Türkiye’de ısı pompası uygulamaları ilk olarak 1990’ların ortalarında gerçekleşmiştir. Türkiye’deki ısı pompası kullanıcıları genel olarak yurtdışında bu sistemle tanışmış, avantajlarını görmüş belki de bizzat yasamış ve Türkiye’ye dönünce bu sistemi kendileri talep ederek kullanmaya başlamış kişilerdir.
Fosil yakıtların tükenmekte olması ve her geçen gün bu yakıtların fiyatlarında ciddi artışlar yaşanması ayrıca çevre bilincinin gelişmesi gibi birçok sebepten ısı pompasının çok yakın bir gelecekte ülkemizde de yaygınlaşması kaçınılmaz bir sonuçtur.
Avrupa’da karbon salınımının azaltılması, yakıt giderlerinin düşürülmesi ve dışa bağımlılığı azaltmak için ısı pompalarına büyük destek verilmektedir.
Isı pompalarının kullanımı enerjide dışa bağımlılığımızı azaltacak, yurtdışına ödenen enerji bedellerini düşürecek ve kendi enerjimizle ayakta durmamıza bir başlangıç oluşturacaktır.
Isı pompası da adını, ısı enerjisini bir ortamdan diğer bir ortama “pompalama” veya “taşıma” kabiliyetinden alır.
Isı pompası; basit olarak ısı enerjisini bir ortamdan diğer bir ortama taşıyan ve elektrikle beslenen bir sistemdir.
Bilindiği üzere enerji vardan yok, yoktan var edilemez, sadece ya biçim değiştirir ya da bir yerden bir yere taşınır. (Termodinamiğin 1. yasası)
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.
Örnek olarak dalgıç pompalar verilebilir. Dalgıç pompalar nasıl suyu üretmiyorlarsa, ısı pompaları da ısıyı üretmeyip sadece taşırlar.
Dalgıç pompalarının su pompalaması için bir su kaynağına daldırılmalarına benzer olarak, ısı pompaları da yeryüzünde bir enerji kaynağına temas etmedikleri sürece ısıyı taşıyamazlar. Gerekli şartlar sağlandığında yüksek miktarlarda enerji düşük maliyetlerle kullanıma sunulabilir.
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 Enerjisinin Elde Edildiği Kaynağa Göre Isı Pompaları:
- Hava kaynaklı ısı pompası
- Su kaynaklı ısı pompası
- Toprak kaynaklı ısı pompası olarak sınıflandırılabilir.
Enerji kaynağına göre ısı pompası, dış ünite ile dış ortamdan alınan enerjiyi soğutucu akışkan vasıtasıyla (R32 / R410A / R134A) hidrolik modüle taşır.
Dış ortamdan alınan ısı, hidrolik modül vasıtasıyla tesisat suyuna transfer edilir. Bu işlemden sonra ısıtma veya soğutma sistemi ile sıcak su ihtiyacı için kullanıma hazırdır.
Temel Carnot çevrimi prensibine göre çalışan ısı pompalarında temel ekipmanlar, 2 adet ısı değiştirici (kondenser ve evoparatör), kompresör ve kısılma vanasıdır (expansion valve).
Çoğu insan için ısı pompası yeni bir terimdir. Oysaki evlerimizde ısı pompası çalışma prensibi ile aynı mantığın ürünü olan buzdolabı, klima ve derin dondurucu gibi cihazlar kullanılmaktadır.
Söz konusu cihazların çalışma mantığı ısıyı taşıma prensibine dayandığından bu cihazlar, ısı pompası başlığı altında toplanabilirler. Isı pompasının yakın bir gelecekte ülkemizde de yaygınlaşması kaçınılmaz bir sonuçtur.
Klimada Bulunan Ana Bileşenler;
Evaporatör: Soğutucu akışkanı kaynatarak gaz haline dönüştürür.
Kondenser: Soğutucu akışkanın gaz halinde girerek ısısını çevreye verir ve sıvı hale geçer.
Genleşme Valfi: Soğutucu akışkanın basıncını istenilen basınca düşürmeye yardım eder.
Kompresör: Soğutucu akışkanı istenilen basınca göre sıkıştırarak gaz halinde bulunan maddeyi sıvı hale dönüştürür.
Isı Pompası Nasıl Çalışır?
Soğutma makinaları, ısıtma veya ısıtma ve soğutma amaçlı kullanılırlarsa ısı pompası adını alırlar.
Örnek olarak evlerimizde kullanılan buzdolaplarını alalım. Buzdolaplarında yiyeceklerin bulunduğu iç ortam soğuktur ve arkasındaki borular oluşan ısıyı ortama bıraktıklarından sıcaktır. Hemen hemen her kişi bu olayın farkındadır ve bu ısının nereden geldiğini merak etmektedir. Örnekte de görüldüğü gibi soğutma makinaları ısıyı ve soğuğu aynı anda üretirler.
Anlaşılacağı gibi ısı pompasından bahsedildiğinde, soğutma makinalarına başvuruyoruz. Öyleyse ısı pompaları uzun süredir bilinen bir kavramdır yani 90’lı yıllar için yeni bir teknoloji değildir.
Isı pompası teknolojisi mantık olarak ilk 18. yüzyıl ’da oluşmuştur, ısı pompasının günümüze kadar soğutmada izlediği yükselen grafikle olduğu gibi, bugünden itibaren ısıtma amaçlı kullanımda da çok büyük bir rolü olacaktır.
Isı pompaları genel anlamda ısıyı üretmek yerine taşımayı amaçlar.
Bunun içinde ısının alınacağı bir ısı çukuruna ihtiyaç vardır. Ülkemizde kullanılan ısı pompalarının hemen hemen hepsi ısı çukuru olarak havayı kullanmaktadırlar.
Günümüzde havayı ısı çukuru olarak kullanan ısı pompaları; Split Klima ve Chiller olarak adlandırılmaktadırlar. Hava kaynaklı cihazların verimleri, dış hava sıcaklıklarının değişimlerinde, farklı değerler alırlar. Verim değerlerinin gün içinde dahi sabit kalmaması sebebiyle, işletme maliyetlerinde beklenmeyen artışlar meydana gelir.
Bu verim değişimlerini önleyen sıcaklığı sabit kabul edilebilecek ısı çukurları da mevcuttur. Bu amaçla kullanılan sıcaklığı sabit kabul edilebilen ısı çukurları toprak ve sudur.
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 Avantajları Nelerdir?
Toprak–Su Kaynaklı Isı Pompası teknolojisi; yeryüzünün belirli bir derinliğinde sıcaklığın yıl içinde nispeten sabit kalması gerçeğine dayanır. Bahsedilen derinlikte toprak tabakası kışın havadan daha sıcak, yazın ise daha soğuktur.
Toprak–Su Kaynaklı Isı 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 Isı Pompaları günümüzde ısıtma – soğutma ve sıcak kullanım suyu elde edilmesinde kullanılmaktadırlar.
Bu ihtiyaçların tümüne ısı pompası tek makinayla cevap verebildikleri için de tercih sebebi olmuşlardır.
Yer Kaynaklı Isı Pompası: Yer kaynaklı ısıtma, yeryüzünde depolanan saf güneş enerjisidir. İlkbaharda güneş daha güçlü parlamaya başladığında, enerji yavaş yavaş yer yüzeyinin altında depolanır. Zaman geçtikçe güneş enerjisi miktarı artar ve enerji yerin alt kısımlarında depolanır. Yer Kaynaklı Isı Pompası, depolanan ısı enerjisini yoğunlaştırarak konutunuzda bulunan kullanım ve ısınma ihtiyacı suyunun ısıtılmasını sağlar.
Havadan-Suya Isı Pompası: Evinizi ısıtmak için havanın nasıl kullanılabileceğini hiç merak ettiniz mi? Hava Kaynaklı Isı Pompası, dış ortam havasındaki ısı enerjisini yoğunlaştırarak konutunuzda bulunan kullanım ve ısınma ihtiyacı suyunun ısıtılmasını sağlar.
Egzoz Kaynaklı Isı Pompası: Egzoz Kaynaklı Isı Pompaları önce evinizi havalandırır ve ardından iç ortam havasındaki ısı enerjisini suyunuzu ve evinizi ısıtmak için kullanır. Başka bir deyişle, Egzoz Kaynaklı Isı Pompası evinizdeki atık havadan gelen enerjiyi yeniden kullanır.
Havadan-Havaya Isı Pompası: Havadan Havaya Isı Pompası, su bazlı ısıtma sistemi yerine doğrudan elektrik kullanan mülkler için idealdir. Havadan-Havaya Isı Pompası, ısıtma faturalarınızı azaltır ve birincil ısıtma sisteminize enerji tasarrufu sağlayan bir sistem görevi görür.
Isı Pompası; ısı pompası olarak adlandırılan üründe birincil amaç hedeflenen kaynağın ısıtılmasıdır ve ticari olarak da ısı pompası adını almıştır. Bu ürünlerde ısıtılan su ile bir proses veya mahalin ısıtma işlemi gerçekleştirilirken aynı zamanda kullanım amaçlı sıcak su da elde edilebilir.
Bir soğutma çevrimiyle çalışan bu ürünler, ısı kaynağı olarak hava, su, toprak veya atık ısıyı kullanabilirler. İlave destek ısıtıcı olarak da elektrikli rezistans, güneş enerjisi veya fosil yakıtlı ısıtıcılar kullanılır. Soğutma çevrimlerini tersine çevirerek, mahallin soğutulması fonksiyonunu da yapabilirler.
Isı Pompası Avantajları
- Yanmaya dayalı sistemlere göre daha ucuz olan ısı pompaları sistemlerdeki enerji ne kadar verimli olursa enerjide uzun vadeli tasarruf o kadar fazla olmaktadır.
- Sistemin düzenli olarak yılda bir kez kontrol edilmesi gerektiği düşünüldüğünde ısı pompaları, yanmalı sistemlere göre daha az bakım gerektirmektedir.
- Yakıt yakılmanın görülmediği ısı pompası sistemleri çalışmalarında diğer uygulamalara kıyasla az güvenlik kaygısı taşırlar.
- Isı pompalarında görülen verimli enerji dönüşümü karbon misyonlarını azaltmada fayda sağlamaktadır.
- Sıcak dönemlerde ısı pompalarının çalışma süreci tersine çevrilerek soğutma durumuna geçiş sağlanabilir.
- Ortalama kullanım ömrünün 14-15 yıl olarak görüldüğü ısı pompaları son derece istikrarlı ve güvenilir ısı kaynağıdırlar.
Isı Pompası Dezavantajları
- Mevcut en verimli ev ısıtma sistemlerinden olan ısı pompalarında büyük bir ön maliyet vardır. Fakat işletme maliyetleri ile enerji faturalarında uzun vadeli tasarruflar görülebilmektedir.
- Kurulum gereksinimi olarak ısı hareketini ve ısıtma ile soğutma gereksinimlerinin detaylı araştırılması düşünüldüğünde ısı pompalarının kurulumu oldukça zordur.
- Isı transferinde kullanılan bazı akışkanlar sürdürülebilirlik yönünden güvensizdir ve kaygılara yol açar. Bu nedenle biyolojik olarak parçalanabilen akışkanların kullanılması tavsiye edilmektedir.
- Kurulum yapılacak yerde yapılacak olan çalışmalar önemlidir ve bazı kesintilere yol açabilir.
- Çoğu ısı pompası soğuk havada sorun yaşar ve verimlilik tam olarak sağlanamaz. Her zaman SCOP değeri kontrol edilmelidir.
- Isı pompalarının çalışması elektriğe dayandığından dolayı net sıfır karbon emisyonu elde edilemez. Buna rağmen ısı pompaları genel olarak yüksek COP değerine sahiptir.
Isı pompaların çalışmasında ana etkenlerden biri elektrik enerjisi olduğundan, elektrik enerjisini de yenilenebilir enerjiyle sağlandığı takdirde, “Net Sıfır Karbon Emisyonunu” karşılamış olacağız.
Sonuç:
Türkiye’mizde enerjiye, 2021’de 50 milyar $ vermişken, 2022 yılında bu miktar 100 Milyar $ çıkmıştır.
Bu enerjinin yaklaşık %36’sı konutlarda kullanılmakta olup, bu veriye göre 36 milyar $ yapılarda kullanmaktayız.
Gerekli yatırım bedelinin sağlanması durumunda, ülkemizde üretilecek cihazlarla makina bedellerinin de Türkiye’de kalması sağlanacaktır.
Hem verimli hem de alternatif enerji makinalarıyla daha iktisatlı ısıtma, soğutma ve kullanma sıcak su elde edilmiş olacağız.
Kaynakça:
1- Res Enerji Sistemleri A.Ş. Isı Pompası El Kitabı
2- Isı pompası
https://tr.wikipedia.org/wiki/Isı_pompası
3- Isı Pompası Nedir
Isı Pompası Nedir – MekanikTesisat – Isı Pompası Nasıl Çalışır ?
4- Isı Pompası Nedir? Nasıl Çalışır? Tarihçesi?
https://muhendis.web.tr/isi-pompasi-nedir-nasil-calisir-tarihcesi/
5- Isı Pompası Nedir?
https://kamalimuhendislik.com/haberdetay/isi-pompasi-nedir.html
