Mekanik Tesisat

Isı Pompası Nedir

Isı pompası, elektrik enerjisini kullanarak ısıyı bir yerden başka bir yere pompalayarak veya hareket ettirerek taşıyan sistemdir. Isı pompası çalışma prensibi mevsime bağlı olarak, sıcak havayı sürekli olarak bir yerden başka bir yere, ihtiyaç duyulan veya gerekmeyen bir yere taşıyan bir ısı taşıyıcısı olarak düşünülmektedir. Döngüsel olarak enerjinin tüketildiği ısı pompalarında temel amaç bir cismi ek iş yardımı ile ısıtmaktır. Bu amaçta atmosfer, ısı pompası için yüksek sıcaklık gövdesi görevi görür.

Teknik açıdan bir ısı pompası kontrollü bir alanı ısıtmak veya soğutmak için tersine çevrilebilen mekanik sıkıştırma çevrimli bir soğutma sistemidir. Buzdolabı ve klimalarda kullanılan temel soğutma çevrimi, ısı pompası ısıtma durumunda çalışırken gözlenir ancak ısı pompalarında çevrim ters yöne dönmektedir. Isının salındığı alan şartlandırılmış alan olarak ifade edilirken bu durumda ısı pompaları genellikle daha soğuk olan havadan, sudan veya topraktan ısı çeken sistemlerdir.

Isı pompasının en yaygın örneklerinin başında dondurucular, klimalar ve diğer ısıtma, havalandırma cihazları gelmektedir. Uygulama örnekleri incelendiğinde ısı pompaları çalışma prensibi gereğince ısıtma ve soğutma olarak iki kısımda kullanılabilir. Sadece ısıtma üzerine düşünüldüğünde ısı pompaları, hem sıcak su üretimi hem de alan ısıtmayı içerebilir. Aktif ve pasif olarak ikiye ayrılan soğutma sistemleri yine ısı pompalarının kullanımını içerir, elektrikli cihazların kullanılarak ısı transferinin gerçekleştiği aktif soğutmada ısı pompası hem ısıtma hem soğutma uygulamalarında kullanılır.  Ek enerji kullanmadan ısıyı iletmeye çalışan pasif soğutma sistemlerinde ise ısı pompasını ısıtmada görebilirken soğutmada yapıdan gelen sıvı doğrudan kaynaktaki ısı eşanjöründe soğutulur.

ısı pompası nedir

Isı Pompası Elemanları

Isı pompası kondeser, genleşme valfi, evaporatör ve kompresör olmak üzere dört ana elemandan oluşmaktadır, ayrıca bu bileşenlerde kullanılan çalışma maddesine de soğutucu denmektedir.

1-Kondenser (Yoğuşturucu)

Kondenserler ısı pompasında ısıtma etkisinin görüldüğü elemanlardır. Kondenserde yüksek basınçtaki ve yüksek sıcaklıktaki buhar üzerindeki ısı enerjisini karşılaştığı suya aktarır ve suyu ısıtır böylelikle yoğuşarak sıvı fazına geçer.

2-Genleşme Valfi

Genleşme valfi, basınç düşürme cihazı olarak bilinmektedir. Yüksek basınç ve orta sıcaklıktaki soğutucu akışkanın genleşme valfine girmesiyle basıncı ve sıcaklığı aniden düşer.

3-Evaporatör (Buharlaştırıcı)

Evaporatör çevrimde soğutma etkisinin görüldüğü elemandır. Evaporatörler, genleşme elemanında basıncı düşürülen ve düşük sıcaklıklarda buharlaşan akışkandan, ısı çekerek soğutmayı gerçekleştirmektedir

4-Kompresör

Isı pompasının en önemli parçalarından biri olan kompresörün içindeki soğutucu, sıcaklık artışının da gözlendiği yüksek basınçlara kadar sıkıştırılır. Kompresöre gaz halinde düşük basınç ve düşük sıcaklıkta giren soğutucu akışkan, yine gaz halinde yüksek basınçta ve yüksek sıcaklıkta kompresörden çıkar.

ısı pompası verimi

Isı Pompası Verimi ve Performansı

Isı pompalarında verimlilik veya performans etkilerinin ifade edilmesi için “Coefficient of Performance” olarak bilinen COP değeri, yani performans katsayısı kullanılmaktadır. Bunun nedeni şu örnekle açıklanabilir;

Bir ısı pompası tüketilen her 1kW elektrik enerjisi için genel olarak 3 kW termal enerji üretmektedir, bu da verimlilik olarak %300’lük bir etkiye sahiptir. Termodinamik yasaları göz önüne alarak düşünüldüğünde %100 ‘den fazla verimliliğe sahip olmak yani girilenden daha fazla enerji üretilmesi imkansızdır. Bu durumda COP değeri basitçe ısıtma kapasitesinin güç tüketimine bölünmesi ile hesaplanır ve ısı pompası verimliliği bu değer ile ölçülendirilir. Yani örnekteki durumu “3 COP değerine sahip” olarak ifade etmek daha mantıklı olacaktır. Örnekte tüketilenden daha fazla enerji üretiliyor gibi görünmesinin nedeni ise tek “değerli” enerji girişinin kompresörü ve sirkülasyon pompalarını çalıştırmak için kullanılan elektrik olmasıdır. Yani ısı kaynağından (ortam havası, toprak veya nehir gibi) aktarılan enerjinin geri kalanı, bir enerji girdisi olarak kabul edilmemektedir.

Değişen sıcaklıklara göre ısı pompasının performansının bir ölçüsünü ifade edebilmek için ayrıca Seasonal Coefficient of Performance, kısaca SCOP olarak bilinen yani mevsimsel performans katsayısı da kullanılmaktadır.

Isı Pompası Çeşitleri

Isı pompaları ısı kaynağı bakımından üç çeşit olarak bilinmektedir.

1-Hava Kaynaklı Isı Pompaları:

Dışarıdaki havanın veya atık havanın kaynak olarak görüldüğü bu ısı pompası çeşidinde doğru kurulum yapıldığında verimli ısıtma ve soğutma sağlanabilmektedir. Ancak dış hava koşullarının değişkenlik gösterdiği durumlar hava kaynaklı ısı pompalarını etkiler ve COP (performans katsayısı) değerinin değişken olmasına sebep olur.

2-Su Kaynaklı Isı Pompaları:

Su kaynaklı ısı pompalarında göllerde, göletlerde, nehirlerde, kaynaklarda, kuyularda veya sondaj kuyularında bulunan ve ulaşılabilir durumdaki su, doğal ısı kaynağı kullanılmaktadır. Yeterli su kütlesine sahip olunduğunda bu sistem, en düşük maliyetli sistem olarak en uygun seçenektir.

3-Toprak Kaynaklı Isı Pompaları:

Toprak kaynaklı ısı pompalarında ana enerji kaynağı toprağın derinliklerinde güneşten gelen ışıma ve dünya çekirdeğinden gelen ısı akışı ile biriken enerjidir. Birçok yerde, yazın kavurucu sıcaktan kışın sıfırın altındaki soğuğa kadar, yer yüzeyinin birkaç metre altında, zemin nispeten sabit bir sıcaklıkta kalmaktadır. Toprağın sahip olduğu bu özellik ısı pompaları için bir avantajdır. Toprak kaynaklı ısı pompalarının iki temel çeşidi vardır:

  • Yatay Tip Toprak Kaynaklı Isı Pompası: Bu sistem, yeterli arazinin bulunması durumunda en uygun maliyetli olandır. Yeterli arazi olduğu durumda müstakil evlerin sıcak su ve ısıtmasının karşılanması için en verimli sistemdir. Borular yatay olarak serildiği için ısı transfer alanları da fazladır.
  • Dikey Tip Toprak Kaynaklı Isı Pompası: Bu sistem arazinin kısıtlayıcı olduğu ticari binalar ve okullarda kullanılması uygun olan ısı pompası çeşididir. Genelde ısıyı çekme derinliğinin 30- 150 m olduğu bu sistemde sondaj makineleri ile açılan kuyulara borular dikey olarak sarkıtılır. Boru ihtiyacının azlığı, pompalama enerjisinin diğer sistemlere göre daha az olması, en az yüzey alanı ihtiyacının görülmesi sistemin avantajlarındandır.
Toprak Kaynaklı Isı Pompaları

Isı Pompası Avantajları

  1. Yanmaya dayalı sistemlere göre daha ucuz olan ısı pompaları sistemlerdeki enerji ne kadar verimli olursa enerjide uzun vadeli tasarruf o kadar fala olmaktadır.
  2. Sistemin düzenli olarak yılda bir kez kontrol edilmesi gerektiği düşünüldüğünde ısı pompaları, yanmalı sistemlere göre daha az bakım gerektirmektedir.
  3. Yakıt yakılmanın görülmediği ısı pompası sistemleri çalışmalarında diğer uygulamalara kıyasla az güvenlik kaygısı taşırlar.
  4. Isı pompalarında görülen verimli enerji dönüşümü karbon misyonlarını azaltmada fayda sağlamaktadır.
  5. Sıcak dönemlerde ısı pompalarının çalışma süreci tersine çevrilerek soğutma durumuna geçiş sağlanabilir.
  6. Ortalama kullanım ömrünün 14- 15 yıl olarak görüldüğü ısı pompaları son derece istikrarlı ve güvenilir ısı kaynağıdırlar.

Isı Pompası Dezavantajları

  1. Mevcut en verimli ev ısıtma sistemlerinden olan ısı pompalarında büyük bir ön maliyet vardır. Fakat işletme maliyetleri ile enerji faturalarında uzun vadeli tasarruflar görülebilmektedir.
  2. Kurulum gereksinimi olarak ısı hareketini ve ısıtma ile soğutma gereksinimlerinin detaylı araştırılması düşünüldüğünde ısı pompalarının kurulumu oldukça zordur.
  3. Isı transferinde kullanılan bazı akışkanlar sürdürülebilirlik yönünden güvensizdir ve kaygılara yol açar. Bu nedenle biyolojik olarak parçalanabilen akışkanların kullanılması tavsiye edilmektedir.
  4. Kurulum yapılacak yerde yapılacak olan çalışmalar önemlidir ve bazı kesintilere yol açabilir.
  5. Çoğu ısı pompası soğuk havada sorun yaşar ve verimlilik tam olarak sağlanamaz. Her zaman SCOP değeri kontrol edilmelidir.
  6. Isı pompalarının çalışması elektriğe dayandığından dolayı net sıfır karbon emisyonu elde edilemez. Buna rağmen ısı pompaları genel olarak yüksek COP değerine sahiptir.


Isı pompası nedir?



Toprak kaynaklı ısı pompaları



Isı pompası nasıl çalışır?
Isı pompası nasıl çalışır?

Daha fazla bilgi için bize ulaşabilirsiniz.

Mekanik tesisat hakkında diğer yazılarımız için tıklayın.

KAYNAKÇA

İklimlendirme ve Soğutma Sistemlerinde Enerji Verimliliği, Dr. Kadir İsa- Dr. Ayhan Onat.

Join The Discussion

%d blogcu bunu beğendi: