Toprak Kaynaklı Isı Pompası Çevrim Tipleri

Kuzey Yarımküredeki bölgelerde borular sırasıyla 0,9 m-1,2 m-1,5 m-1,8 m derinliklere gömülürken, Güney Yarımküredeki bölgelerde ise 1,2 m-1,5 m-1,8 m-2,1 m derinlikler gömülmektedir. Dört borulu sistemin bir başka şekli ise daha geniş hendek içersine boruları yan yana ve alt alta dizmek şeklinde oluşturulur. Bu sistemde yatayda borular 0,3 m ila 0,6 m boşluk bırakılır (Miles, 1994).

Kapalı çevrimde su veya salamura, toprağa gömülen bir boru içinde dolaştırılır.

Borunun çapı ve uzunluğu, iklimlendirme için gerekli olan ısıtma veya soğutmanın miktarına, toprağın sıcaklığına, toprağın nemine, toprağın ısı iletim katsayısına ve sistemin ısıl tasarımına bağlıdır. Kullanılan boru, normal olarak yüksek yoğunluklu polietilen borudur. Boru bağlantıları, orijinal borudan daha iyi bağlantı sağlayan ısıl fizyon tekniği ile yapılır. Isı değiştiricisi boruları toprağa son gömme işleminden önce, boruların içi temizlenir, hava kabarcıkları yok edilir ve sızıntılara karşı test edilir.

Optimum sistem tasarımının elde edilmesinde, uygun tasarım ve montaj en krıtik noktalardır. Bununla ilgili olarak ülkemizde bir standart yoktur.

Kapalı çevrim sistemler jeotermal kurulumların en yaygın olanıdır.Isı değiş tirici-sıvı dolu borudan ibaret çevrim, yer altına gömülür. Sıvı sürekli olarak gömülü boru içinde sirküle olur.Bu sırada topraktan yada yerden ısı çeker/verir.Bu sistemin, nereye yerleştirileceği mevzuu, alanın kullanılabilirliğine ve araziye bağlıdır. Birçok kapalı sistem, evlerin yakınındaki alanlara yatay olarak döşenir. Yatay toprak ısı değiştiricisi için yeterli alan yoksa kapalı çevrim sistemleri, aynı zamanda düşey olarak da yerleştirilebilir. Borular, toprağa açılan delik(kuyu) içine daldırılır ve etrafı dolgu harcı veya dolgu malzemesi(grout) denilen sızdırmaz malzemeyle doldurulur.

“Kapalı Sistem “ çevrimleri, sadece yüksek yoğunluklu polietilen boru kullanılarak döşenebilir. Uygun döşendiğinde bu borular 75-100 yıl dayanır. Aslında, çoğu imalatçılar, bu borular için emniyet katsayısını da göz önünde bulundurarak 50-55 yıl garanti vermektedirler. Bu boru malzemesi, toprakta normal olarak bulunan kimyasallardan etkilenmeyip, ısı iletim özellikleri iyidir. Yer altındaki herhangi bir yerde PVC boru kullanılmamalıdır.

Toprak altına döşenen boru parçalarını birleştirmek için kabul edilen tek yöntem, ısıl füzyondur(ısıl ergime). Boru bağlantıları ısıtılır ve orijinal borudan daha sağlam bir birleştirme oluşturmak için, birlikte bu yöntemle birleştirilir. Toprak ısı değiştiricisinin mekanik olarak birleştirilmesi, asla kabul edilen bir uygulama değildir. Bu tür bağlantılar, sızmalar nedeniyle çevrimde arızalara yol açar.

Çevrim, donma noktasının altına düştüğünde, çevrimdeki antifriz eriyiği, onu donma noktasının -7ºC altında tutacaktır. Amerika’da kabul edilebilir antifrizler eyaletlere göre değişmektedir.

Bir evin yakınında küçük bir göl varsa ve derinliği ile büyüklüğü yeterli ise “Isı değiştirici boruları” bu havuz içine konabilir. Göz önüne alınan küçük bir göl için, yıl boyunca en düşük düzeydeki derinlik, minimum 3m olmalıdır. Havuz çevrimlerinde;

bakır, polietilen veya polibutilen boru kullanılabilir.

2.5.3.2 Açık Çevrim(Açık Sistem)

Jeotermal kurulumların çoğu kapalı çevrim sistem kullanırken açık çevrim sistemlerde ayrı bir seçenektir.Gömülü borunun içinde akan antifriz solüsyon yerine açık çevrim sistemler göl,kuyu gibi kaynaklardan gelen suyu kullanır. Bu sisteme ait dizayn Şekil 2.26’de gösterilmiştir.

“Açık Çevrim” terimi, ısı kaynağı olarak alışıla gelmiş kuyudan çıkan yer altı suyundan yararlanıldığı Jeotermal ısı pompalarını açıklamak için kullanılır. Yer altı suyu , ısının çekildiği ısı pompasına beslenir. Bu su daha sonra uygun şekilde geriye;

orjinal kaynağına veya dönüşüm kuyusuna boşaltılır. Su geri verilmezse su kaynakları tükenebilir.

Şekil 2.26. Açık Çevrim

Su, ısı pompasından geçtikten sonra, suyun dışarıya verilmesi için bir çok yol vardır. Açık dışarıya verme yöntemi, en kolay ve ucuzdur. Basit olarak açık boşaltma, suyun bir akıntıya, nehire, göle, hendeğe ve benzerlerine bırakılmasıdır. Bu

seçeneklerden biri mevcut olmalıdır ve açık boşaltma fizıbıl olmadan önce, ısı pompasıyla kullanılan suyun miktarını kabul etme kapasitesine sahip olmalıdır. İkinci boşaltma yöntemi ise, geri dönüş kuyusunun kullanılmasıdır. Geri dönüş kuyusu(reenjeksiyon kuyusu), aküfere suyun geri döndüğü ikinci kuyudur. Bu kuyunun kapasitesi, ısı pompasından geçen suyun boşaltılmasını sağlayacak yeterli büyüklükte ve derinlikte olmalıdır. Yeni bir reenjeksiyon kuyusu, uzman sondajcı tarafından yapılmalıdır. Benzer şekilde, bu kuyu reenjeksiyon kuyusu olarak kullanılmadan önce, mevcut kuyunun kapasitesi test edilmelidir.

Su kalitesi önemli bir sorundur. Kötü su ısı değiştiricisini aşındırır ve ekipmanın ömrünü azaltır. Su kalitesinin yeterli olmaması, açık sistemlerde ciddi sorunlara yol açabilir. Isı pompası kurulmadan önce, suyun sertliği, asit derecesi ve demir miktarı test edilmelidir. Ekipman imalatçıları, ne tür suların kullanılması gerektiği konusunda yardımcı olmaktadırlar. Mineral tortular, ısı pompasının ısı değiştiricisinin içinde oluşabilir ki bu hiç istenmeyen durumdur. Yumuşak asit eriyiği ile oluşan bu tortuların zamanla temizlenmesi gerekebilir. Yabancı maddeler; kısmen demir reenjeksiyon kuyusuna zarar verebilir. Açık sistem, sanıldığının aksine çevresel bir zarara yol açmaz.

Isı pompası sadece ısıyı sudan alır veya suya verir. Çevreye dönen sudaki değişim, sadece sıcaklığın çok az artması veya azalması şeklindedir.

• Reenjeksiyon(Suyun Geri Boşaltımı)

Yeraltı sulu ısı pompası sisteminde su sistemden bir kere akar (Şekil 2.27). Geri yükleme kuyusu, göl havuz veya akıntılar boşaltım için kullanılabilir. Çok miktarda su kullanıldığından dönüşüm (atık) suyun işlenmesi arıtılması ekonomik değildir.Eğer işlenmesi şartsa en ekonomik çözüm kapalı yer çiftli çevrimlerin kullanılmasıdır.Bu sistemi kullanmadan önce su örneği bir laboratuvar tarafından incelemeye alınmalı ve pH, yüksek çözünmeyen katılar, demir kalsiyum ve diğer minerallere dair testler yapılmalıdır.Ayrıca aşındırıcılığın bir ölçümü olan Langelier Doyma İndeksini de hesaplanması iyi olur. Suyun kalitesi (kurulumda ve gelecekte) ısı pompasının ömrünü tayin eder. Kuyu,havuz veya gölün bir sene iyi bir kaynakken bir sene zayıf kalabileceği düşünülmelidir.

Şekil 2.27. Reenjeksiyon (Suyun geri boşaltımı)

Yeraltı sulu sistemin genel olarak dezavantajları ise şunlardır.

a) Aşınma:Benzer olmayan metaller beraber kullanıldığında aşınma durumu görülür.(galvenize aşınma)Mesela,demir veya galvenize boru ısı pompasında bakır boru ile beraber kullanılmamalıdır.Lastik,polietilen,PVC,Polibütilen kabul edilebilir materyallerdir.

b) Pullanma : Mineraller sudan çökeldiğinde boruların iç taraflarına ve ısı pompasındaki ısı değiştiricisinde görülür.Pullanma ısı transferini azaltır ve pompalama maliyetini arttırır.Pullanmaya sebep olan mineraller kuyu suyunda belli bir miktarda mevcuttur.Eğer su sıcaklığı aniden yükselir veya su basıncı aniden düşerse bu mineraller karbonat tabakası oluşur.Pullanma (tabakalanma-çökelme) yi önlemek için ilk adım tüm su çizgilerini basınç altında tutmaktır.İkinci adım su sıcaklığı artışını soğutma modunda 20 dereceden fazla arttırmamaktır.Çoğu ısı pompası su sıcaklığını 10-12 dereceden fazla yükseltmez(soğutma modunda)Eğer daha büyük artış gözlenirse akış oranı ayarlanmalıdır.Isıtma modunda çökelme olmaz.

c) Encrustation (Paslanma) : Dönüşüm kuyularında görülür.Bu çamursu kahverengi-turuncu bir tortudur.Sebebi demir bakterisidir.Bu da sistemi pullanma gibi tıkayabilir.Su yollarını basınç altında tutmak ve hava temasını kesmek bakteri oluşumunu engeller.Eğer oluşmuşsa chorine beyazlatıcı solüsyonla düzenli temizlenerek giderilir.

d) Kemirilme : Suyun kum ve kum gibi partiküllerden arındırılmış olması istenir.Bunlar ısı pompasını aşındırır.Düzenli takib ve filtreleme ısı pompasına giren partikülleri azaltır ve aşınmayı minimuma indirir.Su çekilirken filtreleme gereklidir.Ayrıca basınç tankı ve ısı pompası arasına da olası partikülleri gidermek için filtre takılmalıdır.Bazı üreticiler dayanımı daha yüksek olan kupro-nikel ısı değiştiricisini bakıra tercih ederler.