Sulu Sistemler

Sulu sistemlerde, akı kan farklı metotlarla ısıtılarak bir sirkülasyon pompası yardımıyla asfaltın altına dö enmi borulardan dola tırılır. Isı, akı kandan yüzeye transfer edilir. letimsel olarak yüzey ısıtılır. Akı kan olarak su+antifriz karı ımı (etilen veya propilen glikol ve su) kullanılır [24, 25]. Sulu sistemler için bir gazlı boyler, elektrikli ısıtıcı, jeotermal su veya endüstri i lemleri sonucunda olu an atık ısı alternatif ısıtıcı olarak sayılabilir [32].

Sulu ısıtma sistemi, mevcut ısıtma sistemleri arasında i letme maliyeti olarak en uygun olanıdır. Çünkü bu sistemin di er sistemlere göre avantajları vardır. Sulu sistemler ile pasif ısı

borulu sistem kar ıla tırıldı ında; sulu sistemlerde ısıtılan akı kan, ısıtılması dü ünülen alana bir sirkülasyon pompası ile ta ındı ından ısı borularında oldu u gibi ne borulara bir e im verilmesi gerekir ne de boruların temizlenmesi önemlidir. Isı dö emeye düzgün bir ekilde ta ınır. Bu sistemler di er sistemlere göre daha yüksek enerji verimine sahiptirler.

Sulu sistemler içerisinde son yıllarda en verimli yöntem olarak TKIP sistemleri kullanılmı tır. TKIP sistemi yardımı ile topraktan çekilen ısının sulu sistemlerde kullanılması mümkündür.

2.3.2.1.TKIP Sistemi ile Kar ve Buzu Eritme

TKIP yardımıyla yeraltı suyundan veya topraktan çekilen ısının sulu sistemler için kullanılması mümkündür. Bu sistemler aktif jeotermal sulu sistemler olarak da adlandırılabilir. TKIP’lar, temel anlamda toprak ile ısıtılacak yer arasında bir ısı alı veri i sa lar. Bunun için genellikle uzun veya çok sayıda plastik boru, yatay veya dü ey olarak toprak altına dö enir. Akı kan olarak boruların içerisinden su+etilen gilikol veya su+propilen gilikol çözeltisi dola tırılır. Sıcaklık farkından dolayı olan ısı transferi, borular içerisinde dola tırılan akı kan ile so utucu akı kan arasında bir ısı de i tiricisi vasıtası ile olur [33].

TKIP teknolojisi yeryüzünün belirli bir derinli inde sıcaklı ın yıl içinde nispeten sabit kalması gerçe ine dayanır. Toprak tabakası, kı ın yeryüzünün altında veya yer altı sularında depolanmı ısıyı bir alana, yazın alandaki ısıyı yeraltına ta ıyarak do anın bize verdi i bu avantajı kullanırlar. Kısaca yer altı; kı ın bir ısı kayna ı, yazın ise bir ısı kuyusu olarak davranır [3].

TKIP sistemleri günümüzde ortamları ısıtma - so utma ve sıcak su elde edilmesinde kullanılmaktadırlar. Bu ihtiyaçların tümüne tek makineyle cevap verebildikleri için de tercih sebebi olmu lardır. TKIP’lar geçti imiz yarım yüzyıl içerisinde kı sezonunun uzun ve sert geçti i Kuzey Avrupa, skandinavya, Kanada ve Kuzey Amerika'da avantajları ve yüksek konfor özelliklerinden ve çok yönlü kullanılabilir olmasından dolayı tercih edilmi lerdir.

TKIP sistemi, topra ın veya yeraltı suyunun yaz ve kı aylarında hemen hemen sabit denebilecek sıcaklıktaki ( 7 – 22 °C arasında de i ebilen ) enerjisinden faydalanmak suretiyle kı ın ısıtma, yazın ise so utma amacıyla yaygın olarak kullanılır.

Toprak, oldukça yüksek bir ısı potansiyeline sahiptir. Toprak, ihtiyaç duyuldu u kadar bir ısı kayna ı olarak kullanılabilir. Yerden birkaç metre a a ıdaki sıcaklıklar yıl boyunca kararlılık gösterir. Oysa yer yüzünde sıcaklık farklı mevsimler ile de i iklik gösterir. Isı pompasında farklı potansiyeller ısı kayna ı (ve çukuru) olarak kullanılabilirler. Bunların

ba lıcaları; hava, su (yüzey ve yer altı suları), toprak ve güne tir. Bunların ilk üçü primer kaynak olup tek ba larına sıcak ve so uk kaynak olarak kullanılabilirler[34].

Topra ın derinliklerindeki ısı enerjisini ısı pompası, ısı transfer akı kanı ve polietilen borular yardımı ile yüzeye çıkartmak mümkündür. Yüzeye çıkartılan ısı enerjisi ile yol/köprü yüzeyinde olu an buz ve biriken kar eritilebilir. Borularda dola tırılan akı kanın sıcaklı ının yüksek seviyesi, buzlanmayı önleyici sistemin geçerlili ini arttırmaktadır. Amerika’da yapılan bir çalı mada toprak ısı de i tiricisinde dola tırılan akı kanın ortalama sıcaklı ı 13.2 ˚C iken TKIP yardımı ile akı kan sıcaklı ı 40-55 ˚C’ye kadar çıkartılmı ve köprü yüzeyindeki kar veya buz eritilmeye çalı ılmı tır[9].

Kar eritme sistemi için TKIP’ın tasarımında amacın yalnızca yüzeyin ısıtılması olması nedeniyle sistem dikkatli bir ekilde ele alınmalıdır. Giri ve çıkı verileri takip edilmelidir. Çünkü sistem sürekli olarak kı mevsimi süresince topraktan ısı çekti inden, her yıl toprakta mevcut olan potansiyel ısıtma enerjisi giderek azalacaktır. Sonuç olarak, toprak ısı de i tiricinin (TID), gelecekteki 20-30 yıllık ısıtma yükünü kar ılayacak kadar son derece büyük olması gerekir. Topraktaki ısıl yüklerin dengesizli ini gidermek için, köprü dö emesinin geni yüzey alanının bir güne kollektörü olarak kullanımı ve topra ın ısı depolama özelli inin avantajları da kullanılabilir. Bir sonraki kı mevsiminde topraktaki ısının tekrar kullanılması için akı kan yaz ayları süresince köprü dö emesi ile toprak arasında dola tırılır. Böylece gerekli TID’in ebatları küçülecektir.

Topraktaki ısının ısı pompasına, ısı pompasından topra a veya dö emeye ta ınması TID’de dola tırılan bir akı kan ile olur. Salamuralar, ya lar ve glikollü su gibi de i ik akı kanlar ısıyı ısı pompası yardımıyla eritme blo una aktarmak için uygun çözeltilerdir [28]. Isıl kapasite, viskozite, ısıl iletkenlik gibi termofiziksel özellikler akı kanın karakteristi ini belirler. Akı kanın viskozitesi dü ük ise sirkülasyon pompasının gücü dü er. Enerji depolama açısından akı kanın ısıl kapasitesi iyi olmalı ve iyi bir ısı transferi sa lamak için akı kanın ısıl iletkenli inin iyi olması gerekir.

Sulu sistemlerde kullanılan borunun malzemesi yüksek yo unluklu polietilen (PEX) plastiktir. Bu borular hafif, ba lantısı kolay ve metal borular gibi korozyona u ramadıklarından tercih edilir [9, 10, 23, 28]. Isıtılması dü ünülen yüzey altına dizili inin bozulmaması için boruların çimento veya asfalt dökülmeden önce ba lantıları yapılır.

Kar eritme sistemlerinde borular arasındaki mesafenin önemi büyüktür. Borular arasındaki mesafenin azaltılması ile akı kanın daha dü ük sıcaklıklarında yüzeydeki kar veya buz eritilebilir. Borular arasındaki uygun mesafe Tablo 2.2’de verilmektedir [27].

Tablo 2.2 Kar eritme yüklerine göre önerilen boru merkezleri arasındaki mesafeler [27]

Kar eritme yükü(Btu/h ft2₎

100 150 200 250 300

Boru çapı (inç) Önerilen borular arasındaki mesafe, inç( mm)

½ 9(228.6) 9(228.6) 6(152.4) 6(152.4) 6(152.4)

5/8 9(228.6) 9(228.6) 9(228.6) 6(152.4) 6(152.4)

¾ 12(304.8) 12(304.8) 9(228.6) 9(228.6) 6(152.4)

Kurulan sistemde kar ve buzu eritmek için gerekli toplam ısı yükü Denklem 2.1 kullanılarak hesaplanmı tır. Kuru termometre sıcaklı ı -8 ºC, rüzgar hızı 6,84 km/saat ve blok karakteristik uzunlu u 1.2 m, Pr =0.6 ve Sc=0.6 alınmı tır. Yapılan hesaplamada Ar=1.0 için 440 W/m2_{, Ar=0.5 için 344 W/m}2 _{ve Ar=0 için 250 W/m}2 _{hesaplanmı tır.}