Türkçe
Uygulama Alanları
Tek bir cihazla ısıtma ve soğutma ihtiyacını karşılayabilen ısı pompası sistemleri, konutların, hizmet binalarının, otellerin, AVM binalarının4 ısıtılması-soğutulması ve sıcak su ihtiyacının karşılanmasında, havuzların ısıtılmasında, sanayide değişik uygulamalarda kullanılabilmektedir.
Sanayi uygulamalarında; özellikle eş zamanlı olarak hem sıcak su (75 oC-85 oC-95 oC-110 oC) hem de soğuk su (~6 oC) ihtiyacı olan tesislerde kullanılabilir. Sıcak su, buhar kazanı veya sıcak su kazanından doğal gaz, kömür gibi yakıt kullanılarak elde edilir. Kazan verimi %80-90 civarında değişir. Soğuk su ise chiller grupları ile elde edilir. Hava veya su soğutmalı olan chiller gruplarında, sistemden çekilen ısı enerjisi, kondenser vasıtasıyla atmosfere atılır. Isı pompa sistemlerinde kondenserden atmosfere atılan bu ısı kullanılır ve doğal gaz veya kömür tasarrufu sağlanır. Eğer su soğutmalı chiller grubu kullanılıyorsa soğutma kulesinden su kaybı, kule fanı elektrik tüketimi de tasarruf edilecektir.
Tarihsel Gelişimi
Fosil yakıtların tükenmekte olması ve her geçen gün bu yakıtların fiyatlarında ciddi artışlar yaşanması ayrıca çevre bilincinin gelişmesi gibi birçok sebepten isi pompasının çok yakın bir gelecekte ülkemizde de yaygınlaşması kaçınılmaz bir sonuçtur.
Gerçekte bir soğutma çevrimi olan ısı pompası çevriminin temel prensibi, 1824 yılında Nicolas Léonard Carnot tarafından atılmıştır. 26 yıl sonra 1850 yılında Lord Kelvin’in soğutma cihazlarının ısıtma amacı ile kullanabileceğini ileri sürmesi ile ısı pompası uygulamaya girmiş ve bu alanda bilimsel ve uygulamaya dönük birçok çalışma yapılmıştır. 2. Dünya Savaşı’ndan sonra, doğal gaz ve petrole dayanan enerjinin ucuzlaması nedeniyle ısı pompasına duyulan ilgi azalmış fakat 1973 enerji krizinden sonra tekrar önem kazanmıştır. Avrupa ve Amerika’da özellikle 1990’li yıllardan itibaren kullanımı yaygınlaşmaya başlamış ve her geçen gün kullanıcı sayısı artmıştır. Türkiye’de isi pompası uygulamaları ilk olarak 1990’larin ortalarında gerçekleşmiştir.
Isı Pompasının Çalışma Prensibi
Evlerimizdeki buzdolabı, klima, nem giderici ve dondurucular aynı prensibe göre çalışan cihazlardır. Isı pompaları; ısıyı düşük sıcaklıktaki ısı kaynağından yüksek sıcaklıktaki ısı kaynağına aktarırlar. Hava, su, toprak gibi doğal kaynaktan yararlanabilirler. Kuyulardan, göllerden, nehirlerden, şehir şebekelerinden ve proseslerden elde edilen su, ısı kaynağı olarak kullanılabilir.
Kaynağı (hava, toprak, su, vb.) ne olursa olsun tüm ısı pompalarının çalışma prensibi temelde Carnot çevrimine dayanır. Bu çevrimde buharlaştırıcı ve yoğuşturucu adını verdiğimiz iki adet eşanjör, bir adet kompresör ve genleşme valfi bulunmaktadır. Çevrimdeki dönüşüm bir soğutucu akışkan vasıtasıyla gerçekleşmektedir.
Şekil 1. Carnot Çevrimi1
Buharlaştırıcıda(4) ısı kaynağından alınan ısı ile soğutucu akışkan buharlaşır. Gaz halindeki soğutucu akışkan, kompresörde(1) sıkıştırılarak basınç ve sıcaklığının istenilen değerlere gelmesi sağlanır. Soğutucu akışkan yoğuşturucuda(2) yoğuşarak sıvı hale geçerken vermiş olduğu ısı, bina içi ısıtma (proses ısıtma) tesisatına aktarılır. Genleşme valf inde(3) basıncı düşürülen soğutucu akışkan, yeniden çevrime hazır hale gelir.
1 http://www.dogalenerji.com.tr/isi-pompasinin-tarihcesi.aspx
Şekil 2. Isı Pompası Çalışma Prensibi2
2 https://www.voltimum.com.tr/haberler/siemensten-isi-pompasi-kontrol
Isı Pompası Seçiminde Dikkat Edilmesi Gereken Konular
Isı pompaları seçiminde, tesise özel çalışma yapılmalıdır. Her tesis için geçerli olan ısı pompası modeli yoktur.
Öncelikle ısı pompasından üretilen sıcak su ve soğuk su enerjilerinin tamamının kullanılması hedeflenir. Bunun için tüketim değişimlerinin (günlük, aylık, mevsimlik) sağlıklı bir şekilde tespit edilmesi gerekmektedir. Sadece soğutma veya sadece ısıtma amaçlı kurulan ısı pompası yatırımları genellikle doğru yatırımlar değildir.
Isı pompası satıcı firmaların ürünlerini, hem fiyat hem de COP değerlerine (Coefficient of Performance) göre değerlendirilmelidir. Sistemin, kısmi yüklerde de çalışması öngörülüyorsa, kısmi yüklerdeki COP değerleri dikkate alınmalıdır.
Sıcak su üretiminde son yıllarda 80 oC değerlerinin üzerine çıkılabilmektedir. Fakat sıcak su tarafında sıcaklığın yükselmesi, sistemin COP değerin düşüreceğinden, tesisin gerçekten o sıcaklıktaki suya ihtiyacı olup olmadığı gözden geçirilmelidir.
Isı pompası kapasite kontrolünün, sıcak su veya soğuk su sıcaklığından alınan sinyale göre yapılabilmesi mümkündür. Tesisin çalışma şartlarına en uygun olan sinyalizasyon sistemi seçilmelidir.
Tüketim profili veya, kapasite kullanımı sürekli değişecek ise değişken devirli gruplar seçilmesi incelenmelidir.
Isı pompası yatırımının geri ödemesi gerekirse NBD (Net Bugünkü Değer) açısından da değerlendirilmelidir.
Isı Pompası Uygulama Örneği
Firmamız Endüstriyele Enerji San. ve Tic. Ltd. Şti tarafından Ocak 2018 tarihinde, gıda sektöründe faaliyet gösteren bir fabrikada gerçekleştirilen detaylı enerji etüdü sonucunda ısı pompası önerilmiştir.
Tesiste eş zamanlı olarak chiller üniteleri ile 5 oC soğuk su ve doğal gazlı kazandan üretilen buhar ile eşanjörlerden elde edilen 63 oC sıcak su kullanılmaktadır.
Önerilen ısı pompası ile sıcak su ısı ihtiyacının % 85’i sağlanacak, doğal gaz tüketiminde %24 oranında (490.000 TL/yıl) azalma olacaktır. Yatırım bedeli 480.000 TL olan ısı pompası sistemi basit geri ödeme süresi bir yıldan kısadır.
Firma, projenin yatırımı için Kalkınma Ajansından destek talep etmiş ve Kalkınma Ajansı tarafından %75 hibe desteği sağlanmıştır.