Performance and Environmental Investigation of Heating a Villa With a Heat Pump

Year 2023, Volume: 64 Issue: 710, 114 - 136, 04.04.2023

Fatih Yılmazer Arslan Çağlayan Gürel Özay Akdemir

https://doi.org/10.46399/muhendismakina.1175048

Cited By: 1

Abstract

Many different systems have been used for space heating from the past to the present. Today, due to climate change, the search for low-emission heating systems is increasing day by day. Developments and advantages in heat pump technology have led to the widespread use of heat pump systems. In this study, the heating of a three-floor villa in Izmir’s Alaçatı district was investigated using various heat pump systems, and performance and emission evaluations were performed. The Heating Solutions Navigator program developed by Daikin was used in the calculation of heat loss loads and performance simulations of the villa designed according to TS 825 standards. As a result of the advantages of the high heat transfer surface in underfloor heating, it was determined that the seasonal coefficient of performance (SCOP) value in heating was 2.18 times higher than the systems with low temperature radiators. Increasing the efficiency of the heat pump reduces the annual energy consumption by 2052 kWh and reduces the annual CO2 emissions by 804 kg. It is seen that the high price difference in the initial investment cost of the heat pump underfloor heating system can be compensated by the reduction in the operating cost. As a result, although the investment costs of heat pumps are high compared to natural gas, it is seen that they are an advantageous heating system option because they are clean and reliable, especially when they are used with underfloor heating and low temperature radiators.

Keywords

Air Source Heat Pump, Energy Saving, Underfloor Heating, Low Temperature Radiators, CO2 emission

BİR VİLLANIN ISI POMPASI İLE ISITILMASININ PERFORMANS VE ÇEVRESEL İNCELENMESİ

Abstract

Mahal ısıtma için geçmişten bugüne birçok farklı sistem kullanılmıştır. Günümüzde iklim değişikliği sebebi ile emisyonu az ısıtma sistemlerin arayışları her geçen gün artmaktadır. Isı pompası teknolojisindeki gelişmeler ve avantajlar ısı pompası sistemlerinin yaygınlaşmasına yol açmaktadır. Bu çalışmada, İzmir’in Alaçatı ilçesinde bulunan üç katlı bir villanın ısı pompalı farklı sistemlerle ısıtılması incelenerek performans ve emisyon değerlendirmeleri gerçekleştirilmiştir. TS 825 standartlarına göre tasarlanan villanın ısı kayıp yüklerinin hesaplanmasında ve performans simülasyonlarında Daikin firmasının geliştirdiği Heating Solutions Navigator programı kullanılmıştır. Yerden ısıtmada yüksek ısı transfer yüzeyinin getirdiği avantajlar sonucu ısıtmada sezonsan verimlilik (SCOP) değerinin düşük sıcaklık radyatörlü sistemlerinden 2,18 kat yüksek olduğu belirlenmiştir. Isı pompasının veriminin artmasıyla yıllık enerji tüketimi 2052 kWh azalmaktadır ve yıllık CO2 emisyonu 804 kg azalmaktadır. Isı pompalı yerden ısıtmalı sistemin ilk yatırım maliyetindeki yüksek fiyat farkının işletme maliyetindeki azalmadan karşılanabileceği görülmektedir. Sonuç olarak ısı pompalarının yatırım maliyetleri doğalgaza kıyasla yüksek olmasına karşın, temiz ve güvenilir olmaları, özellikle yerden ısıtma ve düşük sıcaklık radyatörü ile kullanılmalarıyla avantajlı bir ısıtma sistem seçeneği olduğu görülmektedir.

Keywords

Hava Kaynaklı Isı Pompası, Enerji Tasarrufu, Yerden Isıtma, Düşük Sıcaklık Radyatörleri, CO2 Salınımı

References

• Çokgez Kuş, A. ve Çomaklı, K. (2015). Farklı Kaynaklı Isı Pompası Sistemlerinin Ekonomik Analizi. Tesisat Mühendisliği, Sayı 148; s.13-21. Erişim adresi: http://www1.mmo.org.tr/resimler/dosya_ekler/1a89e47369ff8f2_ek.pdf?dergi=1586.
• Daikin. (2022). Altherma Isı Pompası Kataloğu. Erişim adresi: https://st-daikin.mncdn.com/Content/media/img_shared/PDF/Altherma_isi_pompasi_katalogu.pdf.
• Develioğlu, M. (2012). Yer Kaynaklı Isı Pompalarının Teknolojik Gelişimi ve Türkiye’deki Uygulanabilirliği (Yüksek Lisans Tezi). Hacettepe Üniversitesi Temiz Tükenmez Enerjiler Anabilim Dalı, Ankara. Erişim adresi: http://www.openaccess.hacettepe.edu.tr:8080/xmlui/bitstream/handle/11655/2270/c56b3157-91ef-42c4-8802-13a78ec7e1d7.pdf?sequence=1.
• Doğan, B., Yalçınkaya C. ve Balcı, M. G. (2016). Kırıkkale İlinde Bulunan Olimpik Yüzme Havuzunda Su Isıtma İçin Toprak Kaynaklı Isı Pompası Kullanımı. Mühendis ve Makina, cilt 57, sayı 681, s. 38-48. Erişim adresi: https://www.mmo.org.tr/sites/default/files/013_makale_kirikkale.pdf.
• Erdem, E. U., Bahçeci İ., Arzık A. ve Akdemir Ö. (2017). Farklı İklimlendirme Uygulamalarının Örnek Bir Villada Değerlendirilmesi. 13. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, 19-22 Nisan 2017, İZMİR, mmo yayın no: E/MMO/667, cilt 1, s. 265-287. Erişim adresi: http://mmoteskon.org/wp-content/uploads/2017/05/2017-018.pdf.
• Gaur, A. S., Fitiwi, D. Z. ve Curtis, J. (2021). Heat Pumps and Our Low-Carbon Future: A Comprehensive Review. Energy Research & Social Science, vol. 71, 101764. Doi: https://doi.org/10.1016/j.erss.2020.101764.
• Le, K. X., Huang, M. J., Shah, N. N., Wilson, C., Artain, P. M., Byrne, R. ve Hewitt, N. J. (2019). Techno-Economic Assessment of Cascade Air-to-Water Heat Pump Retrofitted into Residential Buildings Using Experimentally Validated Simulations. Applied Energy, 250, s. 633–652. Doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.05.041.
• Meteoroloji Genel Müdürlüğü. (2022). Resmi İstatistikler. Erişim adresi: https://www.mgm.gov.tr/veridegerlendirme/il-ve-ilceler-istatistik.aspx?m=IZMIR.
• Pastakkaya, B., Ünlü K. ve Yamankaradeniz R. (2015). Örnek Bir Yapının İklimlendirilmesinde Güneş Enerjisi Kaynaklı Isı Pompasının Simülasyon Tekniği ile İncelenmesi. Mühendis ve Makina, cilt 56, sayı 666, s. 30-37. Erişim adresi: https://www.mmo.org.tr/sites/default/files/b65ec8455d1ffec_ek.pdf.
• Rivoire, M., Casasso, A., Piga, B. ve Sethi, R. (2018). Assessment of Energetic, Economic and Environmental Performance of Ground-Coupled Heat Pumps. Energies, 11, 1941, s.1-23. Doi: https://doi.org/10.3390/en11081941.
• Tabatabaei, S. ve Treur, J. (2016). Comparative Analysis of the Efficiency of Air Source Heat Pumps in Different Climatic Areas of Iran. Procedia Environmental Sciences, 34, s.547-558. Doi: https://doi.org/10.1016/j.proenv.2016.04.048.
• Temel, Ö. (2016). Türkiye’de Bölgelere Göre Isı Pompası Seçim Kriterleri (Yüksek Lisans Tezi). Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Eskişehir. Erişim adresi: https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/.
• TS 825. (2008). TS 825 Binalarda Isı Yalıtım Kuralları. Türk Standardları Enstitüsü, Ankara. Erişim adresi: https://www.tse.org.tr/.