Ders 8 · Bölüm 2: Havadan ısı alan ısı pompaları — dört yollu vana, denge noktası, COP, defrost

Dondurucudaki 0 °F'lık dondurmadan ısı çekilebiliyorsa, 0 °F'lık kış havasından da çekilebilir. Isı pompası tam bunu yapar: yazın evden dışarı, kışın dışarıdan içeri ısı taşıyan, iki yönlü çalışan bir soğutma makinesidir. Bu bölüm Ders 8'in ikinci bölümü: havadan ısı alan ısı pompaları. Sayılar ders notlarındaki gibi.

İki yönlü soğutma makinesi

Klima ısıyı tek yöne, ısı pompası iki yöne pompalar. Isı ancak −460 °F'ta, mutlak sıfırda biter; 0 °F havada kullanılabilir ısının yaklaşık %85'i hâlâ durur. Isıtmada dış serpantin evaporatör, iç serpantin kondenser olur; soğutmada görevler yer değiştirir. Bu yüzden serpantinlere evaporatör ya da kondenser değil, iç ve dış serpantin denir. “Havadan havaya” adındaki ilk kelime ısının kaynağını, ikincisi ısıtılan maddeyi söyler.

Dört yollu vana: kavşaktaki trafik polisi

Kompresörden çıkan sıcak gazı ısıtmada iç serpantine, soğutmada dış serpantine yollayan parça dört yollu vanadır. İçindeki sürgünün yerini bir bobin belirler. Çoğu sistemde bobin enerjisizken vana ısıtma konumundadır; yine de her cihazda kontrol edilir. Büyük vanalar küçük bir pilot vanayla yönetilir ve sürgüyü sistemin kendi basınç farkı iter; bu yüzden vana, kompresör çalışıp basınç farkı oluşmadan yön değiştirmez. Değiştirirken demir testeresi kullanılmaz, çünkü talaş sisteme dağılır. Sürgünün kaydığı pabuç düşük sıcaklıkta erir; gövde ıslak bezle ya da ısı emici macunla soğuk tutulur. Yeni vana yatay, pilot boruları üstte olacak şekilde takılır.

Gaz hattı ve genleşme elemanları

Split ısı pompasında kalın boru her zaman gaz taşır: yazın emiş, kışın basma hattıdır; bu yüzden adı gaz hattıdır. İnce boru iki mevsimde de sıvı hattıdır, yalnız akış yönü değişir. Kışın gaz hattı 200 °F'a (93 °C) kadar ısınabilir; sıradan bir TXV'nin duyar ampulü bu sıcaklıkta patlayabileceği için sınırlı şarjlı ampul kullanılır. Her serpantinin kendi genleşme elemanı vardır. Yanlarındaki çek valfler tek yönlü kapılar gibidir: sırası gelmeyen elemanın yanından sıvıyı geçirir. Süzgeç kurutucular da ya her çek valfle seri konur ya da iki yönlü tipte seçilir.

Denge noktası ve yardımcı ısı

Kışın dış serpantin havadan yaklaşık 20–25 °F daha soğuk çalışır; 10 °F'lık günde soğutucu −15 °F'ta kaynar. Hava soğudukça cihazın kapasitesi düşer, evin ihtiyacı ise artar. Örnek ev 30 °F'ta 30.000, 0 °F'ta 60.000 BTU/saat ister; ısı pompası 30 °F'ta 30.000, 0 °F'ta 20.000 BTU/saat verir. Aradaki 40.000 BTU/saat yardımcı ısıyla, çoğunlukla elektrikli ısıtıcılarla kapatılır. Cihazın evin kaybettiği kadar ısıyı tek başına, durmadan çalışarak verebildiği en düşük dış sıcaklığa denge noktası denir. Isı pompası arızalanınca bütün ısıtıcıların tek başına çalıştığı moda acil ısıtma denir; termostatta kırmızı ışık yanar ve yalnız tamire kadar kullanılır.

COP: 1 W'a 3,5 W

Elektrikli ısıtıcı aldığı her 1 W için 1 W ısı verir; COP'si 1:1'dir. Havadan havaya ısı pompası aynı 1 W ile 3,5 W ısı taşıyabilir: COP 3,5:1, yani yüzde 350 verim. Sırrı, ısıyı üretmek yerine taşımasıdır; kompresörün sıkıştırırken ürettiği ısı da eve katılır. Ders notlarındaki örnekte aynı makinenin COP'si soğutmada 3, ısıtmada 4 çıkar. Hava soğudukça COP düşer; 0 °F'ta yaklaşık 1,5:1 olur ama hâlâ ısıtıcıdan iyidir. Isı pompasının üflediği hava 100 °F civarındadır; 75 °F'lık oda havasıyla karışınca yaklaşık 80 °F olur ve 85 °F'lık ciltte serin bir esinti gibi hissedilir. Bu yüzden menfezler dış duvarların yanına konur.

Defrost: buzu eritme molası

Dış hava yaklaşık 50 °F'ın üstündeyken serpantin donmaz; 35–45 °F'lık yağmurlu havada ise hızla buz tutar. Buz, serpantini bir yorgan gibi örter ve COP'yi düşürür. Defrostta vana soğutmaya döner, dış fan durur, iç fan çalışmaya devam eder ve üflenen havayı ılıtmak için bazı ısıtıcılar açılır. Sık rastlanan düzende zamanlayıcı her 30, 60 ya da 90 dakikada 10–20 saniyelik bir deneme yapar; serpantin sensörü de soğuksa (yaklaşık 26 °F) defrost başlar. Bitiş için iki şarttan biri yeter: sensör 50 °F'a ısınır ya da en çok 10 dakika dolar. Ilıtma ısısı duyulur soğutma kapasitesinin %80'ini geçmemelidir: 60.000 BTU/saatlik cihazda 48.000 BTU/saat, yani en çok 14.064 W; 3,5 kW'lık altı ısıtıcıdan dördü.

Sahada neden önemli?

Hava akışı: Isı pompasında menfez kapatmak ve kirli filtre kışın basma basıncını yükseltir, COP'yi düşürür, faturayı büyütür.

Vana mı, kompresör mü?: Emiş yüksek, basma düşükse ya vana içten kaçırıyordur ya kompresör basmıyordur. Vananın emiş tarafındaki iki boru, gövdeden en az 5 inç uzakta ölçülür; fark yaklaşık 3 °F'ı geçiyorsa vana kaçırıyordur.

Çalışma süresi: Yalnız soğutan bir klima yılda 120 gün çalışırken ısı pompası 250 gün çalışabilir; kontaktörü yılda en az bir kez kontrol et.

Ek malzeme

Bu bölümün ek malzemesi: ders notlarından üretilen özet, sohbet ve test.

Mini test

1) Çoğu sistemde vana bobini enerjisizken hangi moddadır? — Isıtma. 2) 0 °F havada kullanılabilir ısının ne kadarı kalır? — Yaklaşık %85. 3) Havadan havaya ısı pompasının tipik COP'si? — 3,5:1. 4) Defrost en çok kaç dakika sürer? — 10 dakika. 5) Defrostta ılıtma ısısı soğutma kapasitesinin en çok yüzde kaçı olmalı? — %80.

Bir sonraki bölüm: Jeotermal ısı pompaları; kuyu suyu, toprağa gömülü halkalar ve doğrudan sistemler.

Ders notu: Bu bölüm, HVACR Dersleri dizisinin 8. dersinin 2. bölümüdür. İçerik temel HVAC/R ders notlarından derlenmiştir; sayılar oradaki gibi bırakılmış, saha yorumları bana aittir.