Isı Pompası Nedir?
Isı pompası; dışarıdan enerji verilmesiyle düşük sıcaklıktaki bir ortamdan almış olduğu ısıyı yüksek sıcaklıktaki ortama ulaştıran makinedir. Kış dönemlerinde ısıtma amacı ile kullanılan ısı pompası, yaz dönemlerinde soğutma amaçlı da kullanılabilmektedir.
Isı Pompasının En Önemli Özelliği Nedir?
Bir ısı pompasının en belirgin ve önemli karakteristiği performans kat sayısı yani COP değeridir. Verimli bir sistemin COP değerinin tipik olarak 4’e eşit olmakta yani sisteme girilen her bir birim girdi karşılığında 4 birim enerji hasıl olmaktadır. Bu değerler Japonya’da 5’in üstündedir. En iyi ısı pompaları ise 6.8 COP değerine kadar ulaşabilmektedir.
Soğutma makineleri ile ısı pompaları aynı çevrimi gerçekleştirmektedir. Ancak kullanım amaçları aynı değildir. Bir soğutma makinesinin amacı; düşük ısıda olan ortamı, ortamdan ısı çekerek çevre sıcaklığının altında tutabilmektir. Sonra çevreye ya da yüksek ısıdaki bir ortama ısı geçişi, çevrimi tamamlaması adına yapılması zorunlu uygulamadır. Ancak bu bir amaç olmamaktadır.
Isı pompasının amacı ortamı sıcak tutmaktır. Bu işlevi gerçekleştirmek adına düşük ısıdaki bir ısıl enerji deposundan alınan ısı, ısıtılmak istenen ortama verilmektedir. Düşük ısıdaki ısıl enerji deposu genelde soğuk çevre havası, kuyu suyu ya da toprak, ısıtılmak istenen ortam ise evin içi olmaktadır.
Isı pompası sistemlerinde; buharlaştırıcıların ısı çektiği ortamlara “ısı kaynakları” adı verilmektedir. Isı pompası için önemi büyük olan bu kaynakların ısı pompası ile uyumlu olması, aşağıda belirtmiş olduğumuz şartlara bağlı olmaktadır.
- Kaynak sıcaklığının fazla değişmemesi,
- Kaynak sıcaklığının mümkün olduğunca büyük olması,
- Kaynağın bol bulunabilir olması ayrıca coğrafi koşullardan mümkün olduğunca etkilenmemesi veya az etkilenmesi,
- Kaynağın temiz olması,
- Korozyona sebep olmaması gibi şartlardır.
Bir ısı pompasının teknik ayrıca ekonomik performansı, ısı kaynağının karakteristiğine bağlı olmaktadır. Binalarda kullanılmakta olan ısı pompaları için ideal olan bir ısı kaynağı, ısıtma dönemi boyunca yüksek ayrıca fazla değişmeyen sıcaklığa, bol şekilde bulunabilirliğe, aşındırıcı ayrıca kirletici etkenler taşımamasına, düşük yatırım ve işletim maliyetine, uygun termofiziksel özelliklere bağlıdır.
Çoğu durumda ısı kaynağının bulunabilirliği en önemli etkendir. Isı pompalarında kaynak olarak tabi; artık ısılar, güneş, kaya, artık sıvılar, göl suyu, yeraltı suları, çevre havası, toprak, deniz, nehir kullanılabilmektedir. Hepsinin de kendi içinde birbirinden farklı özellikleri bulunmaktadır.
- ÇEVRE HAVASI
Bol bulunduğu için ısı pompaları için en çok kullanılan ısı kaynağı olmaktadır. Hava kaynaklı ısı pompalarının mevsimlik performans faktörü (SPF) toprak kaynaklı ısı pompalarından %10-30 oranında daha düşük olmaktadır. Bu durumun sebebi; dış hava sıcaklıklarının düşmesiyle buharlaştırıcıda yüksek ısı farkı oluşması ayrıca bu durumda buharlaştırıcının bozulması, fanların çalıştırılması için gereken enerji, performans ve kapasitede hızlı düşüşlere yol açması olarak gösterilir. Bu aşamada hava kirliliği dezavantaj olmaktadır.
- TOPRAK
Çok iyi bir kaynaktır. Ancak ısı değiştiricisini toprağa gömmek, korozyonun önüne geçmek adına iyi malzeme kullanılması gerekir. Bu durum da doğrudan ilk yatırım masrafının artmasına neden olmaktadır.
- DENİZ, NEHİR VE GÖL SULARI
Isı pompaları açısından çok iyi bir kaynaktır. Nehir ve göl sularının kışın donma gibi durumlar söz konusu olabilmektedir. Bu durumun deniz için pek bir önemi yoktur. Bu sularda yalnız kirlenme gibi durumlar yani sorunlar söz konusu olabilmektedir.
- YERALTI SULARI
Yıl boyunca sıcaklık değişimi az olmaktadır. Taşınması adına pompa kullanılıyorsa bu durumda aslında ek enerji kullanılıyor demektir. İçine pis su karışımı tehlikeli olmaktadır. Isı değiştiricilerinin yer altına gömülmesi durumu korozyona sebep olabilir. Bu durum ise maliyeti artırabilir.
- ARTIK GAZLAR
Ev ve ticari binalardaki ısı pompaları için artık gazlar önemli ısı kaynağı sayılmaktadır. Isı pompası, havalandırmadan almış olduğu ısıyı hacim ve su ısıtmak adına kullanmaktadır.
- ARTIK ISILAR
Prosese bağlı olarak bazı durumlarda avantajı bazı durumlarda dezavantajı olabilmektedir.
- GÜNEŞ
Çok iyi bir kaynaktır. İlk yatırım masrafı her zaman fazla olmaktadır. Ancak bakım masrafı az olup aynı zamanda temizdir. Bu yüzden de tercih edilebilmektedir.
Isı pompaları aynı zamanda tek başına veya ek bir sistem ile beraber kullanılabilmektedir. Isıtma gereksinimini tek başına karşılamakta olanlara “monovalent ısı pompaları”, ek kaynak yardımı ile bu gereksinimleri karşılamakta olanlara “bivalent ısı pompaları” denmektedir.
Bivalent durumda ısı pompası ısıtma yükünün ortalama %50-95’ini karşılamaktadır. Bu sistemlere örnek; güneş toplayıcıları ayrıca kazanlardır. Bu ikili sistemlerin çalışması sıralı ya da birlikte olabilir. Sıralı çalışma; bir sistemin devreden çıktığı anda ötekinin devreye girmesi durumudur. Isı pompası, kazan sistemi bu şekilde çalıştırılabilmektedir.
Isı pompasının çalıştırılmasının maddi açıdan ekonomik olmadığı durumlarda ısı pompası devreden çıkarılabilir ve kazan devreye girebilir. Birlikte çalışmaya ısı pompası güneş toplayıcıları sistemi örnek olarak verilebilir. Binanın ısıtılmasında kullanılmakta olan ısı pompasının çalışması adına gerekli olan sıcaklık aralığı, güneş enerjisi sayesinde sağlanabilmektedir.
Enerji Kaynağı Cinsine Göre Isı Pompaları
Isı pompaları enerji kaynağının cinsine bağlı olarak (hava, su, toprak) sınıflandırılmaktadır.
- Havadan Havaya Isı Pompası
Havadan havaya ısı pompalarında, ısının absorbe edilmekte olduğu ayrıca serbest bırakılmakta olduğu ortamın her ikisi de hava olmaktadır. Örnek vermek gerekirse; pencere ve split tipi ısı pompası klimaları diyebiliriz.
- Havadan Suya Isı Pompası
Havadan suya ısı pompalarında, ısı kaynağı yaz dönemi çalışmasında su, kış dönemi çalışmasında havadır. Prensip olarak havadan/havaya ısı pompalarından tek farkı; ısının bir tarafta hava yerine doğrudan suya aktarılması ya da sudan absorbe edilmesidir.
- Sudan Suya Isı Pompası
Sudan suya ısı pompaları genellikle büyük hacimlerde su rezervi bulunan göllerden, kuyulardan, deniz veya nehir suyundan faydalanılarak ısıtma ya da soğutma temin etmek üzere dizayn edilmiştir.
- Havadan Toprağa Isı Pompası
Havadan toprağa ısı pompası, havadan suya ısı pompası ile benzerdir. Tek fark; ısı kaynağı ya da absorberi olarak su yerine doğrudan toprak kullanılmasıdır. Yalnız günümüzde bu tip uygulamalar çok da yaygın değildir.
- Sudan Havaya Isı Pompası
Sudan havaya ısı pompaları, havadan suya ısı pompaları ile aynıdır. Aradaki fark; iç ortama ya da ortamda ısı taşımakta olan akışkanın hava olması, diğer taraf ısı taşıyıcı akışkanın göl, deniz, nehir ya da bol hacimli kuyu suyu olmasıdır.