Simge listesi IV kisaltma listesi V

İÇİNDEKİLER

Sayfa

SİMGE LİSTESİ iv

KISALTMA LİSTESİ v

ŞEKİL LİSTESİ vi

ÇİZELGE LİSTESİ viii

TEŞEKKÜR ix

ÖZET x

1. GİRİŞ 1

2. ISI POMPALARI VE ELEMANLARI 9

2.1 Isı Pompası Genel Tanımı 9

2.2 Isı Pompası Elemanları 10

2.2.1 Kompresör 10

2.2.1.1 Pistonlu kompresörler 10

2.2.1.2 Rotatif (dönel) kompresörler 12

2.2.1.3 Turbo (santrifüj) kompresörler 13

2.2.1.4 Vidalı kompresörler 13

2.2.2 Buharlaştırıcılar (evaparatörler) 13

2.2.3 Yoğuşturucular (kondanserler) 13

2.2.4 Expension (genleşme) valfı 14

2.3 Isı Pompası Sistemleri 14

2.3.1 Hava / su ısı pompası sistemleri 14

2.3.2 Yeraltı suyu ısı pompası sistemleri 14

2.3.3 Toprak kaynaklı ısı pompası sistemleri 15

2.3.3.1 Yatay sistem 16

2.3.3.2 Dikey sistem 16

2.4 Termodinamik Çevrim 18

2.5 Gerçek Rankine Çevrimi 18

2.6 Soğutucu Akışkanlar 19

2.6.1 Soğutucu akışkanın özellikleri ve kullanılan akışkanlar 19

3. TOPRAK KAYNAKLI ISI POMPALARI 21

3.1 Genel Tanım ve Temel Prensip 21

3.2 Tarihçe 23

3.3 Toprak Özellikleri 24

3.3.1 Yoğunluk 25

3.3.2 Nem oranı 25

3.3.3 Tanecik materyalleri 25

3.4 Toprak Kaynaklı Isı Pompası Çeşitleri 26

3.4.1 Açık çevrim sistemler 26

3.4.2 Kapalı çevrim sistemler 27

3.4.2.1 Yatay tip toprak kaynaklı ısı pompaları 28

3.4.2.2 Dikey tip toprak kaynaklı ısı pompaları 31

4. UYGULAMA 34

4.1 Sistem Bilgileri 35

4.2 Bina Bilgileri 35

4.3 Toprak Altı Boru Bilgileri 37

4.4 Toprak Bilgileri 38

4.5 Yer Bilgileri 39

4.6 Isı Pompası Bilgileri 39

4.7 Boru Boyunun Hesaplanması 40

4.8 Isı Pompası Elemanlarının Seçimi 41

4.8.1 Toprak tarafı sirkülasyon pompası 41

4.8.2 Bina tarafı sirkülasyon pompası 41

4.8.3 Isı pompası seçimi 42

5. EKONOMİK ANALİZ 44

5.1 Toprak Kaynaklı Isı Pompası 44

5.2 Ekonomik Karşılaştırmalar 45

5.3 Maliyetler Analizleri 45

5.3.1 Isı pompası ilk yatırım maliyeti 45

5.3.2 Kazan için ilk maliyet 46

5.4 Amortisman Süresi Hesaplamaları 46

6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER 47

KAYNAKLAR 48

EKLER 51

ÖZGEÇMİŞ 53

SİMGE LİSTESİ

COP_ı Ünitenin ısıtma performansı

F_ı Isıtma çalışma faktörü (ortamın ısı kaybı / ünitenin kapasitesi)

F_k Toplam yapı alanı (m²)

L_ı Isıtma mevsiminde, birim ısıtma yükü için toprak ısı değiştiricisi boru boyu,(m/kw)

L_ıtop Toplam ısıtma mevsimi için boru boyu uzunluğu (m)

R_b Boru direnci

R_t Toprak direnci

T Yıllık ortalama hava sıcaklığı (^oC)

T_d Yılın en düşük toprak sıcaklık değeri (^oC)

T_dış Diyarbakır için dış sıcaklık (^oC)

T_m Yıllık ortalama toprak sıcaklığı (^oC)

T_max Üniteye girecek en yüksek su sıcaklığı (^oC)

T_min Üniteye girecek en düşük su sıcaklığı (^oC)

T_y Yılın en yüksek toprak sıcaklık değeri(^oC)

Q_ı Cihazın ısıtma kapasitesi (kw)

Q_h Toplam yapı ısı ihtiyacı (kw)

KISALTMA LİSTESİ

PESCH40 Polietilen schedule-40

TKIP Toprak kaynaklı ısı pompası

ŞEKİL LİSTESİ

Şekil 2.1 Örnek ısı pompası elemanları 9

Şekil 2.2 Örnek bir ticari ısı pompası şekli 10

Şekil 2.3 Çeşitli kompresör tipleri (Patlar, 2006) 11

Şekil 2.4 Pistonlu kompresörlerin çalışma çevrimi 12

Şekil 2.5 Hava / su ısı pompası sistemine örnek 15

Şekil 2.6 Yer altı suyu ısı pompası sistemine örnek 15

Şekil 2.7 Toprak kaynaklı ısı pompası sistemine örnek 16

Şekil 2.8 Yatay toprak kaynaklı ısı pompası 16

Şekil 2.9 Dikey toprak kaynaklı ısı pompası 17

Şekil 2.10 Basit Rankine çevrimi ve ısı pompası şeması 18

Şekil 2.11 Gerçek soğutma çevrimi (Özkol, 1999; Güven, 2002) 18

Şekil 3.1 Toprak ısılı direncinin nem ve yoğunluk içeriğine göre değişimi (Ünlü, 2005) 25

Şekil 3.2 Açık çevrimli sistem örneği 27

Şekil 3.3 Toprak altı ısı değiştiricisinin yerleşim şekli (Selvi, 2002) 28

Şekil 3.4 Yatay toprak ısı değiştiricisi (Patlar, 2006) 29

Şekil 3.6 Yatay tip toprak kaynaklı ısı pompası (Miles, 1994; Selvi, 2002). 30

Şekil 3.7 Dikey tip ısı değiştiricisi (Patlar, 2006) 31

Şekil 3.8 Dikey tip ısı değiştiricisinin ısı pompasına ait resim 31

Şekil 3.9 Dikey tip TKIP uygulaması örneği (Miles, 1994; Selvi, 2002). 32

Şekil 3.10 Düşey borulu sistemde ısı taşınımı için üç farklı kanal uygulaması (Patlar, 2006) 33

Şekil 4.1 Binanın mimarı çizimi 34

Şekil 4.2 Isı pompası şeklinin bina içerisindeki düzeni 43

Şekil 4.3 Örnek ısı pompası şekli 43

ÇİZELGE LİSTESİ

Çizelge 2.1 Minimum ticari ekipman kapasitelendirme standardı (Ashrae, 1989) 17

Çizelge 3.1 2000 yılı itibariyle dünya genelinde TKIP kullanımı (Hepbaşlı vd., 2001; Ünlü, 2005) 24

Çizelge 3.2 Topraktaki bazı materyallerin ısıl karakteristikleri (Ünlü, 2005). 26

Çizelge 3.3 Toprak türlerinin ısıl karakteristikleri (Ünlü, 2005). 26

Çizelge 3.4 Yatay borulu ısı değiştiricili sistemin 1981-1982 yılları arasındaki performans degerleri (New York-Upton uygulaması) (Ünlü, 2005) 30

Çizelge 3.5 Boru çapı ve boyu arasında tavsiye edilen degerler (Ünlü, 2005). 30

Çizelge 4.1 Bina içi ısı kayıpları 35

Çizelge 4.2 Boru direnci (Miles, 1994) 38

Çizelge 4.3 Toprak direnci (Miles, 1994) 38

Çizelge 4.4 Boru boyu hesaplama tablosu 41

Çizelge 5.1 Ekonomik karşılaştırma 45

Çizelge 5.2 Amortisman süresi için gerekli değerler 46

TEŞEKKÜR

Bu çalışma sırasında katkılarını, desteklerini ve ilgisini esirgemeyen değerli hocam Arş. Gör. Atilla G. DEVECİOĞLU’na teşekkürü bir borç bilirim. Ayrıca tezin ilerlemesi konusunda teknik bilgileriyle bana yardımcı olan FORM A.Ş çalışanlarından Nergiz BURHAN ve Neslihan FINDIK hanıma teşekkürü bir borç bilirim.

Benden maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen aileme sonsuz teşekkürler.

ÖZET

Isı pompası yakıt fiyatlarındaki artış, diğer fosil yakıt kaynaklı ısıtma sistemlerinin çevreye olan zararı, hızla artan insan nüfusuna karşılık artan enerji tüketimi gibi nedenlerden dolayı daha çok kullanılmaya başlanan bir sistem olmuştur. Bu sistemlerde ısı kaynağı olarak toprak, su veya havadan yararlanılmaktadır. Toprağın sıcaklık değişimi yıl boyunca hava ve suya göre daha az bir farklılık gösterdiğinden dolayı kullanımı daha fazladır. Ayrıca toprak sıcaklığında yazın dış havaya göre daha soğuk kışın ise daha sıcak olması durumu söz konusudur. Toprağın bu gibi avantajları ve düşük maliyetli olmasından dolayı bu konu üzerinde çalışmalar gün geçtikçe artmaktadır.

Bu çalışma toprak kaynaklı ısı pompası seçimi, seçim nedenleri, verimliliği, uygulanabilirliliği üzerinedir. Örnek uygulama olarak Dicle Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi 3. blok üzerinde toprak kaynaklı ısı pompası tasarımı yapılarak daha önceden kullanılan fuel-oil sisteme göre maliyet ve analiz çalışması yapılmıştır.

Anahtar kelimeler: Toprak kaynaklı ısı pompası, Ekonomik analiz, Termodinamik çevrimler.