Isı Pompası Nedir ve Nasıl Uygulanır?

[binbaşı]

Isı pompası terimi aslında kelime anlamından da anlaşıldığı şekliyle, ısıyı bir akışkanın(Hava,su) maddesel olarak bir ortamdan başka ortama pompalanmasını gerçekleştirmez.Dolaylı yoldan akışkanların belirli bazı özelliklerini kullanmak yoluyla ısı enerjisinin bir yerden başka bir sisteme taşınması söz konusudur.Yani pompalanan ısı enerjisidir,ısının kalori olan karşılık değerinin bir ortamdan alınması ve başka bir ortama aktarılmasıdır.Buzdolabı bir ısı pompası uygulanmasıdır.

Isı pompasının çalışma prensibi termodinamik bilimiyle ilişkilidir ve uygulanma şekli,prensipleri onun yasalarına tamamıyle bağlıdır.Termodinamik sistemde sıcak ve soğuk sistem(Ortam,depo) bulunur.Sıcak sistem,bir gaz,buhar türbini,otomobil içten yanmalı motorun yanma odası,bir sobanın,kazanın içi,güneş ışınlarıyla ısıtılan bir odanın,hücrenin içi,vb.çok çeşitli ortamlar olabilir.Soğuk sistem ise,normal yeryüzü havası,soğutulmak istenen kapalı depo,bölme,toprağın belirli bir derinliği,göl,ırmak,deniz,vb. değişik ortamlarda seçilmiş olabilir.

Isı enerjisi,eğer biz herhangi bir enerji türü(Elektrikli kompresör,içten yanmalı motorun mekanik gücü,vb.)uygulamadığımız sürece,hep sıcak kaynaktan(Depodan,sistemden)soğuk olan kaynağa(Depoya,sisteme) arada bir engel bulunmazsa kendiliğinden geçerek gitmek durumundadır.(Kışın sıcak olan odamıza,pencere boşluklarından enfiltrasyon(Sızıntı) yoluyla dışarıdaki daha soğuk havanın girmesi gibi)

Bir ısı pompası,termodinamik prensipla çalışan bir ısı makinesine göre ters yönde çalışır.Ama ısı makinesinde(İçten yanmalı motorlar,gaz,buhar türbininde),örneğin bir mekanik iş,dönme hareketini elde ederken ısı,sıcak sistemden soğuk bir sisteme(Egzoz şeklinde) kendiliğinden,yani ısı makinesi çalıştığı esnada doğal yolla geçmesi sağlanmış olan bir durumudur.Yani sıcaktan soğuğa geçerken bir ektra enerji verip harcanmaz,kendiliğinden oluşur.(Termodinamik yasası:Isı daima daha sıcak cisimden daha soğuğa doğru akar Yalnızca tek bir kaynaktan,yani sıcak veya soğuk kaynaktan,ısı alarak çalışan bir ısı makinesi inşa edilemez.)

Demek ki bizim bir ısı makinesi veya ısı pompası(Termodinamik prensip olarak tersine işleyen) yapabilmemiz için, mutlaka 2 tane ve ayrı sıcaklık derecelerinde bulunan kaynaklara ihtiyacımız olacaktır.Termik verim de;iki sıcaklık kaynağı arasındaki sıcaklık farklarıyla doğru orantılıdır.yani sıcak kaynak ne kadar sıcak,soğuk kaynak ne kadar soğuksa termik verim,her iki makine türü için de o kadar yüksek olacaktır.Aşağıda verilen termik verim formüllerinde de bu durum açıkça görülebilmektedir.

Sıcak kaynak T1 ; soğuk kaynak T2 olsun.Termik verim ;

Isı makinesi için: V=(T1-T2)/T1 dir.

Isı pompası için: V=T1/(T1-T2) dir.

Isı makinelerinde sıcak ortamdaki akışkan(Sıcak,yanmış gazlar,su buharı gibi) maddenin soğuk ortama(Atmosfer havasına) geçişi sırasında bir iş elde edilir.Bu gazların yanma sonunda(Benzin,motorin ve su buharı gibi)basınç enerjilerinin kinetik enerjiye dönüşüp bir mekanik kuvvete(Doğrusal kuvvetin de,krank yardımıyla,buhar makinesi,içten yanmalı motorda dönme oluşturması) dönüşmesi ve bu sırada sistemde kullanılmış olan sıcak gazların da egzoz olarak dış ortama ayrıca verildiğini bilmekteyiz.

Isı pompası da termodinamik prensibe göre,ancak tamamen ters yönde çalışan bir makinedir.Bu çevrimi tersine çevirebilmemiz için dışarıdan ekstra bir enerji(Elektrikle çalışan bir kompresör,içten yanmalı motorla çalışan bir kompresör gibi) vermek suretiyle bu çevrimi tersine çevirmiş oluruz.Bu defa ısı, sıcaktan soğuğa doğru değil de,bizim arzuladığımız şekilde ve bir depoya,kaynağa,sisteme doğru,yani soğuktan sıcağa doğru akan şekliyle gerçekleştirilmiş olur.

Böyle bir sistemle bir ısı pompası oluşturabilmek için,aralarında sıcaklık farkı olmasını istediğimiz bir ortamı,dış ortamdan izole(Yalıtım sağlayarak) ederek elde ederiz.Sürekli bu amaç için kullanılacak,karekteristik bir akışkan(Buharlaşma özelliği,ısı taşıma,sıvılaşma,vb.genel özellikleri uygun,ideal bileşikler halinde olanı) seçildikten sonra,akışkanı sürekli devirdaim yaptıracak uygun bir kompresör(Elektrikli,içten yanmalı motorla döndürülen) ve bir genleşme valfi(Expension valve) ,bir buharlaştırıcı (Evaporatör) ve bir de yoğunlaştırıcı(Kondenser) biriminin bu sistemde yer alması gerekecektir.

Bir ısı makinesinde nasıl ki emme-yanma,iş,egzoz gibi 4 zaman veya 2 zamanlı motorlarda da, bunların ayrıca iç içe geçebildiği bir termodinamik çevrim(Otto ,dizel ve gaz türbini çevrimleri gibi)bulunuyorsa, ayni ısı pompasının çalışmasında da buna benzer,fakat çevrim olarak da tersine işleyen bir başka soğutma çevrimi ayrıca yer alıp bulunur.Sıkıştırma,yoğunlaştırma,genişleme ve buharlaştırma kademeleri vardır.

(1)Kondenser=Yoğunlaştırıcı:Gaz fazından,yani kızgın buhar olarak gelen akışkanın,tekrar sıvı fazına yoğuşarak,dışarıya evaporatörden aldığı ısı(Kalori değeri) kadar ısıyı atarak çalışan,yine serpantin şeklinde düzgün olarak sarılmış bulunan özel ince borular sistemidir.

(2)Expension(Genişleme veya kısılma valfi):Sıvı fazda,sıkıştırılmış halde gelen akışkanın,ince bir orifis (Delik) sistemi benzeri bir yapıyla,akışkanlar mekaniğine göre,hızının arttırılması ve üzerindeki basıncının,evaporatöre girmeden önce azaltılması prensibi amaçlanan kısmıdır.

(3)Evaporatör=Buharlaştırıcı:Sıvı fazdan gaz fazına geçişin sağlandığı serpantin şeklinde düzgün sarılmış içinden akışkan geçebilen özel ince borular sistemidir.

(4)Kompresör:Elektrik motoru veya içten yanmalı bir motorla döndürülen akışkanı sürekli devir daim ettiren birimdir.

Bu yukarıda prensip olarak buzdolabı,derin dondurucu,no-frost buzdolabı ve kima sistemleri,soğuk konteynerler ve depoculukta kullanılan sistem bir ısı pompası olup,ısı pompası terimi,sıcak kaynak veya soğuk kaynak olarak başka alternatiflerin(Örneğin,göl,ırmak,toprak altı sıcaklığı gibi) seçilip uygun boruların döşenmesi ve gerekli tesisatın oluşturulması yöntemiyle uygulanmasıyla gerçekleştirilir.sistem olarak pahalı bir sistemdir ve kendisini amorti edebilmesi uzun yıllar alacaktır.Ancak tükenmeyen ve yenilenebilir bir kaynaktan enerji transferi(Yeraltı sıcak su,sıcak buhar kaynağı gibi)yapılabildiğindan çevre kirenmesi ve ısı enerjisini alıp getirmek için harcanan ve kirletici olabilen bir güç eldesi(Elektrik,doğalgaz,benzin,motorin,vb.) dışında başka bir doğayı kirletici etkisi de bulunamaz.

C.O.P.(Etki katsayısı):Alınan toplam ısı enerjisinin,bu enerjiyi sağlamak amacıyla verdiğimiz ısı enerjisinin eşdeğeri olan güce (kW,BG gibi) bölünmesi ile elde edilen katsayıdır.Yani;

COP katsayısı:Alınan enerji/Verilen enerjidir.Alınan enerjinin 4 kW,verilen enerjinin de,toplamda 1 kW olduğunu varsayarsak eğer, COP=4/1=4 olarak çıkar.Alınan ısı enerjisinin ne kadar fazla,diğer kompresöre akuple olarak verilen enerji çeşidinin de ne kadar az olması durumunda,COP katsayısının da o kadar yüksek olacağı formülden kolayca görünmektedir.

Isı pompası uygulanmasında,toprak altına döşenecek borularda(Metalik,plastik,vb.)ısı transferini taşıyıcı akışkan madde olarak buzdolabı,derin dondurucu,klima,vb.cihazlarda sıklıkla kullanılan soğutucuların kullanılması yerine tuzlu su,antifrizli su,vb. akışkanlar kullanılarak primer(Birincil devre) oluşturulur,Sekonder(ikincil) veya üçüncül devrelerle de istenilen kullanım alanında(Sıcak su,sera ısıtması,ev ısıtması,vb.) kullanılması sağlanır.Sıcak su deposu,eşanjörü(Isı değiştirgeci) vasıtasıyla bu primer ve çok devreli sistemler değişik uygulamalarda ayrıca tercih edilip kullanılabilir.Bunu çok değişik tipleriyle yapıp da,uygulayabilen firmalar da vardır.

Isı pompası sistemleri,kış veya yaz şartlarına uyarlanarak ayrıca akışkan gidiş-geliş yönü de değiştirilmek suretiyle,istenilen mevsimde,istenilen yönden olan ısı enerjisinin alınmasını veya o artama tersinir olarak da verilmesini sağlayacak şekilde dizayn edilebilmektedir.Yani çift yönlü(Kışın sıcaktan,topraktan soğuğa,yani eve doğru,yazın soğuktan,topraktan sıcağa,ev ortamına doğru çalışma şekli değiştirilebilen)çalışan bir yapıdadır.

Saygılarımla.

 

[binbaşı]

SOĞUTMA OLAYI NASIL OLUR VE SOĞUTUCU AKIŞKAN ÖZELLİKLERİ NASIL OLMALIDIR?

Isı pampasının termodinamik çevrimle bir kompresörle çalıştırılmasında soğutma olayının nasıl gerçekleştiğini inceleyelim.Soğutma amacıyla bazı özel sıvılar kullanılır.Bu sıvıların özelliklerini iyice kavramamız konuyu anlamamızı çok kolaylaştıracaktır.

Elimizin üzerine az miktarda kolonya veya aseton sürüp kurumaya bıraktığımızda,o bölgede bir soğukluk hissederiz.Bunun sebebi,alkoller,ketonlar gibi kimya sınıfındaki bu bileşiklerin,buharlaşırken derimizden ısı enerjisini(Belirli bir ısıl kalori değerini ) çekerek,elimizin üst yüzeyini soğutmalarıdır.Çünkü bu sıvılar buharlaşırken bir ısı enerjisine,buharlaşma ısısı olarak,sıvı fazdan gaz fazına geçerken ihtiyaç duyar.Bu ısıyı da derimize değil de,eğer bir masa üzerine dökülseydi ve masa gereği kadar da soğuk bulunsaydı,o takdirde de,buharlaşma fazı için gerekli olan bu gizli ısı enerjsini kendi içinden çekerek,tamamen buharlaşmadan,yok olamadan önce de kendi kendilerini soğutmuş olacaklardı.Soğutma makinalarında kullanılan soğutucu sıvılar da,ayni prensiple kolay buharlaşan,kompresörle üzerlerine bir basınç uygulandığında ve yeterince soğuduklarında ise sıvı hale kolayca gelebilen akışkanlardan seçilirler.Bu amaca en uygun olanları ise,freon 12(R-12),anhydrous ammonia(R-717),sülfür dioksit(R-764) gibi üzerlerinden basınç kalktığında kolayca buharlaşabilen soğutucu sıvılar tercih edilir.Bu akışkan sıvılar soğutma sistemlerinde bu basit bir prensiple kompresörle devri-daim yaparak çalışır.

Kompresörle(4) devir daim yapan soğutucu sıvı,genleşme valfinden ince bir delikten geçerken(2) ve kılcal boru içinde de hızla ilerlerken,genişlemiş ve hızı iyice artmış olarak buharlaştırma kısmına(Evoparatör) girer.(3)Bu serpantin şeklindeki özel metal borulu sistemde geniş bir yüzeye yayıldığı için,örneğin buzdolabı buzluğundaki ısı enerjisini,boruların temasta bulunduğu metalik gövde ve civardaki yakın havadan çekmiş olur.Isı enerjisi çekilen ve izole olan bu kısım giderek soğumuş ve termostatın belirli bir değerine ayarlı olarak da hermetik kompresörün elektrik motorunu fasılalı olarak çalıştırılarak soğutma sağlanmış olur(Proses kontrol işlemi) Isı enerjisini soğurarak gaz haline geçen soğutucu akışkan,kompresörün devir daimi ile de,kompresör içinden geçip,yoğuşturucuya(Kondenser) kısmına gelir.(1)Kompresörde belirli bir oranda sıkıştırılmıştır.Bu özelliğe sahip özel akışkan bir gaz olduğundan,kondenser borularında,bir de üzerindeki basınç değeriyle birlikte dış atmosfere hava temasıyla(Daha dar temas yüzeyine sahip konstrüksiyonlarında ise ayrıca vantilatörle bu işlem kolaylaştırılır,soğutma hızlandırılmış olur)bu her iki durumda da, soğutucu akışkan dışarıya ısı enerjisini verip,gaz fazından sıvı fazına geçerken,buharlaşırken gizli iç ısıl değeri olarak almış olduğu “Buharlaşma ısısını” yoğunlaştığı,sıvı faza geçtiği sırada ayni şekilde geri verir.Böylece buzluktaki ısı enerjisi,bu yolla atmosfer havasına(Mutfağa) verilmiş(Pompalanmış) olur.

Tüm soğutucuların çalışma prensibi ayni yukarıdaki şekildedir.Devir-daim yapılırken,sisteme bir de filtre(Drayer) kısmı eklenmiştir.Bu kısım da sistem borularının kaynak yapılırken kalan metal,kaynak artıklarını,zamanla kompresörün aşınmasıyla açığa çıkan metal tozlarını,oluşan nem ve asiti süzmek içindir.Büyük tadilatlarda ayrıca bu kısmın komple olarak değişmesi gerekir.

Son yıllarda atmosferdeki ozon tabakasına zarar vermeyen ve daha yeni soğutucu özellikteki olan sıvılar da bulunup geliştirilebilmiştir.Amonyak gaz halinde absorbsiyonlu soğutma sistemlerinde,çok büyük sistemlerde tercih edilip kullanılan bir gazdır.Sudaki çok fazla eriyebilirliği ve çok küçük sıcaklık değişimlerindeki kolayca buharlaşabilme özelliği yüzünden kullanılır.Güneş kollektörlerindeki ısı enerjisi,dışarıdan bir ısı enerjisi almak suretiyle çalışan kaynatıcı kazanın yerini alarak,kombine verimli olarak çalışabilen bir ısıtma-soğutma sistemi,yani ısıtma yapılırken iç mekanda da bir soğutma sistemi ayni anda oluşturulabilmektedir.Yazlık,turistik beldeler ve güneş enerjisi soğuran güneş kollektörlerinin en verimli şekilde çalışabildiği özel beldelerde, bu kombine sistemler,daha da verimli olarak da uygulanabilmektedir.

Saygılarımla.

 

[solartek]

Solar Tek şubelerimizde ısıtma ve soğutma ürünlerimizin hem uzun ömürlüdür hem de tasarruf yönünden sizler adına en büyük adımlardan birisi olur. Solar Tek ürünlerimiz kalite ödün vermez ve ürünlerimiz %100 garantilidir. Ev içi ısıtma ve soğutma, Havuz Isıtma, Otel ısıtma, Fabrika ve İşyeri ısıtma hizmetlerini Solar Tek şubelerimizden alabilirsiniz. Kullandığımız ürünler tamamen doğa dostu ve çevreye hiçbir zararı yoktur. Kesinlikle CO2 (karbondioksit) salınımı vermez. Diğer fosil yakıtlarla çalışan sistemler gibi global ısınmaya neden olan sera gazı etkisini ortadan kaldırır.