Tesisat Mühendisliği - Sayı 148 - Temmuz/Ağustos 2015 13

Makale

ÖZETDünya çapında en fazla enerji ısıtma ve soğutma uygulamalarında tüketilmekte-dir. Ülkemizde de tüketilen enerjinin büyük bir bölümü ısıtma amacıyla kullanıl-maktadır. Enerji kaynaklarındaki sorunlar göz önüne alındığında, ısıtma sektö-ründeki gelişmeleri yönlendiren iki etkenden söz edilebilir. Bunlar, fosil yakıtla-rın tükenmesiyle fiyatların artması sonucu ortaya çıkan enerji maliyeti sorunuve enerji tüketimi ile artan CO2 emisyonu sonucu oluşan çevre kirliliği sorunu-dur. Enerji kaynaklarında belirtilen bu olumsuzluklar, yenilenebilir enerji kay-naklarını ve yenilenebilir enerji kaynaklı teknolojileri ön plana çıkarmıştır. Isıpompası sistemleri, yenilenebilir enerji kaynaklı teknolojilerin en önemlilerin-den biridir. Bu sistemlerin en önemli giderleri elektrik enerjisidir. Bu çalışmadaısı kaynağı olarak hava ve suyun kullanıldığı, hava-hava, hava-su, su-su ve su-hava olmak üzere dört farklı şekilde çalışabilen ısı pompası sisteminin ekonomikanalizi yapılmıştır. Sabit yoğuşturucu sıcaklığında buharlaştırıcı sıcaklığı artırı-larak elde edilen ısı pompası COP değerleri grafiksel olarak sunulmuştur.Belirlenen COP değerlerine bağlı elektrik tüketim miktarı ve yıllık elektrik mali-yeti, dört farklı çalışma şekli için hesaplanmıştır. Mevcut ısı pompası sistemi ileaynı kapasiteye sahip bir elektrikli ısıtıcı ekonomik yönden karşılaştırılmıştır.İşletme ve kurulum maliyetleri göz önüne alınarak yapılan ekonomik analizler-de “Geri Ödeme Süresi Metodu” ve “Net Bugünkü Değer Metodu” kullanılmış-tır. Mevcut ısı pompası sisteminin dört farklı çalışma şeklinden hangisinin, hemverimlilik hem de ekonomik yönden elektrikli ısıtıcıya göre daha avantajlı oldu-ğu belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Isı Pompaları, Yenilenebilir Enerji, Ekonomik Analiz.

1. GİRİŞ­­İnsanlık­tarihi­ile­başlayan­enerji­ihtiyacı,­artan­nüfus­ve­gelişen­tek-noloji­ile­birlikte­her­geçen­gün­artmaktadır.­Teknolojik­gelişmelerebağlı­olarak­farklı­enerji­kaynakları­kullanılmaktadır.­Enerji­kaynağıolarak­ilk­zamanlarda­odun­ve­benzeri­yakacaklar­kullanılırken,­dahasonra­ kömür­ ve­ son­ zamanlarda­ petrol­ ve­ doğal­ gaz­ kullanılmayabaşlanmıştır.­Günümüzde­ise­tüketilen­enerjinin­büyük­bir­kısmı­fosilve­ benzeri­ kaynaklardan­ sağlanmaktadır.­ Geriye­ kalan­ çok­ az­ bir

Abs tract:

World-wide the most energy is con-sumed in heating and cooling applica-tions. A large part of the energy con-sumed in our country for the purpose ofheating is used. Given the problems ofenergy resources, there may be men-tioned two factors that guide the devel-opments in the heating sector. They areCO2 emission problem and increasingenergy cost. Energy sources specified forthese negativities, renewable energyresources and renewable energy sourcetechnologies has the fore. Heat pumpsystems is one of the most importantrenewable energy source technologies.The most important cost of heat pumpsystems are electric energy consumption.In this study, an economic comparison ismade between four different heat pumpsystems, air to air, air to water, water towater and water to air. Firstly, COPchange of heat pump modes under thecondition of constant condenser temper-ature according to different evaporatortemperature is presented. Then, electrici-ty consumption rates of heat pumps com-pared with respect to COP values.Secondly, economic treatments of fourdifferent heat pump types are assessed inaccordance with an electrical heater.Operation and installation costs in eco-nomic analysis made by considering the"payback period method" and "Netpresent value method" has been used.The present study of four different typesof heat pump systems in which both effi-ciency was determined to be both eco-nomically more advantageous than theelectric heater.

Ayşegül ÇOKGEZ KUŞKemal ÇOMAKLI

Key Words:

Heat Pumps, Renewable Energy,Economic Analysis.

Farklı Kaynaklı Isı Pompası

Sistemlerinin Ekonomik Analizi

2kemal comakli:Sablon 20.08.2015 17:53 Page 13

Makale

kısım­enerji­ihtiyacı­ise­nükleer­enerji­ve­yenilenebi-lir­ enerji­ kaynaklarından­ sağlanmaktadır.­ Enerjigereksiniminin­ büyük­ bir­ kısmını­ karşılayan­ fosilkaynaklı­enerji­rezervleri­artan­ihtiyaçla­ters­orantılıolarak­çok­hızlı­bir­şekilde­azalmaktadır.­En­iyimseröngörüler­ bile­ 2030­ ile­ 2050­yılları­ arasında­petrolrezervlerinin­ gereksinimi­ karşılamayacağını­ göster-mektedir.­ Petrol­ üreten­ ülkelerdeki­ çatışmalar­ bazıülkeleri­rahatsız­etmektedir.­Kalkınmakta­ve­nüfusuhızla­ artmakta­ olan­ ülkemizde­ de­ enerji­ tüketimihızla­artmakta,­buna­karşın­tabi­kaynaklarımız­hızlaazalmaktadır­ [1].­ Bazı­ enerji­ türlerinde­ ise­ dışabağımlılık­ söz­konusudur.­Bu­nedenlerle,­değeri­veönemi­her­geçen­gün­artan­enerji­yalnızca­ekonomikbir­ sorun­ olmakla­ kalmayıp,­ siyasi­ bir­ güvenlikmeselesine­de­dönüşmektedir.­Bu­sorunların­gideril-mesi­için­izlenmesi­gereken­ilk­yol­mevcut­enerjininen­fazla­tüketildiği­alanları­tespit­ederek,­kullanımla-rının­ en­ aza­ indirilmesini­ sağlamaktır­ [2].­ Bunlarailaveten­ aşırı­ fosil­ yakıt­ tüketimi­ sonucu­ oluşançevre­ kirliliği­ tüm­ dünyanın­ en­ önemli­ sorunların-dandır.­Sera­etkisinin­oluşmasının­temelinde­yanmasonucu­ ortaya­ çıkan­ CO2 emisyonu­ vardır.­ CO2emisyonunun­küresel­ısınmadan­başka­olumsuz­etki-leri­ olduğu­ gibi,­ yanma­ sonucunda­ yalnızca­ CO2emisyonu­değil,­aynı­zamanda­SOx ve­NOx gibi­diğerzararlı­emisyonlar­da­açığa­çıkmaktadır.

Bu­sorunlar,­enerji­ihtiyacının­temiz­ve­yenilenebilirenerji­kaynaklarından­karşılanmasını­gerektirmekte-dir.­ Yenilenebilir­ enerji­ kaynakları;­ güneş­ enerjisi,rüzgâr­enerjisi,­ jeotermal­enerji,­dalga­enerjisi,­ füz-yon­enerjisi,­biokütle­enerjisi,­toprak,­hava­ve­su­ola-rak­sayılabilir­[1].­Mevcut­ve­gelişmekte­olan­yeni-lenebilir­ enerji­ teknolojileri­ arasında­ ısı­ pompalarıönemli­bir­yer­tutmaktadır­[3].­Yaşamsal­faaliyetlerinkonfor­ şartları­ altında­ sürdürülebilmesi­ için­ yaşamalanlarının­ ısıtılması­ ve­ soğutulmasında­ harcananenerji,­ küresel­ ölçekteki­ toplam­ enerji­ tüketimindeönemli­bir­paya­sahiptir.­Avrupa­ülkelerinde­birincilenerji­tüketiminin­%­40’lık­bölümü,­ülkemizde­ise­%50’lik­bölümü­binaların­enerji­ihtiyacı­için­kullanıl-maktadır­ [4,­ 5,­ 6].­ Isı­ pompası­ sisteminin­ ısıtmadakullanılması­hem­ekonomik­bir­kazanç­sağlamakta,hem­ de­ doğal­ kaynakların­ ve­ çevrenin­ korunması

bakımından­önem­arz­etmektedir.­Isı­pompaları­gele-neksel­sistemler­ve­elektrikli­ ısıtıcılar­ ile­karşılaştı-rıldığında,­geleneksel­sistemlere­göre­enerji­gideriniönemli­ ölçüde­ azaltırken,­ elektrikli­ ısıtıcılara­ göreönemli­ bir­ enerji­ kazancı­ sağlamaktadır.­ Çevremiz-deki­hava,­toprak­ve­su­gibi­doğal­ısı­kaynaklarındanyararlanan­ısı­pompaları,­endüstriyel­uygulamalardada­ büyük­ oranda­ kullanılmaktadır­ [7].­ Isı­ pompasısistemlerinde­en­önemli­gider­elektrik­enerjisidir.­Isıpompasına­ sağlanan­ elektriğin­ daha­ düşük­ fiyattansunulması­ve­düşük­faizli­kredi­olanakları­bu­sistem-lerin­ yaygınlaşması­ noktasında­ önemli­ bir­ avantajsağlamaktadır.­ Isı­ pompalarının­ kullandığı­ elektrikenerjisinin­termik­santralden­sağlanması­durumunda,çevre­ ile­ olan­ ilişkinin­ de­ değerlendirilmesi­ gerek-mektedir­[8].­

2. ISI POMPALARININ TEMEL PRENSİBİIsıl­ enerjinin­ azalan­ sıcaklık­ yönünde,­ diğer­ birdeyişle­yüksek­sıcaklıktaki­ortamdan­düşük­sıcaklık-taki­ortama­doğru­kendiliğinden­geçtiği­herkes­tara-fından­ bilinen­ doğal­ bir­ olgudur.­ Bu­ olgu­ hiçbirmakineye­gerek­kalmadan­kendiliğinden­gerçekleş-mektedir.­Buna­karşın,­bu­olgunun­tersi,­yani­düşüksıcaklıktaki­ bir­ ortamdan­ yüksek­ sıcaklıktaki­ birortama­ısı­geçişi­kendiliğinden­oluşmamaktadır.­Buişlem­soğutma­makineleri­ve­ısı­pompaları­adı­veri-len­ özel­ makinelerin­ kullanımını­ gerektirmektedir[9].­Isı­pompaları­ve­soğutma­makineleri­aynı­çevri-me­göre­çalışmaktadır.­Fakat­kullanım­amaçları­fark-lıdır.­Soğutma­makineleri­ile­bir­mahalin­soğutulma-sı­amaçlanırken,­ısı­pompalarında­amaç­bir­mahalinısıtılmasıdır­[10].­Isı­pompası­sitemlerinde­ısı­enerji-sinin­alındığı­ortam­kaynak,­ısı­enerjisinin­aktarıldı-ğı­ortam­ise­kuyu­olarak­adlandırılmaktadır.­Isı­pom-paları­ çevremizdeki­ hava,­ toprak,­ güneş,­ su­ vb.­ ısıkaynaklarından­ yararlanmaktadır.­ Bu­ sistemlergenellikle­kaynak­tiplerine­göre­ya­da­kaynak-­kuyutiplerine­göre­adlandırılmaktadır.­Örneğin­ısı­kayna-ğı­ olarak­ toprağın­ kullanıldığı­ ısı­ pompası­ toprakkaynaklı­ ısı­ pompası­ olarak­ adlandırılmaktadır.­ Isıenerjisini­havadan­alıp­suya­aktaran­ısı­pompası­sis-temi­havadan­suya­ya­da­hava-su­ısı­pompası­olarakadlandırılabilmektedir­ [11].­ Isı­pompalarının­ teknikve­ekonomik­performansı,­kullanılan­ısı­kaynağının

14 Tesisat Mühendisliği - Sayı 148 - Temmuz/Ağustos 2015

2kemal comakli:Sablon 20.08.2015 17:53 Page 14

Makale

niteliği­ile­yakından­ilgilidir.­Bu­nedenle­ısı­pompa-sı­ sistem­ seçiminde­ kullanılacak­ ısı­ kaynağı­ ve­ ısıkuyusunun­türü­çok­önemlidir­[12].­Isı­pompasındakullanılacak­ ideal­ ısı­kaynağı­bazı­özelliklere­sahipolmalıdır.­Bu­özelliklerden­bazıları­şöyle­sıralanabi-lir.­

➢ Isıtma­sezonu­boyunca­yüksek­ve­kararlı­sıcaklığasahip­olmalıdır.

➢Bol­ve­kolay­bulunabilir­olmalıdır.➢Termofiziksel­özellikler­bakımından­uygun­olma-lıdır.

➢Kirletici­ve­aşındırıcı­(korozif)­etkisi­olmamalıdır.➢Düşük­yatırım­işletme­maliyeti­gerektirmelidir.­

2.1. Hava Kaynaklı SistemlerHava,­ her­ yerde­ bulunabilmesi,­ kullanımının­ kolayolması­ve­ekonomikliği­ile­en­çok­kullanılan­ısı­kay-nağıdır.­En­büyük­dezavantajı­kararlı­sıcaklığa­sahipolmaması­ve­özellikle­karasal­iklimlerde­kış­ayların-da,­ hatta­ gün­ içerisinde­ hava­ sıcaklığının­ çok­ düş-mesidir.­ Isı­pompalarında­ ısı­kaynağı­ ile­ ısı­kuyusuarasındaki­sıcaklık­farkı­arttıkça­sistem­performansıazaldığı­için­dış­hava­sıcaklığının­düşmesi­ısı­pom-pasının­kapasite­ve­performansını­düşürmektedir.­Bunedenle­ hava­ kaynaklı­ ısı­ pompaları­ karasal­ iklim-lerde­yaygın­olarak­kullanılmamaktadır.­Ayrıca,­havakaynaklı­ısı­pompalarında­0­°C­ve­altındaki­sıcaklık-larda­ buharlaştırıcı­ serpantini­ üzerinde­ buzlanmaolmaktadır.­Oluşan­buzlanma,­ ısı­ transferini­ azalta-rak­ ısı­ pompasının­ performansını­ düşürmektedir.Buzlanmayı­çözmek­ için­ ısı­pompasının­ ters­yöndeçalıştırılarak­ defrost­ yapılması­ gerekmektedir.Defrost­sıklığı­arttıkça­enerji­ tüketimi­de­artacağın-dan­ ısı­ pompası­ performans­ katsayısı­ düşecektir[12,13].

2.2. Yüzey Suyu Kaynaklı SistemlerBu­sistemlerde­ ısı­kaynağı­olarak­deniz,­göl,­gölet,vb.­büyük­su­kütleleri­kullanılmaktadır.­Deniz­ve­gölsuyu­ sıcaklıkları,­ hava­ ve­ toprağa­ kıyasla­ daha­ azdeğişiklik­ göstermektedir.­ Nehir­ ve­ göl­ suyu­ kay-naklı­ısı­pompası­sistemlerinin­ilk­yatırım­maliyetle-ri­toprak­kaynaklı­ısı­pompalarından­daha­düşüktür.Ancak­kullanım­ve­tahliyesi,­yerel­yönetimlerin­yap-

tıkları­düzenlemelere­bağlı­olduğundan­çeşitli­kısıt-lamalar­ veya­ yasaklar­ söz­ konusu­ olabilmektedir.Nehir­ ve­ göl­ suyu­ kaynaklı­ ısı­ pompalarında­ suderinliğinin­2­m’den­az­olmaması­ve­yüzey­alanınınkurulu­ısı­pompası­kapasitesinin­her­bir­kW’ı­için­enaz­ 80­m2 olması­ gerekmektedir.­Kış­ sıcaklıklarınınyaklaşık­0­°C’ye­kadar­düşmesi­bu­ısı­kaynaklarınınen­büyük­dezavantajlarıdır­­[12,­14].

2.3. Yeraltı Suyu Kaynaklı SistemlerYeraltı­ suları­ yeterli­ miktarda,­ kalitede­ ve­ uygunderinlikte­bulunmaları­durumunda­ısı­kaynağı­olarakkullanılabilmektedir.­ Yeraltı­ sularının­ en­ avantajlıyönü,­10­m­ve­daha­derinlerde,­daha­yüksek­ve­nere-deyse­sabit­sıcaklığa­sahip­olmasıdır.­Pek­çok­bölge-de­ yeraltı­ suları­ 4–10­ °C­ arasında­ kararlı­ sıcaklığasahiptir.­Suyun­sıcaklığı;

•­Çıkarıldığı­derinliğe,•­İklime,•­Bölgenin­jeolojik­yapısına­bağlıdır.­

Bu­ ısı­ kaynağından­ yararlanmak­ için­ de­ açık­ vekapalı­ sistemler­ kullanılmaktadır.­Açık­ sistemlerdeyeraltı­ suyu­ ısı­ pompasına­ pompalanmakta,­ ısıalmakta­ ve­ daha­ sonra­ ayrı­ bir­ kuyuya­veya­yüzeysuyuna­geri­göndermektedir.­Kapalı­ sistemlerde­ isedirekt­genleşmeli­tip­(soğutkan­yeraltı­ısı­değiştirici-de­buharlaşmaktadır)­veya­salamura­çevrimli­tip­ola-bilmektedir­[12,14].

Yeraltı­ suyunun­ mevsime­ bağlı­ sıcaklık­ değişimiazdır.­Bu­nedenle,­bu­ısı­kaynağını­kullanan­sistem-ler­ özellikle­ hava­ sıcaklığının­ yaz­ ile­ kış­ arasındabüyük­değişim­gösterdiği­karasal­iklimler­için­avan-tajlıdır.­ Bir­ mahaldeki­ yeraltı­ suyu­ sıcaklığı­ yılboyunca­lokal­olarak­ortalama­yıllık­hava­sıcaklığı-na­ eşittir.­Aşırı­ kuyu­ derinliğine­ sahip­ yeraltı­ suyusıcaklıkları­ortalama­yıllık­çevre­sıcaklığından­dahayüksektir.­Yeraltı­suyunun­başlıca­dezavantajları;

•­Suyun­bulunabilirliği,•­Miktarının­yeterliliği,•­İlk­yatırım­maliyetinin­yüksek­oluşu,•­Düşük­kalitedeki­suların­sebep­olduğu­sorunlar,

Tesisat Mühendisliği - Sayı 148 - Temmuz/Ağustos 2015 15

2kemal comakli:Sablon 20.08.2015 17:53 Page 15

Makale

•­Yerel­yönetmeliklerden­kaynaklanabilecek­kısıtla-malar,

•­Çevre­kirliliği­oluşturma­ihtimalidir.­

3. MATERYAL ve YÖNTEMBu­çalışmada­su-hava,­su-su,­hava-hava­ve­hava-suolmak­üzere­dört­farklı­çalışma­şekline­sahip­bir­ısıpompası­ sistemi­ kullanılmıştır.­ Sistemin­ dört­ farklıçalışma­ şekli­ için,­ sabit­ yoğuşturucu­ sıcaklığında,buharlaştırıcı­ kaynak­ akışkan­ sıcaklığındaki­ artışabağlı,­yıllık­elektrik­enerjisi­maliyetleri­hesaplanmış-tır.­Daha­sonra­bu­sistemler­ile­aynı­kapasiteye­sahipbir­elektrikli­ısıtıcı­arasında­ekonomik­analiz­yapıla-rak,­verimlilik­ve­ekonomiklik­yönünden­sistemlerinavantajlılığı­ karşılaştırılmıştır.­ Isı­ pompası­ ile­ ilgiliçalışmalar­Atatürk­ Üniversitesi­ Makine­Mühendis-liği­ Bölümü­ Enerji­ Laboratuvarı’nda­ bulunan­ çokfonksiyonlu­ bir­ ısı­ pompası­ sisteminde­ yapılmıştır(Şekil­1).­Sistem­dört­ farklı­ şekilde­çalışabilmekte-dir.­Sistemde­birer­adet­havalı­yoğuşturucu­ve­buhar-laştırıcı,­birer­adet­sulu­yoğuşturucu­ve­buharlaştırı-cı,­bir­adet­kompresör,­iki­adet­kısılma­vanası­ve­çoksayıda­ solenoid­ vana­ bulunmaktadır.­ Kullanılankompresör­ ve­ ölçüm­ ekipmanları­ bütün­ çalışmaşekilleri­için­aynıdır­[11].­

Hava-hava­ısı­pompası­sisteminde­ısı­kaynağı­olarak

dış­hava­kullanılmaktadır.­Isı­kaynağından­alınan­ısıdoğrudan­ mahal­ havasına­ transfer­ edilmektedir.Hava-su­ ısı­ pompası­ sisteminde­ ısı­ kaynağı­ yinehavadır.­Isı­kaynağından­alınan­ısı­suya­aktarılmak-tadır.­Su-hava­ısı­pompası­sisteminde­ise­ısı­kaynağıolarak­ şebeke­ suyu­ kullanılmaktadır.­ Isı­ kaynağın-dan­alınan­enerji­doğrudan­mahal­havasına­ transferedilmektedir.­ Su-su­ ısı­ pompası­ sisteminde­ ise­ ısıkaynağı­olarak­şebeke­suyu­kullanmakta­ve­ısı­kay-nağından­alınan­enerji­yine­suya­aktarılmaktadır.

3.1. Isı Pompası Hesaplamalarında Kullanılan Bağıntılar

İdeal­ısı­pompası­çevriminde­ısı­pompasının­etkinlikkatsayısı­değeri­eşitlik­(1)­ve­eşitlik­(2)­ile­ifade­edil-mektedir.

Elde­edilmek­istenen­değerCOPIP =­————————————­­­­­­­­­­­­­­­(1)Harcanması­gereken­­değer

QKond.COPIP=­—————– (2)WKomp,elektrik

Kondenser,­ evaporatör­ kapasiteleri­ ve­ kompresörgücü­aşağıdaki­eşitliklerden­elde­edilir.

Qkond =­mr (hg −­hç) (3)

16 Tesisat Mühendisliği - Sayı 148 - Temmuz/Ağustos 2015

Şekil 1. Isı Pompası Deney Düzeneği

2kemal comakli:Sablon 20.08.2015 17:53 Page 16

Makale

Qevap. =­mr (hç −­hg)­­ (4)

Wkomp =­mr (hç −­hg)­veya

Wkomp =­V.cos().√3­­ (5)

Burada­r­alt­ indisi­soğutucu­akışkanı,­g­ve­ç­alt­ in-disleri­sırasıyla­giren­ve­çıkan­terimlerini,­I­kompre-sörün­çektiği­akımı,­V­kompresörün­kullandığı­elek-trik­gerilimini­ifade­etmektedir.­Deney­düzeneğindekullanılan­ havalı­ ve­ sulu­ yoğuşturucular­ için­ sabitQkond değerleri;­sırasıyla­6.35­kW­ve­6.978­kW­ola-rak­belirlenmiştir­[11].

3.2. Ekonomik Analiz için Kullanılan Metotlar

3.2.1. Şimdiki Değer MetoduMühendislik­proje­ve­yatırımlarının­ekonomik­karşı-laştırılmasında­en­çok­kullanılan­metottur.­Bu­metotile­gelecek­zaman­içindeki­tüm­para­akışları­şimdikideğere­ getirilir­ ve­ alternatif­ yatırımların­ şimdikideğerleri­karşılaştırılarak­en­ekonomik­olan­alterna-tif­ seçilir.­ Alternatiflerin­ maliyet­ karşılaştırmasıyapılıyorsa,­toplam­masrafların­şimdiki­değerinin­endüşük­ olduğu­ alternatif­ tercih­ edilmelidir­ [7].Alternatif­ yatırımların­maliyetlerinin­ şimdiki­ değerhesabı­için­aşağıdaki­korelasyon­kullanılmıştır.­

FnBD­=­∑n=1———­­­­­­­­­;­n­=­1,­2,­3,­…t­­­ (6)(1+i)n

Burada­Fn gelecekteki­nakit­ akımlarını,­ t­ planlananödeme­süresini­ve­i­kırdırma­oranını­göstermektedir.Nakit­ girişleri­ yerine­ nakit­ çıkışlarının­ söz­ konusuolduğu­durumlarda,­giderlerin­bugünkü­değeri­BDCile­ifade­edilmektedir.­

Bu­durumda­Cn,­n­periyodu­sonundaki­giderleri­gös-termek­üzere;

CnBDC =­∑n=1———­­­­­­­­­­­­ (7)(1+i)n

olarak­yazılmaktadır.­Bir­alternatifin­ekonomik­ömrüsüresince­ sağladığı­ gelirlerin­ bugünkü­ değeri­ ile

maliyetlerin­ bugünkü­ değeri­ arasındaki­ fark­ netbugünkü­ değeri­ vermektedir.­ Bu­ durumda­ netbugünkü­değer­(NBD);

Cn CnBDC =­∑n=1———­– ∑n=1———­­­­­­­­ (8)(1+i)n (1+i)n

yazılmaktadır.

Alternatifler­arasında­seçim­yapılırken­net­bugünküdeğeri­ maksimum­ olan­ alternatifin­ tercih­ edilmesigerekmektedir­[15].­

3.2.2. Geri Ödeme Süresi MetoduGeri­ödeme­süresi,­yatırımın­kazançlarının,­yatırımın­maliyetine­ eşit­ oluncaya­ kadar­ geçen­ süredir.­ Geriödeme­ süresi­ analizinde­ karar­ kriteri,­ geri­ ödemedevresi­en­küçük­olan­projeyi­seçmektir.­Geri­ödemesüresi­ analizinde­ her­ yatırımın­ kazançları­ birikimliolarak­ele­alınmaktadır.­Birikimli­kazanç­ne­zamanyatırım­maliyetine­eşit­olursa­o­zamana­kadar­geçensüre­geri­ödeme­süresi­olarak­alınır­[15].­Geri­ödemesüresi;

Yatırım­MaliyetiGeri­Ödeme­Süresi­=­———————– (9)

Yıllık­Tasarruf­

şeklinde­hesaplanmaktadır.

4. BULGULAR

4.1. Dört Farklı Çalışma Şekli İçin Yıllık Elektrik Maliyetlerinin Karşılaştırılması

Çalışmada­ yoğuşturucu­ sıcaklığı­ sabit­ tutularak,buharlaştırıcı­ sıcaklığının­ artışına­ bağlı­ olarak­ ısıpompası­ sisteminin­ her­ bir­ çalışma­ şekli­ için­COPdeğerindeki­ değişim­ belirlenmiştir.­ Daha­ sonra­ ısıpompası­ sistemi­ COP­ değerlerindeki­ değişim­ ilekompresör­ gücündeki­ değişimler­ belirlenerek­ ısıpompası­sisteminin­yıllık­elektrik­tüketim­miktarınındeğişimi­ hesaplanmıştır.­Mevcut­ ısı­ pompası­ siste-minin­dört­farklı­çalışma­şekli­için­ısıtma­tesir­katsa-yısı­(COP)­ve­yıllık­elektrik­maliyetlerinin,­evapora-tör­ kaynak­ akışkan­ sıcaklık­ artışına­ göre­ değişimiŞekil­ 2’de­ grafikler­ şeklinde­ sunulmuştur.­ Kaynakakışkan­sıcaklığının­artması­ile­evaporatörden­alınan

Tesisat Mühendisliği - Sayı 148 - Temmuz/Ağustos 2015 17

2kemal comakli:Sablon 20.08.2015 17:53 Page 17

Makale

ve­ kondenserden­ atılan­ ısıl­ enerji­miktarı­ artarken,ısı­ pompası­ sistemi­ ısıtma­ tesir­ katsayısı­ da­ (COP)artmaktadır.­Ayrıca,­her­bir­çalışma­şekli­için,­buhar-laştırıcı­ kaynak­ akışkan­ sıcaklık­ değişimine­ bağlıyıllık­ elektrik­ maliyet­ değişiminin­ karşılaştırılmasıŞekil­3’te­grafiksel­olarak­sunulmuştur.­Bütün­çalış-ma­ şekilleri­ için­ ısı­ pompası­ ısıtma­ tesir­ katsayısı(COP),­kaynak­akışkan­birim­sıcaklığındaki­artış­ileartmaktadır.­ Isıtma­ tesir­ katsayısındaki­ (COP)­ enfazla­artış­hava-hava­ve­su-hava­çalışma­şekillerindegerçekleşmektedir.­ Yıllık­ elektrik­ maliyetleri­ iseCOP­değerlerindeki­artmaya­paralel­olarak­azalmak-tadır.­Ancak­su-su­çalışma­şekline­sahip­ısı­pompası

sisteminin­ ısıtma­ tesir­ katsayısı­ (COP),­ hava-havaçalışma­şekline­ sahip­ ısı­pompası­ sisteminin­ ısıtmatesir­katsayısı­(COP)­değerinden­daha­yüksek­olma-sına­ rağmen,­ yıllık­ elektrik­ tüketiminin­ de­ yüksekolduğu­belirlenmiştir.­Bu­durum­sistemde­kullanılanhavalı­ kondenser­ ile­ sulu­ kondenser­ arasındaki­ ka-pasite­farkıyla­açıklanabilmektedir.

4.2. Isı Pompası Sisteminin Dört Farklı Çalışma Şekli İle Bir Elektrikli Isıtıcının Ekonomik Analizi

Bir­ ısı­ pompası­ sisteminin­uygulanabilir­olabilmesiiçin­ termodinamik­ bakımdan­ uygun­ olduğu­ kadar

18 Tesisat Mühendisliği - Sayı 148 - Temmuz/Ağustos 2015

Şekil 2. Isı Pampası Sisteminin Dört Farklı Çalışma Şekli İçin (a) COP Değerinin, (b) Yıllık Elekrik MaliyetininEvaporatör Kaynak Akışkan Sıcaklık Artışına Bağlı Değişimi

Şekil 3. Isı Pompası Sisteminin Dört Farklı Çalışma Şekli İçin Yıllık Elektrik Maliyetinin, BularlaştırıcıKaynak Akışkan Sıcaklığındaki Birim Artışına Göre Değişiminin Sütun Grafiği

2kemal comakli:Sablon 20.08.2015 17:53 Page 18

Makale

ekonomik­bakımdan­da­uygun­bir­maliyette­olmasıgerekmektedir.­ “Geri­ Ödeme­ Süresi­ Metodu”­ ve“Net­Bugünkü­Değer­Metodu”­bir­yatırımın­ekono-mik­olup­olmadığını­değerlendirmek­için­kullanılanyöntemlerdendir.­

4.2.1. Geri Ödeme Süresi Metoduna Göre Ekonomik Analiz

Yapılan­ ekonomik­ analizde,­ ısı­ pompası­ sistemininher­bir­çalışma­şekli­için­yıllık­elektrik­maliyetinin­endüşük­ olduğu­ kompresör­ gücü­ dikkate­ alınmıştır.Karşılaştırma­için­kullanılan­elektrikli­ısıtıcının­6­kWgücünde­ olduğu­ kabul­ edilmiştir.­ Hesaplamalarda,cihazların­ısıtma­sezonu­boyunca­180­gün­ve­her­gün10­ saat­ çalıştığı­ esas­ alınmıştır.­ Ekonomik­ analizdekullanılan­ elektrik­ birim­ fiyatı,­ Türkiye­ ElektrikDağıtım­Anonim­ Şirketi­ tarafından­Kasım­ 2011­ tekzamanlı­ tarife­ fiyatı­ olan­ 0,21659­ L/kWh­ alınmıştır[16].­Isı­pompası­sisteminin­dört­farklı­çalışma­şekliiçin­elde­edilen­sonuçlar­Tablo1’de­sunulmuştur.­

Su-hava­çalışma­şekline­sahip­ısı­pompası­sisteminin

geri­ödeme­süresi­4,2­yıl,­su-su­çalışma­şekline­sahipısı­ pompası­ sisteminin­ geri­ ödeme­ süresi­ 4,9­ yıl,hava-hava­çalışma­şekline­sahip­ısı­pompası­sistemi-nin­geri­ödeme­süresi­4,6­yıl­ve­hava-su­çalışma­şek-line­sahip­ ısı­pompası­sisteminin­geri­ödeme­süresi5,5­yıl­olarak­hesaplanmıştır.­Isı­pompası­sistemindetüm­ çalışma­ şekillerinin,­ elektrikli­ ısıtıcıya­ göredaha­kârlı­olduğu­belirlenmiştir­(Tablo­1).­Ayrıca­ısıpompası­sisteminin­farklı­çalışma­şekilleri­içerisindeen­avantajlı­olan­su-hava­çalışma­şekline­sahip­sis-tem­ olduğu­ görülmüştür.­ Isı­ pompası­ sistemininfarklı­çalışma­şekillerindeki­geri­ödeme­süreleri­ara-sındaki­ilişki­Şekil­4’te­grafiksel­olarak­gösterilmiş-tir.­ Bu­ çalışma­ şekillerinden­ herhangi­ birinin­ elek-trikli­ ısıtıcı­yerine­kullanılması­durumunda­kullanı-cının­kârlı­olduğu­saptanmıştır.

4.2.2. Net Bugünkü Değer Metoduna Göre Ekonomik Analizi

Geri­ödeme­süresi­metodunda­paranın­zamana­göredeğişimi­ dikkate­ alınmamaktadır.­ Bu­ nedenle­ bumetot­paranın­zamana­göre­değişimini­hesaba­katan

Tesisat Mühendisliği - Sayı 148 - Temmuz/Ağustos 2015 19

Tablo 1. Isı Pompası Sistemi Farklı Çalışma Şekillerinin Elektrikli Isıtıcıya Göre Geri Ödeme Süreleri

Şekil 4. Isı Pompası Sistemi Farklı Çalışma Şekillerinin Elektrikli Isıtıcıya GöreGeri Ödeme Sürelerinin Karşılaştırılması

2kemal comakli:Sablon 20.08.2015 17:53 Page 19

Makale

başka­ bir­ yöntem­ ile­ birlikte­ kullanılmalıdır.­ Bunedenle­ yapılan­ maliyet­ analizinde,­ “Geri­ ÖdemeSüresi­Metodu”­yanında­paranın­zamana­göre­deği-şimini­ dikkate­ alan­ “Net­ Bugünkü­Değer­Metodu”kullanılmıştır.

Net­bugünkü­değer;­bir­alternatifin­ekonomik­ömrüsüresince­ sağladığı­ gelirlerin­ bugünkü­ değeri­ ilemaliyetlerin­ bugünkü­ değeri­ arasındaki­ farkı­ ver-mektedir.

Mevcut­alternatiflerin­kurulum­maliyeti,­her­yıl­sağ-layacağı­tasarruf,­yıllık­bakım­maliyeti,­hurda­değer,projenin­ ekonomik­ ömrü­ ve­ yıllık­ faiz­ oranı­ gibideğerlerin­ne­kadar­olacağı,­vs.­bilinmesi­gerekmek-tedir.­Tablo­ 2’de­ ısı­ pompası­ sisteminin­ dört­ farklıçalışma­ şekli­ için­ “Net­ Bugünkü­ Değer­ Metodu”kullanılarak­elde­edilen­net­bugünkü­değerler­veril-miştir.

Hesaplamalarda­ ısı­ pompası­ siteminin­ yıllık­ bakımmaliyeti­ve­hurda­değeri­ihmal­edilmiştir.­Yıllık­faizoranı,­i=­%10­ve­toplam­sistem­ömrü,­n=­15­yıl­ola-rak­ alınmıştır.­ Hesaplamalar­ sonucunda­ su-havaçalışma­ şekline­ sahip­ ısı­ pompası­ sisteminin­ netbugünkü­değeri­1.034­TL,­hava-hava­çalışma­şeklinesahip­ısı­pompası­sisteminin­net­­bugünkü­­değeri-177­TL,­su-su­çalışma­şekline­sahip­ısı­pompası­sis-teminin­ net­ bugünkü­ değeri­ -1.483­ TL­ ve­ hava-suçalışma­ şekline­ sahip­ ısı­ pompası­ sisteminin­ netbugünkü­ değeri­ -3005­ TL­ olarak­ elde­ edilmiştir.Alternatifler­arasında­seçim­yapılırken­net­bugünküdeğeri­ maksimum­ olan­ alternatifin­ tercih­ edilmesigerekmektedir­(Okka­2009).­Buna­göre­ısı­pompasısisteminin­dört­ farklı­ çalışma­ şekli­ için­ tercih­ edil-

mesi­gereken­sistemin­su-hava­çalışma­şekline­sahipısı­pompası­sistemi­olduğu­belirlenmiştir.

5. SONUÇYapılan­ çalışmada­ bir­ ısı­ pompası­ sisteminin­ su-hava,­su-su,­hava-hava­ve­hava-su­olmak­üzere­dörtfarklı­ çalışma­ şekli­ için,­ ısıtma­ tesir­ katsayısınınbuharlaştırıcı­ kaynak­ akışkan­ sıcaklığının­ artışınabağlı­değişimi­incelenmiştir.­Dört­çalışma­şekli­içinde­ en­ yüksek­ ısıtma­ tesir­ katsayısının­ (COP)­ eldeedildiği­kompresör­gücüne­göre­ısı­pompası­sistemi-nin­yıllık­ elektrik­maliyeti­hesaplanmıştır.­ Isı­pom-pası­sisteminin­bir­elektrikli­ısıtıcıya­göre­uygulana-bilirliğini­ incelemek­ amacıyla­ ekonomik­ analizyapılmıştır.­ Yapılan­ ekonomik­ analizde­ “GeriÖdeme­ Süresi­ Metodu”­ ve­ “Net­ Bugünkü­ DeğerMetodu”­kullanılmıştır.

Yapılan­hesaplamalara­göre­en­yüksek­yıllık­elektrikmaliyeti­ havadan­ suya­ ısı­ pompası­ sisteminde,­ endüşük­ yıllık­ elektrik­ maliyeti­ ise­ sudan­ havaya­ ısıpompası­sisteminde­elde­edilmiştir.­Buradan­yüksekbuharlaştırıcı­ kaynak­ akışkan­ sıcaklığına­ sahip­ sis-temlerin­daha­ekonomik­olduğu­sonucuna­varılmış-tır.

Isı­pompası­sisteminin­dört­farklı­çalışma­şekli­içinde­elektrik­tüketiminin,­elektrikli­ısıtıcıya­göre­en­az3­kat­daha­az­olduğu­saptanmıştır.­Bu­çalışma­şekil-lerinden­herhangi­birinin­elektrikli­ısıtıcı­yerine­kul-lanılması­durumda,­her­bir­sistemin­elde­edilen­geriödeme­süresi­sonunda­kendini­amorti­ettiği­ve­sonra-ki­ yıllarda­ kullanıcıya­ kâr­ sağladığı­ saptanmıştır.Elde­edilen­sonuçlara­göre­en­avantajlı­sistemin,­geriödeme­ süresi­ en­ kısa­ olan­ su-hava­ çalışma­ şekline

20 Tesisat Mühendisliği - Sayı 148 - Temmuz/Ağustos 2015

Tablo 2. Isı Pompası Sisteminin Net Bugünkü Değerleri

2kemal comakli:Sablon 20.08.2015 17:53 Page 20

Makale

sahip­ısı­pompası­sistemi­olduğu­belirlenmiştir.­Netbugünkü­değer­metodu­ile­yapılan­ekonomik­analizsonucuna­ göre­ de­ en­ avantajlı­ sistemin,­ su-havaçalışma­ şekline­ sahip­ ısı­ pompası­ sistemi­ olduğusaptanmıştır.­Sonuç­olarak,­su-hava­çalışma­şeklinesahip­ısı­pompası­sisteminin­en­kısa­geri­ödeme­süre-si­ve­pozitif­net­bugünkü­değere­sahip­olması­ile­busisteminin­diğer­çalışma­şekillerine­ve­elektrikli­ısı-tıcıya­göre­daha­avantajlı­olduğu­belirlenmiştir.­

KAYNAKLAR[1] Ünlü,­K.,­Hava­ve­Toprak­Kaynaklı­Isı­Pompa-

larına­ Etki­ Eden­ Parametrelerin­ İncelenmesi,Doktora­ Tezi,­ Uludağ­ Üniversitesi,­ FenBilimleri­Enstitüsü,­Bursa,­2005.

[2] Bayraktar,­T.­N.­M.,­Konutlarda­En­İyi­Isıtma­VeSoğutma­ Sisteminin­ Türkiye­ ŞartlarındaAraştırılması,­Yüksek­Lisans­Tezi,­Gazi­Üniver-sitesi,­Fen­Bilimleri­Enstitüsü,­Ankara,­2010.

[3] Küçükçalı,­R.,­Isıtma­Sektöründe­Yeni­Teknolo-jiler­Ve­Gelecek,­Tesisat­Mühendisliği­Dergisi,Kasım-Aralık,­78,­61-79,­2003.

[4] Pastakkaya,­B.,­Bir­Konutun­Istılması­ve­Soğu-tulmasında­ Güneş­ Enerjisi­ Kaynaklı­Absorbsi-yonlu­ Sistemlerin­ Kullanılması,­ Doktora­ Tezi,Uludağ­ Üniversitesi,­ Fen­ Bilimleri­ Enstitüsü,Bursa,­2012.

[5]­ Karslı,­ S.,­Kaya,­M.,­ Erdoğan,­ S.­ ve­Çomaklı,Ö.,­ Erzurum­ İlinde­ Jeotermal­ Kaynaklı­ IsıPompalarının­Kullanımı,­ULIBTK’07­ 16.­Ulu-sal­Isı­Bilimi­ve­Tekniği­Kong.,­Kayseri,­2007.

[6]­ Özyurt,­Ö.,­Bakırcı,­K.,­Ekinci,­D.­A.,­Çomaklı,K.,­Erzurum’da­Toprak­Kaynaklı­Isı­PompasınınDeneysel­ İncelenmesi,­ ULIBTK’07­ 16.­ UlusalIsı­Bilimi­ve­Tekniği­Kong.,­Kayseri,­2007.

[7]­ Aybers,­ N.,­ Şahin,­ B.,­ Enerji­ Maliyeti,­ Yıldız

Teknik­ Üniversitesi­ Yayını,­ Yayın­ No:­ 299,1995.

[8] Kılkış,­ B.­ İ.,­ Isı­ Pompalı­ Birleşik­ Isı­ ve­ GüçSistemlerinin­ Parametrik­ ­ Değerlendirmesi.Türk­Tesisat­Mühendisleri­Dergisi,­s.­53,­22-25,2008

[9]­ Çengel,­Y.,­Boles,­M.,­Mühendislik­Yaklaşımıy-la­Termodinamik,­Güven­­Bilimsel­İzmir­GüvenKitabevi,­946­s,­İzmir,­2011.­

[10]­Yamankaradeniz,­ R.,­ Horuz,­ İ.,­ Kaynaklı,­ Ö.,Coşkun,­ S.,­ Yamankaradeniz,­ N.,­ SoğutmaTekniği­ ve­ Isı­ Pompası­ Uygulamaları,­ DoraYayınları,­690,­Bursa,­2009.­

[11]­­Çakır,­ U.,­ Isı­ Pompalarının­ Kondenser­ veEvaporatörde­ Kullanılan­ Akışkana­ GöreEkserjetik­ Olarak­ Karşılaştırılması,­ DoktoraTezi,­Fen­Bilimleri­Enstitüsü,­Atatürk­Üniver-sitesi,­Türkiye,­2011.

[12]­­Erdoğan,­S.,­Yılmaz,­M.,­Şahin,­B.,­Özyurt,­Ö..Isı­ pPompası­ Sistemlerinin­ Seçimi,­ TesisatMühendisliği­Dergisi,­s.­92,­40–49,­2006.

[13]­ Yılmaz,­ V.,­ Toprak­ Kaynaklı­ Isı­ PompasınınKlasik­Sistemlerle­Tekno-Ekonomik­Karşılaş-tırılması,­Y.­Lisans­Tezi,­Fen­Bilimleri­Enstitü-sü,­Yıldız­Teknik­Üniversitesi,­Türkiye,­2000.

[14]­­Anonim,­ 2006,­ International­ Energy­ Agency(IEA)­Heat­Pump­Centre,­www.heatpumpcen-tre.org,­28.05.2014.­

[15]­­Okka,­ O.,­ Mühendislik­ Ekonomisi­ Teori­ veÇözümlü­ Problemler,­ Nobel­ Yayın­ Dağıtım,1076,­Ankara,­2009.

[16]­­Türkiye­ Elektrik­ Dağıtım­ Anonim­ Şirketi“2011­Tarifeleri”,­http://www.­tedas.gov.tr/tari-feler_xls/2011trf/temmuz­ %202011%20tarife-ler%20Bid.xls,­25.11.2011.

Tesisat Mühendisliği - Sayı 148 - Temmuz/Ağustos 2015 21

2kemal comakli:Sablon 20.08.2015 17:53 Page 21