Isı Pompası Nedir ? Nasıl Çalışır ? Çeşitleri Nelerdir ?

Isı Pompası Nedir ?

Isı pompası , ısı enerjisini bir ortamdan başka bir ortama taşıyan, çalışması sırasında da elektrik enerjisi harcayan sistemlerdir. Isı pompası , soğutma makinesi gibi buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimine göre çalışır. İkisi arasındaki en temel fark, soğutma makinesinin soğutulmak istenen bir ortamdan daha fazla ısı çekerek bu ortamın daha da soğutulmasını sağlamaktır. Isı pompası ise ısıtılmak istenen bir ortamın daha yüksek sıcaklıkta tutulmasını sağlamaktır.

Buzdolapları ısı pompası ve soğutma makinesi arasındaki farkı anlamamızda çok güzel bir örnektir. Buzdolabını evlerimizdeki gibi kullanırsak dolabın iç ortamı soğutulmaya çalışılacağı için soğutma makinesi olarak, kapağı açık bir şekilde balkon kapısına monte edilirse evi ısıtmaya çalışacağı için de bir ısı pompası olarak çalışır. Bu örnekte görüldüğü gibi iki sistem de aynı termodinamiksel çevrime göre çalışmasına rağmen kullanım amaçları farklıdır.

Klimaları da ele alırsak, klimalar evlerimizi hem ısıtıp hem de soğutabilirler. Klimayı yazları soğutma ayarına getirdiğimiz zaman iç ortamdaki ısıyı dışarı doğru taşıyıp iç ortamı soğutmayı amaçladığı için bir soğutma makinesi olarak çalışır. Isıtma ayarına getirdiğimiz zaman ise dış ortamdan ısı çekip iç ortamı ısıtacağından ise ısı pompası gibi çalışır.

Isı pompası sistemi de yoğuşturucu, buharlaştırıcı,kısılma vanası ve kompresörden meydana gelir. Kılcal borular ile birbirine bağlanan bu bileşenler içerisinde de ısı taşıyıcısı olarak soğutucu akışkanlar kullanılır. Soğutucu akışkanlar çok düşük kaynama noktasına sahip olan yani düşük sıcaklıklarda gaz fazına geçebilen akışkanlardır. Bu şekilde soğutma ve ısıtma amaçlı kullanılabilirler.

Isı Pompası Sistem Şeması
Isı Pompası Sistem Şeması

Isı Pompası Çalışma Prensibi

Isı pompası sisteminde, kısılma vanası soğutucu akışkanı sıkıştırarak basıncını ve sıcaklığını düşürerek doymuş sıvı fazına getirir daha sonra dış ortamda olan buharlaştırıcıda basıncı sabit kalarak sıcaklığı artarak tamamen gaz fazına geçer. Buradan da kompresöre girerek iç ortamda bulunan yoğuşturucu sıcaklığına ve basıncına sıkıştırılarak getirilir. Yoğuşturucuda da akışkan ısısını ısıtılmak istenen ortama atarak sıcaklığı düşer ve kısılma vanasına gelerek çevrimi tamamlar. Çevrim boyunca akışkan basıncını sadece kompresör ve kısılma vanası değiştirir. Yoğuşturucu ve buharlaştırıcı da sadece sıcaklık değişir.

Isı Pompası Etkinlik Katsayısı

Isı pompası için verimlilik soğutma makinelerinde de olduğunu gibi etkinlik katsayısı ile ifade edilir ve COPIP olarak gösterilir. Soğutma makinesi de COPSM  olarak gösterilir.

COPIP = Elde edilmek istenen değer / Harcanması gereken değer = QH / Wnet,giren

Wnet,giren = QH-QL                                          COPIP   = QH/ QH-QL

COPIP = COPSM + 1

QH = Sıcak ortamdan çekilen ısı

QL= Soğuk ortamdan çekilen ısı

Yukarıda görülen ısı pompası ve soğutma makinesinin etkinlik katsayıları arasındaki ilişkiye göre ısı pompasının etkinlik katsayısı her zaman 1’in üstünde olacaktır. Bu durumun gerçekleşmediği zamanlarda ısı pompası elektrikli bir soba gibi çalışıp tüketimi çok arttırır. Günümüzde ısı pompalarının etkinlik değerleri mevsimlere göre değişmekle beraber 2 ile 3 arasında bir COP değerine sahiptirler.

Amerika Birleşik Devletleri’nde ise etkinlik katsayısı olarak enerji etkinlik oranı(EER) olarak BTU ile ifade edilir. Bu ifadeyi klima seçimlerin sıklıkla görürüz. (12000,18000 ve 24000 BTU olarak). BTU, 1 Watt-saat için soğutulan ortamdan çekilen ısıyı temsil eder. 1Wh= 3,412 BTU olur.

EER=3,412. COPSM

Çoğu klima çeşidi 2.3 ve 3.4 arasında değişiklik gösteren bir COP değerine sahiptir. COP değeri ne kadar büyükse verimlilik de o kadar fazladır.

Bir buzdolabının EER ve COP değerleri soğutma sıcaklığının (soğutulan iç ortam) azalmasıyla düşmektedir. Yani bir soğutucu, bünyesindeki ürünü ne kadar çok soğutmak isterse o kadar çok elektrik harcar ve bu şekilde de verimliliği de o kadar düşer. Örneğin, et, şarküteri ve günlük kullanılan yiyecekleri muhafaza eden soğutucular 2.3-2.6, donmuş yiyecekleri soğutan dondurucular 1.2-1.5, dondurmaları soğutan dondurucularda 1.0-1.2 civarında bir COP değerine sahiptirler.

Isı Pompası Çeşitleri

Isı pompası belli başlı kriterlere göre çeşitlere ayrılmaktadır.  Bunlardan en önemlisi kullanılan ısı kaynağı şekline göredir. Isının çekildiği ve aktarıldığı ortam kaynaklarına göre sınıflandırılır. Örneğin klimalar ısıyı dış havadan çeker ve iç ortam havasına aktarır. Bu havadan havaya ısı pompasına güzel bir örnektir.

Isı Kaynağı Şekline Göre Isı Pompaları

Bir ısı pompasının sıcak ve soğuk ortam arasındaki sıcaklık farkı ne kadar az olursa verimlilik yani etkinlik katsayısı (COP) da o kadar yüksek olur. Buharlaştırıcının ısı çektiği ortamlar ısı kaynağı olarak adlandırılır.  Günümüzde ısı pompası için yaygın olarak kullanılan ısı kaynakları ise hava, yeraltı ve yer üstü suları, toprak,atık ısı ve güneştir.

Hava Kaynaklı Isı Pompası

Bu tip ısı pompası dış havayı ısı çekilecek veya atılacak ortam olarak kullanır. Dış havadan çekilen ısı, ısıtılacak ortam havasına aktarılır. Bu yüzdende bu sistemler hava kaynaklı ısı pompası olarak isimlendirilmiştir. Bu ısı pompalarının en büyük avantajı ısıtılan ortam sıcaklığının değişimine çok çabuk uyum sağlayıp verimliliğini korumasıdır. Ancak dış havada meydana gelebilecek değişiklikler de bu tip sistemlerin verimlilikleri olumsuz yönde etkiler.

Hava Kaynaklı Isı Pompası
Hava Kaynaklı Isı Pompası

Bu ısı pompası ılık iklime sahip bölgeler için uygundur. Dış hava sıcaklığı 0 derecenin altına düştüğü zaman sistemin etkinlik katsayısı düşer ve dış havayla temas eden ısı değiştiriciler üzerinde buzlanma görülür. Klima sistemleri bu tip ısı pompalarına güzel bir örnektir.

Bazı ısı pompası sistemlerinde  ısının çekildiği ortam  dış hava olup, ısının aktarıldığı ortam ise su olabilir. Dış havadan elde edilen ısı ile sistem sıcak su eldesi veya sıcak su ile çalışan ısıtma sistemlerinde kullanılır. Hava-hava ısı pompalarında olduğu gibi bu sistemlerde de dış hava sıcaklığının düşmesiyle sistem verimliliği azalır.

Su Kaynaklı Isı Pompası

Bu tarz bir ısı pompası ile ısının çekileceği ortam kuyu, göl ve deniz gibi suyun bulunduğu ortamlardır. Isı bu su kaynaklarından çekilerek, ısıtılacak ortam havasına aktarılır. Isı kaynağı olarak su kullanıldığı için bu sistemler dış hava sıcaklığına çok fazla bağlı değillerdir. Hava-hava ısı pompalarına göre daha avantajlıdır. En büyük dezavantajı da yeterli kaynak su problemidir.

Su Kaynaklı Isı pompası
Su Kaynaklı Isı pompası

Toprak Kaynaklı Isı Pompası

Toprağın ısı kaynağı olarak kullanıldığı ısı pompalarda mevcuttur. Bu ısı pompası hem su ısıtma ve soğutulmasında hem de mahal ısıtılmasında kullanılır. Bu sistemler de toprak-su ve toprak-hava ısı pompaları olarak adlandırılır.

Toprak Kaynaklı Isı Pompası
Toprak Kaynaklı Isı Pompası

Jeotermal Enerji Kaynaklı Isı Pompası

Bu ısı pompası yeryüzünün derinliklerinden gelen sıcak suyu ısı kaynağı olarak kullanırlar.

Güneş Enerjisi Kaynaklı Isı Pompası

Güneş enerjisinden termal olarak faydalanan bu ısı pompası, güneş enerjili su ısıtma sistemleriyle su kaynaklı olarak, havalı güneş kollektörleriyle de hava kaynaklı ısı pompası olarak çalışırlar. Kaynak olarak güneş kullanıldığından dolayı güneş ışınımının maksimum olduğu zamanlarda sistem yüksek verimle çalışır.

Tüm bu ısı pompalarının yanı sıra absorbsiyonlu , termoelektrik , stirling motorlu  ve jet buhar püskürtmeli ısı pompaları da kullanılmaktadır. Ancak bu ısı pompaları genellikle endüstriyel ve uzay alanlarında kullanılmaktadır. Bu özel ısı pompalarına ayrı bir yazıda değineceğiz.

 

Günümüzde çok yaygın olarak kullanmamıza rağmen çoğu insan ısı pompalarının ne olduğunu hala bilmemektedir. Halbuki bu makineler günümüzde en çok kullandığımız cihazların içerisinde mevcuttur. Umuyorum ki bu yazıyla birlikte ısı pompalarının önemini anlamışsınızdır ve artık ısı pompası kavramı size yabancı olmayan bir kavram haline gelmiştir.

Etiketler

Emre LEBLEBİCİOĞLU

Emre, 1993 yılın ekim ayında Adana'nın Seyhan ilçesinde doğdu. İlk,orta ve lise öğrenimini burada tamamladı. 2011 yılında Karabük Üniversitesi Enerji Sistemleri Mühendisliği bölümünü kazandı. 2012 yılında ise yine aynı üniversite de Mekatronik Mühendisliğinde çift anadala başladı. 2014 yılının ilk döneminde erasmus programı kapsamında Bükreş Politeknik Üniversitesi'nde eğitim aldı. 2015 yılında haziran ayında Enerji Sistemleri Mühendisliğinden, ağustos ayı sonunda ise Mekatronik Mühendisliğinden mezun olmuştur. Mezuniyetten sonra ise 1.5 yıl solar enerji sektöründe faaliyet göstermiştir. Askerlik vazifesini de yedek subay olarak tamamlamıştır.

İlişkili Makaleler

Kimler Neler Demiş?

avatar
  Subscribe  
Bildir

Burayı da inceleyebilirsiniz

Close
error: Content is protected !!
Close