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
|
Elde edilen ısı enerjisi QC
Tanımlanmış şartlarda harcanan elektrik
enerjisi Pel
Yıllık Performans Katsayısı b
|
Elde edilen ısı enerjisi
Belirli bir zaman diliminde
(Ör: ısıtma sezonu)
farklı işletme konumlarında
harcanan elektrik enerjisi
|
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
30
.2 ‘(-: -“ıo,
4’Jo,v- ı
—— 1
il
ıı
il
ıı
il
- tilın
:3
) )
|
|
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
|
ııı i 1
@ 1—-ı::: 1
|
1ı1ııi l r – ——————- –-1– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – -,
:::: : 1
_
—
[ __:
–,–
|
—1J
1
1
,•—- ,
–_;;–f- ,
r- —;:=ı–ı.ı-.+ı—. J : 1
|
r- ——-<1,tıı
t!l_ _
1
|
1
|
\ i
ı,,+,f+, ıxııı; ::0
__J
——-
—Sc
—M–elt:V–” ·––—.J1
r – – –
1
1
1
1
-‘—-,
|
– _”_’*”_JJ
t
1
J
J 1