Neleri GÖremiyoruz

5.7. ÇAĞDAŞ ISI

TRANSFERİ

"ISI POMPASI"

5.7.1. ISI POMPASI NEDİR ?

Isı enerjisini bir ortamdan diğer ortama dönüştürücüler aracılığı ile taşıyan sisteme “ısı pompası” denir. Dalgıç pompalar nasıl suyu üretmiyorsa ısı pompaları da ısıyı üretmeyip sadece taşırlar. Fakat bu taşıma normal bir su pompasının yaptığı gibi bir akışkanın yer değiştirmesinden ibaret değildir. Doğadan alınan 2/3 oranındaki bedava enerjinin, 1/3 oranında satın alınan enerji ile işe yarar seviyeye getirilmesi ve mekana iletilmesidir.

“Isı pompası teknolojisi 18. yüzyılda kurgusal olarak oluşmuştur. Dünyada son 25 yıldır başarı ile kullanılmaktadır. Hava, su ve toprak olarak üç farklı enerji kaynağı kullanırlar. Hava kaynaklı cihazların verimleri, dış hava sıcaklıklarının değişimlerinde farklı değerler alır. Verimin gün içinde dahi sabit kalmaması nedeni ile işletme maliyetleri beklenmeyen artışlar gösterebilir.

Toprak ve su kaynaklı teknoloji ise yeryüzünde belli bir derinlikte sıcaklığın yıl boyunca sabit kalabilmesi yüzünden daha ekonomik bir işletim sistemidir.
İki üç metreden itibaren toprak tabakası kış mevsiminde havadan daha sıcak, yazın ise daha soğuktur. Sudan enerji alan pompaların deniz suyundan da yararlanma olanağı vardır. Toprak ve su kaynaklı ısı pompaları, sıcaklığın belli bir derinlikte sabit kalması prensibinden yararlanırlar. Kışın yeryüzünün altında depolanmış ısıyı yapıya, yazın da yapı içindeki ısıyı yeraltına taşıyarak doğanın bize sunduğu bu avantajı kullanırlar. Özetle yer altı ; kışın bir ısı kaynağı, yazın ise bir ısı çukuru gibi davranırlar."¹⁰⁵
5.8 “Enerji depolama” bölümünde doğanın bu özelliğinden yararlanarak ısıl enerjiyi saklamanın yolları anlatılmaktadır.
5.7.2. ISI POMPASI TİPLERİ
"Doğanın ısısı, toprak ya da su içine radyatör gibi yayılan, korozyonun önüne geçmek için plastik olması tercih edilen borular aracılığı ile alınır. Bu ısının +10 derecenin altında olduğu durumlarda sistemin randımanı düşmeye başlar. Havadan enerji alan sistemler –10 dereceye kadar çalışabilirler.
Havadan-havaya, havadan-suya, topraktan-suya, topraktan-havaya, sudan-suya ya da sudan-havaya ısıl enerji nakli sağlanabilir. En uygun kombinasyon çevre koşullarından ve ihtiyaçlardan yola çıkılarak saptanır.( Şekil )
Toprak, moleküler yapısı nedeniyle ısıyı çok iyi emme özelliğine sahiptir. Yıl boyunca sıcaklığı çok fazla değişmez. Kışın ısıtmaya ihtiyaç duyduğumuzda toprağın sıcak, yazın soğutmak gerektiğinde ise soğuk olması amaca uygun bir özelliktir. Sıcaklığının hava ve sudan daha az değişken olması ona üstünlük sağlar.
Toprak ile ısı alışverişi iki türlü sağlanır. "Sondaj"da dikey olarak, "serme"de yatay olarak yüzeyin 1-2 m altına borular yerleştirilir. Boruların içinden donmaması antifriz katkılı su veya aynı amaçla alkol-su karışımı dolaştırılır. ” ¹⁰⁶
5.7.3. ÇALIŞMA PRENSİBİ

VE ENERJİ KULLANIMI
Buzdolabının çalışma prensibi hakkında bir iki ip ucu elde ettiğinizde, "ısı pompası" denilen ve üzücüdür ki bazı teknik elemanlarca hala, ısıyı bir yerden bir yere nakle yarayan sirkülasyon pompası sanılan sistem hakkında fikir sahibi olacaksınız.
Bir başka deyişle, yurtdışında 20-25 yıldır verimli bir şekilde kullanılan bu sistem; düşük enerji ile, doğada mevcut sıcaklığı kullanarak yaşam konforu elde etmemize yarayan bir düzenektir. Buna enerji transfer ya da dönüşüm cihazı da diyebiliriz.
Ülkemizde az bilinmesi ya da kullanılmamasının nedenini siz de benim gibi merak edeceksiniz. Buna mirasyedi mantığı da denebilir. Yani eldeki kaynaklar tükenmeden diğerleri ile hiç ilgilenmeyen garip bir dünya görüşü !.. Bu konularda cahil mi bırakıldık, yoksa "az bilmek az sorumluluk demektir !" diye düşünüp bu bilgilere biz mi talip olmadık, ayrı bir tartışma konusu !..
Fakat bu arada, enerji konularında öncülük görevini başarı ile yürüten Erciyes Üniversitesinin hakkını yememek gerekir. Diğer birçok enerji kullanımı örneklerinin yanında, 1000 m² lik bir yerin ısıtılmasında kullanılan "su kaynaklı" ısı pompasının halen başarı ile çalışmakta olduğunu da bildiriyor Doçent. Dr. Necdet ALTUNTOP.
Bütangazı tüpleri, ağzı açık kalıp gaz birden boşaldığında tüpün buz gibi olduğunu görmüşsünüzdür. Bu olay; sıkıştırılıp sıvı haline gelen gazların bu sırada ısınması ve basıncı aniden düşerken birden soğuması kuralından kaynaklanmaktadır. Bu dönüşüm özelliği; buzdolaplarımızı çalıştırırken, ısı pompalarına da ilham kaynağı olmuştur. O sistemin teknik adı da zaten "ısı pompası"dır.
Isı pompası ile elde ettiğiniz enerji için, kullandığınızın sadece % 33'ü kadar enerji kaynağı tüketmek zorundasınız. Geri kalan enerjinin % 67'si çevreden alınmaktadır. Çevredeki rüzgar, su rezervi ya da doğrudan toprak, size yeterli takviye enerjiyi rahatça sağlamaktadır. Sihirli değnek gibi görünen bu sistemin peynir ekmek gibi satmasının önündeki tek engel, yatırımın kendisini 7-8 yılda amorti etmesidir. Buna karşılık ısı pompası 15-20 yıllık bir çalışma ömrüne sahiptir. Yani uzun dönemde yenileme bedelini yine sistemin kendisi karşılayacaktır. Uzun vadeli planlamalar için göze alınması doğru olan bu sistem, ısıtma ve soğutma için gereken enerji ihtiyacını üçte bire indirmekte, böylece enerji temin eden diğer sistemlerin de daha düşük kapasiteli olmasını sağlamaktadır. Amortisman süresini hesaplarken bu faktörün de dikkate alınması gerekir.
Sistem, çalışma prensibi yüzünden 55 derecenin üzerindeki ısı ihtiyaçlarında verimliliğini yitirmektedir. Bu yüzden elde edilen sıcaklığın yerden ısıtma sistemlerinde kullanılması en uygun çözümdür. 55 dereceden sonrası için ilave enerji kullanarak yüksek sıcaklıklara çıkılması olanaklıdır.
5.7.4. ÇALIŞMA ŞEMASI
Sistemin nasıl çalıştığını anlayabilmek için iki adet karşılıklı su deposu gözünüzün önüne getiriniz. Sağ ve soldaki depoların içinden geçerek kapalı bir halkayı tamamlayan boru hattımız olsun. Bu boru hattı, depoların içinden geçerken spiral biçimde olsun ki ısı transferi için geniş bir yüzey sağlasın. Halkanın üst tarafında sıkıştırma amaçlı bir kompresör, alt tarafında da genişleme valfi bulunsun. Tahmin edeceğiniz gibi kapalı devre borumuzun içinde buzdolaplarında kullanılan cinsten bir gaz bulunmakta..( Şekil )
Sağdaki depomuzun içinde; iç mekanı ısıtmakta kullanacağımız su var. Kullanılan su depoya alttan giriyor, üstten çıkıyor. Soldaki deponun içinde yine su var fakat bu su dış kaynakla irtibatlı. Ya toprağın altına, ya bir su rezervine ya da sadece rüzgara yönelik ısı kaynağı ile alışveriş yapıyor. Bu dış kaynak sadece 2-3 derecelik suyun tekrar 10 dereceye çıkmasını sağlıyor.
Şimdi sistemin çalışmaya başladığını düşünelim ve olanları birlikte takip edelim. 10 derecelik dış kaynak sıcaklığının sol depodaki spiralden geçerek bizim özel sıvımızı 8 dereceye getirdiğini düşünelim. Üst taraftaki kompresöre 8 derece ile giren sıvı yaklaşık 2 bar basınçtan 5 bara sıkıştırılarak yükseltilirken, sıvının harareti de 50 dereceye çıkacaktır. İşte bu 50 derecelik sıvı, sağdaki depomuzda mevcut kullanma suyumuzu 45 dereceye kadar ısıtacak ve depodan çıkarken yaklaşık 40 dereceye düşecektir. Fakat basıncı hala 5 bardır. Bu kez alt taraftaki genleşme valfimizde basıncı 2 bara düşerken sıcaklık ta 40 dereceden birden 2 dereceye düşecektir. Soldaki depomuzda, dış kaynaktan sirkülasyon pompası ile alınan 10 derecelik su ise sıvımızı tekrar 8 dereceye yükseltecek ve dönüşüm devam edecektir.( Şekil )
5.7.5. ISI POMPASININ

YARARLARI
Bu sistemin yukarıda anlatılan özelliklerinden çıkan sonuçlar şöyle özetlenebilir:
1- Kullanılan enerjinin sadece !/3'ünün satın alınmaktadır,

2- Doğaya zararlı ve sera gazı oluşturacak atığı yoktur, çevre dostudur.

3- Baca ve yakıt deposu gibi gereksinimleri olmaması dolayısı ile bakım gideri çok düşüktür,

4- Yakıt depolama ihtiyacı olmadığından, enerjiyi kullanmadan ödeme yapma zorunluluğu yoktur.

5- Sessiz çalışması, fazla alan işgal etmemesi avantajıdır.

6- Kullanım kolaylığı vardır,

7-Isıtma ve soğutma kombinasyonu ile yüksek konfor sunabilmektedir.

8- İlk yatırım maliyetini ülkemizde 3-6 yıl içinde çıkarabilmektedir. Yeni uygulamaya giren çift tarife sistemi ile geri dönüşüm süresi iki yıla kadar düşebilmektedir.

Isı pompası teknolojisi sayesinde, 1997 yılında İsveç'te yapılan araştırmaya göre 12 TW yani 1.700.000 m3 motorin tasarrufu yapılmıştır.
Güneş ya da rüzgar enerjisinden elde edilen elektriğin çalıştırdığı bir ısı pompasının ve kullanılmayan ısının depo edilebildiği depoların melez bir sistem olarak entegre edildiği bu düzeneğin, çağdaş bir ısı transferi örneği olmanın ötesinde, çağdaş bir "kendine yeten enerji sistemi" olacağı kuşkusuzdur..
Sanırım, zaman zaman mimari planlama verilerine eklemek zorunda olacağımız yeni hacımlar ve yeni bir sistemle tanıştık.. Bilenler ise, bu bilgilerini tüm enerji biçimleri ile karşılaştırma olanağı buldular..