KaydedilenlerDerginizi ekleyin

Dergiler / Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi / 2026 / Cilt: 17 Sayı: 1

Adana İli Koşullarında Hava, Su ve Toprak Kaynaklı Isı Pompası Sistemlerinin Termodinamik ve Termoekonomik Analizi

Thermodynamic and Thermoeconomic Analysis of Air, Water and Ground Source Heat Pump Systems in Adana Province

Ömer Çetin(BURSA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ)
Ali Husnu Bademlioğlu(BURSA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ)0000-0001-6944-4900
Sayfa
—
Yayın Tarihi
2026-03-26
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

Hava kaynaklı sistemin düşük ilk yatırım maliyeti sayesinde düşük kondenser sıcaklıklarında en kısa geri ödeme süresi 4.33 yıl olarak hesaplanmıştır; ancak kondenser sıcaklığının yükselmesiyle bu avantaj ortadan kalkarak geri ödeme süresi 4.66 yıla çıkmıştır.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Bu çalışmada, Adana ili koşullarında 200 m² büyüklüğündeki bir müstakil konutun ısıtılmasına yönelik olarak hava, su ve toprak kaynaklı ısı pompası sistemlerinin termodinamik ve termoekonomik performansları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir.
📊
Temel Bulgular & Veri:Çalışmada soğutucu akışkan olarak R290 kullanılmış; 2015–2025 yılları arasındaki ısıtma sezonuna (Kasım–Mart) ait meteorolojik veriler esas alınarak her bir ısı kaynağına karşılık gelen tasarım sıcaklıkları belirlenmiştir.
💡
Sonuç & Katkı:Hava kaynaklı sistemin düşük ilk yatırım maliyeti sayesinde düşük kondenser sıcaklıklarında en kısa geri ödeme süresi 4.33 yıl olarak hesaplanmıştır; ancak kondenser sıcaklığının yükselmesiyle bu avantaj ortadan kalkarak geri ödeme süresi 4.66 yıla çıkmıştır.
🔬Tür:Araştırma Makalesi
📍Kapsam:2015–2025 Verileri
⚙️Değişkenler:Isı pompası · COP · ekserji verimi

Özet

Bu çalışmada, Adana ili koşullarında 200 m² büyüklüğündeki bir müstakil konutun ısıtılmasına yönelik olarak hava, su ve toprak kaynaklı ısı pompası sistemlerinin termodinamik ve termoekonomik performansları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Çalışmada soğutucu akışkan olarak R290 kullanılmış; 2015–2025 yılları arasındaki ısıtma sezonuna (Kasım–Mart) ait meteorolojik veriler esas alınarak her bir ısı kaynağına karşılık gelen tasarım sıcaklıkları belirlenmiştir. Bu kapsamda enerji ve ekserji analizleri gerçekleştirilmiş, kondenser sıcaklığı (35-50 °C) ile kompresör izentropik veriminin (%70-%85) sistemin termodinamik performansı üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Ayrıca ekonomik analiz kapsamında, seviyelendirilmiş ısıtma maliyeti ile basit geri ödeme süresi karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Analizler sonucunda, su kaynaklı ısı pompasının incelenen çalışma koşullarında en yüksek COP (Performans Katsayısı) değerine ve ekserji verimine ulaştığı; hava kaynaklı sistemin ise düşük kaynak sıcaklığı nedeniyle en düşük termodinamik performansı gösterdiği belirlenmiştir. Buna bağlı olarak, hava kaynaklı ısı pompasının seviyelendirilmiş ısıtma maliyeti (0.0741 USD/kWh) diğer ısı kaynaklı sistemlere kıyasla daha yüksek gerçekleşmiştir. Hava kaynaklı sistemin düşük ilk yatırım maliyeti sayesinde düşük kondenser sıcaklıklarında en kısa geri ödeme süresi 4.33 yıl olarak hesaplanmıştır; ancak kondenser sıcaklığının yükselmesiyle bu avantaj ortadan kalkarak geri ödeme süresi 4.66 yıla çıkmıştır.

Abstract

In this study, the thermodynamic and thermoeconomic performances of air-, water-, and ground-source heat pump systems designed for heating a 200 m² detached residential building under the climatic conditions of Adana, Turkey, were comparatively investigated. R290 was selected as the refrigerant, and the design temperatures for each heat source were determined based on meteorological data from the 2015–2025 heating seasons (November–March). Within this scope, energy and exergy analyses were conducted, and the effects of condenser temperature (35–50 °C) and compressor isentropic efficiency (70–85%) on the thermodynamic performance of the systems were evaluated. Additionally, the levelized heating cost and simple payback period were comparatively assessed as part of the economic analysis. The results revealed that the water-source heat pump achieved the highest COP (Coefficient of Performance) and exergy efficiency values under the investigated operating conditions, whereas the air-source system exhibited the lowest thermodynamic performance due to its lower source temperature. Accordingly, the levelized heating cost of the air-source heat pump (0.0741 USD/kWh) was higher than those of the other heat source alternatives. Thanks to the low initial investment cost of the air-source system, the shortest payback period was calculated as 4.33 years at low condenser temperatures; however, as the condenser temperature increased, this advantage disappeared and the payback period rose to 4.66 years.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Çetin, Ö., Bademlioğlu, A. H. (2026). Adana İli Koşullarında Hava, Su ve Toprak Kaynaklı Isı Pompası Sistemlerinin Termodinamik ve Termoekonomik Analizi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, Cilt: 17 Sayı: 1. https://doi.org/10.24012/dumf.1834222

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (33)

  1. A. Saleh, “Experimental performance evaluation of water source heat pumps in different circumstances and comparison to air source heat pumps,” J. Therm. Eng., vol. 9, no. 4, pp. 945-958, 2023.
  2. J. Nyers and A. Nyers, “Investigation of heat pump condenser performance in heating process of buildings using a steady-state mathematical model,” Energy Build., vol. 75, pp. 523-530, 2014.
  3. H. Yin, S. Ying, G. Liu, Q. Yang, Y. Zhao and L. Li, “Energy, exergy, economic, and environmental analysis of waste heat source heat pump industrial steam generation system,” Energy Convers. Manage., vol. 330, pp. 119662, 2025.
  4. E. Saloux, M. Sorin and A. Teyssedou, “Assessing the exergy performance of heat pump systems without using refrigerant thermodynamic properties,” Int. J. Refrig., vol. 93, pp. 1-9, 2018.
  5. B. D. Raad, M. V. Lieshout, L. Stougie and A. Ramirez, “Identifying techno-economic improvements for a steam-generating heat pump with exergy-based cost minimization,” Appl. Therm. Eng., vol. 267, pp. 125632, 2025.
  6. K. Bilen and O. Demir, “Energy and exergy analysis of air, water and ground source heat pumps for different refrigerants,” El-Cezeri J. Sci. Eng., vol. 8, no. 2, pp. 688-705, 2021.
  7. H. C. Vidinlioglu and C. Cimsit, “Energy and exergy analysis in water source heat pump system for R410A fluid,” European J. Sci. Tech., vol. 51, pp. 115-124, 2023.
  8. C. Höges, L. Wissing, C. Vering and D. Müller, “Choosing the optimal refrigerant in heat pumps: Influence of the ecologic evaluation method,” Appl. Therm. Eng., vol. 263, pp. 125313, 2025.
  9. L. Zou and J. Yu, “4E assessment of ejector-enhanced R290 heat pump cycle with a sub-cooler for cold region applications,” Energy, vol. 298, pp. 131369, 2024.
  10. A. Y. Sulaiman, D. Cotter, C. Arpagaus and N. Hewitt, “Theoretical evaluation of energy, exergy, and minimum superheat in a high-temperature heat pump with low GWP refrigerants,” Int. J. Refrig., vol. 153, pp. 99-109, 2023.
  11. D. Wu, B. Ma, X. Huang, X. Wu, Y. Yang, C. Wen and J. Zhang, “Heat exchanger design and performance evaluation for a high-temperature heat pump system under different two-phase correlations: 4E analysis,” Appl. Energy, vol. 384, pp. 125492, 2025.
  12. M. Sadeghi, T. Petersen, Z. Yang, B. Zühlsdorf and K. S. Madsen, “Thermal and economic performance assessment of different high temperature heat pump layouts for upgrading district heating to process heating of steam production at 160 °C,” Energy, vol. 313, pp. 133832, 2024.
  13. M. Wei, B. Zhu, B. Peng, H. Shi, Q. Zhang and Z. Zhou, “Energy and exergy analysis of air-source transcritical CO2 heat pump water heaters in cold regions: An experimental and numerical study,” Energy Build., vol. 350, pp. 116682, 2026.
  14. Y. Wang, Z. Ye, X. Yin, Y. Song and F. Cao, “Energy, exergy and exergoeconomic evaluation of the air source transcritical CO2 heat pump with internal heat exchanger for space heating,” Int. J. Refrig., vol. 130, pp. 14-26, 2021.
  15. Y. Zhang, X. Wei and X. Qin, “Experimental study on energy, exergy, and exergoeconomic analyses of a novel compression/ejector transcritical CO2 heat pump system with dual heat sources,” Energy Convers. Manage., vol. 271, pp. 116343, 2022.
  16. M. Yu and J. Yu, “Theoretical study of a modified ejector enhanced vapor injection heat pump cycle with hybrid solar-air source for dryer application,” Sol. Energy, vol. 248, pp. 171-182, 2022.
  17. A. Pirmohamadi, H. Ghaebi, B. M. Ziapour and M. Ebadollahi, “Exergoeconomic analysis of a novel hybrid system by integrating the Kalina and heat pump cycles with a nitrogen closed Brayton system,” Energy Rep., vol. 7, pp. 546-564, 2021.
  18. R. Pelaez, P. Marin and S. Ordonez, “Hydrogen production through the integration of biomass gasification and residual steelmaking streams,” Int. J. Hydrogen Energy, vol. 176, pp. 151420, 2025.
  19. H. Lu, C. Fan, D. Li, Y. Chen and F. Yao, “Economic and exergy assessments for ocean thermal energy conversion using environment-friendly fluids,” Processes, vol. 13, pp. 2780, 2025.
  20. M. S. Yousef, A. A. Hawwash and D. Santana, “Assessment of a sustainable multigeneration system integrating supercritical CO2 Brayton cycle and LNG regasification: Thermodynamic and exergoeconomic evaluation,” Case Stud. Therm. Eng., vol. 56, pp. 104205, 2024.
  21. C. Wu, X. Xu, Q. Li, J. Li, S. Wang and C. Liu, “Proposal and assessment of a combined cooling and power system based on the regenerative supercritical carbon dioxide Brayton cycle integrated with an absorption refrigeration cycle for engine waste heat recovery,” Energy Convers. Manage., vol. 207, pp. 112527, 2020.
  22. X. Zhang, R. Zeng, K. Mu, X. Liu, X. Sun and H. Li, “Exergetic and exergoeconomic evaluation of co-firing biomass gas with natural gas in CCHP system integrated with ground source heat pump,” Energy Convers. Manage., vol. 180, pp. 622-640, 2019.
  23. M. Pan, F. Lu, Y. Zhu, G. Huang, J. Yin, F. Huang, G. Chen and Z. Chen, “Thermodynamic, exergoeconomic and multi-objective optimization analysis of new ORC and heat pump system for waste heat recovery in waste-to-energy combined heat and power plant,” Energy Convers. Manage., vol. 222, pp. 113200, 2020.
  24. M. N. Khan, M. Zoghi, H. Habibi, A. Zanj and A. E. Anqi, “Waste heat recovery of two solar-driven supercritical CO2 Brayton cycles: Exergoeconomic analysis, comparative study, and monthly performance,” Appl. Therm. Eng., vol. 214, pp. 118837, 2022.
  25. A. E. Ozgur and Y. Kocaslan, “Thermodynamic analysis of a heat pump with sub-cooler cycle,” Int. J. Technol Sci, vol. 16, pp. 27-32, 2024.
  26. A. E. Akan, “Analysis of the heat pump performance of different refrigerants in a building with determined heating load according to TS825,” Eur. J. Tech., vol. 10, pp. 402-414, 2020.
  27. A. Huicochea, “A novel advanced absorption heat pump (Type III) for cooling and heating using low-grade waste heat,” Energy, vol. 278, pp. 127938, 2023.
  28. A. Kijo-Kleczkowska, P. Brus and G. Wieciorkowski, “Economic analysis of heat pump exploitation – A case study,” Energy, vol. 280, pp. 128184, 2023.
  29. R. Scoccia, T. Toppi, M. Aprile and M. Motta, “Absorption and compression heat pump systems for space heating and DHW in European buildings: Energy, environmental and economic analysis,” J. Build. Eng., vol. 16, pp. 94-105, 2018.
  30. S. G. Hacıpasaoglu, “Thermoeconomic analysis and optimization of an organic Rankine cycle-based ejector refrigeration cycle for waste heat utilization,” Int. J. Refrig., vol.180, pp. 1-11, 2025.
  31. N. Koruga, M. Dobrnjac, D. Golubovic and N. Dobrnjac, “Analysis of the influence of condensation temperature and compressor efficiency on heat pump system efficiency,” IOP Conf. Ser.-Mater. Sci. Eng., vol. 1208, pp. 1-10, 2021.
  32. M. Purjam and K. Goudarzi, “High efficiency sub-critical carbon dioxide supplementary heat pump for low temperature climates (energy and exergy analysis),” Renew. Energy, vol. 133, pp. 166-176, 2019.
  33. F. Li, Z. Chang, X. Li and Q. Tian, “Energy and exergy analyses of a solar-driven ejector-cascade heat pump cycle,” Energy, vol. 165, pp. 419-431, 2018.