Termal Güneş Enerjisi Sistemleri ve Isı Pompaları Entegrasyonu
Sevgili Temiz ve Yenilenebilir Enerji Dostları,
Katıldığımız, ziyaretçi olduğumuz veya sizlerin katılımcısı veya ziyaretçisi olduğunuz birçok sektörel fuarda farklı model ve markalarda ısı pompalarının da sergilendiği görülmektedir. Bu ülkemizin her türlü temiz enerji kaynağının değerlendirilmesi açısından olumlu, fakat bu cihazların pozisyonlanmasının işlerini bir bilimselliğe dayandıran az sayıdaki firma haricinde birçok firmanın yanlış tutumları dolayısı ile kombi çöplüğü benzeri bir ısı pompası çöplüğüne doğru süratle gelişmekte olması kaygı vericidir. Yer, hava veya su kaynaklı olsun, ısı pompalarının her derde deva gibi lanse edilmesi ve pompaların verimlilik değerlerinin yanlış yorumlanmasına baz teşkil eden bir şekilde deklare edilmesinin son derece yanıltıcı olduğunu ifade etmeliyim.
Isı pompaları mekan ısıtma desteği, sıcak su temini ve iklimlendirme gibi temel işlevler için geliştirilmiş, ortamdaki sıcaklık farklarına göre iki yönlü ısı kaynaklı enerji transferi gerçekleştiren cihazlardır. Tıpkı benzeri birçok sistem gibi kapalı devre çalışmak üzere kurgulanır ve taşıyıcı mecranın devridaimi ile sıcaklığının yükseltilerek enerjinin yüksek entalpili ortamdan düşük sıcaklıktaki ortama aktarılması ile termal enerji transferi sağlarlar.
Şimdi gelelim reklamlarda süratle alttan geçen küçük yazılar benzeri ifadelere ve bu bilgilerin toplam sistem kurgusunda gözardı edildiğinde ne gibi sorunlar yaratabileceğine… Isı pompa tipleri arasında en yaygın kullanılan ve şimdilik COP (Coefficient Of Performance) değeri en yüksek olanlar toprak kaynaklı pompalardır. Bugün yeryüzündeki ortalama toprak ısısı sabiti ve ek enerji katkısı optimizasyonu (optimum COP) ile çalışan cihazlar max 35-40C aralığında termal çıktı üretirler. Kış aylarında bu değerler daha da düşer. Bu sıcaklıklar ancak düşük rejimli ve yüksek verimli ısıtma sistemleri ve ortalamanın üzerinde tecrit ve mimari kurgu ile tasarlanmış mekanlar için konfor ısınma değerleri sağlayabilirler. Yani bir ısı pompası sistemi edinmeden önce evinizde klasik bir kalorifer tesisatı yerine iyi ölçeklendirilmiş bir yerden veya tavandan ısıtma sistemi kurgulamalı ve evin ısıl yüklerini minimize etmelisiniz. Ancak bu şekilde kataloglarda belirtilen COP değerlerinde çalışan bir ısı pompa sistemi kurgularsınız.
Sıcak su temini için ise mekan ısıtma desteğine el olarak ısı pompası kullanmak toplam sistem verimliliğini son derece örseleyen bir yaklaşım olacaktır. Çünkü sıcak su ihtiyaçları, düşük değil yüksek rejimli çalışan boyler kapasiteleri gerektirir. Avrupa Birliği normlarında ve standartlarında kurgulanan her termik sistem, önceliği tüketim sıcak suyu hazırlamaya vermek üzere kurgulanmış ve kontrol sistemleri ve hidrolik düzenekleri bu şekilde çalışmak üzere programlanmıştır. Dolayısı ile evsel bir ortamda sıcak tüketim suyu ihtiyacı, mekan ısıtma ihtiyacından daha öncelikli olarak ele alınacağından hem sıcak su hem de mekan ısıtmaya yönelik çalışan ısı pompalarında belirtilen COP değerleri gerçekçi değildir.
Gelelim ısı pompalarında COP değerlerinin yorumuna; COP belirli bir enerji seviyesini optimize ederek yakalamak için gereken kullanılması gereken ikincil enerji kaynağı ile doğal yani birincil enerji kaynağının rasyosu arasındaki oranı ifade eder. Özetle örneğin COP4 deklare eden bir pompa türünde 4 birim optimum enerji üretimi için 1 birim birincil enerji kaynağı girdisi şeklinde pozisyonlanmakta ve boyler tipi termik enerji üreten sistemlerin COP değerleri 0.8, 0.9 larda iken ısı pompalarının COP değerlerinin %350, %400 olduğu vurgulanmaktadır. Bu en basit ifade ile bir illüzyon ve elma ile armudu kıyaslamaktır. Çünkü elde edilen nihai enerji termik, birincil girdi termik, eklenen enerji ise elektrikseldir. Eğer yenilenebilir birincil bir enerji kaynağı kullanan boylerli bir sistem ile bir ısı pompası verimlilik değeri karşılaştırılacak ise doğru yaklaşım boylerli sistemin ürettiği toplam enerjinin sirkülasyon ve hidrolik düzeneğinin kullandığı elektrik enerjisi ve ikincil enerji toplamını, ısı pompasının kullandığı aynı elektrik enerjisi ile kıyaslamak olmalıdır. Dolayısı ile örneğin boylerli ve ikincil destek enerji kaynağı olarak doğalgaz, elektrik, fueloil, pellet vb. gibi kaynakları mekan ısıtma ve sıcak su hazırlama desteğinde kullanan kapalı devre bir güneş enerjisi sisteminin verimliliğinin, aynı amaca hizmet eden bir ısı pompasından düşük olduğunu ifade etmek bir kötü niyet içermiyor ise bilgisizlik ve bilimsellik dışıdır.
Amacımız enerji kaynakları arasında mukayeseli kıyas yapmaksızın, optimizasyon ile entegrasyon olmalıdır.
Bugün evsel veya endüstriyel ısı pompası uygulamaları, ancak termal güneş enerjisi sistemleri ile entegre edilerek hedef COP değerlerine ulaşabilmektedirler. Doğrusu da en azından sıcak su temini uygulamasını termal güneş enerjisine yüklemek ama iki sistem arasında mutlaka dengelemeli bir otomasyon kurmak olmalıdır.
Pratik uygulamalarda 10 kadar entegrasyon biçimi bulunmakta iken en yaygın entegrasyon şemalarından birisi aşağıda verilmiştir. Bu sistemde, benzeri birçok farklı enerji kaynağının entegrasyonunda kullanılan “ortak boyler” hacmi şarj yaklaşımı kullanılmaktadır. Bu sistem dönemsel olarak mümkün olan tüm toprak ve güneş kaynaklı enerjinin birbirini dengelemesi ve biriktirilemesi otomasyon senaryoları dahilinde sıcak su tüketimi ve/veya mekan ısıtma desteğinde kullanılabilmesini mümkün kılar.
Özetlemek gerekir ise bundan sonra ısı pompalarının uygulanmasında daha ayakları yere basan bilimsel bir yaklaşımı benimsemek, termal güneş enerjisi sistemleri ile entegrasyonu aramak ve en önemlisi sadece anlık senaryolara bağlı verimliliği değil, operasyonel anlamda gerçekçi toplam sahip olma maliyetlerini de içeren bir verimlilik anlayışını benimsemek sektörün sağlıklı gelişimi için daha doğru olacaktır.