güneş enerjisi

Güneş Enerjisi Destekli Isı Pompası İle Mahal Isıtma Uygulaması Leave a comment

Konutlarda ısınma ve sıcak su üretiminde aynı işi daha az enerji kullanarak yapmaksonuçta daha az yakıt kullanmak, daha az para ödemek ve çevreyi aynı
oranda da az kirletmek demektir.Bu hedefe ulaşabilmek için, İzmir’de 120 m2 net kullanım alanına sahip bir işyerinde güneş enerjisi destekli ısı pompası kullanarak ısınma ve sıcak su üretimi amaçlanmış ve sistem Kasım 2009’dan Nisan2010 ayları arasında 5 ay süre ile 7 gün 24 saat çalıştırılmıştır.Bu süreçte ölçümler yapılarak elde edilen sonuçlar aşağıda verilmiştir.

güneş enerjisi

1. SİSTEM ELEMANLARI SEÇİMLERİ
1.1. Isı Pompası Seçimi
Sistem İzmir’de 120 mf kullanım alanlı bir işyerini (Resim 1) ısıtmakamacı ile kullanılacaktır.Bina 4 katlı olup, duvarları ısı yalıtımsız ve pencereleri alüminyum çift camdır.
Bina ısı kaybı; dış sıcaklık 3°C, mahal sıcaklıkları22°C kabul edilerek 8,2 kW olarak hesaplanmıştır. Isıtma yöntemi olarak, mevcut binada yerden ısıtma sistemi uygulaması
mümkün olmadığından radyatörlü sistem kabul edilmiş ve bundan dolayı ısı pompası seçiminde 50°C çalışma sıcaklığı kabul edilmiştir. İş yerinde banyo amaçlı sıcak su kullanılmayacağı için sadece lavabolar ve mutfak sıcak suyunu karşılama için sıcak su sistemi kullanılacaktır.
Çevre sıcaklığı(Tb)= 3 °C
İstenen ortam sıcaklığı(Tm)= 22 °C
Mahal alanı(A)= 120 m2
Tb ve Tm için mahal ısı kaybı(Qk)= 8,2 kW
Isıtma sistemi tasarım sıcaklığı(Tt)= 50 °C

Optimum bir ısı pompası seçimi için, cihaz kapasitesi; %60 mahal ısı kaybı<Qıp*<%80 mahal ısı kaybı şartını sağlamalıdır.[1] *Qıp=Tb ve Tt sıcaklıkları dikkate alınarak seçilen kapasitesi. AWHP 8MR tip ısı pompası istenilen sınır şartları içinde kalmaktadır. Isı Pompası Destek Isıtma Kapasitesi Hesabı:

Destek ısıtma kapasitesi seçimi için;
Isı pompasının kapasitesi(Qıp) + Destek ısıtma kapasitesi(
Qd) > %120 mahal ısı kaybı [1] şartı sağlanmalıdır.
Buna göre;
5,6 kW+Destek ısıtma kapasitesi > %120*8,2 kW
Destek ısıtma kapasitesi(Qd) > 4,24 kW
olmalıdır.

 Isıtma Sistemi Boru Tesisatı Tasarımı ve
Radyatör Seçimi
Isı pompası planlama kılavuzunda verildiği gibi (tablo 1) sistem su debisi AT=5°C çalışma sıcaklıklarına göre 1,38 nfVh olarak hesaplanmış ve boru çapları bu debiye göre seçilmiştir. Radyatör olarak, verimliliği arttırma amacı ile düşük su hacimli alüminyum radyatörler kullanılmıştır. 22°C mahal sıcaklığında 90/70°C çalışma
sıcaklıkları için radyatör ısıl kapasitesi %100 kabul edildiğinde yine 22°C mahal sıcaklığında 55/50°C çalışma sıcaklıkları için radyatör ısıl kapasitesi %40 olarak hesaplanmış ve radyatör boyutlandırması  buna göre yapılmıştır .Isı pompası programlanabilir oda termostatının bulunduğu bina giriş katı haricindeki radyatörlerde termostatik vana kullanılmıştır. Güneş kollektörü ile ısıtma desteği uygulamalarındaekonomik bir yatırım için kollektör kapasitesinin toplam ısı gereksinmesinin %20-25’ini karşılaması
tavsiye edilmektedir.Bu amaçla,toplam net yutucu yüzey alanı 11,28 m2 olan 6 adet seçici yüzeyli alüminyum güneş kolektörü seçilmiştir.Resim 3’de kullanılan kolektörlerin
bazı teknik özellikleri verilmiştir.Tablo 2’de 55° açı ile yerleştirilmiş 11,28 m2 seçici yüzeyli güneş kollektörü ile alınabilecek enerji miktarları verilmiştir. Seçilen kolektörlerin yerleşim ve montajı Resim 4’de verilmiştir. Güneş Enerjisi Sistemi Pompa veBoru Tesisatı Seçimi Uygulanacak sistem büyüklüğüne, seçilen güneş kolektörleri özelliklerine ve net
yüzey açıklık alanına bağlı olarak su debisi 40-45 lt/m2-h önerilmektedir[2][5][7]. Buna göre 11,28 m2 için yaklaşık 500 lt/h kapasiteli sirkülasyon pompa grubu seçilmiştir Pompa grubunda bulunandebi ayarlı küresel vana ile sistem çalışma sıcaklıklarının istenen sıcaklıklarda olması sağlanabilmektedir. Elektrik kesilmesi ve bekleme gibi durumlarda
kullanılan güneş kolektörü iç sıcaklığı 180-190°C’ye ulaşabilmektedir. Tesisat bu sıcaklığa uygun imal edilmiş ve kullanılan tüm armatürler bu sıcaklıklara da dayanabilecek şekilde seçilmiştir. Boru tesisatı ise tichelman yöntemine göre tasarlanarakve değişen boru çaplarında 0,2-0,5 m/s su hızlarısağlanacak şekilde boyutlandırılmıştır.Tesisata su yerine; donma sıcaklığı -20°C, buharlaşma sıcaklığı +130°C olan ve sistemdeki farklı metaller ve çalışma ortamından oluşabilecek galvanik korozyonu önleyerek tesisat ömrünü uzatan antikor sıvısı doldurulmuştur.

 Plakalı Eşanjör Seçimi

Güneş kolektörü kapalı devresinden sıcak su tankınaısı transferi yapabilmek için tank içi serpantin borulu sistem yerine 12 kW kapasiteli 60/48°C→46/55°C şartlarında çalışacak plakalı eşanjör kullanılmıştır . Güneş enerjisi sistemlerinde kapalı devre gidiş ve dönüş sıcaklık farklılıkları kadar kapalı devre ile depolama tankı su sıcaklıklarının gün boyunca değişkenlikler göstermesi ve sıcaklık farklılıklarının ısı transferini azaltacak şekilde küçük değerlere inmesidir. Bundan dolayı çok küçük sıcaklık farklılıklarında borulu sisteme göre daha yüksek ısı transferi yapabilen plakalı ısı eşanjörü tercih edilmiştir. Bunun yanında plakalı eşanjör iç su hacmi eşdeğer borulu sisteme göre 10¬15 kat daha az olduğundan
güneş enerjisi kapalı devresindeki su hacmi azaltılmıştır.Özellikle güneş enerjili ısıtma sistemlerinde kapalı devre su hacminin az olması değişen hava koşulları ve ışıma değerlerinde sistemin ısı ataletini azaltarak verimi arttırmaktadır.Örneğin 2000 lt hacimli çift cidarlı boylerde cidar su hacmi 147 lt iken aynı hacimli serpantinli boylerde bu hacim 40 lt ve eşdeğer ısıl kapasiteli bir plakalı eşanjörde ise su hacmi 6-7 lt’dir. Sıcak Su Depolama Tankı Seçimi Kullanılacak güneş enerjisi sistemin sadece gündüz ısınmasına destekverecek şekilde “güneş varken yararlan” seçildiğinden, depolama tankının büyüklüğü buna göre seçilecektir. Depolama tankı kullanmanın amacı kullanılmadığı zaman gelen enerjinin depolanarak daha sonra kullanılabilmesidir. Sadece gündüz ısınmasına destek kullanımında 2-3 saatlik enerjinin depolanabileceği su hacmi tavsiye edilmektedir.
Buna göre 100 lt hacimli emaye sıcak su depolama tankı seçilmiş (Resim 5c) ve bu tank bir sirkülasyon pompası ile plakalı eşanjöre bağlanmıştır
SİSTEM TASARIMI VE ÇALIŞMA PRENSİPLERİ
Seçilen sistem elemanlarıyla Resim 6’da gösterilen akım şemasına oluşturulmuştur. Buna göre; Güneş kolektörlerinden gelen sıcak su, öncelikle kullanım suyu boylerini ısıtır. Boyler istenilen sıcaklığa ulaştığında, üç yollu vana kolektörlerden gelen sıcak suyu plakalı eşanjör vasıtası ile sıcak su depolama tankına yönlendirir.Böylelikle güneş kolektörlerinden
gelen enerji depo suyunu ısıtmaya başlar. Kolektör pompasının çalışma ve durması, kollektör ve sıcak su depolama tankı sıcaklıklarını kontrol eden otomatik kontrol cihazı ile sağlanır. Kollektörlerdeki sıcaklık ile depo sıcaklığı arasındaki fark 8°C’den fazla ise pompa çalışmaya başlar. Bu fark 4°C’nin altına düştüğünde pompa depodan kollektörlere
ısı kaybı önlenir. Bunun yanın da bu cihaz ile depo sıcaklığı üst sınırlaması, kolektör donma önleme gibi işlevler de yapılır. Bu esnada, ısı pompası güneş enerjisi tesisatından
bağımsız olarak bina giriş katında bulunan programlanabilir oda termostatından ve dış hava sıcaklık hissedicisinden gelen komutlara göre çalışmaktadır. Oda termostatı, ısı pompasının odaları sıcaklıklarını, hafta içinde 7-18 saatleri arasında 22°C, bunun dışındaki saatlerde ve hafta sonları 18°C sağlayacak şekilde ayarlandı. Sıcak su tankında ısıtma sistemine destek işlevi ise tesisatta radyatör dönüş sıcak su hattı üstüne takılan bir üç yollu vana ve bu vanaya komut veren otomatik kontrol cihazı ile sağlandı. Sıcak su tankı su sıcaklığı, radyatörlerden ısı pompasına dönen su sıcaklığından fazla ise otomatik kontrol cihazı üç yollu vanayı kontrol ederek dönüş suyunu ısı pompası yerine sıcak su depolama tankına yönlendirdi.Böylece güneş enerjisi ile ısınmış depolama tankı, radyatörlerden ısı pompasına dönen suyun sıcaklığını arttırarak ısı pompasının çalışacağı sıcaklık farkını düşürdü ve düşürdüğü oranda ısı pompasının daha az enerji harcamasını sağladı.

güneş enerjisi

ÖLÇÜMLER
Çalışma sürecinde, her gün, sabahları güneş enerjisi sirkülasyon pompası ilk çalıştığında ve akşamüstü pompa durduğunda yapıldı.
ÖLÇÜM SONUÇLARI
Çalışma süresince yapılan ölçümler tablolaştırılmış ve grafik 2a ve 2b de verilmişti(tablo 4) Özet Ölçüm Sonuçları Gerçekleşen Kullanılan ısınma elektrik enerjisikullanılan enerji kaynaklarının aylara göre ve toplam da yüzde dağılımı Grafik 3 ve 4’de verilmiştir.
Kas.09 686 kW 138 kW
Ara.09 1361 kW 341 kW
Oca.10 2295 kW 904 kW
Şub.10 1180 kW 373 kW
Mar.10 1034 kW 196 kW
Toplam 6556 kW 1952 kW

YATIRIM EKONOMİKLİK ANALİZİ

Güneş enerjisi destekli ısı pompası ile mahal ısıtma yatırımının aşağıdaki şartlarda yapılması halinde;

Yatırım tutarı (KDV hariç)= 20.000 TL
Para değerlendirme faizi= 10%
Ödeme süresi= 2 yıl
Yıllık yakıt fiyat artışı= 15%
Yıllık enflasyon oranı= 10%
Yıllık enerji tasarrufu= 4604 kW
Yıllık kredi faizi= 25%
Yakıt fiyatı (KDV hariç)= 0,27 TL/kWh
iç verim oranı (yatırımın kara geçmeye başlama
süresi) 7,5 yıl, yatırımın kendini amorti etme süresi
ise 10,5 yıl olmaktadır (grafik 5).

Grafik 3. Isı Enerji Kaynaklarının Aylara GöreDağılım Oranları

Grafik 4. Isı Enerji Kaynaklarının Aylara Göre Dağılımı

Grafik 5. Ekonomik Analiz 1

Aynı yatırımın maliyetinin 10.000 TL’ye yıllık kredi faizinin %10’a ve ödeme süresinin 5 yıla çekilmesi halinde iç verim oranı 5 yıla, yatırımın kendini amorti etme süresi ise 6,5 yıla inmektedir (grafik 6).

güneş enerjisi

SONUÇ

Sistemden elde edilen sonuçlar tasarlanan amaçlara ulaşıldığını göstermektedir. Güneş enerjisinin sisteme desteği bazı aylarda %49’a ulaşır iken yıllık ortalamada %22 olmuştur .Sistem 01 Kasım 2009 ile 31 Mart 2010 tarihleri arasında 150 gün (3600 saat) çalışmış ve bu sürede ısınma amacı ile toplam 6556 kW enerji harcanırken, bunu karşılamak için sadece 1952 kW elektrik enerjisi kullanılmıştır. Kullanılan elektrik enerjisinin %97’si ısı pompası ve güneş enerjisi sisteminin pompa, kompresör, fan gibi elemanlarının kullandığı elektrik enerjisi olup %3’ü ise ısı pompasının yetersiz kaldığı hava şartlarında devreye giren elektrikli ısıtıcıdan kaynaklanmaktadır (grafik 2b). 120 m2 net kullanım alanına sahip bir mahallin istenilen konfor şartlarında ısıtılması 2009-2010 fiyatları ile toplam 530 TL ile sağlanmıştır. Tasarruf edilen miktar ise toplam ısınma ihtiyacının%70’idir. Bunun karşılığı ise; 4604 kW elektrik, 540 m3 doğalgaz, 560 kg fuel-oil, 495 kg mazot kullanımlarının tasarrufu ve 1510 kg CO2 salınım azalmasıdır. İthal enerji kaynaklarına bağımlılığın her geçen gün arttığı günümüzde bu ve benzeri sistemlerin desteklenmesi kaçınılmazdı.

güneş enerjisi

Bir cevap yazın

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Translate »