BULENT ECEVIT UNIVERSITESI

MAKINA MUHENDISLIGI BOLUMU

ISI POMPASI SUNUMU

Hazirlayanlar: Nilay AYDIN Onur Mesut SERCE

ISI POMPASI NEDİR, NASIL ÇALIŞIR?

Isı pompası en basit tanımıyla elektrik enerjisini kullanarak ısıyı bir yeren başka bir yere taşıma işlemini gerçekleştiren sistemdir. 

Gerçekte bir soğutma çevrimi olan ısı pompası çevriminin temel prensibini Nicolas Léonard Sadi Carnot 1824 yılında ortaya atmıştır. 26 yıl sonra 1850 yılında Lord Kelvin‘in, soğutma cihazlarının ısıtma maksadı ile kullanılabileceğini ileri sürmesiyle ısı pompası uygulamaya girdi.  II. Dünya Savaşı'ndan önce ısı pompasının geliştirilmesi ve kullanılır hale getirilmesi için birçok mühendis ve bilim adamı bu alanda araştırmalar ve çalışmalar yapmis olmasina ragmenIsıtma sektöründe çoğu insan için ısı pompası terimi yenidir.

Oysa ki evlerimizdeki buzdolabı, klima, nem giderici ve dondurucular aynı mantığın

ürünüdürler. Çalışma prensibi ısıyı taşıma mantığına uyduğundan “ısı pompası” başlığı

altında toplanabilirler.

ISI POMPASI ÇALISMA PRENSİBİ Isi pompasi enerji aldigi kaynagi isitma

konumunda calisirken sogutur,serinletme yaparken ise isitir. Yapilan islem gazin faz degisimi ile enerji alma ve bu enerjiyi tasimasidir. Bu tasima ve faz degisimi sirasinda bir miktar enerji harcanir. Butun isi pompalarai ayni prensipte calisir. Elde edilen isi sogutma isleminin bir sonucudur. Evinizdeki buzdolabini bir dusunun. Buzdolabi icindeki yiyecekleri ve dolabin icindeki havanin isisini alan akiskan, buzdolabinin icini soguturken odaya isi vermektedir. Buzdolabinin arkasindaki borunun her zaman sicak olmasinin sebebi budur.

Buzdolabinin yapisindaki kompresor dolabin icinden aldigi enerjiyi 3-4 kat arttirirarak, isi olarak arka tarafa iletir. Bu bozdolabinin calismasi ile ilgili gercektir. Asil amac sogutma oldugu halde, sogutma isleminin sonucu olarak isi aciga cikar. Yani her zaman bir ortami sogutuyorsaniz, baska bir ortami isitiyorsunuzdur. Bilindigi gibi enerji vardan yok, yoktan varolmaz. Sadece bicim degistirir. Ya da bir yerden bir yere tasinir. Isi pompasi da adini, isi enerjisini bir ortamdan diger bir ortama “pompalama” veya “tasima” kabiliyetinden alir. Eger amac sogutmak yerine isitmak olursa buzdolabiniz bir isi pompasidir. Bu ornekte kaynak: Buzdolabinin icindeki hava; isinin iletildigi ortam; buzdolabinin arkasindaki havadir.

ISI POMPASI TERMODİNAMİĞİ

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.

Buhar sikistirmali ideal isi pompasi cevriminin Buhar sikistirmali ideal isi pompasi cevrininin T-s Diyagrami cevriminin P-h Diyagrami

T – s ve P – h diyagramlarından da görüleceği gibi çevrimi oluşturan hal değişimleri şöyledir:

1 – 2’ : Kompresörde izentropik (tersinir – adyabatik) sıkıştırma

2’ – 3 : Yoğuşturucuda çevreye sabit basınçta ısı geçişi

3 – 4 : Genişleme vanasında sabit entalpide genişleme

4 – 1 : Buharlaştırıcıda akışkana sabit basınçta ısı geçişi

Buharlaştırıcıdan çıkan doymuş buhar kompresörde izentropik olarak daha yüksek bir basınç ve sıcaklığa sıkıştırılarak kızgın buhar haline getirilir (1 – 2’ durumu). Daha sonra yoğuşturucuya giren kızgın buhar, kullanılabilir ısısını dışarıya vererek sabit basınçta yoğuşur (2’ – 3 durumu). Doymuş sıvı haldeki yüksek basınçlı akışkanın basıncı ve sıcaklığı genişleme vanasında buharlaştırıcı şartlarına getirilir (3 – 4 durumu). Buharlaştırıcıya giren akışkanın sıcaklığı ısı kaynağının sıcaklığından düşük olduğundan, ısı kaynağından akışkana sabit basınçta ısı geçişi olur ve akışkan buharlaşır (4 – 1 durumu). Buradan sonra çevrim yeniden başlar ve bu şekilde devam eder.

ISI POMPASI KAYNAKLARI HAVA

TOPRAK

SU

Havadan alinan enerji ile calisan isi pompasina hava kaynakli isi pompasi, sudan alinan enerji ile

calisan isi pompalarina su kaynakli isi pompasi, topraktan

alinan enerji ile calisan isi pompalarina toprak kaynakli isi

pompalari denir.

Enerji Kaynağı - Hava

Dış hava en ucuz enerji kaynağıdır. Hava bir kanal yardımıyla evaporatöregelir, ısısı alındıktan sonra dışarı atılır. Modern hava/su ısı pompaları 20°C’deki dış hava sıcaklıklarında bile ısıtma yapabilmektedirler. Ancak tüm ısıtmayı kendi sağlayamaz. Çok soğuk günlerde ısı pompası tarafından ön ısıtma yapılmış olan ısıtma suyu elektrikli ısıtıcı yardımıyla istenen sıcaklığa getirilebilir. Hava/su ısı pompası büyük hacimlerde hava sirküle etmektedir. (3000 – 4000 m3/h). Ayrıca açık alanlardaki ses seviyesine dikkat edilmelidir. Hava kaynakli isi pompalari monoblok ve ayrik tip olmak uzere iki ayri modelde imal edilmektedir.

HAVA KAYNAKLI ISI POMPALARININ GENEL OZELLIGI

Hava kaynakli isi pompalarinda sabit bir Cop degerinden bahsetmek mumkun degildir. Cunku enerjinin alindigi kaynak olan havanin sicakligi surekli degiskendir.

Hava dogada bulunmasi en kolay enerji kaynagidir. Hava kaynakli isi pompalari disaridaki havayi ya da atik havayi isitma, sogutma veya sicak su icin enerji kaynagi olarak kullanilir. Tum ev icin uygulanabilecegi gibi ayri bir dis unite icin bir split cozum olarak da kullanilabilir.

Isi dagitimi cogunlukla bir hidrolik dagitim sistemi yardimiyla ya da bir fan yardimiyla yapilir.

Aslinda iliman iklimler icin dusunulern bu cozum gelisen teknoloji ile daha

zorlu iklimlerde de kullanilmaya baslanmistir. Ancak hava sicakligi yil boyunca diger isi kaynaklarina gore degisim gosterir. Isi kaynagi ile isi

tasiyici arasinda sicaklik farki ne kadar fazla olursa cihaz verimi o kadar

dusuk olur.

HAVA KAYNAKLI ISI POMPASI AVANTAJLARI

Her yerde kullanilabilir ve insaat asamasindan sonrada kolaylikla kurulabilen bir sistemdir.

Düşük isletim masrafı Düşük ses seviyesi ve makina korumasi Dış hava sıcaklığına göre hava miktari

dengeleyicisi Bakım gerektirmez Son derece çevre dostu

Peki o zaman kendimize sunu sormaliyiz; hangi durumda hangi kaynak tercih edilmelidir.Bu secimlerde bizi etkileyen cok onemli bir kac faktorden birisi enerji alinan kaynagin stabilitesidir. Ikinci onemli faktor, kullanilacak yerin iklim ozellikleridir. Eger hava kaynakli bir isi pompasinin hava sartlarinin cok degistigi bir yerde, ozellikle -10C altina dusen bir bolgede isitma icin kullanacaksak buyuk hata yapiyoruz demektir. Hava sartlarinin stabil oldugu yerde toprak kaynakli isi pompasi kullaniyorsak ve bu farki cok uzun zamanda amorti edemiyorsak yine hatali bir secim yapmisiz demektir.

Toprak kaynakli isi pompalarinin verimleri yuksek olmalarina ragmen ilk kurulus maliyetleri acisindan ve toprak alanlarinin giderek azalmasi nedeniyle her gecen gun kullanimi azalmaktadir.

Hava kaynakli isi pompalari gelisen teknoloji sayesinde her gecen gun verimi arttirilmaktadir. Gunumuzde hemen hemen toprak kaynakli isi pompalarinin verimine yaklasmaktadir. Fakat hava kaynakli isi pompalarinda hava sicakliginin stabil olmayisi verimini dusurmektedir.

Su kaynakli isi pompalarini ele aldigimizda ise verim bakimindan yuksektir ama dogadan alinicak suyun niteligide goz onunde bulundurulmalidir. Ayrica su kaynaklari icin gerekli izinlerinde alinmasi gerekmektedir.

Isı pompası ile 1000 tl ısınan binaDoğalgaz ile 1490 tl ye ısınır %49 daha pahalıİthal kömür ile 2079 tl ye ısınır %108 daha pahalıLng ile 2273 tl ye ısınır %127 daha pahalıElektrik ile 4040 tl ye ısınır %304 daha pahalı4 numara fuel oil ile 4281 tl ye ısınır %328 daha pahalıLpg ile 6400 tl ye ısınır %540 daha pahalıMotorin ile 6352 tl ye ısınır %535 daha pahalıTüp Lpg ile 6981 tl ye ısınır %598 daha pahalı