Giriþ
Ç
ýlýman iklimlerde çok daha fazla kullanýlmasýna neden evre havasý, her yerde bulunabildiðinden ve olmuþtur. Ancak, dýþ sýcaklýklarýn düþük olduðu serbestçe kullanýlabildiðinden dolayý ýsý zamanlarda elde edilen ýsýnýn ve COP'un düþük olmasý, pompalarý için evrensel bir ýsý kaynaðý/çukuru hava kaynaklý ýsý pompalarýnýn soðuk iklim bölgelerinde durumundadýr. Hava kaynaklý ýsý pompalarý (HKIP) ýsýtma kullanýlmasýný sýnýrlamaktadýr. Eðer ýsý pompalarý, yeterli sezonunda dýþ havayý ýsý kaynaðý olarak kullanarak iç ýsýtma kapasitesi saðlayacak þekilde ve önemli ortamý ýsýtmakta, soðutma sezonunda ise iç ortamdan ýsý derecede düþük sýcaklýklarda yüksek birincil enerji çekerek ýsý çukuru olarak kullandýklarý dýþ havaya verimleri saðlayacak þekilde dizayn edilebilirse, ülkelerin aktarmakta ve soðutulmuþ havayý iç ortama göndererek soðuk iklime sahip bölgelerinde ýsýtma enerji tüketimini soðutma yapmaktadýrlar. Gerek ýsý kaynaðý/çukurunun azaltabilirler [1].
kolayca kullanýlabilmesi ve gerekse hava kaynaklý ýsý Soðuk iklimlerde kullanýlan hava kaynaklý ýsý pompalarýnýn ilk yatýrým maliyetinin toprak ve su kaynaklý pompalarýnýn karakteristikleri þöyle özetlenebilir [1-5]: (i) ýsý pompalarýna göre daha düþük olmasý hava kaynaklý Soðuk iklimlerde, ýsýtma gereksinimleri soðutma ýsý pompalarýnýn diðer ýsý pompalarýna göre özellikle gereksinimlerinden oldukça büyüktür, buna karþýn, ýsý
Mehmet YILMAZ
Doç. Dr., Atatürk Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliði Bölümü
Sadýk ERDOÐAN
Yrd. Doç. Dr., Atatürk Üniversitesi, Erzurum Meslek Yüksek Okulu
Ömer ÇOMAKLI
Prof. Dr., Atatürk Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliði Bölümü
Birol DURSUN
KOSGEB Erzurum Müdürlüðü
ÖZET ABSTRACT
Dýþ sýcaklýklarýn düþük olduðu zamanlarda elde edilen ýsýnýn ve COP'un düþük olmasý, hava kaynaklý ýsý pompalarýnýn soðuk iklim bölgelerinde kullanýlmasýný sýnýrlamaktadýr. Soðuk iklimlerde soðutma dizayn yüklerinin ýsýtma dizayn yüklerinden küçük olmasý sonucu ýsý pompalarý, ya ýsýtma için küçük boyutlandýrýlmýþ (ilave ýsýtma gerekli) veya soðutma için büyük boyutlandýrýlmýþ olur. Ayrýca, dýþ hava sýcaklýðý azaldýðýnda, kompresörde olan sýcaklýk artýþýnýn yükselmesi nedeniyle ýsýtma çevrimi verimi azalýr. Bu güçlükleri ortadan kaldýrmak amacýyla ýsý pompalarý için çeþitli dizayn modifikasyonlarý ve teknolojileri önerilmiþ ve uygulanmýþtýr. Bu makalede, hava kaynaklý ýsý pompalarýnýn soðuk iklim bölgelerinde kullanýmý için önerilen tasarým ve modifikasyonlar incelenmiþtir.
Use of air source heat pumps is limited in cold climates due to lower heating capacity and COP at lower ambient temperature conditions. Since cooling design loads are smaller than the heating design loads in cold climates, heat pumps are small sized for heating (backup heating required) or oversized for cooling. In addition, as ambient temperature decreases, heating cycle efficieny decreases due to higher temperature lift. To overcome such difficulties various design modifications and technologies have been suggested and applied. Design and modification suggestions for air source heat pumps in cold climates are studied in this paper.
Keywords: Air source heat pumps, cold climate, design, modification
Anahtar Kelimeler: Hava kaynaklý ýsý pompalarý, soðuk iklim, tasarým, modifikasyon
HAVA KAYNAKLI ISI POMPALARININ SOÐUK ÝKLÝM
BÖLGELERÝNDE KULLANIMI ÝÇÝN ÖNERÝLEN TASARIM VE
pompalarýnýn ýsýtma kapasitesi, talebin en yüksek (10) CO 2ýsý pompalarýnýn kullanýlmasý,
olduðu kýþ mevsimlerinde genellikle en düþük (11) Birleþik ýsý pompasý sistemlerinin kullanýlmasý. olmaktadýr. (ii) Defrost iþlemi toplam performansý
azalttýðý için soðuk iklimlerde çalýþtýrýlan hava kaynaklý ýsý pompasý sistemleri için etkili bir defrost gereklidir. (iii)
Soðuk iklimlerde ýsý pompasý sistemleri, özellikle hava Düþük sýcaklýklarda ýsý pompasýný kullanarak gerekli
kaynaklý ýsý pompasý sistemleri, soðuk kýþ koþullarýnda ýsý enerjiyi elde etme maliyeti daha az rekabet edebilir
pompasý sisteminin verimi azaldýðý zaman ekstra ýsý özelliðe sahiptir, bazý durumlarda ise daha pahalýdýr.
saðlamak için fosil-yakýtlý veya elektrik rezistanslý ýsýtma (iv) Düþük çevre sýcaklýðý ýsýtma yükleri için optimize
sisteminin kullanýmýný gerektirirler. Ayrýca, uygulamada, edilen ve seçilen ýsý pompasý, ýsý pompalarýnýn
ýsýtma ve soðutma yükleri nadir olarak dengelenir. Bu uygulama kullanýmýný, ülkelerin soðuk bölgelerine de
nedenle, ilaveten elektriksel ýsýtma veya soðutma enerjisi yaygýnlaþtýracaktýr. (v) Soðuk iklimlerde hava kaynaklý ýsý
kullanmak gerekir [3]. Ýlave ýsýtma sisteminin tipleri ve pompalarýnýn performansý yýllar boyunca oldukça
bunlarýn kullaným nedenleri farklýdýr. Ýlave ýsýtýcýlarýn geliþerek, 8°C standart deðerlendirme koþulunda
kullanýlmasýyla iliþkili þu noktalarýn hatýrlanmasýnda fayda performans katsayýsý, 1980'lerin ilk yýllarýnda 2.0
vardýr [3]: civarýnda iken günümüzde 2.7'ye kadar artmýþtýr. (vi)
(1) Kaynak sýcaklýðý azaldýkça ýsý pompasýnýn Düþük dýþ ortam sýcaklýklarýnda ýsý pompasý
performansýnýn azalmasý nedeniyle, hava kaynaklý ýsý kapasitesinin artýrýlmasý için, dýþ ýsý deðiþtirici
pompasý sistemleri, þiddetli soðuk havalarda ekstra kapasitesininin artýrýlmasý, iç ve dýþ ýsý deðiþtiricileri
ýsý saðlamak için boyler veya kazan kullanmayý devrelerinin optimize edilmesi, deðiþken/kademeli
gerektirirler. kapasiteli kompresör sistemlerinin kullanýlmasý vb. farklý
(2) Bina iç ýsý kazanýmlarý, bina ýsýtma gereksinimini yaklaþýmlar ticari hale gelmiþtir.
karþýlayacak kadar yeterli deðilse su kaynaklý sistem, Hava kaynaklý ýsý pompalarýnýn soðuk iklimlerde
su çevrimine ekstra ýsý gerektirebilir. yüksek verimle, kararlý ve güvenilir bir þekilde çalýþmasý
(3) Sondaj deliðinin maliyeti ve boyutunu azaltmak için için birçok tasarým ve modifikasyon önerileri yapýlmýþtýr.
bazen toprak kaynaklý ýsý pompasý sistemlerinde de Bu öneriler þöyle sýralanabilir:
ek ýsý kaynaðý kullanýlmaktadýr. (1) Ýlave ýsýtýcýlarýn kullanýlmasý,
(4) Binanýn maksimum elektrik yükünü azaltmak için fosil (2) Aþýrý soðutma yapýlmasý,
yakýt bazlý boyler veya kazan eklenebilir. (3) Düþük hava sýcaklýðýna uygun olan yað
(5) Binanýn altýna yerleþtirilen sondaj deliðinin neden kullanýlmasý,
olduðu don nedeniyle binanýn temelinin zarar (4) Kompresör ön ýsýtma sisteminin geliþtirilmesi,
görme riskini azaltmak için toprak kaynaklý sistemde (5) Yüksek verimli kompresörlerin geliþtirilmesi,
ilave bir boyler kullanýlabilir. (6) Deðiþken/kademeli kapasiteli kompresör
Ýlave ýsýtýcý kullanan ýsý pompalarýna bir örnek olarak, sistemlerinin kullanýlmasý,
Japonya’da, Yamagami vd'nin [6], düþük çevre sýcaklýk (7) Dýþ ýsý deðiþtirici kapasitesininin artýrýlmasý ve iç/dýþ
koþullarýnda hava kaynaklý ýsý pompasýnýn performansýný ýsý deðiþtiricileri devrelerinin optimize edilmesi,
iyileþtirmek için geliþtirdiði kerozen yakýt brülörlü hava (8) Buz belirleme, defrost ve buz azaltma sistemlerinin
kaynaklý ýsý pompasý verilebilir. Bununla beraber, fosil geliþtirilmesi,
yakýtlý ýsýnýn kullanýlmasý tercih edilen bir durum deðildir. (9) Isý pompasý çevrimleri için yeni soðutucu akýþkan
Çünkü, fosil yakýtlý ýsý gerekmediði zaman, ýsý pompalarý, karýþýmlarýnýn kullanýlmasý,
Ýlave Isýtýcýlarýn Kullanýlmasý
ýsýtma ve soðutma için sadece tek bir temel güç (1) Emme hattý aþýrý soðutmalý sistem: Buhar sýkýþtýrmalý kaynaðý (elektrik) kullanma avantajýna sahip olurlar. Bu sistemin emme hattýnýn ýsý kuyusu olarak ise, maliyeti ve çevresel zararlarý azalttýðý için sosyal kullanýldýðý sistemlerdir (Þekil 1a). Bu sistemler
kazanç olarak düþünülebilir. düþük sýcaklýk uygulamalarýnda (evaporatör
Ýlave elektrik ýsýtýcýlar kullanýldýðýnda, ýsý pompasý için sýcaklýklarý <-24°C) kullanýlmaktadýr. Bu aþýrý ilave ekipmanlar kullanmak gerekmektedir. Ýlave soðutma yöntemi, esas olarak düþük sýcaklýklý ekipmanlar; sistemin daha kompleks hale gelmesine, soðutma sistemlerinde kullanýlmasýna raðmen, maliyetin artmasýna ve düþük enerji kullaným verimine bazý paket ve split sistem hava koþullandýrýcýlarý ve neden olmaktadýr. Bunlar ise amaçlanan, yüksek verim,
ýsý pompalarý imalatçýlarý, alternatif soðutucu kararlý ve güvenilir bir çalýþma problemlerinin
akýþkan kullanan (R134a gibi) sistemlerde de bu çözülemediðini gösterir.
cihazlarý kullanmaktadýrlar [7].
(2) Mekanik aþýrý soðutmalý sistem: Aþýrý soðutma için küçük (fakat daha verimli) ikincil buhar sýkýþtýrma Aþýrý soðutma, son 20 yýlda ortaya çýkan birçok enerji
sistemi içeren sistemlerdir (Þekil 1b). Mekanik aþýrý tasarruf teknolojilerinden birisidir ve düþük ve orta sýcaklýklý
soðutma cihazlarý, düþük (evaporatör sýcaklýklarý<-soðutma sistemlerinde uzun süreden beri kullanýlmaktadýr.
24°C) ve orta sýcaklýklar (-24°C<evaporatör Soðutucu akýþkanlarýn özelliði, yoðuþma prosesinin ýsýyý
sýcaklýklarý<0°C) için yaygýn bir þekilde tamamen gizli ýsý olarak atmasýný imkansýz yapmaktadýr.
kullanýlmaktadýr. Yüksek aþýrý soðutmanýn, soðutma o
Genel olarak her 1 K'lik aþýrý soðutma, sistem kapasitesini
kompresörleri için enerji veriminde %20 tasarruf %0.5 kadar arttýrýr. Yüksek çevre sýcaklýklarýnda, standart
oluþturduðu, cihaz boyutundaki azalma sonucu ilk direkt-geniþlemeli buhar sýkýþtýrmalý sistem, kondenserde
yatýrým maliyetlerinde tasarruf olduðu ve bakým o
5.6 C'lik bir aþýrý soðutma saðlayabilir, fakat bunun bir kýsmý
giderlerinin %60'a kadar azalabildiði belirlenmiþtir [7]. sývý hattýnda kaybolur. Ýlave aþýrý soðutma, soðutucu
(3) Dýþ ýsý kuyulu sistemler: Þekil 1c'de þematik resmi akýþkanýn evaporatöre giriþ noktasýný doymuþ sývý hattýna
gösterilen dýþ ýsý kuyulu aþýrý soðutmalý buhar yaklaþtýrmak ve evaporatöre daha fazla sývý soðutucu
sýkýþtýrmalý sistem, bir ýsý deðiþtirici ve mini soðutma akýþkan girmesini saðlamak yoluyla soðutma kapasitesini
kulesinden oluþmaktadýr. Mini soðutma kulesinin arttýrýr. Evaporatöre giren daha fazla sývý soðutucu akýþkan,
yerine toprak kaynaklý bir su çevrimi kullanýlabilir. Bu evaporatör yüzeyini daha fazla ýslatýr ve ýsý transfer miktarýný
sistem, emme hattý aþýrý soðutmalý sistemin sahip arttýrýr. Ayrýca, genleþme valfinden geçen soðutucu
olduðu avantajlarýn çoðuna sahiptir: soðutma akýþkanýn sývý oraný arttýðýndan sistemin ayar gereksinimi
kapasitesinin artmasý, genleþme valfinin daha iyi azalýr [7].
çalýþmasý (azalan flash gaz) vb. Ayrýca yoðuþma Aþýrý soðutma, kondenserin çýkýþýnda bir ýsý
üniteleri ve kompresör, azalan güç tüketimi ve deðiþtiricinin ve dýþ havadan daha düþük sýcaklýkta olan
artan toplam sistem verimi nedeniyle küçük bir ýsý kuyusunun (genellikle su, toprak kaynaðý veya
emme hattý ýsýsý) eklenmesini gerektirir. Evaporatöre giren boyutta yapýlabilir. Genel olarak, dýþ ýsý kuyulu soðutucu akýþkanýn entalpisini azaltarak soðutma/ýsýtma soðutmanýn faydalarý, yüksek yýllýk sýcaklýklarýn kapasitesinde artýþ meydana getiren aþýrý soðutmada, olduðu bölgelerde (18°C temel sýcaklýða göre aþýrý soðutma miktarý ýsý kuyusunun sýcaklýðý ile sýnýrlýdýr [7]. hesaplanan 1200 veya daha fazla soðutma Üç tip aþýrý soðutma vardýr [7-9]:
Düþük Hava Sýcaklýðýna Uygun
Olan Yaðýn Kullanýlmasý
için kullanýlan yaðýn özelliklerinin soðuk iklimlerde çalýþma için uygun olmasý gerekmektedir. Uygun viskoziteli ve mükemmel soðuk-dayaným karakteristikli yaðlarýn seçilmesiyle düþük dýþ ortam sýcaklýðýnda Hava kaynaklý ýsý pompalarýnýn soðuk iklimlerde
kompresörün çalýþma güvenilirliði saðlanmaktadýr [5]. yüksek verimle, kararlý ve güvenilir bir þekilde çalýþmasý
(a) Emme hattý ýsý deðiþtiricisi olan geleneksel direkt geniþlemeli sistem
(b) Mekanik aþýrý soðutmalý geleneksel direkt geniþlemeli sistem
(c) Aþýrý soðutma ýsý deðiþtiricili ve mini soðutma kuleli geleneksel direkt geniþlemeli sistem
Þekil 1. Aþýrý Soðutma Sistemleri [7]
Yoðuþturucu Kompresör Buharlaþtýrýcý Genleþme Vanasý Su Giriþi Hava Fan Su Hava Su
Mühendis ve Makina Cilt : 47 Sayý: 559
53
Isý Deðiþtirici Buharlaþtýrýcý Kompresör Genleþme Vanasý Yoðuþturucu Su Soðutmalý Yoðuþturucu
Aþýrý Soðutma Çevrimi Kompresörü
Hava Soðutma Yoðuþturucusu Dýþ Hava
Hava Soðutma Buharlaþtýrýcýsý Soðutulan Hacim Ana Çevrim Genleþme Vanasý Aþýrý Soðutma Çevrimi Genleþme Vanasý Ana Çevrim Kompresörü
Kompresör Ön Isýtma Sisteminin
Geliþtirilmesi
Yüksek Verimli Kompresörlerin
Geliþtirilmesi
(3) Lineer ve dijital çift spiralli kompresörlerin ikisi de kompresör uygulamalarýnda deðiþken hýzla tahrik edilen kompresörlerinkine benzer bir mevsimsel Hava kaynaklý ýsý pompalarýnýn soðuk iklimlerde enerji verim kazancý, %20-%30, saðlamaktadýrlar. yüksek verimle, kararlý ve güvenilir bir þekilde çalýþmasý Uygulanabilir HVAC aralýklarýnda, lineer kompresörler, için yapýlan önerilerden bir diðeri kompresör ön ýsýtma esasen artan kompresör verimleri nedeniyle, ayrýca sisteminin geliþtirilmesidir. Toplam ýsý miktarýnýn önemli bir
%15'lik diðer bir ilave iyileþme saðlar; böylece kýsmý, ilk çalýþma esnasýnda kompresörü ýsýtmak için
toplam iyileþme miktarý %35 olmaktadýr. kullanýlmaktadýr. Ön ýsýtma sisteminin kullanýlmasýyla,
(4) Lineer bir kompresörün verimindeki kazanç, düþük kompresörü ýsýtmak için gerekli ýsý miktarý azalmakta ve
kompresör basýnçlarýnda daha büyüktür ve yüksek ýsýtma kapasitesi artmaktadýr [5].
basýnçlarda (ve dolayýsýyla yüksek sýcaklýklarda) azalýr [10].
(5) Lineer kompresörler, konvansiyonel kompresörlerden ~%20 daha pahalýdýr.
Yüksek verimli kompresörlerin geliþtirilmesi; (6) L i n e e r ko m p r e s ö r l e r i n k u l l a n ý m ý , s ý c a k l ý k kompresörün yüksek hýzlý ve yüksek güçlü çalýþmasý, dalgalanmalarýný azaltýr ve ortam konforunu geliþtirir. yaðýn soðutucu akýþkandan ayrýþma mekanizmasýnýn Sessiz çalýþýr. Krank þaftýnýn olmamasýndan dolayý iyileþtirilmesi, sývý enjeksiyon yöntemi kullanýlarak daha az aþýnma ve piston sürtünmeleri oluþur.
kompresör deþarj sýcaklýðýnýnýn azaltýlmasý vb. gibi (7) Yüksek ýsý pompasý yüklerine sahip bölge ve
iþlemleri kapsamaktadýr. binalarda ümit vaad eden bir potansiyele sahiptirler.
Lineer Kompresörler Sývý Enjeksiyon Yöntemi
Lineer kompresörler strok boyunu deðiþtirerek Genel olarak düþük dýþ sýcaklýkta kompresör hýzý kapasitelerini kolayca ve verimli bir þekilde ayarlayabilen artýrýldýkça, pratik durumda sýkýþtýrma oraný, emme kompresörlerdir [1]. Lineer bir kompresör pistonlu bir basýncýnýn azalmasý ve deþarj sýcaklýðýnýn artmasý kompresöre benzerdir, ancak kamlý standart motor nedeniyle yükselir. Bununla birlikte, kompresörün yüksek (pistonlu kompresör) yerine kompresör pistonunu sýkýþtýrma oranlarýnda çalýþmasý, son derece yüksek çalýþtýrmak için lineer bir motor kullanýr. Lineer deþarj sýcaklýklarýna neden olabilir. Yüksek deþarj sýcaklýðý kompresörler küçük ölçülerdeki indüksiyon motorlarýndan ise, yaðý ve soðutucu akýþkaný kimyasal olarak bozabilir daha yüksek verime sahip olan sürekli manyetik motorlarý ve kompresör elemanlarýnýn mekanik arýzasýna neden kullanýrlar. Ayrýca, serbest piston dizayný sürtünmeleri olabilir. Bunun sonucu olarak yüksek frekanslý bölgede, azaltýr ve krank mili kayýplarýný elimine eder. Geliþmiþ uygun seviyede deþarj sýcaklýðýný kontrol etmek gereklidir kompresörler ile iliþkili þu bilgilerin vurgulanmasý önem [11-15]. Kompresör deþarj sýcaklýðýný kontrol etmek için
kazanmaktadýr [1]: literatürde önerilen en pratik yöntemler sývý enjeksiyon
(1) Yeni bir teknolojidir. LG (Korea) 2001 yýllarýnda yöntemi ve aþaðýda ayrýntýlarý verilecek olan kademeli soðutuculara lineer kompresör yerleþtirmiþtir. Dijital çift kompresör uygulamasýdýr [12].
spiralli (scroll) kompresörler günümüzde üretilmektedir. Sývý enjeksiyon yöntemi, ara-soðutma etkisi (2) Geliþmiþ kompresörler, 10 ton ya da daha az saðlayarak deþarj sýcaklýðýný azaltýr. Bunun yanýnda, kapasitedeki tüm buhar sýkýþtýrmalý çevrimlerde performansý optimize etmek için kompresöre giren
etmek gereklidir. Bu ise geniþleme valfini uygun þekilde azalma ve güç giriþinde artmaya neden ayarlayarak ve enjeksiyon yerini ve port boyutunu dikkatli olduðundan, uygun sistem performansý elde etmek bir þekilde dizayn ederek gerçekleþtirilir. Sývý soðutucu için optimum enjeksiyon basýncý seçilmelidir. akýþkan enjeksiyonu yapýlan inverter-tahrikli çift spiralli
Hirano vd. [13] ýsýtma yükü dönme hýzýyla deðiþen çift kompresörün (Þekil 2) optimum çalýþma koþullarýný
spiralli kompresör kullanan ve sývý enjeksiyon giriþlerine araþtýrmak için yapýlan bir araþtýrmadan çýkan önemli
sahip olan HKIP'lerin -15°C çevre sýcaklýk koþullarýnda bile sonuçlar þöyle özetlenebilir [12]:
düzgün bir þekilde çalýþtýðýný belirlemiþtir.
(1) Yüksek frekans altýnda sývý enjeksiyon iþleminin, kompresörün yüksek performansa ve güvenilirliðe eriþmesinde çok etkili olduðu belirlenmiþtir.
(2) Düþük frekansta enjeksiyonda; spiral sarmallarýndaki Hava kaynaklý ýsý pompasý, soðuk iklim bölgesinde boþluktan yüksek sýzýntý nedeniyle kompresör gücü, sabit hýzda çalýþtýðý zaman, ýsýtma kapasitesi önemli kapasitesi, ve adyabatik verimde bazý dezavantajlar ölçüde azalabilir. Bu ise, ýsýtma yükü ile sistem kapasitesi
arasýnda büyük fark oluþturabilir. Soðuk iklimlerde ýsý oluþmuþtur.
(3) Enjeksiyon basýncýnýn artmasý, deþarj sýcaklýðýnda pompasýnýn ýsýtma kapasitesini artýrmak için kullanýlan bir
Deðiþken/Kademeli Kapasiteli
Kompresör Sistemlerinin
Kullanýlmasý
Þekil 2. Test Kompresörünün Þematik Resmi [12]
yöntem, deðiþken/kademeli kapasiteli kompresör (4) Deðiþken hýzlý tahrik elektroniði, maksimum yükte az bir performans azalmasýna yol açmaktadýr (tam sistemleri kullanmaktýr. Deðiþken kapasiteli kompresör
hýzda çalýþmada ~5%). Deðiþken hýzlý tahriði sistemlerinin birincil amacý yüklerin uyuþmazlýðýný
sadece kýsmi yüklerde (<50%) kullanan “kýsmi engellemektir. Deðiþken kapasiteli kompresör sistemleri;
deðiþken hýzlý tahrik konsepti” bu dezavantajý deðiþken hýzlý kompresörleri (variable-speed
ortadan kaldýrmaktadýr. compressors) ve deðiþken silindirli pistonlu kompresörleri
kapsar. Esas olarak, kompresör kapasitesi, ýsýtma dizayn
Deðiþken Silindirli Pistonlu Kompresörler yükleri tam kompresör kapasitesi tarafýndan, soðutma
Deðiþken silindirli pistonlu kompresörler (DSPK), iki dizayn yükleri ise kýsmi (fakat hala etkili) kompresör
(veya daha fazla) sýkýþtýrma pistonu bulunan kapasitesi tarafýndan karþýlanacak þekilde boyutlandýrýlýr.
kompresörlerdir. Soðutma talebi azaldýðýnda, kontrol Deðiþken kapasiteli kompresörler, soðuk çevre ünitesi stratejik olarak pistonlardan birini (veya daha havasýnda azalan ýsýtma çevrim verimi problemi fazlasýný) durdurarak iki (ya da çok) kapasiteli bir göstermezler [12, 16].
kompresör oluþturur. Bilhassa, tam yükte her iki kompresör pistonuna da kavrama yaptýran özel bir Deðiþken Hýzlý Kompresörler
krank mili tasarýmý, kýsmi yükte yalnýzca tek kompresör Soðuk iklimlerde ýsý pompasýnýn ýsýtma kapasitesini
pistonuna kavrama yaptýrmak için yön deðiþtirir. Ýki artýrmak için kullanýlan bir yöntem, deðiþken hýzlý tahrik
pistonlu tasarým, DSPK'lerin kýsmi kompresör yüklerini sistemi kullanmaktýr. Deðiþken hýzlý tahriðin temel
daha iyi karþýlamasýna imkan tanýr. Örneðin, iki mantalitesi, düþük sýcaklýk koþullarýnda, kompresörün
kademeli bir kompresörde, sistem soðutma modunda yüksek frekansta (yüksek hýzda) çalýþtýrýlarak soðutucu
çalýþtýðý zaman kompresör sadece birinci kademede akýþkan sirkülasyon hacminin artýrýlmasýna dayanýr.
çalýþýr. Dýþ sýcaklýk belirli bir limitin üzerinde olduðu Örneðin, inverter tahrikli ýsý pompasý, kompresör hýzýnýn
zaman kompresör, ýsýtma modunda birinci kademede artmasýyla daha büyük debiler saðlayarak, düþük dýþ
çalýþýr. Dýþ sýcaklýk belirli bir limitin aþaðýsýna düþtüðü sýcaklýklarda ilave ýsýtma kapasitesi saðlayabilir [1, 11, 12].
zaman ise kompresör, ýsýtma modunda ikinci Uygulamanýn gerektirdiði hýzda çalýþarak deðiþken hýzlý
kademede çalýþýr [17, 18]. Böylece buharlaþtýrýcý ve tahrik sistemi, kompresörlerin kýsmi yüklerini etkili olarak
yoðuþturucu serpantinlerinin yük ve çevrim kayýplarý karþýlamasýný saðlar; böylece açma/kapama iþleminin
azaltýlarak standart pistonlu kompresörlere kýyasla neden olduðu çevrim kayýplarýný ve akýþ kýsýlmasý ile ortaya
daha iyi performans deðerleri elde edilir. çýkan kýsýlma kayýplarýný (damperle veya vanalarla
kýsýlma) önler (Þekil 3). Deðiþken hýzlý tahrik sisteminin özellikleri þöyle özetlenebilir [1]:
(1) Güncel bir teknolojiye sahip olan deðiþken hýzlý tahrik sistemi, HVAC'lardaki tüm motorlara, özellikle üniter blowerlere uygulanabilir.
(2) Deðiþken hýzlý tahrik sistemi, mevcut cihaz ve binalara kolayca adapte edilebilir.
(3) Deðiþken hýzlý tahrik sistemi; deðiþken miktarda soðuk/sýcak hava ikmal etmek suretiyle aþýrý soðuma/ýsýnmayý önleyerek ve geliþmiþ nem kontrolü
Deðiþken silindirli pistonlu kompresör teknolojisiyle iyileþtirilmesi, çekilen hava miktarýnýn artýrýlmasý ve iliþkili þu bilgilerin göz önünde bulundurulmasý gerekir [1]: ünitenin gürültüsünün azaltýlmasý vb. iþlemleri
kapsamaktadýr. (1) Yaygýn bir teknolojiye sahip olan DSPK, 10 ton
kapasitenin altýndaki bütün buhar sýkýþtýrmalý Dýþ Isý Deðiþtirici Kapasitesinin Arttýrýlmasý
çevrimlerde kullanýlabilir. Dýþ ýsý deðiþtirici kapasitesini arttýrmak; daha fazla (2) Mevcut teçhizat veya binalara kolayca adapte yüzey alaný, daha fazla ön alan, ve daha yüksek fan edilemez. Isý pompalarýnda mevcut olan kapasitesi kullanmak vb. gibi iþlemleri içermektedir. Bu, kompresörün yerine DSPK'nin kullanýlmasý çok etkin olarak ýsý pompasýnýn dýþ tarafýný büyük zordur. Çünkü bu durumda yoðuþturucunun yaný
boyutlandýrma ile ayný þeydir, fakat deðiþken kapasiteli sýra vantilatörlerin ve kontrol ünitesinin de
kompresör kapasitesi ile birlikte yüksek performans deðiþtirilmesi gerekir [19].
katsayýsý meydana gelir [5]. (3) DSPK'nin kullanýlmasý, SEER'de en az %20'lik bir
Büyük Çaplý Blower ve Fan Kullanýmý iyileþme saðlar. DSPK, merkezi klima cihazlarý ve ýsý
Büyük çaplý blower ve fan kullanýlmasý, düþük kanat pompalarýnda SEER'yi 10'dan 12'ye veya 12'den
hýzý ve motor devrinde (d/d) küçük bir cihaz kadar hava 14'e çýkarabilir. Deðiþken hýzlý iç vantilatörlerle
debisi saðlayabilir. Herhangi bir uygulamada, büyük birlikte SEER 10'dan 14'e kadar çýkabilir [20].
çaplý blower veya fan kullanýlabilir. Büyük çaplý fan, ayný (4) 5 tonluk bir DSPK, tek kapasiteli bir kompresör
miktarda hacimsel hava debisi saðlarken küçük çaplý fiyatýna göre yaklaþýk 35$'lýk ek maliyet getirir.
fandan daha yavaþ döndüðü için, ayný basýnç yüküne Amortisman süresi ticari uygulamalarda 2-3 yýldýr.
karþýlýk olarak daha az enerji kullanýr. Bunun nedeni, (5) Geliþtirilmiþ kýsmi yük eþleþtirmesi, mahallerin aþýrý
blowerden çýkan hava hýzýnýn düþük olmasý nedeniyle soðutulmasýný (ya da ýsý pompalarý için aþýrý
enerji kaybýnýn daha az olmasýdýr. Büyük çaplý fan ýsýtýlmasýný) azaltma eðilimi göstermek suretiyle
teknolojisi ile iliþkili þu noktalarýn vurgulanmasý önem oturanlarýn konforunu artýrýr.
kazanmaktadýr [1]: (6) Çalýþtýrmalarýn ve durdurmalarýn sayýsýný azaltmak
kompresördeki/motordaki yýpranmayý azaltarak
(1) Teknik olgunluða eriþmiþ bulunan büyük çaplý fan çalýþma ömrünü artýrýr. Ayrýca kýsmi yükte çalýþma
teknolojisi tüm fanlara uygulanabilir. sýrasýnda daha az gürültü olur.
(2) Büyük çaplý fanlar çok sayýda fan/blower imalatçýlarý tarafýndan geniþ ürün aralýðýnda üretilmektedir.
(3) Mevcut cihaz ve binalara kolayca adapte edilebilir. Eðer blower boyutu çok artarsa, blower mahfazasýnýn boyutu da (üniter cihaz için) buna Soðuk iklimlerde hava kaynaklý ýsý pompalarýný
baðlý olarak büyür.
soðutma karakteristiklerinin geliþtirilmesi; dýþ ýsý deðiþtirici (4) B ü y ü k v a n t i l a s y o n g e r e k s i n i m i n e s a h i p kapasitesinin artýrýlmasý, yeni tip blower veya fan uygulamalar ve yüksek görevli çevrimler (örneðin kullanýmý, büyük çaplý blower veya fan kullanýmý, iç ve dýþ hastanaler) büyük çaplý fanlarýn kullanýldýðý yerlerdir. ýsý deðiþtiricileri devrelerinin optimize edilmesi, ýsý (5) Düþük kanat hýzlarý daha sessiz çalýþma saðlar, deðiþtiricilerin emme ve ikmal açýklýklarýnýn þekillerinin titreþim ve muhtemel olarak bakým da azalýr.
Dýþ Isý Deðiþtirici Kapasitesinin
Arttýrýlmasý ve Ýç/Dýþ Isý
Deðiþtiricileri Devrelerinin
Optimize Edilmesi
Yüksek Verimli Fan Kanatlarýnýn Kullanýlmasý veya termoekonomik analiz gibi çeþitli yaklaþýmlar önerilmiþtir. Örnek olarak, Dentice d'Accadia ve Vanoli Fan üreticileri, geniþ bir kapasite ve konfigürasyon
[23], geleneksel buhar sýkýþtýrmalý sistemde kullanýlan aralýðýnda fanlarýn seri üretimini yaparlar. Fan kanatlarýný
kondenserin optimum dizaynýyla ilgili araþtýrma belli bir uygulama ve çalýþma þartlarý için optimum
yapmýþtýr. Özellikle, iç boru çapýný ve soðutucu akýþkan olacak þekilde imal etmek teknik olarak fizibil olabilir.
doyma sýcaklýðýný deðiþtirmek yoluyla belli bir kondenser Yüksek verimli fan kanatlarý ile iliþkili þu bilgilerin
kapasitesi için optimum ýsý deðiþtirici alaný anýmsanmasýnda fayda olabilir [1]:
(1) Yeni bir teknoloji olan yüksek verimli fan kanatlarý hesaplanmýþtýr. teknolojisi potansiyel olarak tüm fanlara
uygulanabilir.
(2) Mevcut cihaz ve binalara kolayca adapte edilebilir.
(3) Soðutma uygulamalarýnda, her bir uygulama için
Hava kaynaklý ýsý pompasý ýsýtma modunda çalýþtýðý geleneksel olarak dizayn edilmiþ yüksek verimli fan
zaman, soðutucu akýþkan dýþ ýsý deðiþtiricide buharlaþýr. kanatlarý, fan þaft gücünü %10-20 azaltabilir [21].
Eðer, ýsý deðiþtiricinin sýcaklýðý 0°C'nin altýna düþerse, ýsý (4) Geleneksel kondenser fanlarý yerine plastik
deðiþtiricide don oluþmaya baþlar. Isý deðiþtirici enjeksiyon döküm kondenser fanlarý kullanýlmasý,
yüzeylerinde oluþan donun artmasý, ýsý deðiþtiricilerin toplam ýsýtma/soðutma mevsimi enerji tüketimini
performansýný çeþitli yönlerden etkiler [24]: (yani blower, kondenser fanlarý, kompresörler)
yaklaþýk %2 azaltabilir [22]. (1) Isý deðiþtirici yüzeylerinde donun artmasý, kanatcýk (5) Yüksek verimli fan kanatlarý teknolojisi, oldukça ile hava arasýndaki ýsýl direnci arttýrýr ve ýstma
küçük motor kullanma potansiyeline sahiptirler, az kapasitesini azaltýr.
gürültü ve titreþim oluþtururlar. (2) Don artmasý, ýsý deðiþtiriciden geçen hava debisini (6) Yüksek verimli fanlar, fan güç tüketimini azalttýðý oldukça azaltýr ve ýsý deðiþtirici boyunca olan
gibi, buna baðlý olarak ýsýya dönüþen fan havanýn basýnç düþümünü arttýrýr. Fan enerjisinin oluþturduðu soðutma yükünü de azaltýr. karakteristiklerine baðlý olarak ve don artmasýndan (7) Soðutma uygulamalarýnda, her bir uygulama için epeyce saat sonra, havanýn aktýðý geçitler hemen
geleneksel olarak dizayn edilmiþ yüksek verimli fan hemen veya tamamen týkanabilir.
kanatlarý, kabaca %100 fazla maliyete sahiptir. (3) Donun biriktiði ýsý deðiþtiricilerin tatminkar Geri ödeme periyodu tüm uygulamalar için bir performansýnýn devam edebilmesi için, don
yýldan daha azdýr [21]. birikmesini kaldýrmak amacýyla periyodik veya
çevrimsel defrost gereklidir. Ýç ve Dýþ Isý Deðiþtiricileri Devrelerininin Optimize
Dýþ ýsý deðiþtiricide donun oluþmasýný engelleyen ve Edilmesi
durduran çeþitli yöntemler vardýr: (i) Sýcak gaz yöntemi; Isý pompasý ve soðutma sistemlerinde, evaporatörler
ve kondenserleri de içeren ýsý deðiþtiricilerinin (ii) Elektrik ýsýtýcý yöntemi; (iii) Ters çevrim yöntemi; (iv) Sprey optimizasyonu son yýllarda yaygýn bir þekilde yöntemi. Bu yöntemler arasýnda, ters çevrim yöntemi çalýþýlmaktadýr. Optimizasyon için, entropi üretimi standart ýsý pompasý defrost yöntemidir. Defrostun etkin
Buz Belirleme, Defrost ve Buz
Azaltma Sistemlerinin
için kullanýlan yöntem doðru seçilmelidir. Doðru bir zamanlama olmayýnca, defrost iþlemi yapýlýrken enerji israfý oluþur. Defrost yöntemlerinde, çeþitli popüler don belirleme ve kontrol yöntemleri mevcuttur [25]:
Birden fazla sayýda tekil ürünün birbirlerine (1) Sýcaklýk kontrolü: Sýcaklýk kontrol yöntemi, dýþ hava
karýþtýrýlmasý yoluyla oluþturulan soðutucu akýþkanlarýn sýcaklýðý ile ýsý deðiþtiricideki soðutucu akýþkanýn
baþlýca iki kategoride sýnýflandýrýlma olanaðý vardýr: sýcaklýðý arasýndaki farký kullanýr.
zeotropik soðutucu akýþkan karýþýmlarý ve azeotropik (2) Hava basýncý kontrolü: Hava basýncý kontrolü
soðutucu akýþkan karýþýmlarý [26]. Isý pompasý/soðutma yöntemi, dýþ ýsý deðiþtirici boyunca olan hava basýncý
sistemlerinde zeotropik soðutucu akýþkan karýþýmlarýnýn düþümünü dikkate alýr.
kullanýlmasý birçok yeni olanaklar ortaya çýkarmaktadýr. (3) Zaman-sýcaklýk kontrolü: Zaman-sýcaklýk kontrolü
Bunlardan belli baþlýlarý þunlardýr: yöntemi, önceden belirlenen zaman aralýklarýnda ýsý
(i) D e ð i þ i k s ý c a k l ý k l a r d a ý s ý / s o ð u ü r e t i m i : deðiþtiricinin sýcaklýðýný kontrol eder.
Isýtma/soðutma deðiþken sýcaklýklarda oluþur. (4) Zaman kontrolü: Bu yöntemde ise, önceden
(ii) Isý deðiþim prosesi çevrim tersinmezliklerinin belirlenen bir süre geçtikten sonra otomatik olarak
azalmasý ve kapasite artýþý: Eðer ýsý kaynaðý/kuyusu dýþ ýsý deðiþtirici defrost edilir.
sýcaklýðý ýsý deðiþtirici boyunca önemli ölçüde Çoðu ýsý pompalarý, don belirleme için daha az
deðiþirse, ýsý pompasýnda ýsý transferi ile iliþkili güvenilir olmasýna raðmen, basitliði nedeniyle zaman
tersinmezlikler büyük olur. Minimum tersinmezlik, kontrol yöntemini kullanýrlar.
sýcaklýk gradyenti ýsý kaynaðý/kuyusunda oluþan sýcaklýk gradyentiyle ayný sýcaklýk gradyentine sahip Hava kaynaklý ýsý pompalarýnýn soðuk iklimlerde
olan bir karýþým ile meydana gelecektir. Böylece yüksek verimle, kararlý ve güvenilir bir þekilde çalýþmasý
uygun bir karýþým kullanýlarak tersinmezlikler için yapýlan tasarým ve modifikasyon önerileri arasýnda
azaltýlabilir (Þekil 4). Þekil 4.b'de görüldüðü gibi, bulunan buz belirleme, defrost ve buz azaltma
uygun bir þekilde seçilmiþ bir soðutucu akýþkan sistemlerinin geliþtirilmesi ile iliþkili olarak þu bulgular
karýþýmý kullanmak þartý ile kondenser ve ortaya konabilir [5]:
evaporatörde meydana gelen ýsý transferindeki (1) Buz belirleme sisteminin geliþtirilmesi; hava sýcaklýðý,
artýþ, iþ gücündeki azalmaya ilaveten ýsý nemi ve ýsý deðiþtirici sýcaklýðýný tespit algoritmasýnýn
pompasýnda kapasite artýþýný da gerçekleþtirebilir geliþtirilmesini içermektedir. Böylece, etkisiz defrost [29, 30].
iþlemi önlenmekte ve defrost süresinde azalma (iii) Kapasite kontrolüne imkan vermesi: Isý pompalarýnda
meydana gelmektedir. soðutucu akýþkan karýþýmlarýný kullanmanýn diðer bir
(2) Defrost sisteminin geliþtirilmesi sonucunda, defrost avantajý kapasite ayarlanmasýna imkan süresinde azalma meydana gelmektedir. tanýmasýdýr. Genel olarak, iþ yapan akýþkandaki (3) Isý deðiþtiricilerin þeklini ve ýsý deðiþtiricilerin yüzey çabuk buharlaþabilen bileþenin (düþük kaynama iþlemlerini geliþtirme vb. yöntemleri kapsayan buz noktalý) konsantrasyonu arttýkça, verilen herhangi bir azaltma sisteminin geliþtirilmesi, defrost iþlemlerinin çevre sýcaklýk aralýðýndaki kapasite artar. Böyle bir daha verimli olmasýný saðlamaktadýr. kapasite deðiþiminin amacý, kapasite yükü aþtýðý
Isý Pompasý Çevrimleri Ýçin Yeni
Soðutucu Akýþkan Karýþýmlarýnýn
Kullanýlmasý
zaman çevrim kayýplarýný azaltmak ve kapasite pompalarý, sýcaklýk uyum özelliði (“glide matching”) istenenin altýna düþtüðü durumlarda ilave enerjiye göstermelerine raðmen, kötü ýsý transfer ve olan gereksinimleri (yani düþük çevre sýcaklýklarýnda termodinamik özelliklere sahip olmalarý nedeniyle, ýsýtmayý) azaltmaktýr. Soðutucu akýþkan karýþýmlarýnýn R22 kullanan klimalara performans açýsýndan üstün bu özelliði, soðuk iklim bölgelerinde kullanýlan ýsý özellik göstermezler. Bununla birlikte zeotropik pompalarýnda yük uyuþumunu saðlamak, kýsmi-yük karýþýmý sürekli olarak ayarlayan teknoloji, geniþ bir ve mevsimsel performansý geliþtirmek amacýyla çalýþma aralýðý altýnda ýsý pompasý performansýný
kullanýlabilir [27, 28]. optimize edebileceði için ümit verici bir enerji
Zeotropik soðutucu akýþkan karýþýmlarýný kullanan ýsý tasarruf potansiyeline sahiptir.
pompalarýnýn karakteristikleri þöyle özetlenebilir [1]: (5) Zeotropik soðutucu akýþkanlar daha pahalýdýr, fakat (1) Zeotropik soðutucu akýþkanlarý kullanan ýsý tüm ýsý pompasý ekipman fiyatlarý, normal soðutucu
pompalarý, güncel bir teknolojiye sahiptir. R410A, akýþkan kullanan ýsý pompalarýyla benzerdir.
R407C gibi zeotropik soðutucu akýþkanlarýn (6) Soðutucu akýþkan bileþim kontrol sistemleri, çok kullanýldýðý ýsý pompalarý yaygýn bir þekilde geniþ çalýþma koþullarýndaki uygulamalar ve
kullanýlmaktadýr. yerlerde büyük enerji tasarruflarý gerçekleþtirecektir.
(2) Zeotropik soðutucu akýþkanlar, tüm buhar sýkýþtýrmalý çevrimlerde kullanýlabilir.
(3) Mevcut cihaz ve binalara kolayca adapte CO , düþük sýcaklýklý ýsý pompalarý için ümit veren bir 2
edilemezler. Örneðin HCFC-22 soðutucu soðutucu akýþkan alternatifidir. CO ýsý pompalarýnýn 2
akýþkanýnýn yerine kullanýlacak zeotropik soðutucu
karakteristikleri þöyle özetlenebilir [29-34]: akýþkanlar ile enerji tasarrufu etmek için tipik olarak
(1) CO , ozon tabakasýnýn korunmasýna ve global 2 kullanýlanlardan oldukça daha büyük kondenser ve
ýsýnmanýn önlenmesine katkýda bulunmaktadýr. evaporatörler gereklidir.
(2) CO , yanýcý ve zehirleyici deðildir.
CO Isý Pompalarýnýn Kullanýlmasý
2Þekil 4. (A) Evaporatör ve Kondenser Uzunluðu Boyunca Sýcaklýk Deðiþimi (b) Ters-Akýþlý Soðutucu Akýþkan Karýþýmý Isý Transferi Ýçin Sýcaklýk-Entropi Diyagramý [27, 28]
(3) CO , normal yaðlayýcýlar ve yaygýn konstrüksiyon 2 olduðunu belirlemiþlerdir. Diðer taraftan, karbondioksit ýsý malzemeleri ile uyumludur. pompasý, evaporatör sýcaklýk aralýklarýnda R410A ýsý (4) CO ’nin volümetrik soðutma kapasitesi yüksektir ve 2 pompasýna göre COP'ta yaklaþýk %10 azalma
basýnç oraný büyük oranda azalýr. oluþturmuþtur. CO kompresörleri ile donatýlmýþ bulunan 2 (5) Büyük sýcaklýk farklarýnda ýsýtma için diðer doðal ve -20°C kadar düþük sýcaklýklarda bile iyi bir þekilde
soðutucu akýþkanlardan daha uygun bir soðutucu çalýþan ýsý pompasý su ýsýtýcýlarý 2001 yýlýnda Japonya
akýþkandýr. pazarýna girdiðinden bu yana sürekli olarak artan bir satýþ
(6) CO ’nin buhar sýcaklýk basýnç eðrisi geleneksel 2 göstermiþtir. Japonya'da pazarda satýþý yapýlan CO ýsý 2 soðutucu akýþkanlarýnkinden daha düzdür. Bu ise, pompalarý sadece su ýsýtma amacýyla kullanýlmakta ve düþük sýcaklýklarda benzer kapasiteli geleneksel ýsý hacim ýsýtma için kullanýlmamaktadýr. Hiroshi [29], bu pompalarýndan daha büyük kapasite saðlar. Isý teknolojinin, hacim ýsýtma amacýyla da soðuk iklim atýlmasý, geniþ sýcaklýk aralýðýnda oluþur, böylece bölgelerine adapte edilebileceðini göstermiþtir.
termodinamiksel dezavantaj oluþmaksýzýn yüksek hava sýcaklýklarý elde edilebilir.
Co ýsý pompasý sisteminin düþük çevre sýcaklýk 2
koþullarýnda yüksek ýsýtma/soðutma kapasitesi verdiði Ýki kaynaklý ýsý pompalarý (ÝKIP, dual-source heat belirlenmiþtir (Þekil 5) [32]. Buharlaþma sýcaklýðý pump, DSHP), geleneksel hava kaynaklý ýsý pompasý ile azaldýðýnda, CO ýsý pompasýnýn ýsýtma kapasitesi diðer 2 toprak kaynaklý ýsý pompasýný birlikte kullanan bir soðutucu akýþkanlarýnkinden çok daha az miktarda sistemdir. Ýki kaynaklý ýsý pompasý, aslýnda, normal azalmaktadýr. Richter [33] soðutucu akýþkan olarak boyutta bir toprak kaynaklý ýsý pompasýnýn 1/3 ile 1/2 ‘si karbondioksit kullandýklarý çalýþmada, düþük çevre kadar toprak çevriminin kullanýmýna müsaade eden sýcaklýðýndaki (-8.3°C) kapasitenin, R410A kullanýldýðýnda modifiye edilmiþ bir hava kaynaklý ýsý pompasýdýr. Her iki elde edilen kapasiteden yaklaþýk %35 daha yüksek çalýþma modu, hava kaynaklý ýsý pompasý ünitesinin
Birleþik Isý Pompasý Sistemlerinin
Kullanýlmasý
Þekil 5. Çeþitli Buharlaþma Sýcaklýklarýnda R22, R134a ve CO Ýçin Isýtma Kapasitesi ve COP'taki Baðýl 2
Deðiþim [32]
konfigürasyonunda herhangi bir deðiþiklik olmadan mühendislerinin ve montajcýlarýn yeterli olmayýþý alternatif olarak çalýþmaktadýr. Kondenser ve evaporatör vb. nedenlerle günümüzde minimum pazar arasýndaki sýcaklýk farký yüksek ise birleþik ýsý pompasý olanaklarýna sahiptir.
(7) Toprak kaynaklý ýsý pompalarýndan daha az alan sistemlerinin kullanýmý önerilmektedir [1, 34-37]. Hava
kaplamalarý ve potansiyel olarak su ýsýtmasý kaynaklý ya da toprak kaynaklý ýsý pompasýnýn orta
saðlayabilmeleri (yani sýcak su tankýna ýsý seviyede bulunan sýcaklýðý, çevrimin sýcaklýk artýþýný
verebilmeleri) ÝKIP teknolojisinin enerji dýþý faydalarý (temperature lift) azaltarak verimi iyileþtirir. Ýki ýsýl kuyu,
olarak ifade edilebilir. ÝKIP'nin performansýnýn tek kaynaklý ýsý pompasýnýn
(8) ÝKIP'nin maliyeti, toprak çevriminin ilave performansýný geçmesini saðlar; bunu belirli dýþ ortam
m a l i y e t i n d e n d o l a y ý g e l e n e k s e l b i r ý s ý ve toprak (su) sýcaklýklarý için düþük sýcaklýk artýþý saðlamak
pompasýndan en az 300$/ton daha fazladýr. ÝKIP, yoluyla gerçekleþtirir [1]. Ýki kaynaklý ýsý pompalarý ile iliþkili
TKIP'den %50-%80 daha az toprak çevrim olarak çeþitli çalýþmalar yapýlmýþtýr. Bunlara Lindholm vd.
uzunluðu kullanýr [38]. [36], Aurora Energy's Northern Operation Centre [37],
Wang vd. [35] tarafýndan yapýlan çalýþmalar örnek verilebilir.
Bu makale hava kaynaklý ýsý pompalarýnýn soðuk iklim Ýki kaynaklý ýsý pompalarýnýn karakteristikleri þöyle
bölgelerinde kullanýmý için önerilen tasarým ve özetlenebilir [1, 34]:
modifikasyonlarý ayrýntýlý olarak sunmaktadýr. Bu tasarým (1) Ýki kaynaklý ýsý pompalarý, halihazýrda mevcut bir ve modifikasyonlar 11 ana baþlýk altýnda sunulmuþtur. teknolojik teknik olgunluða sahiptir. Bu çalýþmadan çýkarýlabilecek temel sonuç ýlýman iklim (2) Mevcut cihaz ve binalara kolayca adapte edilip bölgeleri için geliþtirilmiþ bulunan ýsý pompalarýnýn
edilemeyeceði monte edileceði cihaz ve binanýn modifiye edilerek soðuk iklim bölgelerinde durumuna baðlýdýr. ÝKIP, bir toprak çevriminin kullanýlabileceðidir. Diðer temel sonuçlar ise þöyle montajýný gerektirdiðinden herhangi bir uygulama özetlenebilir:
için fizibil olup olmayacaðý araþtýrýlmalýdýr.
(i) Düþük dýþ ortam sýcaklýðýnda kompresörün güvenli (3) ÝKIP, ülkelerin ýlýman bölgelerindeki enerji tasarruf
bir þekilde çalýþabilmesi için kullanýlan yaðýn potansiyelini kullanarak, geleneksel bir ýsý viskozitesi vb. özelliklerinin soðuk bölgelerde pompasýna göre yaklaþýk %30 verim artýþý kullaným için uygun olmasý gereklidir.
saðlayabilir. (ii) Ýlk çalýþma esnasýnda kompresörü ýsýtmak için
(4) M a k s i m u m y ü k ko þ u l l a r ý n d a m ü ke m m e l önemli miktarda ýsý kullanýldýðýndan kompresör ön
performansa sahiptir. ýsýtma sisteminin kullanýlmasý ýsý pompasýnýn ýsýtma
(5) Küçük toprak çevrimleri, soðuk kýþ bölgelerinde kapasitesini artýrmaktadýr.
oluþan büyük ýsý yükünü karþýlamayabileceðinden, (iii) Kompresörün yüksek hýzlý ve yüksek güçlü çalýþmasý, ÝKIP teknolojisi için en uygun yerler büyük soðutma y a ð ý n s o ð u t u c u a k ý þ k a n d a n a y r ý þ m a yüküne sahip olan iklimlerdir. Çok soðuk iklimler için mekanizmasýnýn iyileþtirilmesi, sývý enjeksiyon yöntemi toprak kaynaklý ýsý pompalarý daha iyi bir seçenek kullanýlarak kompresör deþarj sýcaklýðýnýn azaltýlmasý
olabilir. vb. yöntemlerin kullanýlmasý soðuk iklim bölgelerinde
ýsý pompasýnýn performansýný artýrmaktadýr. (6) Ýki kaynaklý ýsý pompasý; maliyeti, deðerlendirme
Volume III: Energy Savings Potential. For Building
kompresör sistemlerinin kullanýlmasý yüklerin
Technologies Program Project Manager: Dr. James
uyuþmazlýðýný engellemekte ve ýsý pompasýnýn
Brodrick (DOE) Contract No.: DE-AC01-96CE23798
ýsýtma kapasitesini artýrmaktadýr.
Saving Energy with Residential Heat Pumps in Cold
(v) Buz belirleme, defrost ve buz azaltma sistemlerinin
Climates, CADDET (Center for the Analysis and
geliþtirilmesi sonucunda etkisiz defrost iþlemi Dissemination of Demonstrated Energy Technologies), önlenmekte ve defrost süresinde azalma meydana Maxi Brochure 08, ISBN 90-7 2647-37-8, 1997.
2000. Learning from
gelmektedir.
Experiences with Commercial/Institutional Heat Pump
(Vi) Soðutucu akýþkan karýþýmlarýnýn kapasite
Systems in Cold Climates. CADDET Analyses Series No. 27,
ayarlanmasýna olanak tanýmasý, soðuk iklim
CADDET ENERGY Efficiency, ISBN-90-72647-46-7.
bölgelerinde kullanýlan ýsý pompalarýnda yük www.nyletherm.com Nyle Special Products, U.S.A., Cold uyuþumunu saðlamak, kýsmi-yük ve mevsimsel Climate Heat Pump.
1987. Operating
performansý geliþtirmek amacýyla kullanýlabilir.
Experience with Heat-Pump-Type Room Air Conditioners
(vii) CO 'nin buhar sýcaklýk basýnç eðrisinin geleneksel 2
for Cold Districts. Proceedings of the 1987 IEA Heat Pump
soðutucu akýþkanlarýnkinden daha düz olmasý,
Conference, Ed. By. Kay H. Zimmerman, 33-44.
düþük sýcaklýklarda benzer kapasiteli geleneksel ýsý 1998.
p o m p a l a r ý n d a n d a h a b ü y ü k k a p a s i t e Development of Burners For Room Air Conditioners (in Japanese). Tech RevMitsubishi Heavy Industries; 35:2.
saðlamakta ve bu durum CO ýsý pompalarýný 2
Federal Technology Alert, 1999. Refrigerant Subcooling
soðuk iklimlerde kullaným için cazip hale
Te c h n o l o g y f o r i m p r o v i n g c o o l i n g s y s t e m
getirmektedir.
performance.http://www.eren.doe.gov/femp/.
Bu çalýþma, Atatürk Üniversitesi Araþtýrma Fonu 1988.
tarafýndan desteklenen 2004/250 nolu “Soðuk Ýklim Analysis of a Vapor-compression Refrigeration System
With Mechanical Subcooling. ASHRAE Transactions,
Þartlarýnda Isý Pompalarýnýn Kullanýmý” isimli kapsamlý bir
94(2),641-660.
projenin ara çalýþmalarýndan birisini oluþturmaktadýr.
1981. Mechanical Subcooling Yields Gains in
Halen devam etmekte olan proje kapsamýnda
Efficiency Capacity, Plus Lower Maintenance Costs. The
Türkiye'de soðuk iklim bölgeleri için yukarýda incelenen
Air-conditioning, Heating and Refrigeration News.
tasarým modifikasyonlarý ve önerilerinden hangilerinin 1998. Linear Compressors for Clean and
Speciality Gases. Proceedings of the 1998 International
kullanýlabileceði belirlenecek ve deneysel araþtýrmalar
Compressor Engineering Conference, Purdue University,
yapýlacaktýr.
West Lafayette, IN, 14-17 .
1998. Development of Packaged Air Conditioner For Cold Regions in Japanese. Refrigeration
Yazarlar, 2004/250 nolu “Soðuk Ýklim Þartlarýnda Isý 1997;72(837):7. "Development of Burner for Room Air
Conditioner", 96-99, , (copy of partial English translation).
Pompalarýnýn Kullanýmý”isimli proje kapsamýnda
2003. Influence of Liquid
hazýrlanan bu çalýþmaya olan destekleri nedeniyle,
Refrigerant Injection on the Performance of an
Inverter-Atatürk Üniversitesi Araþtýrma Fonu'na teþekkür ederler.
driven scroll compressor. International Journal of Refrigeration 26 (2003) 8794.
1993. Study on Scroll-compressor Behavior in the Case of Liquid Refrigeration Injection. Transaction of Japanese Association of 2002. Energy Consumption
Characteristics of Commercial Building HVAC Systems Refrigeration 10(2) 2738.
2.
3. Cane, D. and Garnet, J.
4.
5. Minagawa, T. and Yamaguchi, Z.,
6. Yamagami, K. M, Okada, Y., Maeno, M., Ito, A.,
7.
8. Couvillion, R. J., Larson, M. V., Somerville, M.H.,
9. Miller, M.,
10. Unger, R.Z.,
11. Horiuchi N.
Teþekkür
12. Cho, H., Chung, J.T., Kim, Y.
Kaynakça
13. Hirano T, Hagimoto K, Matsuda S.1. Roth, K. W., Westphalen, D., Dieckmann, J., Hamilton, S.D., Goetzler, W.
26. Karagoz, S., Yilmaz, M., Comakli, O., Ozyurt, O., 14. Dutta AK, Yanagisawa T, Fukuta M.,
27. Merriam, R.L., and Little, A.D., 15. Yanagisawa T, Dutta KA, Flemin JS, Fukuta M.,
28. Erdoðan, S., 2003. 16. United Kingdom National Team.
17. Loprete, J. F., Young, M. R., Tolbert, J. W. JR., Monk, D. T., Wagner, P. C., Hill, J. T., Pippin, L., Peters, R. B.,
29. Hiroshi, M.,
30. 18.
31. Kim, M.H., Pettersen, J., Bullar, C. W. 19. Custance, D., 20. F e d e r a l R e g i s t e r D o c u m e n t , 32. Pettersen J. 21. 33. Richter, M.R., 22. 34. Dursun B.,
23. Dentice d'Accadiaa, M., Vanoli, L.
35. Wang, W., Ma, Z., Jiang, Y., Yang, Y., Xu, S., Yang, Z.,
24. Chen, H., Thomas, L., Besant, R.W.,
36. Lindholm, T., Hoflund, R., Zhou, Y.
25. Byun, J.S., Jeon, C.D., Jung, J.H., Lee, J. 37.
38. Cler, G.L.,
2004. 2001. An
R134a and Various Mixtures of R22/R134a as an Investigation of the Performance of a Scroll Compressor
Alternative to R22 in Vapour Compression Heat Pumps. U n d e r L i q u i d R e f r i g e r a n t I n j e c t i o n . I n t J
Energy Conversion and Management, 45(2), 181-196. Refrigeration;24:577-87.
1988. Evaluation of 1997. A
Vapor Compression Cycles Using Nonazeotropic Study of a Refrigeration Cycle Driven by a Liquid
Refrigerant Mixtures. Oak Ridge Nat. Lab. No 02190, Refrigerant Injected Compressor. Proc of the ASCE,
Cambridge, 15-26. Advanced Energy Systems Division:295-302.
Soðutucu Akýþkan Karýþýmlarý 1999. Variable speed
Kullanan Isý Pompalarýnda Performans Katsayýsýný Offers a New Option in Compressed air. CADDET Energy
Etkileyen Parametrelerin Deneysel Olarak Tespit Edilmesi. Efficiency. Newsletter No. 3.
Doktora Tezi, Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum.
2000. Two
2003. Development and Performance Stage Reciprocating Compressors and Associated HVAC
Evaluation of CO Heat Pump Water Heater for Cold 2
Systems and Methods. United States Patent Application, Climates. IEA Heat Pump Centre Newsletter, 21(4). 20020170301. Development of CO Heat Pump for Cold Regions,
2
CCHP Brochure, www.nyletherm.com Nyle Special Hokkaido Electric Power Co. Inc., Www.hepco.co.jp. Products, U.S.A., Cold Climate Heat Pump. 2004.
2001. Bristol Compressors VP of Marketing, Fundamental Process and System Design Issues in CO 2 Personal Communication, February. Vapor Compression Systems. Progress in Energy and
1 9 9 9 . E PA : Combustion Science 30 119-174.
1997. Experimental Results of Carbon http://www.epa.gov/fedrgstr/EPAIMPACT/1999/November
Dioxide in Compression Systems. ASHRAE/NIST /Day-24/i30480.htm
ADL, 1996. Energy Savings Potential for Commercial Conference Refrigerants for the 21st Centur y, Gaithersburg, MD; 27-37.
Refrigeration Equipment. Final Report for the U.S.
et al. 2000. Transcritical CO Heat Pump 2
Department of Energy, Office of Building Technology,
for Residential Applications-Proceedings of the 4th IIR-State and Community Programs, June.
GustavLorentzen conference on Natural working Fluids, ADL, 2000. Energy Efficient Rooftop Air Conditioner:
Purdue University. Continuation Application Technical Progress Statement.
2006. Soðuk Ýklim Þartlarýnda Isý Pompalarýnýn Presentation on 7 November, Project #:
DE-FC26-Kullanýmý. Yüksek Lisans Tezi, Atatürk Üniversitesi Fen 99FT40640.
Bilimleri Enstitüsü, Erzurum. 2004.
Thermoeconomic Optimisation of the Condenser in a
2005. Field Test Investigation of a Double-stage Vapour Compression Heat Pump. International Journal of
Coupled Heat Pumps Heating System for Cold Regions. Refrigeration (27) 433-441.
International Journal of Refrigeration, 28: 672-679. 2003. Fan Supplied
Desýgn and Optýmum Heat Exchanger Fin Performance Under Frosting
Control of a Swedýsh Dualsource (aýr and ground) Heat Conditions. International Journal of Refrigeration (26) Pump System. 8th IEA Heat Pump Conference 2005 1401-49. Order no. (conference proceedings): HPP-CONF8.
2006. The A Combined Ground/Air Source Heat Pump Application Application of Photo-coupler For Frost Detecting in an Air- in a Cool, Temperate Climate. CADDET Report No. 452. source Heat Pump. International Journal of Refrigeration, 1997. Dual-Source Heat Pump: A Sleeping
