Fore kazıklara entegre edilen ısı pompası uygulaması ve ekonomik analizi

Abstract

En önemli enerji kaynaklarından biri olarak bilinen petrol rezervleri azalmakta, petrol kökenli çevre kirliliği ise giderek artmaktadır. Bu yüzden son yıllarda yenilenebilir enerji kaynakları konusunda yapılan çalışmalar yoğunluk kazanmıştır. Alternatifler arasında, toprak önemli bir yenilenebilir enerji kaynağı olarak görülmektedir. Dolayısıyla toprakta var olan enerjinin ısıtma ve soğutma amacıyla kullanılması için yeni teknolojiler geliştirilmiştir. Bu yeni nesil teknolojilerden biri de enerji kazığı olarak adlandırılan sistemlerdir. Toprak kaynaklı enerjinin esasını güneş enerjisi oluşturur. Yaz dönemlerinde ve diğer güneşli havalarda toprağın üst kısımları güneşin enerjisini depolar. Böylece toprağın üst kısımları güneş enerjisi ile yüklenmiş olur. 15-20 metrelik derinliklerden itibaren ise jeotermal enerji kullanılmaya başlanmaktadır. Bu sistemin esası, temel kazıkları ile topraktaki enerjiye ulaşmak, ısı değiştirici boruları ile bu enerjiyi çekmek ve kolektörler vasıtasıyla ısı pompasına iletmektir. İşte bu sistem enerji kazığı olarak tanımlanır. Bu çalışmada, ilk önce ısı pompasının genel çalışma prensipleri açıklanmış, enerji kaynaklarına göre sınıflandırılması yapılmıştır. Daha sonra topraktan enerji alma yöntemlerinden biri olan enerji kazık sistemleri üzerinde durulmuştur. Enerji kazıklarının çalışma prensibi ve amacı irdelenmiş, kazığı oluşturan bileşenler ve yapım aşamaları resimlerle desteklenerek gösterilmiştir. Yapım aşamalarına ek olarak uygulama esasları ve test protokolü eklenmiştir. Enerji kazıkları ile ilgili genel bilgiler verildikten sonra kazık ısı değiştirici tipleri ve seçimi ile ilgili yapılan çalışmalar araştırılmıştır. Bu ısı değiştiricileri üzerinde yapılmış olan deneysel ve nümerik çalışma sonuçlarına göre hangi tipin daha verimli olabileceği tartışılmıştır. Son olarak, yapılmış olan bir uygulama çalışmasında kazık devresinden enerji alımı ile ilgili hesap yöntemi gösterilmiştir. Bir değere getirilmiş maliyet yöntemi yapılarak sonuçlar tartışılmıştır. Maliyet analizi yapılırken ısı pompası sistemi ve klasik sistem için ilk yatırım maliyeti ve işletme giderleri ayrı, ayrı hesaplanmıştır. Hesaplama yöntemi olarak, bir değere getirilmiş maliyet yöntemi kullanılarak her iki sistem için de yıllık toplam enerji maliyetleri çıkarılmıştır. Bu değerler ısı pompası ve klasik sistem için sırasıyla, ilk yatırımın yıllık maliyeti 6.505-5.140 /yıl, bugünkü koşullarda yıllık işletme maliyeti 141.921,8-230.055,9 /yıl, bugünkü koşullarda toplam yıllık işletme maliyeti 3.025.371,8-4.689.064,9 /yıl, eşdeğer yıllık işletme maliyeti 203.304,9-315.105,1 /yıl ve yıllık toplam maliyet 209.810-320.245,1 olarak bulunmuştur. Bu değerlere bağlı olarak en son birim ısıtma enerjisi ve geri ödeme süresi bulunmuştur. Birim ısıtma enerjisi yönünden klasik sistemin diğer sisteme nazaran %35 daha pahalı olduğu görülmüş, geri ödeme süresi ise 1,1 yıl olarak hesaplanmıştır.