Isı pompası sistemi; havada, toprakta veya suda bulunan düşük sıcaklıklı enerjiyi elektrik yardımıyla binanın ısıtma, soğutma ve sıcak su ihtiyaçlarında kullanılabilir hale getiren mekanik tesisat çözümüdür. Isıyı doğrudan üretmek yerine bir ortamdan başka bir ortama taşır.
Sistemin doğru çalışmasını belirleyen temel unsurlar şunlardır:
Binanın ısı kaybı ve soğutma yükü
Bölgenin dış hava koşulları
Isı kaynağının türü
Tesisat gidiş ve dönüş sıcaklıkları
Isı pompasının kapasitesi ve çalışma aralığı
Yerden ısıtma, fan-coil veya radyatör uyumu
Boyler ve kullanım sıcak suyu ihtiyacı
Hidrolik dengeleme ve otomasyon
Dış ünite yerleşimi ve ses kontrolü
Uluslararası Enerji Ajansına göre ısı pompaları, tükettikleri elektrik enerjisinin birkaç katı kadar ısı enerjisini kullanım alanına aktarabilir. Ancak katalogdaki performans değerinin sahada elde edilebilmesi için cihaz ile bina tesisatının birlikte projelendirilmesi gerekir.
Isı pompası sistemi, soğutucu akışkanın kapalı bir çevrim içinde buharlaşması ve yoğuşması sayesinde ısı transferi gerçekleştirir. Çevrim; evaporatör, kompresör, kondenser ve genleşme elemanı olmak üzere dört temel bileşen üzerinden ilerler.
Evaporatörde çevreden alınan enerji, soğutucu akışkanın buharlaşmasını sağlar. Kompresör, buhar halindeki akışkanın basıncını ve sıcaklığını yükseltir. Kondenser bölümünde bu enerji, ısıtma tesisatındaki suya veya iç ortam havasına aktarılır. Genleşme elemanı ise akışkanın basıncını düşürerek çevrimin yeniden başlamasını sağlar.
Ters çevrim özelliğine sahip cihazlarda çalışma yönü değiştirilir. Sistem kışın dış ortamdan binaya ısı taşırken yazın bina içindeki ısıyı dışarı aktarabilir. ABD Enerji Bakanlığı da ısı pompalarının ısı üretmekten çok ısıyı bir noktadan diğerine taşıdığını belirtir.
Isı pompasının performansı, yalnızca cihaz verimine değil, kaynak ve kullanım tarafındaki sıcaklık farkına da bağlıdır.
Isı pompaları, enerjinin alındığı kaynağa ve binaya aktarılma yöntemine göre sınıflandırılır. Uygun sistem; iklim, arsa koşulları, bina yükü ve mevcut tesisata göre seçilir.
| Isı pompası türü | Enerji kaynağı | Uygun kullanım alanı | Temel tasarım konusu |
| Hava kaynaklı | Dış ortam havası | Konut, villa, ofis ve ticari yapı | Düşük dış hava sıcaklığındaki kapasite |
| Toprak kaynaklı | Yatay veya dikey toprak devresi | Uygun araziye sahip yapılar | Sondaj, toprak yapısı ve kolektör hesabı |
| Su kaynaklı | Yer altı, kuyu veya yüzey suyu | Su kaynağı uygun tesisler | Su kalitesi, debi ve yasal izinler |
| Hava-hava | Dış hava ve iç ortam havası | Bölgesel ısıtma ve soğutma | Hava dağılımı ve iç ünite yerleşimi |
| Hava-su | Dış hava ve tesisat suyu | Yerden ısıtma, fan-coil ve boyler | Su sıcaklığı ve hidrolik tasarım |
| Su-su | Su kaynağı ve tesisat suyu | Merkezi ve endüstriyel sistemler | Eşanjör, pompa ve kaynak sürekliliği |
Hava kaynaklı sistemler, sondaj veya geniş arazi gerektirmediği için birçok yapıda uygulanabilir. Toprak ve su kaynaklı sistemler ise daha dengeli kaynak sıcaklıklarından yararlanabilir ancak ayrıntılı saha incelemesi gerektirir.
Isı pompası seçimi, yalnızca yapının metrekare bilgisi üzerinden yapılmamalıdır. Binanın yalıtım seviyesi, cam yüzeyleri, cephe yönleri, kullanım saatleri ve bulunduğu iklim bölgesi kapasite hesabını doğrudan etkiler.
Seçim süreci şu adımlarla yürütülmelidir:
Gereğinden büyük cihaz, düşük yüklerde sık durup çalışabilir. Küçük seçilen cihaz ise soğuk günlerde ihtiyaç duyulan kapasiteyi sağlayamayabilir. ASHRAE, özellikle nemli iklimlerde aşırı büyük cihazların nem kontrolünü ve konforu olumsuz etkileyebileceğini vurgular.
Doğru kapasite, cihazın yalnızca en soğuk günde değil, yıl boyunca dengeli çalışmasını sağlar.
Isı pompası sistemi, düşük sıcaklıkta çalışan ısıtma dağıtım sistemleriyle daha verimli çalışır. Yerden ısıtma, düşük sıcaklıklı radyatör ve uygun seçilmiş fan-coil sistemleri bu açıdan avantaj sağlayabilir.
Mevcut radyatörlü bir binada dönüşüm yapılacaksa radyatörlerin düşük su sıcaklığında yeterli ısıyı sağlayıp sağlamadığı kontrol edilmelidir. Geleneksel kazan sistemleri için seçilen küçük radyatörler, ısı pompasıyla çalışırken yetersiz kalabilir. Bu durumda radyatör yüzeyinin artırılması, fan destekli radyatör kullanılması veya bina ısı kaybının azaltılması değerlendirilebilir.
Yerden ısıtma, geniş yüzey üzerinden ısı transferi yaptığı için daha düşük su sıcaklıklarıyla konfor sağlayabilir. Fan-coil sistemleri ise hem ısıtma hem soğutma için kullanılabilir. Soğutma yapılacaksa yoğuşma tahliyesi ve boru yalıtımı projeye dahil edilmelidir.
Isı pompası verimini belirleyen kritik değerlerden biri, sistemin üretmek zorunda olduğu su sıcaklığıdır.
Isı pompası tesisatı; cihaz, sirkülasyon pompaları, genleşme tankı, denge kabı, boyler, vanalar, filtreler ve kontrol ekipmanlarıyla birlikte tasarlanır. Üreticinin istediği minimum su debisinin sağlanması, eşanjörün korunması açısından önemlidir.
Sistemin çalışma düzenine göre tampon tank kullanılabilir. Tampon tank, tesisattaki su hacmini artırarak cihazın kısa aralıklarla devreye girip çıkmasını sınırlandırabilir. Ancak tank hacmi hesaplanmadan yapılan seçim, gereksiz ısı kayıplarına veya kontrol sorunlarına neden olabilir.
Tesisatta şu bileşenler değerlendirilmelidir:
Isıtma ve kullanım sıcak suyu aynı cihazla sağlanıyorsa üç yollu vana, boyler serpantini ve öncelik senaryosu doğru seçilmelidir. Hidrolik tasarım, farklı devrelerin birbirini olumsuz etkilemesini önlemelidir.
Isı pompası kurulumu, onaylı mekanik ve elektrik projelerine göre gerçekleştirilmelidir. Hava kaynaklı sistemlerde dış ünitenin konumu; hava dolaşımını, ses seviyesini, bakım erişimini ve buz çözme suyunun tahliyesini etkiler.
Dış ünite kapalı veya hava akışının sınırlı olduğu bir alana yerleştirilmemelidir. Cihazın üflediği soğuk havanın yeniden emiş tarafına dönmesi performansı düşürebilir. Drenaj hattı, buzlanma ve yüzeyde su birikmesi oluşturmayacak şekilde düzenlenmelidir.
Kurulum sırasında şu kontroller yapılmalıdır:
Kurulum tamamlandıktan sonra tesisat temizlenmeli, su kalitesi kontrol edilmeli ve sistem debileri ölçülmelidir.
Isı pompası verimi genellikle performans katsayısı ve mevsimsel performans göstergeleriyle ifade edilir. Performans katsayısı, belirli bir çalışma noktasında sağlanan ısı enerjisinin tüketilen elektrik enerjisine oranını gösterir.
Örneğin performans katsayısının 4 olması, belirli test koşullarında bir birim elektrikle yaklaşık dört birim ısı enerjisinin sisteme aktarılması anlamına gelir. Bu değer sabit değildir. Dış hava sıcaklığı düştüğünde veya tesisat suyu sıcaklığı yükseldiğinde performans değişebilir. Uluslararası Enerji Ajansı, tipik ısı pompalarının çoğu uygulamada 3 ile 4 düzeyinde performans katsayısına ulaşabildiğini belirtir.
Mevsimsel performans değeri, farklı dış hava sıcaklıklarını ve kısmi yük koşullarını kapsadığı için yıllık kullanım hakkında daha kapsamlı fikir verir. Cihaz karşılaştırılırken yalnızca tek bir katalog noktasına değil, projenin gerektirdiği su sıcaklığındaki kapasite ve verim değerlerine bakılmalıdır.
Isı pompası sistemi, düzenli bakım yapıldığında daha dengeli ve güvenli çalışır. Bakım sıklığı; cihaz türüne, çalışma süresine, çevre koşullarına ve üreticinin talimatlarına göre belirlenir.
Periyodik kontrolde şu işlemler uygulanabilir:
Sistemde sık devreye girme, yetersiz ısıtma veya yüksek elektrik tüketimi görülüyorsa yalnızca cihaz kontrol edilmemelidir. Tesisat debisi, su sıcaklıkları, bina yükü ve kontrol ayarları birlikte değerlendirilmelidir.
Isı pompası uygulayıcısının kapasite hesabı, hidrolik proje, cihaz yerleşimi, otomasyon ve devreye alma süreçlerini birlikte yönetebilmesi gerekir. Cihaz tedariki ile mühendislik hizmeti aynı kapsamda değerlendirilmemelidir.
Altes Mühendislik; ısıtma, soğutma, mekanik tesisat, yerden ısıtma, fan-coil, sıcak su ve otomasyon çözümleri kapsamında hizmet sunmaktadır. Firmanın ısıtma sistemi açıklamalarında kazan, kombi ve ısı pompası gibi farklı ısı kaynaklarının mekanik tesisatla birlikte değerlendirildiği görülmektedir.
Firma seçiminde şu ölçütler incelenmelidir:
Isı pompası sistemi teslim edilirken cihazın açılması yeterli bir kabul ölçütü değildir. Debi, sıcaklık, basınç ve otomasyon değerlerinin proje koşullarına uygunluğu ölçülmelidir.
Teslim dosyasında şu kayıtların bulunması gerekir:
Isı pompası sistemi; uygun bina yalıtımı, düşük sıcaklıklı ısı dağıtımı, doğru kapasite ve kontrollü hidrolik tasarımla birlikte kullanıldığında ısıtma ve soğutma ihtiyaçlarını tek altyapı üzerinden karşılayabilir. Sistemin performansı, cihaz seçimi kadar projelendirme, kurulum ve işletme ayarlarının doğruluğuna bağlıdır.
