Isı pompası
Çalışma ilkeleri

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 (bu durumda soğutma makinesi olarak adlandırılır).
Bir ısı pompasının en önemli karakteristiği performans katsayısıdır (COP veya COPIP). Verimli bir ısı pompası sistemin COP değerleri 4 ve daha yüksek olabilir, yani sisteme girilen her bir birim girdi karşılığında 4 birim enerji hasıl olur. Japonya'daki COP değerleri 5'in üzerindedir. En iyi ısı pompaları 6.8 COP değerine ulaşmaktadır.
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.
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 yüksek 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 buzlanması 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.