Isı pompası, dışarıdan enerji verilmesi ile düşük sıcaklıktaki bir ortamdan aldığı ısıyı yüksek sıcaklıktaki ortama veren bir makinedir. Kışın ısıtma maksadı ile kullanılan ısı pompası, yazın da soğutma için kullanılabilir.

Bir ısı pompasının en önemli karakteristiği performans katsayısıdır (COP). Verimli bir sistemin COP değerleri tipik olarak 4'e eşittir, yani sisteme girilen her bir birim girdi karşılığında 4 birim enerji hasıl olur. Japonya'daki COP değerleri 5'in üzerindedir. En iyi ısı pompaları 6.8 COP değerine ulaşmaktadır.

Soğutma makineleri ve ısı pompaları aynı çevrimi gerçekleştirirler fakat kullanım amaçları farklıdır. Bir soğutma makinesinin amacı düşük sıcaklıktaki ortamı, ortamdan ısı çekerek çevre sıcaklığının altında tutmaktır. Daha sonra çevreye veya yüksek sıcaklıktaki bir ortama ısı geçişi, çevrimi tamamlaması için yapılması zorunlu bir işlemdir fakat amaç değildir. Isı pompasının amacı ise bir ortamı sıcak tutmaktır. Bu işlevi yerine getirmek için düşük sıcaklıktaki bir ısıl enerji deposundan alınan ısı, ısıtılmak istenen ortama verilir. Düşük sıcaklıktaki ısıl enerji deposu genellikle soğuk çevre havası, kuyu suyu veya toprak, ısıtılmak istenen ortam ise bir evin içidir.

Isı pompası sistemlerinde, buharlaştırıcıların ısı çektiği ortamlara “ısı kaynakları” denir. Isı pompası için çok önemli olan bu kaynakların ısı pompası ile uyum sağlayabilmesi, aşağıda belirtilen şartlara bağlıdır:

• Kaynak sıcaklığının fazla değişmemesi,
• Kaynak sıcaklığının mümkün olduğu kadar büyük olması,
• Kaynağın bol bulunabilir olması ve coğrafi koşullardan mümkün olduğu kadar az etkilenmesi,
• Kaynağın kirli olmaması,
• Korozyona sebep olmaması

Bir ısı pompasının teknik ve ekonomik performansı, ısı kaynağının karakteristiğine bağlıdır. Binalarda kullanılan ısı pompaları için ideal bir ısı kaynağı, ısıtma dönemi boyunca yüksek ve fazla değişmeyen sıcaklığa, bol bulunabilirliğe, aşındırıcı ve kirletici etkenler taşımamasına, uygun termofiziksel özelliklere, düşük yatırım ve işletim maliyetine sahip olmalıdır. Çoğu durumda ısı kaynağının bulunabilirliği, en önemli etken olmaktadır. Isı pompalarında kaynak olarak :

• Çevre havası
• Toprak
• Deniz, nehir, göl suyu
• Yeraltı suları
• Artık sıvılar
• Artık gazlar
• Artık ısılar
• Güneş
• Kaya

 
kullanılabilir. Hepsinin farklı özellikleri vardır.

• Çevre havası : Bolca bulunur ve ısı pompaları için en çok kullanılan ısı kaynağıdır. Hava kaynaklı ısı pompalarının mevsimlik performans faktörü (SPF) toprak kaynaklı ısı pompalarından %10 – 30 daha düşüktür. Bunun nedeni olarak, dış hava sıcaklığının düşmesi ile buharlaştırıcıda yüksek sıcaklık farkı oluşması ve bu durumda buharlaştırıcının buzlanmaması ve fanların çalıştırılması için gerekli enerji, kapasite ve performansta hızlı düşüşe yol açması gösterilebilir. Hava kirliliği de bir dezavantajdır.
• Toprak : İyi bir kaynaktır fakat ısı değiştiricisini toprağa gömmek, korozyonu önlemek için de iyi malzeme kullanmak gerekir. Bu da ilk yatırım masrafını artırır.
• Deniz, nehir, göl suları : Isı pompaları için iyi bir kaynaktırlar. Nehir ve göl sularının kışın donma sorunu vardır. Bu sorun deniz için çok önemli değildir. Bu sularda kirlilik sorunu vardır. Coğrafi şartlardan da çabuk etkilenirler.
• Yeraltı suları : Yıl boyunca sıcaklık değişimi azdır. Taşınması için pompa kullanılıyorsa ek enerji kullanılıyor demektir. İçine pis suların karışması tehlikelidir. Isı değiştiricilerinin yer altına gömülmesi korozyona neden olabilir ve maliyeti artırır.
• Artık gazlar : Ev ve ticari binalardaki ısı pompaları için önemli ısı kaynağıdır. Isı pompası, havalandırmadan aldığı ısıyı hacim ve su ısıtmak için kullanır.
• Artık ısılar : Prosese bağlı olarak bazı avantajları veya dezavantajları olabilir.
• Güneş : İyi bir kaynaktır. İlk yatırım masrafı çok, fakat bakım masrafı az ve temizdir.

Isı pompaları ayrıca, tek başına ya da ek bir sistemle birlikte kullanılabilir. Isıtma ihtiyacını tek başına karşılayanlara “monovalent ısı pompaları”, ek kaynak yardımıyla bu ihtiyacı karşılayanlara ise “bivalent ısı pompaları” denir. Bivalent durumda ısı pompası ısıtma yükünün %50 – 95‘ini karşılar. Bivalent sistemlere örnek olarak güneş toplayıcıları ve kazanlar verilebilir. Bu ikili sistemlerin çalışması da sıralı veya birlikte olmaktadır. Sıralı çalışma, bir sistem devreden çıktığında ötekinin devreye girmesidir.

Isı pompası – kazan sistemi bu şekilde çalıştırılabilir. Isı pompasının çalıştırılmasının ekonomik olmadığı durumlarda ısı pompası devreden çıkar ve kazan devreye girer. Birlikte çalışmaya örnek olarak da ısı pompası – güneş toplayıcıları sistemi verilebilir. Binanın ısıtılmasında kullanılan ısı pompasının çalışması için gerekli sıcaklık aralığı güneş enerjisi sayesinde sağlanabilir.

 Kaynak : Wiki

Gerçekte bir soğutma çevrimi olan ısı pompası çevriminin temel prensibini Nicolas Léonard Sadi Carnot 1824 yılında ortaya atmıştır. 26 yıl sonra 1850 yılında Lord Kelvin‘in, soğutma cihazlarının ısıtma maksadı ile kullanılabileceğini ileri sürmesiyle ısı pompası uygulamaya girdi. II. Dünya Savaşı'ndan önce ısı pompasının geliştirilmesi ve kullanılır hale getirilmesi için birçok mühendis ve bilim adamı bu alanda araştırmalar ve çalışmalar yaptı. Savaş yıllarında endüstri, imkânlarını daha acil problemlere yönelttiği için ara verilen bu çalışmalara savaştan sonra tekrar başlandı.

Isı pompası çevrim şeması:
1. Yoğuşturucu (Kondansör)
2. Genişleme vanası (Kısılma vanası olarak da rastlanabilir)
3. Buharlaştırıcı (Evaporatör)
4. Kompresör

Isı pompası endüstrisinin 1950‘lerde sahip olduğu potansiyel, yüksek kuruluş maliyeti, doğalgaz ve petrole dayanan enerjinin ucuzlaması nedeniyle ısı pompasına olan güven 1960‘lı yıllarda azaldı. Isı pompalarının bu duraklamadan sonra önem kazanması 1973‘teki enerji krizinden sonra olmuş ve bu tarihten sonra birçok çalışma yapılmıştır.

Kaynak : Wiki

Monovalent
Bu yöntemde bina sadece ısı pompası ile ısıtılır. çok fazla ısı gerektirmeyen ısıtma sistemleri için uygundur.

Monoenergetic
Bu yöntemde, ısı pompası ek bir elektrikli ısıtma tarafından desteklenmektedir.  Bu özellikle Hava | Su ısı pompaları için düşük sıcaklıklarda yeterli ısı gücü sağlamak için gereklidir.

Ikili alternatif
ısı pompası belirli bir sıcaklığa kadar (0 ° C örneğin) ısıtma sağlar, sıcaklık bu değerin altında düşerse ısı pompası kapanır ve alternatif ısı kaynağı (kombi, kalorifer kazanı v.s.) devreye girer. 

Parallel ikili alternatif 
ısı pompası belirli bir sıcaklığa kadar ısı üretir. Ortam sıcaklığı ikinci eşik altındaki sıcaklıklarda ise ısı pompası ve iknci alternatif ısı kaynağı devreye girer. ikili-alternatif işletim aksine ısı oranının değil yıllık pompa çıkış gücü önemlidir.

 Bu ana elemanlar ile ısı pompasının çalışma prensibi özetle şöyledir:

• Isı kaynağından Isı Alınması: Buharlaştırıcıda (kaynakla temas halinde bulunan sistem) bulunan soğutucu akışkanın basıncı ve sıcaklığı düşüktür. ısı kaynağından alınan ısı enerjisi ile oluşan sıcaklık farkı, soğutucu akışkanın sıcaklığının arttırılmasını sağlar.
• Soğutucu akışkan kaynar ve buharlaşır. Kompresörde sıcaklık arttırılması: Kompresör buhar fazındaki akışkanı sıkıştırarak sıcaklığını ve basıncını arttırır. ısıtma sistemine ısı aktarılması: Buhar fazındaki soğutucu akışkan kondensere ulaşır. Kondenserdeki ısıtma suyunun (kalorifer tesisatı ve sıcak su boyleri) sıcaklığı buhar fazındaki akışkanın yoğuşma sıcaklığından daha düşük olduğu için, akışkan ısısını ısıtma suyunu aktararak tekrar sıvı faza geçer.
• Genleşme Valfindeki Kısılma: Soğutucu akışkanın kompresörde kazandığı yüksek basınç, genleşme valfinden geçerek düşer. Böylece buharlaştırıcıya tekrar düşük sıcaklık ve basınçta girmiş olur.
• Kapalı çevrim böylelikle tamamlanır. çevrim şemasından da hareketle, ısı pompaları, enerjiyi diğer ısıtıcılardan daha etkin kullanır. Bunun sebebi basittir; yaptığı iş bir yakıt yakmak değil, havayı hareket ettirmektir. Bu yüzden ısı pompaları diğer ısıtıcılardan enerjiyi 5 kat daha fazla etkin kullanmaktadır.
• Bir ısı pompası soğutucu döngüsünü tersine çevirmeye de meydan verir. Isı pompası enerjiyi dışarıdan alır ve ısıyı içeriye taşır. Bu prensip kullanılan klima sistemi türüne göre -5, -10 veya -15 C gibi soğuk günlerde bile işlevini korur.
• Bu yüzden ısı pompası bir ısıtma sistemi ihtiyacını elimine eder ve aynı üniteyle hem ısıtma hem soğutma yapmanızı, bütün yıl boyu enerji ve masraftan tasarruf etmenizi sağlar

Isı pompası Isıtma ve Soğutma maliyetlerinizi %50 oranında azaltır. Fosil yakıtlara göre daha ucuz ve daha temiz enerji sağlar. ısı pompaları bakım gerektirmez, fosil yakıtlardaki gibi yakıt depolama alanına ve baca sistemine ihtiyacınız olmaz.

  Çevre

Isı pompaları doğa dostu cihazlardır. Enerji tasarufu sağlar ve zararlı emisyonlar üretmez. Yenilenebilir kaynaklardan elektrik gücü temin edildiğinde tek gerçek sıfır emisyon ısıtıcılardır.