Wissenschaftliche Studien zur Wärmepumpe

Wärmepumpen sind zu einem System geworden, das aus Gründen wie dem Anstieg der Brennstoffpreise, den Umweltschäden anderer auf fossilen Brennstoffen basierender Heizsysteme usw. immer häufiger eingesetzt wird der steigende Energieverbrauch als Reaktion auf die schnell wachsende Bevölkerung. In diesen Systemen wird Erdreich, Wasser oder Luft als Wärmequelle genutzt. Da die Temperaturänderung des Bodens im Laufe des Jahres weniger schwankt als die von Luft und Wasser, ist seine Nutzung größer. Darüber hinaus ist die Bodentemperatur im Sommer kälter und im Winter wärmer als die Außenluft. Aufgrund dieser Vorteile und der geringen Bodenkosten nehmen die Studien zu diesem Thema von Tag zu Tag zu.

Die von uns genutzten Energiequellen ändern sich parallel zum technologischen Wandel. Während früher Holz und ähnliche Brennstoffe verwendet wurden, die leicht aus der Natur zu gewinnen sind, kommen zunehmend auch Kohle und neuerdings auch Erdöl und Erdgas zum Einsatz. Unter den heutigen Bedingungen wird fast unser gesamter Energiebedarf durch fossile Brennstoffe und deren Derivate gedeckt. Darüber hinaus wird ein Teil der genutzten Energie durch Solarenergie und ein sehr kleiner Teil durch Kernenergie bereitgestellt. Die Tatsache, dass fossile Brennstoffe bald erschöpft sein werden, wirft die Frage auf, wie Energie gedeckt werden kann. Zusätzlich zum Problem der Erschöpfung fossiler Brennstoffe führt der Anstieg ihrer Preise dazu, dass neue alternative Ressourcen gefunden und die vorhandenen erschlossen werden müssen.

Diese schädlichen Systeme, die Umweltverschmutzung verursachen, wirken sich auch negativ auf das ökologische Gleichgewicht aus . Es hinterlässt negative Auswirkungen auf lebende und nicht lebende Dinge. Der „Treibhauseffekt“, der durch den raschen Anstieg des in die Atmosphäre freigesetzten Kohlendioxids und anderer Treibhausgasemulsionen verstärkt wird, ist vor allem auf die Nutzung fossiler Brennstoffe und anderer Verbindungen zurückzuführen, die zum Abbau der Ozonschicht führen bzw. verursachen globale Erwärmung und eine Zunahme der ultravioletten Strahlen, die die Erde erreichen. Infolgedessen stört die Schädigung der Natur das ökologische Gleichgewicht und führt zum Aussterben lebender Arten.

Auf der anderen Seite entstehen Umweltprobleme, die sich aus der Produktion, Umwandlung, Übertragung und Erschöpfung von Energie ergeben, wie bereits erwähnt und der Schutz der Umwelt sind Themen der Energiepolitik und -praktiken der Länder der Welt, die zunehmend in den Mittelpunkt des Programms gerückt werden. Parallel dazu wird es immer wichtiger, den schnell wachsenden Energiebedarf der Türkei kostengünstig zu decken und die Umweltverschmutzung zu kontrollieren (Niğdelioğlu, 2006).

Energieressourcen werden teurer und knapper; Die durch den Energie-, Industrie- und Transportsektor verursachte Umweltverschmutzung hat es erforderlich gemacht, Maßnahmen zum Schutz der Umwelt in unserem Land wie in der ganzen Welt zu ergreifen. Da der Hauptzweck der Energiepolitik darin besteht, die Umwelt zu schützen und zu verbessern und gleichzeitig die sozioökonomische Entwicklung zu stärken, geht unser Land mit einer parallelen Sichtweise auf die Umwelt ein, die in den Energiepolitiken und -programmen der Länder der Welt zunehmend berücksichtigt wird anderen Ländern und glaubt an die Notwendigkeit, die Umwelt zu schützen und zu verbessern. Es führt verschiedene Aktivitäten durch und trifft Vorkehrungen, um die Umweltverschmutzung und Treibhausgasemissionen zu reduzieren (Niğdelioğlu, 2006).

Solche Probleme und Bemühungen in diesen Energiebereichen Die verwendeten Quellen sind das Ergebnis neuer alternativer Energiequellen. enthüllte seine Suche. Zu den neuen Energiequellen zählen Sonne, Wind, Wellen, Biomasse, Geothermie, Boden, Gestein und Grundwasser. Auch unser Land versucht, von diesen neuen Energiequellen zu profitieren. Unter diesen Systemen sehen wir am häufigsten Solarenergiesysteme, und Geothermie wird in vielen Bereichen wie der Stromerzeugung, dem Kühl-, Heiz- und Warmwasserbedarf, dem Gewächshausanbau usw. eingesetzt (Güven, 2002). Das System, das unsere Aufmerksamkeit am meisten auf sich zieht, ist die Geothermie. Der Grund dafür ist, dass unser Land in Bezug auf geothermische Ressourcen das siebte Land der Welt ist.

Boden ist ein System, das zum Heizen und Kühlen von Gewerbegebäuden, verschiedenen Ingenieurbauwerken und zur Erzeugung von Warmwasser für den Haushalt verwendet wird durch die Nutzung der Energie, die aus der von der Erde durch Sonnenstrahlen gewonnenen Wärme gewonnen werden kann. Der Einsatz von „geschweißten Wärmepumpen“ (TKIP) nimmt zu. Das Funktionsprinzip des Systems basiert auf der Übertragung von Wärme. Da es sich bei TKIP-Systemen um Systeme handelt, die Heizen und Kühlen mit elektrischer Energie bereitstellen, werden sie in skandinavischen Ländern, insbesondere in den USA, Kanada, Deutschland und Schweden, seit langem als umweltfreundliches System eingesetzt. TKIPs erzielen effektivere Ergebnisse bei der Energienutzung, da sich die Temperatur im Bodeninneren stetig ändert und sie ihre Leistung in kalten Klimazonen auf einem hohen Niveau halten (Şahin et al., 2007).

Wenn die Wärmepumpe Einfach ausgedrückt: Es überträgt Wärme von einer Umgebung auf ein anderes Trägersystem. Das System bezieht seine Energie aus Strom. Das thermodynamische Gesetz, dass Wärme weder erzeugt noch zerstört, sondern nur transportiert werden kann, definiert die Funktionsweise der Wärmepumpe. Bei Wärmepumpen werden Erdreich, Wasser oder Luft als Wärmequellen genutzt. Bei Nutzung des Erdreichs als Wärmequelle; Sowohl der geeignete Wert des Bodens zur Deckung des erforderlichen Wärmebedarfs als auch der hohe Heizwirkungskoeffizient führen zu einer Steigerung der Effizienz.

Der Begriff Wärmepumpe ist für die meisten Menschen in der Heizungsbranche neu. Die Kühlschränke, Klimaanlagen, Luftentfeuchter und Gefriergeräte in unseren Häusern sind jedoch Produkte derselben Logik. Da ihr Funktionsprinzip der Logik des Wärmetransports entspricht, können sie unter dem Titel „Wärmepumpe“ zusammengefasst werden. Werden Kältemaschinen zum Heizen oder Heizen und Kühlen eingesetzt, spricht man von Wärmepumpen. Betrachten wir als Beispiel die Kühlschränke, die wir in unseren Häusern verwenden. In Kühlschränken ist die Innenumgebung, in der die Lebensmittel gelagert werden, kalt und die Rohre dahinter sind heiß, weil sie die Wärme an die Umgebung abgeben. Fast jeder Mensch kennt dieses Phänomen und fragt sich, woher diese Hitze kommt. Wie im Beispiel zu sehen ist, erzeugen Kühlmaschinen gleichzeitig Wärme und Kälte. Wenn wir von Wärmepumpen sprechen, beziehen wir uns verständlicherweise auf Kühlmaschinen. Wärmepumpen sind also ein seit langem bekanntes Konzept, es handelt sich also nicht um eine neue Technologie der 90er Jahre. Die Wärmepumpentechnik wurde logischerweise erstmals im 18. Jahrhundert entwickelt. Die Wärmepumpe wird von nun an eine große Rolle bei der Nutzung von Heizzwecken spielen, ebenso wie bei dem steigenden Trend, den sie bis heute bei der Kühlung verfolgt hat (Ünlü, 2005).

Erdwärmepumpe hat dies getan gibt es seit 1995 in Amerika und Europa. Mit 59 % bzw. 9,7 % pro Jahr hat es sich am stärksten verbessert. Die Installationskapazität in 26 Ländern der Welt beträgt 6850 MW und der jährliche Energieverbrauch beträgt 23214 TJ/Jahr. Die Zahl der installierten Systeme beträgt nach Angaben aus dem Jahr 2000 etwa 500.000 (Lund und Freeston, 2000; Ünlü, 2005). Darüber hinaus kamen in den Jahren 2001 und 2002 geothermische Wärmepumpen in unserem Land in den Vordergrund und wurden in vielen Wohnhäusern zu Heiz- und Kühlzwecken eingesetzt. Allerdings ist die TKIP-Herstellung in unserem Land noch nicht verfügbar und es werden aus dem Ausland importierte Paket-TKIPs verwendet.

TKIP wurde entwickelt, um die in der Geomasse gespeicherte Wärmeenergie von der Erde auf Wohnräume zu übertragen, wenn die Sonne scheint auf die Erde treffen. TKIP nutzt den Boden als Wärmequelle bzw. Wärmebrunnen. Die Tatsache, dass die Bodentemperatur von der Oberfläche bis in die Tiefe teilweise konstant bleibt und dass diese Temperatur näher an der für menschliche Behaglichkeitsbedingungen erforderlichen Temperatur liegt als die Umgebungstemperatur, macht diese Art der Wärmepumpenanwendung attraktiv. Aufgrund dieser nahezu konstanten Temperatur werden mit Erdwärmepumpen auch in Regionen mit rauem Klima höhere Werte in der Leistung des Kreisprozesses erreicht. Obwohl Wärmepumpen, die Luft als Quelle nutzen, weit verbreitet sind, weisen sie einige Nachteile auf, z. B. dass sie mit einem geringen Wirkungsgrad arbeiten und unerwünschte Belastungen für elektrische Zuleitungen verursachen, insbesondere in Regionen mit kaltem und wechselndem Klima. Derartige unerwünschte Faktoren werden durch den Einsatz von TKIP eliminiert. Es ist verständlich, dass mit TKIP im Vergleich zu Luftwärmepumpen eine höhere Leistung erzielt wird (Ünlü, 2005).

Der wichtigste Unterschied von TKIP zu anderen Wärmepumpensystemen besteht darin, dass TKIP-Systeme Wärme durch Kontakt bereitstellen zwischen der Wärmeträgerflüssigkeit und der Geomasse. Es ist ein „Erdwärmetauscher“-System erforderlich, das die Wärmeübertragung ermöglicht. Als Nachteil von Erdwärmepumpen kann der hohe Installationsaufwand angesehen werden, der durch den Einbau dieser Wärmetauscher im Erdreich entsteht. Allerdings bleiben die Betriebskosten dieser Wärmepumpen niedriger als bei anderen Wärmepumpentypen. Erdwärmetauscher können horizontal oder vertikal innerhalb der Geomasse platziert werden (Ünlü, 2005).

Angesichts der Tatsache, dass 1/3 der von Erdwärmepumpen erzeugten Energie im Vergleich zu alternativen Systemen bezahlt wird, Nicht nur der Verbraucher, sondern auch der Staat erhält ausgelagerte Energie. Es ist erwiesen, dass dies einen großen Vorteil in der Energieeinkaufspolitik bietet, und daher wird die Wärmepumpentechnologie von den Staaten gefördert und unterstützt (Ünlü, 2005).

Türkei, Solar und Es ist ein Land, das sehr windreich ist. Bisher wird Solarenergie in unseren südlichen Regionen nur mit sehr geringem Wirkungsgrad zur Warmwasserbereitung genutzt. Für unser Land, das sich nicht den Luxus leisten kann, diesen Reichtum zu verschwenden, sind Wind und Sonne, die unerschöpfliche Ressourcen sind, Kandidaten dafür, in den kommenden Jahren die wichtigsten Energie- und Stromquellen zu sein. Mit der flächendeckenden Nutzung alternativer Energiequellen wird ein anderes Weltbild unseren Alltag prägen. In einem solchen Umfeld wird der Grad des Wohlergehens vom effizientesten Energieverbraucher bestimmt und nicht von demjenigen, der die meiste Energie verbraucht. Da in der Türkei ein ähnliches Verständnis vorherrscht, wird die Bedeutung erneuerbarer Energiequellen noch weiter zunehmen (Ünlü, 2005).

In der Literatur gibt es viele Studien zu TKIP-Systemen. Diese Studien werden im Folgenden chronologisch erläutert.

In seiner Studie erläuterte Kersten (1949) experimentelle Gleichungen zur Bestimmung des Bodenwärmeleitungskoeffizienten in Abhängigkeit von den Werten der Bodentrockendichte und des Feuchtigkeitsgehalts (Ünlü, 2005). .

Ingersoll (1954) zeigte, dass die Kelvin-Linienquellentheorie verwendet werden kann, um die Wärmeübertragung in unterirdischen Rohren zu untersuchen, um Wärme abzuleiten oder abzuleiten. Shelton (1975) untersuchte die Wärmeübertragung in einem unterirdischen Wärmespeicher und dem Boden um den Speicher herum (Ünlü, 2005).

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Kunze und Forsgren (1978) haben in ihrer Studie zur Klassifizierung geothermischer Ressourcen nach der Temperatur Temperaturen zwischen 50 und 80 °C für Quellen unter 50 °C für geothermische Wärmepumpenanwendungen und über 130 °C festgestellt zur direkten Nutzung gibt an, dass die Ressourcen für die Stromerzeugung geeignet sind (Ünlü, 2005).

Greistad und Torabramians (1981) stellt in seiner Forschung mit dem Titel TKIP-Optimierung fest, dass die Durchflussrate von geothermischem Wasser erhebliche Auswirkungen auf die Ausrüstung (Verdampfer), die Energie- und Wasserkosten hat (Ünlü, 2005).

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Lund und Kangas (1983) präsentierten die Nettoenergieanalyse eines solarbeheizten Systems mit saisonaler Wärmespeicherung. Diese Analyse wurde für finnische Klimabedingungen durchgeführt (Ünlü, 2005).

In seiner Studie von Mathen (1984); Es ermittelte die Jahresleistung von 10 in Betrieb befindlichen TKIPs und ermittelte die Nettoenergieeinsparungen durch den Vergleich mit herkömmlichen Heizsystemen (Ünlü, 2005).

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Lund und Östman (1985) entwickelten ein dreidimensionales numerisches Modell der saisonalen Wärmespeicherung im Boden mithilfe vertikaler Rohre (Ünlü, 2005).

Hugnes et al. (1985) berichteten über Ergebnisse eines mehrstufigen Demonstrationsprojekts zur Bewertung des technischen und wirtschaftlichen Potenzials von TKIPs für den Wohnungsbau im Bundesstaat New York City. In diesem Zusammenhang wurden im Zeitraum 1982–1984 Heiz-Kühlleistung und integrierte Warmwasserbereitung beobachtet (Ünlü, 2005).

Franck und Berntsonn (1985) verwendeten vertikale Rohre mit einer Tiefe von bis zu 10–40 m für die saisonale Speicherung im Boden präsentierte einige der wichtigsten Ergebnisse zweier Versuchsanlagen im Rahmen eines großen Forschungsprogramms, das in Schweden auf dem Gebiet solarunterstützter Wärmepumpen durchgeführt wurde (Ünlü, 2005).

Catan und Baxter (1985) untersuchten die wirtschaftlich optimale Analyse von TKIPs in nördlichen Klimaanwendungen (Ünlü, 2005).

Goswami und Dhaliwal (1985) 1,83 m Sie präsentierten Wärmeübertragungsanalyse von Techniken, die die unterirdische Bodentemperatur in oder in größerer Tiefe nutzen. Mit Hilfe einer in dieser Studie entwickelten Computersimulation wurde die Temperatur der durch das unterirdische Rohr strömenden Luft berechnet (Ünlü, 2005).

Lund und Freunde (1987) führten eine Computersimulation von a durch Solarheizsystem mit saisonaler Wärmespeicherung für die klimatischen Bedingungen von Taschkent (Ünlü, 2005).

Eskilson und Hellström (1987) entwickelten eine Analyse für einen 25-Well-Wärmespeicher. Dem Tank wurden einige Tage lang konstant etwa 100 kW Wärmeenergie zugeführt und die Ein- und Austrittstemperaturen des wärmeführenden Wassers wurden in 25 parallelen Brunnen gemessen (Ünlü, 2005).

Claesson und Eskilson (1988) Als Wärmequelle Sie lieferten Informationen über die thermische Analyse und die Dimensionierungsregeln von im Boden platzierten Wärmetauschern während der Wärmeentnahme in Wärmepumpen, bei denen Erde genutzt wird (Ünlü, 2005).

Kavanaugh und Pazent (1990) untersuchten den Betrieb von Wasser/Luft-Wärmepumpen unter Verwendung von Flusswasser als Wärmequelle und Wärmesenke. Er machte auch Vorschläge zur Auswahl der Wärmepumpe, der Pumpsysteme, der Rohrleitungsanordnung und den Eigenschaften der Flussgröße/-tiefe (Ünlü, 2005).

Martin (1990) verwendete das Wärmepumpensystem mit einem Einzelrohr horizontaler Bodenwärmetauscher. führte Studien durch, um die Auswirkung von Parameteränderungen zu bestimmen (Ünlü, 2005).

Sulatisky und Van Der Kamp (1991) in Kanada (Saskatchewan) bewertete fünf Erdwärmepumpen für Wohnzwecke (Ünlü, 2005).

Kavanaugh (1992) führte Studien durch, um die Akzeptanz und Betriebseigenschaften vertikaler Erdwärmepumpen in südlichen Klimazonen zu bestimmen (Ünlü, 2005).

Meloy (1992) arbeitete an der Umstellung des Gerichtsgebäudes von Cowlitz County auf ein Brunnenwärmepumpensystem mit Wasserkühlung im Brunnen. und gab die Probleme an, die während der Transformation aufgetreten sind (Ünlü, 2005).

Rafferty (1992) identifizierte zwei 360 Tonnen (11266 KW) Kraftwerke mit einer Grundwassertemperatur von 22 °C und einer Leistung von 156 Tonnen (549 KW). Anlage mit einer Grundwassertemperatur von 13 °C erläuterte Erfahrungen aus verschiedenen Grundwasser-Wärmepumpensystemen (Ünlü, 2005).

Dvorov und Ledentsova (1994) zeigten in ihrer Studie, die die wirtschaftlichen und technischen Aspekte der Erdwärmenutzung für Russland untersuchte, dass es wirtschaftlicher ist, stattdessen Niedertemperaturquellen mit einer Wärmepumpe zu nutzen der direkten Erwärmung mit Quellen bei Temperaturen von 80 °C und mehr (Ünlü, 2005).

Bloomquist und Schuster (1994) in ihrer Studie, die die historische Entwicklung der geothermischen Ressourcennutzung in Amerika untersucht; zeigte die Bedeutung geothermischer Wärmepumpenanwendungen sowohl heute als auch in der Zukunft auf (Ünlü, 2005).

Sullivan (1994) stellte in seinem Artikel fest, dass geothermische Wärmepumpen, die erstmals in den 1940er Jahren auf den Markt kamen, jetzt verfügbar sind in 35.000 Einheiten pro Jahr in Amerika (Ünlü, 2005).

Healy und Ugursal (1997) unter Verwendung eines Computermodells, Er arbeitete daran, die Auswirkungen verschiedener Systemparameter auf die Leistung von TKIPs zu bestimmen. Er führte außerdem eine wirtschaftliche Analyse durch, um die Machbarkeit des Einsatzes eines TKIP zu bewerten, bei dem konventionelle Heiz-/Kühlsysteme und eine Luftwärmepumpe zum Einsatz kommen (Ünlü, 2005).

Spikler (1998) untersuchte das Design eines vertikalen Erdwärmetauschers unter Verwendung des Wärmeleitfähigkeitstests und der Wirkung verschiedener Füllmaterialien, die in vertikalen Erdwärmetauschern verwendet werden (in vier verschiedenen Lochdurchmesseranordnungen) (Ünlü, 2005) .

Den Braven (1998) untersuchte und listete die Verfügbarkeit von Frostschutzmitteln auf, die im Erdwärmetauscher von TKIP in Amerika verwendet werden. Er gab an, dass fast die Hälfte der US-Bundesstaaten keine Regeln oder Empfehlungen haben, die Frostschutzmaterialien für TKIPs beinhalten (Ünlü, 2005 untersuchte die Leistung einer Hybridwärmepumpe (bei der die Menge des erforderlichen Erdwärmetauschers reduziert wurde). (Ünlü, 2005).

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Parallel zu den im Ausland durchgeführten Studien werden einige Studien auch in unserem Land durchgeführt.

Koyun und Diz (2000) In ihrer Studie untersuchten sie die Veränderung je nach Zeit und Tiefe. Abhängig von den physikalischen Eigenschaften des Bodens wurden die Werte der Bodentemperatur in verschiedenen Tiefen im Laufe des Jahres durch mathematische Ausdrücke ermittelt (Ünlü, 2005).

Işık und Freunde (2000) In ihrer Studie; Die Leistung von Wasser-Wasser- und Luft-Wasser-Wärmepumpen unter gleichzeitigen Heiz- und Kühlbedingungen wurde experimentell untersucht. (Ünlü, 2005).

In der Studie von Kıncay und Temir (2002) wurden Wärmeverlust- und Wärmegewinnwerte einer Villa in Hadımköy, Istanbul ermittelt und Dimensionierungsberechnungen sowohl für Heizung als auch für Heizung durchgeführt Kühlung mit einer vertikalen Erdwärmepumpe (Ünlü, 2005).

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Kaygusuz et al. (1992) führten eine Studie über die Eignung von Energiespeicherung und solarunterstützter Wärmepumpe für die Hausheizung in der Schwarzmeerregion durch (Güven, 2002).

Taner (1986) von der Universität Anadolu und Kılkış (1981). ) von METU. Es wurden Artikel über Erdwärmepumpen erstellt (Güven, 2002).

Hepbaşlı (1985), „Wärmepumpensysteme und Wohnen In seiner Masterstudie mit dem Titel „Heizung“ untersuchte er die Beheizung von Wohngebäuden mit einer Boden-Wasser-Wärmepumpe, wobei er Erde als Wärmequelle nutzte (Güven, 2002).

Ataman befasste sich 1991 in seiner Masterarbeit mit diesem Thema. In der Studie wurde die Beheizung eines in Göztepe gebauten Hauses mit einer Erdwärmepumpe diskutiert (Güven, 2002).

Oksay und Babür von METU nutzten die Geräte 1985 in der METU-Abteilung für Maschinenbau Labore, um eine Verbindung zwischen Boden und Luft herzustellen. Sie entwarfen und bauten eine funktionierende Wärmepumpe. Die Leistung einer Erdwärmepumpe wurde experimentell mit einer Wärmepumpe untersucht, die aus zwei Kreisläufen bestand (Güven, 2002).

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Da Erdwärmepumpen innerhalb der Grenzen unseres Landes noch nicht das Produktionsstadium erreicht haben, werden sie als Pakettyp von außen geliefert, was zu einem Anstieg der Investitionskosten führt.