Isı Pompası-Deniz Suyundan - Suya Isı Pompası Uygulaması

1--Isı pompası uygulamaları sadece split klima, çatı tipi hava ve su soğutmalı soğutma cihazlarındaki uygulamalar ile sınırlı kalmaktadır.

2--Bu cihazlar ile genellikle kış aylarında soğuk olan dış havadan sıcak olan iç ortama ısı pompalanmaktadır.

3--Dış hava sıcaklığının düşmesi ile birlikte iç ortamın ısı ihtiyacı artmaktadır, bu nedenle bu tip ısı pompası olarak çalışan cihazlarda verim oldukça düşüktür.

4--Büyük sanayi tesissileri ve otel gibi enerji kullanımının fazla olduğu yerlerde sudan-suya ısı pompası uygulaması ile büyük miktarda enerji tasarrufu sağlanabilmektedir.

5--Bu yazıda Antalya’da 01/04/2005 tarihinde tamamlanan ve Türkiye’deki en büyük ısı pompası olarak bilinen sitemin çalışma prensibi ve çalışma şartları ile sonuçlar özetlenecektir.

6-- Isı pompalarının verimleri enerji pompaladıkları dış ortam sıcaklığına bağlı olarak büyük değişim gösterirler.

7--insanların yaz ve kış aylarında istemiş oldukları konfor şartları çok değişmez 24ºC’nin bir iki derece altında veya üzerindedir duş ve benzeri amaçlı kullanım suyu sıcaklığı da yaz kış 45ºC civarındadır.

8--. Isı emilen ve ısı pompalanan ortamlar arasındaki sıcaklık farkının büyük olması düşük verim demektir. Bu anlamda Havadan-havaya ve havadan suya ısı pompalamak yerine sudan(denizden)-havaya(iç ortam) ve sudan-suya ısı pompalanması durumunda daha verimli ve büyük kapasitelerde ısı pompaları ve ısı geri kazanım sistemleri kurmak mümkündür.

9-- Sudan- havaya ısı pompaları konut ısıtma amaçlı olarak Ülkemizde yeni yeni kullanılmaya başlanmıştır.

10-- Havadan – havaya ısı pompaları ile su dan-suya ve sudan-havaya ısı pompaları arasındaki en önemli fark ısı emilen kaynağın enerji kapasitesidir. Bir m3 suyun sıcaklığını 1ºC düşürerek çekilen enerji bir m3 havanın sıcaklığını 1ºC düşürerek çekilen enerjiden yaklaşık 3000 defa daha fazladır, bu değer havanın yoğunluğu düşük olan bölgelerde 4000 katına varan rakamlara erişmektedir.

11--. Su kaynaklı ısı pompası sisteminde her cihaz, bir havayı  soğutucu bir evaporatör, evaporatör fanı, su soğutmalı kondenser ve pano içerir. Cihaz bulunduğu ortamın isteğine göre, soğutma yaptığında kondenser hattı suyu ısıtır, ortam ısıtmaya çalıştığımızda ise, ısı pompası gaz çevrimi değişir ve kondenser hattı suyu soğutur.

12--Isı pompası,normal soğutma durumunda toprak yada su kaynaklı boru devresinden kondensere 25ºC de su almakta ve bu suyu 30ºC ye yükselterek kondenser devresine geri vermektedir.Kondenserin atması gereken ısı bu şekilde ya toprağa yada suya geri verilmektedir.Evaporatöre gelen hava 15 C de soğuyarak çıkmaktadır.

13—Toprak kaynaklı ısı pompaları olarak Amerika ve Avrupa ülkelerinde yaygın ola -rak kullanılmaktadırlar. Ülkemizde yer kaynaklı ısı pompası uygulaması yaygın değildir. Ancak sıcak su kazanı ile beslenen boru devresine bağlananmış münferit ısı pompaları ile mekanlar ısıtılmakta, yine yaz aylarında aynı cihazlar ile soğutma yapılmaktadır.

14-- Toprak, göl, deniz gibi ortamlarda dış hava sıcaklığı bütün kış ayı boyunca hava gibi büyük dalgalanma göstermez. Antalya şartlarında deniz suyunun sıcaklığı 16.3ºC sıcaklığa kadar düşmekte Yaz aylarında ise maksimum 29.2ºC olmaktadır.

15--Sudan suya ısı pompaları cihaz olarak çok fazla üretilmezler. Ayrıca bu cihazların çok büyük kapasitede olanları özel sipariş üzerine imal edilirler.1000 Kw’ın üzerinde bir soğutma grubu için yaz ve kış konumunda evaporatörünün kondenser, kondenserinin evaporatör olarak kullanılma şansı yoktur. O halde cihaz üzerindeki bir serpantini yazın evaporatör kışın kondenser olarak kullanmak mümkün değildir. Yani cihazdaki gaz akışı tek yöndedir . Bu durumda yapılması gereken şey pirimer ve sekonder devredeki akışkanların yerini değiştirmek olacaktır.

16--Yapılan çalışmada dört tanesi 1500 kW soğutma ve bir tanesi 1177 kW soğutma kapasitesine haiz toplam 5 adet su soğutmalı soğutma grubu alındı.Normalde kullanılması gereken 2000 kW ’lık 4 ve 1600 kW’lık bir adet soğutma kuleleri yerine aynı kapasitelerde deniz suyuna dayanıklı (Titanyum kaplı) plakalı eşanjörler kullanılmıştır. Denizden su alma yapısı yat limanı içerisine liman ile birlikte inşaa edilmiştir. Yapı kış aylarında denizde oluşan dalgalanmalardan etkilenmemektedir.Deniz ile eşanjör arasındaki borular plastik olup boru hattı üzerinde otomatik ters yıkama düzenine sahip filtre mevcuttur.

17-Sistemin Çalışması:

17.1--SisteminYaz Çalışması:

Evaporatör pompaları ve kondens pompaları normal çalışmasına devam etmektedir. Kış vanaları kapalıdır. Sıcak su depolama tankında su sıcaklığı istenilen değerin altına düştüğünde ısı geri kazanım pompası ve sıcak su depolama pompası devreye pompalar yardımı ile otelin soğutma sistemini beslemektedir. Soğutma grubunun kondenser devresi, klasik su soğutma kulesi, yerine bahsi geçen deniz suyu eşanjörüne bağlanmıştır ve sıcaklık kontrolu için devreye bir adet iki yollu vana monte edilmiştir, Kondens pompaları kondenser ile deniz eşanjörleri arasındaki sirkülasyonu sağlamaktadır

17.1--Sistemin Kış Çalışması (Isı Pompası) :                                                                        

Soğutma grubu 45/50 (ºC) şartlarında çalışacaktır. Yaz vanaları kapalıdır. Kondens pompaları tamamen durmuştur. Evaporatör pompaları cihazda üretilen soğuk suyu deniz suyu eşanjörüne basmaktadır. Deniz suyu eşanjörlerine 7 ºC ’de giren su 12 ºC soğutma grubuna dönmekte ve böylece deniz suyundan 5ºC sıcaklık farkı ile ısı çekilmektedir.Isı geri kazanım kondenseri ve buna bağlı olan ısı geri kazanım pompaları ile sıcak su depolama pompaları devrededir.

 Isı geri kazanım pompalarının sirküle ettiği 50 ºC   ’deki su önce sıcak su tanklarına ısı aktarmaktadır, daha sonra otelin ısıtmasında kullanılmak üzere sisteme dağıtılmaktadır. Isı geri kazanım kondenserine su tekrar 45ºC ’de dönmektedir. Isı ihtiyacının olmadığı anlarda eşanjör devresi üzerindeki iki yollu vana açılmakta ve cihaz kapasitesini kısmak sureti ile ayarlamaktadır.

17.3-- Isı geri kazanım kondenseri ise otel sıcak su hazırlama sistemine Isı geri kazanım pompaları  yardımı ile ısı aktarmaktadırlar (45 / 50ºC). Bu devreye bir adet eşanjör iki adet sıcak su depolama tankı ve bu tanklarla eşanjörLer arasında sirkülasyonu sağlayan pompalar ilave edilmiştir.

17.4—Soğutma Grubunun Kondens Sıcaklığına Bağlı Çalışma Şartları:                                             

Kondenser Soğ rejimi giriş/çıkış°C…. Soğ.Gru.Çektiği Elektrik Gücü (kWe)…..Soğ.Grup Kapasite(kWs)

28/33…………………………..........................................…………..224…………………………………………1220               

33/38……………………………...........................................……….264………………………………………….1177            

45/50………………………............................................……………340…………………………………………..1061

18--Deniz suyu pompaları için yat limanı içerisinde pompa odası oluşturulması,Deniz suyuna dayanıklı 5 adet pompa alınması,Isı geri kazanım için iki adet 10 tonluk galvaniz tank alınması,Isı geri kazanım pompa ve bir adet eşanjör alınması,Deniz suyu filtresi alınması gerekti.Toplam ısı geri kazanım için harcanan ekstra para 102.000$.

19--Yapılan Tasarruf Karşılaştırma:                                                                                                     

19.1--Deniz suyu 28/33ºC kondens suyu şartlarında 224 (kW elektrik gücü)/1.220 (kW soğutma kapasitesi)= 0,1836 (kWe /kWs)

19.2--Normal kule kullanımı durumunda 33/38ºC kule şartlarında 264(kW elektrik gücü)/1177 (kW soğutma kapasitesi)= 0,224299 (kWe /kWs)

19.3--Fark : 0,224299-0,1836 =0,040699 (kWe /kWs)

19.4--Bahsi geçen otelde yaklaşık olarak günlük ortalama 98.000 kWsh./gün soğutma yapıldığı dikkate alınırsa (4 ay ortalaması) Günlük ortalama elektrik tasarrufu: 0,040699x 98.000=3.988 kWeh/gün ,Aylık bu tasarruf 119.640 kWeh/ay ve 478.560 kWeh/ 4 ay olarak hesaplanmıştır.Elektrik bedeli 0,115 $/ KWh olduğu dikkate alınırsa 4 aylık tassaruf 55.034 $ olmaktadır.

20--Isı Geri Kazanım Yöntemi İle Sıcak Kullanım Suyu Hazırlamak:                                       

20.1--Tesisin günlük su ihtiyacı 320 tondur. Tüm bu suyun ön ısıtması 45 ºC’ye kadar ısı geri kazanım sistemi ile sağlanmaktadır.                                                                                          

20.2--320 ton /gün suyun 45 ºC ye kadar ısıtılması için gerekli enerji Q= 320.000(kg/gün)x 1 (kcal/kg) x (45-15) (ºC ) = 9.600.000 kcal/gün ısı karşılığında sıcak su hazırlanmıştır.Sıcak su hazırlama esasında elde edilen soğutma 7,73x1.061=8.201 kWsh/gün pompasının çalışma süresince tükettiği enerji    7,73x340=2.628   kWeh/gün - 

Aynı kapasitedeki kuleli bir sistem için enerji tüketimi 0,22429(kWe/kWs) x 8.201 (kW sh/gün)= 1.839 kWeh/gün                    Soğutma gurubunun ekstra çektiği enerji: 2.628 -1.839= 789 kWeh/gün Isı geri kazanım pompası 11 kW ve sıcak su depolama pompası 9 kW fazladan enerji tüketmektedir.

21—Pompa Enerjileri Karşılaştırması:                                                                              

Günlük pompa enerjileri (11+9)x7,73=154,6 (kW_eh/gün)--Toplam günlük extra enerji tüketimi: 789 + 154,6 = 943,6 (kW_eh)--Altı aylık fazla enerji tüketimi : 943,6(kWh) x 30 x 6 = 169.848 (kWh)--Altı aylık elektrik gideri 169.848 (kWh) x 0,115 $/kWh = 19.532,52 $ /6 Ay--Görüldüğü gibi 147.162 $ tasarrufa karşılık 19.532,52 $ ekstradan elektrik tükenmiştir.                                                                   

Sonuç olarak 6 aylık yaz sezonu boyunca 127.629,48 $ (147.162-19.532,52) tasarruf edil­miştir.

22--6.2.1- Kış Çalışması Durumunda Harcanan Elektrik Enerjisi Ve Maliyeti:  

22.1- Hesap Değerleri: Deniz suyu pompaları (250 m 3/h-15 mSS) 14 (kW)-- Evaporator Pompaları (P2)..(210 m3/h - 13 mSS 10 (kW)--Soğutma Grubu (45/50 ºC şartlarında) 340 (kW)--Isı Geri Kazanım Pompaları/11 kW—TOPLAM=375 (kWe)

22.2--Sıcak su depolama pompaları klasik sistemdeki kazan pompaları ile yaklaşık aynı kapasite -de olduklarından bu hesaba dahil edilmemiştir.

22.3--Tesisin çok büyük olması nedeni ile bu grup 5 ay boyunca tam yükte çalışacaktır.

22.4--6 aylık enerji tüketimi : 375x 24x 30 x5 = 1.350.000 kWeh--Beş aylık elektrik gideri : 1.350.000 (kWh)x 0,115 $/kWh = 155.250 $/5 Ay

22.5-- Kış çalışması durumunda tasarruf edilen fuel-oil miktarı ve maliyeti:

Soğutma grubu ile saatte pompalanan ısı miktarı ,cihazın kondens devresine atması gereken enerji miktarına eşit olacağı için :1.061 kWs + 340 kWe = 1.401 kW veya 1.401 kW x 860 = 1.204.860 kcal/h’dir.

Beş ay boyunca pompalanan ısı miktarı :1.204.860 x 24x 30 x 5 = 4.337.496.000-1.204.860 x 24x 30 x 5 = 4.337.496.000 kcal/5ay-

Fuel oil karşılığı :4.337.496.000 (kcal/ 5 ay) / 9.700 (kcal/kg) /0,92 (kazan verimi) = 486.048 kg/5 ay--

Beş aylık fuel oil’in parasal karşılığı: 486.048 kg/5 ay x 0,76 $/kg = 369.396 $/5ay.Isı pompası kullanılarak beş aylık bir peryotta 155.250 $ lık elektrik harcanırken aynı miktarda ısıyı fuel oil ile sağlamak için 369.396 $ lık bir para gerekmektedir.

23—SONUÇ:

Böyle bir  tesis ile Normal kule yerine deniz suyu soğutması yapılması, ısı geri kazanım uygulaması olması ve kış aylarında ısı pompası uygulaması ile toplam 400.021 $ /yıl bir tasarruf amaçlanmıştır

Kışın tesisisin-otelin doluluk oranının düşük olacağı göz önüne alınarak kış ayları 6 ay yerine 5 ay olarak değerlendirilmiştir. 

Ayrıca Bu sistemi kurmak için ilaveten harcanan para 102.000 $ olup , bu paranın yıllık tasarruf edilen paranın ancak % 25’i civarındadır.

Yapılan Tasarrufun tesis soğutma grubu gücüne oranı : 400.021 $ /yıl/7177 kW=55,7 $/yıl.kW

Kaynakça:Tesisat Mühendisliği Dergisi Sayı:- s. 27-36, 2006-Veli DOĞAN