Tesisat Dergisi 235. Sayı (Temmuz 2015)

Atık su ısı pompası sistemlerinde kullanı­ lacak ısı değiştiriciler için çeşitli kaynak– larda yapılmış olan bu temel sınıflandır­ malar dışında farklı sınıflandırmalar yap– mak da mümkündür. ilgilanilen uygulama, gerekli enerji miktan, kanal boyutu ve şekli, atık su fiziksel özellikleri ve miktarı gibi koşullara bağlı olarak yeni tasarımlar ve modifikasyonlar sistemleri daha verimli hale getirmek için yapılmaktadır. 6. Isı Pompalarında Kontrol Stratejileri Kontrol stratejileri bir sistemin kararlı ça– lışmasını, istenmeyen dış etkilere karşı gürbüz olmasını ve aynı zamanda yüksek performans sergilemesini sağladıkları için sistem tasarımı sürecinde büyük önem taşımaktadırlar. Bu kısımda ısı pompası sistemlerinde kullanılan kontrol ve eniyile– me (optimizasyon) teknikleri sunulacaktır. Atık su ısı pompaları, kontrol sisteminin temel işleyişi açısından diğer ısı pompası türleriyle oldukça benzerlik taşımaktadır. Bu sebeple, bu kısımda sadece atık su ısı pompalarına bağlı kalınmadan, genel ısı pompası sistemlerinde kullanılan kontrol stratejilerinden bahsedilecektir. Günümüzde yaygın olarak ısı pompası sis– temleri tekil ekipmanlar 1 ünite üzerinden basit Aç-Kapa, mantık devreleri, PID, vb. yöntemler ile kontrol edilmekte, bütünsel bir sistem kontrolü tasarımı henüz yaygın olarak kullanılmamaktadır. Bahsi geçen basit kontrol stratejileri reaktif olarak sı­ nıflandırılır. Sisteme beklenmeyen bir dış etki geldiği zaman sistemin ayar noktala– rından sapmalarını gözleyerek reaksiyon gösterirler, ileriki zamanda gerçekleşebi­ lecek etkilerin tahminlerini bütünleşik bir çerçevede ele alamazlar. Toprak kaynaklı ısı pompalarında giriş­ teki akışkan sıcaklığı ile COP arasındaki ilişki Xu [21] tarafından yapılan çalış­ mada gösterilmiştir. Soğutma modun- llO Tesisat Dergisi Sayı 235- Temmuz 2015 da girişteki akışkan sıcaklığının düşük olması durumunda ısı pompası yüksek performans sergilerken, ısıtma modun– da girişteki akışkanda yüksek sıcaklık tercih edilmektedir. Bu sebeple ısı porn– pası sisteminin kullanım amacına bağlı olarak etkili bir sıcaklık kontrolünün sağ­ layacağı avantajlar vurgulanarak, ilave ısı atıcısının dış hava ile sıcaklık farkını girdi olarak kullanan bir mantık devresi ile kontrol edilmiştir. Yavuzturk vd. [22], benzer şekilde toprak kaynaklı ısı porn– palarında soğutma kulesinde sıcaklık ayar noktasını kontrol eden bir strateji geliştirmişlerdir. Lian [23] su döngüsü ısı pompaları üze– rine çalışmasında (i} su döngüsü çevrim pompası kontrolü (ii) su döngüsü sıcaklık kontrolü ve (iii) fan kontrolü tasarımları geliştirmiş ve Nebraska, ABD'de bir okul– da yaptığı testlerde ortalama %15 elektrik enerjisi tasarrufu sağlandığını göstermiş­ tir. Bu çalışmada da ayar noktaları belirli mantık akış şeması çerçevesinde değişti­ ri Imiş, herhangi bir dinamik model bazlı kontrol uygulaması geliştirilmemiştir. Bir diğer çalışmada Ceylan [24] PID kontrol kullanarak kurulan bir ısı pompalı kurutma sisteminde enerji analizi gerçek– leştirmiştir. Bu çalışmadaki özgünlük, ısı pompası ile meyve kurutması uygulaması geliştirilmesidir. PID kontrolün sağladığıısı ve nem kontrolü standartteknikler kullanı­ larak gerçekleştirilmiştir. Özyaman [25] tarafından yapılan gü– neş enerji destekli ısı pompası ile ısıtma çalışması izmir'de 120 m 2 bir mahalde uygulanmış ve yıllık ortalamada % 22 güneş enerjisi desteği sağlanmıştır. Bu çalışmada kolektör pompasının çalışma ve durması, koliektör ve sıcak su depo– lama tankı sıcaklıklannı mantık devreleri ile kontrol eden otomatik kontrol cihazı ile sağlanmış, kolaktörlerdeki sıcaklık ile depo sıcaklığı arasındaki fark 8°C'den fazla ise pompa çalışmaya başlamış, bu fark 4°C'nin altına düştüğünde pompa ile depodan kollektörlere ısı kaybı önlenmiş­ tir. Sıcak su tankı su sıcaklığı, radyatörler– den ısı pompasına dönen su sıcaklığından fazla ise otomatik kontrol cihazı üç yollu vanayı kontrol ederek dönüş suyunu ısı pompası yerine sıcak su depolama tankı­ na yönlendirmiştir. Sistem eniyilarnesi temelli en iyi denetim yaklaşımı bir sistemin parçaları arasında­ ki dinamik ilişkileri modellernesi ve top– lam sistem performansını eniyileyebilmesi açısından Aç-Kapa, basit mantık devreleri veya PID gibi tekil ekipman kontrolü uy– gulamalarına ve önceden belirlenmiş ayar noktaları planlamasına göre çok daha avantajlıdır. Bu avantajları vurgulayan çalışmasında, Karlsson vd. [26], değişken hızlı kompresör, pompa ve fan kullanarak ve sistem operasyonunu gerçek zaman– da eniyileyerek ısı pompalarında enerji verimliliğindeki artışı ortaya koymuştur. Standart Aç-Kapa kontrol yaklaşırnma göre Karlsson'un çalışmasında mevsimsel performans faktörü % 30'a kadar artış göstermiştir. En iyileme yönteminin kullanıldığı bir diğer çalışmada Kim vd. [27] prnses endüst– risinde kullanılan atık su ve ısı değiştiri­ cisi ağlarının yapısını karma tam sayılı doğrusal olmayan programlama yöntemi kullanarak tasarlamışlardır. Bu çalışma­ da amaç sistemin dinamiklerinin gerçek zamanda kontrolünden ziyade en düşük maliyet tahminine göre sistem tasarımıdır. Yazarlar çalışmalarını bir petrol rafinerisi modeli örneğinde uygulamışlarve herhan– gi bir atık su ısısı geri kazanımı olmayan duruma göre yaklaşık% 50, atık su ısısı geri kazanımı olan ancak tasarımında bü– tünleşik bir sistem eniyilarnesi olmayan duruma göre ise %10 maliyet kazancı sağladıklarını belirtmişlerdir.