Toprak Isı Değiştiricisi Uzunluğunun Kondenser Sıcaklığı ile Değişimi Üzerine Deneysel Çalışma

Yıl 2017, Cilt: 58 Sayı: 688, 39 - 51, 22.09.2017

Havva Ceylan

Öz

Bu çalışmada, toprak kaynaklı ısı pompalarında (TKIP) kondenser sıcaklığının toprak ısı değiştiricisinin
(TID) uzunluğuna ve ısı pompasının performans katsayısına (COP) etkisi dört farklı soğutucu akışkan
(R134a, R407C, R4010A ve R404A) için soğutma periyodunda incelenmiştir. TID ile toprağa ısı aktarımı
deneysel olarak incelenirken, TID ile bağlantılı olarak çalıştığı varsayılan ısı pompası ile ilgili hesaplar
teorik olarak yapılmıştır. Toprağa ısı aktarımı için Tekirdağ’ın Çorlu ilçesinde toprak altına yatay serme
yöntemiyle gömülen 36 m polietilen TID kullanılmıştır. İçine kendinden kanatlı bakır borulu bir serpantin
yerleştirilen su tankı ise ısı pompasının kondenserini temsil etmek üzere yerleştirilmiştir. Su tankı sıcaklığı
değiştirilerek farklı TID giriş sıcaklıkları elde edilmiştir. TID giriş, çıkış sıcaklıkları ve toprak sıcaklığı
uygun problar kullanılarak ölçülmüş ve tüm veriler data-logger yoluyla kaydedilmiştir. 1kW soğutma yükü
için buhar sıkıştırmalı ısı pompasının COP değeri ve TID uzunluğu toprağa aktarılan ısı miktarı kullanılarak hesaplanmıştır. Isı pompasının kondenser sıcaklıkları farklı tank sıcaklıklarında deneysel olarak elde
edilmiş olan ortalama TID su giriş sıcaklıkları kullanılarak belirlenmiştir.
Elde edilen sonuçlardan, kondenser sıcaklığı arttıkça kompresör gücünün arttığı ve buna karşılık TID
uzunluğunun azaldığı görülmüştür. İncelenen soğutucu akışkanlar arasında en büyük performans katsayısı
(COP) ve en küçük boru uzunluğu R134a için elde edilmiştir. TID su giriş sıcaklığı 31.34 °C’den 39.54
°C’ye arttığında R134a için kompresör gücündeki artış %38, boru boyundaki azalma ise %48 olarak bulunmuştur.

Anahtar Kelimeler

Toprak ısı eşanjörü, kondenser sıcaklığı, su giriş ve çıkış sıcaklığı

Destekleyen Kurum

Namık Kemal Üniversitesi

Proje Numarası

NKUBAP.00.17.AR.14.08

Teşekkür

Bu çalışma, Namık Kemal Üniversitesi BAP proje ofisi tarafından desteklenen NKUBAP.00.17.AR.14.08 numaralı proje kapsamında kurulan deney seti kullanılarak hazırlanmıştır

Experimental Study on the Change of Ground Heat Exchanger Length with Condenser Temperature

Öz

In this study, the effect of the condenser temperature to the length of the ground heat exchanger (TID)
and the performance coefficient (COP) of the heat pump in the ground source heat pumps (TKIP) was
investigated for four different refrigerants (R134a, R407C, R4010A and R404A) in the cooling period.
While the heat transfer to the soil by TID is experimentally examined, the calculations related to the heat
pump assumed to operate in connection with TID have been theoretically done. For the rejection of heat
to the soil, a 36 m polyethylene TID embedded in underneath the soil in the Çorlu district of Tekirdağ was
used. A water tank, in which a self-finned copper tube coil placed, was installed to represent the condenser
of the heat pump. Different TID inlet temperatures were obtained by changing water tank temperature. The
TID input and output temperatures, as well as the soil temperature, were measured using appropriate probes
and all data were recorded using a data logger. The COP value of the vapor compression heat pump and
the TID length for 1kW cooling load were calculated using the amount of heat transferred to the soil. The
condenser temperatures of the heat pump were determined using the average TID water inlet temperatures
experimentally obtained at different tank temperatures.
From the obtained results, it is seen that as the condenser temperature increases, the compressor power
increases whereas the TID length decreases. The highest performance coefficient (COP) and the smallest
pipe length were obtained for R134a among the examined refrigerants. When the water inlet temperature to
TID was increased from 31.34 °C to 39.54 °C, it was found that the increase in compressor power was 38%
and the decrease in pipe length was 48% for R134a.

Anahtar Kelimeler

Ground heat exchanger, condenser temperature, water inlet and outlet temperature

Proje Numarası

NKUBAP.00.17.AR.14.08

Kaynakça

• 1. Develioğlu, M. 2012. “Yer Kaynaklı Isı Pompalarının Teknolojik Gelişimi ve Türkiye’deki Uygulanabilirliği,” Yüksek Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi, Temiz Tükenmez Enerjiler Anabilim Dalı.
• 2. Benazza, A., Blanco, E., Aichouba, M., Río, J. L. Laouedj S. 2011. “Numerical Investigation of Horizontal Ground Coupled Heat Exchanger,” Energy Procedia, vol. 6, p.29–35.
• 3. Esen, H., İnallı, M., Esen, M., Pıhtılı, K. 2007. “Energy and Exergy Analysis of a Ground-Coupled Heat Pump System with Two Horizontal Ground Heat Exchangers,” Building and Environment, vol. 42, p. 3606–3615.
• 4. Congedo, P. M., Colangelo, G., Starace, G. 2012. “CFD Simulations of Horizontal Ground Heat Exchangers: A Comparison Among Different Configurations,” Applied Thermal Engineering, vol. 33-34, p. 24-32.
• 5. Naili, N., Hazami, M., Kooli, S., Farhat, A. 2015. “Energy and Exergy Analysis of Horizontal Ground Heat Exchanger Forhot Climatic Condition of Northern Tunisia,” Geothermics, vol. 53, p. 270-280.
• 6. Naili, N., Attar, I., Hazami, M., Farhat, A. 2012. “Experimental Analysis of Horizontal Ground Heat Exchanger for Northern Tunisia,” Journal of Electronics Cooling and Thermal Control, vol. 2, p. 44-51.
• 7. Fontainea, P. O., Marcottea, D., Pasquiera, P., Thibodeau, D. 2011. “Modeling of Horizontal Geoexchange Systems for Building Heating and Permafrost Stabilization,” Geothermics, vol. 40, p. 211-220.
• 8. Montagud, C., Corberan, J. M., Montero, A., Urchueguia, J. F. 2011. “Analysis of the Energy Performance of a Ground Source Heat Pump System After Five Years of Operation,” Energy and Buildings, vol. 43, p. 3618-3626.
• 9. Özgener, Ö., Hepbaslı, A. 2005. “Performance Analysis of a Solar-Assisted Groundsource Heat Pump System For Greenhouse Heating: An Experimental Study,” Building and Environment, vol. 40, p. 1040–1050.
• 10. Hepbaslı, A., Akdemir, O., Hancıoglu, E. 2003. “Experimental Study of a Closed Loop Vertical Ground Coupled Heat Pump System,” Energy Convers Mgmt., vol. 44, p. 527-548.
• 11. Park, H., Lee, J. S., Kim, W., Kim, Y. 2013. “The Cooling Seasonal Performance Factor of a Hybrid Ground-Source Heat Pump with Parallel and Serial Configurations,’’Applied Energy, vol. 102, p. 877-884.
• 12. Shonder, J. A.,Thornton, J., Hughes, P. J. 2001. “Selecting the Design Entering Water Temperature for Vertical Geothermal Heat Pumps in Cooling-Dominated Applications,” ASHRAE 2001 Annuel Meeting, June, Cincinnati, Ohio, p. 23-37.
• 13. Self, S. J, Reddy, B. V., Rosen, M. A. 2013. “Ground Source Heat Pumps for Heating: Parametric Energy Analysis of a Vapor Compression Cycle Utilizing an Economizer Arrangement,” Applied Thermal Engineering, vol. 52, p. 245-254.
• 14. Holman, J. P. 1994. Experimental Methods for Engineers, Sixth ed., McGraw-Hill Book Co, Singapore.
• 15. Naili, N., Attar, I., Hazami, M., Farhat, A. 2013. “First in Situ Operation Performance Test of Ground Source Heat Pump in Tunisia,” Energy Conversion and Management, vol. 75, p. 292-301.
• 16. Coşkun, S., Pulat, E., Ünlü, K., Yamankaradeniz, R. 2008. “Experimental Performance Investigation of a Horizontal Ground Source Compression Refrigeration Machine,” Int. J. Energy Res., vol. 32, p. 44–56.
• 17. İnallı, M., Esen, H. 2005. “Seasonal Cooling Performance of a Ground-Coupled Heat Pump System in a Hot and Arid Climate,” Renewable Energy, vol. 30, p. 1411–1424.
• 18. Pu, L., Qi, D., Li, K., Tan, H., Li, Y. 2015. “Simulation Study on the Thermal Performance of Vertical U-Tube Heat Exchangers for Ground Source Heat Pump System,” Applied Thermal Engineering, vol. 79, p. 202-213.