Birkaç tür uygulamalı ısı pompası (açık ve kapalı çevrim) bulunmakta olup, bazıları HVAC sistemlerinde hem ısıtma hem de soğutma yapmak için çevrimi ters çevirirken, diğer bazıları HVAC sistemleri veya endüstriyel işlemler için sadece ısıtma yapar. Dört temel ısı pompası çevrimi aşağıdaki gibidir:
1. Kapalı Buhar Sıkıştırmalı Çevrim (Şekil 1). Bu; hem HVAC hem de endüstriyel uygulamalar için en çok kullanılan çevrimdir. Bu çevrimde, tek kademeli, birleşik veya kaskat türden ayrı bir genel soğutma çevrimini kullanır.
Şekil 1. Kapalı Buhar Sıkıştırmalı Çevrim
2. Isı Eşanjörlü, Mekanik Buhar Sıkıştırmalı Çevrim (MVR) (Şekil 2). Proses buharı, bir proseste tekrar kullanım için yeterli bir basınç ve sıcaklığa kadar sıkıştırılır. Sıcaklıklar proses için optimal olduğundan enerji tüketimi en düşük düzeydedir.
Şekil 2- Isı Eşanjörlü Mekanik Sıkıştırmalı Çevrim
3. Açık Buhar Sıkıştırmalı Çevrim (Şekil 3). Tipik uygulaması bir dizi buhar basınç düzeyine sahip ve istenenden düşük basınçta fazla buhar miktarına sahip endüstriyel tesislerdekidir. Isı, düşük basınçlı buharı sıkıştırarak yüksek bir düzeye pompalanır.
Şekil 3- Açık Buhar Sıkıştırmalı Çevrim
4. Isı Tahrikli Rankin Çevrimi (Şekil 4). Bu çevrim önemli miktarda ısının dışarı atıldığı ve enerji fiyatlarının yüksek olduğu yerler için uygundur. Çevrimin ısı pompası kısmı açık veya kapalı olabilirse de, Rankin çevrimi genellikle kapalı uygulanır.
Şekil 4- Isı Tahrikli Rankin Çevrimi
Isı Pompası Türleri
Isı pompaları (1) Isı kaynak ve çukuruna, (2) ısıtma ve soğutma dağıtımında kullanılan akışkana, (3) termodinamik çevrime, (4) bina yapısına, (5) boyut ve düzenleme biçimine, (6) ısı kaynak ve çukurunun sınırlamalarına göre sınıflandırılabilir. Şekil 5’de ısıtma ve soğutma işlevleri için kullanılan kapalı buhar sıkıştırmalı çevrimin temel türlerin göstermektedir.
Hava Hava Isı Pompaları: Bu tür ısı pompaları çok yaygın olup, fabrikasyon ünite biçiminde üretim için de en uygun olanlarıdır. Ticari ve konutsal uygulamalarda çok geniş kullanım alanına sahiptir. Şekil 5’deki ilk şema tipik bir soğutma devresine aittir.
Hava hava ısı pompası sistemlerinde hava devreleri motor tahrikli veya elle çalışan damperler yardımı ile değiştirilerek koşullandırılan mahal için ısıtma veya soğutma elde edilir. Bu sistemde ısı değiştiren serpantinlerden birisi her zaman evaporatör diğeri de her zaman kondenserdir. Koşullandırılan hava soğutma çevriminde evaporatör üzerinden geçerken dış mahal havası kondenserden geçer. Damper konumunun değiştirilmesi ile ısıtma veya soğutma elde edilir.
Su-Hava Isı Pompaları: Bu ısı pompaları ısı kaynağı ve çukuru olarak suya bağlı olup havayı koşullandırılan mahalle ısı göndermek veya bu mahalden ısı çekmekte kullanır (bakınız Şekil 5’deki 2. Şema) Aşağıdaki türlerden oluşur:
- Yer Altı Suyu Isı Pompaları; Isı kaynak ve çukuru olarak kuyu suyunu kullanırlar. Bu pompalarda su ya doğrudan pompa içerisinden dolaştırılır yada yer devreli ısı pompalarına benzer biçimde kapalı bir devrede ikincil bir akışkan içerirler.
- Yüzeysel Su Isı Pompaları; Bir göl, havuz ya da akarsudaki suyu ısı kaynak veya çukuru olarak kullanır. Yer devreli ve yer altı suyu ısı pompalarında olduğu gibi, bu sistemler ya suyu ısı pompası içerisinden doğrudan dolaştırır yada kapalı bir devredeki ikincil bir akışkan içerir.
- İç Kaynaklı Isı Pompaları; Ya doğrudan ya da bir depo yardımı ile modern binalardaki yüksek iç mahal soğutma yükünü kullanır. Bunlar su devreli ısı pompalarını da içerirler.
- Güneş Yardımlı Isı Pompaları; Isı kaynağı olarak düşük sıcaklıklı güneş enerjisine bağlıdır. Güneş ısı pompalarına, güneş ısı enerjisi toplama kolektörü ile ısıtma ve soğutma dağıtım sistemi türüne bağlı olarak, su hava yada diğer tiplerde rastlanmaktadır.
- Atık su Kaynaklı Isı Pompaları; ısı kaynağı olarak atık suyu veya çamaşırhane atık suyunu kullanır. Atık su, filtrasyondan sonra doğrudan ısı pompasına verilebilir veya uygulamanın türüne bağlı olarak bir depolama tankından çekilir. Evaporatör ile atık ısı kaynağı arasında bir ara kademe ısı eşanjörü de kullanılabilir.
Su-Su Isı Pompaları: Bu ısı pompaları ısıtma ve soğutmada suyu ısı kaynağı ve çukuru olarak kullanır. Isıtma soğutma dönüşümü soğutma devresinde yapılabilir; fakat, kolaylık açısından çoğu zaman, Şekil 5’deki üçüncü şemada gösterildiği gibi su devrelerinin anahtarlanmasıyla gerçekleştirilir. Bu şemada suyun evaporatöre doğrudan girdiği görülmekte ise de, bir çok durumda, normalde işlem görmüş olan soğutulmuş su sisteminin kirlenmemesi için, suyun dolaylı yoldan bir ısı eşanjörü aracılığı ile (veya çift cidarlı bir evaporatör) verilmesi gerekli olabilir. Diğer yöntem, kapalı devre bir kondenser soğutma suyu devresi kullanmaktır.
Yer Devreli Isı Pompası: Bunlar ısı kaynağı ve çukuru olarak yeri (toprağı) kullanır. Böyle bir ısı pompası soğutkan su arasında bir ısı eşanjörü veya bir direkt ekspansiyon devresi kullanılır. Her iki tür de Şekil 5’de gösterilmiştir. Soğutkan su ısı eşanjörü kullanan sistemlerde, bir su veya antifriz çözeltisi toprağa gömülü halde bulunan yatay, düşey veya serpantin halindeki boru devresinden pompalanır. Direkt ekspansiyon sistemlerinde, soğutkan dolgulu veya serpantin halindeki evaporatör toprağa gömülmüştür.
Bu tür bir ısı değişiminde, çevredeki toprağın türü, nem içeriği, yoğunluğu ve eş yapıda olup olmaması sistemin başarısını etkilerken, boru yapım malzemesi, çevresel toprağın ve yer altı suyunun korozyon etkisi sistemin hizmet ömrünü ve ısı transferini etkiler.
Bu çevrimin bir değişik türünde, evaporatörden çekilen ısının bir kısmı veya tamamı ile kompresyon ısısı bir su soğutmalı kondensere aktarılır. Bu kondenser ısısı havanın veya evsel sıcak suyun ısıtılmasında kullanılır. Diğer ısı pompası türleri aşağıdaki gibidir:
Şekil 5- Isı Pompası Türleri
Sıcak Soğuk Dönüşümsüz Hava Su Isı Pompaları; Bunlar genellikle ısı pompalı su ısıtıcıları olarak adlandırılır.
Soğutkan Su Isı Pompaları; Bunlar soğutkanı kaskat ilkesine göre yoğuşturur. Kaskat hale getirme ısıyı, suya veya bir başka sıvıya atılacağı daha yüksek bir sıcaklığa pompalar. Bu tür bir ısı pompası hemen her türden akışkanı veya prosesi soğutan bir yoğuşma birimi olarak da hizmet verir. Birincil kaynaktan yeterli ısı alınamadığı zaman kullanılmak üzere birden fazla ısı kaynağı kullanılabilir.
Kaynak: ÜNTES, TTMD
