Murat Aydın
Dünyanın çoğu bölgesinde olduğu gibi Türkiye’de de fosil yakıtların yan etkileri görülmekte ve bu yakıtların yakılması ile sera etkisi ve hava kirliliği gün geçtikçe daha belirgin olarak hissedilmektedir. Fosil yakıtlar, çoğunlukla ısıtma amaçlı geleneksel ısıtma sistemlerinde kullanılmaktadır. Bu geleneksel ısıtma sistemlerine en önemli alternatif olarak Toprak kaynaklı ısı pompaları gösterilmektedir. Toprak kaynaklı ısı pompaları doğrudan herhangi bir salınıma sebep olmadan, yeraltı ısısını kullanarak ısıtma ve soğutma yapabilme kapasitesine sahiptir. Toprak kaynaklı ısıtma ve soğutma sistemleri %40’a varan daha ekonomik ve verimli ısıtma-soğutma yapabilmektedir. Bu nedenle Dünya üzerindeki kullanımı son on yılda dört kat artmıştır. Toprak kaynaklı ısı pompalarında genelde 200 m den daha sığ kuyular kullanılmakta ve bu kuyuların ısıl özelliklerinin belirlenmesinde Isıl Tepki Testi (ITT) kullanılmaktadır.
Son yıllarda, gelişen teknoloji ve artan ihtiyaç ile kuyu derinlikleri de artmaya başlamıştır. Fakat geleneksel ITT metodu kullanımında kuyu derinliği arttıkça hata oranı da artmaktadır. Orta derinlikteki kuyularda (400 < x < 1000) geleneksel test metodu yetersiz kalmaktadır. Bu çalışmada derin kuyularda da kullanılabilecek alternatif bir ITT metodu tanıtılmaktadır. Sabit ısı akısı uygulanarak yapılan geleneksel ITT metodunun aksine bu metotta test için sabit sıcaklık kullanılmaktadır. İçi sıvı dolu olan bir kuyunun veya borunun içine daldırılabilecek, ısıtıcı elemanlar ve sıcaklık algılayıcılarından oluşan bir test sondası ile kuyu boyunca veya belirli bir bölge boyunca sıvı sıcaklığı sabit tutulur. Sıvı sıcaklığını sabit tutabilmek için, ısıtıcı elemana karşılık gelen toprak tabakasına bağlı olarak farklı ısı enerjisi uygulamak gerekir ve bu ısı enerjisi yüzeyde bulunan kontrol sistemi ile ölçülür. Sıcaklığın sabit tutulması sıcaklık algılayıcılarının istenen sıcaklığa bağlı olarak ısıtıcı elemanları devreye sokup çıkarması ile gerçekleştirilir. Test süresince uygulanan ısı enerjisi değerinin logaritmik zaman ekseninde değişiminin eğimi kullanılarak, verilen ısıya karşılık gelen katmanın ısı iletim katsayısı elde edilebilmektedir. Bu şekilde her katman için ayrı bir grafik elde edilir ve bu grafiklerden her katmana karşılık gelen ısı iletim katsayısı elde edilmiş olur. Bu model analitik ve sayısal olarak incelenmiştir. COMSOL programı yardımı ile sanal ortamda çeşitli parametreler kullanılarak modellemeler yapılmış, metodun doğru çalıştığı gösterilmiştir. En iyi sonucu verebilecek geometrik ve test parametreleri de araştırılmıştır. Metot şu an deneysel doğrulama aşamasındadır. Bu metot, gelecekte derin kuyular kullanan toprak kaynaklı ısı pompası sistemlerinin ısıl performans hesaplamalarında araştırmacılara, uygulayıcılara ve mühendislere gereken bilgiyi sağlayabilecek kapasitedir.