ısı pompaları nedir ve buzdolabının çalışma prensibi

0
2828
ısı pompaları nedir ve buzdolaplarının çalışma prensibi nedir

Merhaba arkadaşlar bu yazımızda sizlere ısı pompaları nedir ve buzdolabının çalışma prensibini anlatacağız. Isı pompasını, enerjiyi düşük sıcaklıktaki bir bölgeden daha yüksek sıcaklıktaki bir bölgeye hareket ettiren bir mekanik aygıt olarak tanımlarız. Isı pompaları, uzun süredir ev ve binaların soğutulmasında kullanılmaktadırlar ve günümüzde bunlar aynı zamanda enerji değiş-tokuşu yapabilen iki metal bobin takımına sahiptir. Bunlardan birisi binanın dışına havayla temas edecek halde veya toprağın altına gömülür, diğer takım binanın içine kurulur. Isıtma modunda, bobinlerden akan hareketli akışkan enerjiyi dışardan alır ve iç bobinlerden binanın iç kısmına verir. Akışkan, bobinde iken soğuk ve düşük basınçtadır. Akışkan enerjiyi hava veya toprağın ısısından soğurur. Sonuçta ılık hale gelen akışkan bundan sonra sıkıştırılır ve iç bobinlere gönderilir, burada depoladığı enerjiyi içerdeki havaya verir.

Bir klima, basitçe dış ve iç bobinlerin yerlerinin değiştirildiği soğutma modunda çalışan bir ısı makinasıdır. Enerji, iç bobinlerde dolasan akışkanla soğurulur; bundan sonra akışkan sıkıştırılarak enerjiyi dış bobinlere verir. Klima, bir yolla enerjiyi dışarı atmak zorundadır. Aksi halde, klima üzerinde yapılan iş evin içindeki havaya enerji eklenmesi olarak karşımıza çıkacak ve sıcaklık artacaktır. Benzer şekilde bir buzdolabının kapısı açık bırakılırsa, bu buzdolabı mutfağı soğutamayacaktır. Buzdolabının altı veya arkasındaki dış bobinleri terkeden enerji miktarı (Şekil 1), kapı açık bırakıldığında mutfaktaki hava veya dolaptaki yiyecekten alınan enerji miktarından büyük olacaktır. Enerji giriş ve çıkışı arasındaki fark, buzdolabına verilen elektrik taralından yapılan iş olacaktır.

ısı pompaları ve buzdolapları nedir
Şekil 1

ısı pompaları nedir ve verimlilik hesaplama

Şekil 2, bir ısı pompasının şematik gösterimidir. Dış ortamın sıcaklığı Tc, içerinin sıcaklığı Th ve dolaşan sıvıdan soğurulan ısı θ. dir. Isı pompası akışkan üzerinde W işini yapar ve pompadan yapı içine θısısı verilir.

ısı pompaları ve buzdolapları nedir hakkında
Şekil 2 (hot reservoir: sıcak kaynak, cold reservoir: soğuk kaynak, heat pump: ısı pompası)

Bir ısı pompasının etkinliği Verimlilik Katsayısı (VEK) adlı bir rakamla verilir. Isıtma modunda verimlilik katsayısı (VEK) sıcak kaynağa aktarılan enerjinin bu enerjiyi aktarmak için gerekli olan işe oranı olarak tanımlanır:

ısı pompaları nedir ve buzdolapları nedir
Eşitlik 1

VEK, bir ısı makinasının ısıl verimine benzer. Burada verdiğinizin (iş girişi) aldığınıza (binanın içine dağıtılan enerji) oranıdır. θgenelde W den daha büyük olduğundan VEK’in tipik değerleri birden daha büyüktür. Bir motorun ısıl veriminin mümkün olduğunca büyük olması arzu edildiği gibi, VEK’in olduğunca büyük değerler olması istenir.

Dış sıcaklık 25 °F veya daha yüksekse, bir ısı pompasının VEK’sı yaklaşık 4 ’tür. Bunun anlamı, evin içine aktarılan ısı miktarı, ısı pompası içindeki motorun yaptığı işin 4 katıdır. Fakat dışarının sıcaklığı azaldıkça, havadan ısı alıp eve vermek daha zorlaşır ve VEK düşer. Aslında VEK, 15°F’in altındaki sıcaklıklarda birin altına düşebilir. O halde ılıman iklimler için havadan enerjiyi çeken ısı pompalarını, dış bobinleri toprağın oldukça altına gömerek kullanmak yine de mümkündür. Bu durumda enerji, kışın havadan daha ılık olma eğiliminde olan topraktan alınır.

Teorik olarak, tersine çalışan bir Carnot-Çevrimli ısı makinası, en verimli ısı pomposıdır ve bu, verilen bir sıcak-soğuk kaynak bileşiminin maksimum, VEK’ını belirler. Isıtma modundaki bir ısı pompasının maksimum VEK’i

ısı pompaları nedir ve buzdolapları

olur. Soğutma modunda çalışan bir ısı pompası için “aldığınız”, soğuk kaynaktan alacağınız enerjidir. En verimli buzdolabı veya klima, en az işle soğuk depodan en büyük enerjiyi alanlardır. O halde bu aygıtlar için VEK’i θc cinsinden tanımlayabiliriz:

ısı pompaları nedir ve buzdolapları nedir

İyi bir buzdolabı, 5 veya 6 civarında yüksek bir VEK değerine sahiptir.

Soğutma modundaki bir ısı pompasının mümkün olan en büyük VEK değeri, ters yönde çalışan bir Carnot çevrimine sahip bir ısı pompasınınkiyle aynıdır:

ısı pompaları ve buzdolapları

İki deponun sıcaklıkları arasındaki fark bu ifadede sıfıra yaklaşırken, teorik VEK değeri sonsuza yaklaşır. Pratikte düşük sıcaklıklı soğutma bobini (kangalı) ve kompresördeki yüksek sıcaklık, VEK değerini 10’un altındaki değerlerde sınırlar.

Bu yazımızda sizlere ısı pompaları nedir ve buzdolabının çalışma prensibini anlattık. Diğer yazımızda görüşmek üzere.

Kaynakserway
Paylaşır mısınız?
Önceki İçerikCebirsel Denklemler Nedir
Sonraki İçerikVektörel Çarpım Konu Anlatımı ve Tork Nedir
Elif Yaldız
Merhaba ben Elif Yaldız, bir süre Türkiye de Elektrik ve Elektronik Mühendisliği üzerine eğitim aldıktan sonra, hayat serüvenime yurt dışında Enerji Sistemleri Mühendisliği üzerine devam ettirmeye karar verdim. Burada sizlerle bilgi alış verişinde bulunmaktan memnuniyet duyuyorum.

Düşünceleriniz Nedir?