Dou Anadolu Blgesi Aratrmalar; 2005 Aydn DKC, Mehmet ESEN
HAVA KAYNAKLI ISI POMPASININ ELAZI ARTLARINDA KULLANIMININ
DENEYSEL OLARAK ARATIRILMASI
*Aydn DKC, *Mehmet ESEN*Frat niversitesi Teknik Eitim Fakltesi
Makine Eitimi ELAZI
_____________________________________________________________________________________________________________ZETBu
almada Elaz linde, konutlarn stlmas amacyla hava kaynakl bir s
pompas deney seti kurul-mutur. Deney dzeneinde; hava kaynakl
buharlatrc, youturucu ve deneyler esnasnda lm deerle-rinin
alnmasnda kullanlan yardmc elemanlar bulunmaktadr. Bu almada; hava
kaynakl s pompasnn performans katsays (COP) aratrlmtr. Deneyler,
2002 ve 2003 yllar arasndaki Aralktan Mart ayna kadar olan stma
sezonunda yaplmtr.Anahtar Kelimeler: Is Pompas, Hava Kaynakl Is
Pompas._____________________________________________________________________________________________________________EXPERIMENTAL
INVESTIGATION OF AIR SOURCE HEAT PUMP USING IN ELAZI
ABSTRACTIn this study A heat pump experimental set-up was
constructed for domestic heating by adding of air source in Elaz.
The experimental set-up consist of one air source evaporator,
condenser and auxiliary apparatus was used during measurements. In
this study coefficient of performance (COP) for a heat pump with
air source was investigated. The experiments were conducted in
heating season of 2002-2003 from December to March.Keywords: Heat
Pump, Air Source Heat Pump.** Bu alma Frat niversitesi Aratrma Fonu
tarafndan desteklenmitir. (Proje No: 570)
_____________________________________________________________________________________________________________1.GR
amzda enerjinin salanmas insanln te-mel sorunlarndan biri
olmutur. Gelien teknolojiye paralel olarak enerji ihtiyac da
artmaktadr. Geli-miliin bir ls olarak grlen enerji tketimi arttka
fosil kkenli yaktlara olan talebi de berabe-rinde arttrmaktadr.
Fosil kkenli yaktlarn hzla azalmas, hidroelektrik enerji
santrallerinin gerek kurulabilecei yerlerin gerekse mmkn olan
enerji retim kapasitelerinin snrl olmas, acil enerji ihti-yacn
karlama gayretlerini hzlandrmtr. En hz-l ve etkili zm ise 20. asrn
ikinci yarsndan itibaren elektrik enerjisini gittike artan nispette
nkleer santraller vastasyla retmek eklinde ol-mutur. Nkleer
enerjinin kullanlmasyla evre problemleri, radyasyon tehlikesinin
ortaya kmas, ayrca sistemin ileri teknoloji gerektirmesi;
alternatif kaynaklardan faydalanma fikrini desteklemitir. G-ne
enerjisi, rzgr enerjisi ve jeotermal enerji gibi yenilenebilir
enerji kaynaklarnn gelitirilmesi ve fosil kaynaklarn hatta nkleer
enerjinin yerini ala-rak insanla temiz ve sonsuz enerji salama
fikri, hem bilim adamlarn hem de onlara destek salayan siyasetileri
gayrete getirmitir (Reay ve di., 1998).Enerji sorununun nem kazand
gnmz-de yeni enerji kaynaklarna ynelik almalar hzla artmaktadr. Is
pompalarnn, elektrikli stmaya g-re 3 ile 6 kat avantajl olmalar,
evre kirlenmesine neden olmamalar, endstriyel uygulamalarda
kulla-nlabilmeleri gibi zellikleri nedeni ile son yllarda zerinde
youn almalar yaplan bir konu haline gelmitir (Yamankaradeniz,
1982).
Toprak kaynakl s pompalarnn Avrupada (Almanya, svire, Avusturya,
sve, Danimarka, Norve, Fransa) pazarlanmas 20 yl akn bir sre-dir
yaplmaktadr. Ad geen bu lkelerde, zellikle dikey tip toprak kaynakl
s pompalar zerinde younlalmtr. Amerikada ise toprak kaynakl s
pompalarnn ticari olarak pazara girii 50 yl bul-maktadr (Harry ve
Ronald, 1983).
ngilterede ilk s pompas nitesi Norwich irketinin Elektrik Blmnde
yaplmtr. Soutu-cu akkan olarak SO2 kullanlm ve ortalama st-ma tesir
katsays 3e ulamtr. Sonra baka bir de-neme nitesi yazn klima, kn
stma amac ile kul-lanlmtr. Bu s pompas iin gerekli olan s Tha-mes
nehrinden ekilmi ve soutucu akkan olarak Freon12 kullanlm olup
sistemin stma tesir kat-says 5e ulamtr (Calm, 1984., Sumner,
1976).
Konut stmas amacyla kullanlan ilk s pompalarndan biri ngilterede
Sumner tarafndan kendi evinde baarl bir ekilde kurulmutur.
Ba-langta s, atmosferik evre havasndan ekilmi ve daha sonra yaplan
almalar ile s 1 m derinlik-teki topraktan ekilmeye balanmtr. Bu
sistemin ortalama stma tesir katsays 2.8e ulamtr ve sistem gnmzde
hala kullanlmaktadr (Sumner, 1976).
almamzn konusu olan alternatif enerji kaynaklarndan hava kaynakl
s pompasnn hacim stmada kullanmnn avantaj ve dezavantajlar
in-celenmitir. Is enerjisini iki ortam arasnda transfer edebilmek
iin sisteme bir miktar dardan i veril-mesi gerekmektedir. Is ekilen
ortam; nehir suyu, hava, gne enerjisi, toprak, endstriyel srelerde
aa kan atk s olabilir. almamzn konusu kapsamnda hava kaynakl s
pompas sisteminin Elaz li iklim artlarnda konut stmasnda
kulan-labilirliini deneysel olarak aratrmak amacyla bir deney seti
kurulmutur. 2002 yl Aralk ayndan balayarak 2003 Mart ay dnemine
kadar olan sre ierisinde eitli deneyler yaplmtr. Yaplan
de-neylerden elde edilen veriler yardmyla sistemin performans
katsays kartlm ve birbirleriyle kar-latrlmtr. 2. DENEY DZENENN
TANITIL-MASI
2.1. DENEY SETDeney setini bina ii ve bina d niteler olmak zere
iki ksma da ayrmak mmkndr (ekil 1).
Bina d niteler;
Hava kaynakl buharlatrcBina ii niteler;
Youturucu ve fan devresi,
Soutucu akkan devresi.
Bina ii niteler, kontrol ve lme kolayl salamas maksadyla bir
kasa ierisinde toplanm-tr. Kasa ierisinde; 1.5 HP gcnde bir
kompresr, Freon22 k hatt zerinde sv tp, gaz devre-sindeki nemi
almak iin kurutucu, kasann st n kapa arkasnda youturucu ve
vantilatr bulun-maktadr. Kasann yan tarafnda bulunan cep ieri-sinde
Freon22 devresinin eitli noktalarndaki basnlar lmek iin
manometreler, vantilatrn devrini ayarlayabilmek iin Dimmer (voltaj
ayarla-yc) bulunmaktadr. Ayrca deney setinin eitli s-caklk lm
noktalarndan gelen sl iftlerin top-land terminal bulunmaktadr.
Sistemin harcad gc lebilmek iin bir adet Wattmetre kasa ze-rine
yerletirilmitir. D ortam havasndan snn ekildii bu sis-temde
deneyler esnasnda buharlatrc fan srekli olarak altrlm ve mmkn
olduunca buharla-trc yzeylerinin karlamas nlenmeye allm-tr. Her gn
sadece bir deneyin yaplmasna ve de-neylere sabah saatlerinde
balanmasna zen gtse-rilmi ancak len ve akam saatlerinde de
deney-lere baland olmutur.
2.2. KOMPRESRDeney setinde kullanlan kompresrn teknik zellikleri
aada verilmektedir. Tecumseh CAJ4519T Hermetik tip
1.5 HP, R22, monofaze, 2900 d/dak
Soutucu akkan giri borusu ap 5/8, k bo-rusu ap 3/82.3. ALAK VE
YKSEK BASIN PRESOS-TATI (KOMBNE OTOMATK)
Kompresrn giri ve k hattndaki basn-lara gre kompresr devreye alp
devreden karan elemandr. Kompresrn maksimum k basnc emniyet asndan
2000 kPaa ve minimum emme basnc ise 50 kPa olacak ekilde
ayarlanmtr.
ekil 1. Hava Kaynakl Is Pompas Sistemi
2.4. HAVA KAYNAKLI BUHARLATIRICIHava kaynakl buharlatrc, d ortam
hava-sndan s ekmek amacyla ayr bir koruyucu kasa ierisinde
laboratuar penceresinin d tarafnda de-nizliin zerinde ayaklar
zerine yerletirilmitir (ekil 2). Buharlatrcnn iinde bulunduu kasa,
zemine, duvara veya tavana monte edilebilecek e-kilde yaplmtr.
Kasann zerinde bulunan kapak alp kapanabilmekte ve 50 W, 1400 d/dak
ve 1000 m3/h kapasiteli bir vantilatr zerinde tamaktadr. Piyasada
standart olarak bulunabilen buharlatrc, 0.12 mm kalnlnda alminyum
kanatl ve 3/8 a-pndaki dikisiz bakr borudan imal edilmi 5.5 m2 s
transfer yzey alanna sahiptir. 2.5. YOUTURUCU ortamda bulunan kasa
ierisinde kendisine ayrlan yerinde bulunmaktadr. Youturucunun n
kapa zerinde 1000 m3/h kapasiteli 50 W gcnde bir fan bulunmakta ve
youturucu zerinden i ortam havasn emerek stp yine i ortama
gnder-mektedir. Bu fann devir says bir dimmer (voltaj ayarlayc)
vastasyla ayarlanabilmektedir. Voltaj ayarlayc yardmyla fann devir
says deitirile-rek i ortama gnderilen havann debisi ve scakl
deitirilebilmektedir. Youturucu da yine hava kaynakl buharlatrc ile
ayn llerdedir. 2.6. KASAKasa, kompresr, plakal s deitirgeci, iki
adet devir daim pompasn, youturucu fann, iki adet su sayacn, sv
tpn, nem alc, gzetleme camn, manometreleri ve plakal s
deitirgele-rini ierisine alacak ekilde imal edildi. Kasa,
ieri-sinde s pompas elemanlarnn rahatlkla sklp taklabilmesi iin
yeteri kadar bykle sahiptir. ekil 3 de Kasann nden grn
grlmektedir.3. DENEYLER ESNASINDA YAPILAN LMLER ve HESAPLAMA
METO-DUDeneysel veriler 30ar dakikalk aralklarla aln-mtr.
Deneylerde aadaki lmler yaplmtr.
Scaklk lm
Debi lm
Basn lm
G lm
ekil 2 Hava Kaynakl Buharlatrc
ekil 3. Kasann nden Grn3.1. SICAKLIK LMDeney setinin eitli
noktalarna yerletirilen T tipi (Cu-Co) sl iftler yardmyla her 30ar
daki-kalk zaman aralklaryla scaklklar llmtr. Sistemde dolaan
soutucu akkan, salamura ve s-cak su scaklklar ile birlikte d ortam
ve i ortam scaklklar da llmtr. Isl iftler, korozyon ne-deniyle
hatal lm yapma ihtimaline kar vernik ile izole edilmitir.3.2. DI
ORTAM HAVA SICAKLIININ L-MD ortam hava scakln lmek amacyla bir sl
ift, laboratuar binasnn d duvarndan 1.5 m uzaklkta gne nmn direkt
grmeyecek e-kilde yerletirilmi ve d ortam hava scaklndaki deiimler
yarmar saatlik aralklarla llmtr. 3.3. ORTAM HAVA SICAKLIININ
L-MLaboratuar binasnn i ortam scaklklar, d pencereden 1.5 m ieride
ve youturucudan kan stlm hava akmnn direk temas etmedii bir noktaya
yerletirilmi olan sl ift yardmyla ll-mtr.3.4. YOUTURUCU IKI HAVASI
SICAK-LIININ LMKasann n ksmnda bulunan youturucu fanndan kan havann
direkt temas ettii bir nok-taya yerletirilen sl ift yardmyla
scaklklar l-lmtr.
3.5. SOUTUCU AKIKANIN SICAKLIK L-MLERKompresrn k ve emme
borusuna, hava kaynakl buharlatrcnn Freon22 giri ve k borusu zerine
yerletirilen sl iftler yardmyla scaklklar llerek kaydedilmitir.3.6.
YOUTURUCUDAN GEEN HAVA DE-BSNN LMYouturucu st kapa zerinde bulunan
1000 m3/h kapasiteli bir fan, youturucu zerinden i ortam havasn
geirerek tekrar i ortama gnder-mekte ve hava debisi dimmer (voltaj
ayarlayc) yardmyla istenilen debi deerine ayarlanmaktadr. Youturucu
zerinden geen havann hacimsel de-bisi rzgrgl vastasyla llmtr ve
daha son-ra o scaklktaki havann younluu ile arplarak havann ktlesel
debisi bulunmutur. 3.7. HAVA KAYNAKLI BUHARLATIRICI-DAN GEEN HAVA
DEBSNN LMHava kaynakl buharlatrcnn iine yerleti-rildii kasann st
kapa zerine yerletirilen fann maksimum kapasitesi esas alnarak
(1000 m3/h) ayr bir lm yaplmamtr.3.8. SSTEMDEK BASIN LMBir adet
kompresrn k borusu zerinde, bir adet kompresrn giri borusu zerinde
ve birer adet de plakal s deitirgelerinin Freon22 giri ve k borusu
zerinde olmak zere sistemde alt ayr noktada basn lmleri yaplmtr.
Plakal tip s deitirgeci kullanlmas ve kompresrn doru-dan plakal s
deitirgelerinin Freon-22 kna bal olmas nedeniyle kompresrn Freon-22
giri borusu basnc ile plakal s deitirgelerinin Freon giri basnlar
arasnda yaklak 100 kPalk basn farknn olduu grlmtr.
3.9. SSTEMDE HARCANAN GCN L-M Sistemde harcanan toplam elektrik
enerjisini lmek iin enerji besleme hatt zerine bir adet Wattmetre
konulmu ve her yarm saatte bir dier deney sonular ile birlikte Watt
cinsinden harcanan elektrik enerjisi kaydedilmitir. 3.10.
PERFORMANS KATSAYISININ TESPT (COP)Is Pompas Sisteminin Performans
Analizi aadaki eitlikler yardmyla hesaplanmtr.
Soutucu akkann ktlesel debisi aadaki eitlik yardmyla
hesaplanmtr.
(1)
Burada; : Is pompas devresinde dolaan soutucu akkann ktlesel
debisi [kg/s], : Kom-presrn strok hacmi [m3/dev], : Kompresrn
hacimsel verimi, :Kompresrn devir says [dev /dak], : Kompresrn
giriinde soutucu akka-nn zgl hacmi [m3/kg] olarak tanmlanmtr.
Is Pompasnn Youturucusundan Alnan Is Miktar;
(2)
Is Pompasnn Buharlatrcsnn ektii Is Miktar;
(3)
Is Pompas Kompresrne Verilen G;
(4)
Is Pompasnn Performans Katsaysnn Hesab
= (5)Sistemlerin Performans Katsaysnn Hesab;
(6)
eitlii ile hesaplanmtr. Burada:
dr.
Burada;
: Youturucunun verdii s [kJ/s], : akkann kompresr kndaki
entalpi-si [kJ/kg], : Akkann youturucu kndaki entalpisi [kJ/kg], :
Buharlatrcnn ektii s miktar [kJ/s], : Akkann buharlatrc kn-daki
entalpisi [kJ/kg], : Akkann buharlatrc giriindeki entalpisi
[kJ/kg], : Kompresre verilen g [kW], : Kompresrn mekanik veri-mi, :
Sisteme verilen toplam g [kW] olarak tanmlanmtr.
4. SONU VE NERLER
4.1. SONULARElaz li blgesinde hava destekli s pompa-s ile
konutlarn stlabilirliini incelemek amacyla bir model stma ortam
olarak Teknik Eitim Fakl-tesinde 5,5x11,5x3 m llerinde kullanlmayan
bir snf seilmitir. Bu ortamn stlabilirliini deney-sel olarak
aratrmak amacyla hava destekli s pompas sistemi kurulmutur. Bu
sistem 2003 Ara-lk ayndan Mart ayna kadar olan stma sezonu bo-yunca
altrlarak lmler yaplmtr.
Deneyleri yaplan tm aylar iin COPsisin youturucuya hava giri ve
k scaklklarna gre deiim grafikleri izildi.
Blgemizde konutlarn stlmasnda kulland-mz hava kaynakl s pompas
sistemi iin gece d ortam scaklklarnn 0 Cnin ok altna dme-si, hava
kaynakl s pompalarnn stma sezonu boyunca kullanmn nemli lde
kstlamaktadr.
Deneysel lmlerden elde edilen verilere da-yal olarak hesaplanan
COPsis deerleri; Aralk ayn-da 1.51, Ocak aynda 1.31, ubat aynda
1.62 ve Mart aynda 1.70 olarak hesaplanmtr (ekil 4-7).
ekil 4 COPsis in Youturucuya Hava Giri ve k Scaklklarna Gre
Deiimi.
ekil 5. COPsis in Youturucuya Hava Giri ve k Scaklklarna Gre
Deiimi.
ekil 6. COPsis in Youturucuya Hava Giri ve k Scaklklarna Gre
Deiimi.
ekil 7. COPsis in Youturucuya Hava Giri ve k Scaklklarna Gre
Deiimi.
4.2.NERLERKonutlarn s yaltm artnamelerine uygun yaplmamas
nedeniyle stma amacyla tketilen enerjinin byk blm kaybolmaktadr. Is
kayp-larn en az dzeye indirebilmek iin binalarn iste-nilen
standartlarda yaltlmas gerekmektedir. Deney sistemindeki s
kayplarnn asgariye indirilmesi iin sistemin iyi izole edilmesi
gerek-mektedir.
Tek bana bir s kaynann (gne, toprak veya hava) stmada yetmedii
durumlarda ikinci bir s kaynann da beraberinde devreye alnarak
st-ma iin yeterli olabilir.
Hava kaynakl s pompalar, hlihazrda pi-yasada bol ve ucuz olarak
bulunabilmektedir. Ancak youn stma ihtiyacnn olduu Aralk ve Mart
ay-lar arasnda stma ihtiyacna cevap verecek nitelik-te olmamas
nedeniyle, hava kaynakl s pompas sistemine dayal stma tesisleri
kuracak kiilere tav-siye edilmez.
5. KAYNAKLAR 1. Reay, D.A., 1988, Mac Michael, D.B.A., Heat
Pumps.2. Yamankaradeniz, R., 1982, Gne Enerjisi Kay-nakl Is
Pompasnn Teorik ve Deneysel ncelen-mesi, Doktora Tezi, T,
stanbul.
3. Harry, J., and Ronald, H., 1983, Heat Pups Systems, John
Wiley & Sons, New York.
4. Calm, J.M., Heat Pump, 1984, Ashrae Journal, August, Vol.90,
pp.40-44.
5. Sumner, J.A., 1976, Domestic Heat Pumps, Prism Press,
Dorchester.6. Dikici, A., 2004, Gne, Hava ve Toprak Enerjisi
Kaynakl Is Pompasnn Elaz artlarnda Konut Istmas in Kullanmnn
Deneysel Olarak Aratrlmas, Frat niversitesi Fen Bilimleri Enstits,
Doktora Tezi.PAGE 86
_1176809225.unknown
_1177410681.unknown
_1177411011.unknown
_1177411012.unknown
_1177410682.unknown
_1176809247.unknown
_1177410480.unknown
_1177410680.unknown
_1176809255.unknown
_1176809269.unknown
_1176809242.unknown
_1176540630.dwg
_1176809195.unknown
_1176809207.unknown
_1176809213.unknown
_1176809202.unknown
_1176809149.unknown
_1176809190.unknown
_1176809109.unknown
_1170857960.bin
_1175700062.unknown
_1175700186.unknown
_1175700061.unknown
_1175700056.unknown
_1113390109.bin
