|
Evinizin arka bahçesinin, evinizi yazın soğutmak, kışın ise ısıtmak için mükemmel bir kaynak olduğunu acaba hiç düşündünüz mü ? Evet, toprak – su enerji kaynağından faydalanmak suretiyle güvenli, temiz, yüksek verimli bir klimatizasyon sistemi kurmak hem konforlu hem de ekonomik bir yoldur. Toprak – su kaynaklı ısı pompaları (TSKIP), toprağın veya yeraltı suyunun yaz ve kış aylarında hemen hemen sabit denebilecek sıcaklıktaki ( 7 – 22 °C arasında değişebilen ) enerjisinden faydalanmak suretiyle kışın ısıtma, yazın ise soğutma amacıyla yaygın olarak kullanılır. Yazın mahalden alınan ısı, bir ısı pompası yardımıyla toprağa veya yeraltı suyundan aktarılırken, kışın mahalli ısıtmak için gerekli ısıyı yine aynı cihaz vasıtasıyla topraktan veya yeraltı suyundan çekebilmek mümkündür. Şekil 1 de tipik bir jeotermal kaynaklı ısı pompası (TSKIP) sistemin nasıl çalıştığı gösterilerek, sistemin elemanları aşağıda açıklanmıştır. (1) de yer altı suyu (genellikle 7-22°C) TSKIP’ sına pompalanmaktadır. (2) nolu gazdan suya ısı değiştiricisinde soğutkan (genellikle R-22) pompalanan yer altı suyu ile yazın yoğuşturulmakta, kışın ise buharlaştırılmaktadır. Isı değiştiricisinde yer altı suyu ile yazın yoğuşturulmakta, kışın ise buharlaşmaktadır. Isı değiştiricide yer altı suyu (ısıtma durumunda ) yaklaşık 5 – 8 °C arasında soğutulmaktadır. (soğutma durumunda ise ) yine 5 - 8 °C arasında ısıtılarak geri pompalanmaktadır. (3) Kompresör. (4) gaz halindeki soğutkanı sıkıştırarak basıncını arttırmaktadır. Gazdan havaya ısı değiştiricisinde (5) mahalden dönüş havası yazın soğutularak, kışın ise ısıtılarak üfleme kanal sistemine (6) nolu fan yardımıyla üflenmektedir.(7) nolu dört yollu vana (reversing valf) soğutkanın akış yönünü değiştirerek (5) nolu ısı değiştiricisinde yazın soğutma, kışın ise ısıtma yapılmasını düzenlemektedir. Isı değiştiricilerinin girişinde soğutkanı yüksek basınçlı sıvı fazından alçak basınçlı gaz fazına geçirmek suretiyle soğutmayı sağlayan genleşme (veya kısılma ) elemanı şeklinde gösterilmiştir. Görüldüğü üzere, bu sistemin daha aşina olduğumuz hava kaynaklı ısı pompası (HKIP) sisteminden tek farkı (3) nolu ısı değiştiricisinin soğutkandan suya tipinde bir ısı değiştiricinin soğutkandan suya tipinde bir ısı değiştiricisi olmasıdır. Böylelikle, TSKIP’ larında soğutkanın yoğuşturulması (yazın), veya buharlaştırılması (kışın) hava yerine su ile yapılmaktadır. Çevrimin diğer aşamalarında TSKIP ile HKIP arasında hiçbir fark olmamaktadır. TOPRAK – SU KAYNAKLI ISI POMPASI (TSKIP) SİSTEMİNİN AVANTAJLARI TSKIP sisteminin diğer ısıtma – soğutma sistemlerine göre avantajları aşağıda verilmiştir. 1.Temizlik – Çevre kirliliği yaratmaz Fosil yakıtlı ısıtma sistemleri ile kıyaslandığında, TSKIP sistemlerinin çevre kirliliği yaratan karbonmonoksit ve NOx emisyonu olmadığı için çevre temizliğine olumlu etkisi vardır. Elbette, HKIP sistemleri de TSKIP gibi çevre kirliliği yaratmazlar. 2. Yüksek verim –Düşük işletme maliyeti TSKIP ‘ nın ısıtma – soğutma verimleri, HKIP larına göre yüksektir. COP olarak bilinen performans katsayısı yani bir kW elektrik enerjisi tüketimiyle elde edilen ısıtma – soğutma gücü HKIP’ larında 2.8 – 3 arasında değişirken, TSKIP sistemlerde 4- 5 arasında değişmektedir. Elbette tasarım aşamasına, gerçek verim hesabı için proje dizayn şartları ve cihaz imalatçısı tarafından verilen performans tabloları baz alınarak mukayese yapılmalıdır. 3. Üstün konfor kalitesi – Isıtmada süreklilik HKIP’ları mahalli ısıtmak için gerekli enerjiyi dış havadan sağladığı için performansları dış hava sıcaklığına bağımlıdır. HKIP’ larının sağladığı ısıtma gücü ihtiyaçla ters orantılıdır. Yani dış hava sıcaklığı azaldıkça mahalli ısıtmak için daha fazla ısıtma kapasitesi ihtiyaç duyulurken HKIP’ sının sağlayabildiği ısıtma gücü azalmaktadır. Ayrıca dış hava sıcaklığının +5 °C altına düştüğü coğrafi bölgelerde, HKIP’ sının dış ısı değiştirici yüzeyi buzla kaplanmakta ve oluşan buzu çözmeye yarayan defrost mekanizmasının aktive olduğu periyotlarda mahalle soğuk hava üflenmektedir. Bu da mahal sıcaklığının dalgalanmasına neden olduğu için ortamın konfor şartları zaman zaman bozulabilmektedir. Oysa, TSKIP ‘ları kışın ortamı ısıtmak için sağladıkları ısıtma enerjisini toprağın veya yeraltı suyunun hemen hemen sabit denebilecek stabil sıcaklığından aldıkları için, bu sistemlerde HKIP olduğu gibi soğuk üfleme (cold blow effect ) ile buz çözme (defrost cycle) olayları yaşanmamaktadır. Dolayısıyla HKIP’ larına göre daha konforlu bir ısıtma sağlanmaktadır. Şekil 2 de Kuzey Amerika için aylara göre havanın yüzeyden 1.5m derinlikteki toprağın ve yeraltı suyunun sıcaklık dalgalanmaları grafik olarak verilmiştir. Grafikte görüldüğü gibi, yeraltı suyunun sıcaklık dalgalanmaları grafik olarak verilmiştir. Grafikte görüldüğü gibi yeraltı suyu en stabil sıcaklık karakterine sahiptir. Bununla birlikte toprak ta (yerin 1.5m altındaki derinlikte bile) daha kararlı bir karakter sergilerken havanın sıcaklık değişimi en kararsız karakteri göstermektedir. Elbette toprağın daha derinine inildiğinde sıcaklık kararlılığı artacaktır. 4. Uygulama esnekliği – Çok çeşitli tipte ve modelde cihaz üretimi TSKIP sistemleri imalatçılar tarafından birçok değişik tip ve model olarak üretilmektedir. Bunlardan bazıları aşağıda sıralanmıştır.
Bu alternatifler sayesinde TSKIP ‘ larından birçok projede yararlanma şansı bulunabilmektedir. TSKIP’ larının projelerde kullanım şansını arttıran bir diğer özelliği de ısıtma konumundan soğutma konumuna geçme işlemi her an otomatik veya el kontrolü ile yapılabildiği için dört borulu fan - coil sistemlerinin sunduğu konfor avantajına benzer bir uygulama yapmak mümkün olacaktır. Ayrıca kapasite bakımından da TSKIP’ ları geniş bir aralıkta imal edilebilmektedirler. 7.000 – 400.000 BTU/h arasındaki kapasitelerde ürün bulabilmek mümkündür. TOPRAK – SU KAYNAKLI SİSTEMLERİN ÇEŞİTLERİ TSKIP’ larında toprağın veya yer altı suyunun enerjisinden yararlanmak için iki yöntem kullanılmaktadır. a) Açık Sistemler b) Kapalı Sistemler AÇIK SİSTEMLER: Kuyu, artezyen, göl, nehir gibi açık bir su kaynağından elde edilen suyun, bir hidrofor sistemi ile TSKIP’ sına pompalanması suretiyle suyun sahip olduğu enerjiden doğrudan faydalanmak esasıyla çalışan sistemlerdir. Su kaynaklarına yakın ve suyun korozif özelliğinin fazla olmadığı durumlarda rahatlıkla kullanılmaktadırlar. Sudan doğrudan yararlanıldığı için verimleri kapalı sistemlere göre daha yüksektir. Ayrıca, kapalı devrelerde olduğu gibi ilave bir yeraltı ısı değiştiricisi gerektirmediği için ilk yatırım maliyeti daha az olmaktadır. Ancak suyun korozif etkilerini ve ısı değiştiricilerinin kirlenme riskini azaltmak için cihaz girişlerinde özel filtreler ve korozyona daha dayanıklı tipte özel alaşımlı (cupronikel) ısı değiştiricilerine gereksinim vardır. KAPALI SİSTEMLER : Açık su kaynağının mevcut olmadığı yerlerde genellikle polipropilen borulardan yapılan boru demeti (yer altı ısı değiştiricisi) toprağa yatay veya dikey olarak daldırılarak toprağın veya yer altı suyunun enerjisinden faydalanmaktadır. Yatay uygulama genellikle arazinin büyük olduğu projelerde uygulanmakta olup, ısı değiştiricisi boruların toprağın toprağın 1.5 – 2 m altına döşenerek üstünün yine toprakla doldurulması suretiyle oluşturulmaktadır. Dikey uygulamalarda ise yer altı ısı değiştirgeci, arazinin geniş olmadığı projelerde genellikle 100 – 150mm çapında yaklaşık 80 – 100 m derinlikte açılan kuyular içerisine daldırılan boru demeti ile oluşturulmaktadır. Kapalı sistemlerde genellikle boru içerisinden antifrizli su karışımı geçirilerek donmaya karşı önlem alınmaktadır. Kapalı devrelerin ilk yatırım maliyeti açık devrelere göre daha yüksek olmakla beraber, JKIP’ snın içindeki soğutkandan suya tipindeki ısı değiştiricisinin kirlenme ve korozyona uğrama süresi çok daha uzun olmakta, bu da bakım ve onarım masraflarının azalmasına neden olmaktadır. SONUÇ: Ülkemizde henüz tanınmayan, Toprak – Su Kaynaklı Isı Pompası TSKIP sistemleri ile A.B.D, Kanada, Kuzey Avrupa ülkelerinde yıllardır yüz binlerce ev, işyeri, okul toprağın ve yeraltı suyunun sonsuz enerji kaynağından faydalanmak suretiyle ısıtılmakta ve soğutulmaktadır. Enerji bakımından dışa bağımlı ülkemiz, maalesef bu sistemle henüz yeni yeni tanışmaktadır. Toprak – Su Kaynaklı Isı Pompaları ile donatılmış evler, işyerleri temiz, güvenli, ekonomik, konforlu bir sistemle klimatize edilmekle beraber, ülkemizin enerji maliyetlerinin azalmasına da önemli ölçüde katkı sağlayacaklardır. ÖRNEK BİR OFİS BİNASINDA TSKIP MALİYETİ: İncelenmesini yapacağımız örnek, her katı yaklaşık 600 m² ’den oluşan, iki katlı ve toplam kullanım alanı 1200 m² ’lik bir ofis binasıdır. Bina kullanım alanları ve ısı tekniği açısından 7 adet zona bölünmüştür. Söz konusu binanın mimari ve inşai özellikleri datası bir Isı Kaybı – Isı Kazancı programında analiz edilerek dizayn soğutma / ısıtma yükleri ve eşdeğer yıllık çalışma saatleri her zon için aşağıdaki gibi hesaplanmıştır. (Tablo – 1) TSKIP sistemlerinde, binayı ısıtmak ve soğutmak için gerekli toprak altı ısı değiştiricinin hesabı da gerekli olduğu için, söz konusu örnekte bu hesaplar bir bilgisayar programı vasıtasıyla hesaplanmıştır. Bilgisayar programından çıkan sonuçlar şöyledir;
Giriş / Çıkış sıcaklığı : 29.4 / 34.7 ° C
Giriş / Çıkış sıcaklığı : 13.3 / 9.9 °C
Elbette, bu hesaplar yapılırken binanın kurulacağı bölgedeki toprağın özellikleri esas alınmıştır. Bu bina, farklı bir coğrafyada kurulu olsa idi; toprak özellikleri değişeceğinden, toplam toprak altı boru boyu, açılacak kuyuların derinliği, cihaz performansı ve verimi de buna bağlı olarak değişecektir. Dolayısıyla bu hesapların etüdünü yeni duruma göre yapmak gerekliliği ortaya çıkacaktır. İLK YATIRIM MALİYETİNİN HESABI : Kurulacak TSKIP klima sistemine ait ilk yatırım hesap etüdü “ Means Mechanical Cost Data ” maliyet hesap kitabından alınarak etüd edilmiştir.
Toplam 2400 metre kuyu derinliği ( yaklaşık 500 m boru uzunluğu ) 1” PE borudan, 6 m aralıklarla açılmış. Kuyulardan oluşan ve kuyuların 6 m’ye kadar betonla doldurulması dahil 3 adet 2” çapında kollektör dahildir.
Yukarıda sözü edilen toplam 11 adet ve 48.000 Btu/h nominal kapasiteli TSKIP temini ve montajı
30 m 3”, 20 m 2”, 12 m 1 ”, 60 m 1” HDPE boru ve boru montaj malzemesinin temini ve montajı
12 mm kalınlıkta kapalı hücreli boru izolasyonu yapımı
2 adet 2 HP gücünde 20 t/h ve 14 mmSS sirkülasyonu pompası
11 adet programlı termostata bağlı, fark basıncına göre hız kontrolü yapabilen otomasyon sisteminin kurulması
Galvaniz sactan mamul, izoleli hava kanalları ve menfez, anemostat temini ve montajı TOPLAM ............................................................................................................................... 118.810 USD Söz konusu örnek binada, ısıtma, soğutma sisteminin toplam 11 adet paket tip TSKIP klima cihazı ile yapılacağı esas alınmıştır. Cihaz adet ve kapasiteleri şöyledir ;
o o o o 8 adet 48.000 Btu / h nominal kapasiteli klima cihazı Metre kare başına birim maliyet yaklaşık 100 USD / m² dir. Sonuç olarak ; Bu yazıda A.B.D. de kurulu bulunan bir ofisin yıl boyunca klimatizasyonunu sağlamak amacıyla kurulmuş bulunan TSKIP sisteminin incelenmesi ele alınmıştır. Binaya ait ısı hesapları, toprak altı ısı değiştiricisinin özellikleri ve en nihayet söz konusu sistemin ilk yatırım maliyet hesabı genel olarak değerlendirilmiştir. İşletme maliyeti düşük, konfor şartları hava soğutmalı kondanserli ısı pompalarına göre yüksek, basit, güvenilir, dayanıklı, çevre kirliliği yaratmayan özelliklere haiz TSKIP klima sistemlerinin kullanımı henüz ülkemizde başlamamıştır. Oysaki evimizin arka bahçesi, evimizi yazın soğutmak ve kışın ısıtmak için sonsuz bir enerjiye sahiptir. Toprağın altında yatmakta olan bu enerjiyi çıkarıp, kullanmak konforun yanında enerji ekonomisi de sağlanmaktadır. *KAYNAKLAR TESİSAT MARKET DERGİSİ (ŞUBAT-MART 2000 Sayı: 23 ve AĞUSTOS-EYLÜL 2000 Sayı:26) Şekiller AUTOCAD 2000 ile çizilmiştir. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kaynak: İÜ TBMYO İklimlendirme Soğutma Programı | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||