Isı Pompasında Denge Tankı: Bağlantı Şemaları ve Sensör Yerleşimi

Özet: Isı pompasına denge tankı (buffer tank) eklemek çoğu projede gereklidir, ama yanlış bağlanmış bir tank ısı pompasının verimini düşürür. Sebebi basit: ısı pompasının COP’u gidiş suyu sıcaklığına aşırı duyarlıdır ve kötü kurgulanmış bir tank, dönüş suyunu gereğinden sıcak hale getirir. Bu yazıda ısı pompasına özgü dört bağlantı şemasını, sensörün nereye konacağını, buz çözme davranışını ve kullanım suyu önceliğini — verimi koruyacak şekilde — ele alıyoruz. Hacim hesabının kendisi ayrı bir yazının konusudur.

Isı pompasında tank neden farklı bir konu?

Kazanlı sistemlerde tank yalnızca kısa çevrimi önler. Isı pompasında ise tankın üç ayrı görevi vardır ve her biri farklı bir bağlantı biçimi ister:

1. Kısa çevrimi önlemek. Sabit devirli (aç-kapa) ünitelerde zorunludur; tam modülasyonlu ünitelerde çoğu zaman gerekmez.
2. Buz çözme (defrost) enerjisi sağlamak. Hava kaynaklı ünitelerde tank yoksa, bu enerji doğrudan radyatör veya fan coil’lerden çekilir ve bina birkaç dakikada gözle görülür şekilde soğur.
3. Asgari debiyi garanti etmek. Bina tarafında termostatik vanalar kapandığında ısı pompası kendi asgari debisini göremez ve yüksek basınç hatası verir.

Bunlara ek olarak, ısı pompasında kazanlı sistemlerde olmayan bir kısıt vardır: her 1 K’lık gidiş suyu sıcaklığı artışı COP’u kabaca %2–2,5 düşürür. 35 °C yerine 45 °C’de çalışan bir ısı pompası yılda %20’ye varan fazladan elektrik harcar. Bu yüzden tank kurgusu, tankı doldurmak için gidiş sıcaklığını yükseltmeyi gerektiriyorsa kazanç kayba döner.

Tankın ne olduğu ve hacim hesabı için buffer tank rehberimize, ısı pompasına özgü sayısal hesap için hesap yazımıza bakabilirsiniz.

Dört bağlantı şeması ve COP üzerindeki etkisi

1) Seri tank (dönüş hattında)

Tank dönüş hattına seri bağlanır; tüm debi tankın içinden geçer.

• Artısı: En basit kurgu. Tam hacim kullanılır. Gidiş sıcaklığını yükseltmez, bu yüzden COP’a en az zarar veren şemadır.
• Eksisi: Birincil ve ikincil devreyi ayırmaz; iki taraf aynı debide çalışır. Bina tarafında vanalar kapanırsa asgari debi sorunu çözülmez.
• Nerede: Tek bölgeli, debisi büyük ölçüde sabit kalan sistemler. Isı pompası projelerinde ilk değerlendirilmesi gereken şema budur.

2) Paralel (yan hat) tank

Tank ana devreye bir çatalla paralel bağlanır; debi tanktan geçmek zorunda değildir.

• Artısı: Basınç kaybı getirmez, mevcut sisteme kolayca eklenir.
• Eksisi: Tankın etkin hacmi kurguya çok bağlıdır; kötü uygulamada tank durgun kalır ve hiç iş görmez.
• Nerede: Sonradan iyileştirme projeleri.

3) 4 borulu tank (hidrolik ayırıcı olarak)

Isı pompası devresi tankın bir tarafından, bina devresi diğer tarafından bağlanır.

• Artısı: İki devre tamamen bağımsız; asgari debi garanti altına alınır, çok bölgeli sistemlerde kaçınılmazdır.
• Eksisi ve dikkat edilecek nokta: Bina tarafı ısı pompasından daha düşük debide çalışırsa, fazla gidiş suyu tankın içinden dolaşıp doğrudan ısı pompası dönüşüne karışır. Dönüş sıcaklığı yükselir, ısı pompası “yeterince ısıttım” sanır, gidiş sıcaklığını daha da yükseltir ve COP düşer. Bu, sahada “tank koyduk, fatura arttı” şikâyetinin ana sebebidir.
• Çözüm: Bina tarafı debisi ısı pompası debisine eşit veya biraz fazla tutulur; ikincil pompa sabit değil, talebe göre kontrol edilir; tank yüksek/çap oranı 3:1 seçilerek karışım azaltılır.

4) Tanksız (sadece hacim artırma)

Tank hiç konmaz, bunun yerine devre hacmi artırılır: kalın çaplı kollektör, daha uzun boru, yerden ısıtma.

• Artısı: Hidrolik olarak en temiz çözüm, COP’a hiç zarar vermez, yer kaplamaz.
• Eksisi: Her binada mümkün değildir.
• Nerede: Yerden ısıtmalı binalarda çoğu zaman yeterlidir; borularda zaten 12–20 L/kW su bulunur.

Şema seçim tablosu

Sensör yerleşimi: tankın yarısını kullanmamanın en kolay yolu

Bir buffer tankta sıcak su üstte, soğuk su altta durur. Isı pompasını yöneten sensör tankın neresinde olduğuna göre tankın ne kadarını kullandığınız değişir.

Pratik kurulum: tankta en az iki daldırma kovanı olmalıdır. Üstteki sensör “talep var” sinyalini, alttaki “tank doldu” sinyalini verir. Tek sensörle çalışılacaksa üst üçte bire konur ve histerezis geniş (6–8 K) seçilir.

İki ek nokta:

• Daldırma kovanı ince ve ısıl kütlesi düşük olmalıdır; kalın kovan sensörü yavaşlatır ve salınım yaratır.
• Sensör kovanına ısı iletim macunu konmalıdır; kuru kovan birkaç kelvin gecikme demektir.

Buz çözme (defrost) davranışı

Hava kaynaklı bir ısı pompası, dış ünite bataryasındaki buzu çözmek için çevrimi tersine çevirir ve binadan ısı çeker. Tipik bir buz çözme çevrimi 3–8 dakika sürer ve bu sürede üniteye anma gücünün 1,5–2 katı ısı verilmesi gerekir.

Tank yoksa bu ısı doğrudan radyatör ve fan coil’lerden alınır: gidiş suyu birkaç dakika içinde 10–15 K düşer, fan coil soğuk hava üfler, kullanıcı şikâyet eder. Tank varsa enerji tanktan çekilir ve bina bunu hissetmez.

Buz çözme için asgari toplam su hacmi kuralı tipik olarak 10–20 litre/kW‘dır ve bu tank değil, toplam sistem hacmidir. Üreticinin katalog değeri her zaman esastır.

Kullanım sıcak suyu önceliği ve tank ilişkisi

Isı pompalı sistemlerde kullanım sıcak suyu (KKS) genellikle ayrı bir boylerden karşılanır ve ısı pompası bu iki görevi sırayla yapar. Kurgu kuralları:

• KKS önceliği: Boyler ısıtılırken ısıtma devresi kısa süreliğine durdurulur. Bu, gidiş sıcaklığının yalnızca KKS süresince yükselmesini sağlar; ısıtma devresi düşük sıcaklıkta ve yüksek COP’ta kalır.
• Ayrı tank, tek tank değil. Isıtma buffer tankı ile KKS boylerini tek tankta birleştirmek, ısıtma tarafını sürekli yüksek sıcaklıkta çalışmaya zorlar ve COP’u kalıcı olarak düşürür.
• Boyler serpantini büyük olmalı. Isı pompası düşük sıcaklıkta su verdiği için, kazanlı sistemlere göre çok daha büyük ısı transfer yüzeyi gerekir. Kazan için tasarlanmış bir boyler ısı pompasıyla çalıştırıldığında KKS ısıtma süresi katlanır.
• Lejyonella yönetimi ayrı bir konudur ve periyodik yüksek sıcaklık çevrimi genellikle elektrikli rezistansla veya ek kaynakla yapılır.

Boyler ve tank seçimi için tank ve boyler seçim rehberimize, ürünler için tanklar sayfamıza bakabilirsiniz.

Devreye alırken kontrol edilecek 7 nokta

1. Gidiş ve dönüş sıcaklığı farkı. Tasarım ΔT’sine yakın olmalı. Çok küçükse (2–3 K) debi fazladır; çok büyükse debi yetersizdir.
2. Isı pompası dönüş sıcaklığı. Bina dönüşünden belirgin yüksekse, tankta karışım var demektir — 4 borulu kurguda debi dengesini kontrol edin.
3. Saatlik devreye girme sayısı. 6’nın altına inmeli; üstündeyse hacim veya histerezis yetersizdir.
4. Asgari çalışma süresi. 10 dakikanın üstünde olmalı.
5. Sensör konumları. Üst üçte bir ve alt üçte bir; kovanlarda ısı iletim macunu.
6. Tank yüzey sıcaklığı. Yalıtım yeterliyse tank gövdesi elle ılık bile hissedilmemeli.
7. Buz çözme sonrası toparlanma. Bir buz çözme çevrimi izlenip binanın gidiş sıcaklığındaki düşüş ölçülmeli; 5 K’yı aşıyorsa hacim yetersizdir.

Devrede hava ve tortu yönetimi de ihmal edilmemelidir; büyük su hacmi daha çok hava ve daha çok tortu demektir. Bu konuda hava ve tortu ayırıcı yazımıza ve separatörler sayfamıza bakabilirsiniz. Devreye glikol katılacaksa kapasite kaybı için glikol oranı yazımıza bakınız.

İlgili içerikler

• Separatör: hava ve tortu ayırıcı seçimi
• Isı pompası buffer tank hesabı
• Buffer tank nedir? Hesabı ve bağlantı şemaları
• Denge kabı, buffer tank, akümülasyon ve genleşme tankı farkı
• Genleşme tankı nedir? Hesabı, seçimi ve çeşitleri
• Isı pompasında kondenser ve evaporatör seçimi
• Glikol oranı seçimi ve kapasite kaybı
• Tanklar ve boylerler · Isıl denge elemanları
• Isı pompası ve yenilenebilir · Özel imalat

Kaynaklar

1. Caleffi idronics 17 — Thermal Storage in Hydronic Systems
2. Caleffi idronics 12 — Hydronic Fundamentals
3. Caleffi idronics 15 — Separation in Hydronic Systems
4. VDI 2035 — Isıtma sistemlerinde su kalitesi

Isı pompası projenizde tank şeması, hacim hesabı veya özel ölçü imalat için iletişim sayfamızdan ulaşabilir veya +90 216 620 83 32 numaralı hattımızı arayabilirsiniz.