Isı Pompası Uygulamalarında Dikkat Edilecek Hususlar

Günümüzde konutların ısıtılmasında ekonomik işletme ve konforu bir arada sunabilen alternatif ısıtma sistemi olarak ısı pompaları karşımıza çıkmaktadır.

Fosil yakıtların ısınma amacı ile konutlarda kullanımı sera gaz salınımında önemli bir yer tutmaktadır. Isı pompaları şebekeden çektikleri her 1 kWh enerji karşılığında 4 kWh’a kadar doğada (hava, su, toprak) bulunan yenilebilir enerjiyi veya atık enerjiyi evlerimize transfer edebilmektedir.

Isı pompaları özellikle yenilenebilir birincil enerji ile de entegre edilmeleri halinde net sıfır enerjili binalar (nZEB) ve yaklaşık sıfır enerjili binalar için (nnZEB) ideal bir çözüm ortağı oluşturabilmektedir.

Avrupa Birliği 2050 yılına kadar net karbon salınımını sıfırlamayı hedeflemekte ve ısı pompaları bu hedefe ulaşmada önemli araçlardan biri olarak görülmektedir. Avrupa devletleri tarafından eski (mazot, elektrik, LPG vb.) ısıtma sistemlerini ısı pompasına dönüştüren kullanıcılara ciddi oranlarda teşvikler verilmektedir.

2017-2018 yılları arasında Havadan Suya ısı pompası satışları Avrupa’da % 27 oranında artış göstermiştir. Emniyetli olmaları (gaz kaçağı riski dolayısı ile patlama riski bulunmamakta, propan ve LPG  gibi yakıt depolamaya ihtiyaç göstermemekte,  CO gibi zehirli gaz emisyonu salmamaktadır), mimaride yer kaplayan baca yapı bileşenine gerek duymaması, sadece bir düğmeye basarak ve uzaktan online olarak emniyetli şekilde çalıştırılabilmesi, mahal ısıtma-mahal soğutma-sıcak kullanım suyu ihtiyaçlarının tek bir sistemle çözülebilmesi ısı pompalarının avantajlarından bazılarıdır.

Isı pompalarının en verimli şekilde hizmet edebilmeleri için proje, kapasite, tip seçimi ve işletilmelerinde bazı hususlara dikkat edilmelidir.

Isı Pompası Tipleri

Mahal ısıtmalarında kullandığımız ısı pompaları tipleri aşağıdaki gibi özetlenebilir:

Isı kaynaklarına göre ısı pompaları

• Toprak/Su Kaynaklı Isı Pompaları
• Hava Kaynaklı Isı Pompaları

Toprak kaynaklı ısı pompalarının ilk yatırım maliyetinin hava kaynaklı ısı pompalarına göre daha yüksek oluşu ve her şartta uygun toprak/su kaynağının bulunmasındaki zorluk nedeni ile günümüzde hava kaynaklı ısı pompları çok daha yaygın olarak kullanılmaktadır.

Havadan Suya Isı Pompaları, son teknolojik gelişmeler ile COP değerlerini 5’in üzerine, sezonsal verimliliklerini ise A+++’a kadar taşımıştır.

Çıkış Su Sıcaklığına Göre Isı Pompası Tipleri

Isı pompaları maksimum su sıcaklıklarına göre;

• Düşük Sıcaklık
• Yüksek sıcaklık olarak iki ana gruba ayrılmaktadır.

Düşük Sıcaklık Isı Pompaları: Maksimum 45-55^oC arasında sıcak su üreten ısı pompalarıdır. Mahal ısıtmada en yaygın kullanılan ısı pompalarıdır. Günümüzde 60 – 65^oC sıcaklıkta sıcak su üreten ısı pompaları da yaygınlaşmakta ve 55^oC ısı pompalarının yerini almaktadır.

Yerden ısıtma uygulamaları düşük sıcaklık ısı pompaları için en ideal olan sistemlerdir. Eğer uygulama yerden ısıtma ise düşük sıcaklık ısı pompaları tercih edilmelidir.

Düşük sıcaklık ısı pompaları ile panel radyatörler de iyi bir uyum sağlayabilmektedir. Panel radyatörlerin metrajı 55/45^oC su rejimine göre hesaplanmaktadır. 80/60^oC’ye göre metrajının yaklaşık 2 kat artırılması gerekmektedir. Günümüzde binalara ısı izolasyonu yapılmasından dolayı, panel radyatör metrajı düşük olabilmektedir.

Yüksek Sıcaklık Isı Pompaları: 70 ^oC – 80 ^oC arasında sıcak su üreten ısı pompalarıdır.

Fosil yakıtlı (LPG, Kömür, Mazot vb.) kazan kullanan ve 60^oC’nin üzerinde sıcaklık isteyen mevcut binaların dönüşümünde tercih edilmesi gereken ısı pompalarıdır.

Ayrıca otel, spor salonları, şantiye gibi mekanların sıcak su ihtiyaçları için de kullanılabilmektedir.

Yapısal Tasarımlarına Göre Isı Pompası Tipleri:

Monoblok Tip Isı Pompaları: Kompresör, eşanjör grubu, soğutucu akışkan devreleri ve hidrolik ünitelerin tek bir gövdede bir araya getirildiği ısı pompalarıdır. Özellikle bina içerisinde iç ünite montajı için yer kısıtı varsa tercih edilebilebilirler.

Ünitenin hidrolik devrelerinin dış ortamda bulunmasından dolayı cihaz don koruma fonksiyonunun yanında soğuk bölgelerde, antifriz veya don koruma valfi kullanımı da gereklidir.

Split Tip Isı Pompaları: Kompresör, eşanjör grubu, soğutucu akışkan devrelerinden oluşan dış ünite ile hidrolik ekipmanları içeren (plakalı eşanjör, pompa, genleşme tankı vb.) iç ünite olarak iki ayrı üniteden oluşmaktadır.

Özellikle eski ısıtma sisteminin dönüşümünde, mevcut kazanın bulunduğu yere iç ünite kolay bir şekilde adapte edilebilmektedir.

Split tipler;

• Duvar tipi,
• Boyler tankı entegreli yer tipi,

olarak iki ana gruba ayrılmaktadır.

Duvar Tipi Üniteler

İç ünite duvara asılır. Kullanım sıcak suyu için bir boyler kullanılmalıdır. Boyler ile arasında üç yollu vana, su tesisat bağlantıları ve sinyal kablolamaları yapılması gereklidir.

Boyler Entegreli İç Üniteler

Aynı gövde içerisine boyler tankı entegre edilmiş iç ünitelerdir. Boylerin fabrikasyon monteli olması montajı oldukça pratik hale getirmektedir.

Duvar tipi + boyler konfigürasyonuna göre boyler entegreli iç üniteler çok daha az yer kaplamaktadır. Genelde boylerli tiplerde boyler hacmi iki kapasite ile sınırlı iken duvar tiplerinde boyler hacmi seçeneği daha geniştir.

Isı Pompalarının Projelendirilmesi

Isı pompaları düşük sıcaklık rejimli ısıtma sistemlerinde en yüksek verimi vermektedirler. Düşük sıcaklık rejimine uygun en iyi örnek yerden ısıtma sistemleridir. Yerden ısıtma sistemini de tasarlarken dizayn su sıcaklığı en fazla 40 veya 45 ^oC olarak seçilmeli, mümkünse 35^oC seçilmesi en ideal şartı oluşturacaktır.

Her 1^oC su sıcaklık farkı ısı pompası verimine yaklaşık +/- %2 kadar etki edebilmektedir. Yani 35^oC su sıcaklığı konfor için yeterli olduğu halde 55^oC’de su gönderilmesi halinde, %40 daha fazla enerji gideri oluşabilmektedir. Bu nedenle ısı pompalarının kurulumları su sıcaklığı dış hava sıcaklığına bağlı olarak otomatik ayarlanacak şekilde yapılmalı ve işletilmelidir.

Tüm Daikin Altherma Isı Pompaları’nda dış hava kompanzasyonu standart olarak ürün ile entegre olarak sunulmaktadır.

Isı Pompası Kapasite Seçimi

Isı pompası ısıtma kapasiteleri dış hava sıcaklığı düştükçe azalır veya tersine artar. Binanın ısı ihtiyacı da bunun tersine dış hava sıcaklığı düştükçe artar.

Aşağıdaki diyagramda ısı pompası ile binanın ısı ihtiyacının kesiştiği nokta denge noktasıdır. Bu noktada ısı pompası kapasitesi ile binanın ısı talebi birbirlerine eşittir. Denge sıcaklığından daha düşük sıcaklıklarda destek ısıtıcı eksik kapasiteyi tamamlayacak şekilde devreye girer.

1: Isı pompası kapasitesi (Dış ünite kapasitesi)

2: Gerekli ısıtma kapasitesi

3: Elektrikli destek ısıtıcı tarafından sağlanan ısıtma kapasitesi

4: Denge noktası

TA: Dış ortam sıcaklığı

PH:  Kapasitesi – kW

Binaların ısı kaybı hesapları en soğuk dış hava sıcaklık ortalamalarına göre yapılmaktadır.

Fakat bu en soğuk gün sayısı tüm ısıtma sezonunun çok kısa bir periyodunu oluşturmaktadır.

Bu nedenle çok kısa periyodlu bu soğuk günlerde ısı pompasına destek olmak amaçlı elektrikli/gazlı destek ısıtıcı ısı pompalarına dahili veya harici olarak entegre edilebilmektedir.

Sezonsal Verimlilik (SCOP)

Isı pompaları verimi kataloglarında, EN 14511 şartlarına göre 7/35 ^oC şartlarındaki COP ve EN 14825 şartlarına göre SCOP (Sezonsal verimlilik) değerleri belirtilmektedir.

SCOP lokasyonun iklim şartlarına, ısıtma sistemi dizaynına, seçilen ısı pompasının COP değerine ve işletimine bağlı olarak her uygulama için katalog değerlerine göre farklılık gösterecektir.

SCOP’yi belirleyen iklim şartları dışındaki etmenler projelendirme kriterlerine bağlıdır. Örneğin; yerden ısıtma mı ya da radyatör mü kullanılacağı, dizayn su sıcaklığı, işletme şatları vb. Yapılacak uygulamanın gerçeğe yakın SCOP değerlerini bulabilmek için mutlaka sistem performansı bir yazılımla simüle edilmelidir.

Daikin Simülasyon Programı HSN (Heating Solution Navigator)

Simülasyon programı seçilen ısı pompasının sezonsal verimliliğini, yıllık enerji sarfiyatını, yıllık mahal ısıtma, soğutma için yıllık enerji ihtiyacını cihazın bulunduğu lokasyonun iklimine ve proje kriterlerine göre hesaplayabilmelidir.

Daikin gelişmiş simülasyon programı ile bu raporlar satış öncesi projelendirme safhasında müşteriler ile paylaşılmaktadır.

Örnek Uygulama:

Girdiler:

Lokasyon: İstanbul

Dizayn Dış Hava Sıcaklığı: -4 ^oC

Isıtma Kapasitesi: 10 kW

Isıtma Sistemi: Yerden ısıtma

Dizayn su sıcaklığı: 45 ^oC

Daikin simülasyon programı en yüksek SCOP’yi veren sistemden, en düşük SCOP’yi veren sisteme göre sıralama yaparak en yüksek verimli sistemi öncelikli önerir.

Sistem raporu seçilen ısı pompası modelini, yıllık enerji ihtiyacını, yıllık enerji tüketimini, SCOP’yi, destek ısıtıcı katkı oranını, yıllık enerji maliyetini, denge sıcaklık noktasını içermektedir.

Simülasyon programı Daikin Altherma ERGA serisi R32 soğutucu akışkanlı 8 kW kapasite sınıfındaki ısı pompası modelini önermiştir. İç ünite boyler entegreli yer tipidir.

Dış ünite: ERGA08DAV3

İç ünite : EHVH08S18DA6V

Proje Analizi:

Aşağıdaki grafik İstanbul için dış ortam sıcaklıklarının saat bazlı yıllık sürelerini, ısı pompası kapasite ve bina ısı ihtiyacı eğrisini, denge sıcaklık noktasını göstermektedir. Yeşil alan ısı pompası, turuncu alan ise ısı pompası + destek ısıtıcı çalışma noktasıdır.

Aylık bazlı elektrik tüketimi ve karbon salınım kıyaslaması aşağıdaki grafiklerde verilmektedir.

İşletme şartları dış hava kompanzasyonuna göre, aşağıdaki grafiğe uygun olarak çalışacaktır.