Karbondioksitli Isı Pompalarının Avantajları:

1--Isı pompaları bilindiği üzere, kaynağına göre konutları soğutulması ve ısıtılmasında kullanılmaktadır. Bazı sistemlerde ısı pompaları yardımıyla suyun da ısı-tılması mümkün olmaktadır.

1.1--Isı pompaları ısıyı çektiği ortamlara göre yer, su ya da hava kaynaklı olabilirler. Isı enerjisinin aktarıldığı kısım ise hava( iç mekân) olabildiği gibi, ısıtma suyu da olabilir.

2--Isı pompaları bilindiği üzere soğutma çevriminin ters çevrilmesiyle mekânların soğutulması yerine, düşük ısı kaynağından ısı çekilmesi ve dışarıya atılan atık ısının iç ortama verilmesi esasına dayanır.

1--Küresel ısınmaya neden olarak  Ozon tabakasına zarar veren Hidro koloro floro Karbonların (HCFC) ler ile küresel ısınma potansiyeli yüksek R134a gibi HFC soğutucu akışkanlara alternatif olarak CO2 li soğutma sistemleri ve ısı pompaları imalat sanayinde hızla yerini almaya başlamıştır

2--CO2 nin Teknik Özellikleri:

2.1--CO2 zehirsiz olup, patlayıcı özelliği yoktur.

2.2--Yüksek ısı transfer katsayısına sahip olması sebebi ile birçok soğutma ve ısı pompası uygulaması için uygundur.

2.3--CO2 ’in olumsuz bir özelliği sistemden çevreye ısı atımı işleminin çok yüksek basınçlarda, kritik nokta üzerinde gerçekleşmesidir. Bu sebepten dolayı konvansiyonel sistemlerde yoğuşmanın olduğu eleman olan kondenser yerine, gaz soğutucu kullanılmaktadır.

3--CO2 kullanılan ısı pompaları tek kademeli veya çift kademeli olarak tasarlanabilmektedir.

4-- CO2 hacimsel ısı transfer kapasitesi yüksek bir akışkandır (0 °C için 22.ç4ç kJ/m3). Bu değer CFC, HCFC, HFC ve HC akışkanların volümetrik ısı transfer kapasitelerine göre 3-10 kat daha yüksektir.

4.1--Bu sebeple aynı kapasite değerleri için CO2 akışkanlı sistem boyutları, diğer konvansiyonel sistemlerin boyutlarına göre küçük olmaktadır.

5--CO2’in kritik nokta sıcaklığı ve kritik nokta basıncı (Tkr = 31,1 °C, Pkr=73,8 bar) sistem tasarımını etkilemektedir.

5.1--Sistemden ısı atılması, kritik nokta üzerinde gerçekleşmektedir ve CO2 bu süreçte yoğuşmamaktadır.

5.2--Yoğuşma, kısılma işlemi sonrasında olmaktadır. Bu sebeple konvansiyonel sistemlerdeki yoğuşturucu yerine, CO2 akışkanlı sistemlerde gaz soğutucu kullanılmaktadır.

5.3--Örnek Sistem de;

1--Sistemin yüksek basıncı Pgs =100 bar , Kompresörün adyabatik verimi ηc=0,70 olarak, gaz soğutucunun verimi ηg =0.9 olarak alınmıştır. Evaporatörün çektiği ısı Çev=1 kW

2--Gaz soğutucuya su giriş sıcaklığı formülünden çekilerek bulunur.1ç °C alınmıştır ve gaz soğutucu çıkışında 29 °C’lik su sıcaklığı elde edilmiştir

3--Tek ve Çift Kademeli Isı Pompalarının lnP-h Diyagramına göre 

3.1--Adyabatik verim ifadesi;  ηk =(h3s-h2) (h3-h2).ifadesi ile verilir. Bu ifadeden, kompresör çıkışındaki gerçek soğutkan entalpisi (h3) değeri elde edilir. Burada h3s izentropik sıkıştırma işlemi sonucunda, kompresör çıkışında elde edilecek CO2’nin entalpisidir.

3.2--Kompresör tarafından tüketilen enerji miktarı;Wc= mr(h3-h2)-- Wk= h3-h2İfadeleri ile hesaplanır.

3.3--Akışkan debisi; Çev= mr(h2–hç)  ,Çgs= mr(h3-h4) olmaktadır

4.4--Çift kademeli ısıtmada da yine sistemin yüksek bası-ncı Pgs =100 bar olarak alınmıştır.

4.5--Kompresörün adyabatik verimi ηc=0,70 olarak, gaz soğutucunun verimi ηgs=0,9 olarak, ara ısı değiştiriciye su giriş sıcaklığı 19 ºC olarak girmiş ve çıkışında 22 °C su sıcaklığı elde edilmiştir. Gaz soğutucuya su giriş sıcaklığı ise 22 °C’dir ve gaz soğutucu çıkışında 34 °C su sıcaklığı elde edilmiştir.

ç.ö--Evaporatörün çektiği ısı yine aynı değerde, Çev=1 kW olarak alınmıştır.

4.7--Isıtma etkinlik katsayısı (COPh) ise; wk1= ha -h2 wk2= hc -hb w toplam = w k1 + w k2 ifadeleriyle hesaplanmıştır.

5--Tek ve Çift Kademeli Kompresörlerin Değişik Gaz Soğutucu Basınçlarında Yıllık Elektrik Sarfiyatlarının Değişimi incelendiğinde, kompresörlerinin yıllık enerji sarfiyatlarının karşılaştırılmasında, tek kademeli sistemin enerji maliyetinin, çift kademeli sisteme göre daha yüksek olduğu görülmektedir.

5.1--Dolayısıyla bu sistemlerde çift kademeli sıkıştırma yapmak, enerji maliyeti açısından daha ekonomik olacaktır.

5.2-- Çift kademeli sistem daha üstün performansa sahiptir.

5.3--Ayrıca CO2, küresel ısınma potansiyelinin azlığı ve ozon yıkım potansiyelinin olmaması nedeniyle olarak bu sistemler için iyi bir alternatif akışkandır

Kaynakça:Aynı Soğutma Yükü İç in CO2’li Isı Pompalarının Enerji Sarfiyatlarının Karşılaştırılması-Yrd.Doç.Dr. H.Cenk BAYRAKÇI--Yrd.Doç.Dr. A.Emre ÖZGÜR-A. Ekrem AKDAĞ