Soğuk iklim koşullarında ısı pompalarının kullanımı
The use of heat pumps in cold climate conditions
Yazar: BİROL DURSUN
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET YILMAZ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Türkiye'nin en soğuk iklimine sahip Doğu Anadolu Bölgesinde ve özellikle Erzurum ilinde ısıpompaları ile ilişkili geleceğe yönelik bir portföy oluşturulması ve bu portföy kapsamındagerekli olan çalışmaların yapılması bu tezin hazırlanması düşüncesini doğurmuştur. Tezin üçtemel amacı bulunmaktadır: ısı pompası sistemlerinin ve tipinin seçimini etkileyen faktörleriincelemek, dünyada soğuk iklim bölgelerinde güncel olarak kullanılan soğuk iklim ısıpompalarını ve karakteristiklerini belirlemek, soğuk iklim bölgelerinde ısı pompasıkullanımında dikkate alınması gerekli olan faktörleri incelemek.Tezde ısı pompalarının sınıflandırılması, ısı kaynakları, ısı pompalarında kullanılan akışkanlarve hava/jeotermal/toprak kaynaklı ısı pompalarının temel karakteristikleri ile ilgili bilgilerverildikten sonra ısı pompası sistemlerinin ve tipinin seçiminin nasıl yapılacağı anlatılmıştır.Soğuk iklim ısı pompalarının literatür taraması (hava, toprak/su ve diğer kaynaklı ısıpompaları), soğuk iklim ısı pompalarının karakteristikleri ve soğuk iklimlerde toprak ısıdeğiştiricilerin boyutlandırılması konuları ayrıntılı olarak incelenmiştir.Soğuk iklim bölgelerinde geleneksel hava kaynaklı ısı pompaları düşük çevre sıcaklıklarındaçalışamazlar veya ekonomik değillerdir. Düşük çevre sıcaklıklarında çalışabilecek ısı pompasısistemleri ile ilişkili araştırmalar, yeni tip ısı pompası sistemleri ve yüksek ısıtma kapasitesinesahip sistemlerin geliştirilmesiyle sonuçlanmıştır. Düşük dış hava sıcaklıklarında ısı pompasıkapasitesini artırmak için birçoğu ticari seviyeye erişen kompresör ön ısıtma sisteminin veyüksek verimli kompresörlerin geliştirilmesi, CO2 ve birleşik ısı pompalarının kullanılması vb.çeşitli tasarım ve teknolojiler önerilmiştir. Tezde bu yöntemlerin ayrıntılı bir analizi yapılmıştır.Toprak/su kaynaklı ısı pompalarının ilerlemesindeki sürekli gelişim soğuk iklim uygulamalarınaideal olarak uygun olan diğer bir sistem sağlamaktadır. Toprak kaynaklı sistemler, ısı değiştiricitoprağın altına gömüldüğünden ve yıl boyunca nispeten kararlı sıcaklık rejimi olduğundansoğuk iklimlerde kullanım için iyi bir alternatif olmaktadırlar. Soğuk iklim bölgelerindetoprak/su kaynaklı ısı pompalarının kullanımı uygun olmasına rağmen, bunların yaygınkullanımını engelleyen temel neden yüksek ilk yatırım maliyetleridir. Bu maliyetleri azaltacakteknolojik gelişmelerin soğuk iklimlerde toprak/su kaynaklı ısı pompalarının kullanımınıyaygınlaştıracağı umulmaktadır.2006, 199 sayfaAnahtar kelimeler: Isı pompası, ısı kaynağı, ısı pompası seçimi, soğuk iklim, soğukiklim ısı pompası, sıfır derece ısı pompası, toprak kaynaklı, hava kaynaklı.

Abstract:
The preparation and application of a program related to the use of heat pumps in the EastAnatolia Region, especially in the city of Erzurum, which has the coldest climate in Turkey hasmotivated the study of this thesis. This study has three basic aims: to evaluate the factorsaffecting the selection of heat pump system and heat pump type, to investigate cold climate heatpumps and their characteristics which have been used in different cold regions of the world andto determine the factors that must be considered in using heat pumps in cold climate regions.The thesis includes the classification of heat pumps, heat sources, heat pump working fluids andthe main characteristics of air/geothermal/ground-sources heat pumps. The selection of heatpump system and heat pump type are also presented. Literature survey of cold climate heatpumps (air, ground/water-sources and other types of heat pumps), the characteristics of coldclimate heat pumps and sizing of ground heat exchangers in cold climate regions are studied indetail.In cold climate regions, conventional air-source heat pumps are often unable or uneconomic tooperate at low ambient temperatures. Research into heat pump systems working at low ambienttemperatures has resulted in the development of new types of heat pump systems and systemswith improved heating capacity. Different design modifications and technologies have beencommercialized to increase heat pump capacity at lower outdoor air temperatures: developmentof compressor preheating system and high efficiency compressors, the use of CO2 and dualsource heat pumps etc. A detailed analysis of these techniques is presented.The continued growth in the development of ground/water-sources heat pumps provides anothersystem ideally suited to cold climate applications. Ground-source systems are good alternativesas the heat exchanger is buried below the surface and there is a relatively stable temperatureregime year-round. Although these systems are appropriate for use in cold climates, the higherinitial cost prevent their common usage. Technological developments which decrease the initialcosts are expected ground/water-sources heat pumps to be used widely in cold climate regions.2006, 199 pagesKeywords: Heat pump, heat source, heat pump selection, cold climate, cold climateheat pump, zero degree heat pump, ground-source, air-source.