Isı Kaynakları

Isı pompalarında hava, su, toprak ve güneĢ enerjisi olmak üzere baĢlıca dört kaynaktan yararlanılır. Bunlardan, ilk üçü tek baĢlarına kullanılabilmekle beraber, güneĢ enerjisi genellikle yardımcı kaynakla birlikte kullanılır. Artık su ve lağım suları da özel durumlarda ısı kaynağı olarak kullanılabilir. Isı pompalarında ilk olarak kaynak tesbiti

yapmamız gerekir, bu da kaynaklarımızın ne denli güvenilir olduğunu incelememizi gerektirir.

Kuyu suyu sıcaklıkları hariç diğer kaynakların sıcaklıkları aylara göre çok değiĢmektedir. Kuyu suyundan sonra daha düzenli olan toprak sıcaklığı gelmektedir. Kuyu suyuyla beraber toprak sıcaklıkları negatife geçmeyen kaynaklarımızdır. Bu özellikte ısı pompası tesir katsayısının oldukça az değiĢiklik göstermesine neden olur. Isı pompalarında, kaynağın sıcaklığının 0 C’nin altına indiği hallerde tesir katsayısı oldukça fazla düĢüĢ gösterir. Bu da buharlaĢtırıcıda buz oluĢumuna meydan verir. Isı transferi açısından buz, iyi bir yalıtkan malzemesi durumuna gelir ve bunun sonucu da kaynaktan ısı çekilemez. Kaynaklarımızdan hava için de aynı Ģey söz konusudur. Yani hava sıcaklığı çok değiĢken bir durum arz ettiğinden bizim ısıya ihtiyacımız olduğu zamanlarda istediğimiz kapasiteyi sağlayamaz. Aynı durum su için de geçerlidir. Fakat deniz suyu sıcaklığının ülkemizin bulunduğu enlemler dahilinde 0 C sıcaklığın altına düĢmesi çok nadirdir. Yani deniz suyu ve göller ülkemizde ısı pompaları için iyi birer kaynaktır. GüneĢ ıĢınımı da ısı pompaları için bir kaynak olarak kullanılabilir. Gerçekte güneĢ kollektörü ısı pompasının buharlaĢtırıcısı için oldukça iyi bir kaynak teĢkil etmektedir. Fakat bu kaynağın çok önemli bir sakıncalı yönü vardır ki, geceleyin güneĢ ıĢınımından yararlanamayız yani ısı ihtiyacımızı baĢka kaynaklardan sağlama ihtiyacı duyarız. Ayrıca gündüzleri de güneĢ ıĢınımı olduğu vakit bizim fazla ısı enerjisine ihtiyacımız olmaz. Yine bulutlu ve soğuk günlerde kıĢın gündüz olmasına rağmen güneĢ ıĢınımından yararlanamayız. Bütün bu olumsuzlukların yanında güneĢ enerjisi ve baĢka bir kaynakla kombine çalıĢan ısı pompaları mevcuttur. Kısacası güneĢ enerjisine bağımlı ısı pompaları bağımsız olarak ek ısı kaynağı olmadan kullanılamaz.

2.1.5.1. Hava

Isı pompalarında en çok kullanılan ısı kaynağı havadır. Hava ısı pompası için her yerde bulunabilen, ucuz ve bol bir ısı kaynağıdır. Bu yüzden bütün ülkelerde kullanılır. En büyük avantajları, sürekli bulunmasından baĢka geniĢ bir uygulama alanının bulunması, kullanılan ekipmanların makul boyutlarda olması ve nispeten düĢük iĢletme ve tesis maliyetleri gerektirmesidir. Ayrıca tasarım için çok geniĢ ve ayrıntılı bilgi kaynakları mevcuttur ve kompakt çok geniĢ çalıĢma Ģartlarında nispeten ucuza üretilebilmektedir. Hava kaynaklı ısı pompalarının iki büyük dezavantajları mevcuttur.

 Hava sıcaklığının çok değiĢken olması

 Buzlanma problemi

Isı ihtiyacımızın yüksek olduğu anlarda kaynak sıcaklığı da düĢüktür. Bu da, ısı pompasının ısıtma kapasitesinin düĢmesine neden oldur. Bu yüzden genellikle ek bir ısıtma kaynağına ihtiyaç vardır. Havanın sıcaklığının çok değiĢken olması projelendirme ve ekipman seçimini zorlaĢtırır. Hava kaynaklı ısı pompalarında, buharlaĢtırıcıda ısı geçiĢini sağlamak amacıyla, kaynak sıcaklığı ile soğutucu akıĢkan sıcaklığı arasında genellikle 5-10

C civarında fark olur. BuharlaĢtırıcı yüzey sıcaklığı 0 C’nin altına indiği zaman, hava içinde bulunan su buharı buharlaĢtırıcı yüzeyleri üzerinde yoğuĢarak buzlanmaya sebep olur. BuharlaĢtırıcı yüzeyinden oluĢan buzun uzun süre bekletilmesine müsaade edilmez, müsaade edildiği taktirde ısı transferi engellenmiĢ olur. Bu durum ise ısı pompası ısıtma tesir katsayısı ve kapasitesinin düĢmesine neden olur. BuharlaĢtırıcı yüzeyinde oluĢan buzların peryodik olarak eritilmesi gerekir.

Isı pompası dizaynı hava sıcaklığının düĢük olduğu zamanlar için yapılırsa büyük bir dönemde kapasite fazlalığı olur. Bu da birkaç günlük çalıĢma için ilk yatırım maliyetlerini arttırır. Ayrıca kapasitenin fazla olması sık sık çalıĢıp durması ve buna bağlı olarak deneyler sonucu sık sık çalıĢıp durmanın sürekli çalıĢmaya göre ısıtma tesir katsayısını düĢürdüğü ispatlanmıĢtır. Kompresörün kısa aralıklarla devreye girip çıkması arıza ihtimalini arttıracağı da düĢünülmelidir. Çözüm olarak belli bir dizayn noktası seçilmeli ve yukarıda bahsedildiği gibi gerekli hallerde ek ısıtma kaynağından yararlanılmalıdır.

Hava kaynaklı ısı pompalarının bir baĢka problemi ise, buharlaĢtırıcıda ısı geçiĢinin düĢük olmasıdır. Bu nedenle ısı geçiĢini arttırmak için geniĢletilmiĢ yüzeylerden ve fanlardan yararlanılır. Hava/Hava ısı pompalarında buharlaĢtırıcı yüzeyleri, yoğuĢturucu yüzeylerinden daha büyük ve buharlaĢtırıcı yüzeylerden geçirilen hava debisinin yoğuĢturucu yüzeylerden geçirilen hava debisinden %50-100 oranından daha fazladır.

2.1.5.2. Toprak

Isı pompalarında toprağın ısı kaynağı olarak kullanılması diğer kaynaklara nazaran pahalı bir yöntemdir. Isı, bir yıl boyunca güneĢin yeryüzüne ıĢıdığı ve toprağın depoladığı güneĢ enerjisinden kaynaklanmaktadır. 1-2 metre toprak derinliğinde sıcaklık değiĢimi yıl boyunca çok az değiĢime uğradığından bu derinliklere bir ısı değiĢtiricisi yerleĢtirildiğinde topraktan yararlanılabilinir.

Toprak altına gömülen borulardan doğrudan soğutucu akıĢkan veya daha ucuz olması bakımından, genellikle salamura geçirtilir. Toprak ısı değiĢtiricilerin, yatay ve dikey olmak üzere iki Ģekilde yerleĢtirilirler.

Toprağın birleĢimi, yoğunluğu, içerdiği nem miktarı ve gömme derinliği, toprak ısı değiĢtiricisinin seçimini ve boyutlandırılmasını etkiler. Toprak özelliklerinin zamana bağlı olarak değiĢmesi projelendirme güçlükleri oluĢturan sebeplerden birisidir. Aynı Ģekilde ısı pompası çalıĢtırıldığı andan itibaren toprağın özelliklerini etkiler. Örneğin, ısı pompası ile ısıtma yapıldığı takdirde, toprak ısı değiĢtiricisine yakın yerlerde toprak sıcaklığı düĢer. Buna bağlı olarak bu bölgede nem miktarı ve toprak özellikleri değiĢir. Salamuranın buharlaĢtırıcıya giriĢ sıcaklığı da aynı nedenle düĢer, dolayısıyla ısı pompası kapasitesi ve ısıtma tesir katsayısı doğrudan etkilenir. Soğuk yörelerde, ısıtma yapıldığı süre içinde toprağa yeteri kadar ısı giriĢi olmaz ise; kıĢ aylarında topraktan sürekli çekilen ısı nedeniyle, toprağın donma tehlikesi de mevcuttur. Toprağın ısı kaynağı olarak mahsurlarına, boĢ toprak alanına duyulan büyük ihtiyaç, boruların yerleĢtirilmesindeki güçlükleri ve tamir zorluklarını da ekleyebiliriz.

Toprak kaynaklı ısı pompaları, buharlaĢtırıcısında topraktan çekilen ısıyı kullanan ısı pompalarıdır. Toprakla olan ısı alıĢveriĢi, toprağa yatay ve dikey olarak gömülmüĢ toprak ısı değiĢtiricileriyle gerçekleĢir. Su veya salamura, toprak ısı değiĢtiricisini oluĢturan borulardan geçirilerek elde edilen ısı enerjisi, ısı pompasındaki buharlaĢtırıcıdan soğutucu akıĢkana aktarılır. Toprak kaynaklı ısı pompalarında her ne kadar ısı kaynağı toprak ise de, ısı topraktan sıvı akıĢkan aracılığıyla çekildiğinden kullanılan ısı pompaları su (salamura/hava), su (salamura/su) ısı pompalarıdır.

2.1.5.3. Su

Isı kaynağı olarak su geniĢ ölçüde kullanılmaktadır. Bu amaçla deniz suyu, göl, ırmak suyu ve kuyu suyu kullanılabilir.

Kuyu suyunu (yer altı suyunun ) 10 m ve daha fazla derinliklerde sıcaklığı yıl boyunca çok az değiĢir, ortalama olarak sıcaklık 10 C civarındadır. Kuyuların yerleĢtirildiği sahaya ve suyun çıkarıldığı yer altı suyunun stok durumuna göre, yer altı suyu sıcaklığı kıĢ ortasında 8-12 C ve yaz ortasında 10-14 C arasında değiĢir. Göl, nehir ve benzeri yerüstü sularında ise, sıcaklık, yıl boyunca kuyu sularına nazaran daha fazla değiĢmekle beraber; değiĢim havada olduğu kadar çok değildir. Özellikle su sıcaklığının 4

C’den az olması istenmez. Diğer taraftan ikinci bir ısıtma sistemine ihtiyaç duyulur. Yerüstü suyundan ısı kaynağı olarak yararlanıldığında bünyesinde bulunan zarar verici maddelerin buharlaĢtırıcıda ısı geçiĢ katsayılarının kötüleĢmesine neden olacağı unutulmamalıdır.

Kuyu suyundan yararlanıldığında, sıcaklığı düĢmüĢ olarak, buharlaĢtırıcıyı terk eden suyun kaynak sıcaklığını düĢürmemesi için, genellikle bir daha kullanılmamak üzere bir baĢka yere atılması gerekmektedir. Ayrıca kuyu suyundan yararlanabilmenin bir baĢka Ģartı ise yüksek debilerde su elde etmenin mümkün olmasını gerektirmektedir. Bundan dolayı suyun bir defaya mahsus kullanılması ve büyük miktarlarda gerekmesi, kuyu suyundan yararlanma imkanını kısıtlar. Buna rağmen arazide yeterli derecede ve uygun özelliklerde suyun bulunma belirsizliği, sondaj ve bakım maliyetinin yüksek olması kullanımı pek azaltmamıĢtır. Ancak kuyu suyunun maliyeti küçük tesisler için pek ekonomik değildir. Ayrıca kuyu suyunun kalitesi de önemlidir. Su kalite testi, kesinlikle yapılmalı ve içerdiği minerallerin korozyon problemi önceden belirlenmelidir.

Suyun kaynak olarak kullanımının bir baĢka avantajı ise, ısı değiĢtiricilerinde, ısı geçiĢinin daha yüksek olmasıdır. Ancak ısı değiĢtiricilerinin daha verimli ve kompak yapılmaları gerekmektedir.

2.1.5.4. GüneĢ

Isı kaynağı olarak güneĢ enerjisinden yararlanmanın en büyük avantajı, ısı pompası buharlaĢtırıcısı sıcaklığının yüksek seçilebilmesine imkan vermesidir. Dolayısıyla ısıtma tesir katsayısı, yükselmiĢ olur. GüneĢ enerjisinden yararlanan ısı pompası sistemleri, daha düĢük toplayıcı sıcaklığında çalıĢtırıldıklarından, toplayıcı verimi diğer güneĢ enerjisi sistemlerinde olduğundan yüksektir.

Kaynak olarak güneĢ enerjisinden yararlanıldığında iki temel sistem söz konusudur. Bunlar direkt ve endirekt sistemlerdir. Direkt sistemlerde toplayıcılar buharlaĢtırıcı görevi görür. Endirekt sistemlerde ise toplayıcıdan su veya su buharı geçirilerek kaynak olarak bunlardan yararlanılır.

GüneĢ enerjisi kaynağı, hava kaynağında olduğu gibi, ısı ihtiyacının fazla olduğu günlerde güneĢ enerjisi de az olduğundan güneĢ enerjisi ile birlikte yardımcı sı kaynağı ya da bina içerisine bir ısı deposu koymak suretiyle elveriĢli bir sistem kurulabilir. Bu da, pahalı olan sistemin maliyetinin artmasına neden olur [80].