Isı Pompasında Eşanjör Seçimi Nasıl Yapılır?

Isı pompası eşanjör seçimi, cihazın su veya salamura tarafındaki plakalı ısı değiştiricisinin düşük sıcaklık farkına, glikol karışımına ve kaynak suyunun kalitesine göre boyutlandırılmasıdır. Isı pompası eşanjörü nasıl seçilir sorusunun kısa cevabı budur: ısı pompaları tipik olarak 5 ila 7 santigrat derece gibi dar bir ΔT ile ve küçük yaklaşma sıcaklığıyla çalıştığından, aynı kW için bir kazan devresine kıyasla daha fazla plaka gerekir.

Bu yazıda sırasıyla şunları bulacaksınız:

• Isı pompası eşanjörünün kazan eşanjöründen neden farklı boyutlandırıldığı ve düşük ΔT'nin plaka sayısına etkisi
• Hidrolik ayırma, buffer tank ve kirli tesisattan ısı pompasını koruyan ara eşanjörün görevi
• Kaynak tarafı eşanjörü: toprak kaynaklı salamura ve su kaynaklı kuyu-göl suyu için malzeme ve donma kararı
• Glikol antifriz karışımının viskozite, özgül ısı ve ısı transferine etkisi ve düzeltme çarpanları
• Yaklaşma sıcaklığının COP'a etkisi ve neden 2 santigrat dereceyi hedeflediğimiz
• Isı pompası ara eşanjörü için adım adım iki sayısal seçim örneği
• Donma koruması, akış anahtarı ve devreye alma disiplini
• Sık yapılan hatalar, devreye alma kontrol listesi ve sık sorulan sorular

01Isı pompası eşanjör seçimi neden kazandan farklıdır?

Isı pompası eşanjör seçimi, kazan eşanjörü seçiminden üç noktada ayrılır: sıcaklık farkı çok daha dardır, akışkan çoğu zaman glikollüdür ve kaynak suyu kontrolsüzdür. Kazan devresi 80/60 gibi geniş bir rejimle çalışırken, ısı pompası kondenser tarafında sık sık 45/40 veya 55/48 gibi 5 ila 7 santigrat derecelik bir ΔT ile çalışır. Dar ΔT, aynı gücü daha küçük sürücü sıcaklık farkıyla taşımak demektir; bu da daha büyük yüzey, yani daha fazla plaka gerektirir.

Buradaki temel neden termodinamiktir. Aktarılan ısı Q = U × A × ΔTort bağıntısıyla, ortalama sıcaklık farkına doğrudan bağlıdır. Isı pompası devresinde hem ΔT dar, hem de yaklaşma sıcaklığı küçük tutulmak zorundadır; çünkü her fazladan santigrat derece kayıp, kompresörün daha yüksek bir yoğuşma sıcaklığında çalışmasını ve verimin, yani COP'un düşmesini getirir. Kazan tarafında 3 derecelik bir yaklaşma sorun değilken, ısı pompasında aynı fark doğrudan enerji faturasına yansır.

Isı pompası devresinin ikinci özelliği akışkanın çoğunlukla su-glikol karışımı olmasıdır. Özellikle hava kaynaklı ve toprak kaynaklı sistemlerde donma riski nedeniyle propilen veya etilen glikol katılır; bu karışım suya göre daha viskoz akar ve daha az ısı taşır. Üçüncü özellik kaynak suyunun kirliliğidir: bir kuyu, göl veya toprak salamura döngüsü asla makinenin içine sokulmadan, bir ara eşanjörle sistemden koparılır.

02Isı pompası devresinde neden ara eşanjör ve hidrolik ayırma gerekir?

Isı pompası devresinde ara eşanjör, kirli veya kontrolsüz bir devreyi makineden ayırmak, iki farklı su kalitesini korumak ve basınçları izole etmek için gerekir. Isı pompası eşanjörü ile hidrolik ayırma, makinenin hassas dahili levha eşanjörünü mevcut kirli tesisattan korur; eski bir binaya ısı pompası eklerken bu ayrım çoğu zaman zorunludur.

Isı pompası eşanjör hidrolik ayırma yaklaşımının somut faydası, mevcut radyatör veya fan coil tesisatının yıllarca biriktirdiği tortu, çamur ve oksijenli suyun makineye ulaşmamasıdır. Fabrika, ısı pompasının içindeki lehimli levha eşanjörü temiz akışkan varsayımıyla tasarlar; bu eşanjörün kanalları çok dardır ve bir kez tıkanırsa yerinde temizlenemez, çoğu zaman komple makine müdahalesi gerektirir. Araya konan sökülebilir contalı bir plakalı eşanjör ise açılıp temizlenebilir ya da contası yenilenebilir; bu yüzden feda edilebilir bir koruma katmanı olarak kurgulanır.

Hidrolik ayırma ile buffer tankı birbirinden farklı iki görevi çözer ve sık karıştırılır. Ara eşanjör iki suyu birbirinden koparır; buffer, yani denge tankı ise sistemde yeterli su hacmi bırakarak kompresörün sık sık durup kalkmasını, yani kısa çevrimi önler. Küçük hacimli bir yerden ısıtma devresine bağlı ısı pompası, tampon hacmi olmadan dakikalarca çalışıp durur; bu da kompresör ömrünü kısaltır. İki bileşen aynı sistemde birlikte de bulunabilir.

03Düşük ΔT çalışma eşanjör boyutlandırmasını nasıl değiştirir?

Düşük ΔT çalışma, aynı gücü daha küçük bir sıcaklık farkıyla taşıdığı için gereken debiyi ve plaka yüzeyini büyütür. Isı pompası eşanjörü düşük ΔT rejiminde çalıştığından, kazan tarafında 20 derecelik ΔT ile geçilen bir yük, burada 5 ila 7 derecelik ΔT ile geçirilmek zorundadır; bu da üç ila dört kat daha yüksek debi ve belirgin şekilde daha fazla plaka demektir.

Bunun aritmetiği doğrudan Q = V × 1,163 × ΔT bağıntısından çıkar. Aynı Q için ΔT'yi 20 dereceden 5 dereceye düşürürseniz, V debisi dört katına çıkar. Debi dört katına çıkınca, aynı plaka geometrisinde basınç kaybı debinin karesiyle arttığından yaklaşık on altı katına fırlar. Bu yüzden ısı pompası eşanjörünü kazan gibi dar kanallı ve az plakalı seçemezsiniz; ya kanal kesitini büyütürsünüz ya plaka sayısını artırırsınız. Doğru yaklaşım, transferi yüzeyle, yani plaka sayısıyla büyütmek ve debiyi plaka geometrisinin verimli çalıştığı bantta tutmaktır.

İkinci belirleyici, küçük yaklaşma sıcaklığı hedefidir. Isı pompası kondenser tarafında ikincil suyu, birincil giriş sıcaklığına 2 santigrat dereceye kadar yaklaştırmak istersiniz; çünkü her fazladan derece, kompresörü daha yüksek yoğuşma sıcaklığına iter. Yaklaşma sıcaklığını 5 dereceden 2 dereceye çekmek, gereken yüzeyi yaklaşık iki katına çıkarır ama COP'u değerli ölçüde yükseltir. Plakalı eşanjör bu küçük yaklaşmayı ekonomik biçimde verebildiği için ısı pompası devrelerinde neredeyse istisnasız plakalı tip seçilir.

04Kaynak tarafı eşanjörü nasıl seçilir?

Kaynak tarafı eşanjörü, ısı pompasının ısıyı çektiği toprak, kuyu, göl veya deniz döngüsünü makineden ayıran plakalı ısı değiştiricidir; malzeme kararı burada akışkanın kimyasına göre verilir. Isı pompası kaynak tarafı eşanjörü, toprak kaynaklı sistemlerde salamura döngüsünü, su kaynaklı sistemlerde ise kuyu veya göl suyunu makineye sokmadan ısısını alır.

Toprak kaynaklı ısı pompası eşanjörü, zeminin altına gömülü kolektörde dolaşan propilen glikollü salamurayı makine devresinden ayırır. Toprak kaynaklı, yani jeotermal ısı pompalarında bu salamura kapalı devrede dolaşır ve genellikle temizdir; ara eşanjör burada iki devreyi ayırmaktan çok, salamura hacmini makine devresinden koparmak ve donmaya karşı güvenli tarafı belirlemek için kullanılır. Salamura suya göre daha viskoz ve daha az ısı taşıdığından, kaynak tarafı eşanjörü su-su rejimine göre daha fazla plakayla boyutlandırılır. Toprak kaynaklı çözümlerin devre kurgusu /urunler/isi-pompalari/toprak-kaynakli sayfasındaki ekipmanlarla birlikte planlanır.

Su kaynaklı ısı pompalarında kaynak bir kuyu, göl veya deniz suyudur ve bu su hiçbir zaman makineye girmez. Su kaynaklı ısı pompası ara eşanjörü, kuyunun mineralli, göl suyunun tortulu, deniz suyunun ise klorürlü ve son derece aşındırıcı olması nedeniyle malzeme seçiminin en kritik olduğu noktadır. Temiz kuyu suyunda AISI 316 yeterli olabilir; klorür yükü yüksek göl veya deniz suyunda plaka titanyuma çıkar. Bu tarafın kirlilik toleransı için giriş pislik tutucu ve gerektiğinde otomatik geri yıkamalı filtre şarttır. Su kaynaklı seçenekler /urunler/isi-pompalari/su-kaynakli sayfasında ayrıntılanır; havuz tesisatı gibi klorlu su içeren durumlarda /urunler/aritma-sistemleri/filtrasyon-sistemleri tarafı da devreye girer.

05Glikol antifriz karışımı ısı transferini nasıl etkiler?

Glikol antifriz karışımı, suya kıyasla daha yüksek viskozite ve daha düşük özgül ısı verdiği için ısı transferini düşürür ve aynı görev için daha fazla yüzey gerektirir. Isı pompası glikol düzeltmesi bu yüzden zorunludur: saf su üzerinden yapılan hesap bir düzeltme çarpanıyla büyütülmezse eşanjör sahada küçük kalır.

Glikolün dört etkisi vardır. Birincisi özgül ısıdır: suyun özgül ısısı yaklaşık 4,18 kJ/kgK iken, yüzde 30 propilen glikol karışımında bu değer yaklaşık 3,7 kJ/kgK'ye düşer. Aynı gücü taşımak için daha yüksek debi gerekir. İkincisi viskozitedir; glikol karışımı özellikle düşük sıcaklıkta belirgin şekilde daha viskoz akar, bu da türbülansı zorlaştırır ve ısı transfer katsayısını düşürür. Üçüncüsü yoğunluk ve ısı iletkenliğidir; ikisi de transferi bir miktar geriletir. Dördüncüsü basınç kaybıdır: daha viskoz akışkan aynı debide daha yüksek basınç kaybı üretir, bu da pompayı büyütür.

Pratikte propilen glikol daha güvenli olduğu için içme suyuna yakın veya insan temaslı sistemlerde tercih edilir; etilen glikol daha iyi ısı taşır ama zehirlidir ve yalnız kapalı endüstriyel devrelerde kullanılır. Isı pompası su tarafı eşanjörü seçiminde, glikol oranı arttıkça donma koruması güçlenir ama performans düşer; bu yüzden konsantrasyon, ihtiyaç duyulan en düşük donma noktasına göre belirlenir, gereğinden yüksek tutulmaz.

06Yaklaşma sıcaklığının COP'a etkisi nedir?

Yaklaşma sıcaklığı, ikincil çıkış suyunun birincil giriş sıcaklığına ne kadar yaklaştığını gösterir ve doğrudan COP'u belirler; küçük yaklaşma, kompresörün daha düşük yoğuşma sıcaklığında çalışmasını sağlayarak verimi yükseltir. Isı pompası eşanjör yaklaşma sıcaklığı her fazladan santigrat derecede COP'u ölçülebilir biçimde düşürdüğünden, ısı pompası devresinde 2 santigrat derece civarı hedeflenir.

Mekanizma şudur: ısı pompasının verimi, ürettiği sıcak su ile çektiği kaynak sıcaklığı arasındaki farka bağlıdır. Bu fark ne kadar küçükse, kompresör o kadar az iş yapar ve COP o kadar yüksek olur. Kondenser tarafındaki eşanjörün yaklaşma sıcaklığı büyükse, makine hedeflenen bina suyunu vermek için içeride daha yüksek bir yoğuşma sıcaklığına çıkmak zorunda kalır; bu da doğrudan tüketimi artırır. Kaba bir kural olarak, ısı pompasının su üretim sıcaklığındaki her 1 santigrat derecelik gereksiz artış COP'u yaklaşık yüzde 2 ila 3 geriletir.

Bu yüzden ara eşanjör konan sistemlerde eşanjörün eklediği sıcaklık kaybı hesaba katılmalıdır. Ara eşanjör iki devreyi ayırırken kaçınılmaz olarak birkaç derece yaklaşma sıcaklığı ekler; bu ekstra kayıp makinenin daha yüksek sıcaklıkta çalışmasına yol açar. Bunu en aza indirmek için ısı pompası eşanjörü küçük yaklaşma sıcaklığı verecek, yani plakası cömert seçilir. Yaklaşma sıcaklığının plaka sayısı üzerindeki etkisi ve ısıl verim kavramı, /blog/tanpera-plakali-esanjor-nedir yazısında da temel düzeyde ele alınmıştır.

07Isı pompası ara eşanjörü seçim örneği: hava kaynaklı hidrolik ayırma

Isı pompası ara eşanjörü seçim örneğinde, hava kaynaklı bir sistemi mevcut kirli tesisattan ayıran bir hidrolik ayırma eşanjörünü boyutlandırıyoruz. Verilen: 40 kW ısıtma gücü, ısı pompası tarafı 45 santigrat dereceden girip 40 santigrat dereceye dönüyor, yani birincil ΔT 5 derece; bina tarafı 38 dereceden 43 dereceye ısınıyor, ikincil ΔT 5 derece; birincil akışkan yüzde 25 propilen glikollü.

Önce debiyi buluruz. Isı pompası tarafında Q = V × cp_düzeltmeli × ΔT ilişkisiyle, glikol düzeltmesini de kabaca 1,163 çarpanını yüzde 6 azaltarak yaklaşık 1,09 alıyoruz. V = Q ÷ (1,09 × ΔT) = 40 ÷ (1,09 × 5) = 7,3 m³/h. Su olsaydı bu debi V = 40 ÷ (1,163 × 5) = 6,9 m³/h olurdu; glikol yüzünden yaklaşık yüzde 6 daha yüksek debi gerekti. İkincil, saf su tarafında V = 40 ÷ (1,163 × 5) = 6,9 m³/h.

Sonra yaklaşma sıcaklığını kontrol ederiz. Birincil giriş 45, ikincil çıkış 43 derece; yani yaklaşma sıcaklığı 45 eksi 43 = 2 santigrat derece. Bu, ısı pompası için makul ama sıkı bir hedeftir ve plaka sayısını yukarı çeker. Cihaz bu 2 derecelik yaklaşmayı yakalayacak plaka yüzeyiyle, glikolün transfer kaybı da telafi edilerek seçilir; tasarım basınç kaybı su tarafı için 20 ila 40 kPa bandında tutulur. Bu bant hem yeterli türbülansı hem makul pompa gücünü verir. Devrenin sirkülasyon pompası bu basınç kaybını karşılayacak şekilde seçilmelidir; uygun tipler /urunler/pompa-sistemleri/sirkulasyon-pompalari sayfasında yer alır.

08Isı pompası kaynak tarafı eşanjörü seçim örneği: toprak kaynaklı salamura

Kaynak tarafı eşanjörü seçim örneğinde, bir toprak kaynaklı ısı pompasının salamura döngüsünü ayıran eşanjörü boyutlandırıyoruz. Verilen: kaynaktan çekilen 32 kW soğutma yükü, yani ısıtma modunda zeminden alınan ısı; salamura tarafı yüzde 30 propilen glikollü, salamura 4 santigrat dereceden girip 0 santigrat dereceye düşüyor, yani ΔT 4 derece; makine tarafı 2 dereceden eksi 2 dereceye iniyor.

Debiyi glikol düzeltmesiyle hesaplarız. Yüzde 30 propilen glikol için özgül ısı düşüşünü yaklaşık yüzde 11 alıp çarpanı 1,163 yerine kabaca 1,03 kabul ediyoruz. V = Q ÷ (1,03 × ΔT) = 32 ÷ (1,03 × 4) = 7,8 m³/h. Saf su olsaydı V = 32 ÷ (1,163 × 4) = 6,9 m³/h olurdu; glikol nedeniyle debi yaklaşık yüzde 13 arttı. Bu yüksek debi ve viskoz akışkan, hem plaka sayısını hem pompa gücünü büyütür.

Kritik nokta donmadır: salamura giriş-çıkışı 4 ile 0 derece arasında, makine tarafı ise eksi 2 dereceye kadar iniyor. Plaka yüzeyinde su tarafının bölgesel olarak donmaması için glikol konsantrasyonu ve akış anahtarı birlikte tasarlanır; kaynak eşanjörü her zaman düşük sıcaklık tarafında donmaya karşı emniyetli boyutlandırılır. Tasarım basınç kaybı viskoz salamurada 30 ila 50 kPa bandında kabul edilir. Toprak kaynaklı ve su kaynaklı çözümlerin karşılaştırması ile ısı pompası konusundaki diğer yazılar /blog/konu/isitma-sistemleri sayfasında toplanır.

09Donma koruması eşanjör seçimini nasıl belirler?

Eşanjör donma koruması, düşük sıcaklık tarafında suyun plaka yüzeyinde buzlanıp plakayı çatlatmasını önleyen tedbirler bütünüdür ve ısı pompası eşanjör seçiminin ayrılmaz parçasıdır. Isı pompası eşanjöründe donma koruması, hem glikol konsantrasyonu hem akış anahtarı hem de yaklaşma sıcaklığı payı ile birlikte tasarlanır; tek başına glikole güvenmek yeterli değildir.

Donma riski özellikle kaynak tarafında ve defrost sırasında yükselir. Toprak veya kuyu suyu tarafında akışkan zaten 0 dereceye yakındır; makine ısıyı çektikçe plaka yüzeyi lokal olarak daha da soğur. Akış durursa, örneğin pompa arızalanır veya bir vana kapanırsa, hareketsiz su plaka içinde donar ve genleşerek ince plakayı yırtar. Bu yüzden kaynak eşanjörü devrelerinde bir akış anahtarı, yani flow switch her zaman bulunur; akış kesilince kompresör durur. Ayrıca su tarafında donma noktası, çalışma sıcaklığının en az 3 ila 5 santigrat derece altında olacak şekilde glikol konsantrasyonu seçilir.

İkinci koruma, plakalı eşanjörün küçük iç hacmidir; bu bir avantajdır çünkü donarsa hasar sınırlı kalır, ama tıkanma ve buzlanma da hızlı olur. Lehimli tip donmaya contalıdan daha hassastır çünkü sökülüp kontrol edilemez. Bu yüzden ısı pompası donma riski yüksek kaynak tarafında çoğu zaman sökülebilir contalı tip veya donmaya toleranslı özel geometrili lehimli tip seçilir. Genleşme tankı ve emniyet ventili tarafındaki disiplin de /urunler/isitma-sistemleri/genlesme-tanki kategorisiyle birlikte kurgulanır.

10Buffer tank ve eşanjör birlikte nasıl kurgulanır?

Buffer tank ve eşanjör birlikte kurgulandığında, eşanjör iki devreyi ayırır, buffer ise sistemde kompresörü koruyacak su hacmini sağlar. Isı pompası eşanjörü ile buffer tankı, ara eşanjörün ikincil tarafına veya doğrudan makine devresine yerleştirilir; yerleşim, kısa çevrimi önlemek ve debiyi dengelemek için seçilir.

Buffer tankının asıl görevi kompresörün açık-kapa çevrim sayısını düşürmektir. Isı pompası kompresörü her kalkışta bir miktar aşınır ve verim kaybeder; küçük hacimli bir devreye bağlıysa dakikada birkaç kez durup kalkar. Denge tankı, sistemin toplam su hacmini artırarak makinenin bir kez kalktığında daha uzun süre çalışmasını sağlar. Genel bir kural olarak, açık-kapa kompresörlü sistemlerde kW başına belirli bir litre tampon hacmi hedeflenir; inverterli, yani modülasyonlu makinelerde bu ihtiyaç azalır ama tümüyle ortadan kalkmaz.

Ara eşanjörle birlikte kullanıldığında dikkat edilecek nokta, tamponun hangi tarafta olduğudur. Buffer makine tarafına konursa kompresör kısa çevrimden korunur; bina tarafına konursa dağıtım debisi dengelenir. Bazı projelerde ısı pompasının çektiği ısı bir boylere de aktarılır; bu durumda /urunler/isitma-sistemleri/boyler kategorisi ile birlikte planlama yapılır. Sirkülasyon debisinin doğru boyutlandırılması, /blog/yerden-isitma-sirkulasyon-pompasi-secimi yazısındaki mantıkla örtüşür.

11Plakalı eşanjörle gövde borulu eşanjör ısı pompasında nasıl karşılaştırılır?

Isı pompasında plakalı eşanjör, küçük yaklaşma sıcaklığına ekonomik biçimde inebildiği için gövde borulu tipe neredeyse her zaman tercih edilir. Isı pompası eşanjör seçimi düşük ΔT ve küçük yaklaşma sıcaklığı gerektirdiğinden, plakalı tipin yüksek ısı geçiş katsayısı belirleyici olur; gövde borulu tip yalnız çok kirli veya çok büyük ölçekli özel durumlarda kalır.

Plakalı eşanjör, aynı görev için gövde borulu tipin hacminin üçte biri ile beşte biri kadar yer kaplar ve ikincil çıkışı birincil girişe 1 ila 2 santigrat dereceye kadar yaklaştırabilir. Gövde borulu tipte bu yaklaşma tipik olarak 5 santigrat derece ve üzeridir; ısı pompası için bu fark kabul edilemez ölçüde COP kaybı demektir. Buna karşılık gövde borulu tip, tıkanma riski çok yüksek, tortulu göl veya deniz suyu gibi akışkanlarda ve çok büyük hacimli akışlarda hâlâ toleranslıdır.

Isı pompası devrelerinde pratik karar neredeyse her zaman plakalı tiptedir; kirli kaynak tarafında sökülebilir contalı, temiz kapalı devrede kompakt lehimli seçilir. Plakalı ve gövde borulu tip arasındaki genel fark, /blog/plakali-esanjor-nasil-secilir yazısında ayrıntılı ele alınmıştır; bu yazı yalnız ısı pompasına özgü karar kriterlerine odaklanır.

12Isı pompası eşanjörü için hangi veriler istenir?

Isı pompası eşanjörü seçimi için aktarılacak güç, birincil ve ikincil giriş-çıkış sıcaklıkları, debiler, akışkan cinsi ile glikol oranı ve kaynak suyunun analizi istenir. Bu veriler olmadan doğru plaka sayısı, malzemesi ve çerçevesi belirlenemez; eksik veriyle yapılan seçim ya küçük kalıp COP'u düşürür ya gereksiz büyür.

Kazan tarafına göre burada iki ek veri kritiktir. Birincisi glikol oranıdır; hesap saf su üzerinden yapılıp düzeltme çarpanıyla büyütüleceği için konsantrasyon net bilinmelidir. İkincisi kaynak suyunun kimyasal analizidir; klorür, mineral yükü ve asitlik plaka malzemesini titanyum ile paslanmaz çelik arasında belirler. Bunlara ek olarak makinenin marka teknik föyünde verdiği nominal debi ve ΔT değerleri esas alınmalı, cihaz bu rejime oturtulmalıdır.

Bu girdiler tamamlandığında plaka sayısı, malzeme ve çerçeve boyu tek bir doğru sonuca oturur. Portföydeki eşanjör markası ve tedarik ayrıntıları /markalar sayfasında görülür; proje bazlı boyutlandırma için /iletisim üzerinden mühendislik ekibine ulaşılır. Sık merak edilen teknik konular /sss sayfasında da toplanmıştır.

13Isı pompası eşanjöründe malzeme kararı nasıl verilir?

Isı pompası eşanjöründe malzeme, kaynak ve devre suyunun kimyasına göre seçilir; temiz kapalı devrelerde AISI 316, klorürlü veya mineralli kaynak sularında titanyum kullanılır. Malzeme kararı akışkan analizine dayanır; yanlış seçim çukurcuk korozyonuyla plakayı deler ve makineyi durdurur.

Kapalı ısı pompası devreleri, yani makine ile buffer ve bina tarafı, genellikle temiz ve şartlandırılmış sudur; bu tarafta AISI 316 yaygın, AISI 304 ise klorürsüz sularda yeterlidir. Asıl karar kaynak tarafındadır. Toprak kaynaklı salamura kapalı ve temizse AISI 316 uygundur; su kaynaklı kuyu suyu mineralliyse yine AISI 316 çoğu zaman yeter, ama göl ve özellikle deniz suyunda klorür yükü paslanmaz çeliğin sınırını aşar ve titanyum zorunlu olur. Klorür, sıcaklıkla birlikte çukurcuk korozyonunu tetikleyen başlıca etkendir.

Contalarda da aynı mantık işler: glikollü ve sıcak su devrelerinde EPDM yaygındır, yağ içeren akışkanlarda NBR, yüksek sıcaklık ve agresif ortamlarda viton seçilir. Isı pompası devrelerinde akışkan çoğunlukla glikollü ve orta sıcaklıklı olduğundan EPDM standart tercihtir. Malzeme çifti, cihazın on yılı aşan ömrü ile birkaç sezonda kaçıran bir arıza arasındaki farkı belirler; bu yüzden su raporu olmadan malzeme kesinleştirilmez.

14Isı pompası ile ilgili standartlar ve verim çerçevesi

Isı pompası ve eşanjör seçimini çerçeveleyen standartlar; ısı pompası performansı için EN 14511, ekipmanların ekolojik tasarımı için ErP 2009/125/EC, ısı değiştirici güvenliği için EN 809 ve iç suyun geri emilmeye karşı korunması için EN 1717'dir. Bu standartlar seçim kararının teknik sınırlarını belirler ve sözleşmelerde referans alınır.

EN 14511, ısı pompası kapasitesinin ve COP'unun hangi standart koşullarda ölçüldüğünü tanımlar; katalog COP değerleri bu standarttaki sıcaklık noktalarına göre verilir, bu yüzden farklı markaları karşılaştırırken aynı test noktasına bakılmalıdır. ErP 2009/125/EC ise cihazların ekolojik tasarım ve enerji verimliliği gerekliliklerini koyar; sirkülasyon pompalarının EEI, yani enerji verimlilik endeksi sınırı da bu çerçeveden gelir. Türkçe kısaltma yazımında bu endeks eeı biçiminde okunsa da teknik gösterim EEI'dir.

EN 1717, kullanma suyu ile ısıtma devresinin birbirine karışmasını önleyen geri akış koruması ilkelerini içerir; birincil-ikincil devre ayrımı yapan bir eşanjör bu ayrımın fiziksel karşılığıdır. Isı pompası devrelerinde su kaynağı kontrolsüz olduğunda bu ayrım ayrıca önem kazanır. Standartlar yalnız uyulması gereken kurallar değil, aynı zamanda doğru seçimi belgeleyen ortak dildir.

Uygulamada bu standartların pratik karşılığı seçim föyünde somutlaşır. EN 14511'e göre verilen COP değeri hangi kaynak ve su üretim sıcaklığında ölçüldüyse, eşanjörün eklediği yaklaşma sıcaklığı bu noktayı kaydırır; bu yüzden eşanjör kaybı katalog COP'una bir düzeltme olarak işlenmelidir. EN 809 kapsamındaki basınç ve sıcaklık sınırları ise seçilen plakalı eşanjörün conta malzemesiyle birlikte cihazın çalışma zarfını belirler. Isı pompası devresinin tasarım basıncı, seçilen contanın ve plakanın anma basıncını hiçbir çalışma noktasında aşmamalıdır; aksi halde ilk termal genleşme çevriminde sızıntı başlar.

15Isı pompası eşanjörüne bağlı sirkülasyon pompası nasıl seçilir?

Isı pompası eşanjörüne bağlı sirkülasyon pompası, eşanjörün her iki tarafındaki basınç kaybını ve devrenin toplam direncini karşılayacak debi-basma noktasında seçilir. Isı pompası devresinde dar ΔT nedeniyle debi yüksek, glikol nedeniyle basınç kaybı da büyük olduğundan, pompa kazan devresine göre daha güçlü seçilir; hesap her zaman glikollü akışkan üzerinden yapılır.

Pratikte pompanın karşılaması gereken basma yüksekliği üç kalemin toplamıdır: eşanjörün ilgili tarafındaki tasarım basınç kaybı, boru ve fitting kayıpları, ve varsa vana-filtre kayıpları. Yukarıdaki hava kaynaklı örnekte eşanjör su tarafı basınç kaybı 20 ila 40 kPa bandındaydı; buna boru ve armatür kaybı eklendiğinde toplam devre direnci çıkar. Bu direnç, seçilen debiyle birlikte pompanın çalışma noktasını belirler. Glikollü tarafta viskozite arttığı için aynı debide basınç kaybı sudan yüksektir; bu yüzden salamura veya glikollü tarafın pompası, su tarafına göre bir kademe büyük seçilir.

Isı pompası devrelerinde nominal debinin makine üreticisinin verdiği aralıkta tutulması ayrıca kritiktir. Debi çok düşerse eşanjörde ΔT açılır ve makine düşük debi alarmına geçebilir; çok yükselirse basınç kaybı ve enerji tüketimi gereksiz büyür. Frekans kontrollü, yani modülasyonlu bir sirkülasyon pompası bu debiyi değişen yükte sabit tutmakta avantajlıdır. Uygun tipler ve seçim mantığı /urunler/pompa-sistemleri/sirkulasyon-pompalari kategorisinde ve /blog/sirkulasyon-pompasi-nasil-secilir yazısında ele alınır.

16Modülasyonlu ısı pompası eşanjör boyutlandırmasını nasıl etkiler?

Modülasyonlu, yani inverterli ısı pompası, yükü değiştikçe kompresör devrini ve dolayısıyla kapasiteyi kademesiz ayarlar; bu durum eşanjörün hem tam yük hem kısmi yük performansını karşılayacak şekilde boyutlandırılmasını gerektirir. Modülasyonlu ısı pompası eşanjörü, kısmi yükte debinin ve ΔT'nin değişmesine rağmen küçük yaklaşma sıcaklığını koruyacak biçimde seçilir.

Inverterli makinelerde çalışma noktası sabit değildir. Tam yükte 40 kW ve 5 derece ΔT ile çalışan bir sistem, ılıman bir günde 15 kW ve daha küçük bir debiyle çalışabilir. Debi düştüğünde plaka kanallarındaki türbülans azalır ve ısı transfer katsayısı bir miktar geriler; ama yük de düştüğü için gereken yüzey azalır. Net etki çoğunlukla lehtedir: kısmi yükte yaklaşma sıcaklığı daralır ve COP yükselir. Yine de çok düşük debilerde akışın laminere yaklaşıp transferi düşürmemesi için, eşanjör minimum debide bile makul bir türbülans verecek plaka geometrisiyle seçilmelidir.

Bu yüzden modülasyonlu sistemlerde eşanjör, tam yükü karşılayacak ama aşırı büyük de olmayacak dengede seçilir. Aşırı büyük bir eşanjör, kısmi yükte akışı iyice yavaşlatıp transferi düşürebilir; küçük bir eşanjör ise tam yükte yaklaşma sıcaklığını açar. Inverterli makinelerde buffer ihtiyacı azalsa da tümüyle kalkmaz; kompresörün minimum modülasyon sınırı altındaki yüklerde yine kısa çevrim olur. Isı pompası konusundaki genel kararlar /blog/konu/isitma-sistemleri sayfasında toplanmıştır.

17Sık yapılan 5 hata

Isı pompası eşanjörü uygulamasında en sık görülen hatalar, cihazın kazan mantığıyla seçilmesinden ve düşük ΔT ile glikolün göz ardı edilmesinden kaynaklanır. Aşağıdaki beş hata sahada COP kaybı, donma hasarı ve kapasite düşüklüğü olarak geri döner.

• Eşanjörü kazan gibi geniş ΔT ile ve az plakayla seçmek. Isı pompası dar ΔT ve küçük yaklaşma sıcaklığı ister; kazan mantığıyla seçilen cihaz makineyi yüksek yoğuşma sıcaklığına iter ve COP'u düşürür. Plaka her zaman cömert seçilir.
• Glikol düzeltmesini hesaba katmamak. Su üzerinden yapılan hesap glikollü akışkanda küçük kalır; özgül ısı düşüşü ve viskozite artışı düzeltme çarpanıyla eklenmezse eşanjör yetersiz olur ve pompa zorlanır.
• Kaynak eşanjörüne akış anahtarı koymamak. Pompa durduğunda hareketsiz salamura veya kuyu suyu plakada donar ve ince plakayı çatlatır; akış anahtarı olmadan ilk pompa arızası cihazı yırtar.
• Kirli mevcut tesisatı doğrudan makineye bağlamak. Isı pompasının dahili dar kanallı lehimli eşanjörü tortu ve çamurla tıkanır ve yerinde temizlenemez; araya sökülebilir bir koruma eşanjörü konmalıdır.
• Glikol oranını gereğinden yüksek tutmak. Fazla glikol donmayı güvenceye alır ama transferi düşürüp basınç kaybını ve pompa gücünü artırır; konsantrasyon bölgenin gerçek minimum sıcaklığına göre, dar bir emniyet payıyla seçilir.

18Devreye alma kontrol listesi

Isı pompası eşanjörünü devreye almadan önce donma koruması, akış güvenliği, glikol konsantrasyonu ve devre dengesi tek tek doğrulanmalıdır. Aşağıdaki liste, ilk çalıştırmada COP kaybını ve donma hasarını önlemek için sırayla uygulanır.

• Glikol konsantrasyonunu bir refraktometreyle ölçün ve donma noktasının çalışma sıcaklığının en az 3 ila 5 santigrat derece altında olduğunu doğrulayın.
• Kaynak ve düşük sıcaklık tarafındaki akış anahtarının bağlı ve kompresörü kilitleyecek şekilde devrede olduğunu test edin.
• Dört bağlantı ağzının doğru bağlandığını, birincil ve ikincil tarafın ters akış olacak şekilde karşılıklı aktığını kontrol edin.
• Eşanjör girişlerine pislik tutucu ve manyetik filtre takıldığını, mevcut tesisatın yıkanıp çamurdan arındırıldığını doğrulayın.
• Her iki devrenin kendi genleşme tankı, emniyet ventili ve sirkülasyon pompasının bulunduğunu ve ayrı ayrı basınçlandırıldığını kontrol edin.
• Buffer tankının doğru tarafa bağlandığını ve kompresör açık-kapa çevrim sayısının makul aralıkta kaldığını ilk saatlerde izleyin.
• İlk çalıştırmada birincil ve ikincil giriş-çıkış sıcaklıklarını ölçüp hesaplanan ΔT ve yaklaşma sıcaklığı değerleriyle karşılaştırın; sapma varsa debi, hava ve glikol oranını gözden geçirin.
• Su tarafı basınç kaybını iki manometreyle ölçüp tasarım değeriyle kıyaslayın; glikol nedeniyle beklenenden yüksekse pompa çalışma noktasını doğrulayın.

19Sık Sorulan Sorular

Isı pompası eşanjör seçimi kazan eşanjörü seçiminden neden farklı?

Isı pompası eşanjörü daha dar bir sıcaklık farkıyla ve daha küçük yaklaşma sıcaklığıyla çalışır; bu yüzden aynı kW için kazandan daha fazla plaka ve daha yüksek debi gerekir. Ayrıca akışkan çoğunlukla glikollüdür ve kaynak suyu kontrolsüzdür. Bu üç fark, cihazın kazan mantığıyla değil, ısı pompasına özgü kriterlerle boyutlandırılmasını zorunlu kılar.

Isı pompasında ara eşanjör her zaman gerekli mi?

Ara eşanjör, mevcut tesisat kirliyse, kaynak suyu kontrolsüzse veya iki devrenin basıncı-su kalitesi ayrılmalıysa gereklidir. Eski bir binaya ısı pompası eklerken makinenin dahili eşanjörünü tortudan korumak için neredeyse her zaman konur. Yeni, temiz ve şartlandırılmış tek devreli bir sistemde ise her zaman şart değildir.

Glikol ısı pompası eşanjörünü ne kadar büyütür?

Glikol karışımı özgül ısıyı düşürüp viskoziteyi artırdığı için aynı görev daha yüksek debi ve daha fazla yüzey ister. Yüzde 30 propilen glikolde özgül ısı yaklaşık yüzde 11 düşer, bu da debiyi benzer oranda büyütür ve basınç kaybını artırır. Hesap saf su üzerinden yapılıp bir düzeltme çarpanıyla büyütülmelidir; aksi halde eşanjör küçük kalır.

Isı pompası eşanjöründe yaklaşma sıcaklığı kaç derece olmalı?

Isı pompası devrelerinde yaklaşma sıcaklığı genellikle 2 santigrat derece civarı hedeflenir. Daha büyük yaklaşma, makinenin daha yüksek yoğuşma sıcaklığında çalışmasına ve COP'un düşmesine yol açar; daha küçük yaklaşma ise plaka sayısını ve maliyeti hızla artırır. Uygulamanın gerçek verim hedefine göre bu değer 2 ile 3 derece arasında belirlenir.

Toprak kaynaklı ve su kaynaklı sistemde eşanjör malzemesi nasıl değişir?

Toprak kaynaklı sistemde salamura kapalı ve temiz olduğu için genellikle AISI 316 yeterlidir. Su kaynaklı sistemde temiz kuyu suyunda yine AISI 316 kullanılabilir; ama göl ve deniz suyunda klorür yükü paslanmaz çeliğin sınırını aştığından titanyum plaka gerekir. Karar her zaman kaynak suyunun analizine dayandırılmalıdır.

Isı pompası eşanjörü donmaya karşı nasıl korunur?

Donma koruması glikol konsantrasyonu, akış anahtarı ve yaklaşma sıcaklığı payının birlikte tasarlanmasıyla sağlanır. Glikol donma noktasını düşürür; akış anahtarı pompa durunca kompresörü kilitleyerek hareketsiz suyun donmasını önler. Kaynak tarafında düşük sıcaklık nedeniyle bu iki tedbir birlikte kurulmadan cihaz devreye alınmamalıdır.

Buffer tankı eşanjörün yerine geçer mi?

Buffer tankı eşanjörün yerine geçmez; ikisi farklı işleri çözer. Eşanjör iki su kalitesini veya basıncı ayırır, buffer ise sisteme su hacmi ekleyerek kompresörün kısa çevrimini önler. Bir sistemde ikisi birlikte de bulunabilir; hidrolik ayırma gereken ve düşük hacimli bir devrede hem ara eşanjör hem buffer birlikte kurgulanır.

Isı pompasında plakalı eşanjör mü gövde borulu eşanjör mü seçilir?

Isı pompasında neredeyse her zaman plakalı eşanjör seçilir; çünkü küçük yaklaşma sıcaklığına ekonomik inip COP kaybını en aza indirir ve kompakttır. Gövde borulu tip yalnız çok tortulu göl-deniz suyu veya çok büyük hacimli özel durumlarda toleransı için düşünülür. Kirli kaynakta contalı, temiz kapalı devrede kompakt lehimli plakalı tip tercih edilir.

Isı pompası eşanjöründe hangi verilerle boyutlandırma yapılır?

Boyutlandırma için güç, birincil-ikincil giriş-çıkış sıcaklıkları, debiler, glikol oranı ve kaynak suyu analizi istenir. Kazana göre iki ek veri kritiktir: glikol konsantrasyonu, çünkü hesap düzeltme çarpanıyla büyütülür; ve kaynak suyunun kimyası, çünkü plaka malzemesini belirler. Bu veriler tamamlandığında plaka sayısı, malzeme ve çerçeve tek doğru sonuca oturur.

20Doğru ısı pompası eşanjörü için mühendislik desteği

Isı pompası eşanjör seçimi, düşük ΔT, glikol düzeltmesi ve kaynak suyu analizi doğru yapıldığında sistemin COP'unu ve ömrünü belirleyen bir karardır; kazan mantığıyla seçilen cihaz ilk sezonda verim kaybı olarak geri döner. Vekron Mekanik mühendislik ekibi, hidrolik ayırma şemasını, sıcaklık rejimini, glikol oranını ve kaynak suyu analizini birlikte değerlendirerek plaka sayısını ve malzemesini boyutlandırır. Portföyümüzdeki tanpera plakalı eşanjör, ısı pompası devrelerinde bu kriterlere göre boyutlandırılan bir plakalı ısı değiştiricidir.

Kirli mevcut tesisatı koruyacak sökülebilir bir koruma katmanı gerektiğinde, ileride plaka eklenerek büyütülebilen tanpera contalı eşanjör öne çıkar; temiz kapalı devrede yer darlığı olan noktalarda ise kompakt tanpera lehimli eşanjör tercih edilir. İhtiyacınıza uygun contalı veya lehimli tipin belirlenmesi, plaka malzemesi ve kapasite hesabı için /iletisim üzerinden bize ulaşın; hava, su ve toprak kaynaklı çözümleri /urunler/isi-pompalari/hava-kaynakli kategorisi ile birlikte, buffer ve genleşme tarafını da /urunler/isitma-sistemleri/genlesme-tanki kategorisinden planlayalım.