Uncategorized

13/01/2021 Aplas

Isı Pompası Sistemleri Genel Bilgiler

Burak Sarı

ANKARA Ekim 2014

Isı pompası sistemlerinin yapı elemanları

Isı pompası sistemleri 3 ana yapı grubundan oluşmaktadır :

Isı kaynağı devresi

Isı pompası

Isıtma sistemleri

Isı pompası sistemleri

Isı pompası sistemleri 3 ana yapı grubundan oluşmaktadır :

Isı kaynağı devresi : Bu devre sayesinde toprak, yer altı suyu ve havada depolanmış güneş enerjisi alınarak ısı pompası cihazına aktarılmaktadır.

Isı pompası : Bu cihaz sayesinde de alınan bu çevre enerjisi, ısıtma

sistemlerinde kullanılabilecek sıcaklık seviyelerine çıkartılmaktadır.

Buna göre de ısı pompaları ısı kaynağı ve ısıtma sistemlerine enerjinin aktarılması

cinslerine sınıflandırılmaktadır : Sudan/Suya Isı pompası Sudan/Havaya Isı pompası Topraktan/Suya Isı pompası Topraktan/Havaya Isı pompası Havadan/Suya Isı pompası Havadan/Havaya Isı pompası

Isıtma devreleri : Bu sayede ısı enerjisi ısıtma sistemlerine aktarılır. İyi bir verim seviyesine ulaşmak (yıllık yüksek COP değeri) için düşük sıcaklık ısıtma sistemleri (yerden ısıtma gibi) kullanılması gereklidir.

Isı Kaynakları Hakkında Genel Bilgiler

Isı Kaynağı	Sıcaklık Aralığı (°C)
Dış Hava	20-15
Atık Hava	15-25
Yeraltı Suyu	4-10
Göl Suyu	0-10
Nehir Suyu	0-10
Deniz Suyu	3-8
Kayaçlar	0-5
Toprak	0-20
Atık Su ve Sıvı Atıklar	>10

Isı pompalarında kullanılan ısı kaynakları ve sıcaklık aralıkları

Yapılarda kullanılacak ısı pompaları için ideal ısı kaynakları şu özelliklere sahip olmalıdır:

Isıtma mevsimi boyunca yüksek ve kararlı sıcaklığa sahip olmalı,
Bol ve kolay bulunabilir olmalı,
Aşındırıcı (korozif) ve kirletici etkisi olmamalı,
Uygun termofiziksel özelliklere sahip olmalı,
Düşük yatırım ve işletme maliyetlerine sahip olmalıdır.

Hava

Hava, ısı pompası için üniversal, ucuz ve bol bir ısı kaynağıdır. En büyük avantajları, sürekli bulunabilmesi, her ortamda kullanılması, kullanılan ekipmanların makul boyutlarda olması ve düşük işletme ve tesis maliyetleri gerektirmesidir.

Su

Kuyulardan, göllerden, nehirlerden, şehir şebekesinden ve üretim işlerinden elde edilen su, ısı kaynağı olarak kullanılabilir. 10 m ve daha fazla derinliklerde yeraltı suyunun sıcaklığı yıl boyunca çok az değişir. Sıcaklığı ortalama olarak 10 ºC’dir.

Su spesifik ısıya (Bu ısı maddenin sıcaklığını değiştirmek için gerekli olan enerji

miktarıdır.) Su ısınıp soğurken büyük miktarda enerji depolar ve verir.

Su saf haldedir, asidik ve bazik özelliği
Su; iyi bir ısı taşıyıcıdır.
Su molekülleri 0-100 derece gibi geniş bir aralıkta sıvı halde bulunmaktadır.
Su çok iyi bir çözücüdür. Yüzey akışı, sızma ve yer altı suyu akışının

sağlanmasında bu özellik çok önemlidir.

Toprak

Toprağın yıl boyunca çok az değişen (1-2 m derinlikte) bir sıcaklığı vardır. Isı yıl boyunca güneşin yeryüzüne ışıdığı ve toprağın depoladığı güneş enerjisinden kaynaklanmaktadır. Toprak; sabit sıcaklığı ve depolama imkânı açısından çok elverişli bir ısı kaynağıdır. Toprak altına gömülen borulardan doğrudan soğutucu akışkan veya daha ucuz olması bakımından, genellikle, glikol karışımlı su geçirilir. Bu ısı geçişini sağlayan yüzeyler (toprak ısı değiştiricileri), yatay ve dikey olmak üzere iki şekilde yerleştirilir.

Toprağın özellikleri:

Isı ışınlarını absorbe etme ya da yansıtma gücü toprak rengine göre değişiktir. Yapılan araştırmalar sonucunda:

Koyu renkli topraklar, yılın sıcak mevsimlerinde açık renkli olanlardan daha

sıcaktır.

Koyu renkli topraklarda günlük ısı varyasyonları daha büyüktür.
Koyu renkli topraklardan gece ısı kaybı daha hızlıdır.
Koyu ve açık renkli topraklar arasındaki sıcaklık farkı derinlik arttıkça

azalmaktadır

1 1 1 1 Vaillant

Tab o . B a z ı i l e r i n 1 de i n oc)				i k t e k i t o p	a	s c a k l k l a ı
Ölçüm İstasyonu Adana – Ankara – Antalya B sa – Diyarbakır Erzurum İstanbul ( orya) Izmfr Galan ep Kayseri Konya rabzon		Haz-Tem- A u		Ekim-Mart		Bütün Yıl
		Ortalaması1		O rt a l a m a sı	1	Ortalaması
		26,7		7,9		21,2
		20,6		11,0		4,6
		26,3		17,4		20,S
		23,7		12,3		6,5
		24,9 14,5		1-5,2 5,3		18,7 8,5
		21,3		13,1		6,0
		29,0		16,2		20,9
	—	-23,2 20,8		13,5 10,6		16,9 14,3
		19,8	1	10,8		14,1
	—	– 20,2		13,0 —		15,6	,,

Kompresörlü Isı Pompaları

Isı pompası soğutucu akışkan devresi

4 Ana Elemandan oluşur: Evaporatör Kompresör Kondenser

Genleşme vanası (Expansion valve)

Evaporator

Kondenser

Expansion valf

Super ısıtıcı

Kompresor

Shell and tube Kondenser: Bu tip kondenser yeterli soğutma suyunun olduğu yerlerde kullanılır.Uçları kaynaklanmış yatay borular veyatay bir silindirden oluşur.

Yoğuşma prosesi için her zaman su kullanmak mümkün olmayabilir.Böyle durumlarda hava soğutmalı bir kondenser kullanılır.

Bunu yapmanın en kolay yolu kondenser ve evaporatör arasına kapilar tüp Büyük kapasitelerde kapilar tüp yeterli olmamaktadır.Bu proses için bir regülasyon valfi kullanılmalıdır en çok kullanılanı bir valf muhafazası , Kapilar tüp ve bir sensörden oluşan termostatik genleşme vanasıdır. Yeni gelişmeler termostatik valf yerine, elektronik (genelde mikro işlemcili) kontrollü, sıcaklık hissedicili elektrik tahrikli valfler kullanılması yönündedir.

–Plain tube

Plaka Tip

–Shell & Tube

–Lamelli

Isı pompası çalışma prensibi

Performans Katsayısı (COP) e

e =

Elde edilen ısı enerjisi QC

Tanımlanmış şartlarda harcanan elektrik

enerjisi Pel

Yıllık Performans Katsayısı b

b =

Elde edilen ısı enerjisi

Belirli bir zaman diliminde

(Ör: ısıtma sezonu)

farklı işletme konumlarında

harcanan elektrik enerjisi

s ı

y a

ts a k

s n a

m r

fo r

Performans katsayısı e

Isı pompasının işletim çeşitleri monovalent işletme monoenerjik işletim bivalent alternatif

bivalent paralel

bivalent kısmi paralel

Isı pompasının işletim çeşitleri

(monovalent işletme)

Bu sistemde ısıtma ve sıcak su hazırlama için ısı üreticisi olarak sadece ısı pompası kullanılmaktadır.

Isı kaynağının kapasitesi sistemin tüm yıl boyunca

işletimine göre hesaplanmalıdır.

(mono enerjik işletme sistemi)

Isı ihtiyacı, aynı enerji cinsini tüketen iki ısı üreticisi tarafından

karşılanmaktadır..

Isı pompasının, maksimum ihtiyaçları karşılamak için bir

Elektrikli takviye ısıtıcısı kombinasyonu yapılmıştır.

(bivalent alternatif işletme sistemi) Isı pompasının yanına, maksimum ısı ihtiyaçlarını

karşılayabilmek için, farklı bir enerji cinsi ile çalışan ikinci bir ısı üreticisi monte edilmiştir.

Burada ısı pompası tanımlanmış olan bivalent noktasına kadar çalışmakta (Örn. 0 °C dış hava sıcaklığı), ve daha düşük hava sıcaklıklarında ise ısı ihtiyacının karşılanması sadece ikinci ısı üreticisi (örn. Gaz- veya sıvı yakıt kazanı) tarafından üstlenilmektedir.

(bivalent paralel işletme sistemi) Isı pompasının yanına, maksimum ısı ihtiyaçlarını

karşılayabilmek için, farklı bir enerji cinsi ile çalışan ikinci bir ısı üreticisi monte edilmiştir.

Burada belirli bir dış hava sıcaklığından daha düşük sıcaklıklarda ısı ihtiyacını karşılamak için ikinci ısı üreticisi da paralel olarak devreye girmektedir.

Bu işletme sisteminde, çok düşük dış hava sıcaklıklarında

bile ısı pompasının devrede kalması sağlanabilmektedir.

Isı pompasının işletim çeşitleri

(bivalent kısmi paralel işletme sistemi) Burada, belirli bir dış hava sıcaklığından daha düşük

sıcaklıklarda yükten bağımlı olarak ısı pompası ve

ikinci ısı üreticisi birlikte çalışmaktadır.

Dış hava sıcaklığı daha da düşmeye devam ederse, sadece takviye ısı üreticisi çalışmaya devam edecektir.

Hava Kaynaklı Isı Pompaları

Hava kaynaklı ısı pompaları, dışarıdaki havayı ya da egzost (atık) havayı; ısıtma, soğutma veya sıcak su için enerji kaynağı olarak kullanır. Tüm ev için uygulanabileceği gibi, ayrı bir dış kondansatör ünite ile bir split çözüm olarak da kullanılabilir.

1 Isı pompası

Isı pompası beslemesi sigortası
Takviye ısıtma beslemesi ve sigortası
Sıcak su boyleri elektrik beslemesi ve sigortası
Nem giderici beslemesi ve sigortası 6 Boyler kumanda paneli

VAILLANT sıcak su boyleri
- Elektrikli takviye ısıtma
- Boylersıcaklık sensörü
Isı pompası kumanda paneli 9 Nem giderici
Kesme vanası
Sabit bypass
Limit termostatı
Kesme vanası 14 Buffer tank (gerekirse)

15 Çekvallfli vana+ Doldurma Musluğu 16 Hava ayırıcı

17 VAILLANT elektrikli takviye ısıtma sistemi 18 Genleşme kabı

Çamur ayırıştırıcı
Emniyet ventili
Manometre
Motorlu üç yollu vana L10 = Ev sıcak su

konumu

Kesme vanası
Kesme vanası

R9 Nem giderici güç rölesi R17 Takviye ısıtma güç rölesi A Isıtma pompası devre gidişi

B Isıtma pompası devre dönüşü C Ev sıcak su gidişi

D Ev soğuk su girişi

E Isıtma devresi dönüşü F Isıtma devresi gidişi

G Isı pompası doldurma musluğu

H Glikollü suyun emniyet ventilinden bir toplama bidonuna Boşaltılması .

Toprak kaynaklı ısı pompaları

Toprak Serpantinli Isı Pompaları

Yatay veya düşey olarak toprak içine gömülmüş kapalı bir boru demetine (ısı değiştirici) bağlanmış ısı pompası veya pompalarından oluşur. Bu ısı pompaları su-hava veya su-su ısı pompaları olabilir. Yaygın olarak su–hava, ısı pompaları kullanılır. Toprak içinde gömülü borularda dolaşan, su veya su-antifriz, sıvı-soğutkan serpantini içerisinde dolaşarak geri toprakta gömülü boru demetine döner ve kapalı bir devre oluşturur. Diğer üçüncü tip ise soğutucunun doğrudan toprağın içine konulmuş bakır boru serpantinlerinde dolaştığı direkt genleşmeli sistemdir.

TSIP; toprak içerisine yerleştirilecek boruları dikey veya yatay olarak döşenmesine göre

iki ana sınıfta incelenirler.

–Dikey TSIP, iki adet küçük çaptaki polyethylene tüpün, dikey olarak açılan bir kuyuya yerleştirilmesi ile kurulur. Sisteme ve ihtiyaca göre bir veya birkaç kuyu açılarak bu boru çiftleri yerleştirilir. Kuyunun derinliği sondaj koşullarına ve kullanılan ekipmanların teknolojisine bağlı olarak 15m ile 200 m arasında değişir. Yatay TSIP’nın büyük toprak alanına ihtiyacı yoktur, derinlere kadar inildiği için toprak sıcaklığı mevsimlere göre büyük dalgalanma göstermez, daha verimlidir, az pompalama enerjisi gerekir, sonuç olarak en etkin TSIP performansına sahiptir. Ancak ilk yatırım maliyeti fazladır ve ciddi bir mühendislik ön çalışması gerektirir.

Yatay TSIP toprağa gömülen borulara bağlı olarak tek borulu, çoklu borulu ve serpantinli olarak üç gruba ayrılırlar. Tek borulu sistemde borular en az 1.2 m derinlikte dar hendekler halinde yerleştirilmektedir. Yer tasarrufu açısından çoklu borular 2 veya 4 aynı kanalın içine gömülür. Diğer üçüncü tip ise serpantin tipi yatay ısı pompalarıdır. Yatay ısı pompaları içinde en az alan gereken sistemdir. Yatay ve düşey olarak toprağa yerleştirilen borular seri veya paralel olarak bağlanırlar.

Genelde 1.5 ila, iki metre derinliğe yerleştirilen yatay tip ısı değiştirgeçlerinin içinde bulunduğu toprak sıcaklığı tüm yıl boyunca dış hava sıcaklığı ile kıyaslanmayacak şekilde az değişim gösterir.

ı ı ı ı Toprak kaynaklı ısı pompaları Vaillant

Toprak kaynaklı ısı pompaları

–Kompresörden gelen sıcak veya soğuk akışkanın enerjisi, yerden ısıtmaya aktarılarak ısıtma veya soğutma sağlanır.

–Döşenen borular içine verilen su, toprağın ısısını alarak ısı pompasına iletir.

ı ı ı ı Toprak kaynaklı ısı pompaları Vaillant

Toprak kaynaklı ısı pompaları

Entegre kaynak sirkülasyon pompası ve kaynak devresi genleşme tankı

R 407 C soğutucu gaz

Uzun ömürlü ve sessiz Scroll kompresor

Grafik göstergeli ve dış hava duyargalı regler üzerinden ısı

bilanço hesabı ile enerji tasarrufu

kW Takviye Elektrikli ısıtıcı

Kompakt yapısı ile kısa montaj süresi

Entegre kalorifer sirkülasyon pompası

Sıcak su hazırlama fonksiyonu için entegre üç yollu vana

Yüksek alaşımlı paslanmaz çelik plaka eşanjörler Isı kaynağı ve ısıtma sistemine kolay bağlantı

geoTHERM plus VWS/W ısı pompasında: 175 l entegre paslanmaz çelik boyler

Yatay kollektörlerin Montaj uyarıları

Ağaç gövdesi dış kenarından 0,5 m mesafede

Döşeme derinliği

1,0 m – 1,4 m

Kullanma, Atık ve yağmur suyu borularından 1,5 m mesafede

Bina temelinden 1,5 m

uzağa

Bahçe korkuluklarından

1 m uzağa

Gidiş ve dönüş boruları

arsındaki mesafe 0,70 m

Yatay Toprak Serpantininin Döşenmesi

t16

— — ı

, — —–, 3

VıF2 1

.2 ‘(-: -“ıo,

4’Jo,v- ı

—— 1

ıı

tilın

) )

ıı ı I I 1

ıı ı———————————,I —-,–

:: : 1 l ıı,ı_ı—, 1 – .ııııı– –

ı 11 ı 1 1 1 ‘ı ) i l

ı ıı I

‘ı 1 11

ı ıı I: :ı – • :ıı

:::::: 1: :1

ı1 :’Lr ‘–“‘ –,

1ı ı 1 1 1 ,ı 1

1 11 j L :

:: :: :: 1:

l 11 . – “‘4¾- J

1 _J

:1:1:1

1 il

:1ı1:1

: t t

1 1

11 1 r– – – – –

ııı i 1

@ 1—-ı::: 1

1ı1ııi l r – ——————- –-1– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – -,

:::: : 1

—

[ __:

–,–

—1J

,•—- ,

–_;;–f- ,

r- —;:=ı–ı.ı-.+ı—. J : 1

1-

r- ——-<1,tıı

t!l_ _

\ i

ı,,+,f+, ıxııı; ::0

__J

——-

—Sc

—M–elt:V–” ·––—.J1

r – – –

-‘—-,

– _”_’*”_JJ

J 1