Yenilenebilir enerji kaynakları her geçen gün dahada önem kazanıyor. Özellikle yaz aylarında hava sıcaklıklarının artması ile soğutma yükünün arttığı ve enerji maliyetlerine çok büyük yük oluşturduğu bilinmektedir. Bu nedenle yenilenebilir enerji kaynakları ile soğutmanın mümkün olduğu tüm alanlar kullanılmaktadır.
Isı pompası ile yenilenebilir enerji kullanarak soğutma yapmak mümkündür. Isı pompaları yenilenebilir enerjiden aldıkları ısıyı kullanmaktadır. Toprak, su ve hava kaynaklı ısı pompalar ile soğutma en sık kullanılan yöntemdir.
Isı pompaları ile soğutma işlemi iki başlık altında yapılmaktadır.
- İki Yönlü İşletim: Isı pompası fonksiyonu tamamen ters çevrilip, buzdolabı gibi çalışması sağlanır.
- Direkt Soğutma: Antifriz ya da yeraltı suyu ortamdan ısıyı çekip dışarı atarlar. Bu fonksiyonla (Natural Cooling olarak adlandırılır) ısı pompası, kontrol panelleri ve sirkülasyon pompaları haricinde kapatılır.
İki Yönlü İşletim (Isıtma ve Soğutma)
Almanya’da ısı pompaları evsel ısıtmada ve kullanma suyu ısıtmasında kullanılmaktadır. Uygulanabildiği yerlerde bina soğutması için ayrı bir soğutma ekipmanı kullanılır. Hem ısıtma hem de soğutmanın aynı cihazla sağlanması Almanya’da henüz pek kullanılmamaktadır. Ancak ABD’de daha sık kullanılmaktadır. Daha önce açıklandığı gibi buzdolapları ve kompresörlü ısı pompaları aynı mantıkla çalışmaktadır. İki cihazın da temel elemanları (buharlaştırıcı, kompresör, yoğuşturucu ve genleşme valfi) aynıdır. Sadece amaçları birbirinden tamamen farklıdır. Biri soğutmak diğeri ısıtmak için çalışır.
Bir ısı pompasını soğutma için kullanma, kompresör akış yönünün ve genleşme valfinin tersine çalıştırılması ile mümkündür. Bu işlem akışkanın ve dolayısı ile ısının ters yönde hareket etmesini sağlayacaktır. Teknik açıdan bakıldığında 4 yollu vana ve ikinci bir genleşme valfinin soğutma çevrimine dahil edilmesi ile çözüme ulaşılabilir. Dört yollu vana tüm sistemin akış yönünü tersine çevirir. Dört yollu vananın monte edilmesi ile sistemin ısıtma ya da soğutma modunda olduğuna bakılmaksızın kompresör akış yönünü muhafaza eder. Isıtma modunda, kompresör gaz fazındaki soğutucuyu ısıtma sistemindeki eşanjöre gönderir. Kullanma suyu veya mekan ısıtması için soğutucu yoğuşur, enerjisini ısıtma sistemine verir (Şekil. 32).
Soğutma işletimi için akım yönü dört yollu vana yardımı ile tersine döndürülür. Orijinal yoğuşturucu şimdi buharlaştırıcı olmuştur ve ortamdan aldığı ısıyı soğutucuya aktarır. Gaz fazına geçen soğutucu akışkan kompresöre dört yollu vana yardımı ile getirilir ve ısısını dışarı atacak olan yoğuşturucuya ulaşır (Şekil. 33).
Bu çalışma prensibine sahip kompakt sistem çözümleri düşük enerji evlerinde tercih edilmektedir. Vitotres 343 enerji tasarrufu yapan evlerde kullanılmaktadır. (Şekil. 34) Örneğin bir hava/su ısı pompasının mekanik bir evsel havalandırma sistemi ile birleştirilmesi gibi… Isıtma Modunda (ortalama çekilen güç: 1.5 kW) ısı pompası ısı geri kazanım ünitelerinin kullanamayacağı evin atık ısısını buharlaştırıcıda kullanır. Isı pompası bu enerjiyi ısıtma sisteminde veya kullanma suyu ısıtmasında kullanır.
Sıcak yaz günlerinde ısı geri kazanımı için kullanılan Vitotres 343’ün içindeki evsel havalandırma sistemi eşanjörü bypass edilir. Gece iç ortamdan daha serin olan dış hava direkt olarak mahale verilir. Kullanıcılar içeride daha serin bir hava talep ederlerse, egzoz hava/su ısı pompası otomatik olarak ters işletime geçer. Buharlaştırıcı taze havanının ısısını alır, serin hava mahali soğutmak için kullanılır. Bu modda maksimum 1 kW’lık bir soğutma kapasitesi elde edilebilir.
Ters işletime sahip ısı pompalarının ısıtma kapasiteleri her zaman soğutma kapasitelerinden daha yüksektir. Isıtma modunda kompresörü tahrik etmek için kullanılan elektrik enerjisi ısıtmaya dahil olur. Bu ısı, kompresörün soğutma modunda da çalışması gerektiği için yine açığa çıkar. Bu kaçınılmaz ısı, soğutma kapasitesini negatif yönde etkiler. İki yönlü işletime sahip ısı pompaları için soğutma modu için ulaşılabilecek COP değerleri ısıtma modundakinden biraz daha düşüktür.
Doğal Soğutma – “Natural cooling”
Genellikle yaz mevsiminde iç mahallerin sıcaklığı toprak ya da yeraltı sularının sıcaklıklarından daha yüksektir. Bu şartlar altında, kışın enerji kaynağı olarak kullanılan toprak ve yer altı suları direkt olarak binanın soğutulması için kullanılabilir. Bu amaçla bazı ısı pompalarının kontrol panellerine “natural cooling” – doğal soğutma fonksiyonu eklenmiştir. Bu fonksiyon yaz aylarındaki yüksek hava sıcaklıkları sebebi ile hava/su ısı pompaları için uygun değildir. Natural Cooling fonksiyonu birkaç ilave ekipmanla (eşanjör, üç yollu vana, sirkülasyon pompası) sağlanabilir. Bu yöntem Vitocal Isı Pompaları için kullanılabilir. Genellikle bu yöntem klima ya da chiller sistemleri ile karşılaştırılabilecek düzeyde değildir. Soğutma kapasitesi, ısı kaynağının sıcaklığına, miktarına ve çalışma zamanına bağlıdır. Örneğin, tecrübelere göre, toprak yaz mevsimi sonlarına doğru daha fazla enerji depolamaktadır; ki bu da soğutma kapasitesinin düşmesine neden olmaktadır.
Natural Cooling fonksiyonu için kontrol paneli primer pompa (B) (ısı pompası kompresörü durur) ile başlar, 3 yollu vanaları (C ve G) eşanjöre (D) doğru açar ve sekonder devre için (E) sirkülasyon pompasını çalıştırır. (Şekil. 35). Bu da yerden ısıtma sistemindeki sıcak suyun enerjisinin (F) eşanjör yardımıyla (D) primer devredeki antifrize aktarılmasını sağlar. Tüm odalardaki ısı çekilmiş olur. Direkt soğutma için bağlanabilecek sistemler aşağıdadır:
- Fan konvektörleri
- Tavandan Soğutma
- Yerden ısıtma sistemleri
- Bina komponent aktivasyonu (beton çekirdek ısıtması).
Natural cooling aslında soğutmanın en tasarruflu olan yöntemlerindendir. Çünkü ihtiyaç duyulan tek enerji topraktan veya yeraltı suyundan alınan ısıyı sirküle edecek pompaları çalıştırmak içindir. Soğutma işletimi sırasında ısı pompası sadece kullanma suyu ısıtması için çalışır. Isı pompası kontrol ünitesi temel sirkülasyon pompalarını ve valfleri düzenler, tüm sıcaklıkları çiğ noktasında tutar. Bu yöntemle soğutmada COP 15 ile 20 mertebelerine çıkar.
