GÜNEŞ KAYNAKLI ISI POMPALAMI

Benzer belgeler
GÜNEŞ KAYNAKLI ISI POMPALARI

HAVA SOĞUTMALI BİR SOĞUTMA GURUBUNDA SOĞUTMA KAPASİTESİ VE ETKİNLİĞİNİN DIŞ SICAKLIKLARLA DEĞİŞİMİ

ISI POMPASI DENEY FÖYÜ

Evaporatörü Direkt Güneş Destekli Isı Pompasının Tasarımı, İmalatı ve Performans Deneyleri

Güneş Enerjili Su Isıtma Sisteminin Deneysel İncelenmesi

ROLLBOND BUHARLAŞTIRICILI DOĞRUDAN GENLEŞMELİ BİR ISI POMPASI SU ISITICISININ PERFORMANSININ DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

Abs tract: Key Words: Ahmet Tevfik YAŞAR Bülent ORHAN Prof. Dr. Ali GÜNGÖR

ÇİFT FAZLI GÜNEŞ ENERJİSİ KAYNAKLI ISI POMPASI SİSTEMİNİN TEORİK ve DENEYSEL İNCELENMESİ

Su Kaynaklı Isı Pompası Sisteminin Deneysel İncelenmesi

SOĞUTMA ÇEVRİMLERİ 1

AİLE TİPİ BİR GÜNEŞ ENERJİSİ DESTEKLİ ISI POMPALI SU ISITICISI SİSTEMİNİN TASARIMI

ISI POMPASI DENEY FÖYÜ

KMB405 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı II. Isı Pompası Deneyi. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1

İKLİMLENDİRME NEDİR?

Buhar çevrimlerinde akışkan olarak ucuzluğu, her yerde kolaylıkla bulunabilmesi ve buharlaşma entalpisinin yüksek olması nedeniyle su alınmaktadır.

ÖZGEÇMİŞ. Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü Osmaniye/Türkiye Telefon : /3688 Faks :

OTOMOTİV TEKNOLOJİLERİ

TOPRAK KAYNAKLI ISI POMPALARI. Prof. Dr. İlhami Horuz Gazi Üniversitesi TEMİZ ENERJİ ARAŞTIRMA VE UYGULAMA MERKEZİ (TEMENAR)

PLAKALI ISI EŞANJÖRÜ SEÇĐMĐ: [1)YÜZME HAVUZLARININ ISITILMASINDA ÇAĞDAŞ ÇÖZÜM. Semih Ferit Emekli

T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Şekil-1 Yeryüzünde bir düzleme gelen güneş ışınım çeşitleri

Teknoloji Fakültesi, Karabük Üniversitesi, TR-78050, Karabük, Türkiye Muş Sultan Alparslan Teknik ve Endüstri Meslek Lisesi, Muş, Türkiye.

GÜNEŞ ENERJİLİ SICAK SU SİSTEMLERİ

SOĞUTMA SİSTEMLERİ VE ÇALIŞMA İLKELERİ (Devamı)

T.C. DÜZCE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MM G Ü Z D Ö N E M İ

SORULAR VE ÇÖZÜMLER. Adı- Soyadı : Fakülte No :

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY - 5 PSİKROMETRİK İŞLEMLERDE ENERJİ VE KÜTLE DENGESİ

Diğer yandan Aquatherm kataloglarında bu konuda aşağıdaki diyagramlar bulunmaktadır.

ISI POMPASI. Abdunnur GÜNAY / FENTEK Müh.Ltd.Şti.

EKONOMİK ISITMA-SOĞUTMA ÇÖZÜMLERİ

GEMĐLERDE KULLANILAN VAKUM EVAPORATÖRLERĐNDE OPTĐMUM ISI TRANSFER ALANININ BELĐRLENMESĐ

ISI DEĞİŞTİRİCİLERİN TASARIMI [1-4]

OREN303 ENERJİ YÖNETİMİ KERESTE KURUTMADA ENERJİ ANALİZİ/SÜREÇ YÖNETİMİ

KOMPLE ÇÖZÜM ÇEVRE DOSTU ESNEK ÇÖZÜM. Tekli Uygulama. İkili Uygulama. Montaj Kolaylığı

Makale. ile ihtiyacın eşitlendiği kapasite modülasyon yöntemleri ile ilgili çeşitli çalışmalar gerçekleştirilmiştir

YTÜ Makine Mühendisliği Bölümü Termodinamik ve Isı Tekniği Anabilim Dalı Özel Laboratuvar Dersi Evaporatif Soğutma Deney Raporu

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

GÜNEŞ ENERJĐSĐNĐN AKTĐF SĐSTEMLERLE ISITMA AMAÇLI KULLANIMI

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ENERJİ LABORATUARI

KAYNAMALI ISI TRANSFERİ DENEYİ. Arş. Gör. Emre MANDEV

VRF DEĞİŞKEN SOĞUTUCU DEBİLİ KLİMA SİSTEMLERİ

2. Teori Hesaplamalarla ilgili prensipler ve kanunlar Isı Transfer ve Termodinamik derslerinde verilmiştir. İlgili konular gözden geçirilmelidir.

Dr. Murat Çakan. İTÜ Makina Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü BUSİAD Enerji Uzmanlık Grubu 17 Nisan 2018, BURSA

Farklı koşullardaki hava su hava kaynaklı ısı pompasının farklı soğutucu akışkanlarla termodinamik analizi

EVAPORATİF SOĞUTMA DENEYi

BİR OTELİN SICAK SU İHTİYACININ SUDAN SUYA ISI POMPASIYLA DESTEKLENMESİ VE SİSTEMİN TERMOEKONOMİK ANALİZİ

ISI DEĞĠġTĠRGEÇLERĠ DENEYĠ

Şekil 2.1 İki kademeli soğutma sistemine ait şematik diyagram

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2

R-712 SOĞUTMA LABORATUAR ÜNİTESİ DENEY FÖYLERİ

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

Güneş-Toprak Kaynaklı Isı Pompasının Deneysel Đncelenmesi

İKLİMLENDİRME DENEYİ FÖYÜ

Havadan Suya Isı Pompası

KOYULAŞTIRMA VE KOYULAŞTIRMA TESİSLERİ (BUHARLAŞTIRICILAR) PROF. DR. AHMET ÇOLAK PROF. DR. MUSA AYIK

EVHRAC 3 YIL. Avantajları. Fonksiyonu. Modeller

HASRET ŞAHİN ISI EKONOMİSİ

GÜNEŞ ENERJİSİ İLE SU ISITILMASI

Havadan Suya Isı Pompası (Split Tip) [ Hava ] [ Su ] [ Toprak ] [ Buderus ] Kışın sıcaklığı ve yazın ferahlığı. Logatherm WPLS. Isıtma bizim işimiz

ISI POMPALARI. Hazırlayan ve Sunan : Özlem KARA

Dış Ortam Sıcaklığının Soğutma Durumunda Çalışan Isı Pompası Performansına Etkisinin Deneysel Olarak İncelenmesi

2015 FİYAT LİSTESİ - YENİLENEBİLİR ENERJİLER

TOPRAK KAYNAKLI BİR ISI POMPASININ FARKLI SOĞUTUCU AKIŞKANLAR İÇİN TERMODİNAMİK ANALİZİ

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MOTORLAR LABORATUARI

2014 FİYAT LİSTESİ - YENİLENEBİLİR ENERJİLER

ENERJİ DEPOLAMA. Özgür Deniz KOÇ

DİKEY TİP TOPRAK KAYNAKLI ISI POMPASI KULLANIMINDA GÜNEŞ ENERJİ DESTEĞİNİN ARAŞTIRILMASI

Hüseyin KILIÇ YÜKSEK LİSANS MAKİNE EĞİTİMİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ EYLÜL 2006 ANKARA

Atık Su Kaynaklı Isı Pompasının Akdeniz İkliminde Kullanılabilirliğinin Deneysel Performans Analizi. Ege Üniversitesi, b Yaşar Üniversitesi

2016 FİYAT LİSTESİ - YENİLENEBİLİR ENERJİLER

Aşağıdaki tipleri vardır: 1- Kondenser Tipine Göre: - Hava Soğutmalı Tip -Su Soğutmalı Tip - Kondensersiz Tip (Remote Condenser Chiller)

SICAK SU ABSORBSİYONLU SOĞUTUCU c

Abs tract: Key Words: Ayşegül ÇOKGEZ KUŞ Kemal ÇOMAKLI

GEMİ SİSTEMİ VE DEVRELERİ. Prof.Dr.Adnan Parlak

Oturum Başkanı: Dilşad BAYSAN ÇOLAK

Nem Almalı Bir Soğutma Sisteminin Termodinamik Analizi

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

ISI TEKNİĞİ LABORATUARI-2

HAVA-HAVA ISI POMPASININ TEORİK VE DENEYSEL İNCELENMESİ

AirMidi Serisi Isı Pompaları

XII. ULUSAL TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ ERGİN BAYRAK, NACİ ŞAHİN Nisan 2015, İZMİR

ÇİFT KADEMELİ SOĞUTMA ÇEVRİMLERİNDE ENERJİ VERİMLİLİĞİ

The Power to Save Energy.

Güneş Enerjisinin Isıtma Amaçlı Mevsimlik Depolanması ve Isı Pompası Destekli Kullanımı

Doç. Dr. Serhan Küçüka Dokuz Eylül Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümü

TARU ISI POMPALARI Doğadan gelen konfor, doğaya duyulan saygı

Akışkanlı Isı Pompası Sistemlerinin Mahal Isıtma Amaçlı Kullanımı

Isıtma Sistemlerinde Kullanılan Plakalı Isı Değiştiricilerin Termodinamik Analizi

Isı Pompası Otel Uygulamaları Eğitim Sunumu ANTALYA

HR. Ü. Müh. Fak. Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Final Sınavı (22/05/2017) Adı ve Soyadı: No: İmza:

OSG 305 ÇOKLU EVAPORATÖRLÜ ISI POMPASI EĞİTİM SETİ

ONDOKUZ MAYIS ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ KĠMYA MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ KMB 405 KĠMYA MÜHENDĠSLĠĞĠ LABORATUVARI - 3

Havalı Güneş Kolektörlerinde Farklı Bağlantı Şekillerinin Isıl Performansa Etkisinin Deneysel Analizi

Sürdürülebilir Binalarda Isıl Depolama. Dr. İbrahim Çakmanus

Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi

DUVARMATĠK 1150 MODÜLER DUVAR PANELĠNĠN ISI ĠLETĠM KATSAYISININ VE SES ĠLETĠM KAYBININ TAYĠNĠ

AYTEK COOLING SYSTEMS SU SOĞUTMALI CHILLER + TCU

ADIYAMAN ÜNİVERSİTESİ

ENERJİ YÖNETİMİ VE POLİTİKALARI

Abs tract: Key Words: Bilsay PASTAKKAYA Kürşat ÜNLÜ Recep YAMANKARADENİZ ÖZET

Transkript:

GÜNEŞ KAYNAKLI ISI POMPALAMI Makale Arş. Gör. Kadir BAKIRCI* - Prof. Dr. Bedri YÜKSEL** Atatürk Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü-ERZURUM e-mail: (*) abakirel@ataunl.edu.tr - (**) byuksel@atauni.edu.tr ÖZET Fosil kökenli enerji kaynaklarının hızla tükenmesi, insanları yeni enerji kaynaklarını araştırmaya yöneltmiştir. Bu enerji kaynaklarmdan birisi de bol ve temiz enerji kaynağı olan güneştir. Önemli derecede güneş alan ülkemizde, bu enerjiyi kullanmak, gerek çevre kirliliği gerekse enerji ekonomisine katkı sağlaması bakımından son derece önemlidir. Bu temiz enerjiyi kaynak olarak kullanıp, ısı pompası vasıtasıyla düşük sıcaklıklardaki ısı enerjisini daha yüksek sıcaklıklara çıkarmak mümkün olmaktadır. Bu çalışmada, güneş kaynaklı ısı pompaları anlatılacak ve yapılan teorik analiz sonuçları verilecektir. Anahtar sözcükler: Güneş enerjisi, ısı pompası. 1. GİRİŞ Günümüzde kullanılan enerji kaynaklarının azalması ve bu kaynakların sebep olduğu hava kirliliğinin artması, güneş enerjisi üzerine olan çalışmaları yoğunlaştırmıştır. Ayrıca enerji kaynaklarının azalması paralelinde, enerji ekonomisini de gündeme getirmiştir. Isı pompala- rının elektrikli ısıtmaya nazaran 2 ile 6 kat daha avantajlı olmaları, çevre kirliliğine neden olmamaları, istenildiğinde hem ısıtma hem de soğutma amaçlı kullanılmaları nedeniyle üzerinde sıkça çalışılan bir konu olmuştur. Bilindiği üzere, soğutma makinelerinde soğutulacak ortamdan alman ısı ile kompresöre verilen enerji, kondenserden dış ortama atılmaktadır. Yani soğutma devresinde soğutma işlemi buharlaştırıcının (evaporatörün) bulunduğu yerde sağlanmaktadır. Isı pompasmda ise soğutma devresinde, dışarıya atılan ısı enerjisinden faydalanılmaktadır. Isı pompasmda ısıtma işlemi yoğuşturucunun (kondenserin) bulunduğu yerde sağlanmakta olup, soğutma devresinden tek farkı amacın başka elemanlarla gerçekleştirilmesidir [1]. Arş. Gör. Kadir BAKIRCI 1994 yılında Atatürk Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina.tiulıcm'islu/ı Bölümünden ıne/ıın oldu.. 1998 de aynı üniversitenin Fen Bilimleri Enstitüsünden yüksek lisans derecesini aidi 1998 yılında aynı enstitüde dokloıa eğilimine hakladı ve devanı çimekledir. 1997 yılından beri Atatürk Üniversitesi Mühendislik Fakültesi.via knie Mühendisliği Bölümünde Araştırma Görevlisi olaıak çalışnıakudıı. Isı Tıanslcıı. (iııne.ş l-lnerjısı, Isı Pompalan aluııl.ırıikia çalışmalarını sürdürmektedir. Prof. Dr. Bedri YÜKSEL 1997 yılında Kakuleni/'îekııık L ıııvcrsıtesı Vluhendıslık.vfıınaılık Kıkııliesı Vliikıik* vıuheııdislıûı Bolumu'ndeıı ine/un oldu. 1977-7ft \ ularında T.C. Kaıayollan G<ncl vıudurlıığunde çalımlı. 1981) yılında Atatürk bınveı şilesinde Araştırma Görevlisi oldu. 9S4yılındiı dııkdimiım lanıamladı. 199-1 yılında Doçent, 1999 yılında Pn'fesoroldıt. 9 yıl -.üreyle.'vıakııle ıviuhendıslıği Bulum îiaşkanlığuu, h ^ıi sure ıjc de Meslek Yüksek Okulu.viudürlugü yaptı Halen lîr/.urum Vıe.slclc Yüksek Okulu Müdürlüğünü yapmaktadır liııerjı Rkonuınısı. Yfiıı ve Yenilenebilir Rnerjı Kaynakları. Tesısaı alanlarında çalışmalarını sürdürmekledir. Yani soğutma devresinde soğutma işlemi buharlaştırıcıda, ısıtma işlemi ise kondenserin bulunduğu yerde sağlanmaktadır. Güneş enerjisinin diğer enerji türlerine göre çok sayıda avantajı vardır. Herşeyden önce bol, temiz ve yerel uygulamalar için elverişlidir. Enerjiye ihtiyaç duyulan hemen hemen her yerde güneş enerji- TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ / Mayıs-Haziran 2003 57

sinden yararlanmak mümkündür. Dışa bağlı olmadığından, çıkabilecek ekonomik bunalımlardan bağımsızdır. Günümüzde özellikle petrol fiyatlarının artması, güneş enerjisini gittikçe cazip kılmakta ve güneş enerjisinden yararlanan sistemlerin sayısı her geçen gün artmaktadır [2], Bu konuda yapılan çalışmalardan bazıları aşağıda özetlenmektedir. Çomaklı vd. tarafından, Türkiye'nin Karadeniz Bölgesinde evsel ısıtma için enerji depolu güneş destekli ısı pompası sisteminin performansmı araştırmak için bir deneysel düzenek kurulmuştur. Deneysel sonuçlar, kullanılan ısı pompasından 1992'nin ısıtma sezonu boyunca Aralık-Mayıs aylarmda elde edilmiştir. Isıtma sezonu boyunca deneysel olarak elde edilen sonuçlar, kollektör verimini, ısı pompasının performans katsayısını (COP), sistem COP'unu, depolama verimini ve sistemin toplam enerji tüketimini hesaplamak için kullanılmıştır. Kollektör veriminin, ısı pompası COP'unun, sistem COP'unun ve depolama veriminin aritmetik ortalama değeri, sırasıyla %70, %4,5, %4 ve %60 bulunmuştur [3]. İleri tarafından, 100 kw soğutma kapasitesi için güneş destekli R22-DEGDME absorbsiyonlu ısı pompası sistemi, Ankara için saatte bir data kullanılarak bir bilgisayar simulasyonu ile araştırılmıştır. Yazları jeneratör, kışlan evaporator güneş enerjisini almış diğer talepler de yardımcı ısıtıcılar tarafından karşılanmıştır. Sistemin performansı güneş enerjisinden sağlanan yük bölümünden değerlendirildiğinde, araştırmadaki biçim ve boyutların, iklimden, kaynak sıcaklık limitinden, kollektör tipi ve alanından çoğunlukla etkilenmekte, fakat depolama tankının boyutundan az etkilenmekte olduğu belirtilmiştir [4]. Abou-Ziyan vd., düşük sıcaklık uygulamaları için güneş destekli R22 ve R134a ısı pompası sistemleri üzerine bir çalışma yapmışlardır. Bilinen bir ısı pompası, güneşli bir hava ısıtıcısı ve iki seri bağlı güneş destekli ısı pompası sistemleri için simulasyon sonuçları gösterilmiştir. R22, R404a ve R134a'nın termodinamik özellikleri, 0,99' dan daha yüksek korelasyon faktörleri ile korelasyon şeklinde verilmiştir. Isı pompasının performans karakteristikleri, evaporator sıcaklığı 0-45 C aralığı için, kondens sıcaklığı 50-70 C aralığı için ve kütle akış oranı 1000-2000 kg/h aralığı için bu çalışma soğutucuları kullanılarak araştırılmıştır [5]. Yamankaradeniz ve Horuz tarafından İstanbul şartlarında açık günler için, güneş enerjisi kaynaklı ısı pompasının teorik ve deneysel incelemesi yapılmıştır. Teorik çalışmada, İstanbul şartlarında açık günler için anlık, aylık ve mevsimlik ortalama ısıtma tesir katsayıları ve sistemin diğer özellikleri incelenmiştir. Isı pompası devresinde 0,75kW gücünde tam hermetik kompresör, hava soğutmalı maksimum 4.5kW soğutma kapasiteli yoğuşturucu, enerji deposu içerisine daldırılmış maksimum 3,5kW ısı çekebilen buharlaştıncı ve soğutucu akışkan olarak da F-12 kullanılmıştır [6]. Torres Reyes vd., çalışmalarında havayı ısıtmak için güneş destekli ısı pompasmm teoriksel ve deneysel ekserji analizini yapmışlardır. Güneş destekli yada bilinen bir ısı pompası ile çalışan deneysel bir prototip, ekserjetik verimi, tüm sistem tersinmezliğini ve teçhizatların tersinmezliklerini belirlemek için test edildi. Evaporasyon ve kondeszasyon basamaklarında çalışan akışkanın optimum sıcaklığını belirlemek için bir metodoloji ileri sürülmüştür [7]. Huang ve Chyng, integral tip güneş destekli ısı pompası su ısıtıcısının dizayn ve test edilmesi konusunda bir çalışma yapmıştır. Depolama tankı ve Rankine çevrim ünitesi daha küçük bir boyut yapmak için birleştirilmiştir. Yapılan testlerde 3,83Tük bir COP elde edilmiştir [8]. Esen çalışmasında, ısı pompası ile alan ısıtmada kullanılan güneş destekli bir gizli ısı deposunun termal performansını incelemiştir. Güneş destekli bir ısı pompasma bağlı silindiriksel faz değişimi depolama hakkında deneysel ve teoriksel olarak araştırma yapmıştır [9]. Kaygusuz tarafından yapılan bir çalışmada ısı pompalı bir güneşle ısıtma sisteminin performan- 58 TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ / Mayıs-Haziran 2003

sı deneysel olarak incelenmiştir. Deneysel sonuçlar ısıtma sezonu boyunca Kasım ayından Nisan ayma kadar elde edilmiştir. Ortalama mevsimlik ısıtma performans değerleri, seri ve paralel ısı pompası sistemleri için sırasıyla 4,0 ve 3,0 olarak bulunmuştur. Ayrıca güneşle ısıtma sisteminin analizi için bir matematiksel model geliştirilmiştir. Örneğin sistemin, COP, teorik kollektör sayılan, kollektör verimi, ısıtma kapasitesi, kompresör gücü ve depolama tankındaki sıcaklıklar gibi model parametreleri, deneysel sonuçlar kullanılarak hesaplanmıştır. Çalışmada, teorik modelin, deneysel sonuçlarla uygun olduğu belirtilmiştir [10]. Hawlader vd., su ısıtma sisteminde güneş destekli bir ısı pompasının performansını incelemişlerdir. R134a soğutucusuna uygun bir evaporator gibi hareket eden, üzeri camla kaplanmamış düz levha güneş kolektörlü, güneş destekli ısı pompası su ısıtma sisteminde analitik ve deneysel çalışmalar yapılmıştır. Sonuçlar, sistemin performansının, kollektör alanı, kompresör hızı ve güneş ışınlaması ile önemli derecede etkilendiğini göstermiş, ekonomik bir analiz ise sistem için yaklaşık iki yıllık bir minimum geri ödeme süresini ortaya koymuştur [11]. Badescu, bir termal depolama ünitesiyle tamamlanan alan ısıtmada kullanılan güneş destekli bir ısı pompası modeli üzerine çalışma yapmıştır. Güneşli hava ısıtıcıları, ısı pompasında buhar sıkıştırma işi için ve diğer maksatlar için termal enerji sağladığı ve termal enerji depolama ünitesinin, toplanan güneş enerjisinin kullanımında birçok etki sağladığı ifade edilmiştir [12]. Kuang vd. tarafından, düz plaka kollektörlü basit ve pahalı olan güneş destekli ısı pompası sistemi, bir sıcak su depolama tankı ve bir su kaynaklı ısı pompası kurulmuştur. Yaptıkları çalışmada, tüm sistemin ve bu sistemin temel elemanlarının termal performansını, Kuzey Çin'de 2000-2001 ısıtma sezonu boyunca deneysel olarak incelemişlerdir. Deneysel olarak elde edilen sonuçlardan, potansiyel kullanıcılar için bir güneş destekli ısı pompası sisteminin gelişimi ve ilk dizaynında yardımcı olabilecek bazı önemli sonuçlar ve öneriler çıkarmışlardır [13]. 2. ISI POMPASİ SİSTEMLERİ Isı pompalarının kurulma maliyeti, diğer ısıtma sistemlerine göre genelde daha yüksektir. Fakat uzun vadede kullanılması durumunda, diğer sistemlere oranla ısı pompaları daha avantajlı olmaktadır. Bu sebeplerden dolayı yüksek yatırım maliyetlerine rağmen ısı pompalarınm kullanımı giderek artmaktadır. Isı pompalarında enerji kaynağı olarak su ve toprak kullanılsa da en çok kullanılan enerji kaynağı genellikle çevre havasıdır. Su kaynaklı sistemlerde, 80m'ye kadar olan derinliklerdeki 5 ile 18 C sıcaklıkları arasındaki kuyu sularından yararlanılır. Yer altı sularına erişim zor olduğu için sistem olarak daha karmaşıktır. Toprak kaynaklı sistemler de, toprak sıcaklığının sabit kaldığı derinliklere ulaşmak için uzun boruların yerleştirilmesini gerektirdiği için karmaşıktır. Hava kay- TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ / Mayıs-Haziran 2003 59

nakli ısı pompalarının ısıtma kapasitesi ve etkinliği, düşük sıcaklıklarda önemli derecede düşmektedir. Bu yüzden, çoğu hava kaynaklı ısı pompalarında elektrikli ısıtıcı veya doğal gaz ısıtıcısı gibi ek bir ısıtma sistemine gerek duyulur. Su ve toprak sıcaklıkları çok fazla değişmediği için, su kaynaklı ve toprak kaynaklı ısı pompası sistemlerinde ek bir ısıtıcıya gerek yoktur. Fakat burada ısı pompası, maksimum ısı yükünü karşılayacak büyüklükte olmalıdır [14]. Basit bir güneş kaynaklı ısı pompasının şematik resmi ve sistemde bulunan elemanlar Şekil 1 'de gösterilmiştir. 2.1. Isı Pompası Uygulamaları Isı pompaları bir mahallin ısıtılması veya sıcak su üretimi amaçlarıyla kullanılabilir. Bina ve işyeri ısıtmalarında, yerden yapılan ısıtmada, sıcak havalı sistemlerde, Mimlendirme tesislerinde ve yüzme havuzlarının ısıtılmasında kullanılır. Endüstriyel uygulamalarda, çeşitli kurutma, buharlaştırma, damıtma işlemlerinde ve süt pastörizasyon işlemlerinde kullanılmaktadır. Ayrıca kombine uygulamalarda ısı pompası, kışın ısıtma yazın ise soğutma yapılan tesislerde kullanılabilmektedir. Kombine uygulamalarda, buharlaştırıcı ve yoğuşturucu kış ve yaz uygulamalarında yer değiştirmektedir. 2.2. Isı Kaynakları Isı pompası sistemlerinde, buharlaştırıcının ısı çektiği ortama ısı kaynağı adı verilmektedir. Isı pompası uygulamalarında ısı kaynağı olarak, çevre havası, toprak, su (deniz, akarsu, göl, yer altı suları), güneş enerjisi, artık ısılar vb. kaynakları sayabiliriz. Isı pompaları, buharlaştırıcının ısı çektiği ve yoğuşturucunun ısı attığı kaynağa göre aşağıdaki gibi sınıflandmlabilir. - Havadan havaya kaynaklı - Sudan havaya kaynaklı - Havadan suya kaynaklı - Sudan suya kaynaklı 23. Güneş Kaynaklı Isı Pompası Sistemleri Isı pompalarının buharlaştırıcısı, güneş enerjisini direkt alacak şekilde açık alana yerleştirilebilir. Soğutucu akışkan buharlaştırıcı içinden geçerken, buharlaştırıcı üzerine gelen güneş enerjisinden aldığı ısıyla buharlaşır. Bu şekildeki güneş enerjisi kaynaklı ısı pompaları açık günlerde kullamlabilir. Diğer şekildeki ısı pompalarında, güneş enerjisi yardımıyla toplayıcılarda elde edilen sıcak su bir tankta depolanıp ısı kaynağı olarak kullanılabildiği gibi, ayrıca toplayıcılardan geçirilerek ısıtılan sıcak hava da ısı kaynağı olarak kullanılabilir. Bu sistemler, güneş kollektörleri ünitesi, enerji depolama ünitesi ve ısı pompası ünitesi olmak üzere üç ana bölümden oluşmaktadır. 2.3.1. Güneş Kolektörleri Güneşten gelen enerji, toplayıcılar (kollektörler) tarafından emilerek kollektörler içerisinden geçen akışkana aktarılır. Akışkan, güneşten aldığı ısı enerjini sistemdeki enerji deposuna bırakarak tekrar toplayıcılara döner. Bu durum Şekil l'de görüldüğü gibi, bir sirkülasyon pompasıyla gerçekleştirilir. Pompa, toplayıcılardan aldığı sıcak akışkanı, depo içerisindeki serpantinden geçirerek ısısını, kendisinden daha soğuk olan depodaki akışkana aktararak tekrar toplayıcılara gönderir. Bahsedilen bu durum soğuk iklim bölgelerinde donma tehlikesine karşı uygulanmaktadır. Bu bölgelerde, toplayıcılarda dolaştırılan akışkan donmaya karşı emniyetli seçilmelidir. Böyle bir tehlikenin olmadığı bölgelerde, depodaki akışkan serpantine gerek duyulmaksızm direkt olarak toplayıcılardan geçirilebilir. 2.3.2. Enerji Deposu Depo toplayıcılardan elde edilen sıcak suyun toplandığı kaptır. Kullanılan toplayıcı miktarına, yani toplam kolektör alanına göre depo hacmi tayin edilir. Bunun hesabmda V d /A t > 60 litre/m 2 eşitliği dikkate alınmalıdır [2]. Burada V d kullanılan depo hacmi, A, toplam kolektör alanım göstermektedir. 60 TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ / Mayıs-Haziran 2003

Enerji depolanması, duyulur ve gizli olmak üzere iki şekilde olabilmektedir. Duyulur ısı depolaması: Duyulur ısı depolanmasında kullanılan en uygun maddelerden birisi sudur. Depo içindeki suyun sıcaklığı her noktada aynı değildir. Üst ve alt kısımları arasında sıcaklık farkı vardır. Depo sıcaklığının uniform olması için karıştırılması gerekir. Havalı ısıtma sistemlerinde ve seralarda güneş enerjisinin depolanması, daha ziyade çakıl taşları ile yapılır. Çakıl taşlan ucuzdur ve kolay temin edilebilir. Sıcak su tanklarının büyüklüğü, tankın kullanıldığı sisteme (sıcak su sistemi, ısıtma sistemi vs.) ve iklim durumuna bağlıdır. Güneş enerjili sıcak su sisteminde, genellikle toplayıcı büyüklüğüne göre lm2 toplayıcı yüzey alanı için 70-100 litre hacminde tanklar seçilir. Isıtma sistemlerinde ve havanın uzun süre kapalı olduğu bölgelerde depo hacmi daha büyük olmalıdır. Depo büyüdükçe, akışkanm toplayıcıya giriş sıcaklığı küçüldüğünden, toplayıcı verimi ve dolayısıyla toplanan ışınım miktarı daha fazla olur [2]. Gizli ısı depolaması: Maddelerin, faz değişimi sırasında iç enerjilerindeki artış ile sabit sıcaklıkta ısı depolamasıdır. Bütün maddeler faz değiştirebilir, fakat çoğu maddenin faz değişimi arzu edilen sıcaklıkta değildir. Faz değiştiren maddelerle belli bir miktardaki ısının depolanabilmesi için gerekli hacim, aynı ısıyı su ve çakıl taşlarıyla depolamak için gerekli hacimden çok küçüktür. Diğer bir avantajı da, depoda ısı çekilmesi sırasında depo sıcaklığının yaklaşık sabit kalmasıdır. Ancak su ve çakıl taşma göre daha pahalıdır [2]. 2.3.3. Isı Pompası Düşük sıcaklıktaki ısı kaynağından ısı çekerek daha yüksek sıcaklıklarda ısı üreten ünitedir. Isı pompası ünitesinde bulunması gereken temel elemanlar şunlardır; 1. Kompresör 2. Kondenser (yoğuşturucu) 3. Evaporator (buharlaştırıcı) 4. Genleşme valfi 5. Filtre 6. Gözetleme camı 7. Soğutucu akışkan deposu 8. Manometre 9. Termoeleman Isı pompasının performans katsayısının hesaplanması: Isı pompasının performans katsayısı (COP), Kompresör işi, m r ısı pompası sisteminde dolaşan soğutucu akışkanın kütlesel debisi, h. x ve h 2 sırasıyla kompresörün giriş ve çıkışındaki özgül entalpiler olmak üzere, (D şeklinde hesaplanır. Kondenserden atılan ısı ise, h 2 ve h 3 sırasıyla kondenserin giriş ve çıkışındaki özgül entalpiler olmak üzere, Q 2. 3 =m r (h 2 -h 3 ) (2) olarak bulunur. Buradan ısı pompasının COP değeri aşağıdaki gibi hesaplanır. şeklinde hesaplanır. 3. TEOMİK ANALİZ SONUÇLARI (3) Aşağıda, R-134a soğutucu akışkamyla çalışan, 5 C aşırı kızdırma ve soğutmanın olduğu, buharlaşma sıcaklığının, kaynak sıcaklığından 10 C aşağı olduğu kabulleri yapılarak, bir ısı pompasının teorik analiz sonuçları verilmiştir. Yapılan hesaplamalar sonucunda ısı pompasının performansı ile ilgili bazı grafikler elde edilmiştir. Şekil 2-3'de ısı pompasının buharlaşma sıcaklığı ve yoğuşma sıcaklığının COP değerleriyle değişiminde, COP'mn buharlaşma sıcaklığının artmasıyla arttığı, yoğuşma sıcaklığının artmasıyla azaldığı görülmektedir. Burada buharlaşma sıcaklığı arttığı zaman kompresörün çektiği elektrik gücü azalır. Fakat yoğuşma sıcaklığı arttığında ise komp- TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ / Mayıs-Haziran 2003 61

resörün çektiği elektriksel güç de artar. Şekil 4-5'de aşın kızdırma ve soğutma sıcaklığmm COP değerine etkisi verilmiştir. Her iki grafikte de aşırı kızdırma ve soğutmanın COP'nı artırdığı görülmektedir. Şekil 6'da toplam net alanı 20 m 2 olan düz kollektörlü bir güneş kaynaklı ısı pompasında, 60 C yoğuşma sıcaklığmda, güneş radyasyon miktarına göre buharlaşma sıcaklığmm ve COP değişiminin grafiği çizilmiştir. Güneş radyasyon miktarı arttığı zaman buharlaşma sıcaklığı ve COP değerinin de arttığı görülmektedir. Bu çalışmada, güneş kaynaklı ısı pampasının COP değeri teorik olarak hesaplanmış ve ısı pompasının COP değeri 3-9 arasında bulunmuştur. Şekil 4. Isı pompasında aşırı kızdırma sıcaklığına göre COP değeri değişimi. Şekil 2. Isı pompası buharlaşma sıcaklığına göre COP değeri değişimi. Şekil 5. Isı pompasında aşırı soğutma sıcaklığına göre COP değeri değişimi. Şekil 3. Isı pompası yoğuşma sıcaklığına göre COP değeri değişimi. Şekil 6. Isı pompasının güneş radyasyonu miktarına göre buharlaşma sıcaklığı ve COP değişimi. 62 TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ / Mayıs-Haziran 2003

4. SONUÇ Enerji kaynaklarının hızla tükenmesi ve buna paralel olarak da enerjinin pahalı olması günümüzde yeni ve sürekli enerji kaynaklarım gündeme getirmiştir. İşte bu enerji kaynaklarından birisi de güneş enerjisidir. Güneş enerjisinin yeterli olduğu durumlarda bu enerji, direkt olarak kullanılabilmekte, yeterli olmadığı zamanlarda ise düşük sıcaklık kaynaklı enerji, ısı pompalarına kaynak olarak kullanılmakta ve daha yüksek oranda enerji üretilebilmektedir. Yani, güneşten alınan ısı enerjisi kullanılarak düşük sıcaklıktaki ısı kaynağı daha yüksek sıcaklıklara çıkarılmaktadır. Bu yüksek sıcaklıktaki enerji, sıcak su ihtiyacını karşılamada, bina ısıtmada vb. amaçlarla kullanılabilmektedir. Uzun vadede güneş destekli ısı pompaları enerji tasarrufu yönünden, diğer sistemlere göre çok daha avantajlı bir sistem olabilmektedir. KAYNAKLAR I.A.K. Dağsöz, Soğutma Tekniği, 1981, İstanbul. 2. A. Kılıç, A. Öztürk, Güneş Enerjisi, Mart 1983, İstanbul. 3. Ö. Çomaklı, K. Kaygusuz, and T. Ayhan, Solar-assisted heat pump and energy storage for resident al heating, Solar Energy, Vol.51, No. 5, 1993, pp. 357-366. 4. A. İleri, Yearly simulation of a solar-aided R22-DEGDME absorption heat pump system, Solar Energy, Vol. 55, No. 4,1995, pp. 255-265. 5.H.Z. Abou-Ziyan, M. F. Ahmed, M. N. Metwally and H. M. Abd El-Hameed, Solar-assisted R22 and R134a heat pump systems for low-temperature applications, Applied Thermal Engineering, Vol. 17, Issue 5, May 1997, pp. 455-469. 6. R. Yamankaradeniz and I. Horuz, The theoretical and experimental investigation of the characteristics of solar-assisted heat pump for clear days, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 25, Issue 6, August 1998, pp. 885-898. 7. E. Torres Reyes, M. Picon Nunez and J. Cervantesde G, Exergy analysis and optimization of a solar-assisted heat pump, Energy, Vol. 23, Issue 4, April 1998, pp. 337-344. 8.B. J. Huang and J. P. Chyng, Integral-type solar-assisted heat pump water heater, Renewable Energy, Vol. 16, Issues 1-4,4 January 1999, pp. 731-734. 9. M. Esen, Termal performance of a solar aided- latent heat store used for space heating by heat pump, Solar Energy, Vol. 69, No. 1,2000, pp. 15-25. 10. K. Kaygusuz, Experimental and theoretical investigation of a solar heating system with heat pump, Renewable Energy, Vol. 21, Issue 1,1 September 2000, pp. 79-102. 11. M.N. A. Hawlader, S. K. Chou and M. Z, Ullah, The performance of a solar assisted heat pump water heating system, Applied Thermal Engineering, Vol. 21, Issue 10, July 2001, pp. 1049-1065. 12. V. Badescu, Model of a solar-assisted heat-pump system for space heating integrating a thermal energy storage unit, Energy and Buildings, Vol. 34, Issue 7, August 2002, pp. 715-726. 13. Y. H. Kuang, R. Z. Wang andl. Q. Yu, Experimental study on solar assisted heat pump system for heat supply, Energy Conversion and Management, Vol. 44, Issue 7, May 2003, pp. 1089-1098. 14. Y. A. Çengel, A. M. Boles, Thermodynamics An Engineering Approach, McGraw-Hill, 1989, USA. TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ / Mayıs-Haziran 2003 63