isı pompaları - erim sever - makina mühendisi · düşürürken ısı pompası arttırır....

Vitocal - Doğanın Enerjisi ile Güvenilir Isıtma

Mesleki Yayınlar

Isı Pompaları

Isı pompaları çevreden aldıkları yenilenebilir enerjiyi kullanılırlar. Yıl boyunca toprak altında, yer altı sularında ve havada depolanan güneş enerjisi, elektrik enerjisi yardımı ile ısıtma enerjisine dönüştürülür. Vitocal ısı pompaları tüm yıl ısıtma sağlayacak verime sahiptir.

2

İçindekiler

1 Giriş Sayfa 4 1.1 Pazar Talepleri 1.2 Isı pompaları çevre dostudur 1.3 Isı pompası uygulamaları 2

Temel Prensipler

Sayfa 6

2.1 Temel Prensip 2.2 Tasarım 2.2.1 Kompresörlü ısı pompaları 2.2.2 Sorbsiyonlu ısı pompaları 2.2.3 Vuilleumier ısı pompaları 2.3 Performans faktörleri

3 Isı Pompası Tekniği Sayfa 14 3.1 Elektrikli Isı Pompalarının Komponentleri 3.1.1 Kompresör 3.1.2 Eşanjörler 3.1.3 Ara Eşanjörler 3.1.4 Kontrol Panelleri 3.2 Enerji Kaynakları 3.2.1 Enerji Kaynakları – Toprak 3.2.2 Enerji Kaynakları – Su 3.2.3 Enerji Kaynakları – Hava 3.3 Isı Pompası ile Soğutma 3.3.1 İki Yönlü İşletim (Isıtma ve Soğutma) 3.3.2 Doğal Soğutma – “Natural cooling” 3.3.3 Mekanların Soğutulması – Suyla veya Havayla? 3.4 Isı Pompası İşletim Türleri 3.4.1 Monovalent (Tekli) İşletme 3.4.2 Monoenerjik İşletme 3.4.3 Bivalent (ikili) İşletme 3.4.4 Isıtma Suyu Depo Boyleri 3.5 Kullanma Suyu Isıtması 4

Isı Pompası Uygulamaları

Sayfa 30 4.1 Modernizasyonda ısı pompaları 4.1.1 EVI Çevrimi 4.1.2 Vitocal 350 – Genişletilmiş Uygulamalar 4.2 Düşük Enerji ve Pasif Evlerde Isı Pompaları 4.2.1 Düşük Enerji Evleri 4.2.2 Vitocal 343 4.2.3 Pasif Evler 4.2.4 Vitotres 343 4.3 Büyük Binalarda Isı Pompaları 4.3.1 Çift Kompresörlü Isı Pompaları 4.3.2 Büyük Kapasiteler için Vitocal 300 4.4 Isı Pompaları ve Enerji Tasarrufu (EnEV) [Almanya] 4.4.1 Sistem Giderlerine Enerji Kaynağının Etkisi 4.4.2 Kullanma Suyunun Bireysel Isıtılması 4.5 Isı Pompası Verimi 4.6 Montaj ve İşletim 4.6.1 Boyutlandırma 4.6.2 Kullanma Suyu Isıtması için Arttırım 4.7 Teşvikler

5 Özet Sayfa 43

3

96 97 98 99 00 010

2

4

6

8

10

12

isi p

ompa

lari

(x 1

000

adet

)

Toprak

Su

Hava

Yillar

02 03

1 Giriş

1 Giriş

Çevreye duyarlılığın artması ile birlikte yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımına ilgi artmıştır. Bu nedenle ısı pompaları yeniden doğuş sürecine girmiştir. Isı pompalarının ’80’ lerdeki ilk parlayışının kısa sürede sönmesine neden olan önceki teknik yetersizlikler günümüzde çözümekavuşmuştur. Bugün ısı pompaları ile çevre dostu, güvenilir ve ekonomik ısıtma sistemleri elde edilmektedir.

Bu Mesleki Yayın, ısı pompası teknolojisine ait temel prensipleri tanımlamakta, çeşitli teknik versiyonları tanıtmakta ve önemli uygulamaları açıklamaktadır.

1.1 Pazarın gelişimi

Bugün İsviçre’de her üç yeni binadan biri elektrik tahrikli ısı pompasına sahiptir. İsveç’te bu rakam her 10 yeni binanın 7’si şeklindedir. Almanya pazarının büyüme oranı Şekil 1’de gösterildiği gibidir. Yeni sistemlerin büyük kısmı antifriz/su ısı pompaları olarak karşımıza çıkmaktadır (Şekil 2). Antifriz/su ısı pompası topraktan çektiği ısı enerjisi ile yıl boyunca ilave bir ısı kaynağına ihtiyaç duymadan (monovalent işletme) ısıtma sağlayabilmektedir.

Diğer taraftan pazarda hava/su ısı pompalarına farkedilir bir talep oluşmaktadır. Bu cihazların montajı daha ekonomik ve kolaydır. İsviçre’deki yeni montajların %60’ı bu tip ısı pompaları ile gerçekleşmektedir (Şekil 3).

Şekil 1: Almanya’daki yeni ısı pompaları adetleri (Kaynak: Initiativkreis WärmePumpe (IWP) e.V.)

Şekil 2: Vitocal 300 Antifriz/su ve su/su ısı pompası

■ ■ ■

■ ■ ■

■ ■

■ 1)

■ ■

■

■

Giriş

1.2 Isı Pompaları çevre dostudur

Motorin ve doğal gaz gibi fosil yakıtların ömrü sınırlıdır. Bu gerçeğin farkına varmak bizleri ısıtma sistemleri için yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımına yöneltmektedir.

Avrupa’da çevre duyarlılığına paralel olarak fosil yakıtlara karşı güçlü politikalar bulunmaktadır. Sınırlı yakıt rezervlerinin yanı sıra, iklim değişikliklerinin önlenmesi de ısı pompası sistemlerinin tercih edilmesinde önemli bir role sahiptir. CO2 emisyonlarının düşürülmesi, iklim değişikliğinin önlenmesi için mutlaka gerçekleştirilmesidir.

Tüm bu hususlar yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını desteklemektedir. Isı pompaları, ısıtma sistemleri ve kullanma suyu ısıtması için enerji tasarrufuna yönelik verimli çözümler sunmaktadır.

1.3 Isı pompasının kullanım alanları

Isı pompaları, müstakil evler, apartmanlar, oteller, iş merkezleri, okullar, hastaneler gibi yeni ve mevcut binaların ısıtılması için uygundur. Düşük enerji evleri için ısı pompası sistemleri talepleri karşıladığı için kaçınılmazdır. Diğer tüm ısıtma sistemleri gibi ısı pompaları da hemen hemen tüm uygulamalar için elverişlidir. (Tablo 1)

Isıtma

Soğutma

İlave Havalandırma

1) Daha yüksek gidiş suyu sıcaklıkları Table 1: Seçim Kriterleri

Şekil . 3: Vitocal 300 Hava/Su Isı Pompası

5

Pasif Ev

Düşük Enerji Evi

Apartman

Eski Yapı

Ticari Bina

Proses Isısı

Lokal Isıtma Ağı

2 Temel Prensipler

2.1 Temel Prensip

Genel olarak ısı pompaları, ortamın sıcaklığını arttırmak için ilave bir enerji kullanan ekipmanlar olarak tanımlanabilir. (Şekil 4).

Isı pompalarının çalışma prensibi, ısı taşıyan akışkanı sıkıştırıp genleştirmek suretiyle açığa çıkan enerjisini ortamın sıcaklığını arttırmak için kullanılmasına dayanır. (Şekil. 5).

Tahrik Enerjisi (elektrik)

Şekil. 4: Isı Pompası Prensibi

Çevre Enerjisi (toprak,su,hava)

Isıtma Enerjisi

2.2 Tasarım

Isı pompaları tasarımlarına veya işletim prensiplerine göre aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir :

– Kompresörlü ısı pompaları – Sorpsiyonlu ısı pompaları

(absorbsiyonlu ve adsorbsiyonlu ısı pompası)

– Vuilleumier ısı pompaları

Çevre Enerjisi

Scroll Kompresör

Isıtma Enerjisi

Ayrıca termoelektrik ısı pompası gibi farklı teknik çözümler de bulunmaktadır. Ancak bu çözümün gelecekteki bina ve kullanma suyu ısıtması için termoelektrik ısı pompasının uygun olmayacağı muhtemeldir.

Buharlaştırıcı Kondenser

Genleşme Valfi

Şekil. 5: Isı Pompası çevrimi

6

7

Temel Prensipler

2.2.1 Kompresörlü Isı Pompaları Çalışma prensipleri buzdolabınınkine benzeyen kompresörlü ısı pompaları en çok tercih edilen ısı pompası türüdür. Aralarındaki fark buzdolabı ortam sıcaklığını düşürürken ısı pompası arttırır.

Elektrik kompresörlü ısı pompaları

Yoğuşturucu (3)

Isı Transferi

(Isıtma Devresi)

Sekonder Devre

Çevreden ısı alındığında, buharlaştırıcıdaki sıvı fazlı soğutucu akışkan düşük basınç altındadır (1). Buharlaştırıcıdaki sıcaklık seviyesi, soğutucu akışkanın mevcut basınçtaki kaynama noktasının üzerindedir. Bu sıcaklık farkı ile soğutucu akışkan buharlaşır ve çevreden ısı çeker. Sıcaklık0 oC'nin altındadır. Kompresör (2) akışkan buharını çeker ve sıkıştırır. Sıkıştırma sırasında buhar fazındaki akışkanın basıncı

Kompresördeki sıkıştırma işleminden sonra buhar fazındaki akışkan yoğuşturucuya gelir. Yoğuşturucuyu (3) çevreleyen ısıtma suyunun sıcaklığı, soğutucu akışkanın yoğuşma sıcaklığından düşüktür. Buhar fazındaki akışkan soğuyarak sıvı faza geçer. Buharlaştırıcının çevreden çektiği ısı ve kompresördeki sıkıştırma işlemi sırasında ilave edilen elektrik enerjisi ısıtma suyuna aktarılmış olur. Soğutucu akışkan bir genleşme valfinden (4) geçerek tekrar buharlaştırıcıya döner. Bu sırada akışkan kompresörün yüksek basıncından buharlaştırıcının düşük basıncına genleşir. Böylece çevrim tamamlanmış olur.

Genleşme Valfi (4) Kompresör(2)

Buharlaştırıcı (1) Primer Devre

Isı Kaynağı

(Çevre Isısı) Şekil.6: Isı Pompasının çalışma prensibi (animasyon : www.viessmann.de)

ve sıcaklığı artar.

8

Temel Prensipler

R 407 C gibi soğutucu akışkanlar 3 bileşenden oluşmaktadır. Her bir bileşenin kendi buharlaşma sıcaklığı vardır. İlave edilecek bir ara eşanjör ile her bir bileşenin 100%buharlaşması sağlanır. Bu şekilde kompresöre sıvı gitmesi engellenir ve soğutma çevriminin performansı artar.

Yoğuşturucu

Isı Transferi (Isıtma Sistemine)

Kompresör

Bu prensibe göre ara eşanjör; buharlaştırıcıdan kompresöre giden buhar fazındaki soğutucu akışkan ısısının bir kısmını yoğuşturucudan çıkan sıvı fazdaki soğutucu akışkana aktarılmasını sağlar. Buharlaştırıcıdan kompresöre giden akışkan ile yoğuşturucudan genleşme valfine gelen soğutucu akışkan arasındaki ısı alışverişi sayesinde buharlaştırıcıya gelen akışkanın sıcaklığının artması sağlanır. Bu ısı transferi soğuk tarafta basınç yükselmesini, sıcak tarafta ise basınç düşüşünü sağlar. Böylece buharlaş-tırıcıdaki akışkan son sıvı molekülüne kadarbuharlaşır ve kompresörde sıkıştırma işlemidaha düşük elektrik enerjisi harcanır. Ara eşanjör sayesinde ısı pompasının perfor-

Genleşme Valfi

Buharlaştırıcı

Ara Eşanjör

Isı Kaynağı (Çevre Isısı)

Aşırı Isıtma

Şekil. 7: Eşanjörlü Isı Pompası (animasyonlu gösterime www.viessmann.de/waermepumpen adresinden ulaşabilirsiniz)

Şekil. 8: Vitocal 300 Antifriz/su Isı Pompası

mansında %5'e kadar artış gözlenir.

(Şekil.7)

Çevreden ÇekilenEnerji: 3 kW

Çekilen ElektrikGücü:1 kW

Kapasite: 4 kW

Şekil.9:Tesir katsayısı hesabı

Isı Kapasitesi 4 kWTesir Katsayısı= –––––––––––––––––––––––––––––––––– = ––––– = 4

Çekilen Elektrik Gücü 1 kW

Performans faktörü = üretici tarafından belirlenen EN 255'e göre laboratuar değeriYıllık çalışma sayısı=Bir yılda kazanılan ısının bir yılda harcanan enerjiye oranı

Temel Prensipler

Günümüzde ısı pompaları, 3 birim enerjiyi çevreden, 1 birim enerjiyi de kompresörü çalıştırmak için elektrikten çeker. Performans faktörü, transfer edilen ısı enerjisi (kompresöre aktarılan elektrik enerjisi de dahil) ve kullanılan enerji (elektrik enerjisi) (burada 3+1 / 1=4) arasındaki orana dolayısıyla ısı pompasının verimine eşittir. (Şekil. 9).

Bu şartlar altında ısı pompası sistemleri, güneş enerjisi sistemlerini saymazsak sıfır CO2 emisyonu üreten tek ısıtma sistemi olmaktadır.

9

10

1

2

3

4

5

10

20

30

4050

50 300

– 40°C

– 30°C

– 20°C– 10°C

0°C

10°C

20°C

30°C

50°C 60

°C

70°C

80°C

100°

C

120°

C

140°

C

100 150 200 250 350 400 450

Sıvı

Buhar KızgınBuhar

4

Enthalpi h [kJ/kg]

Bas

ınç

p [b

ar]

40°C

Buharlaşma

Sıkı

ştırm

a

Gen

leşm

e

Yoğuşma 3

21

Isıtma Kapasitesi

SoğutmaKapasitesi

ElektrikGücü

Kap

asite

[kW

]

Anti friz Sıcaklığı [°C]– 5 0 5 10 15

0

2.7

5

8.4

10

10.6

15

THV = 35°C

THV = 45°C

THV = 55°C

THV = 35°C

THV = 45°C

THV = 55°C

THV = 35°C

THV = 45°C

THV = 55°C

Temel Prensipler

Isı pompası için lg p-h diyagramı

Bir çevrimdeki sıcaklık ve basınç değişimleri genellikle "lg p-h" diyagramı ile gösterilir.

Isı pompası için; buharlaşma (1 - 2), sıkıştırma (2 - 3), yoğuşma (3 - 4) ve genleşme (4 - 1) işlemleri tek tek gösterilmiştir. (Şekil. 10).

Tesir katsayısı ε; transfer edilen enerjinin harcanan elektrik enerjisine oranı olarak da tarif edilebilir. Isıtma devresine transfer edilen ısı enerjisinin büyük kısmı akışkanın buhar fazında olduğu kırmızı ile gösterilen çevrimde yer almaktadır. Şekil 10’da gösterildiği gibi -15°C dış hava sıcaklığında, maksimum sıcaklık seviyesi 45°C olmaktadır. Teorik olarak daha yüksek sıcaklık seviyelerine ulaşılması için (2-3) işleminin 3 noktasının ötesine taşınması gerekmektedir(bkz. 3.1.3).

Şekil. 10: Hava/Su Isı Pompasına ait basınç-entalpi diyagramı (Dış Hava -15°C ve çıkış sıcaklığı 45°C şartlarında)

Kapasite Diyagramı

Kapasite diyagramları bir taraftan ısıtma, soğutma ve çekilen güç arasındaki ilişkiyi, diğer taraftan sıcaklık şartlarını gösterir (çevre ısısı giriş sıcaklığı, ısıtma devresi gidiş sıcaklığı). Şekil. 11 de gösterilen örnekte; Isı Pompasının B 0/W 35 (B 0 = antifriz giriş sıcaklığı 0°C, W 35 = Isıtma suyu çıkış sıcaklığı 35°C) noktasında soğutma kapasitesi QK = 8.4 kW olmaktadır. Sistem 2,4 kW’lık elektrik gücü çeker. Bu da 10,8 kW’lık ısıtma kapasitesi elde etmemizi sağlar. Bu diyagramlar ayrıca, farklı çıkış suyu sıcaklıkları için ısıtma ve soğutma kapasitelerini elde etmemizi sağlar.

Şekil. 11: Kapasite Diyagramı, Vitocal 300,Tip BW110

Çekilen Isı

Absorber

6

Buharlaştırıcı

GenleşmeValfi

Termal Kompresör

Isı Transferi(ısıtma sistemine)

Yoğuşturucu

Ayırıcı


Çekilen Isı(Çevre)

5

4

3

2

1

7

Solventpompası

Genleşme Valfi

Temel Prensipler

Benzin Motorlu Kompresörlü Isı Pompaları

Isı Pompaları doğal gaz, dizel veya fuel oil yakıtlar ile işletilebilir. Bu durumda kompresör içten yanmalı bir motor ile tahrik edilir. Yakıt masrafı ve atık gazların dışarı atılması gerektiği düşünülmelidir.

Yakıt motorlu kompresörlü ısı pompaları, elektrikli olanlara göre

primer enerji açısından daha iyidir. Çünkü motordan elde edilecek atık ısının enerjisi de kullanılabilir.

2.2.2 Sorbsiyonlu Isı Pompaları

Sorbsiyonlu ısı pompaları fiziksel-kimyasal işlemle çalışır. İki madde ısı enerjisi verilerek ayrıştırılır, daha sonra ayrıştırmak suretiyle ısı açığa çıkar. (Absorbsiyon, adsorbsiyon) Bu işlemler fiziksel bazı etkilerle (basınç, sıcaklık) gerçekleştirilebilir.

Hergün karşılaştığımız bazı örnekler:

– Karbondioksit maden suyu içinde çözünmüş haldedir ve şişenin kapağını açtığımızda uçar (basınç düşümü).

– Kokuların ve zararlı maddelerin

hava içerisinden kömür ile ayrıştırılması (adsorbsiyon).

Şekil. 12: Absorbsiyonlu Isı Pompası Diyagramı Absorbsiyonlu Isı Pompaları Absorbsiyonlu ısı pompaları genellikle doğal gaz ile çalışırlar ve elektrik kompresörlü ısı pompaları ile aynı özelliklere sahiptir. Bu tür ısı pompalarında mekanik kompresör yerine termal kompresör kullanılır. Burada çevre ısısını çekmek için amonyak gibi çok düşük sıcaklıklarda ve basınçta buharlaşan bir soğutucu kullanılır. Şekil. 12 (1) Soğutucu buharı absorbere gelir (2), Burada su gibi bir solvent tarafından absorbe edilir ve açığa çıkan ısı bir eşanjörle ısıtma sistemine verilir.

Solvent pompası (3) iki bileşenli çözeltiyi termal kompresöre aktarır (4). Çözeltideki bileşenler farklı kaynama sıcaklıklarına sahip oldukları için ayrışırlar. Isı verilmesi ile kaynama sıcaklığı daha düşük olan soğutucu akışkan buharlaşır.

Yüksek sıcaklık ve basınçtaki soğutucu akışkan buharı kondensere gelir (5), ve yoğuşma ısısını dışarı atarken sıvılaşır. Bu işlem sırasında yoğuşma ısısı ısıtma sistemine verilir. Sıvı faza geçen soğutucu akışkanın basıncı genleşme valfinden (6) geçirilerek düşürülür. Böylece başlangıçtaki basınç ve sıcaklık seviyesine gelir.

Çözelti kompresör çevrimindeki gibi davranır (7).

11

Faz 1 (desorpsiyon)Isı Kaynağı


Faz 2 (adsorpsiyon)Isı Transferi

2 Brulör

ZeolitliEşanjör

1

Buhar

Eşanjör(Buharlaştırıcı)

3


Isı Kaynağı(çevre)

2 Brulör

ZeolitliEşanjör

1

Buhar

Eşanjör(Yoğuşturucu)

3

Temel Prensipler

Solvent pompası için ihtiyaç duyulan elektrik enerjisi çok düşüktür. Termal kompresör için gerekli enerji yakıtın yanması ile elde edilir. Alternatif enerji kaynakları da kullanılabilir.

Absorbsiyonlu ısı pompalarının avantajları, primer enerjinin iyi kullanılması ve solvent pompasından başka hareketli parçanın bulunmamasıdır.

Absorbsiyonlu ısı pompaları yüksek kapasiteler (50 kW’den yüksek) verebilir. 2 kW’ a kadar olan kapasiteler için propanlı soğutucular kullanılmaktadır. Genellikle su amonyak karışımı soğutucu akışkan olarak kullanılır.

Adsorbsiyonlu Isı Pompaları

Adsorbsiyonlu ısı pompaları kömür, silikajel veya zeolit gibi katı maddeler ile çalışır.“Kaynayan Kaya” olarak da tanımlanan mineral zeolitin su buharını bünyesine alma ve tutma suretiyle 300°C sıcaklıkta ısıyı dışarı verme özelliği vardır. Buna egzotermal reaksiyon da denir.

Daha önce anlatılan ısı pompalarında olduğu gibi, adsorbsiyonlu ısı pompalarıda da ısıyı alma ve ısıyı verme prensibine dayanır. Şekil 13’te adsorpsiyonlu bir ısı pompasına örnek gösterilmiştir. Böyle bir tasarımda mutlaka vakum sistemi gereklidir.

Şekil. 13: Adsorbsiyonlu Isı Pompası Fonksiyonu

İlk fazda (desorpsiyon fazı), silika jel veya zeolitli eşanjör (1) gaz brülöründen elde edilen ısıyı alır (2). Bu aşama sırasında katı madde içinde bulunan su buhar olarak serbest kalır ve ikinci eşanjöre geçer (3). Bu eşanjör çift fonksiyonlu olarak çalışır: İlk aşamada su buharı yoğunlaşırken serbest kalan ısıyı ısıtma sistemine transfer eder. Bu aşama zeolitin içindeki tüm su buhar fazına geçinceye kadar devam eder. İstenen kuruluğa ulaşıldığında su ikinci eşanjörde yoğuşur ve ısıtıcı kapanır. İkinci aşamada eşanjör (3) çevre ısısını suya aktarmak suretiyle buharlaştırıcı gibi davranır. Bu aşamada sistemin içinde 6 bar’lık bir basınç bulunmaktadır. Soğutucu su çevre ısısını çekerken buharlaşır.

Su buharı, silika jel veya zeolit tarafından absorbe edilmek üzere eşanjöre döner. (1) Bu aşamada silika jel veya zeolit tarafından absorbe edilen ısı, eşanjör (1) vasıtası ile ısıtma sistemine aktarılır. Bu çevrim su buharı tamamen adsorbe edilinceye kadar devam eder. Adsorbsiyonlu ve absorbsiyonlu ısı pompaları yüksek kapasiteli uygulamalar için uygundur.

12

1

Buhar

Eşanjör(Buharlaştırıcı)

Daha önce belirtildiği gibi absorbsiyonluısı pompaları uzun zamandan beri yüksekverimli soğutucu olarak kullanılmaktadır.

Piston

Piston

Soğuk

Ilık

IlıkGaz Hacmi

Soğuk Gaz Hacmi

Isı Kaynağı(Çevre)

SıcakGaz hacmi

Isıtma SistemineIsı Transferi

Isı Kaynağı(Brulör)

Vh, Th

Vw, Tw

Vk, Tk

2

1

Temel Prensipler

2.2.3 Vuilleumier Isı Pompaları

Vuilleumier ısı pompaları da (Şekil. 14) doğalgazla çalışır. Bu tip ısı pompaları Stirling işlemindeki gibi termo tahrikli jeneratif gaz çevrimi prensibine göre çalışır.

Helyum soğutucu gaz olarak kullanılır.

Vuilleumier ısı pompalarının patenti, 1918 yılında Amerika’da Rudolph Vuilleumier tarafından alınmıştır. Vuilleumier ısı pompalarının temel prensibi farklı sıcaklık seviyelerindeki iki farklı ısı kaynağının kullanılmasına dayanır. Bir gaz brülörü çevrim için gerekli ilk hareketi sağlar ve dış havanın ısı enerjisinden faydalanan eşanjör 2. ısı kaynağı olarak çalışır. –20oC deki dış hava koşullarında bile 75oC lik bir sıcaklık seviyesine ulaşılabilir. Bu da Vuilleumier ısı pompalarının mevcut binalarda kullanımını kolaylaştırmaktadır. AR-GE çalışmaları Vuilleumier ısı pompalarında primer enerji tasarrufunun %44’e kadar çıkabildiğini göstermektedir. Vuilleumier ısı pompaları yaklaşık 15 ile 45 kW termal kapasite aralığındadır. Prototip olarak laboratuar ortamında 33 kW kapasite test edilmiştir. Ekonomik olarak şartlar elverişli olması halinde birkaç yıl içinde ürünlerin geliştirmesi tamamlanacaktır. Enerji açısından bakıldığında Vuilleumier ısı pompaları kompresörlü ve absorbsiyonlu ısı pompalarına göre en iyi alternatiftir.

2.3 Performans Faktörleri Bir ısı pompasının veya ısı pompası sisteminin faktörleri DIN EN 14511’e göre tayin edilir. Kompresörlü ısı pompalarına ait en önemli faktörler, tesir katsayısı ve yıllık çalışma sayısıdır. Tesir katsayısı, ısıtma kapasitesi ile harcanan enerji arasındaki ilişki olarak tanımlanır. (bkz. Şekil9). Diğer bir deyişle “performans faktörü 4” ifadesi, “üretilen ısı enerjisi, tüketilen elektrik enerjisinin 4 katı”dır anlamına gelir.

Tesir katsayısı, belirli işletim ve uygulama şartlarında ölçülmüş değerdir. Antifriz / Su ısı pompaları için örneğin, B0/W35: antifriz giriş sıcaklığı 0°C, ısıtma suyu çıkış sıcaklığı 35°C demektir. Aşağıdaki kural tüm ısı pompaları için geçerlidir:Isıtma suyu ile enerji kaynağı arasındaki sıcaklık farkı ne kadar düşük olursa, tesir katsayısıdolayısıyla verim o kadar yüksek olur. Bu sebepten dolayı yerden ısıtma gibi düşük sistem sıcaklıklarının kullanıldığı ısıtma

sistemleri ısı pompası için daha uygundur. Seçilen enerji kaynağı ve sistem sıcaklıklarına göre modern elektrikli ısı pompalarının performans faktörleri 3,5-5,5 arasında değişmektedir. Yani her kW saat’lik harcanan elektrik enerjisine karşı 3,5 ile 5,5 kWsaat’lik ısınma sağlanmaktadır. Yıllık çalışma sayısı hesaplanırken tüm ısı pompası sistemine ait 12 aylık bir periyot göz önüne alınmaktadır.

13

3 Isı Pompası Teknolojisi

3.1 Elektrikli Isı Pompası Bileşenleri

3.1.1 Kompresör

Kompresörler, sıcaklık seviyesini enerji kaynağından ısıtma devresine yükselten en önemli ısı pompası bileşenidir. (Şekil. 15)

Isı pompalarında kullanılan pistonlu kompresörlerin yerini günümüzde sessiz çalışan ve uzun ömürlü Scroll kompresörler almıştır. Scroll kompresörler, Avrupa, Japonya ve ABD’de 12 Milyon adedin üzerinde kullanılmaktadır. Hermetik scroll kompresörler uzun yıllar bakım gerektirmeden çalışabilir. (Şekil. 16).

Soğutucu akışkan scroll kompresör tarafından sıkıştırılır. Eksantrik eksenli vidalar dıştan içe doğru döner. Birbiri içine geçmek suretiyle elde edilen hareketin titreşimi çok düşüktür.

Şekil 15: Scroll kompresör Bilinen pistonlu kompresörlere göre ses seviyesi 6 dB(A) kadar daha düşüktür. Başka bir deyişle, ses seviyesi aynı kapasitedeki bir buzdolabı ile aynı olmuştur. Çevrimde genellikle R 407 C, R 410 A, R 404 ve R 134 soğutucu akışkanları kullanılmaktadır. Bunlar çevreye zarar vermeyen, FCKW, H-FCKW içermeyen

Şekil. 16: Dual scroll spiraller

14

Modern elektrikli ısı pompaları, 80'lerde üretilen ısı pompaları ile teknik olarakkarşılaştırılamayacak kadar geliştirilmiştir.

ve yanıcı olmayan gazlardır.

1

2

3

4

5

10

20

30

40

50 300

Basýin

c [

bar]

–40°C

–30°C

–20°C–10°C

0°C

10°C

20°C

30°C

40°C 50

°C 60°C

70°C

80°C

100°

C

120°

C

140°

C

100 150 200 250 350 400 450

1 2

5

Sıkı

ştırm

a

Ge

nle

sm

e

Isı Pompası Teknolojisi

3.1. Eşanjörler

Isı pompalarının buharlaştırıcıları (hava/su ısı pompaları hariç) ve kondenserlerinde paslanmaz çelik plakalı eşanjör kullanılmaktadır.

Paslanmaz çelik plakalı eşanjörler bir türbülans akım oluşturur ve laminer akış göstermez. Sonuç olarak daha gelişmiş bir ısı transferi karakteristiği gösterir. Ayrıca daha kompakt tasarım daha verimli bir alan kullanımı sağlar.

50

Sıvı

Yoğuşma 4

1

Buharlaşma Buhar

Kızgın Buhar

3.1.3 Ara Eşanjörler Soğutucu akışkan kompresöre girmeden önce ön ısıtmaya maruz bırakılır. (bkz 2.2.1.1)

Entalpi h [kJ/kg] Çevreden alınan buharlaşma ısısı (72%)

Kompresör tahriği için Elektrik enerjisi (28%)

Akışkan kompresörden çıktığında buharlaştırıcıdaki sıcaklığından daha yüksek bir sıcaklığa sahiptir. Ara eşanjörde bu ısının bir kısmı, buharlaştırıcıdan gelen akışkanı ısıtmak amacı ile kullanılır. Böylece evaporatörden henüz buharlaşmadan çıkan sıvı molekülleri de buharlaştırılır. Vitocal 300 ısı pompalarında ara eşanjörler bulunmaktadır. (Şekil. 18).

Çevrim aşamaları; buharlaşma (1 - 2), aşırı ısıtma (2 - 3), sıkıştırma (3 - 4), yoğuşma (4 - 5) ve genleşme (5 - 1) – "lg“ p-h diyagram“ında gösterilmiştir. (Şekil. 17).

Bu örnekte % 64 oranında çevre enerjisine karşılık % 36 oranında güç tüketilmiştir. Ayrıca tesir katsayısıyukarıda belirtildiği gibi belirlenebilir. Tesir katsayısı, elde edilen enerji ile harcanan güç arasıdaki oranı vermektedir.

Tek kademeli ısı pompası

tip AW: A –15oC / W 45 oC 1 – 2 Buharlaşma 2 – 3 Aşırı Isıtma 3 – 4 Sıkıştırma 4 – 5 Yoğuşma 5 – 1 Genleşme

Şekil. 17: scroll kompresör için lg p-h diyagram Şekil. 18: Vitocal 300 ısı pompalarında ara eşanjör

15

3

Magnet ventil

Filtre kurutucu

Ara eşanjör

Gözetleme Camı

VerimBulunabilirlik

AtıkIsı

YeraltıSuyu

Toprak Hava


3.1.4 Kontrol Panelleri

Isı pompalarının kontrol panelleri dış hava kompanzasyonu, uzaktan kumanda, düşümlü işletme, tatil programıve zamanlayıcı gibi özelliklerin yanı sıra ısı pompasına ait işletim ve hata mesajlarını da vermektedir. Grafik özellikli, yardımcı menüler, menü kılavuzlu arayüze sahip, BUS bağlantısı ve kullanım kolaylığı sağla-yan kontrol panelleri ısı pompalarına entegre edilmektedir. Son model kontrol panelleri ayrıca güneş enerjisi panellerini ve doğal soğutma fonksiyonlarını da kontrol edebilmektedir. (Şekil. 19).

3.2 Enerji Kaynakları

Şekil. 19: CD 70 dış hava kompanzasyolu, dijital ısı pompası kontrol paneli

Toprak, yer altı ve yer üstü suları, çevre havası veya atık ısı enerji kaynağı olarak kullanılabilir. (Şekil. 20). Hangi enerji kaynağının kullanılacağı ısıtılacak mahalin yerleşimine, kaynağın elverişliliğine ve sürekliliğine bağlıdır.

Enerji Kaynağı - Hava: Kolaylıkla bulunabilir, ilk yatırım maliyeti düşüktür. Bivalent ve yedekli işletimler için uygundur. Düşük dış hava sıcaklıklarında elektrikli ısıtıcı takviyesi gereklidir.

y

Aşağıdaki kural her zaman geçerlidir: enerji kaynağı ile ısıtma sistemi arasındaki sıcaklık farkı ne kadar düşük olursa, kompresörü tahrik etmek için gerekli güç o kadar düşük dolayısıyla tesir katsayısı o kadar yüksek olur.

Enerji Kaynağı - Toprak: Yeni binalarda en çok tercih edilen enerji kaynağıdır. Monovalent işletilebilir, yüksek verime sahiptir. Enerji Kaynağı - Su: Su kalitesi ve özellikleri önemlidir. Genel olarak yüksek verimlidir, monovalent işletilebilir. Enerji Kaynağı – Atık Isı: Kolaylıkla bulunabilir olmasına rağmen miktar ve sıcaklık seviyelerinin elverişsiz olması sebebi ile tercih edilmemektedir.

Şekil. 20: Isı Pompaları için Enerji Kaynakları

16

17

Toprak Yüzeyi

Sıcaklık [°C]

Der

inlik

[mm

]

0 5 10 15 200

5

10

15

18

10°C

1 Mayıs

1 Şubat 1 Ağustos

1 Kasım

Banyo / WC

Oturma Odası

Bodrum

BoylerVitocal 300


3.2.1 Enerji Kaynağı - Toprak

2 m lik bir derinlikte toprak tüm yıl boyunca 7 ile 13°C arasında sabit bir sıcaklık aralığına sahiptir. (Şekil. 21). Yatay toprak kollektörleri (Fig. 22), veya dikey sondajlar bu depolanan enerjiyi antifriz-su karışımı ile ısı pompasının buharlaştırıcısına getirirler.

Isıtılacak bina yakınındaki alanda bulunan eşanjör yardımı ile enerji transfer edilir. Daha derin tabakalardaki enerji akımı 0.063 ile 0.1 W/m2 arasındadır. Bu değerihmal edilebilir. Toprak, yüzeyindeki yağmur, güneş ışığı gibi kaynaklardan ısısını alır.

Şekil. 21: Yıllık Toprakaltı Sıcaklık Değişimleri

Plastik borular (PE) 1.2 ile 1.5 m derinlikte döşenir. Boru uzunlukları 100 m’yi geçmemelidir. Çünkü daha uzun borulamalarda basınç düşer ve daha yüksek kapasiteli cihaz seçilmesi gerekir. Tüm boru döngüleri aynı mesafede olmalıdır. Çünkü her boru döngüsünde aynı basınç düşümü dolayısıyla aynı debi özellikleri elde edilmesi gerekmektedir. Böylece topraktan eşit olarak ısı çekilebilecektir. Boruların uçları birer gidiş ve dönüş kollektörüne bağlanmıştır. Bu kollektörler borulardan biraz daha yükseğe monte edilerek boru sisteminin havasının atılması sağlanmaktadır. Her hat tek tek kapatılabilmelidir. Bir sirkülasyon pompası topraktan ısı çeken antifrizi sirküle etmektedir.

Şekil. 22: Vitocal 300 ve toprak kollektörleri ile topraktan ısı çekilmesi

Toprak yüzeyinden 5 m derine kadar olan tabaka ısı kaynağı olarak kabul edilir.

Toprak Kollektörü Isı PompasıVitocal 300 / 350

Antifriz Kollektörü(dönüş)

Antifriz Kollektörü(gidiş)

Besleme Hattı Düşük SıcaklıklıIsıtma Sistemi


Şekil. 23: Toprak Kollektörleri ile Isı Çekilmesi

Boruların etrafındaki toprakta görülen donmanın bitkilere bir zararı yoktur. Yine de boruların yakınına derin köklü bitkilerin dikilmemesi tavsiye edilir. Isısı alınan toprağın rejenerasyonu , güneş ışınımının artması ve yağışlar sayesinde bahar ve yaz aylarında gerçekleşir (Şekil. 23). Böylece toprak ısıtma mevsimine hazır hale gelir.

Yeni binalarda ısı pompasının kurulması için gerekli toprak kazma ve taşıma işlemleri pek masraflı değildir. Mevcut binalar için aynı işlemlerin masrafı büyüktür.

Topraktan kazanılan ısı miktarı bazı faktörlere bağlıdır. Özellikle toprağın cinsi çok önemlidir. Örneğin bol sulu killi toprak ısı kaynağı olarak elverişlidir.

Tecrübelere dayanılarak verilen ısı çekme kapasitesi (soğutma kapasitesi) her m2 toprak alanı için 10 ile 35 Watt arasındadır. Kumlu kuru toprak qE = 10 - 15 W/m2

Kumlu yaş toprak qE = 15 - 20 W/m2

Killi kuru toprak qE = 20 - 25 W/m2

Killi ıslak toprak qE = 25 - 30 W/m2

Yer altı suyu olan toprak qE = 30 - 35 W/m2

Şekil. 24: Toprak Kollektörü

Şekil. 25: Antifriz Kollektörü

18

Düşük Sıcaklıklı Isıtma Sistemi

Besleme Hattı

Antifriz Kollektörü(gidiş)

Antifriz Kollektörü(dönüş)

Min. 5 m

Sondaj(Çift U Boru)

Isı PompasıVitocal 300 / 350


Serme yöntemi için büyük miktarlarda toprak kazılması gerekmektedir. (Şekil. 24). Ancak modern ekipmanlarla sondaj kuyuları açmak birkaç saat sürmektedir. (Şekil. 27).

Sondaj yönteminde kuyu derinliklerinin belirlenmesi çok önemlidir (Şekil. 26), Bu işlem konusunda tecrübeye sahip jeologlar ve sondaj firmaları tarafından boyutlandırılmalı ve yapılmalıdır. Ayrıca bu tür montajları yapan firmalar 10 yıl ve üzerinde garantilerle çalışmaktadır. Almanya’da bazı özel durumlarda bu tür sistemler için yerel makamlar tarafındanizin alınmalıdır. 100 m'den daha derin sondalar için üst makamlara başvurulması gerekmektedir. Sondaj borularıyla kuyuları arasında

kalan boşluk sıkıştırılmış dolgu maddesiile doldurulur. Genelde 4 boru paralel olarak yerleştirilir.(Çift U Boru Sistemi).

Sondajla birlikte kuyu açılması maliyeti toprak şartlarına bağlı olarak metre başına 30 ile 50 Euro arasındadır. Tipik bir düşük enerji evinin ısıtma ihtiyacı ortalama 6 kW ‘ tır. Bu da yaklaşık 95 m’lik bir kuyu 5.000 ile 7.000 Euro bir maliyet gerektirir. Planlama ve montaj, zemin şartlarına, yer altı suyu geçiyorsa suyun akış yönüne bağlıdır. Standart şartlar altında ortalama sondaj kapasitesi 50 W/m sondaj uzunluğu ‘dur. (VDI 4640’a göre).

Şekil. 26: Sondaj Boruları ile Isı Çekme

Tabaka Spesifik Çekilen Isı

Tablo 2: Sondajlar için spesifik Isı Akımları (Çift U Borulu Sondajlar için) [VDI 4640 sayfa 2] Yer altı kaynaklarının olduğu yerlerde daha fazla enerji çekmek mümkündür. (Tablo 2). Antifriz kollektörden iki boru ile aşağıya doğru akar ve diğer iki borudan tekrar yukarıya kollektöre geri döner. (Şekil. 25). Antifriz su karışımı, donma noktası düşük olduğu için boruların donmasını önler.

Şekil. 27: Sondaj Montajı

19

Genel Değerler Fakir Tabaka (kuru zemin) [λ < 1.5 W/(m · K)] Standart sulu kaya tabakası Çamur [λ < 1.5 – 3.0 W/(m · K)] Yüksek ısı geçiren kaya tabakası [λ > 3.0 W/(m · K)]

20 W/m

50 W/m 70 W/m

Seyrek zemin Çakıl, kum, kuru Su yollu Çakıl, kum Killi, nemli Kireçtaşı (katı) Kumtaşı Asidik magmatik (granit) Bazik magmatik (bazalt) Metamorfik kaya

< 20 W/m

55 – 65 W/m 30 – 40 W/m 45 – 60 W/m 55 – 65 W/m 55 – 70 W/m 35 – 55 W/m 60 – 70 W/m

Enerji Kaynağı

AB

C

D

Isı Transferi(Isıtma Sistemine)

E

Emiş Kuyusu - emme pompası ileDönüş KuyusuAra Devre EşanjörüAra Devre Isıstma devresi PompasıSu/Su Isı PompasıVitocal 300 veya Vitocal 350

ABCDE

DönüşKuyusu

Emiş Kuyusu

Yeraltı Suyuakış yönü

Min. 5 m

Ara DevreEşanjörü




3.2.2 Enerji Kaynağı - Su

Su da toprak gibi güneş enerjisini çok iyi depolayan bir kaynaktır. En soğuk kış şartlarında bile yer altı sularının sıcaklığı 7 ile 12°C arasındadır. Yer altı suyu bir kaynaktan alınır ve su/su ısı pompasının buharlaştırıcısına getirilir. Daha sonra su soğuyarak kaynağa geri döner. (Şekil. 28). Suyun kalitesi ısı pompası üreticisinin belirlediği sınırlar dahilinde kalmalıdır. Bu sınırların dışına çıkılması durumunda uygun bir ara eşanjör kullanılması tavsiye edilmektedir. Çünkü ısı pompası içindeki eşanjörler suyun kalitesindeki düzensizliklere karşı son derece hassastır.

Paslanmaz çelik eşanjörlerde ara eşanjörler gibi tercih edilebilir. Ara devre ısı pompasını korur ve akışkanı dengeler. Bunun sebebi, yer altı suyundan antifrize ısı transferinin, suyun direkt buharlaştırıcıya gelerek ısısını aktarmasından daha düzenli oluşudur. (Şekil. 29).

Şekil. 28: Ara Devre Şeması

Kullanılacak pompanın enerji tüketimini göz önüne alırsak, ara devrenin kullanılması COP’de % 6 ile 9’luk bir düşüşe neden olmaktadır.Yani ısıtma kapasitesinde ara devre kullanılmayan bir sisteme göre %2 ile 4 ‘lük bir düşüş meydana gelecektir. Yer altı sularının kullanılması için yetkili makamlardan izin alınması gerekmektedir. Genellikle su kalitesi bazı sınırlar dahilinde olmalıdır. Bu sınırlar kullanılan eşanjörün paslanmaz çelik (1.4401) yada bakır oluşuna göre farklılıklar gösterir. Sınır değerlerine uyulması durumunda işletmede herhangi bir problem yaşanmamaktadır.

Şekil. 29: Yer altı sularından enerji çekilmesi

20

21

HavaEmişKanalı



Egzoz Kanalı


3.2.3 Enerji Kaynağı - Hava Dış Hava

Dış hava en ucuz enerji kaynağıdır. Hava bir kanal yardımıyla evaporatöre gelir, ısısı alındıktan sonra dışarı atılır. (Fig. 30).

Modern hava/su ısı pompaları - 20°C’deki dış hava sıcaklıklarında bile ısıtma yapabilmektedirler. Ancak tüm ısıtmayı kendi sağlayamaz. Çok soğuk günlerde ısı pompası tarafından ön ısıtma yapılmış olan ısıtma suyu elektrikli ısıtcı yardımıyla istenen sıcaklığa getirilebilir.

Hava/su ısı pompası büyük hacimlerde hava sirküle etmektedir. (3000 – 4000 m3/h). Ayrıca açık alanlardaki ses seviyesine dikkat edilmelidir.

Egzoz Havası

Atık ısı gelecekte ısı pompası sistemlerinde en çok tercih edilen enerji kaynağı olacaktır. (enerji tasarruflu evler) Isı pompaları havalandırma sistemleri ile birleştirilebilir. Bu ekipmanda bulunan egzoz havası/su ısı pompası evin havalandırılmasından açığa çıkan atık ısıyı buharlaştırıcıda kullanır. Bu ısı kullanım suyu ısıtması ve emilen havanın ısıtılması için kullanılır

Şekil. 30: Çevre havasından Enerji Çekilmesi (Dış Hava) İsveç’te her yıl yaklaşık 8000 adet egzoz havasından yararlanan ısı pompaları monte edilmektedir. Egzoz havası ısı pompalarında, ilave ısıtma enerjisi elektrikli ısıtıcılar ile sağlanmaktadır.

Şekil. 31: Hava/Su Isı Pompası (11 – 18,5 kW)

(Şekil 31)


3.3 Isı Pompası ile Soğutma

Bazı ısı pompaları ısıtmanın yanı sıra soğutma da yapabilirler. Isı pompasıyla soğutma yapmak için iki yöntem kullanılmaktadır:

– İki Yönlü İşletim:

Isı pompası fonksiyonu tamamen ters çevrilip, buzdolabı gibi çalışması sağlanır.

– Direkt Soğutma:

Antifriz yada yer altı suyu ortamdan ısıyı çekip dışarı atarlar. Bu fonksiyonla (Natural Cooling olarak adlandırılır) ısı pompası, kontrol panelleri ve sirkülasyon pompaları haricinde kapatılır.

Genleşme

Valfi

Yoğuşturucu Buharlaştırıcı

Isı Transferi (Isıtma Sistemine) Isı Kaynağı (Çevre)

Kompresör

3.3.1 İki Yönlü İşletim (Isıtma ve Soğutma)

Almanya’da ısı pompaları evsel ısıtmada ve kullanma suyu ısıtmasında kullanılmaktadır. Uygulanabildiği yerlerde bina soğutması için ayrı bir soğutma ekipmanı kullanılır. Hem ısıtma hem de soğutmanın aynı cihazla sağlanması Almanya’da henüz pek kullanılmamak-tadır. Ancak ABD’de daha sık kullanılmaktadır.

Daha önce açıklandığı gibi buzdolapları ve kompresörlü ısı pompaları aynı mantıkla çalışmaktadır. İki cihazın da temel elemanları (buharlaştırıcı, kompresör, yoğuşturucu ve genleşme valfi) aynıdır. Sadece amaçları birbirinden tamamen farklıdır. Biri soğutmak diğeri ısıtmak için çalışır.

Şekil. 32: iki Yönlü bir ısı pompasının ısıtma modundaki fonksiyon diyagramı Bir ısı pompasını soğutma için kullanma, kompresör akış yönünün ve genleşme valfinin tersine çalıştırılması ile mümkündür. Bu işlem akışkanın ve dolayısı ile ısının ters yönde hareket etmesini sağlayacaktır. Teknik açıdan bakıldığında 4 yollu vana ve ikinci bir genleşme valfinin soğutma çevrimine dahil edilmesi ile çözüme ulaşılabilir. Dört yollu vana tüm sistemin akış yönünü tersine çevirir. Dört yollu vananın monte edilmesi ile sistemin ısıtma yada soğutma modunda olduğuna bakılmaksızın kompresör akış yönünü muhafaza eder. Isıtma modunda, kompresör gaz fazındaki soğutucuyu ısıtma sistemindeki eşanjöre gönderir. Kullanma suyu veya mekan ısıtması için soğutucu yoğuşur, enerjisini ısıtma sistemine verir (Şekil. 32).

22


Soğutma işletimi için akım yönü dört yollu vana yardımı ile tersine döndürülür. Orijinal yoğuşturucu şimdi buharlaştırıcı olmuştur ve ortamdan aldığı ısıyı soğutucuya aktarır.Gaz fazına geçen soğutucu akışkan kompresöre dört yollu vana yardımı ile getirilir ve ısısını dışarı atacak olan yoğuşturucuya ulaşır. (Şekil. 33).

Genleşme Valfi

Buharlaştırıcı

Isı Kaynağı (Isıtma sisteminden veya yaşam alanından)

Bu çalışma prensibine sahip kompakt sistem çözümleri düşük enerji evlerinde tercih edilmektedir. Vitotres 343 enerji tasarrufu yapan evlerde kullanılmaktadır. (Şekil. 34) Örneğin bir hava/su ısı pompasının mekanik bir evsel havalandırma sistemi ile birleştirilmesi gibi... Isıtma Modunda (ortalama çekilen güç: 1.5 kW) ısı pompası ısı geri kazanım ünitelerinin kullanamayacağı evin atık ısısını buharlaştırıcıda kullanır. Isı pompası bu enerjiyi ısıtma sisteminde veya kullanma suyu ısıtmasında kullanır.

Yoğuşturucu

Isı Transferi (Çevreye)

Kompresör

Sıcak yaz günlerinde ısı geri kazanımı için kullanılan Vitotres 343’ün içindeki evsel havalandırma sistemi eşanjörü bypass edilir. Gece iç ortamdan daha serin olan dış hava direkt olarak mahale verilir. Kullanıcılar içeride daha serin bir hava talep ederlerse, egzoz hava/su ısı pompası otomatik olarak ters işletime geçer. Buharlaştırıcı taze havanının ısısını alır, serin hava mahali soğutmak için verilir. Bu modda maks. 1 kW’lık bir soğutma kapasitesi elde edilebilir.

Şekil. 33: iki Yönlü bir ısı pompasının ısıtma modundaki fonksiyon diyagramı

Ters işletime sahip ısı pompalarının ısıtma kapasiteleri her zaman soğutma kapasitelerinden daha yüksektir. Isıtma modunda kompresörü tahrik etmek için kullanılan elektrik enerjisi ısıtmaya dahil olur. Bu ısı, kompresörün soğutma modunda da çalışması gerektiği için yine açığa çıkar. Bu kaçınılmaz ısı, soğutma kapasitesini negatif yönde etkiler. İki yönlü işletime sahip ısı pompaları için soğutma modu için ulaşılabilecek COP değerleri ısıtma modundakinden biraz daha düşüktür.

Şekil. 34: Vitotres 343 – boyler ve mekanik havalandırma sistemi entegre edilmiş enerji tasarruflu evler için kompakt tasarım

23

A

B

C

D

F

G

H

K

E

Ör: Sondaj

Primer pompa

Üç yollu ayırıcı valfısıtma/soğutma (primer devre)

Eşanjör - Soğutma

Sirkülasyon Pompası - Soğutma

Yerden Isıtma sistemi

Üç yollu ayırıcı valfısıtma/soğutma(sekonder devre)

Sekonder Pompa

Isı Pompası Vitocal 300 veyaVitocal 350

A

B

C

D

E

F

G

H


3.3.2 Doğal Soğutma - ”Natural cooling”

Genellikle yaz mevsiminde iç mahallerin sıcaklığı toprak yada yer altı sularının sıcaklıklarından daha yüksektir. Bu şartlar altında, kışın enerji kaynağı olarak kullanılan toprak ve yer altı suları direkt olarak binanın soğutulması için kullanılabilir.Bu amaçla bazı ısı pompalarının kontrol panellerine “natural cooling” – doğal soğutma fonksiyonu eklenmiştir. Bu fonksiyon yaz aylarındaki yüksek hava sıcaklıkları sebebi ile hava/su ısı pompaları için uygun değildir.

Natural Cooling fonksiyonu birkaç ilave ekipmanla (eşanjör, üç yollu vana, sirkülasyon pompası) sağlanabilir. Bu yöntem Vitocal Isı Pompaları için kullanılabilir. Genellikle bu yöntem klima yada chiller sistemleri ile karşılaştırılabilecek düzeyde değildir. Soğutma kapasitesi, ısı kaynağının sıcaklığına, miktarına ve çalışma zamanına bağlıdır. Örneğin, tecrübelere göre, toprak yaz mevsimi sonlarına doğru daha fazla enerji depolamaktadır; ki bu da soğutma kapasitesinin düşmesine neden olmaktadır.

Şekil. 35: Yerden Isıtma Sistemi ile doğal soğutma için sistem şeması

(Animasyonlu gösterim için www.viessmann.de/waermepumpen)

Natural Cooling fonksiyonu için kontrol paneli primer pompa (B) (ısı pompası kompresörü durur) ile başlar, 3 yollu vanaları (C ve G) eşanjöre (D) doğru açar ve sekonder devre için (E) sirkülasyon pompasını çalıştırır. (Şekil. 35). Bu da yerden ısıtma sistemindeki sıcak suyun enerjisinin (F) eşanjör yardımıyla (D) primer devredeki antifrize aktarılmasını sağlar. Tüm odalardaki ısı çekilmiş olur.

Direkt soğutma için bağlanabilecek sistemler aşağıdadır: – Fan konvektörleri – Tavandan Soğutma – Yerden ısıtma sistemleri – Bina komponent aktivasyonu

(beton çekirdek ısıtması).

Natural cooling aslında soğutmanın en tasarruflu olan yöntemlerindendir. Çünkü ihtiyaç duyulan tek enerji topraktan veya yer altı suyundan alınan ısıyı sirküle edecek pompaları çalıştırmak içindir. Soğutma işletimi sırasında ısı pompası sadece kullanma suyu ısıtması için çalışır. Isı pompası kontrol ünitesi temel sirkülasyon pompalarını ve valfleri düzenler, tüm sıcaklıkları çiğ noktasında tutar. Bu yöntemle soğutmada COP 15 ile 20 mertebelerine çıkar.

24

K


3.3.3 Yaşam alanlarını soğutma Suyla yada havayla?

Bilinen klima sistemlerinde, yaşam mahaline soğuk hava, ortamdaki ısınan havayı da çeken kanallar ile iletilir. Enerji tasarruflu evler için tasarlanan paket cihazlar aynı şekilde çalışmaktadır. İki tip cihazda da temel ısı transferi hava akımı hareketi ile sağlanmaktadır.

”Natural cooling” fonksiyonlu iki yönlü ısı pompaları genellikle sıcak sulu ısıtma sistemlerine bağlıdır. Soğuk günlerde bu ısıtma sistemleri ısıyı ısıtma suyundan alarak odaları ısıtmak için ısı transfer yüzeylerini kullanarak transfer eder. (örneğin yerden ısıtma sistemleri). Radyatörler soğutma için uygun değildir. Yaz aylarında radyatör ile oda sıcaklıkları arasındaki küçük fark ve radyatörlerin yüzey alanlarının küçük olması ısı transferinin düşük olmasına neden olur. Zemine yakın yerlerdeki ısı transfer yüzeyleri de soğutma için uygun değildir. Ayrıca radyatörler tasarımları sebebi ile korozyona eğilimlidir.

Yerden ısıtma sistemleri daha büyük bir alana yayılmış olduklarından dolayı daha elverişlidir. Soğuk hava yerin altındadır ve yükselemez. Bu sebepten yerden ısıtma sistemlerinde ısı transferi neredeyse sadece ışınımla yapılmaktadır. Diğer taraftan tüm zemin soğutma yüzeyi olarak kullanılmaktadır. Yerden ısıtma sisteminin soğutma etkisi evsel havalandırma sisteminin ilave edilmesi ile arttırılabilir.

Şekil. 36: Tavandan Soğutma (Şekil.: EMCO) Isı tavandan daha verimli bir şekilde dağıtılabilir. Sıcak hava tavanda toplanır ve yüzeyde soğur. Bu soğuk hava yere doğru iner ve yerdeki sıcak hava ile yer değiştirir. Bu sirkülasyon yerden ısıtma sistemleri ile karşılaştırıldığında daha büyük hacimlerde havanın yer değiştirmesini sağlar. Ancak tavandan soğutma (Şekil. 36) genel olarak ısıtma sistemlerinin yerini alamaz. Bu sebepten pek çok durumda yerden ısıtma sistemi veya radyatörlerle birlikte monte edilir ve hidrolik bir sistemle ayırılır. Fan konvektörleri (Şekil. 37) kontrol edilebilir bir hava akışı yaratan fanlara sahip olduklarından genelde verimli çözümlerdir. Bu da daha büyük debilerdeki havanın daha kısa sürede yayılmasını sağlar. Fan hızlarının ayarlanabilmesi de bu sistemlerde mümkündür. Ayrıca korozyon problemi olmadığından drenaj sorun değildir.

Soğutma işletiminin yapılacağı durumlarda ısı pompasının çiğ noktasını bilinmesi çok önemlidir. Örneğin, yerden ısıtma sistemine ait yüzey sıcaklıklarının 20°C’nin altına düşmemesi gerekmektedir. Çiğ noktası göstergesi sıcaklığın bu noktanın altına düşmesini engellemek için sıcaklığı ayarlar, nem riskini azaltır.

Şekil. 37: Fan konvektörleri (Şekil.: EMCO)

25

1

3

6

M5

2

4

8

9

7


3.4 Isı Pompası İşletim Türleri

Isı pompaları işletim türlerine göre üçe ayrılır: monovalent, monoenerji ve bivalent işletme.

3.4.1 Monovalent (Tekli) İşletme Monovalent işletmede, ısı pompası binanın ısıtma yükünü tek başına karşılayan ısı üreticisi olarak kullanılır. Bu işletmede yüksek performans katsayılarına erişilir. Burada, bağlanmış

ısı dağıtım sisteminin ısı pompasının gidiş suyu sıcaklığının altında bir değere projelendirilmiş olması şarttır. (Şekil. 38).

Monovalent sistemler için tipik uygulamalar

müstakil evler, apartmanlar ve ofis bina- larında iki şekildedir (ör: yerden ısıtma sistemi ve radyatör). Minimum ısı pompası debisi sirkülasyon pompası (4) tarafından korunmalıdır. Isıtma devresi pompaları (7) ve (8) kullanımı mümkündür. Isıtma suyu depo boylerinin (3) üst boyler sıcaklık sensöründe (2) ölçülen sıcaklık değeri kontrol panelinde ayarlanmış olan istenen sıcaklık değerinden daha düşük ise, ısı pompası (1), primer pompa ve sirkülasyon pompası (4) çalışır. Isı pompası (1) ısıtma devresini ısı ile beslemektedir. Isı pompasına (1) entegre edilmiş olan dış hava kompanzasyonlu kontrol paneli sayesinde ısıtma suyu gidiş sıcaklığı ve böylece ısıtma devresi kontrol edilir.

Sirkülasyon pompası (4) ısıtma suyunu 3 yollu ventil (5) üzerinden boylere (6) veya ısıtma suyu deposuna basar (3).

Şekil. 38: Monovalent İşletim için Sistem Şeması Isıtma devreleri için gerekli su miktarı ısıtma devresi pompaları (7) ve (8) tarafından basılır. Isıtma devresinin debisi radyatörlerdeki veya yerden ısıtma devresindeki termostatik vanaları açıp kapatarak ve/veya ısıtma devresi kontrol paneli ile değiştirilebilir. Isıtma devresi pompaları (7) ve (8) projelendirilirken, debi, ısı pompasının debisinden (sirkülasyon pompası (4)) farklı olabilir. Bu debiler arasındaki farkı dengeleyebilmek için ısıtma devresine paralel olarak bir ısıtma suyu deposu (3) öngörülmüştür. Isıtma devresinin çekmediği ısı ısıtma suyu deposunda (3) depolanır. Böylece ısı pompasının (1) uzun çalışma sürelerinde daha dengeli çalışması sağlanabilir. Isıtma suyu depo boylerinin alt boyler sıcaklık sensöründeki (9) sıcaklık değeri kontrol panelinde ayarlanmış sıcaklığa ulaştığında, ısı pompası kapanır.

Bu durumda ısıtma devresi ısıtma suyu deposu (3) tarafından beslenir. Isıtma suyu deposunun (3) üst boyler sıcaklık sensöründeki sıcaklık istenen sıcaklığın altına düştüğünde ısı pompası (1) tekrar çalışmaya başlar. Isı pompası (1) ile kullanma suyu ısıtması, ısıtma devresine göre önceliklidir ve bir uzaktan kumanda üzerinden gece saatlerindeki düşük tarife zamanlarında çalışır. Talep 3 yollu ventile (5) boyler sıcaklık sensöründen gelir. Kontrol paneli, gidiş suyu sıcaklığını kullanma suyu ısıtması için gerekli değere yükseltir. Ek kullanma suyu ısıtması elektrikli ısıtıcı seti tarafından gerçekleştirilir. Boyler sıcaklık sensöründeki mevcut değer kontrol panelinde ayarlanmış olan istenen değeri geçtiğinde, kontrol paneli ısıtma suyunu 3 yollu ventil (5) üzerinden ısıtma devresine gönderir.

26

RL

RL

VL

VL

VLRL

1

2

3

4

5

6

7

3.4.2 Monoenerji İşletim Türü İki ısı üreticisinin aynı enerji tipi (elektrik akımı) ile çalıştırıldığı bivalent (ikili) işletme türüdür. Burada tesisat gidişine bir ısıtma suyu eşanjörü veya boylerde ve/veya ısıtma suyu depo boylerinde bir elektrikli ısıtıcı seti kullanılabilir. Enerji verimliliği ve yatırım

Monoenerji işletim türü, yerden ısıtma sisteminin kullanıldığı, çoğunlukla müstakil yada iki ailenin yaşadığı benzer kullanım karakteristiklerinin olduğu evlerde tercih edilmektedir. (Şekil. 39).

Isı pompasının (1) dönüş suyu sıcaklık sensöründe ölçülen mevcut sıcaklık değeri kontrol panelinde ayarlanmış sıcaklık değerinden daha düşük ise, ısı pompası (1) ve sirkülasyon pompası (2) çalışmaya başlar. Isı pompası (1) ısıtma devresini ısı ile beslemektedir. Isı pompasına (1) entegre edilmiş olan dış hava kompanzasyonlu kontrol paneli sayesinde ısıtma suyu gidiş sıcaklığı ve ısıtma devresi kontrol edilir. Sirkülasyon pompası (2), 3 yollu ventil (3) ile ısıtma devresine yada boylere (4) gerekli su miktarını basar.

Elektrikli ısıtıcı (5) ile gidiş suyu sıcaklığı yükseltilebilir. Elektrikli ısıtıcı düşük hava sıcaklıklarında pik ısıtma yüklerini karşılamak içindir (< -10°C). Isıtma devresinin debisi, radyatörlerdeki termostatik vanaları veya yerden ısıtma sistemi kollektöründeki vanaları açıp kapatarak kontrol edilir.

Şekil. 39: Monoenerji İşletim Sistem Şeması Divicon ısı çevrimi kollektöründe (6) bir by-pass kontrol ventili öngörülerek, ısı pompası devresinde gerekli sabit debi oluşması sağlanmalıdır. Mevcut dönüş suyu sıcaklığı kontrol panelinde ayarlanmış olan istenen sıcaklık değerinin üzerine çıktığında ısı pompası ve primer pompa kapanır. Boylere bağlı dönüş ısı pompası(1) içingerekli debiyi ayarlamaktadır. Böylece

27

maliyeti için iyi bir kombinasyondur.

Isı pompasının minimum debisi sekonderpompa ve by pass ventili ile sağlanmaktadır

Kullanma suyu ısıtması monovalentişletim ile çalışır.

ısı pompasının (1) minimum çalışmazamanı sağlanmış olur.

VL

VL

VLVL

VL

VL

RL

RLRL

WW

Boyler Isı PompasıVitocal

Isıtma suyu depo boyleri Katı Yakıt KazanıVitolig

KW

VL = Gidiş RL = DönüşKW = Soğuk SuWW = Boyler

Isı Pompası teknolojisi

3.4.3 Bivalent İşletim

Bivalent işletim bir ısı pompasının, farklı bir enerji kaynağı kullanan (katı, sıvı veya fuel oil) başka bir ısıtma sistemi ile birlikte kullanılan işletim türüdür. (Şekil. 40). İki sistem paralel olarak veya alternatifli çalıştırılabilir. Alternatifli işletimde, belli bir değerin üzerindeki dış hava sıcaklıklarında ısı pompası tüm ısıtmayı karşılar. Daha düşük sıcaklıklarda ısı pompası kapasitesi yetmeyecektir. Bu durumda sistem ikinci ısı kaynağına yönelecek ve sistemin ihtiyaç duyduğu ısının tamamı bu kaynaktan sağlanacak, ısı pompası devre dışı bırakılacaktır.

3.4.4 Isıtma Suyu Depo Boyleri

Isıtma suyu depo boyleri kullanımı optimum çalışma sürelerine, dolayısıyla daha yüksek yıllık çalışma sayılarına ulaşılmasını sağlar.Isıtma suyu depo boylerleri debiyi ısı pompası ve ısıtma devresine dağıtır. Isı pompasının dengeli çalışmasını sağlar. Örneğin termostatik valfler ısıtma devresinin debisini düşürse bile, ısı pompasının debisi sabit kalır. Ayrıca güneş enerjisi sistemleri hem ısıtmada hem de kullanma suyu ısıtmasında çok tercih edilmektedir. Güneşten kazanılan enerjinin sistemetransfer edilmesi faydalı olur.

Isıtma suyu depo boyleri ilavesi için aşağıdaki sebepler de sayılabilir:

– Elektriğin kesintiye uğradığı zamanlarda ısıtmanın karşılanması, – ısı pompasına sabit debinin

sağlanması, – Isıtma sistemi modernizasyonunda

sirkülasyon pompasının değiştirilmesine gerek olmaması,

– Isıtma devresi sisteminde akış sesinin duyulmaması .

Isıtma suyu depo boylerinin hacmi elektriğin kesintiye uğradığı zamanlariçin hazırlıklı olmalıdır.

Isıtma suyu deposu boyutlandırması kabaca aşağıdaki gibi yapılabilir: VHP = QG · (60 ile 80 litre) VHP = depo hacmi [litre] QG = binanın ısı ihtiyacı [kW] Güç kesintisi olmadığında depo hacmi VHP = QG · (20 ile 25 litre) Isı pompasının çalışma zamanını uzatmak için yeterlidir.

28

Şekil. 40: Katı yakıt kazanı Vitolig 100 ile alternatifli Bivalent İşletim


3.5 Kullanma Suyu Isıtması Prensip olarak kullanma suyu ısıtması için mahal ısıtmasına göre daha farklı şartlar gerekmektedir. Kullanma suyu ısıtmasında yıl boyunca gerekli ısı miktarı ve sıcaklık seviyesi değişmez. Tercihen kullanma suyu ısıtması akşam yapılır. Böylece gündüz ısı pompasının kapasitesi ısıtma için kullanılır.

Isı pompası sistemleri genellikle 45 ile 50°C arası kullanma suyu sıcaklıkları sağlayabilir. Boyler boyutlandırılırken bu sıcaklıklar göz önüne alınmalıdır.

Boyutlandırma yaparken(DVGW) tarafından basılmış "Kullanma suyuısıtma ve borulama sistemleri" çalışma föyü kullanılmalıdır.

Şekil. 41: Vitocell-B 100 ve Vitocell-B 300 Boyler

Vitocell 100

Vitocell 100 (Şekil. 41, sol resim) , ekonomik kullanma suyu ısıtması için önerilen bir boylerdir.

Serpantinli Ceraprotect emayeli boyler korozyona karşı korumalıdır.

Vitocell 300 Vitocell 300 (Şekil. 41, sağ resmi) boyler, korozyondan korunmak için paslanmaz çelikten yapılmış olup tüm hijyen gereklerini karşılamaktadır. Paslanmaz çelik, uzun yıllar korozyona dayanımı ve homojen yüzeyi sebebi ile mutfak-larda, hastanelerde,labaratuarlarda ve gıda endüstrisine kullanılır.

Yüksek performans için geniş ısı geçiş yüzeyi Vitocell-B tip boylerler çift serpantinlidir, ısı pompası uygulamalarında ısı transferinin sürekliliği için serpantinler çift bağlanmıştır. Depolanan suyun eşitmiktarda ısıtılması için ısıtıcı serpantinboylerin tabanına kadar konmuştur. Kolay devreye alma ve arızasız çalışmasağlayabilmek için ısıtıcı serpantinlerüstten havalandırma, alttan drenajboşaltma yapabilecek şekilde tasarlan-mıştır.

29

Geniş eşanjör yüzeyi sayesinde yüksekverimlilikte ısı transferi sağlamaktadır.(Güneş enerjisi desteği için ilave tıya, ayrıca 2 tane ilave elektrikli ısıtıcıbağlantısına sahip)

FCKW içermeyen poliüretan köpükizolasyon malzemesi, boyleri ısı kayıp-larına karşı korur.

1

4 Isı Pompası Uygulamaları

4.1 Modernizasyon için Isı Pompaları

Almanya’da 3 milyon civarında ısıtma sistemi yenileme projesinin olacağı tahmin edilmektedir. Ancak mevcut binalardaki ısıtma sistemlerinde yüksek gidiş suyu sıcaklığı talebinden dolayı ısı pompası uygulamaları bu pazardan fazla pay alamamaktadır.

Genleşme Valfi

Yoğuşturucu

Isı Transferi (Isıtma Sistemine)

Kompresör Kademe 2

Kaskad soğutucu

Sıradan soğutucu akışkan kullanan (R 407 C, R 404 A, vs) bir kademeli ısı pompalarının gidiş suyu sıcaklığı 55°C’dir. Ancak bu düşük sıcaklık radyatör sistemleri için uygun değildir. Daha fazla sıkıştırma yapmak soğutucu akışkanın limitlerini zorlar. (sıcaklık ve basınç) Buna bağlı olarak performans katsayıları düşer. Yenileme projelerinin kompre- sörlü ısı pompası uygulamalarında ekonomik olması için 2 kademeliçevrim uygulanmaktadır.

Genleşme Valfi

Buharlaştırıcı

1

Kompresör

Isı Kaynağı (Çevre)

Kademe 1

Bu yöntemle bilinen soğutucu akışkanlar ile 55°C’den fazla gidiş suyu sıcaklıklarına ve yüksek performans katsayılarına ulaşılabilir.

Bilinen soğutucu akışkanlarla daha yüksek gidiş suyu sıcaklıklarına ulaşabilmenin diğer bir yolu da kaskad kontrol sistemleri kullanmaktır. İki ısı pompası devresi, bir eşanjörle seri bağlanarak kontrol edilir. (Şekil. 42). Bu merkezi eşanjör (1) ilk kademenin kondenseri görevini görürken ikinci kademenin evaporatörü olarak çalışır.

İlk kademede çekilen ısı, ikinci kademeye ve oradan da ısıtma sistemine transfer edilir. Genelde iki farklı soğutucu akışkan kullanılır. Örneğin daha düşük kademede R404A ve yüksek kademede R134A kullanılır. Bu tür bir yöntemde kademeler sabit işletimlerde olmalıdır. Yani ilk kademe her zaman ısıyı çeken, ikinci kademe de her zaman ısıyı ısıtma sistemine aktaran görevini yapmalıdır.

4.1.1 EVI çevrimi R 407 C soğutucu ile yüksek gidiş suyu sıcaklıklarına ulaşmayı sağlayacak başka bir teknik çözüm ise buhar enjeksiyonlu tek kademeli soğutucu çevrimidir. (Şekil. 43). EVI (enhanced vapour injection) çevrimi diye de tanımlanan bu işlem ile küçük miktardaki soğutucu akışkan bir selenoid valf ile ayırılır. Sıvı fazdaki ve yüksek basınç altındaki bu soğutucunun basıncı genleşme valfinde enjeksiyon basıncına düşürülür ve ilave bir eşanjörle buharlaştırılır. Buharlaşan soğutucu ilave eşanjörden sıkıştırma işlemi için kompresöre transfer edilir. (Şekil. 43).

30

Şekil. 42: İki kademeli kompresörün kaskad kontrolü sistem şeması

Isı Transferi(Isıtma Sistemine)

Isı Kaynağı(Çevre)

Kompresör

GenleşmeValfi

Buharlaştırıcı

Yoğuşturucu

4

1

23

kapilarborular

Magnetventili

İlaveEşanjör

BuharEnjeksiyonu(EVI)

1

2

3

4

5

10

20

30

40

50

50 300

Enthalpi h [kJ/kg]

Bas

ınç

p ab

s. [b

ar]

–40°C

–30°C

–20°C

–10°C

0°C

10°C

20°C

30°C

40°C 50

°C 60°C

70°C

80°C

100°

C

120°

C

140°

C

100 150 200 250 350 400 450

Liquid

Buhar KızgınBuhar

1 2

45

1 3

45

67

kompresör tahrikenerjisi

Buharlaşma

Sıkı

ştırm

a

Gen

leşm

e

Yoğuşma

EVI

EVI çevrimi yoksa:sıkıştırma daha yükseksıcaklıklardayapılır

2

3

IP tek kademeli EVI çevrimsiz, tip AW: A –15°C / W 65°CIP tek kademeli EVI çevrimli, tip AWH: A –15°C / W 65°C

1 – 2 Buharlaşma2 – 3 Aşırı Isıtma3 – 4 Sıkıştırma4 – 5 EVI ile soğutma

5 – 6 Sıkıştırma6 – 9 Yoğuşma9 – 1 Genleşme

7 – 8 Enjeksiyon miktarı için genleşme ve ayırma8 – 5 Enjeksiyon Miktarı genleşme


EVI çevrimli ısı pompaları bilinen ısı pompası gibi çalışır. Sadece 65°C gibi bir gidiş sıcaklığına ihtiyaç duyulduğunda buhar enjeksiyonu devreye girer. Bu işlem kapasiteyi ve performans katsayısını yükseltir.

Kompresör tahriki için ihtiyaç duyulan elektrik enerjisi teorik olarak EVI çevrimli bir işletim için daha düşük olacaktır.

Şekil .44, R407C akışkanın kullanıldığı EVI çevrimini “ lg p-h ” grafiğinde göstermektedir.

(Karşılaştırma için sıradan bir ısı pompası çevrimi kesikli çizgilerle gösterilmiştir.) Soğutucu enjekte edilen buharla soğutulmaktadır. Soğutulan ortam sebebi ile oluşan basınç düşümü, enjekte edilen soğutucu akışkan ile tamamen karşılanır. Bu (4) ‘ten (5)’e kadar olan noktaların yatay oluşunu açıklamaktadır.

Soğutma, kompresörde müsaade edilen sıcaklığın üzerine çıkmadan, daha büyük çapta bir sıkıştırma yapılmasını ve buhar bölgesine girişte daha yüksek sıcaklıklara ulaşılmasını sağlar. Aynı zamanda enjeksiyon akışkanı debiyi dolayısıyla ısıtma sistemine giden ısıyı arttırır.

Bu işlem hava/su ısı pompalarında verimlidir. (örneðin Vitocal 350 tip AW/AWC -15°C gibi bir dış ortam sıcaklığında 80 K seviyesinde bir sıcaklık artışı ve 65°C lik bir gidiş suyu sıcaklığına

1

450

Şekil. 44: EVI çevrimli ısı pompası sistemi (Animasyon www.viessmann.de/waermepumpen

Şekil 43 : EVI - çevrimli kompresörlü ısı pompasının fonksiyon şeması

ulaşılabilir.

Dış Ortam Sıcaklığı tA [°C]

Akı

ş Sı

cakl

ığı

[C]

90

80

70

605550

40

30

20

10

D

C

B

A

–14 –10 –2 0 +2 +10 +14

65

E

G

F

A maks. ısıtma suyu sıcaklığı = 35°Cmaks. ısıtma suyu sıcaklığı = 55°Cmaks. ısıtma suyu sıcaklığı = 65°Cmaks. ısıtma suyu sıcaklığı = 75°Cmaks. ısıtma suyu sıcaklığı = 90°CEVI çevrimi olmayan ısı pompalarının gösterilen ısıtma sistemlerinde ulaşabilecekleri maks. sıcaklıkEVI çevrimine sahip ısı pompalarının ısıtma sistemlerindeulaşabilecekleri maks. sıcaklık

B

C

D

E

F

G


4.1.2 Vitocal 350 – genişletilmiş uygulamalar

Bilinen ısı pompalarıyla karşılaştırıldığında daha yüksek gidiş suyu talep edilen sistemlerde Vitocal 350 tip ısı pompaları kullanılarak gidiş suyu sıcaklığı 65°C’ye çıkarılır. Böylece yüksek gidiş suyu sıcaklığı talep edilen yenilenen projelerde ve radyatörlü ısıtma sistemlerinde ısı pompası kullanma şansı doğar.

C B

A

G F

Bu da 90°C gibi çok yüksek gidiş suyu sıcaklığı ihtiyacını ortadan kaldıracaktır. Sonuç olarak konfordan ödün vermeden gidiş suyu sıcaklığı 65°C’ye düşürülebilecektir (Şekil. 45).

EVI çevrimine sahip ısı pompaları, 90/70°C olarak tasarlanmış ısıtma sistemlerinin ihtiyacı olan yıllık ısı kapasitesini karşılayabilecektir.

Buhar enjeksiyonlu ısı pompası, örn: Vitocal 350, gidiş suyu sıcaklığını 65°C ve kullanma suyu sıcaklığını58°C’ye yükseltebilmektedir. Böylece R 407 C soğutucu akışkanı ile 65/55°C sıcaklıklarındaki ısıtma sistemlerine uygulama yapılabilir ve 3'ün altına inmeyecek bir yıllık çalışmasayısına ulaşılabilir.

Vitocal 350 ile kullanma suyu ısıtması rahatlıkla yapılabilmektedir.

Şekil. 45: Buhar Enjeksiyonlu ısı pompaları için uygulama alanları (EVI çevrimi) Vitocal 350 verimi tüm yıl boyunca tek başına bir işletimle hem ısıtma hem de kullanma suyu ısıtması için yeterlidir. (monovalent işletme) Ayrıca scroll komp-resörü ile sesiz bir çalışma sağlanır. Vitocal 350 tip ısı pompalarında doğal soğutma yapma imkanı vardır. Böylece yıl boyunca hem binanın ısıtması, hem soğutması hem de kullanma suyu ısıtması çözülmüş olur.

Şekil. 46: Vitocal 350 gidiş sıcaklığı 65°C

32

Yazın topraktaki veya yeraltı suyundakidüşük sıcaklık binanın soğutulmasınısağlamaktadır.

33


4.2 Düşük Enerji Evlerinde Isı Pompaları

4.2.1 Düşük Enerji Evleri

Bina standartlarının yükselmesi ve yaşam alanlarının yakınına ısıtma sistemlerinin entegre edilmesi talebi bu kompakt ürünün tasarımı ile karşılanmıştır.

Tipik monoenerji ve monovalent işletimli ısı pompası sistemleri, özellikle düşük enerji evleri için tasarlanmış kompakt ürünlerdir. Bu ürün, elektrikle işletilen komp-resörlü ısı pompası, boyler ve diğer bütünkomponentlerin bulunduğu bir buzdolabınınkapladığı hacimde komple çözüm sunar.

4.2.2 Vitocal 343

Vitocal 343 kompakt ısıtma sistemi (Şekil. 48), bir antifriz/su ısı pompası, 250 litre kapasiteli bir boyler, antifriz, ısıtma ve opsiyonel güneş enerjisi sistemi için sirkülasyon pompalarına ilave olarak tüm hidrolik bağlantı ve kontrol ünitelerini 600 x 670 mm’lik bir taban alanında muhafaza eder. 6,1-9,7 kW'lık kapasitesi ile 60°C’lik gidiş suyu sıcaklığına ulaşabilir.

Daha yüksek gidiş suyu sıcaklığı veya kullanma suyu için elektrikli ısıtıcı ilavesi ile su sıcaklığı 70°C’ye çıkarılabilir.

Şekil. 47: Vitocal 343 – Düşük enerji evleri için kompakt ısıtma sistemi

Şekil. 48: Vitocal 343 sistemi


4.2.3 Enerji Tasarruflu Evler

Isı pompası sistemleri enerji tasarruflu evlerin taleplerini de karşılayabilir. Bu tür evler hava geçirmez bir yapıya sahip olduğu için evsel havalandırma sistemine de ihtiyaç duymaktadır. Havalandırma sistemi ile birleştirilmiş egzoz hava/su ısı pompaları enerji tasarruflu evler için kullanışlıdır.

üfleme

Yatak odası

Egzoz havası

Güneş Enerjisi Kollektörü

Banyo

Hava üfleme

Atılan hava

Taze Hava (filtre sınıfı F7)

Dış hava ısı pompası

Entegre ısı pompaları, havalandırma sırasında açığa çıkan havayı, hem taze havanın sıcaklığını arttırmada hem de kullanma suyu ısıtmasında kullanabilir. Bu sisteme ayrıca kullanma suyu ısıtması veya yerden ısıtmayı desteklemek için güneş enerjisi sistemi entegre edilebilir. (Şekil. 49).

Oturma odası Mutfak çocuk odası

Vitotres 343

Herzhausen’deki enerji tasarruflu evde (Şekil. 50) uygulaması yapılan bu kompakt ısı pompası 2002 yılından beri çalışmaktadır. 180 m2

‘lik bir alan veya başka bir deyişle 450 m3’ lük bir hacim ısıtılmaktadır .

Cihaz toplamda 3 m2 boyutunda bir taban alanı kaplamaktadır. (Şekil. 51) Kullanılan alan havalandırmaya ait kanalları da kapsamaktadır.

Bu cihazın bir başka faydası da hem boylerin hem de ısı pompasının birarada olmasıdır. Bu tür kompakt tasarımlar fabrikadan montajlı olarak gelmekte, ayrıca montaj masrafına gerek olmamaktadır.

Küçük boyutlar, kompakt tasarım ve sessiz çalışma ile yaşam alanlarının içinde monte edilmesinin hiç sakıncası yoktur.

Şekil. 50: Enerji tasarruflu ev örneği (Herzhausen, Edersee)

Şekil. 51: Enerji tasarruflu evde Vitotres 343 (Herzhausen, Edersee)

34

Şekil . 49: Enerji tasarruflu evler için Vitotres 343 kompakt ürün sistem şeması


4.2.4 Vitotres 343

Vitotres 343 Viessmann’ın özel olarak enerji tasarruflu evler için tasarlanmış kompakt ısıtma sistemidir. (Şekil. 52) Bu tür evler için sistem çözümü olarak, Vitotres 343 bir egzoz hava/su ısı pompası ile kullanma suyu ısıtması ve havalandırma da kontrol edilmektedir.

Bu ısı geri kazanımlı yeni cihazlar maks. % 93 oranında sisteme ait kanallarla taze havayı yaşam alanlarına verirken, kirli havayı banyo ve mutfaktan çeker. 1.5 kW kapasiteli ısı pompası , bu kirli havanın ısısını taze hava sıcaklığını arttırmak veya kullanma suyu için kullanır. (Şekil. 53).

Seçilen hacim yeterli olmadığı zamanlarda, gerekli ısı kaynağı için dış hava otomatik olarak çekilir.

Ayrıca kullanma suyu ve ısıtma sistemine destek için Vitotres 343’e güneş enerjisi sistemi bağlanabilir. Daha soğuk günlerdeki ısı ihtiyacı için elektrikli ısıtıcılar sisteme ilave edilebilir.

Şekil. 52: Vitotres 343 – Enerji Tasarruflu evler için kompakt tasarım

Şekil. 54: CD 70 menülü kontrol paneli

Şekil. 53: fan ve bypass’lı ısı geri kazanım ünitesi

35


4.3 Büyük Binalarda Isı Pompaları

90’lı yılların başından itibaren Almanya’da gelişmeye başlayan ısı pompası pazarında taleplerin hemen hemen tamamı düşük kapasiteler üzerineydi. Genellikle müstakil evlerde tercih ediliyordu. Bu da ısı pompalarının sadece düşük kapasiteler için uygun bir seçim olduğu izlenimi veriyordu. Öte yandan uygun bir projelendirme ile ısı pompaları çok daha büyük kapasiteleri de karşılayabilmektedir. Özellikle toprak kaynaklı ısı pompaları hastane, otel gibi endüstriyel binaların ısıtması ve kullanma suyu için tercih edilmektedir.

Büyük binalarda orta güçteki yani 20 - 200 kW kapasite aralığındaki ısı pompaları kullanılmaktadır. Almanya’da 20 kW ‘lık kapasitedeki ısı pompaları orta güçte diye adlandırılmasına rağmen İsviçre ve İsveç gibi ülkelerde 50 kW düşük kapasite olarak kabul edilmektedir. (İsviçre Enerji Örgütü - BFE) İsveç gibi İskandinav ülkelerinde 100 kW kapasitenin üzeri orta güç olarak kabul edilmektedir. Bu ülkelerde megawatt mertebelerinde ısı pompaları monte edilmektedir. (Şekil. 57).

Şekil. 56: Orta kapasiteli Isı Pompası: Vitocal 300 (39.6 - 106.8 kW)

Şekil. 57: İsveç’te bir ısıtma sistemi – 6 adet Vitocal 300 Su/su ısı pompası 640 kW

36

Kompresör


Isı kaynağı(Çevre)

Isıtma akışı

Yoğuşturucu

Genleşmevalfi

Buharlaştırıcı Buharlaştırıcı

Genleşmevalfi

Yoğuşturucu

Isıtma dönüş

M

Isı pompası Isı Pompası Isı pompası Isıtma suyu depo boyleri

Isıtma Devresi

Yerden ısıtmadevresi

M


4.3.1 Çift Kompresörlü Isı Pompaları

Orta kapasiteli ısı pompaları genellikle iki kademeli olarak çalışmaktadır. Vitocal 300 (Şekil. 56) şekilde gösterildiği gibi aynı iki kompresör paralel olarak çalışmaktadır. Bunun avantajı yük düşükse sadece bir kompresör çalışarak enerji tasarrufu sağlanmasıdır. Böylece ısı pompası tek kademe ile kapasitesinin %50 sini kullanır. Kontrol ünitesi tam yükte çalışması için otomatik olarak ikinci kademeyi çalıştırır. Ayrıca eğer kompresörlerden biri bozulursa diğeri yarım yükte çalışmaya devam eder (Şekil. 58).

Vitocal 300 iki kompresörü de eşit zamanlarda çalıştırarak dengeli çalışma sürelerine ulaşır. Daha büyük kapasiteler için birkaç tane ısı pompası kaskad olarak bağlanabilir. (Şekil. 59). Kazanların kaskad kontrolünde olduğu gibi bu sistemin de işletimi kolaydır.

Şekil. 58: 2 Kademeli sitemin paralel çalışmasına ait sistem şeması 4.3.2 Yüksek Kapasiteler için Vitocal 300

2 Kademeli Vitocal ısı pompaları 106.8 kW’lık kapasitelere ulaşmaktadır. Bu cihazlar ısı kaynağı olarak yer altı suyu ve toprağı kullanmaktadır. İki kompresörlü moduler sistem kısmi yüklerde yüksek verimleri garanti eder.

M

M

Şekil. 59: Isı pompası kaskad kontrolü montaj örneği

37

LTHP

Yerden ısıtmasistemi

Toprak

A/Ve = 0.9; AN = 200 m2; qh = 70 kWh/(m2p.a.); qpizin = 127.4 kWh/(m2 p.a.)

ep = 1.68qp = 138.4 kWh/(m2 p. a.)

ep = 1.04qp = 85.8 kWh/(m2 p.a.)

Düşük sıcaklık kazanı Antifriz / su ısı pompası

2 K

∆ 52.6 kWh/(m2 p. a.)

HP

Yerden Isıtma

Su

A/Ve = 0.9; AN = 200 m2; qh = 70 kWh/(m2 p.a.); qppermiss. = 127.4 kWh/(m2 p.a.)

ep = 0.86qp = 71.2 kWh/(m2 p.a.)

ep = 0.97qp = 80.0 kWh/(m2 p.a.)

ep = 1.25qp = 103.4 kWh/(m2 p.a.)

HP

Yerden Isıtma

Hava

HP

Yerden Isıtma

Toprak


4.4 Isı Pompaları ve Enerji Tasarrufu (EnEV) [Almanya]

Yeni binalarda enerji tasarrufu için binanın izolasyonu arttırılır (ısı ihtiyacının azaltılması) ve/veya ısıtma sistemi teknolojisinin iyileştirilmesi (enerji giderlerinin düşürülmesi) çalışmaları yapılmalıdır.

Düşük sıcaklık veya yoğuşma

teknolojisine göre ısı pompaları enerji giderleri bakımından daha tasarrufludur. Örneğin müstakil bir evde bir düşük sıcaklık kazanı ile

karşılaştırıldığında primer enerji ihtiyacı 50 kWh/(m2 · p.a.)’den düşüktür. Çünkü enerjinin büyük kısmı doğadan çekilmektedir.

Şekil. 60: Isı Pompalarının Primer Enerji Avantajı

Enerji açısından bakılacak olursa, ısı pompalarının büyük avantajları vardır. Toplam ısı ihtiyacının minimum % 70’i yenilenebilir ısı kaynağı tarafından karşılanmalıdır. Yani kullanılacak enerjinin %30’dan daha fazla güç sarfiyatı olmamalıdır. (EnEV)

Water

.

HP

Bu da minimum yıllık çalışma sayısının3.33 olduğu sonucunu doğurur

Tüm Vitocal ürünleri bu performans katsayısına ulaşabilmektedir.

Şekil. 61: Isı Kaynağı Etkisi

38

HP

Yerden Isıtma

Toprak

ep = 0.97;qp = 80.0 kWh/(m2 p.a.)

ep = 1.04;qp = 85.7 kWh/(m2 p.a.)

ep = 1.28;qp = 105.3 kWh/(m2p.a.)qppermiss. = 140.7 kWh/(m2p.a.),bireysel - elektrikli

HP

Yerden Isıtma

ToprakKullanma suyu ısıtması Kullanma suyu ısıtması

HP

YerdenIsıtma

ToprakBireysel elektrikli kullanma

IWH

AnlıkIsıtma

A/Ve = 0.9; AN = 200 m2; qh = 70 kWh/(m2p.a.); qpmaks. = 127.4 kWh/(m2p.a.)

Sirkülasyonsuz Sirkülasyonlu Suyu ısıtması


4.4.1 Sistem Giderlerine Enerji Kaynağının Etkisi

Isı kaynağı olarak toprak, su ve hava kullanıma uygundur. Toprağın altında depolanan güneş enerjisi geniş toprak kollektörleri veya 80-100 m'lik sondaj kuyuları ile kullanılabilir hale getirilir.

Small cylinder

Bunun için antifrizli su karışımı topraktan ısıyı çekmek için kullanılır.

Şekil. 61’de bu ısı kaynaklarının, sistemin enerji giderleri ve primer enerji ihtiyacı üzerindeki etkileri gösterilmektedir.

Şekil. 62: Isı Pompaları ile kullanma suyu ısıtma şekillerinin karşılaştırılması

Yer altı sularının sıcaklık seviyesinin yıl boyunca hemen hemen sabit kalması su/su ısı pompalarının enerji giderleri olarak en avantajlı seçenek olduğu söylenebilir.Yer altı sularının 10°C olduğu durumlarda toprak 0°C ve hava 2°C’dir.

Isı kaynağı olarak havanın kullanıldığı ısı pompaları bütün yıl boyunca mono-valent işletilememektedir. Bu cihazlar elektrikli ısıtıcı gibi opsiyonel bir ekipmana ihtiyaç duyarlar. Hava kaynaklı ısı pompalarının işletim giderlerinin diğerlerine göre yüksek olmasına rağmen ilk yatırım maliyetleri, kuyu açılmasına ihtiyaç duyulmayacağı için, daha düşüktür.

4.4.2 Kullanma Suyunun Bireysel Isıtılması Isı pompası sistemleri ile merkezi yada bireysel kullanma suyu ısıtması olayı tartışılmaktadır. Yatırım maliyetini düşürmek için ısı pompası ısı ihtiyacı kadar seçilmelidir.Daha büyük cihaz ilk yatırım maliyetini

suyu ısıtması için bilinen ısı kaynaklarını seçmek doğru olmaz. Kullanma suyu için daha büyük depolama hacimlerine ihtiyaç vardır ve elektrik tarifelerinin ucuz olduğu gece saatlerinde kullanma suyu ısıtması yapmak en doğru çözümdür. (Bkz. Bölüm 3.5).

Alternatif olarak, elektrikli küçük depo boyler veya kullanma suyu eşanjörü iledoğrudan kullanma yerlerine göndererek Şekil. 62 iki metodun karşılaştırmasını vermektedir. Ayrıca sirkülasyondan ayrılmanın gözle görülür bir enerji düşüşüne sebep olduğunu da göstermektedir. Bireysel kullanma suyu ısıtmasının, kul-lanma suyu eşanjörü kullanmasına veya küçük elektrikli depo boylerler primer enerjiyi yükseltmesine rağmen bu yöntem EnEV’ye göre uygun değildir. Çünkü bu yöntemle kullanma suyu ısıtması müsaade edilen primer enerji yi karşılamamaktadır.

39

arttırmaktadır. Merkezi kullanma

bireysel ısıtma yapmaktadır.

Elektrikle ısıtma

Sıvı yakıtlı ısıtma

Gaz yakıtlı ısıtma

Elek. Isı pompası

294% 100% 100%

100%

100%

100%

66%

kazanç

111%

111%

34%

121%

119%

101%

Elek.ısıtma

Elek. ısıpompası

14% 11%

8% 11%

67%

η = 1.0

ε = 3

Primer enerji Çıkış Enerjisi Kullanılabilen Enerji

194%

Rafineriη = 0.89

Gazkaynağıη = 0.93

Güç istasyonu

η = 0.34

Enerji santrali

η = 0.34

Sıvı y.ısıtmaη = 0.9

Gaz y.ısıtmaη = 0.9


4.5 Isı Pompası Verimi

Aşağıdaki kural tüm ısı pompalarına uygulanır: ısıtma suyu sıcaklığı ile çevre sıcaklığı arasındaki fark ne kadar küçük olursa, verim o kadar yüksek olur.

Bu sebeple ısı pompası uygulamalarına ısıtma sistemi olarak düşük sıcaklık sistemleri düşünülmelidir. Örneğin maksimum gidiş suyu sıcaklığı 38°C civarında olan yerden ısıtma sistemleri gibi.

Modern ısı pompaları 3.5 ile 5.5 arasında performans katsayılarına ulaşırlar. Bu, her kilowatt saatlik enerji sarfiyatına karşılık, 3.5 ile 5.5 kilowatt saatlik ısıtma enerjisi üretilmesi anlamına gelir. Bu da elektrik kullanımının ekolojik dezavantajını karşılar. (santral verimi yaklaşık %35) Isı pompasının ekonomik işletimi için şirketler özel tarifeler uygulamaktadır.

%

0.10 /kWh Euro’luk bir fiyat (Alman şirketlerinden alınan bilgiler doğrultusunda ortalama bir fiyattır) ve 4 gibi bir tesir katsayısı (yıllık çalışma sayısı) ile kilowatt saat başına 0,025 Euro’luk bir ısıtma elde edilir.

Şekil. 63: Enerji Karşılaştırma (ASUE’ye göre)

Bu rakam mevcut ısıtma sistemlerinin işletim maliyetlerinden daha düşüktür. (fuel oil: yaklaşık 0.35/kWh Euro; doğalgaz: yaklaşık 0.04/kWh Euro). İlave olarak servis ve bakım masrafları daha düşüktür.

Bazı durumlarda düşük tarifeler kullanılarak daha fazla tasarruf edilebilir. Örneğin monovalent çalışan bir ısı pompası elektriği 24 saatlik bir periyotta iki saatlik 3 adet kesinti olabilir. İki kesinti süresi arasındaki serbest bırakma süresi, en az daha önceki kesinti süresi kadar olmalıdır.

Bivalent ısı pompalarında güç kesintisi ısıtma mevsiminde 960 saati geçmemelidir. 40

Enerji kesintisi uygulanan monovalent ısı pompaları yeni binalar için uygulanabilir. Isı pompası ihtiyaç duyulan enerjiyi tüm yıl boyunca karşılar. Elektrik kesintileri ısı pompasının ısı depolama yeteneği gibi fonksiyonlarına zarar vermez.. Eğer ısı pompası 65°C’lik gidiş suyu sıcaklığı veremiyorsa, 55°C gidiş suyu sıcaklığı veren bivalent ısı pompaları mevcut binalara uygulanabilir.

Eğer kesinti istenmiyorsa özel elektrik tarifeleri uygun değildir. Bu durumda güç sarfiyatı için normal elektrik giderleri dikkate alınabilir. Bilinen ısıtma sistemleri ile karşılaştırıldığında ve baca, yakıt deposu, gaz bağlantısı gibi yapısal tasarruflar da göz önüne alındığında ısı pompası sistemlerinin yatırım maliyetleri . 5000 - 6000 Euro daha fazladır. Şekil. 63’te de görüldüğü gibi ısı pompası sistemleri ekolojik bakımdan en iyi sistemlerdir. Elektrik de genel bir üreticiden alınmasına rağmen en düşük primer enerji kullanan yine ısı pompalarıdır.


4.6 Montaj ve İşletim Güneş ve rüzgar gibi alternatif yenilenebilir enerji kaynaklarının ürettiği enerjiye karşın çevre enerjisi sabit olarak bulunmaktadır. Üstelik ısı pompası ile bir evin tamamen ısıtması veya kullanma suyu ısıtması monovalent bir işletimle yada diğer bir deyişle başka bir enerji kaynağına ihtiyaç duymadan karşılanmaktadır. Bu özellik de ısı pompalarını bilinen ısıtma sistemlerine alternatif haline getirmektedir (Şekil. 64).

Montaj, ısıtma çevrimi (gidiş – dönüş), primer çevrim (antifriz gidiş – dönüş) (Şekil. 65) ve 3 fazlı güç kaynağının bağlantısı ile sınırlıdır. Bu sistemlere kullanma suyu ısıtması ile merkezi ısıtma ilavesi yapmak mümkündür.

Primer devre (örn; sondajnın açılması, boruların döşenmesi) montajı için mutlaka konusunda yetkili ve tecrübeli firmalar tarafından yapılmalıdır. Bu şekilde çalışan firmalar sistem performansı için garanti verebilirler.

Isı kaynağı olarak havayı kullanan ısı pompalarının montajı daha kolaydır.

Şekil. 64: Boylerli Antifriz/su ısı pompası

Şekil. 65: Isı Pompaları için Divicon ısıtma devresi bağlantı grubu

41


4.6.1 Boyutlandırma

Monovalent işletimlerde ısı pompası sistemleri evin ısı ihtiyacının tamamını karşılamalıdır (Bkz. EN 12831, eski no DIN 4701). Gerekli ısıtma gücünü ölçebilmek için gerektiğinde enerji dağıtım kurumunun kesinti süreleri için arttırımlar dikkate alınmalıdır. Elektrik akımı 24 saat içinde maksimum 3 x 2 saat kesilebilir. Binaların ataleti sebebi ile 2 saat kesinti dikkate alınmamaktadır.

İki kesinti süresi arasındaki serbest bırakma süresi en az önceki kesinti süresi kadar olmalıdır.

Teorik bir projelendirme: Isıtılacak alan (m2) aşağıdaki spesifik ısı gereksinimi değeri ile çarpılır

– Enerji tasarruflu ev 10 W/m2

*1 8 saatlik Boyler ısıtma zamanı*2 Gerçek ısı ihtiyacı daha yüksek ise, daha büyük bir performans ilavesi seçilmelidir.

Tablo 3: Kullanma Suyu Isıtması için Kılavuz değerler

– Düşük Enerji Evi 40 W/m2

– Yeni bina (ısıl izolasyonu

iyi ) 50 W/m2

– Standart izolasyonlu ev 80 W/m2

– Eski bina (ısı izolasyonu iyi

değil) 120 W/m2

Örnek: – Yeni bina (ısıl izolasyonu iyi ),

alan 180 m2: – Isı gereksinimi: 9 kW – Maksimum 3 x 2 saatlik kesinti

(Bkz. EN 12831, eski no: DIN 4701). 24 saatlik günlük ısıtma ısısı gereksinimi 9 kW · 24 h = 216 kWh

Günlük maksimum ısıtma gereksinimini karşılayabilmek için 3 x 2 saat kesinti için elimizde sadece 18 saat/gün mevcuttur. Binanın ataleti nedeniyle 2 saat dikkate alınmaz. 216 kWh/20h = 10.8 kW Bu hesap sonucuna göre ısıtma gücü 10.8 kW olan bir ısı pompası yeterlidir. Isı pompasının gücü 3 x 2 saat kesinti yapıldığında % 17 arttırılmalıdır.

4.6.2 Kullanma Suyu Isıtması için Arttırım Normal bir ev için maksimum sıcak su gereksinimi kişi başına günde yaklaşık 50 lt ve 45°C olarak kabul edilmektedir. Bu değer kişi başına yaklaşık 0.25 kW ilave ısıtma gücüne eşittir. (8 saat ısıtma) İlave ısıtma ihtiyacı ve ısı pompası seçimiDIN 4708 Bölüm 2'ye göre yapılır.

42


4.7 Teşvikler

Almanya’da yeni ve modernizasyon yapılanbinalarda güneş enerjisi ve ısı pompası sistemleri gibi alternatif yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı için çok sayıda teşvik programı bulunmaktadır. Viessmann web sitesinde (www.viessmann.com) teşvik uygulamaları ile ilgili bilgiler sık sık güncellenmektedir.

Ayrıca yerel ve merkezi yönetimlerin verdiği krediler ve faiz oranları ile ilgili seçenekler de bulunmaktadır.

Enerji idareleri de ısı pompası sistemleri için teşvik edici tarifeler sunmaktadır.

5 Özet Modern elektrikli ısı pompaları (Şekil. 66) ısı üretiminde son derece ekolojik bir tercihtir. Kontrol üniteleri, verimli scroll kompresörler ve tamamen modern üretimin geliştirilmesi ile ısı pompaları 1 birim elekrik enerjisi kullanarak 5 birimlik ısı üretmektedir. Monovalent ısı pompaları bir binanın tüm ısıtma ve kullanma suyu ısıtması ihtiyacını karşılayabilmektedir.

İşletme giderler alışılmış ısıtma sistemlerine göre daha düşüktür. ilk yatırım maliyetleri yüksek olmasına rağmen teşvikler ve uzun ömürlü bir sistem olması bu sistemleri cazip hale getirmektedir.

Modern ısı pompaları ilk yıllarına göre kullanımı kolay ve güvenli sistemlerdir.

Şekil. 66: Isı Pompası Sistemi

43

Viessmann

Bir aile firması olan Viessmann, üç nesil boyunca konforlu, ekonomik ve çevre dostu bir şekilde ısı elde etmeyi ve onu ihtiyaçlar doğrultusunda kullanıma sunmayı kendisine görev bilmiştir. Mükemmel ürün gelişimi ve çözüm olanakları ile Viessmann her zaman sektörün teknolojik lideri ve öncüsü olmasını sağlayan büyük adımlar atmıştır.

Viessmann güncel ürün programı ile müşterilerine 1,5-20 000 kW güç aralığında çok basamaklı bir program sunmaktadır. Sıvı/gaz yakıtlı yer ve duvar tipi düşük sıcaklık kazanları, ısı pompaları, güneş enerjisi sistemleri bu mükemmel programa örnektir. Kontrol panelleri ve iletişim tekniğinin yanısıra birlikte mükemmel bir uyum içinde çalışan sistem tekniği komponentleri ürün programını tamamlamaktadır. Almanya, Fransa, Kanada, Polonya, Avusturya ve Çin’deki 12 adet üretim merkezi toplam 36 ülkedeki 111 satış merkezinden oluşan organizasyonu ile Viessmann, uluslar arası bir yapıya sahiptir. Çevre ve topluma karşı sorumluluğu, çalışanları ve iş ortaklarıyla kurduğu güçlü iletişimi, mükemmeliyetçilik çabası ve tüm iş süreçlerindeki yüksek verimliliği Viessmann’ın temel değerlerindendir. Ürünleri ve sahip olduğu tüm değerleri ilemüşterilerine güçlü bir markanın özel faydalarını ve katma değerini vermek her bir Viessmann çalışanının dolayısı ile firmanın ortak özelliğidir.

isı pompaları - erim sever - makina mühendisi · düşürürken ısı pompası arttırır....

Documents