Düşük Karbon Teknolojili Hava Kaynaklı Isı Pompalarının Türleri ve Özellikleri

Özet: Hava kaynaklı ısı pompalarının iyi uygulama olanakları vardır ve düşük sıcaklıktaki sıcaklıklara kolay erişimleri nedeniyle çeşitli türleri geliştirilmiştir. Farklı tipteki hava kaynaklı ısı pompalarının kendine has özellikleri ve uygulanabilirliği vardır ve uygulama senaryosuna göre uygun ürünler seçilebilir. 

Hava kaynaklı ısı pompalarının düşük sıcaklıktaki ısısı, her yerde bulunan havadan geldiği için, atık ısı kaynaklarının kısıtlı olduğu projelerde yaygın olarak kullanılır ve geniş uygulama olanaklarına sahiptir. Hava kaynaklı ısı pompaları da hızla gelişmiş ve piyasada çeşitli ürün türleri ortaya çıkmıştır.

Farklı tipteki hava kaynaklı ısı pompalarının kendine özgü özellikleri vardır ve bu makalede bazı yaygın hava kaynaklı ısı pompaları tanıtılmaktadır.

Elektrikli sıkıştırmalı hava kaynaklı ısı pompası

Elektrikli sıkıştırmalı hava kaynaklı ısı pompası, birçok bölgede kömürü elektriğe dönüştürmek için en yaygın kullanılan tip ve ana teknolojidir.

Elektrikli sıkıştırmalı hava kaynaklı ısı pompası, kompresörü döndürmek için elektrikle çalışan bir elektrik motoru kullanır, düşük basınçlı soğutucu buharını yüksek basınca yükseltir ve yoğuşma sıcaklığını artırır. Yoğuşturucuda, soğutucu buharı yoğuşup ısıyı serbest bırakarak harici ısıtma sağlarken, soğutucu buharı sıvı soğutucuya dönüşür. Sıvı soğutucunun gaz kelebeği valfi tarafından basıncı düşürüldükten sonra buharlaşma sıcaklığı düşer. Buharlaştırıcı harici hava ısısını emer ve sıvı soğutucu düşük basınçlı soğutucu buharına dönüşür, bu da bir sonraki döngü için kompresöre girer.

Elektrikli basınçlı hava kaynaklı ısı pompası, soğutucu akışkanı yüksek ve düşük basınçlı parçalara ayırmak için bir kompresör ve bir gaz kelebeği kullanır ve düşük sıcaklıktaki havadan ısıtma işlevini gerçekleştirir. Bu işlem sırasında az miktarda elektrik tüketilir ve bu enerji de ısıtma sistemine eklenir. Elektrikli basınçlı hava kaynaklı ısı pompası, küçük bir ünite kapasitesine sahiptir ve ev ısıtması için uygundur. Merkezi ısıtma (konut alanlarına ısıtma vb.) için kullanıldığında, çok sayıda kurulum ve geniş bir kapladığı alan vardır.

Elektrikli basınçlı hava kaynaklı ısı pompalarının temel sorunu buzlanmadır. Soğutucu akışkanın buharlaşma sıcaklığı havanın çiğlenme noktası sıcaklığından düşük olduğunda, hava ısıtıcısının yüzeyinde buzlanma meydana gelir ve bu da ısı transfer verimliliğini etkiler. Buz çözme işlemi enerji tüketimini artırır ve konforu etkiler. Çeşitli üreticiler, işleme için enerji adaları ve çok bölgeli ısı eşanjörleri gibi teknolojiler geliştirmiş olsa da, bu sorunu kökten çözmenin bir yolu yoktur.

Elektrikli sıkıştırmalı hava kaynaklı ısı pompalarının sıcaklık artış genliği nispeten yüksektir ve farklı kompresör tiplerine göre tek kademeli sıkıştırma, çok kademeli sıkıştırma ve ara hava beslemesi gibi çeşitli tiplere ayrılabilirler. Özellikle CO2 çalışma akışkanının kullanılmasıyla, elektrikli yüksek sıcaklıklı hava kaynaklı ısı pompaları için daha fazla seçenek bulunmaktadır.

Gaz sıkıştırmalı hava kaynaklı ısı pompası

Gaz sıkıştırmalı hava kaynaklı ısı pompası, kinetik enerji sağlamak ve kompresörü döndürmek için bir gaz motoru kullanır. Diğer parçaların çalışması, elektrikli bir sıkıştırmalı hava kaynaklı ısı pompasınınkiyle aynıdır. Basınçlı hava kaynaklı ısı pompası ünitesi nispeten küçüktür ve gaz motorunun gücü yüksek değildir. Bir araba motoruyla çalıştırılabilir.

Gaz sıkıştırmalı hava kaynaklı ısı pompalarında da donma sorunu vardır. Gazın tahrik enerjisi olarak kullanılması nedeniyle, baca gazıyla buz çözme işlemi yapılabilir ve bu da elektrikli sıkıştırmalı hava kaynaklı ısı pompalarına kıyasla daha yüksek bir termal konfor sağlar. Ancak, gaz sıkıştırmalı hava kaynaklı ısı pompalarının maliyeti nispeten yüksektir.

Amonyak emilimli hava kaynaklı ısı pompası

Amonyaklı su absorpsiyonlu hava kaynaklı ısı pompası, absorpsiyon döngüsü prensibini benimser ve çalışma akışkanı, amonyağın sulu bir çözeltisidir. Yoğunlaştırılmış amonyak çözeltisi, yüksek sıcaklıktaki bir ısı kaynağıyla ısıtılarak amonyak gazı buharlaştırılır ve seyreltik amonyak çözeltisi oluşturulur; Yüksek basınçlı amonyak gazı yoğuşması, sıvı amonyak üretirken harici ısıtma sağlar; Sıvı amonyak, kısıldıktan sonra düşük sıcaklıkta buharlaşmaya uğrar ve dış havadan ısı emerek amonyak gazı oluşturur; Amonyak, seyreltik amonyak çözeltisi tarafından emilir, dışarıya ısı verir ve ortaya çıkan yoğunlaştırılmış amonyak çözeltisi bir sonraki döngüye girer.

Bu işlemde soğutucu olarak amonyak, emici olarak ise su kullanılır. Sıvı amonyağın buharlaşma sıcaklığı çok düşüktür ve düşük sıcaklıktaki havanın ısısını emebilir. Ancak, ünitenin çalışması sırasında amonyak, gaz-sıvı iki fazlı dönüşüme uğrar ve bu da yüksek iç basınca ve kolay sızıntıya neden olur. Sızan amonyak gazı belirli bir tehlike oluşturur ve uygun koruma ve havalandırma gerektirir.

Amonyaklı su absorpsiyonlu hava kaynaklı ısı pompasının tek ünite kapasitesi de nispeten küçüktür. Isı yükü büyükse, birden fazla ünitenin paralel olarak çalıştırılması gerekir.

Cihazda donma sorunları da mevcuttur. Ancak, ünitenin kendisi yüksek sıcaklıktaki ısıyla (gaz, buhar vb.) çalıştığı için, buz çözme işlemi nispeten basittir ve ısıtma konforu üzerinde çok az etkisi vardır.

Lityum bromür emme hava kaynaklı ısı pompası

Yukarıda bahsedilen hava kaynaklı ısı pompalarının hepsinde donma ve buz çözme sorunları vardır. Her birinin kendine özgü çözümleri olsa da, ısıtma konforunu olumsuz etkilerler ve daha da önemlisi ısı pompasının COP değerini etkileyerek enerji tüketimini artırırlar. Lityum bromürlü absorpsiyonlu hava kaynaklı ısı pompası ise buzlanma sorununu tamamen çözer.

Lityum bromür absorpsiyonlu hava kaynaklı ısı pompası, atık ısı geri kazanımı için absorpsiyon çevrimini kullanır. Geleneksel lityum bromür absorpsiyon çevriminde, soğutucu akışkan olarak su, emici akışkan olarak ise lityum bromür çözeltisi kullanılır. Soğutucu akışkan sudur ve soğutma sıcaklığı 0°C'nin üzerinde olmalıdır, aksi takdirde su donar ve ünitenin çalışmamasına neden olur. Geleneksel lityum bromür absorpsiyonlu ısı pompalarının 0°C'nin altındaki ısıyı emememelerinin nedeni de budur.

Bu sorunu çözmek için, lityum bromür absorpsiyonlu hava kaynağı, havadan ısıyı çıkarmak için bir çözelti püskürtme yöntemi kullanır, suyun 0 ° C'de donması sorununu ortadan kaldırır ve düşük sıcaklıkta atık ısı geri kazanımı sağlar.

Lityum bromürlü absorpsiyonlu hava kaynaklı ısı pompası, büyük bir ünite kapasitesine sahiptir ve ev ısıtması için uygun değildir. Özellikle kazan dairelerinin enerji tasarrufu sağlayan tadilatlarında merkezi ısıtma için daha uygundur. Lityum bromürlü absorpsiyonlu hava kaynaklı ısı pompası, havadan ısıyı emen bir çözelti kullanan püskürtmeli ısı değişim yöntemini kullanır. Buzlanma sorunu yaşamamakla kalmaz, aynı zamanda yüksek nemli havadaki su buharının gizli ısısını da emerek ısı çekme verimliliğini artırır.

Lityum bromür absorpsiyonlu hava kaynaklı ısı pompaları, güneydeki merkezi ısıtma projelerinde kullanım için daha uygundur. Hava yüksek nem oranına sahip olsa bile donmaz ve atık ısı geri kazanımını destekler.

Özet

Hava kaynaklı ısı pompaları pazarı geniş ve çeşitlidir ve çeşitli enerji tasarrufu sağlayan ısıtma senaryolarına uygundur. Uygulama senaryosunun özelliklerine göre uygun hava kaynaklı ısı pompası tipini seçmek, daha iyi ısıtma etkileri elde etmenizi sağlayabilir.