Su Kaynaklı Isı Pompası Sisteminin Enerji Ve Ekserji Analizi

Öz

Isı pompası sistemleri alternatif enerji kaynaklarının kullanması bakımından günümüzde oldukça tercih edilen uygulamalardır. Bu sistemlerde çevre dostu akışkanlar kullanılarak çevre kirliliğinin önüne geçmekte mümkün olabilmektedir. Isı pompaları ısı kaynaklarına göre; hava, toprak ve su şeklinde sınıflandırılmaktadır. Bu çalışma ısı pompasında ısı kaynağı olarak su kullanmanın uygulanabilirliğini araştırmak ve sistem tasarımı için mühendislik verileri elde etmek amacıyla yapılmıştır. Su kaynaklı ısı pompası sistemi R-410A soğutucu akışkan kullanımı durumunda yaz ve kış durumları için enerji ve ekserji analizi yöntemleri kullanılarak performans değerlendirme amaçları için modellenmiştir. Isı pompası devresi, su altı ısı değiştirici devresi ve fancoil devresi olmak üzere üç ana sistemden oluşan su kaynaklı ısı pompası sisteminin yaz ve kış durumları için farklı kondenser ve evaporatör sıcaklıklarında enerji ve ekserji analizi yapılmıştır. Su altı ısı değiştiriciye giren suyun giriş ve çıkış sıcaklıkları kış durumu için 14,1 ve 10ºC, yaz durumu için 17 ve 27ºC’ dir. Fancoil devresinde dolaşan su ısıtma durumunda 50/40º C soğutma durumunda 7/12ºC sıcaklık aralığında çalışmaktadır. Kış durumunda kondenser sıcaklığı arttıkça COP değeri azalırken sitemin toplam ekserji yıkım miktarı da artmaktadır. Yaz durumunda ise evaporatör sıcaklığı azaldıkça sisteminin COP değerinin azaldığı görülmektedir. Ayrıca evaporatör sıcaklığı azaldıkça sistemin toplam ekserji yıkım miktarı arttığı sonuçları elde edilmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Su kaynaklı ısı pompası
• Enerji
• Ekserji
• Termodinamik Aanliz

Energy And Exergy Analysıs In Water Source Heat Pump System

Abstract

Heat pump systems are highly preferred applications today in terms of using alternative energy sources. It is possible to prevent environmental pollution by using environmentally friendly fluids in these systems. Heat pumps according to heat sources is classified as air, soil and water. This study has been conducted to investigate the feasibility of using water as a heat source in a heat pump and to obtain engineering data for system design. The water source heat pump system has been modeled for performance evaluation purposes using energy and exergy analysis methods for summer and winter conditions in the case of using R-410A refrigerant. Energy and exergy analyzes have been carried out at different condenser and evaporator temperatures for the summer and winter conditions of the water source heat pump system, which consists of three main systems, the heat pump circuit, the underwater heat exchanger circuit and the fan coil circuit. The inlet and outlet temperatures of the water entering the underwater heat exchanger are 14.1 and 10 C for winter condition, 17 and 27 º C for summer condition. The water circulating in the fan coil circuit operates in the temperature range of 7/12 C in the case of 50/40 º C cooling in the case of heating. As the condenser temperature increases in winter, the COP value decreases, while the total exergy destruction of the system increases. In summer, it is seen that the COP value of the system decreases as the evaporator temperature decreases. In addition, as the evaporator temperature decreases, the total exergy destruction amount of the system increases.

Keywords

• Water source heat pump
• Energy
• Exergy
• Thermodynamic Analysis

References

1. Baek, N.C., Shin, U.C., Yoon, J.H., A study on the design and analysis of a heat pump heating system using wastewater as a heat source, 2005, Solar Energy, 78 427–440.
2. Liu Z., Tan H., Li Z., Heating and Cooling Performances of River-Water Source Heat Pump System for Energy Station in Shanghai, 19- 22 October 2017, 10th International Symposium on Heating, Ventilation and Air Conditioning, ISHVAC2017, Jinan, China.
3. Hepbaslı, A., Thermodynamic analysis of ground –source heat pump system for district heating, 2005 Int. J. Energy Res., 29:671–687.
4. Zlateva, P., Yordanov, K., Experimental study of heat pump type air-water for heating system performance, 2019, E3S Web of Conferences 112, 01007.
5. Zhou H., Zhou W., Wu J., Zhou Z., Ding S. Measurement And Analysis Of A Heating System Based On Underground Water Source Heat Pump İn Zhangye City, 2017,10th International Symposium on Heating, Ventilation and Air Conditioning, ISHVAC2017, Jinan.
6. Özdemir, M., B., Özkaya, M., G., Ankara İli Şartlarında Düşey Tip Toprak Kaynaklı Isı Pompası Sisteminin Enerji ve Ekserji Analizi, 2015, Politeknik Dergisi, 18 (4): 269-280.
7. Esen, H., İnallı, M. Elâzığ İklim Şartlarında Yatay Borulu Toprak Kaynaklı Isı Pompasının Performansı, 2003, F. Ü. Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 15(2), 109-117.
8. Kabul, A., İ, Alkan, R., Farklı Soğutucu Akışkanlar İçin Toprak Kaynaklı Isı Pompasının Termodinamik Ve Termoekonomik Analizi, 2016, Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, 36, 1, 119-131.

9. Giuseppe Emmi, g., Zarrella, A., De Carli, M., Galgaro, A., An analysis of solar assisted ground source heat pumps in cold climates, 2015, Energy Conversion and Management 106, 660–675.
10. Kuang, Y.H., Wang, R.Z., Yu, L., Q., Experimental study on solar assisted heat pump system for heat supply, 2003, Energy Conversion and Management, Volume 44, Issue 7, Pages 1089-1098.
11. Verma, V., Murugesan, K., Experimental study of solar assisted ground source heat pump system during space heating operation from morning to evening, 2018, Journal of Mechanical Science and Technology, 32 (1) 391~398.
12. Tan, Z., Feng, X., Yang, M., Wang, Y., Energy and economic performance comparison of heat pump and power cycle in low grade waste heat recovery, 2022, Energy, Volume 260, 125149.
13. Bi, Y., Tingwei Guo, T., Liang Zhang, L., Chena, L., Solar and ground source heat-pump system, 2004, Applied Energy, 78, 231–245.
14. Jung, Y., Oh, J., Han, U., Lee, H., A comprehensive review of thermal potential and heat utilization for water source heat pump systems, 2022, Energy & Buildings 266, 112124.
15. Şimşek, E., Karaçaylı, İ., Mutlu, İ., Farklı koşullardaki hava–su–hava kaynaklı ısı pompasının farklı soğutucu akışkanlarla termodinamik analizi, 2018, BAUN Fen Bil. Enst. Dergisi, 20(1), 174-185.
16. Bejan, A., Tsatsaronis, G., and Moran, M., Thermal Design & Optimization, Wiley, New York1996.
17. Şencan A., Atık Isı İle Çalışan Absorbsiyonlu Sistemlerin Modellemesi, Ekserji Analizi Ve Optimizasyonu, 2004, Doktora Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta.
18. Alkan R., Farklı Soğutucu Akışkanlar İçin Toprak Kaynaklı Isı Pompasının Termoekonomik Analizi, 2014, Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta.
19. Çamdalı, Ü., Tunçeli, E., Bolu Ve Çevresi için Toprak Kaynaklı Isı Pompası Sistem Analizi: Ekonomik Yaklaşımla, 2010, Mühendis ve Makine, Cilt 51, Sayı 604.