Uncategorized

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:

  1. Koyu renkli topraklar, yılın sıcak mevsimlerinde açık renkli olanlardan   daha

sıcaktır.

  1. Koyu renkli topraklarda  günlük ısı varyasyonları  daha büyüktür.
  2. Koyu renkli topraklardan  gece ısı kaybı daha  hızlıdır.
  3. 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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

ı

 

s  ı

y a

ts a k

s n a

m r

 

fo r

Pe

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

 

 

 

  1. Ağaç gövdesi dış kenarından 0,5 m mesafede

 

  1. Döşeme derinliği

1,0 m – 1,4 m

 

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

 

  1. Bina temelinden 1,5 m

uzağa

 

  1. Bahçe korkuluklarından

1 m uzağa

 

  1. 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

)       )

 

 

1
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

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

1

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

:::: :                                    1

 

 

 

_

 

 

 

 

 

[  __:

–,–

1

—1J

1

1

 

,•—-                           ,

 

 

 

 

 

 

 

 

–_;;–f- ,

r- —;:=ı–ı.ı-.+ı—.  J                       :   1

1-­

r- ——-<1,tıı

t!l_ _

1

1

1

 

!J

\   i

 

 

 

ı,,+,f+, ıxııı; ::0

 

 

__J

 

——-

Sc

Melt:V” ·.J1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r    –  –  –

1

1

1

1

-‘—-,

1

– _”_’*”_JJ

t

1

 

 

 

 

J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          J 1