Denizli havzasındaki jeolojik formasyonlarda sıcaklık ve ısı depolama kapasitesi değişiminin incelenmesi ve ısı pompası uygulamalarının araştırılması

Abstract

Toprak sıcaklığının yıllara ve aylara göre önemli değişimler göstermediği buna karşılık hava sıcaklığındaki değişimlerin oldukça fazla olduğu bilinmektedir. Bu yapısıyla toprak kışın havadan daha yüksek sıcaklıkta, yazın da havadan daha düşük sıcaklıktadır. Böylece toprak, havaya göre kışın ısıtıcı, yazın da soğutucu kaynak işlevini yerine getirebilecek şekilde, tüm yıl göreceli olarak sabit sıcaklıkta kalır. Bu durum ısı farkının kullanımına geniş imkanlar sunar. Toprak kaynaklı ısı pompalarının performans katsayıları yüksek olduğundan sistemin işletme maliyeti düşüktür. Elde edilen enerjinin, sarf edilen enerjiden yüksek olmasıyla sağlanan enerji tasarrufu, hem kullanıcıya hem de ülke ekonomisine önemli kazançlar sağlar. Ancak kaynak olarak toprağın kullanımı, toprağa gömülen ısı değiştiricisinin maliyeti ile sondaj maliyeti gibi nedenlerle ilk yatırım giderleri, havayı kullanan ısı pompalarına göre daha yüksektir. Buna karşılık havayı kullanan ısı pompalarında da kışın buzlanma ve buna bağlı problemler mevcuttur. Toprak kaynaklı ısı pompası uygulamalarına ait maliyetin düşürülebilmesi amacıyla, kaynak olarak kullanılacak uygulama bölgesindeki toprağın yapısı, termal özellikleri, nemi ile yer altı su seviyesi tespit edilerek, farklı jeolojik birimlerde sıcaklık dağılımı ve ısı depolama kapasiteleri belirlenmelidir. Bu çalışmada, Denizli havzasında en uygun ısı pompası uygulama değerlerinin hangi jeolojik birimde ve derinlikte olduğu ve bunların zamanla nasıl değiştiğine ilişkin verilerin elde edilmesi üzerinde durulmuştur. Toprak kaynaklı ısı pompasının farklı uygulamaları da deneysel olarak gerçekleştirilmiştir. Böylece gelişmiş ülkelerde kullanımı hızla yaygınlaşan toprak kaynaklı ısı pompalarının ülkemizdeki kullanımı da bu alandaki bilgi ve veri eksikliğinin giderilmesiyle artacaktır. Bu sayede gerek kullanıcıların ve gerekse ülkemizin önemli kazanımlar sağlaması beklenilmektedir.

Ground source heat pump systems exchange heat to the underground environment which is mainly soil, to provide cooling and heating for some applications like space heating and cooling, water heating and crop drying. In addition the soil temperature remains constant with respect to the air temperature throughout a year at any given location. This means that the soil temperature is lower than that of air during the winter and lower in the summer. In other words, soil has a lower and stable sink temperature in the cooling mode operations and a higher and stable source temperature in the heating mode operation. A ground source heat pump system is a heat pump with or without any thermal storage which uses soil as a heat source in winter or sink in summer. The main advantage of ground source heat pumps is the low operational cost as compared with standard air-source heat pumps. Despite its thermodynamic advantages over a conventional space-conditioning technology, ground source heat pump systems have the high initial cost. However the higher initial cost may be offset by reduced operating costs, which give a lower life cycle cost. The ground source heat pump is a highly efficient renewable energy technology that is gaining wide acceptance for buildings and industrial applications. Because heat pumps consume less primary energy than conventional heating systems, they are an important technology for reducing gas emissions that harm the environment. The structure, humidity and thermal properties of soil, and underground water level in the site where the heat pump system is applied should be determined in order to reduce the initial and operational costs of the systems. In the design phase of the system, more accurate data for the key parameters are necessary to size the ground system in such a way that optimum performance is achieved with minimum cost. In this manner, ground source heat pump systems which are gaining wide acceptance in developed countries will be introduced in Turkey due to their environmental and economical benefits.