Isı Pompası

En Kaliteli En Ekonomik ve En Sağlıklı Mühendislik Çözümleri.-komple sistem.periyodik bakım -onarım

Isı pompası çevrim şeması:


1. Yoğuşturucu (Kondansör)
2. Genişleme vanası (Kısılma vanası olarak da rastlanabilir)
3. Buharlaştırıcı (Evaporatör)
4. Kompresör

Bu ana elemanlar yardımı ile isi pompasının çalışma prensibi aşağıda verildiği gibi özetlenebilir:
Isı kaynağında ısı alınması 
Buharlaştırıcıda (kaynakla temas halinde bulunan sistem) bulunan soğutucu akışkanın sıcaklığı ve basıncı düşüktür. Isı kaynağından alınan ısı enerjisi ile oluşan sıcaklık farkı, soğutucu akışkanın sıcaklığının arttırılmasını sağlar. Soğutucu akışkan kaynar ve buharlaşır.
Kompresörde sıcaklık artırılması 
Kompresör buhar fazındaki akışkanı sıkıştırarak sıcaklığını ve basıncını arttırır.
Isıtma sistemine ısı aktarılması
Buhar fazındaki soğutucu akışkan kondensere ulaşır. Kondenserdeki ısıtma suyunun sıcaklığı buhar fazındaki akışkanın yoğuşma sıcaklığından daha düşük olduğu için, akışkan ısısını ısıtma suyuna aktararak tekrar sıvı faza geçer.
Genleşme valfinde Kısılma
Soğutucu akışkanın kompresörde kazandığı yüksek basınç, genleşme valfinden geçerek düşer. Böylece buharlaştırıcıya tekrar düşük sıcaklık ve basınçta girmiş olur. Kapalı çevrim tamamlanır.

 Isı Pompası nedir - Çalışma prensibi nasıldır
Isı pompası, dışarıdan enerji verilmesi ile düşük sıcaklıktaki bir ortamdan aldığı ısıyı yüksek sıcaklıktaki ortama veren bir makinedir. Kışın ısıtma maksadı ile kullanılan ısı pompası, yazın da soğutma için kullanılabilir.

Bütün ısı pompaları ayni prensiple çalışılar. Elde edilen ısı, soğutma işleminin bir sonucudur.. Buzdolabı içindeki yiyecekleri ve dolabın içindeki havanın ısısını alan akışkan, buzdolabının içini soğuturken odaya isi vermektedir. Buzdolabının arkasındaki boruların her zaman sıcak olmasının sebebi budur. Buzdolabının yapısındaki kompresör dolabın içinden aldığı enerjiyi 3-4 kat arttırarak, ısı olarak arka tarafa iletir. Bu buzdolabının çalışmasıyla ilgili gerçektir. Asıl amaç soğutma olduğu halde, soğutma işleminin sonucu olarak isi açığa çıkar. Yani her zaman bir ortamı soğutuyorsanız, başka bir ortamı ısıtıyorsunuzdur.
Bilindiği gibi enerji vardan yok, yoktan var olmaz, sadece ya biçim değiştirir ya da bir yerden bir yere taşınır. Isı pompası da adını, ısı enerjisini bir ortamdan diğer bir ortama “pompalama” veya “taşıma” kabiliyetinden alır. Eğer amaç soğutmak yerine ısıtmak olursa buzdolabınız bir ısı pompasıdır.(Hava-hava ısı pompası.) Bu örnekte kaynak: buzdolabının içindeki hava; ısının iletildiği ortam: buzdolabının arkasındaki havadır.
Sonuç olarak ısı pompalı sistemlerde ihtiyacınız olan ısı enerjisinin ¾ ünü doğada depolanmış güneş enerjisinden yani doğal termal enerjiden (toprak, su, hava), ¼ ünü ise elektrik enerjisinden karşılarsınız.

Toprak, su ve hava ücretsiz, yenilenebilir ve tükenmez enerji kaynaklarıdır

Bir ısı pompasının en önemli karakteristiği performans katsayısıdır.(COP). Isı pompaları kaynaktan ısıtılan yada soğutulan ortama enerji taşımaları esnasında bir miktar elektrik enerjisi harcarlar , harcanan elektrik 1 kw alınan toplam ısı enerjisi 4.5 Kw ise bu cihazın COP değeri 4.5 olmaktadır.

Verimli bir sistemin COP değerleri tipik olarak 4'e eşittir, yani sisteme girilen her bir birim girdi karşılığında 4 birim enerji elde edilir. Japonya'daki COP değerleri 5'in üzerindedir. En iyi ısı pompaları 6.8 COP değerine  kadar ulaşabilmektedir. Isı pompasında hava, toprak (yatay yada dikey) ve su ana kaynak olarak kullanılır. Bölgeye ve amaca göre kaynak seçimi yapılır. Önemli olan kaynağın olabildiğince stabil olmasıdır. En stabil kaynak topraktır. Fakat ilk yatırım değeri yüksek olmaktadır. 1 mt derinlikte Ocak ayında Ankara 12 C , İstanbul 8 C, İzmir ise yaklaşık 14 C olmaktadır. Hava sıcaklıkları ise devamlı değişkendir. Gündüz, gece hatta gün içinde bile çok değişkenlik gösterir. Fakat son yıllarda kompresör teknolojisi ve gazların geliştirilmesi ile ılıman bölgelerde toprak kaynaklı ısı pompaları ile hava kaynaklı ısı pompalarının COP değerleri birbirine çok yaklaşmışlardır.
Isı pompası kapalı devrelerinde soğutucu akışkanlar dediğimiz Freon gazları kullanılır. Buharlaştırıcı içinden geçen soğutucu akışkan, etrafındaki ortamdan gerekli ısıyı çekerek buharlaşır ve buharlaşan bu soğutucu akışkan, kompresör vasıtasıyla yoğuşturucuya basılır. Yoğuşturucu da, kızgın buhar halindeki soğutucu akışkan etrafındaki ortama ısı vermek suretiyle, yoğunlaşarak doymuş sıvı haline gelir. Yoğuşturucudan çıkan soğutucu akışkan kısılma vanasından geçerek basınç ve sıcaklığı buharlaştırıcı basınç ve sıcaklığına düşürülerek ısı pompası çevrimi tamamlanır.


Soğutma Makineleri ve ısı pompaları aynı çevrimi gerçekleştirirler fakat kullanım amaçları farklıdır. Bir soğutma makinesinin amacı düşük sıcaklıktaki ortamı, ortamdan ısı çekerek çevre sıcaklığının altında tutmaktır. Daha sonra çevreye veya yüksek sıcaklıktaki bir ortama ısı geçişi, çevrimi tamamlaması için yapılması zorunlu bir işlemdir fakat amaç değildir. Isı pompasının amacı ise bir ortamı sıcak tutmaktır. Bu işlevi yerine getirmek için düşük sıcaklıktaki bir ısıl enerji deposundan alınan ısı, ısıtılmak istenen ortama verilir. Düşük sıcaklıktaki ısıl enerji deposu genellikle soğuk çevre havası, kuyu suyu veya toprak, ısıtılmak istenen ortam ise bir evin içidir.Toprak – su kaynaklı ısı pompası teknolojisi yeryüzünün belirli bir derinliğinde sıcaklığın yıl içinde sabit kalması gerçeğine dayanır. Belirlenen derinlikte toprak tabakası kışın havadan daha sıcak, yazın ise daha soğuktur. Toprak – su kaynaklı ısı pompaları kışın yeryüzünün altında veya yer altı sularında depolanmış ısıyı binaya, yazın bina içindeki ısıyı yeraltına taşıyarak doğanın bize verdiği bu avantajı kullanırlar. Kısaca yer altı; kışın bir ısı kaynağı, yazın ise bir ısı çukuru olarak davranır. Toprak – su kaynaklı ısı pompaları günümüzde ısıtma – soğutma ve sıcak kullanım suyu elde edilmesinde kullanılmaktadırlar. Bu ihtiyaçların tümüne ısı pompası tek makineyle cevap verebildikleri için de tercih sebebi olmuşlardır.

 

 

 

 


Isı pompası sistemlerinde, buharlaştırıcıların ısı çektiği ortamlara “ısı kaynakları” denir. Isı pompası için çok önemli olan bu kaynakların ısı pompası ile uyum sağlayabilmesi, aşağıda belirtilen şartlara bağlıdır:

    • Kaynak sıcaklığının fazla değişmemesi,
    • Kaynak sıcaklığının mümkün olduğu kadar büyük olması,
    • Kaynağın bol bulunabilir olması ve coğrafi koşullardan mümkün olduğu kadar az etkilenmesi,
    • Kaynağın kirli olmaması,
    • Korozyona sebep olmaması

Bir ısı pompasının teknik ve ekonomik performansı, ısı kaynağının karakteristiğine bağlıdır. Binalarda kullanılan ısı pompaları için ideal bir ısı kaynağı, ısıtma dönemi boyunca yüksek ve fazla değişmeyen sıcaklığa, bol bulunabilirliğe, aşındırıcı ve kirletici etkenler taşımamasına, uygun termofiziksel özelliklere, düşük yatırım ve işletim maliyetine sahip olmalıdır. Çoğu durumda ısı kaynağının bulunabilirliği, en önemli etken olmaktadır. Isı pompalarında kaynak olarak :

    • Çevre havası
    • Toprak
    • Deniz, nehir, göl suyu
    • Yeraltı suları
    • Artık sıvılar
    • Artık gazlar
    • Artık ısılar
    • Güneş
    • Kaya

Kullanılabilir. Hepsinin farklı özellikleri vardır.
Çevre havası: Bolca bulunur ve ısı pompaları için en çok kullanılan ısı kaynağıdır. Hava kaynaklı ısı pompalarının mevsimlik performans faktörü (SPF) toprak kaynaklı ısı pompalarından %10 – 30 daha düşüktür. Bunun nedeni olarak, dış hava sıcaklığının düşmesi ile buharlaştırıcıda yüksek sıcaklık farkı oluşması ve bu durumda buharlaştırıcının buzlanmaması ve fanların çalıştırılması için gerekli enerji, kapasite ve performansta hızlı düşüşe yol açması gösterilebilir. Hava kirliliği de bir dezavantajdır.
Toprak: İyi bir kaynaktır fakat ısı değiştiricisini toprağa gömmek, korozyonu önlemek için de iyi malzeme kullanmak gerekir. Bu da ilk yatırım masrafını artırır.
Deniz, nehir, göl suları : Isı pompaları için iyi bir kaynaktırlar. Nehir ve göl sularının kışın donma sorunu vardır. Bu sorun deniz için çok önemli değildir. Bu sularda kirlilik sorunu vardır. Coğrafi şartlardan da çabuk etkilenirler.
Yeraltı suları: Yıl boyunca sıcaklık değişimi azdır. Taşınması için pompa kullanılıyorsa ek enerji kullanılıyor demektir. İçine pis suların karışması tehlikelidir. Isı değiştiricilerinin yer altına gömülmesi korozyona neden olabilir ve maliyeti artırır.
Artık gazlar: Ev ve ticari binalardaki ısı pompaları için önemli ısı kaynağıdır. Isı pompası, havalandırmadan aldığı ısıyı hacim ve su ısıtmak için kullanır.
Artık ısılar: Prosese bağlı olarak bazı avantajları veya dezavantajları olabilir.
Güneş: İyi bir kaynaktır. İlk yatırım masrafı çok, fakat bakım masrafı az ve temizdir.
Isı pompaları ayrıca, tek başına ya da ek bir sistemle birlikte kullanılabilir. Isıtma ihtiyacını tek başına karşılayanlara “monovalent ısı pompaları”, ek kaynak yardımıyla bu ihtiyacı karşılayanlara ise “bivalent ısı pompaları” denir. Bivalent durumda ısı pompası ısıtma yükünün %50 – 95‘ini karşılar. Bivalent sistemlere örnek olarak güneş toplayıcıları ve kazanlar verilebilir. Bu ikili sistemlerin çalışması da sıralı veya birlikte olmaktadır. Sıralı çalışma, bir sistem devreden çıktığında ötekinin devreye girmesidir. Isı pompası – kazan sistemi bu şekilde çalıştırılabilir. Isı pompasının çalıştırılmasının ekonomik olmadığı durumlarda ısı pompası devreden çıkar ve kazan devreye girer. Birlikte çalışmaya örnek olarak da ısı pompası – güneş toplayıcıları sistemi verilebilir. Binanın ısıtılmasında kullanılan ısı pompasının çalışması için gerekli sıcaklık aralığı güneş enerjisi sayesinde sağlanabilir.
Isı pompası termodinamiği
Isı pompasını, basitçe ısı makinesinin tersi bir çevrim olarak göz önüne alabiliriz. Isı makinesi, yüksek sıcaklıktaki ortamdan ısı çekerek, düşük sıcaklıktaki ortama aktaran ve bu işlemi yaparken dışarıya iş veren makinedir. Isı pompası ise, dışarıdan enerji verilmesi ile düşük sıcaklıktaki ısı kaynağından aldığı ısıyı yüksek sıcaklıktaki ortama veren makinedir.

Isı Pompası Çalışma Sıcaklıkları
– Hava sıcaklığı -20 C den +45 C ye kadar değişir.
– Su sıcaklığı +8 C den +30 C ye kadar değişir.
– Toprak sıcaklığı +10 C den +20 C ye kadar değişir.
Hava Kaynaklı Isı Pompası
Hava Kaynaklı Isı Pompaları ısı kaynağı olarak dış hava kullanılmaktadır. Ancak dış hava koşullarının yıl içinde mevsimler, aylar, hatta saatler boyunca değişmesi nedeniyle COP değeri oldukça değişkendir, kararlı değildir.
Hava sıcaklığının soğuk iklimlerde mevsimler arasında büyük değişim göstermesi nedeniyle, karasal iklimlerde sınırlı bir kullanıma sahiptir. Çünkü iç ve dış sıcaklıklar arasındaki fark arttıkça ısı pompasının COP değeri azalır. Dış hava sıcaklığının kış aylarında 0 C veya daha düşük olduğu bölgelerde çoğunlukla ek ısıtıcıyla birlikte kullanılmaktadır.
Ayrıca hava sıcaklığının 0 C veya daha düşük olduğu bölgelerde ısı pompasının buharlaştırıcısında donma probleminin ortaya çıkması ve oluşan buzun çözülmesi için defrost yapılmasının zorunlu olması enerji tüketimini arttırmakta ve ısı pompasının ısıtma COP değeri azaltmaktadır.
Su Kaynaklı Isı Pompası
Toprağın ulaşılabilir derinliğinde sürekli akışı olan yeraltı su kaynağı bulunması durumunda bu kaynaktaki su ısı kaynağı olarak kullanılabilir. + 8 C ile + 12 C sıcaklıkları arasındaki su optimal bir işletmeye imkan tanır.
Bu sistemlerde yeraltı suyu açılan bir kuyu ile topraktan emilir, ısı pompasında kullanıldıktan sonra emiş kuyusu min. 5 metre uzaktaki bir geri basma kuyusu ile tekrar toprağa gönderilir. Kuyulardan, göllerden, nehirlerden, şehir şebekesinden ve üretim işlerinden elde edilen su, ısı kaynağı olarak kullanılabilir.
Toprak Kaynaklı Isı Pompası
Topraktan ısıyı çekmek için temel olarak iki yöntem kullanılmaktadır.
– Yatay tip toprak kaynaklı ısı pompaları
– Dikey tip toprak kaynaklı ısı pompaları
Toprak ısıtma sezonunda dış havadan daha yüksek sıcaklıkta, soğutma sezonunda ise havadan daha düşük sıcaklıkta kalarak tüm yıl boyunca yaklaşık olarak sabit sıcaklıkta kalır ve dolayısıyla daha kararlı bir enerji kaynağıdır.
Toprak kaynaklı ısı pompası toprağı enerji kaynağı olarak kullanmaktadır. Güneş ışımasının bulutlara, bulutların üzerinden yağmurla toprağa veya direk olarak ışınların toprağa gelmesiyle toprağın 1,2 – 1,5 m derinliğine kadar bir enerji birikimi olur.
Güneşten gelen ışıma ile bu derinliklerde toprak bu enerjiyi depolar. Topraktaki ikinci enerji ise dünyanın çekirdeğinden gelen ısı akışıdır. Isı akışı yer kabuğuna doğru azalır ve yüzeye 2 m kala sıfır olur.
Toprağın Yüzeyinde Isı Depolanması
Nemin artmasına paralel ısı depolama kapasitesi de artar.
Yatay Tip Toprak Kaynaklı Isı Pompası


Zemin Toprak Kalitesi

Spesifik Isı Çekme Kapasitesi

Kuru, kumlu zemin

10-15 W/m²

Nemli, kumlu zemin

15-20 W/m²

Kuru, balçıklı zemin

20-25 W/m²

Nemli, balçıklı zemin

25-30 W/m²

Yeraltı suyu buluna zemin

30-35 W/m²

Dikey Tip Toprak Kaynaklı Isı Pompası


Zemin Toprak Kalitesi

Spesifik Isı Çekme Kapasitesi

Kuru, kumlu zemin

20-40 W/m²

Nemli, kaya zemin

50-60 W/m²

Yeraltı suyu buluna zemin

70-90 W/m²