•Performans Katsayısı (COP) ve Termodinamik Temel
Bir ısı pompası, dışarıdan enerji verilmesi ile düşük sıcaklıktaki bir ortamdan aldığı ısıyı yüksek sıcaklıktaki ortama veren bir makinedir. Bu makinenin en önemli karakteristiği performans katsayısıdır (COP veya COPIP). Kaynak metne göre 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.
Isı pompası, kışın ısıtma maksadı ile kullanıldığında soğuk ortamdaki ısıyı evin içine aktarır; yazın ise soğutma makinesi olarak çalışabilir. Bu iki kullanım amacının ortak noktası, düşük sıcaklıktaki ısıl enerji deposundan alınan ısıyı, ısıtılmak istenen ortama vermektedir. Soğutma makinelerinden farkı şudur: soğutma makinesinin amacı düşük sıcaklıktaki ortamı soğuk tutmakken, ısı pompasının amacı bir ortamı sıcak tutmaktır.
Buhar Sıkıştırmalı Çevrimin Termodinamiği
Isı pompasını basitçe ısı makinesinin tersi bir çevrim olarak görmek mümkündür. Isı makinesi yüksek sıcaklıktaki ortamdan ısı çekerek düşük sıcaklıktaki ortama aktaran ve bu sırada dışarıya iş veren makinedir. Isı pompası ise bu işlemin tersini, dışarıdan enerji verilerek gerçekleştirir. Isı pompalarının büyük çoğunluğu buhar sıkıştırmalı çevrim prensibine göre çalışır.
Basit bir ısı pompasının ana elemanları kompresör, genişleme vanası (expansion valve) ile buharlaştırıcı (evaporator) ve yoğuşturucu (condenser) olarak adlandırılan iki adet ısı değiştiricisidir. Havadan suya ısı pompalarında, evaporatörden gelen soğutucu akışkan kompresorde sıkıştırılarak sıcaklığı ve basıncı artırılır. Sistemdeki tüm enerji kayıpları ihmal edildiğinde, kondenserde atılan toplam ısı enerjisi; sistemin çalışması için kompresörde tüketilen elektrik enerjisi ile evaporatörde çekilen ısı enerjisinin toplamına eşittir.
Çevrimi oluşturan hal değişimleri T – s ve P – h diyagramlarından izlenebilir. 1 – 2′ durumunda kompresörde izentropik (tersinir – adyabatik) sıkıştırma gerçekleşir. Buharlaştırıcıdan çıkan doymuş buhar kompresörde izentropik olarak daha yüksek bir basınç ve sıcaklığa sıkıştırılarak kızgın buhar haline getirilir. 2′ – 3 durumunda yoğuşturucuya giren kızgın buhar, kullanılabilir ısısını dışarıya vererek sabit basınçta yoğuşur. 3 – 4 durumunda doymuş sıvı haldeki yüksek basınçlı akışkanın basıncı ve sıcaklığı genişleme vanasında buharlaştırıcı şartlarına getirilir. 4 – 1 durumunda ise buharlaştırıcıya giren akışkanın sıcaklığı ısı kaynağının sıcaklığından düşük olduğundan, ısı kaynağından akışkana sabit basınçta ısı geçişi olur ve akışkan buharlaşır.
Isı Kaynağı Uyumu ve Soğuk Hava Koşulları
Isı pompası sistemlerinde, buharlaştırıcıların ısı çektiği ortamlara “ısı kaynakları” denir. Bu kaynakların ısı pompası ile uyum sağlayabilmesi belirli şartlara bağlıdır: Kaynak sıcaklığının fazla değişmemesi, mümkün olduğu kadar yüksek olması, bol bulunabilir olması ve coğrafi koşullardan mümkün olduğu kadar az etkilenmesi, kirli olmaması ve korozyona sebep olmaması gerekir.
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 gösterilebilir. Bu durumda buharlaştırıcının buzlanması ve fanların çalıştırılması için gerekli enerji, kapasite ve performansta hızlı düşüşe yol açar. Hava kirliliği de bir dezavantajdır.
Isı pompaları ayrıca monovalent veya bivalent olarak sınıflandırılır. 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.
Bu açıklama Vikipedi kaynaklarından uyarlanmıştır ve şu lisans altında sunulur: CC BY-SA 4.0.
