokada devreye grer. T pk d er s pompalar gb s n n afl nmas prensbyle çal flan YKP ssemlernde, s lmas veya so uulmas senen oram le s mada s n n çeklece ve so umada s n n a laca oram aras ndak s cakl k fark asgarye ndrlr. Bunu sa lamak çn se s n n çeklece veya a laca oram olarak amosfer de l opra n al veya göl, dere, kuyu br do al su kayna kullan l r. fekl de belrl dernlklerdek oprak s cakl klar n n de flm görülmekedr. Buna göre dernlk ar kça y l ve gün boyunca gerçekleflen s cakl k dalgalanmalar azal r ve belrl br dernl n al nda se s cakl k sab kabul edleblr. fekl 2 de sudanhavaya pe ve kullanma s cak suyu üreeçl br YKP (Yer Kaynakl s Pompas ) chaz n n çal flmas flemak olarak resmedlmflr. Toprak al na veya su kayna na döflenen, genelde polelen veya polbülen esasl borulardan dolafl r lan su, YKP çnden brncl (prmer) çevrm olarak geçrlr. kncl (sekonder) çevrm se s lmas veya so uulmas senen orama hzme veren radyaör, yerden s ma, fancol br ssemn suyu veya kanall klma chaz gb hava flarland rmal br ssemn havas olablr. Toprak al nda veya su kayna ndak s cakl k hçbr zaman amosferdek hava kadar s nmayacak (yaz n) veya so umayacak r (k fl n). Buna göre nspeen düflük kalan s cakl k fark na dayanarak YKP le s ma ve so uma yap lmas halnde harcanacak enerj, s mada fosl yak l ssemlerle mukayese edleblecek kadar düflük br sevyede kal rken, so umada da son derece büyük br enerj asarrufuna olanak vermekedr. YKP ssemler s ma ve so uman n yan s ra kullanma s cak suyu üremnde de kullan lablmekedr. s mada s cak su ürem kapasenn br k sm n kullanaca ndan chaz yüksek kapasede seçlmeldr. ncak so umada a k s n n s cak su ürecsnden geçrlmes sayesnde s cak su ürem J POMP KOMPRESÖR DÖNÜf HS BESLEME HS H ÇER M. Grfl : Yer Kaynakl s Pompas Çal flma Prensb Günümüzde s ma ssemler hala çok büyük oranda fosl yak ükemne ba l d r. s YER LT HTT GENLEfME ELEMN fekl 2. YKP (Yer kaynakl s pompas ) çal flma flemas. SO UTUCU KfKN ÇER M

2 r ) r (a) fekl 3. ç k su (a) ve kapal sual (b) çevrm yer kaynakl s de flrc seçenekler. s f r malyele gerçekleflrlmfl olmakad r. Üselk bu durumda a k s n n daha kolay çeklmes sayesnde so uma verm (COP) aracak r. 2. Malye zal c YKP Ssem Seçm Krerler 2.. s ma ve So uma Yük Hesaplar ve YKP Kapase Seçm Br bnay flarland rmak ( s mak veya so umak) çn YKP (Yer Kaynakl s Pompas ) ssem projelendrlecek se öncelkle bnan n s ma ve so uma yönem belrlenmel ve bna ç da m ssem (radyaör, döflemeden s ma, fancol vb.) asarlanmal d r. Daha sonra araz olanaklar ve kaynak flarlar na göre chaz p ve kapases belrleneblr. YKP ssemler çn chaz kapases belrlenrken özellkle üzernde durulmas gereken husus, s ma ve so uma yüklernn hesaplanmas d r. Projelendrlecek bnan n bulundu u bölgenn d fl hava flarlar na göre en v> m. m s l ). ı«r;h ı r» r «.. H f ; v. r ÿfâpr. ; J. j P2,WPJg, ı v. cn m.»a 4 >S» $.ÿ $ 4, (a) a r koflullarda (pk yüklerde) bna çnde senen konfor flarlar n n ek bafl na br YKP le sa lanmaya çal fl lmas durumunda, çok büyük kapasel br YKP chaz seçlmel ve buna göre br yer kaynakl s de flrgec asarlanmal d r. Bu durumda malyeler de çok aracak r. Oysa YKP chaz kapases belrlerken, senede sadece brkaç gün karfl lafl lan en düflük d fl hava s cakl de er yerne meeorolojk verlere göre belrlenen br oralama en düflük d fl hava s cakl kullan larak lk ya r m malye kayda de er br fleklde düflürüleblr. ncak bu durumda en düflük d fl hava flarlar nda (pk yüklerde) bna konfor de erlerne ulaflmak çn yard mc br ssem düflünülmeldr (elekrkl s c, komb vb). Eke bu konu le lgl br örnek hesap ve sanbul çn y llar oralama d fl hava s cakl klar verlmflr Bna ç Da m Ssem Seçm YKP ssemleryle so uma k fleklde yap lablr: Sudanhavaya br YKP le do rudan üfleme havas n n so uulmas veya sudansuya br YKP le fancol, klma sanral > İ, Tı... (b) vb chazlar çn so uk su ürelmes fleklnde. Her k durumda da klask ssemlerdek üfleme havas s cakl klar ve so uulmufl su rejmler elde edleblr. YKP ssemleryle s ma yne k fleklde yap lablr: Sudanhavaya br YKP le do rudan üfleme havas n n s lmas veya sudansuya br YKP le döflemeden s ma, fancol, klma sanral vb. chazlar çn s cak su ürelmes. S cak hava söz konusu oldu unda klask ssemlerdek üfleme s cakl klar elde edleblmekle beraber, su söz konusu se ancak döflemeden s ma, fancol veya klma sanral gb cebr ssemler çn yeerl olablecek s cakl klara (azam 55 C) ulafl lablr. Buna göre genellkle 9070 C s cak su rejmne uygun seçlen radyaör ssemler YKP le uygun olmamakad r. Sonuç olarak, bna ç da m ssemlernn YKP s cakl k rejmlerne uygun seçlmes durumunda YKP chaz kapases gere nden büyük seçlmeyecek ve ssem kurulum malyeler azal lablecekr. 5; > fekl 4. Bodrum da br denz al kapal ssem br yersu kaynakl s de flrgec: (a) Yerleflrlmeye haz r, (b) skele al na yerleflrlrken. ff (b) f 3 ı ; c «;» İf, o T» ı M

3 b 4 r.r l s 3 W jfl < 589. M (a) fekl 5. Yaay (a) ve düfley (b) çevrm yer kaynakl s de flrc seçenekler. 3. Malye zal c YKP Ssem Teknkler YKP ssemlernn kurulum malyelern ekleyen en öneml eken Yer Kaynakl s De flrgec dr. Bu nokada en öneml olan husus, projelendrlen bnan n bulundu u araznn durumu ve do al flarlar d r. Yer Kaynakl s De flrgec ssem seçenekler aras nda en düflük malyel olan, aç k ssem su çevrmdr (fekl 3a). faye arazde veya kullan lablr yak n çevrede yeerl debde ve uygun s cakl ka su kayna (göl, dere, kuyu vb.) var se s pompas n n kaynak araf ndan bu su geçrlr. Kaz ve borulama malyelern çok azalan bu ssemn zorlu u, kullan lacak suyun çok mnerall olmas durumunda, s de flrgecne bak m yap lmas n ve haa baz durumlarda ara s de flrgec kullan m n gerekrmesdr. knc en ekonomk Yer Kaynakl s De flrgec ssem seçene, kapal ssem sual borulamad r (fekl 3b). faye arazde veya kullan lablr yak n çevrede yeerl dernlke ve büyüklüke br do al su kayna (denz, göl, nehr vb.) var se s pompas n n kaynak araf su al na döflenen br kapal çevrm boru ha na ba lan r. Yne kaz ve borulama malyelern çok azalan bu ssemn zorlu u, özellkle dalgal denzlerde su al ndak s de flrgecnn sab olarak yernde uulmas çn özel önlemler gerekrmesdr. b 4 f ÿys r f~k!s k ss: ssem seçene nn s kça erch edlmes gerekmekedr. Toprak al borulama yönemler, Yer Kaynakl s De flrgec seçenekler aras nda en pahal olanlard r. Yeerl mkarda araz olmas ve arazye kaz maknesnn greblme mkan olmas durumunda yaay serme yönem (fekl 5a) nspeen düflük malyenden öürü erch edleblr. raznn küçük olmas durumunda se ek seçenek, arazye sondaj maknesnn greblmes flar yla uygulanablen düfley borulama yönemdr (fekl 5b). (b) > gas.. İ ÿ l Toprak al borulama yönemlerne br alernaf olarak, plask borular n baarya fleklne gerlerek yaay veya düfley vazyee gömüldü ü helezon (slnky) yönem uygulanablr (fekl 6). Bu yönemde oplam boru meraj braz armakla brlke, araz hyac n n cdd oranda azalmas ve buna ba l olarak kaz mkar n n da azalmas sayesnde YKP ssemnn lk ya r m malye büyük oranda azalablmekedr. Helezon p Yer Kaynakl s De flrgeçler, yaay serme çn yeerl alan olmayan arazlerde, sondaja k yasla çok daha ekonomk br ssemdr. Elbee bu ssemn de uygulanablmes çn arazye kaz maknesnn greblmes ve kaz esnas nda ç kar lan opra n, borular döflendken sonra ger doldurma yap lana kadar bekleleblece br yer bulunmas gerekr. ks akrde ç kar lan opra n nakledlmes ve daha sonra yenden oprak gerlmes, ssemn malye avanaj n oradan kald rablr. fla dak flekllerde yaay ve düfley helezon p Yer Kaynakl s De flrgec kurulum foo raflar (fekl 79) ve Türkye de uygulanm fl helezon ssem örnek foo raflar (fekl 0) görülmekedr. Baz zorluklara ra men son derece ekonomk olarak kurulablecek sual s de flrgeçl ssemler çn Türkye den br örnek olarak, Bodrum da kurulmufl br ssemle lgl foo raflarda görülmekedr (fekl 4). Üç yan denzlerle çevrl ülkemzde YKP ssemlernn yayg nlaflablmes çn sual kapal fekl 6. Helezon p yer kaynakl s de flrgec.

4 (a) Kaz yap lmas & {ÿ r. 7 _ es v ~ > % r «..y fekl 7. Yaay helezon p yer kaynakl s de flrgec kurulumu.. «pj > "ÿ> İL < ü v e» r rş»fc (b) Helezonun çukura yerleflrlmes. 4. Sonuç YKP (Yer Kaynakl s Pompas ) ssemler, enerj vermll nn ve çevre koruma gereksnmlernn gderek daha haya konular halne geld günümüzde, alernaf br s maso uma eknolojs olarak karfl m zda durmakad r. Klask s pompas çevrmyle ayn prensbe dayal olmas baryle blmsel aç dan br yenlk gb görünmemekle brlke, uygulama aç s ndan amamen yenlkç (novaf) olan YKP ssemler, klask ssemlere oranla yüksek kalan kurulum malyelernn azal lablmes durumunda, ulusal ve küresel alanlarda büyük enerj vermll ve çevre emzl sa layacak br alernafr.. w u., YKP ssemlernn kurulum malyelernn düflük uulablmes, her fleyden önce do ru asar m sraejlernn uygulanmas n gerekrr. Bunlar n bafl nda se chaz kapasesnn do ru seçlmes gelmekedr. Sadece pk yükler çn chaz n afl r büyük seçlmes, lk ya r m malyen de cdd oranda ar rmakad r. Oysa pk yükler çn akvye br ssem (elekrk rezsans, komb vb.) kullan larak chaz oralama d fl hava flarlar na göre seçlr se kurulum malye çok daha düflük uulablecekr. knc öneml asar m karar, bna ç da m ssemdr. Nspeen düflük s cak su rejmne olanak vermes sebebyle YKP ssemler, ülkemzde en çok erch edlen radyaör le s maya elverfll olmamakad r. Bunun yerne döflemeden s ma veya fancol erch edlmes durumunda YKP ssemler çok daha verml ve ekonomk olablecekr. En öneml asar m kararlar ndan br se YKP ssemnn sadece s ma de l so uma da senen projeler çn erch edlmesdr. Do as gere hem s ma hem de so uma yapablen y MP v.«.» v» «% fekl 8. Tamamlanm fl br yaay helezon p yer kaynakl s de flrgec. > # «.. «W r 4 «_. w «ÿ J»S,? «#S_ ;< T. : ;O 4 s # fekl 9. Düfley helezon p yer kaynakl s de flrgec kaz alan. ıl. yrÿa ü. zm r

5 (a) Helezonlar gömülmeye haz r, (b) Helezonun çukura yerleflrlmes. fekl 0. sanbul da br yaay helezon p yer kaynakl s de flrgec kurulumu. fekl. sanbul da 997 ve 2000 y llar nda günlük d fl hava s cakl klar. ll u J» m» v!> L v Q ; $ÿ j&r. a X ÿt.x 3y: ÿ r mm " r m X # # f Sn,4rÿ..: f?. ÿÿ 7 jl v F :x Mj,.r; T?,,ÿ2.,r JJ 35,0 30,0 20,0 P 5,0 y <J 0,0 5,0 : M» KK û, % S,; Fk >r. r. :.< j 997 Y l 2000 Y l S &c. ",.? r Kff N Jr. vo.? C" 0,0 rm TTTTTTl 3 25 p ,0 35,0 30,0 20,0 o 2 5,0 < o <75 3,2 0,0 5,0 0,0 5, br chaz n bu hyaçlardan sadece br çn kullan lmas, kaç n lmaz olarak lk ya r m malyenn de klask ssemlere oranla yüksek kalmas na sebep olmakad r. Oysa hem s ma hem de so uma send akrde s ma ve so uma çn k ayr ssem yerne, her k hyac da karfl layacak br YKP kurulmas çok daha avanajl olur. YKP ssemlernn kurulum malyelernn azal lmas çn, mevcu araz olanaklar çerçevesnde Yer Kaynakl s De flrgec ssem seçeneklernn en uygun olan n n de erlendrlmes çok önemldr. faye araznn yak n nda br do al su kayna varsa kesnlkle bundan faydalan lmaya çal fl lmal d r. Su kayna olmayan durumlarda se öncelkle oprak al yaay serme (yeerl araz mevcusa) ve son olarak yne oprak al düfley borulama (sondaj yap lablmes halnde) erch edlmeldr. lernaf br oprak al borulama seçene olan helezon (slnky) ssem, nspeen az araz gerekrmes ve kaz mkar n büyük oranda azalmas baryle, YKP ssem lk ya r m malyen cdd oranda azalan br yönemdr. Bu ssemde boru mkar braz armakla brlke, ssem oplam malye kayda de er bçmde azalmakad r. ncak helezon ssem asar m, sandar YKP ssem hesaplamas ndan farkl l klar göseren ve özel uzmanl k ve deneym gerekren br konudur. sla unuulmamal d r k do ru asarlanmam fl veveya uygulanmam fl br YKP ssemnde, yer kaynakl s de flrgec br kez gömüldüken sonra revzyon yap lmas mümkün de ldr. Böyle br durumda sseme yap lan ya r m n çok büyük br k sm zay olablmekedr. Enerj verml ve emz br alernaf s ma so uma yönem olarak YKP ssemlernn kullan m n yayg nlafl r lmas, ancak klask ssemlere oranla malyelern azal lablmes durumunda mümkün olacak r. Bu çal flma, YKP ssem malyelernn azal lmas na yönelk önerler germek ve yaflanm fl deneymler akarmak amac yla kaleme al nm fl r.

6 9 EK : Yaklafl k s Kayb Hesab Q=(K.( ) + 0,25.. (T Ç T Df ) Bna Ne Kullan m lan : 240,0 m 2 Ne D fl Yüzey : 49,0 m 2 Ne Hacm : 77.0 m 3 T Df : 3,0 C K ORT. :,6 wm 2 K : 9.542,0 W Q STM ,0 54 E 5.0 s() 0,0 5.0 f fekl 2. sanbul da 998 ve 999 y llar nda günlük d fl hava s cakl klar. (W) T Df : 3,2 C Q STM : 4.274, W 2000 y l T Df : 4,0 C Q STM : 3.594,4 W 999 y l T Df : 4,0 C Q STM : 3.594,4 W 998 y l T Df : 3,0 C Q STM : 4.444, W 997 y l T Df (or) : 3,6 C Q STM : 3.976,7 W y l oralama 999 Y l u, ,0 998 Y l 0, Kaynaklar []. LBERTSON, P., ClosedLoop Geohermal Hea Pump Sysems, Desgn and nsallaon Sandards 997, Oklahoma, 997. [2]. KLFT, E., Yer Kaynakl s Pompas, TMMOB Makna Mühendsler Odas. Çevre ve Enerj Kongres, sanbul, 200. [3]. KLFT, E., Yer Kaynakl s Pompas Türkye çn Ne Kadar Uygun?, UTES Ulusal Temz Enerj Sempozyumu, sanbul, [4]. RFFERTY, K., n nformaon Survval K for he Prospecve Geohermal Hea Pump Owner Oregon nsue of Technology, 996. [5]. Closed Loop Geohermal Sysems Slnky nsallaon Gude Oklahoma, 994. [6]. Geohermal Hea Pump Tranng Suppor for rchecs and Engneers Geohermal Hea Pump Consorum, nc., 996. [7]. NREC Research Projec 86, Closed LoopGroundSource Hea Pump Sysems, nsallaon Gude Oklahoma, 988. [8]. Rural Elecrc Research Projec 86, Geohermal Hea Pumps, nroducory Gude Oklahoma, 997. Yazarlar; Eren Kalafa, 974 sanbul do umludur. Ora ve lse ö renmn sanbul Erkek Lses nde, lsans e mn 997 y l nda YTÜ Makna Mühendsl Bölümü nde, flleme yüksek lsans (MB) e mn Yedepe Ünverses nde amamlad. Yap malzemeler üzerne faalye göseren Ulus Yap flrken kurdu. Ersa Mühendslk ve Sönmez Meal frmalar nda mekank essa projelendrme, aahhü ve yen ürün gelflrme konular nda çal fl. Oklahoma Eyale Ünverses bünyesndek Uluslararas Yer Kaynakl s Pompas Brl (GSHP), merkan Tessa Mühendsler Brl (SHRE) ve çefll özel frmalar araf ndan verlen e m ve serfka programlar n amamlad. Halen SMS.f. de flrke ora olarak Genel Müdürlük görevn sürdürmekedr. Mükremn maca, 975 sanbul do umludur. Ora ve lse ö renmn Eler Lses nde ve lsans e mn 999 y l nda YTÜ Makna Mühendsl Bölümü nde amamlad. EMO Tessa frmas nda mekank essa malzemeler ve oomasyon projelendrme ve pazarlama konular nda çal fl. Oklahoma Eyale Ünverses bünyesndek Uluslararas Yer Kaynakl s Pompas Brl (GSHP) ve çefll özel frmalar araf ndan verlen e m ve serfka programlar n amamlad. Halen SMS.f. de fef Mühends görevn sürdürmekedr.