ISI POMPALARI Hazırlayan ve Sunan : Özlem KARA
İçerik Isı Pompası Çalışma Prensibi Isı Pompası Elemanları Kompresör Konderser Evaporatör Kısılma Vanası Isı Pompası Türleri Hava Kaynaklı Isı Pompası Su Kaynaklı Isı Pompası Toprak Kaynaklı Isı Pompası Hesaplamalarda Kullanılacak Bağıntılar Örnek Soru Maliyet Analizi
Isı Pompası Çalışma Prensibi
Isı Pompası Elemanları
Kompresör Kompresörler alçak basınçta ve buhar halinde kompresörlerden çıkan havayı yoğuşma sıcaklığına daha kolay gelebilmesi için sıkıştıran elemanlardır. Pistonlu kompresörler Rotatif (dönel) kompresörler Turbo (santrifüj) kompresörler Vidalı kompresörler
Pistonlu Kompresör Pistonlu kompresör sisteminde kompresör içerisinde bulunan piston yardımıyla sıkıştırma işlemi yapılır. Bu işlemi yapabilmesi için kompresör gücünü elektrik motoru yardımıyla almaktadır.
Rotatif (Dönel) Kompresör Rotatif kompresörler pistonlu kompresörlerden farklı olarak ileri-geri hareketine karşılık dönel hareket yaparlar buda pistonlu kompresörlere göre daha fazla devirde dönmelerini sağlamaktadır. Daha sessiz ve hafif olmalarına rağmen, imal edilmeleri bir o kadar zordur.
Turbo (Santrifüj) Kompresörler Bu kompresör tipi diğer pistonlu, dönel kompresörlerin pozitif sıkıştırma hareketleri yerine santrifüjlü sıkıştırma hareketi yapmaktadır. Turbo kompresörlerde emme tarafı ile basma tarafı arasındaki basınç farkını sağlamak için önce emilen soğutucu akışkan buharına bir hız (kinetik enerji) verilir ve sonra bu hız basınca (potansiyel enerji) dönüştürülür. Bu dönüştürme işlemi sırasında kayıplar olur ve basma tarafı basıncı yükseldikçe bunlar daha da artar. Bu nedenle, turbo kompresörlerde basma basıncının (yoğuşma basıncının) mümkün olduğu kadar emişten az bir farkla oluşması istenir
Vidalı Kompresörler Yüksek yoğuşma basınçlı soğutucu akışkanlara uygulanabilirler. Düzgün (kesintisiz) soğutucu akışkan gaz akışı sağlamaları, diğer tip kompresörlerden daha hafif ve küçük boyutta olmaları dişli kompresörlerin avantajlarını oluşturur.
Evaporatörler (Buharlaştırıcılar) Buharlaştırıcılar soğutulması istenilen ortamdan ısı çekerek ortamın istenilen şartlara ulaşmasını sağlayan elemanlardır. Bu işlem yapılırken ortamdan ısı çeken akışkan burada buharlaşmaya başlar. Soğutucu akışkanın cinsine göre muhtelif malzemelerden yapılır. Genellikle bakır ve çelik borular kullanılır.
Kondenserler (Yoğuşturucular) Yoğuşturucular, kompresörden kızgın halde iken üzerine basınç uygulandıktan sonra çıkan akışkan buharının yoğunlaştırıldığı yerdir. Burada soğutma işlemini hava ve su yaptığı için yoğunlaştırıcıları hava soğutmalı ve su soğutmalı gruplar olarak ikiye ayırabiliriz.
Kondenserler (Yoğuşturucular) Hava soğutmalı sistemlerde yoğuşturucu kanatlı boru sistemine göre yapılır, dışarıda havayla temas eden borular içerisinde soğutucu akışkan bulunmaktadır ve ısı taşınımı bu sistem aracılığı ile yapılır. Hava taşınım katsayısının küçük olması bu sistemin genellikle daha küçük alanlarda ve küçük soğutma yüklerinde kullanılır.
Kondenserler (Yoğuşturucular) Su soğutmalı sistemlerde ise kullanılabilir su varsa ve elektrik enerjisinden tasarruf yapmak isteniyorsa su soğutmalı sistem en kullanışlı hale geçer. Bütün bu soğutma sistemindeki suyun dışarıya nakil edilmesi büyük masraf ve atık sistem yapılmasında sorunlar çıkarabilir. Bu yüzden su kuleleri kurularak suyun devridaim işlemi yapılması ve suyun tekrar kullanılmasına başvurulmuştur
Kısılma Vanası Kısılma vanasının görevi, soğutucu akışkanın basıncını arzu edilen basınç değerine düşüren elemandır. Basınç ayarlayıcı olarak kapiler borular kullanılır ve akışkan miktarını ayarlamak da mümkündür.
Soğutucu Akışkan Soğutucu akışkanlar, soğutma, iklimlendirme ve ısı pompaları sistemlerinin en önemli temel akışkanlarıdırlar. Genellikle bu akışkanlar, buharlaşma ve yoğuşma faz değişimi işlemleri yardımıyla, bir ortamdan (soğutma yapılan bir odadan) çektikleri ısıyı, diğer bir ortama (dış çevreye) atarlar.
Soğutucu Akışkan Genel olarak bir soğutucu akışkanda aranması gereken özellikler şunlardır: Az bir enerji (güç) sarfı ile daha çok soğutma elde edilebilmelidir. Soğutucu akışkanın buharlaşma ısısı yüksek olmalıdır. Viskotesi düşük ve yüzey gerilimi (kılcallığı) az olmalıdır. Çalışma şartlarındaki basınç ve sıcaklıkların en uç sınırlarında dahi ayrışıp çözülmemeli, bütün özelliklerini muhafaza etmelidir. Temini kolay ve fiyatı düşük olmalıdır. Kritik noktası ve kaynama sıcaklığı, kullanılacağı soğutma sistemine uygun olmalı, ısıl iletkenliği yüksek, molar ısınma ısısı ise düşük olmalıdır.
Isı Pompası Türleri Hava sıcaklığı - 20 C den + 45 C kadar değişir Su sıcaklığı + 8 C den + 30 C kadar değişir Toprak sıcaklığı + 10 C dan +20 C kadar değişir.
Hava Kaynaklı Isı Pompaları HKIP ısı kaynağı olarak dış hava kullanılmaktadır. Ancak dış hava koşullarının, yıl içinde mevsimler, aylar, hatta saatler boyunca değişmesi nedeniyle COP değeri oldukça değişkendir, kararlı değildir
Hava Kaynaklı Isı Pompaları Hava sıcaklığının soğuk iklimlerde mevsimler arasında büyük değişim göstermesi nedeniyle, HKIP karasal iklimlerde sınırlı bir kullanıma sahiptir. Çünkü iç ve dış sıcaklıklar arasındaki fark arttıkça ısı pompasının COP değeri azalır. Dış hava sıcaklığının kıs aylarında 0 C veya daha düşük olduğu bölgelerde HKIP çoğunlukla ek ısıtıcıyla birlikte kullanılmaktadırlar. Ayrıca hava sıcaklığının 0 C veya daha düşük olduğu bölgelerde ısı pompasının buharlaştırıcısında donma probleminin ortaya çıkması ve oluşan buzun çözülmesi için defrost yapılmasının zorunlu olması enerji tüketimini artırmakta ve ısı pompasının ısıtma COP değeri azaltmaktadır. Genellikle 6-125 kw arası ve COP değeri 3,5-4,5 arasında müstakil evler ve apartman dairelerinde ısınma, sıcak su ve serinletme ihtiyacını karşılar.
Su Kaynaklı Isı Pompaları Toprağın ulaşılabilir derinliğinde sürekli akısı 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 min. 5 metre uzaktaki bir geri basma kuyusu ile tekrar toprağa gönderilir. Kuyulardan, göllerden, nehirlerden, şehir şebekesinden ve üretim islerinden elde edilen su, ısı kaynağı olarak kullanılabilir.
Su Kaynaklı Isı Pompaları Müstakil evler ve apartmanlar için, sanayi uygulamalarında, küçük arazilerde ısınma ve sıcak su ihtiyacını karsılar. 180 kw ye varan enerji tedariği ve yer altı suyunun uygun derinlikte bulunması halinde uygun kullanımı mevcuttur. 10 m ve daha fazla derinliklerde yer altı suyunun sıcaklığı yıl boyunca çok az değişir. Sıcaklığı ortalama olarak 10ºC dir. Kuyuların yerleştirildiği sahaya ve suyun çıkarıldığı yer altı suyu stok durumuna göre, yer altı suyu sıcaklığı kış ortasında 8-12ºC ve yaz ortasında 10-14ºC arasında değişir. Su kaynağı olarak göller, nehirler gibi yerüstü sularından yararlanıldığında ise, sıcaklık kuyu sularına göre daha fazla değişmekle beraber, hava kadar değişmemektedir. Ülkemizde yerüstü sularının genellikle 0ºC nin altına düşmemesi de ayrıca bir avantajdır.
Toprak Kaynaklı Isı Pompaları Toprak ısıtma sezonunda dış havadan daha yüksek sıcaklıkta, soğutma sezonunda ise havadan daha düşük sıcaklıkta kalarak, tüm yıl boyunca yaklaşık olarak sabit sıcaklıkta kalır ve dolayısıyla daha kararlı bir enerji kaynağıdır. Toprağın diğer bir ısıl özelliği ise yüzey toprağının birkaç metrelik kısmı, havadaki ısıya kıyasla toprak sıcaklığındaki sapmayı en aza indirerek toprağı ve daha alt tabakalarındaki yeraltı suyunu yalıtır. Bu ısıl dalgalanmalar, ısıtma ya da soğutma yükünü mevsimsel ihtiyaca göre değiştirmeye yardımcı olur. Toprak kıs mevsiminde atmosferden daha sıcak, kıs mevsiminde ise atmosferden daha soğuk olmaktadır.
Yatay Tip Toprak Kaynaklı Isı Pompaları YTKIP en verimli olduğu derinlik 1,2 1,5 m dir. 1,5-2 m aralığı ise ölü bölge olup ısı akısı sıfır olmaktadır. YTKIP nın döşendiği alanın üstüne beton atılmamalıdır ve yağmurun toprakla teması engellenmemelidir.
Yatay Tip Toprak Kaynaklı Isı Pompaları Müstakil evler için ısınma ve sıcak su ihtiyacınızı karsılar ve yeterli ve uygun arazi alanının mevcut olması durumunda en yüksek verimli sistemdir(en düşük işletim masrafları).35 kw ye kadar ısı ihtiyacını karsılar. Borular, yatay olarak geniş bir araziye serildiği için ısı transfer alanları daha fazladır. Bu sebeple çekilecek olan enerji de sondaj tipli uygulamalardan çekilen enerjiden daha fazladır. Kullanılan boru uzunlukları açısından ise serme (yatay) uygulamalarında sondaj uygulamalarına göre hemen hemen 2 kat daha fazla boru kullanılır.
Dikey Tip Toprak Kaynaklı Isı Pompaları Mağmadan gelen ısıyı kullanarak ortamın ısıtılması sağlarlar. Genellikle ısıyı çekme derinliği 30-150 m arasındadır. Dikey sondaj uygulamalarında, sondaj makineleri ile açılan kuyulara borular dikey olarak sarkıtılır. Kuyu çapları 10-20 cm arasındadır. Müstakil evler ve sanayi uygulamaları ısınma ve sıcak su ihtiyacını karsılar. 180 kw ye kadar enerji ihtiyacını karsılar ve yüksek enerji ihtiyacı için uygundur.
Dikey Tip Toprak Kaynaklı Isı Pompaları 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 DTKIP avantajlarıdır. Delme makineleri ve ekipmanları gerektirmesi, delme işleminin hendek açma işleminden pahalı olması DTKIP dezavantajlarındandır.
Hesaplamalar
Örnek Soru
Maliyet Analizleri Isıtma mevsimi için ısı pompası maliyet analizi; Bina ısıtma yükü : 323 kw COPı : 3,2 Yıllık ısıtma süresi : 700 saat Yıllık ısıtma enerjisi : 323 x 700 = 226.100 kw Isıtma enerjisi : Elektrik Birim fiyat : 0,314 TL / kwh Gerçek fiyat : 0,314 / 3,2 = 0,098125 TL/kWh Isıtma için yıllık enerji maliyeti : 226100 x 0,098125 = 22.186,1 TL
Maliyet Analizleri Isıtma mevsimi için kalorifer sistemi ve merkezi ısıtma sistemi maliyet analizi: Bina ısıtma yükü : 323 kw Yıllık ısıtma süresi : 700h Yıllık ısıtma enerjisi : 323 x 700 = 226.100 kwh = 226.100 x 860 =194.446.000 kcal/h Yıllık fuel-oil miktarı : 194.446.000/ 9600 x 0,85 = 23.829 kg/h Isıl değer : 9600 kcal / kg Birim fiyat : 2,954 TL/kg Isıtma için yıllık enerji maliyeti : 2,954 x 23.829 = 70,391 TL
Maliyet Analizleri Isı Pompası İlk Yatırım Maliyeti Isı pompası : 6 adet x 18.000 TL : 108.000TL Toprak kazı maliyeti : 1.000 TL Boru fiyatı : 6.000 TL Kolektör ve pompalar : 4.000 TL İç tesisat borulama : 8.000 TL Fan-coil birim fiyatları: 1-2kW : 250 TL x 4 (adet) : 1000 TL 2-3 kw : 300 TL x 15 : 4.500 TL 3-4kW : 350 TL x 9 : 3.150 TL 4-5 kw : 420 TL x 2 : 840 TL 5-6 kw : 500 TL x 9 : 4.500 TL 6-7 kw : 550 TL x 4 : 2.200 TL 7-8 kw : 600 TL x 12 : 7.200 TL Toplam Fan-coil : 23.390 TL Genel Toplam : 150.390,00 TL
Maliyet Analizleri Kazan İçin İlk Yatırım Maliyeti: Kazan fiyatı : 12.000 TL (300.000 kcal) Brülör : 3.000 TL (30kg/ h) Yakıt deposu : 15.000 TL (ön ısıtıcı, filtre) (10 ton) Bina için borulama : 10.000 TL Petek dilim fiyatı : 30 TL x 1912 adet = 57.360 TL Kolektör grubu : 10.000 TL Genleşme deposu : 1.500 TL Genel Toplam : 108.860 TL
Maliyet Analizleri Toprak kaynaklı ısı pompası Kalorifer yakıtı ve merkezi klima sistemi Binanın ısıtma yükü 323 kw 323 kw Yıllık ısıtma süresi 700 h 700 h Yıllık ısıtma enerjisi 226.100 kw 226.100 kwh Isıtma yakıtı Elektrik Fuel-oil Isıl değer - 9600 kcal/kg COP - (verim) 3,2 (COP) 0,85 (verim) İlk Yatırım Maliyetleri 150.390,00 TL (A) 108.860,00 TL (B) Isıtma için enerji maliyeti 22.186,10 TL (C) 70.391,00 TL (D) Amortisman süresi= (A-B) / (D-C) = (150.390,00 108.860,00) / (70.391,00 22.186,10) = 0,9 Sistemin kendini amorti etme süresi 1 yıl kabul edilebilir.
Teşekkürler