Havadan Suya Isı Pompasının Farklı Ortam Şartlarında Enerji Verimliliği Açısından Analizi

Abstract

Havadan suya ısı pompaları kullanıcıların ısıtma, soğutma ve kullanım sıcak suyu ihtiyacının karşılanmasında kullanılan, buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi esasına dayalı çalışan cihazlardır. Bu cihazların enerji verimliliği açısından etkin bir şekilde kullanılabilmesi için çalışacağı ortam şartlarının değerlendirilmesi gerekmektedir. Havadan suya ısı pompalarının ısı kaynağı havadır. Bu çalışma kapsamında; yapılan deneyler yardımıyla havanın iki önemli özelliği olan sıcaklık ve bağıl nem değerleri belli aralıklarla değiştirilerek her bir sıcaklık-bağıl nem noktası için havadan suya ısı pompasının performans katsayısı (COP) ve enerji verimlilik oranı (EER) hesaplanmıştır. Su çıkış sıcaklıklarının ortam sıcaklığı ve bağıl nem ile değişimi gösterilmiştir. Deneyler sonucunda COP değerlerinin ortam sıcaklığına bağlı olarak -15 °C ortam sıcaklığında 2,13 ile 20 °C ortam sıcaklığında 5,24 arasında değiştiği görülmüştür. Deneylerden elde edilen veriler IBM SPSS Statistics programı kullanılarak analiz edilmiştir. Yapılan analiz sonucunda COP değerini kompresör giriş-çıkış sıcaklığı, kondenser çıkış sıcaklığı ve evaporatör giriş sıcaklığı ile ilişkilendiren matematiksel model denklemi bulunmuştur. Deneylerde hesaplanan COP değerleri ile programdan elde edilen matematiksel model denklemi kullanıldığında bulunan COP değerleri karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Ayrıca bağıl nem etkisinin deneysel olarak ele alınması açısından literatüre özgün bir katkı sağlanmıştır.

Keywords

• Isı Pompası
• Enerji Verimliliği
• Soğutma Çevrimi
• Sıcaklık
• Bağıl Nem

Analysis of Air-to-Water Heat Pump in Terms of Energy Efficiency under Different Ambient Conditions

Abstract

Air-to-water heat pumps are devices that work based on the vapor compression cooling cycle and are used to meet the heating, cooling and domestic hot water needs of users. In order for these devices to be used effectively in terms of energy efficiency, it is necessary to evaluate the environmental conditions in which they will operate. The heat source of air-to-water heat pumps is air. Within the scope of this study; with the help of experiments, the temperature and relative humidity values, which are two important characteristics of the air, were changed at certain intervals and the performance coefficient (COP) and energy efficiency ratio (EER) of the air-to-water heat pump were calculated for each temperature-relative humidity point. The variation of water outlet temperatures with ambient temperature and relative humidity has been shown. As a result of the experiments, it was seen that the COP values varied between 2.13 at -15 °C ambient temperature and 5.24 at 20 °C ambient temperature, depending on the ambient temperature. The data obtained from the experiments were analyzed using IBM SPSS Statistics program. As a result of the analysis, a mathematical model equation was found that relates the COP value to the compressor inlet-outlet temperature, condenser outlet temperature and evaporator inlet temperature. The COP values calculated in the experiments were evaluated by comparing the COP values found when using the mathematical model equation obtained from the program. In addition, an original contribution to the literature has been made in terms of experimentally addressing the effect of relative humidity.

Keywords

• Heat Pumps
• Energy Efficiency
• Cooling Cycle
• Temperature
• Relative Humidity

References

1. Naldi, C., Dongellini, M. ve Morini, G.L. (2015) Climate Influence on Seasonal Performances of Air-to-water Heat Pumps for Heating, 69th Conference of the Italian Thermal Engineering Association, ATI 2014, Italy.
2. Popa, V., Ion, I. ve Popa, C. L. (2015) Thermo-Economic Analysis of an Air-toWater Heat Pump, Sustainable Solutions for Energy and Environment, EENVIRO-YRC 2015, 18-20 November 2015, Bucharest, Romania.
3. Januševičius, K. ve Streckienė, G. (2015) Analysis of Air-to-Water Heat Pump in Cold Climate: Comprasion Between Experiment and Simulation, Science-Future of Lithuania, Environmental Protection Engineering, 2014 7(4): 468-474, Lithuania.
4. Şanslı, B., (2015) Ticari Tip Split Klimada Kondenser Atık Isının Farklı Bir Yöntemle Boylerde Kullanımının Enerji Verimliliğine Etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük, Türkiye.
5. Afshari, F., Çomaklı, Ö., Adıgüzel, N. ve Karagöz, Ş. (2015) Refrigerant Charge Amount In Heat Pump Systems And Evaluating Optimal Amount Of Gas, ULIBTK’15 20. Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi, 02-05 Eylül 2015, Balıkesir, Türkiye.
6. Liu, F., Wang, L., Wang, Q. ve Wang, H. (2017) Experiment Study on Heating Performance of Solar-Air Source Heat Pump Unit, 10th International Symposium on Heating, Ventilation and Air Conditioning, ISHVAC2017, 19-22 October 2017, Jinan, China.
7. Zhao, X., Long, E., Zhang, Y., Liu, Q., Jin, Z. ve Liang, F. (2017) Experimental Study on Heating Performance of Air - source Heat Pump with Water Tank for Thermal Energy Storage, 10th International Symposium on Heating, Ventilation and Air Conditioning, ISHVAC2017, 19 - 22 October 2017, Jinan, China.
8. Coşkun, S., (2004) Sürekli Rejimde Farklı Soğutucu Akışkanlar İçin Hava-Su Kaynaklı Mekanik Buhar Sıkıştırmalı Isı Pompasının Simulasyonu, Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 9, 1, 41-51, Bursa, Türkiye.

9. Büyükerzen, R., Kahraman, A., Kaya, M.N. ve Dağ, H.İ. (2021) Experimental Validation of Performance Parameters of An Air Source Heat Pump. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 9(4), 739 - 748. 10.29109/gujsc.1015345, Ankara, Türkiye.
10. Gündü, İ. (2018) Isı Pompasında Ejektör Yardımı ile Isıtma Kapasitesi ve Etkinliğinin Artırılması, Yüksek Lisans Tezi, Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Osmaniye, Türkiye.
11. Işık, N., Onat, A. ve Mendi, F. (2000) Havadan Suya Mekanik Isı Pompası Farklı İşletme Koşullarında Deneysel Performans Çalışması, 6. Ulusal Soğutma ve İklimlendirme Tekniği Kongresi, 13-14 Nisan 2000, Çukurova Üniversitesi, Adana, Türkiye.
12. Kazjonovs, J., Sipkevics, A., Jakovics, A., Dancigs, A., Bajare, D. ve Dancigs, L. (2014) Performance Analysis of Air-to-Water Heat Pump in Latvian Climate Conditions. Environmental and Climate Technologies, 14(1), 18–22, Latvia.