Hava kaynaklı ısı pompalarının, toprak ve su kaynaklı sistemlere göre ilk yatırım maliyetleri düşüktür

Günümüzde ısı pompaları, geleceğin iklimlendirme teknolojisi ürünlerinden biri olarak kabul ediliyor. Küresel iklim değişikliklerinin olumsuz etkileri dünyayı etkisi altına almaya devam ederken, ısı pompası teknolojisi en etkin iklimlendirme çözümü olarak öne çıkıyor. Bunun temel nedeni, fosil yakıtlı ısıtma ürünleri ısıyı bir kimyasal reaksiyon sonucu ortaya çıkartırken ısı pompalarının dünya üzerinde var olan ısıyı transfer ederek elde etmesidir.

Isı pompaları; ısıtma, soğutma ve sıcak su kullanımını tek bir cihazda toplayarak diğer ısı kaynaklarına göre yüksek enerji tasarrufu sağlıyor. Isı pompaları transfer ettikleri enerjiyi sadece havadan değil toprak ve su gibi farklı ortamlardan da sağlayabiliyor. Ayrıca ısı pompaları hava, toprak ve sudaki potansiyel ısı enerjisini evlerimize taşıyarak evimizin sıcaklık konforunu sağlarken doğaya herhangi bir zehirli gaz salınımı yapmıyor.

Isı pompası, doğal olarak bulunan düşük yoğunluklu ve miktarlı enerjiyi eşanjörler aracılığıyla işlevsel enerjiye dönüştüren cihazlardır. Bu sistemler, yüksek enerji verimliliği sağlarken, temiz ve yenilenebilir bir iklim kontrolü sunar. Elektrik tüketimi genellikle toplam enerji ihtiyacının yaklaşık yüzde 25’ini oluştururken, kalan yüzde 75’lik kısım toprak, su veya hava gibi doğal kaynaklardan karşılanır.

Isı pompalarının verimliliği, dış ortamdaki enerji miktarı ile bu enerjinin kullanıldığı ortam arasındaki sıcaklık farkı arttıkça yükselir. Bu yüzden bu cihazlar, özellikle ılıman iklimlerde popülerdir ve etkin bir kurulum ve yönetim gerektirir. Isı pompaları, yerden ısıtma, güneş enerjisi sistemleri veya radyatörler gibi diğer ısıtma cihazlarıyla entegre bir şekilde çalışabilir, böylece daha geniş uygulama alanları sunar.
Klima cihazlarının çevreye olan olumsuz etkileri göz önünde bulundurulduğunda, alternatif enerji kaynaklarına olan ilgi giderek artmaktadır. Isı pompaları, başlangıçtaki yatırım ve işletme maliyetlerine rağmen, kullanıcılara kısa süreli kullanımlarda dahi önemli avantajlar ve yüksek performans sağlar.

SİSTEM VE ÇEŞİTLERİ

Dünya nüfusunun artmasının doğal bir neticesi olarak enerji ihtiyacı da artmaktadır. Günümüzde enerji kaynağı olarak genellikle fosil yakıtlar kullanılmaktadır. Yapılan araştırmalara göre; fosil yakıt rezervlerinin yakın bir gelecekte tükeneceği tahmin edilmektedir. Ayrıca nüfusa paralel olarak artan fosil yakıt tüketimi, çevreye her geçen gün daha fazla zarar vermektedir. Bu nedenle, dünya genelindeki enerji ihtiyacını karşılamak için yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı kaçınılmaz bir durum olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu alternatif enerji kaynaklarından yararlanabilmek için ise elektrik üretimi ve üretilen bu elektriğin verimli bir şekilde tüketilmesi çalışmaları çok önemli hale gelmiştir. Elektrik üretimi için genelde güneş panelleri, rüzgâr türbinleri, dalga jeneratörleri gibi enerji dönüşüm sistemleri kullanılmaktadır.
Yaşam alanlarımızda kullandığımız enerjinin büyük bir bölümü ısıtma, soğutma ve sıcak su üretimi amacı ile kullanılmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilen elektrik enerjisinin ısıtma, soğutma ve sıcak su ihtiyacını karşılamak için kullanılması düşünüldüğünde akıllara; düşük enerji tüketimi, yüksek performans katsayısı  ve çevre dostu olması gibi özelikleriyle öne çıkan ısı pompaları gelmektedir.

NASIL ÇALIŞIR?

Isı pompaları, yapısında barındırdığı soğutma çevrimi donanımları ile doğadaki enerjiyi emip, ısıtılacak bölgeye aktaran aygıtlardır. Bazı ısı pompaları, üzerindeki 4 yollu vana yardımıyla tersinir çalışabilirler. Yani, soğutma da yapabilirler. Bu durumda, yine soğutma çevriminden faydalanarak ortamdaki enerjiyi çekerek doğaya aktarırlar. Böylece ortam sıcaklığını düşürmüş olurlar. Örneğin, buzdolapları bu yöntemle çalışır. Sistem ısıtma amaçlı çalışırken ısı kaynağının olduğu ortam, buharlaşma işleminin yapıldığı yer olmaktadır. Hava kaynaklı bir ısı pompası kullanılıyor ise atmosfere açık alanda bulunan dış ünite üzerindeki ısı değiştirgeci (eşanjör) buharlaştırıcıdır (evaporatör). Toprak kaynaklı bir ısı pompası kullanılıyor ise toprak altına döşenen borulardan geçen akışkan ısı enerjisinin alındığı ve buharlaşma işlemini gerçekleştiren plakalı eşanjör bulunur. Isıtılacak yer de ise yoğuşma işlemi gerçekleşir. Yoğuşma işlemi, sistem içerisindeki soğutucu akışkanın sıcaklığının ortama aktarılmasıdır. İç ünite bir fancoil ise, tesisat suyunun ısıtıldığı plakalı eşanjör bir kondenserdir. İç ortamda radyatörlü kalorifer tesisatı kullanılıyor ise kalorifer tesisat suyunun ısıtıldığı plakalı eşanjör, kondenserdir.

ÇEŞİTLERİ

Isınma, insanlık tarihinin başlangıcından beri insanoğlunun en büyük gereksinimlerinden biridir. Fosil enerji yakıt maliyetlerinin çok yükselmesi, çevreye ve iklim değişikliğine verdiği zararlar ve bazen kolay ulaşılamaması özellikle son yıllarda konutlarda ısınma gereksinimini karşılamak için ısı pompalarına talep son derece artmış durumdadır. Bunları göz önüne alınca günümüz teknolojisinin ulaştığı en verimli ve güvenilir ısıtma sistemleri olarak ısı pompaları öne çıkmaktadır.

TOPRAK KAYNAKLI

Enerji kaynağı olarak toprak altındaki enerjinin kullanıldığı ısı pompası sistemleridir. Yüzeyden 1,2 metre toprak altına inildiğinde yaz, kış fark etmeden 5 ile 15°C arasında olan ve ısı pompası sistemlerinin son derece verimli çalışabileceği bir sıcaklığa ulaşılmaktadır. ( Derinlik azaldıkça soğuk iklim bölgelerinde akışkanın donma riski, dolayısı ile sistemin çalışamaması söz konusu olabilir. Derinlik arttıkça kaynağın verimi artar ama harfiyat maliyetlerini de göz önünde bulundurmak gerekir.)
 Toprak altındaki enerjiden faydalanılarak ısı pompası sistemi kurmanın iki farklı yöntemi vardır. Bunlardan biri yatay serme diğeri dikey sondaj yöntemidir.
• Yatay serme yönteminde binanın arsasında, boru serme işleminin yapılacağı yeterli büyüklükte alana gereksinim duyulur. 1 kW enerji için yaklaşık 30 m 2 - 100 m 2 toprak kolektör alanı gereklidir. 50 m2 de 1 kW enerji emildiğini düşünürsek, 10 kW bir sistem için yaklaşık 500 m2 bir kazılacak alana gereksinim duyulur.     
• Yatay serme yönteminde borular, yerel donma derinliğinin altındaki bir düzeye yerleştirilmelidir.
• Yatay serme için yeterli alanın olmadığı yerlerde di key sondaj yöntemi uygulanabilir. Bu yöntemde 1 kW enerji için toprağın cinsine göre 12 m. - 50 m. dikey sondaj yapmak gereklidir.
• Toprak altındaki sıcaklık değişimi havadaki kadar yüksek olmadığından, hava kaynaklı sistemlerde yaşanan değişim sonucundaki sistem verimliliği oynamaları olmadığından, soğuk iklim bölgelerinde toprak kaynaklı ısı pompaları daha verimli çalışan sistemlerdir.
• Kazma, boru serme veya sondaj parasal yüklerinden dolayı toprak kaynaklı ısı pompalarının ilk yatırım maliyetleri yüksektir.
• Ayrıca, yer altındaki bir sorunun giderilmesi için genel de alt yapının kaldırılması da gerekebilir.
• Soğuk bölgelerde yüzeye yakın bölümlerde donma riskine karşı sistemde dolaşan suya glikol (antifriz) ek lenerek donması engellenebilir. Ancak glikolün sistem verimliliğini olumsuz etkilediği unutulmamalıdır.
• Alt yapıda mutlaka korozyona karşı dayanımı yüksek malzemeler seçilmeli ve kullanılmalıdır.  
• Bakım ve servis masrafları yüksektir.

SU KAYNAKLI

Enerji kaynağı olarak göl, deniz, akarsu veya kuyu gibi su kaynaklarının kullanıldığı ısı pompası sistemleridir. Açık veya kapalı çevrim sistemler uygulanabilir. Kapalı çevrim sistemler, toprak kaynaklı ısı pompasındaki yatay serme işlemi ile neredeyse aynıdır. Türkiye'nin üç tarafının denizlerle çevrili olması, akarsu ve göl açısından zengin bir coğrafyada bulunması; su kaynaklı sistemlerin kullanıla bilmesi olanağını artırmaktadır. Bununla beraber, bu konudaki yasal yönetmeliklerin daha net ve anlaşılır olması gerekmektedir.
Türkiye'deki denizlerin yaz/kış sıcaklık ortalamalarını aşağıdaki tabloda görülmektedir (Tablo 4).
• Kolektörlerin su kaynağının altına gömülmesi nedeniyle ilk yatırım maliyeti yüksektir.
• Arıza durumunda alt yapıya müdahale zordur.
• Kışın özellikle nehir ve göl kıyılarında kapalı sistemdeki donma glikol eklenerek engellenebilir. Ancak glikolün sistem verimliliğini olumsuz etkilediği unutulmamalıdır.
• Su altına serilen boru yüzeyindeki yosunlaşma ve benzeri durumlar sistem verimliliğini olumsuz etkilemektedir. 
• Suyun korozif etkileri sistem ömrü için önemli bir etkendir. Bu nedenle özel alaşım eşanjörlerin ve boruların seçilip kullanılması gerekmektedir.
• Bakım ve servis maliyetleri yüksektir.

HAVA KAYNAKLI

Enerji kaynağı olarak dış havanın kullanıldığı ısı pompası sistemleridir. Bir dış ünite ile bu üniteden gelen enerjinin suya aktarıldığı ve suyun istenilen sıcaklık ve debide sistemde dolaşmasını sağlayan bileşenleri üzerinde barındıran bir iç üniteden oluşmaktadır.
• Sistem verimi, ek tesisat uygulamasına bağlı değildir.
• Toprak ve su kaynaklı sistemlere göre ilk yatırım maliyetleri düşüktür.
• Montaj, servis ve bakımları kolaydır.
• Korozif etmenlerden tamamen bağımsızdır.

KAYNAK : https://www.mmo.org.tr/sites/default/files/012_19.pdf--  Sinan AYDIN