Ders 8 · Bölüm 3: Jeotermal ısı pompaları — açık ve kapalı devre, toprak halkaları, antifriz, doğrudan sistem

Bodrum katı yazın serin, kışın ılık gelir; çünkü toprak, mevsimler arasında ısıyı saklayan dev bir kumbaradır. Jeotermal ısı pompaları bu kumbaradan kışın ısı çeker, yazın ısı bırakır. Bu bölüm Ders 8'in üçüncü ve son bölümü: jeotermal ısı pompaları. Sayılar ders notlarındaki gibi.

Toprak: güneşin kumbarası

Güneşten dünyaya her yıl insanların kullandığı enerjinin 6000 katından fazlası ulaşır. Yer kabuğunda saklanan enerjinin %4'ünden azı sıcak çekirdekten gelir; gerisini güneş, yağmur ve rüzgâr doldurur. Jeotermal ısı pompası da kompresör, kondenser, evaporatör, genleşme elemanı ve dört yollu vanayla çalışır; farkı, ısıyı havadan değil sudan almasıdır. Su kaynağının sıcaklığı yıl boyu az değiştiği için defrost gerekmez. Havayı ısıtan tipe sudan havaya, yerden ısıtma gibi su devrelerini ısıtan tipe sudan suya denir.

Açık devre: kuyu suyu

Açık devrede kuyu, göl ya da gölet suyu cihazdan geçip yeniden toprağa döner. İç içe iki borulu eşeksenli eşanjörde su içteki kanallı borudan, soğutucu dıştaki gövdeden ters yönde akar; ikisi hiç karşılaşmaz. Seçmeden önce üç soru sorulur: kuyu yeterli galon/dakika (gpm) verir mi, suyun sıcaklığı kaç, su temiz ve az mineralli mi? Kum, kil ve mineraller eşanjörü aşındırır ve kireçlendirir; bakır-nikel boru aşınmaya daha dayanıklıdır ama aynı hızda kirlenir. Su, giriş ile çıkış arasında genelde 7–10 °F soğur; 55 °F giren, 47 °F çıkan suda fark 8 °F'tır. Dönüş kuyusu besleme kuyusundan en az 100 ft uzakta ve en az onun kadar büyük olmalıdır. Dönüş hattındaki yavaş kapanan solenoid vana su koçunu önler; basınç tankı, kuyu pompasının 10 dakikada birden sık çalışmasını engeller.

Kapalı devre: toprağa gömülü halkalar

Su kötü ya da azsa, ya da açık devre yasaksa kapalı devre kullanılır: plastik borularda su ya da antifrizli su dolaşır ve aynı sıvı yıllarca döndüğü için eşanjör kirlenmez. Arazi azsa dikey kuyular, genişse yatay hendekler açılır. Yay gibi yassı sarılmış halkalar hendek boyunu üçte bir ile üçte iki arasında kısaltır. Örnek bir evde her halka yaklaşık 600 ft borudur ve 1 ton kapasite verir; halkalar 12–15 ft arayla, 5–8 ft derine serilir ve dört halka 4 ton eder. Boru ekleri yaklaşık 500 °F'ta 15 saniye ısıtılıp birbirine kaynaştırılır.

Seri mi, paralel mi? Hangi sıvı?

Seri devrede sıvının tek yolu vardır; havası kolay atılır ve boru boyu başına daha çok ısı alır, ama daha kalın boru, daha çok antifriz ister ve basınç kaybı yüksektir. Paralel devre ince ve ucuz boruyla kurulur; fakat havayı atmak zordur ve kollar eşit boyda olmazsa kısa kol fazla sıvı alır, uzun kol aç kalır. Hava, güçlü bir pompa düzeneğiyle yüksek hızda yıkanarak atılır. Antifriz seçenekleri tuzlar, glikoller ve alkollerdir: tuzlar havayla birleşince metali aşındırır, glikoller çok soğukta jöleleşir, alkoller havayla karışınca yanabilir. Araç antifrizi ya da cam suyu asla kullanılmaz; korozyon önleyicili hazır jeotermal sıvı tercih edilir.

Ölçüm: gpm × fark × 500

Su tarafının aldığı ya da bıraktığı ısı BTU/saat = gpm × sıcaklık farkı × 500 ile bulunur; 500 saf su içindir, antifrizde genelde 485 kullanılır. Debi düşükse su soğuk serpantinde uzun kalır: ısıtmada emiş basıncı düşer ve giriş-çıkış farkı büyür; soğutmada basma basıncı yükselir. Kireç ise yalıtım gibi davranır ve farkı küçültür. Halka kısa tasarlandıysa kışın cihaza fazla soğuk, yazın fazla sıcak sıvı gelir. Basınç ve sıcaklık, boru üzerindeki küçük test portlarından ölçülür; debi, basınç düşümü tablosundan okunur.

Doğrudan sistem: toprakta soğutucu

Doğrudan sistemde arada su yoktur: 3/8–7/16 inç bakır borular toprağa gömülür ve içlerinde soğutucu dolaşır, yani toprak evaporatörün ta kendisi olur. Bir eşanjör, bir pompa ve antifriz ortadan kalkar; ısı üç yerine iki adımda taşınır. Her halka 70–100 ft uzunluktadır ve 3–4 ft derin hendeğe kumla gömülür; çapraz düzende ton başına 45 derece eğimli dört 50 ft'lik delik yaklaşık 35 ft derine iner. Toprak altında hiç ek yoktur; plastik kaplamadaki yivler olası kaçağı yüzeye taşır. Kompresör buharı yaklaşık 40 °F'tan 160 °F'a ısıtır. Mevcut bir sisteme dönüştürüldüğünde ısıtma-soğutma giderinin %50'ye kadar azalabildiği belirtilir.

Sahada neden önemli?

Su kalitesi: Açık devrede kireçlenen eşanjör sessizce verim kaybettirir; kuyu suyu kurulumdan önce incelenmelidir.

Hava: Kapalı devrede kalan hava metal parçaları aşındırır ve akışı tıkar; devre çalıştırılmadan önce tamamen temizlenir.

Güvenlik: Sızan su ya da antifriz elektrik çarpması riski yaratır; bazı antifrizler yanıcıdır, açık aleve yaklaştırılmaz.

Ek malzeme

Bu bölümün ek malzemesi: ders notlarından üretilen özet, sohbet ve test.

Mini test

1) Açık devrede giriş-çıkış su farkı genelde kaç °F? — 7–10 °F. 2) Dönüş kuyusu besleme kuyusundan en az ne kadar uzak olmalı? — 100 ft. 3) Saf suyla ısı formülündeki sabit sayı? — 500 (antifrizde 485). 4) Jeotermal ısı pompasında defrost gerekir mi? — Hayır. 5) Doğrudan sistemde toprağa gömülü borularda ne dolaşır? — Soğutucu akışkan.

Ders 8 burada bitiyor. Bir sonraki ders: Ev tipi cihazlar; buzdolabı, dondurucu, pencere ve taşınabilir klimalar.

Ders notu: Bu bölüm, HVACR Dersleri dizisinin 8. dersinin 3. bölümüdür. İçerik temel HVAC/R ders notlarından derlenmiştir; sayılar oradaki gibi bırakılmış, saha yorumları bana aittir.