bİldİrİler kİtabi - erimsever.com€¦ · - el salvadorda elektriğin çoğu jeotermal...

tmmobmakina mühendisleri odası

YENİLENEBİLİRENERJİ KAYNAKLARI

SEMPOZYUMU VE SERGİSİİSİ

BİLDİRİLER KİTABI

Editör:Yrd. Doç. Dr. Şükrü SU

MMO Yayın No: E / 2001 / 275

EKİM 2001 - KAYSERİ

Yenilenebilir Enerji Kaynaklan Sempozyumu ve Sergisi 12-13 Ekim 2001 Kayseri

tmmobmakina mühendisleri odası

Sümer Sokak No: 36 /1 - A Demirtepe, 06440 ANKARATel: (0 312) 231 31 59; 2313164; 23180 23; 23180 98Fax -.(0 312)2313165e-posta : [email protected] : http://www.mmo.org.tr

MMO Yayın No : E / 2001 / 275

ISBN : 975 - 395 - 465 - 4

Bu yapıtın yayın hakkı Makina Mühendisleri Odası'na aittir. Kitabın hiçbir bölümüdeğiştirilemez. Makina Mühendisleri Odası'nınizni olmadan elektronik, mekanik vb. yollarla

kopya edilemez ve çoğaltılamaz. Kaynak gösterilmek suretiyle alıntı yapılabilir.

KAPAK TASARIMIDİZGİBASKI

İlhan İNCETÜRKMEN - (0 352) 320 43 53İNCETÜRKMEN LTD.ŞTİ. - TMMOB MMO KAYSERİ ŞUBESİNETFORM MATBAACILIK AŞ. - KAYSERİ

Makina Mühendisleri Odası


DÜNYADA VE TÜRKİYEDE JEOTERMAL, RÜZGAR VEDİĞER YENİLENEBİLİR ENERJİLERİN KULLANIMI

Prof.Dr. Yunus A. ÇENGELUniversity of Nevada Dept of Mech.Eng. Reno, USA

G İ R İ Ş

Günümüzde kullandığımız enerjinin çoğu petrolkömür ve doğal gaz gibi fosil yakıtlardan eldeedilmektedir.Bu yakıtların rezervleri ise sınırlıdır. Örneğin bilinenpetrol rezervlerinin 35-40 yıl doğalgaz rezervlerinin65 yıl ve kömür rezervlerinin 220 yıl sonratükeneceği tahmin edilmektedir. Ayrıca fosil yakıtlarsera gazı olarak bilinen C0 2 gazını yaydığı içinküresel iklim değişikliklerinden sorumlututulmaktadır. - Bu sebeple fosil yakıtlardan üretilenenerjinin gerçek fiyatını bulmak için uzun dönemçevre etkisi ve insan sağlığı üzerine olan etkilerinide göz önüne almak gerekir.Buna yanında ayrıca gelecek nesillerin fosilhidrokarbon rezervlerine plastik sentetik kumaş,solventler yağlar, karbon lifli ürünler ve çelikleridaha mukavemetli üretmek için olan ihtiyacı da gözönüne alınırsa fosil yakıtların neden mümkünolduğunca az kullanmak gerektiği kendiliğindenaçığa çıkar..

YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARININÇEŞİTLERİ

Kömür, petrol, doğalgaz gibi yakıtlar fosil enerjikaynaklan olup rezervleri sınırlıdır Dolayısıylaeninde sonunda tükeneceklerdir. Yenilenebilirenerji kaynaklan sürekli olarak yenilendiklerindentükenmezler. Çoğu yenilenebilir enerji kaynağıenerjisini direkt veya endirekt olarak güneşten alır.Güneş enerjisi, Jeotermel enerji, Hidroelektrikenerji, Bio-enerji, Hidrojen, Dalga veya Okyanusenerjisi, Rüzgar enerjisi yenilenebilir enerjikaynaklannın başlıcasıdır.

AMERİKA'DA YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI

- Amerika'da kullanılan enerjinin %8 i yenilenebilirenerji kaynaklarından temin edilmektedir.-Amerika'da üretilen elektrik enerjisinin %12sine karşılık gelen yaklaşık 500 MilyarKWh/yıl 'lık elektrik, yenilenebilir enerjikaynaklanndan elde edilmektedir. Bu yüzde%12 'nin %10 da hidrolik santrallerdenüretilmektedir.

Yenilenebilir enerji kaynaklannınyaygınlaşmamasının ana sebebi ilk yatınmmaliyetlerinin pahalı oluşudur. Mevcut şuandaki sürdürülen araştırmalar buralardakullanılan malzeme ve üretim fiyatlannıazaltarak ve verimlerini artırarak ilk yatınmmaliyetlerini azaltmayı amaçlamaktadır.- Amerika'da Federal ve Eyalet hükümetlerininpolitikaları da aynı zamanda yenilenebilir enerjikullanımını etkileyen ana sebeplerden biridir.- Amerika da yenilenebilir enerji kaynaklankullanmakla daha az petrol ithal edilerek yılda80 milyar dolarlık tasarruf sağlanmaktadır.

TÜRKİYE'NİN YENİLENEBİLİR ENERJİKAYNAKLARI POTANSİYELİ

Kaynak: Tüsiad, 1998 (Gûnerhan, Kocar, Hepbaşlı 2000).

HİDROELEKTRİK ENERJİ

- Hidrolik enerji bugünAmerika'daki enerjiihtiyacının %10 'nukarşılamaktadır.- Hidrolik enerjinin en yaygınkullanım şekli nehirlerüzerine barajlar inşa ederek

büyük su rezervuarlannda suyu biriktirmek vebu suyun potansiyel enerjisini elektrikenerjisine dönüştürmek esasına dayanır.BİO KÜTLE ENERJİSİ

Biokütle ısı sağlamak,yakıt üretmek veelektik üretmek içinkullanılır.



Şekil: Ethanol ile bir arabanın çalışması

- Amerika'da hidroelektrik enerjiden sonraikinci sıradaki yenilenebilir enerji kaynağıdır.Hesaplamalar Amerika'nın enerji ihtiyacının%3 'nü biokütle enerjiden sağladığı şeklindedir.

- Örneğin etanol üretmek için mısır çabukbüyüyen ot ve ağaçlar odun talaşları ve evselatıklar kullanılmaktadır. Üretilen etanol ile detaşıtları çalıştırmak mümkündür. Etanol ayrıcabenzine göre daha temiz emisyon veren biryakıttır.

DALGA ENERJİSİ

OTEC sistemler dalga enerjileri med-cezirenerjileri bu guruba dahil enerjilerdir. Dünyakıyılarında tahmin edilen toplam dalgaenerjisinin büyüklüğü 2 ile 3 milyon MW 'tır.Yine dalga enerjisinin kıyı şeridinde yoğunluğumil başına 65 M W 'tır.

GÜNEŞ ENERJİSİ

Hacim ısıtmasında evlerin sıcak su ihtiyacınınkarşılanmasında yaygın olarakkullanılmaktadır. Ayrıca elektrik üretimindetermal sistemlerde, fotovoltaik olarak vehidrojen üretiminde kullanılır.

FOTOVOLTAİK HÜCRELER



HİDROJEN ENERJİSİ

- PV hücreler gürültüsüz çevreyi kirletmedenherhangi bir hareket eden mekanizmaya ihtiyaçduymadan güneş enerjisini direkt olarakelektrik enerjisine çeviren sistemlerdir.- PV hücreler hesap makinelerinde, saatlerde,uydularda, aydınlatmada ve küçük aletlerinçalıştırılmasında yaygın olarak kullanılırlar.- PV hücreler elektik enerjisi iletim hattıbulunmayan yada uzak olan yerlerde evlerinhatta köylerin, çiftlik evlerinin, supompalarının, çeşitli aletlerin uzaktankumandasında da kullanılırlar.

FARALLON MİLLİ DOĞA PARKINDA PV PANELLERİ

PV panelleri San Fransisco'nun 30 milbatısında ki adalarda 9.1 kW max gücündetemiz enerji sağlamaktadır.Orada bulunan gürültülü kirli dizel jeneratörlersökülerek yerine kurulmuştur.Akülere depolanmak suretiyle üç günlükenerjiyi sağlamaktadır.

GÜNEŞ ENERJİSİNİN TERMALUYGULAMALARI

Kaliforniya Dagget'te kurulan gümüşlekaplanmış yansıtıcılar kullanan heliostat'largüneş ışınlarını bir kuleye odaklamaktadır.Burada Güneş II projesi yenidenyapılandırılarak 10 MW i ı k enerji üretecekmerkezi bir kule kurulmuştur.

- Hidrojen kainatta bulunan en bol elementtir.- Birim kütle başına diğer bilinen tümyakıtlardan daha fazla kimyasal enerjiyesahiptir.- 1 kg hidrojen 4 Lt benzinin sağladığı enerjikadar enerji sağlar. Ayrıca 1 litre sudan 1.6 ltbenzine eşdeğer hidrojen temin edilebilir.- Güneş enerjisi, hidrojeni diğer elementlerdenayırmak için ideal bir enerji kaynağıdır.Dolayısıyla Güneş enerjisi kullanılarak eldeedilmiş hidrojen yakıtı belki de insanoğlununsonsuza kadar temiz enerjisini sağlayacak tekyakıttır.- Hidrojenin yanma ürünü hepimizin bildiğigibi saf su'dur. Bu yüzden çok temiz ve çevredostu bir yakıttır.- Hidrojen taşıtların gücünü karşılamak içinyakıt hücresi olarak kullanılabilir.

HİDROJENLİ YAKIT HÜCRELERİ

Kaliforniya Arcata enerji araştırmamerkezinde 4 KW gücünde golf arabasıhidrojen yakıt hücresi ile çalıştırılmaktadır.



- DOE amerikan enerji bakanlığı tarafındandesteklenen projede 50 KW gücündeki şehir içiotobüsü fosforik asidli hidrojen yakıt hücresitarafından çalıştırılmaktadır.- Otobüse bir akü konularak aracın yokuştırmanması yada ilk hareketi hızlandırmasıkolaylaştırılmıştır.

- Kaliforniya Trinidad da güneş enerjisiyleçalışan hidrojen yakıt hücreli sistemdefotovoltaik, hidrojen ve yakıt hücresi kombineolarak kullanılmaktadır.

RÜZGAR ENERJİSİ

Amerika topraklarının %6 sini kaplayan iyirüzgar alan topraklar amerikanın şu andakienerji tüketiminin 1.5 katı enerji üretebilir. -Rüzgar enerjisi MÖ 4000 yıl kadar önceyelkenlileri hareket ettirmekte, mısır ve buğdayöğütmekte, ayrıca sulamada kullanılmıştır.Şimdi elektrik enerjisi üretimindekullanılmaktadır.- 1970 ii yıllardaki petrol krizi modern rüzgartürbinlerinin gelişimine katkıda bulunmuştur.- Rüzgar türbini kurulduğu arazinin %5 ini işgalettiğinden ve türbin kanatlan yerden epeyce

yüksekte olduğundankalan arazi tarım, otlatmave diğer amaçlarlakullanılabilmektedir.- Rüzgar türbinleri geceve gündüz rüzgar olduğusürece sürekli enerjiüretirler.

2000 DE DÜNYADA RÜZGAR GÜCÜ

Şu anda dünyada kurulu bulunan rüzgar gücü13.400 MW 'tır ki Türkiye'nin toplam kurulugücünün yarısı kadardır.

- 1999 yılında 3600 MW gücünde yeni rüzgarsantrallan kurulmuştur.- Amerika'da yaklaşık olarak bir nükleersantrale eşdeğer 985 MW rüzgar santrali 1998ortasından 1999 sonuna kadar kurulmuştur.- Amerika Danimarka Almanya ve İspanyadünyada kurulu buluna toplam rüzgar gücünün%70 ini üretmektedir.- Danimarka kendi enerji ihtiyacının %10 ununrüzgar enerjisinden temin etmektedir.İspanyanın Navarra ili kendi ihtiyacının %20sini rüzgar enerjisinden temin etmektedir.- Kaliforniya Altamont pass rüzgar çiftliğinde10000 MW gücünde rüzgar santrali kW değeri4 sentten satılmak üzere amaçlanmaktadır.

Malana Mühendisleri Odası

Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu ve Sergisi 12-13 Ekim 2001 Kayseri

JEOTERMAL ENERJİ

Jeotermal enerji yerkabuğunun derinlikle-rindeki sıcak kaya veakışkanların ısısınınyer yüzeyinin zayıfkatmanlarını geçerekyer yüzeyine ulaşma-sıdır.

Yerkürenin merkezindeki magmada erimiş vesıcaklığı 8000 °C ulaşan maddeler vardır.Magmanın yer yüzeyine yakın bazıbölümlerinde akan yer altı suları bu ısıtarafından ısıtılmaktadır ve bazı bölgelerdetermal bölgeler oluşmaktadır.

JEOTERMAL ENERJİ KAYNAKLARI

- Kuru buhar kayakları.- Sıcak su kaynaklan(atmosfere acık veyakapalı).- Derin yer kabuğu ısısı(sıcak kayalar).

Magma (mutlakageliştirilmesi gerekli)

JEOTRMAL ENERJİ POTANSİYELİ

İç tabakaDış tabakaYer kabuğuYer yüzeyi

4200 ÜC2800 °C950 °C370 °C (10 km kalınlığında)

Yerkabuğundaki jeotermal enerjinin % 1 'likkısmı enerjiye çevrilse şu anda toplam mevcutpetrol ve doğal gaz yataklarının rezervlerininvereceği enerjinin 500 katı enerji elde edilmişolur.

JEOTERMAL ENERJİNİN ÜRETİMİ

HydrothercnalResource

JEOTERMAL ENERJİ KULLANIMI

- Buhar veya sıcak su borularla güç santralinetaşınarak elektrik üretiminde kullanılır.- Buhar yada sıcak su pompalanarak boralarvasıtasıyla aynı zamanda evlerin ısıtılmasındada kullanılır.

- Kuzey Kaliforniya'da Gayzer adı verilenjeotermal sahalar San Fransisco büyüklüğündebir şehrin elektrik enerjisi ihtiyacınıkarşılayacak büyüklüktedir.- İzlanda'nın baş şehri Reykjavik'te evlerinhemen hemen tamamı jeotermal sıcak su ileısıtılmaktadır.- El salvadorda elektriğin çoğu jeotermalenerjiden üretilmektedir.

JEOTERMAL ENERJİNİN DİREKT KULLANIMI

- Konutların ısıtılmasında,- Üretimde proses ısısı olarak,- Absorpsiyonlu soğutma sistemlerinde,- Tarımda, seracılıkta,- Kültür balıkçılığında,- Sunalarda,- Kaldırımlarda,- Karların eritilmesinde kullanılmaktadır.

JEOTERMAL ENERJİNİN TARİHİ

- Eski romalılar doğal sıcak su olarak termalbanyolarda ısıtma ve sağlıkta kullanmışlardır.- ABD de konut ısıtılmasında ilk olarak 1891yılında Idaho'da daha sonra 1900 de Oregon'dakullanılmıştır.- 1904 yılında İtalya'nın Larderello şehrinde ilkdefa jeotermal kuru buhardan enerjiyle elektriküretilmiştir.- 1960 yılında ilk ticari jeotermal enerjiden(kuru buhar) elektrik enerjisi üretimiAmerika'da Kaliforniya'da üretilmiştir.- 1969 yılında Fransa da büyük şehirlerinjeotermal enerji ile ısıtılmasına başlanılmıştır.

JEOTERMAL ENERJİNİN AVANTAJLARI

- Sürekli güç üretebilir.- Küçük santraller halinde 5-10 MW kurulmayave geliştirilmeye müsaaittir.- Uzun dönemde hava değişikliklerinden vekullanıcılardan etkilenmez.



- Fosil yakıtlann fiyatlarının dalgalanmasından bağımsızdır.Fiyatı doğalgazla ve kömürlü termik

santrallerle rekabet edebilecek kadar düşüktür.- Kapalı sistemlerde yaydığı emisyon sıfırdır.Bu haliyle çevreciler için vazgeçilmez bir enerjive pazardır.

ATMOSFERDEKİ EMİSYONLARIN AZALTILMASI

- Jeotermal enerji kullanarak elektrik üretilmesiAmerika'da atmosferdeki emisyon oranınıdeğiştirmiştir.- Böylece 22 milyon ton CO 2 , 200 bin ton SO 2,80 bin ton NOx ve 110 ton partikül maddeninatmosfere yayılması önlenmiştir.

3-20CO

-15CO

-1C00

-500

Aj(terGaldua<fc<3odduü,GlıCTnflsıclions,

POWER PLANTON-LINERECORD

100-d

JEOTERMAL ENERJİ HAKKINDA BAZIGERÇEKLER

- Jeotermal enerjide modüler ünitelerle birkaçyüz kilovvatten, 100 MW ve daha fazla güçlerekadar üretim yapmak mümkündür.- Son 20 yılda jeotermal enerjiden güç üretmekyapılan çalışmalar sayesinde %25 daha ucuzhale gelmiştir.

- Amerika hükümeti federal topraklardançıkartılan jeotermal enerjinin kullanılmasındandolayı yıllık 41 milyon dolar kira geliri eldeedilmektedir.- Kuzey Kaliforniya'nın Gayser sahasında 35yıldan fazla bir zamandır Jeotermal enerjidengüç üretilmektedir.- Kaliforniya, Utah, Nevada ve Havai'de kurulugüçleri yaklaşık olarak 2800 MW olansantrallerde yıllık elektrik üretimi 14-17 milyarkWh olup jeotermal enerji kullanılaraküretilen elektrik enerjisinin satışından yaklaşıkolarak 1 milyar dolar gelir elde edilmektedir.- Son çalışmalarda 10 batı eyaletinde 270yerleşim bölgesinin jeotermal enerji ile ısıtılıpsoğutulabileceğini göstermiştir.- Son birkaç yılda 300 binden fazla jeotermal ısıpompası kurulmuş ve İndiana, Kentucky,Michigan, Minnesaota, Missouri ve Oihoeyaletlerinde geniş bir pazar oluşmuştur.

DÜNYADA JEOTERMAL ENERJİ

- 1999 verilerine göre Dünyada 21 ülkede jeotermalenerjiden üretilen elektrik gücü 8460 MW 'tır.- Yılda 45 milyar kWh 'lık elektrik enerjisiüretilmektedir. Bu dünya toplamının % 0.3 kadardır.- Dünyada 250 nin üzerinde jeotermal santral vardır.- Dünyada ısıtma ve diğer amaçlarla 15000 Mwlık ısı enerjisi %33 ü konut ısıtılması -soğutulması %19 u kaplıca ve yüzme havuzuısıtılmasında ve kalanı seracılık alanında veprosess ısısı üretmek olmak üzere 41 ülkedekullanılmaktadır.- Dünyada kullanılan enerjinin sadece % 2 sijeotermal enerjiden gelmektedir.

JEOTERMAL ENERJİYE YATIRIM

- Amerikan firmaları denizaşırı ülkelerde 1500MW gücünde santraller tesis ettiler ve busantrallerin parasal değeri yaklaşık 3 milyardolardır.- Amerikan firmaları İndonezya'da 350 MWgücünde bir santralın yenilenmesini 500 milyondolar karşılığında aldılar ve sonra 6 milyardolarlık kontrat imzaladılar.- Latin Amerika, Filipin ve Endonezya'dagelecek 20 - 30 yılda yaklaşık 80.000 MWgücünde santraller kurulacaktır.



JEOTERMAL ENERJİ POTANSİYELİ

- Jeotermal enerji Dünya elektrik enerjisitalebinin %8.3 ünü karşılayabilir.- Orta ve Güney Amerika'nın şu andaki mevcutelektrik ihtiyacının yarıdan fazlası jeotermalenerjiden karşılanabilir.- Dünyada 39 tane devlet elektrik enerjsi ihtiyacınıntamamını jeotermal enerjiden sağlayabilir.- Amerika'da şu anda üç nükleer santralin gücüne eşit olan2800 MW lık enerji jeotermalden temin edilmektedir vebunun gelecek on yılda 18.800 MW a yükselmesibeklenmektedir.- Jeotermalden üretilen elektriğin KWh 'ı 5-6 sentolup kömürle rekabet edebilecek düzeydedir, ancakdoğal gazla henüz değil.- Jeotermalden sağlanan elektrikten 865 milyon insanistifade etmektedir ve bu dünya nüfusunun %17 sinetekabül etmektedir.- Dünyada enerjilerinin % 100 ünü jeotermaldenkarşılaması mümkün olan 39 adet devlet vardır.Bunlar Bolivya, Burundi, Comoros adaları, KostaRica, Cibuti, Dominik, Ekvator, El salvador,Etopya, Fiji, Grenada, Guatemala, Honduras,İzlanda, İndonezya, Kenya, Malawi, Mozambik,Nikaragua, Panama, Papua Yeni Gine, Peru,Pilipinler, Ruanda, Solomon adaları, Somali, Sudan,Tanzanya, Tongo, Uganda, Yemen ve diğerleri.

- Türkiye'nin potansiyeli % 10 dur.DÜNYADA ENBÜYÜK JEOTERMALENERJİ ÜRETİCİLERİ

U.S. GeothermalPotentialMegavralU ofElccbica] Capaaly

World Geothermal PotentialMegaratls ofElectacal Capaaty

20000

19M0

ıran

5000

a

DCurrent

• Toü mft Technol agy

nEnhmcedf echnoloay

AmerikaFilipinlerMeksikaKaliforniya

2,800 6320

28002007501200

MWMWMWMW (The Geyser) kurulu

güçleri ile dünyanın en büyük jeotermal üreticileridir.

DÜNYADAKİ JEOTERMAL GÜCÜNÜLKELERE GÖRE DAĞILIMI

Bu dağılım Tablo 1 'de son bölümde verilmiştir.

HOOOO

12D0OD

100000

80000

60000

40000

20000

O

s Technology

B,MD 72,«B 13B.131

BAZI ÜLKELERDEENERJİ KULLANIMI

JEOTERMAL

: 2800 MW: 3858 GWh/yıl: Küçük çaplı Oregon'da: Oregon 1963 yılından beri

AMERİKAKurulu güçIsıtmaSoğutmaKlamathFallskullanımda.Kaynak 400-600m derinliğinde dakikada 980galon 90 °C sıcaklığında su veriyor. 154 ton'luk soğutma kapasitesine sahiptir.San Bernardino: 1983 yılından beri kullanımda300 m derinliğinde 56 °C sıcaklığında dakikada3700 galon debiye sahip 18 km lik izole edilmişborularla 220.000 m2'lik alan ısıtmasındakullanılıyor ve atık su yer altına veriliyor.Susanville Californiya: 1983 yılından berikullanımda 78 °C içilebilir temizlikte, sıcak su30000 m2 alan ısıtmasında kullanılıyor ve atıksu yeraltına pompalanıyor.Elko Nevada : 1985 yılından beri kullanımda88 °C sıcaklığında dakikada 300 galon debiyesahip yıllık enerjisi 4.6 MWh şehir binalarınınokulların ve yüzme havuzlarının ısıtılmasındakullanılmaktadır. Kapalı çevrim uygulanmaktaher bina kendi ısı eşanjörünü kullanmaktadır.Ayrıca büyük oranda seracılık ta Arizona,Nevada, Utah, New Mexico ve Idaho dakullanılmaktadır.

MEKSİKAKurulu güç 750 MW, kaynak 4000 m derinlikteve 350 °C sıcaklığa sahip.Aynca 1400 adet sıcak kaynak olup ısıtmaamaçlı endüstriyel çamaşırhanelerde,soğutmada, alan ısıtmada, seracılıkta, briket,tuğla üretiminde, ağaç kurutmadakullanılmaktadır.



İZLANDAKurulu güç : 49 MWIsıtmada : 5877 GWh/yıl, İzlandadakikonutların % 85 inin ısıtılması sıcak su veseracılık toprak ısıtma, balık çiftlikleri, prosessısısı olarak, Reykjavik 145 000 lik nüfusuntamamı konut ısıtmasında ve kulanma sıcaksuyu olarak faydalanmaktadır. Fiyatı soğuksudan ucuz. Jeotermal alan ısıtması kapasitesi 565MW, yıllık enerji tüketimi 3200 GWh/yıl.

Flash StMm Powar Plant

Taze buharla çalışan güç santrali

İTALYAMonte Amita jeotermal santralinin atıkısısından geri kazanım yolu ile büyük seralarısıtılmaktadır. Kuzey İtalyanın Ferrarabölgesinde 140000 kişi konut ısıtmasındafaydalanmaktadır. Katı atıkların yakıldığı vedoğalgaz ile jeotermalin birlikte kullanıldığıkojenerasyon santralle kombine çalışmaktadır.Enerji tüketiminin yoğun olduğu saatlerdedoğal gaz ve şehir atıkları ile çalışan çöpsantrali devreye girmektedir. Buradakijeotermal kaynak 92 °C ve debisi dakikada 760galon olup 1200-2200 m derinliktedir. 300civarında kullanıcı 1.3 milyon m2 alanınısıtılmasında kullanmaktadır.Ayrıca şehirdeki kullanıcıların kullanma sıcak su

ihtiyacının % 30 u bu santralle sağlanmaktadır. 1994te tamamlanmış ve binan sistem kullanılmaktadır.Yine kuzey İtalya'da Vicenza da 140 000 kişi konutısıtmada kullanmaktadır. Kaynak 67 °C sıcaklığındadebisi dakikada 440 galon ve 2300 m derinliktedir.90/65 lik sisteme uygun olmadığı için ısı pompalarıkullanılmak suretiyle istenilen sıcaklığaulaştırılmaktadır. Isı pompalan gazla çalışanmotorlarla ve elektrik motorlan ile çalıştırılmaktadır.Isı pompaları 6.5 Mw enerji üretmektedir ayrıca 2.3Mw lik enerji gaz motorlannın eksozundan ısı gerikazanımı ile sağlanmaktadır. Üç tane gaz kazanınınkapasitesi 17.4 MW olup ilave ısı sağlamaktadır.1992 yılında tamamlanmış olup ısıtılan alan 500.000m2 civarındadır. 4.6 mil uzunluğunda gidiş dönüşlüboru ağıyla ısıtma ve soğutmada kullanıldığı gibi 3.7mil uzunluğunda tek borulu sistemle evlerinkullanma sıcak su ihtiyacı karşılanmaktadır.

RUSYAKurulu güç 91 MW, ısıtmada yılda 673 GWhenerji kullanılmaktadır. Böylece alanısıtmasında ve seracılıkta 1 milyon m2, yünyıkama ve kurutmada, briket kurutmada, balıkçiftliklerinde, yüzme havuzu ısıtmasında,donmuş yerlerin eritilmesinde kullanılmaktadır.Kamchatta da ki 11 MW lik santralin devreyealınmasıyla 2000 yılında kurulu güç 110 MWartırılmış olacaktır. Mutnovskideki 80 MW liksantralin atık ısısı borularla 80 km lik kasbayataşınarak kasaba ısıtılmaktadır.

FRANSA886 GWh yılık ısıtma kapasitesi ile Paris'inçevresindeki 200.000 konut ısıtılmaktadır.Kaynak 1800 m derinlikte ve 45-85 °C sıcaklığındadır.

Blnary Cyela Pmnr Planı

Binarv dönüşümlü eüc santrali

Jeotermal güç santrali



MACARİSTANIsıtma kapasitesi yılda 1628 GWh 500-2000mderinliğinde ve 80 °C altında ki sıcaklıklardaMacaristanın güneydoğusundaki %80 den fazlasera jeotermal enerji ile ısıtılmaktadır.

CİN1 MW olup 2000 yılnda 100 MW artırılacaktır.Isıtma 4717 GWh/yıl, Kuzey Çin'de pirinçtarlalarında seracılık uygulanarak pirinçlerinerken yetişmesi sağlanmaktadır.

JAPONYAKurulu güç 379 MW 1990 dan beri ikiye katlanmışIsıtmada kullanılan 9730 GWh/yıl sıcak su ve tanmda

Jeotermal enerji tesisi

DİĞER ÜLKELERBulgaristan : 770 GWh/yıl ısıtmadaRomanya : 342 GWh/yıl ısıtmadaPolonya : 205 GWh/yıl ısıtmadaYugoslavya : 915 GWh/yıl ısıtmadaBelçika : 28 GWh/yıl ısıtmadaAlmanya : 21 GWh/yıl ısıtmadaDanimarka : 13GWh/yıl ısıtmadaîndonezya : 1200 MW elektrik ısıtmaYeni Zelanda : 281 MW, 440 Mw lık ilaveİsviçre : 964 GWhİsveç : 267 GWh ısıtma kapasitesine sahip

TÜRKİYEDE JEOTERMAL ENERJİ KULLANIMI

Isıtma amacıyla ilk olarak 1964 yılında Gönende birotelde uygulanmıştır. Yine konut ısıtmasında ilkolarak Gönende 1987 yılında kullanılmaya başlanmışolup kapasite 16.2 MW 'tır.Jeotermal enerji ile ısıtılan ilk sera 4500 m2

alanda olup Denizli Kızıldere sahasında 1985yılında kurulmuştur ve 50.000 ev ısıtılmaktadırve değeri 350 MWt.İzmir Balçova'da 7500 konut jeotermal enerjiile ısıtılmaktadır.Balıkesir Gönene sahasında 1600 konut, 54işletme ve 109 ticarethane ısıtılmaktadır.Denizli ve Aydın illerinin jeotermal enerji ileısıtılması planlanmaktadır. 1990 dan itibarenjeotermal enerji kullanım hızı 90-95 döneminde% 185 ve 95-98 döneminde %173 artmıştır.Türkiye'nin orta anadolu, batı ve kuzey batıbölgelerinde 140 adet jeotermal saha vardır.Türkiye'deki tüm konutların % 30 'ununısıtılması jeotermal enerji mümkündür ve buda

EULGAFIIA Black SeaGEORGIA

AZEfi.

}

Aegean -,•Sea „ ı

Balkesir f Eskişehir

ıtahy^

Mediterranean Sea\

* ElektrikO Alan ısıtmasıD sera

A Endüstriyel

° Isı

Kaynak: Eriş and Ozgur, 1994; Erisen el al., 1996; Mertoglu, 1998; Kocar and Ellez, 1998; Hepbasli and Erloz, 1999 (Gunerhan, Kocar, Hepbasli, 2000)



5 milyon konut eder. 31500 M W T ' lukenerjinin şu anda sadece %2 sikullanılmaktadır. 4500 MW elektrik enerjisiüretilebilmek m ü m k ü n iken bunun sadece %0.5 kullanılmaktadır. 2010 yıl ına kadar 500.000konutun ve 2020 yılın kadar 1.250.000 konutunısıtılması planlanmaktadır .ISI P O M P A L A R I

Isı p o m p a l a n yüksek C O P değerleri ve sessizçalışmaları ile dikkat çekmektedir . Bunakarşılık ilk kuruluş maliyetlerinin yüksekolması tek dezavantaj l a n olaraksöylenebilir.Borular toprağa dikey olarakyerleştirilerek çalıştırılmaktadır. Amer ika 'da100.000 binden fazla konut ısı p o m p a l a n ileısıtılıp soğutulmakta ve bu sayı heryıl 4000 ile10000 kadar artmaktadır.

T Ü R K İ Y E D E J E O T E R M A L E N E R J İ N İ ND İ R E K T K U L L A N I M I

S İ S T E M

Adapazan-KuzulukAdapazan-Sapanca

AfyonAfyonBolvadin

Afyon-GazlıgölTermalAfyon-Omer

TermalAfyon-OrucogluTermalAfyon-Sandikli

Ankara-Haymana

Ankara-Krzılcahamam

Aydin-Germencik

Balikesir-EdremitBalikesir-G ö n e nBalikesir-Havran-Dernek

KAPASİTE[MW t ]

11.20.022

24.91.05

0.64

3.89

2.7

37.0

0.09

21.32

0.11

9.81

37.45

1.35

UYGULAMA

B,HHP

RH

B,H

B,H,G

B,H

R

B, M

R,B,H,G

G

G

R,H,B,G,1

G

SICAKLIK

[°C]98

95

68

98

48

70

34-45

80

35

53-60

80

Balikesir-SındırgıCanakkale-Ezine- .

KestanbolDenizl i-GolernezliDenizl i-Kizildere

İstanbulIzmir-Balcova

Izmir-BergamaIzmir-Dikili

Izmir-SeferihisarKirsehir

Kutahya-GedizKutahya-SimavKutahya-

YoncaliManisa-Alaşehir

Manisa-SalihliMersinNevsehir-KozaklıRize-AyderSamsun-Havza

Sivas-SıcakÇermik

Tokat-Niksar

Urfa-KırcaaliYalova

Yozgat-Saraykent

TOPLAM

DiğerGENEL TOPLAM

1.6

3.82

0.23

2.42

0.41

87.03

0.45

2.25

1.35

19.0

0.61

60.0

0.93

0.26

0.260.1012.0

0.24

0.07

0.17

0.11

9.28

0.140.45

354.64

285.0639.64

G

R,G

B,G

R,G,I

HPR,G,B,H,S,Ho

B,G

G

B,G

R

B,H,G

R,G,B,H

B,H

B,H

B,HHP

R, G

B,H

B,HB,H

G

G

G

B

57-150

62-73

65

90-147

40-125

35-100

90

65-140

57

78-104

137

90

30-73

30-168

42-95

55

54

36-70

27-54

50

48-66.2

46

B: Balneology, M: Cami, G:Sera, R: Alan/BölgeIsıtma, H: Hotel, S: Yüzme Havuzu, Ho: Hastane, I: EndüstriyelUygulama, HP: Isı Pompası

Kaynak: Eriş and Ozgur, 1994; Erisen et al., 1996;Mertoglu, 1998; Kocar and Eltez, 1998; Hepbasli andErtoz, 1999 (Gunerhan, Kocar, Hepbasli, 2000)

Makina Mühendisleri Odası 10


TURKIYEDE JEOTERMAL ENERJİNİNSERACILIKTA KULLANIMI

YERAfyon-OmerAnkara-KizilcahamamAydin-GermencikBalikesir-EdremitBalikesir-GonenBalikesir-Havran-DernekBalikesir-SindirgiCanakkale-Ezine-KestanbolDenizli-GolemezliDenizli-KizildereDenizli -TekkehamamIzmir-BalcovaIzmir-BergamaIzmir-DikiliIzmir-SeferihisarKutahya-GedizKutahya-SimavNevsehir-KozakliTokat-NiksarUrfa-KircaaliYalovaYozgat-SaraykentTOTAL

ALAN [ha]0.550.140.054.360.20.60.50.20.11.080.80.90.21.00.6

0.8512.00.4

0.066.1

0.060.231

Kaynak: Eriş and Ozgur, 1994; Tufekcioglu,Türkmen, 1999 (Gunerhan, Kocar, Hepbasli, 2000)

1999,

DÜNYADA JEOTERMAL GÜÇ ÜRETİMİ

TURKIYEDE DİREKT OLARAK KULLANILANTOPLAM JEOTERMAL ENERJİ

YIL

1988199019951998

KULLANILAN KAPASİTE(MW t)

4046130

355(640withspa's)Source: Mertoglu and Basarir, 1995; Mertoglu, 1998

(Gunerhan, Kocar, Hepbasli, 2000)

TURKIYEDE JEOTERMAL ENERJİDENELEKTRİK ÜRETİMİ

TESİS

YERİ

Denizli-

KizildereAydin-Germencik

Aydin

Salavatli

İNŞAYİLİ

198

4

-

-

DURUM

Çalışıy

or

Planla

nmış

Planla

nmış

ÜNİTETİPİ

SF,C

SF,B

BorK

POTANSİGÜÇ

( M W e )

200

100

N/A

GUÇORANİ(MWt)

20

25

5

YILLIKÜRETİM

(1998)(GWh/a)

90

-

-

SF: Tek Tip; C: Yoğun; B : Binary; UC: Kons.Altında;K : Kalina; N/A: bilgi yokKaynak: WEC-TNK, 1998; GRC Bülten, 1998;Tufekcioglu, 1999 (Gunerhan, Kocar, Hepbasli, 2000)

Ü L K E

Amerika (USA)FilipinlerM e k s i k aitalyaJaponyaIndonezyaEl Salvador

NikaraguaKosta Rika

izlandaKenya

Çin

KURULUJEOTERMAL

KAPASİTE

[MW']28501848743742530528

1057065

5145

32

JEOTERMALGÜÇ

ÜRETİMİ[milyon kWh/yıl2]

15,9008,2605,7305,4703,3503,980

276470346

390100

90

NÜFUS

[milyon3]

265.671.9

96.5857.47125.86197.1

5.84.53.4

0.2727.4

1,215

ELEKTRİKTÜKETİMİ

KİŞİ BAŞINA

[kWh/yıl/kişi3]13,040

4231,4394,6107,749298527305

1,295

17,353130

822

JEOTERMAL

İLE BESLENEN

KİŞİ

[milyon]

1.2219.533.981.190.4313.361.040.9

0.36

0.023.00

0.12

JEOTERMAL İLEBESLENENNÜFUSUN

ORANİ

[ * ]0.4627.24.12.1

0.346.8

17.920.010.6

7.4

11.0

0.01

Makina Mühendisleri Odası11


TÜRKİYENİN MEVCUT VE GELECEK 20 YILDAKİ ELEKTRİK KAPASİTESİ

YIL

199820102020

JEOTERMALKAPASIT

E(MWe)

20258350

YILLIKÜRETÎ

M(GWh/a

)90

43725651

HİDROELEKTRİKKAPASIT

E(MWe)

10,38725,44230,902

YILLIKÜRETİM(GWh/a)

40,93485,391103,715

FOSİL YAKITKAPASIT

E(MWe)

13,44237,02446,661

YILLIKÜRETİ

M(GWh/a

)75,211

343,488432,895

TOPLAMKAPASIT

E(MWe)

23,85062,72498,808

YILLIKÜRETİ

M(GWh/a)

116 235433,251542,261

Kaynak: WEC-TNC, 1998; TUSIAD, 1998 (Gunerhan, Kocar, Hepbasli, 2000)

TÜRKİYEDE YER ISISINDAN FAYDALANAN ISI POMPALARI

Uygulama SayısıToplam Isı Yükü

(kW)Toplam Isıtma Alanı

[m2]Isıtma Tipi/

Soğutma

ISI EŞANJORU TIPIYer Suyu Dikey

6Yatay

4

KULLANIM TIPIIsıtma

5151

1546

Taban ısısı,radyatörler

Isıtma+Soğutma5

375

1655

Yerden Isıtma,fan-coil

Kaynak: Hepbasli and Ertoz, 1999 (Gunerhan, Kocar, Hepbasli,

TÜRKİYEDE RÜZGAR ENERJİSİ

Türkiye, Avrupa'da rüzgâr enerjisi potansiyelien iyi olan ülkelerden biridir.Türkiye'dekirüzgâr enerjisi kaynakları, teorik olarakTürkiye'nin elektrik ihtiyacının tamamınıkarşılayabilecek düzeydedir.. Türkiye'ninteknik potansiyeli ise 83.000 MW'dır. Bu, bileTürkiye'nin şu anada kurulu gücünün üç katınaeşittir dolayısıyla Türkiye bir an öncekullanması gereken önemli bir rüzgâr enerjisipotansiyeline sahiptir.Üç tarafı denizlerle çevrili olan ve yaklaşık3500 km kıyı şeridi olan Türkiyenin özellikleMarmara kıyı şeridi ve Ege kıyı şeridi süreklive düzenli rüzgar alan bölgelerdir. Bu sebeplebu bölgelerden başlamak üzere hızla rüzgarenerjisi yatırımlarına başlanmalıdır..

Rüzgâr enerjisinin durumuBugüne kadar ETKB tarafından değerlendirilen39 adet Rüzgâr Çiftliği projesi bulunmaktadır.Bu projelerin toplam kapasitesi bin 370 ilâ bin440 MW'dır. Bu 39 projenin, 215 MW'lıkkapasiteye sahip 8 tanesinin yatırımcılarlayapılan görüşmeleri sonuçlandırılmıştır.ETKB'nin 9 Eylül 1999'da açtığı YİD Modeliile Rüzgâr Güç Santralları Yaptırılmasıkonusundaki resmi ihale, gündemdeki toplamproje sayısını 55'e çıkartmıştır. BöyleceTürkiye'de gerçekleşme aşamasına girmişrüzgâr güç santrallerinin toplam kurulu gücübin 700 MW'a ulaşmıştır. Buna karşılık 2000yılı sonu itibarıyla gerçekleşen ve şu anda faalolan kurulu güç 19 MW tır.(l)

(1) Per Krogsgaard; 'Global Status of Wind Power' Rüzgar Enerjisi Sempozyumu 5-7Nisan2001 İzmir



GÜNEŞ ENERJİSİNDEN EDİLGEN YARARLANMADA"SAYDAM YALITIM" UYGULAMASI

Türkan GÖKSAL* Necdet ÖZBALTA**

'*'Anadolu Üniversitesi Müh-Mim.Fakültesi Mimarlık Bölümü İki Eylül Kampusu EskişehirTel: (222) 321 35 50/6661 e-mail: [email protected]

'"'Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü Bornova-İzmirTel: (232) 388 1231 e-mail: [email protected]

ÖZET

Binalarda enerji tüketiminin azaltılmasındaki enetkin önlem taşınım yoluyla gerçekleşen ısıkaybının yalıtım uygulanarak azaltılmasıdır. Buamaçla kullanılan opak yalıtım malzemeleri ısıkaybının indirgenmesine katkıda bulunurlar.Ancak yeni geliştirilen saydam yalıtımmalzemeleri düşük ısı geçirgenlikleri yanındayüksek güneş ışınımı geçirgenliği nedeniylebinaların yalıtım özelliklerini iyileştirmek vegüneş enerjisinden kazanç sağlamak amacıylaedilgen sistem uygulamalarındakullanılmaktadır. Saydam yalıtım uygulamasıile oluşturulan sistem toplayıcı gibi çalışır vesaydam yalıtımı geçen güneş ışınımı duvar dışyüzeyinde absorbe edilerek ısı enerjisinedönüştürülür. Kazanılan enerjinin iç ortamataşınım yanında radyasyonla aktarılmasınedeniyle hem enerjiden tasarruf sağlanır hemde konfor koşullarının iyileştirilmesine katkıdabulunulur. Bu çalışmada Eskişehir iklimkoşullarında opak ve saydam yalıtımlı tuğladuvar kuruluşlarının ısıl davranışları incelenmişve enerji kazanımına olan katkısı araştırılmıştır.

Anahtar sözcükler: Saydam Yalıtım, EnerjiKorunumu, Güneşten Pasif Yararlanma

ABSTRACT

The most effective measure to reduce the en-ergy consumption in buildings is to apply insu-lation to lessen the existing heat lost from heattransportation. Opaque insulation materials,vvhich are used for this purpose help in the re-duction of heat lost. Recently developed trans-parent insulation materials have high solar en-

ergy transparency, besides having a low heattransparency. For this reason, they are used inpassive system application to improve insula-tion properties and to exploit solar energy inbuildings. Formed by transparent insulation ap-plication, they function as a system collectorand transform into heat energy the solar energyvvhich passes through the transparent insulationby absorbing the solar energy into the outerlayer of the walls. The gained energy is trans-ported into the inner environment through theradiation. This helps to improve the comfortand to save energy. in this study, the contribu-tion to energy conservation of brick vvalled con-structions with opaque and transparent insula-tion was investigated and analysed as was thebehaviour of these buildings under heat. Specialattention was paid to the climate conditions ofEskişehir while conducting this study.

Keywords: Transparent insulation Materials,Energy Saving, Passive Solar Energy

1.0 GİRİŞ

Binalarda enerji tüketimini azaltmak için uygu-lanabilecek en etkin önlem bina kabuğunun ya-lıtılarak taşınım yoluyla gerçekleşen ısı kaybınıen aza indirgemektir. Bu amaçla bina kabuğun-da genelde binayı dıştan saran opak yalıtım kul-lanılması yaygındır. Ancak bu uygulamayla gü-neş enerjisine karşı bir engel oluşturularak gü-neşten ısı enerjisi kazanımımn önüne geçilmek-tedir. Güneş mimarisinde yeni bir eleman olansaydam yalıtım uygulaması ile enerjikazanımına iki yöntemle katkıda bulunulmak-



tadır. Bunların ilki geleneksel yalıtım malzeme-leri gibi enerji korunumunun gerçekleştirilme-si, diğeri ise geleneksel yalıtım malzemelerininaksine güneş enerjisinden daha yüksek orandawı enerjisi kazammına olanak vermesidir. Buiki etki birlikte değerlendirildi-ğinde toplam ısıyükünün karşılanmasında güneş enerjisinin kat-kısı daha fazla olmaktadır.

Bu çalışmada opak ve saydam yalıtımlı duvarkuruluşlarının ısıl davranışları gözlenmiş veenerji kazammına olan katkısı araştırılmıştır.

2.0 SAYDAM YALITIM MALZEMESİ

Saydam yalıtım malzemeleri yüksek güneşışınımı geçirgenliği ve düşük ısı geçirgenlikkatsayıları nedeniyle binaların yalıtımözelliklerini iyileştirmek ve güneş enerjisindenkazanç sağlamak amacıyla özellikle edilgensistem uygulamalarında gündeme gelirler.Saydam yalıtım uygulaması ile oluşturulansistem toplayıcı gibi çalışır. Saydam yalıtımıgeçen güneş ışınımı duvar dış yüzeyindeabsorplanır (Şekil 1). Absorbe edilen enerji içortama yararlı ısı olarak aktarılır. Kazanılanenerjinin iç ortama taşınım yanında radyasyonlaaktarılması nedeniyle konfor koşullarınıniyileştirilmesine katkıda bulunulur. Duvarsıcaklığının, günün önemli bir bölümünde içortam sıcaklığının üzerinde olması nedeniyle ısıkayıpları azalır. Ayrıca duvar sıcaklığınınyüksek olması sonucu yüzeyde ve duvar içindeyoğuşma olasılığı en aza indirgenir.

Saydam yalıtım yeni binaların inşaasında oldu-ğu gibi mevcut binaların iyileştirilmesinde deuygulanabilir; böylece duvarların ısı depolamaetkinliği arttırılır. Saydam yalıtım uygulamasıile kış aylarında güneş enerjisi katkısında artışsağlanmasına karşın yazın aşırı ısınma sorunuolabilmektedir. Dış iklimsel koşullara karşı ko-rumak amacıyla saydam yalıtım dış yüzeylerinegüneş ışınım geçirgenliği yüksek olan cam,plastik levha veya saydam sıva uygulanır. Yu-karıda da değinildiği gibi yalıtım ve ışın geçir-genlik saydam yalıtımın en önemli özellikleri-dir; ancak bu iki özellik (saydamlık ve ısı yalı-tımı) birbiriyle ters orantılıdır. Literatürde gü-neş ışınımı geçirgenlik katsayısı yüksek olanher malzeme saydam yalıtım olarak kabul edil-

mekte ve ısı geçiş katsayısı k < 1.3 W/m2K,enerji geçirgenliği (g) ise > 0.40 olarak veril-mektedir [1],[2]. Saydam yalıtım uygulamasın-da en yüksek düzeyde verim alınabilmesi için,kalite katsayısı olarak anılan Q-değerinin (T /k)> 0.6 olması gerekmektedir (T ışın geçirgenlik,k ısı geçiş katsayısı). Opak yalıtım malzemele-rine karşın, saydam yalıtımda ısıl iletkenlik (A)değeri X/d formülü ile belirlenemez. Çoğu kez A,strüktür kalınlığının (d) bir fonksiyonudur [3].Saydam yalıtım üretiminde cam vetermoplastiklerden polycarbonat (PC) vepolymetly-metakrilat (PMMA) kullanılır. Ca-mın yangın ve çevresel etkenlere dayanımı yik-sektir, ancak yoğunluğunun yüksek olması so-nucu ısı iletkenliğinin artması olumsuz yönü-dür. Termoplastiklerde ise PC kimyasal karışı-mına bağlı olarak 115-140 °C, PMMA ise türü-ne bağlı olmak üzere 70-90 °C sıcaklığa daya-nım gösterir. Her iki malzemenin ışık geçirgen-liği yüksek (saydam), yutuculuğu düşük, ancakgüneş ışınlarına karşın dayanımları faıklıdır.PMMA, UV-ışınlarına dayanıklıdır, PC ise UV-ışınlarını absorbe eder, bu nedenle dayanımıartırmak için üretiminde UV-stabilizatör kulla-nır veya saydam levha üzerine UV-filtresi uy-gulanabilir.

Yangına dayanım açısından PC, PMMA'a karşıdaha fazla dayanım gösterir. PMMA kolaytutuşabilen, PC ise (Bl) zor tutuşabilenmalzemeler grubunda yer alır. Ayrıca PCmekanik açıdan daha sağlamdır, bu daişlenebilmesini kolaylaştırır.

Saydam yalıtımlı duvar kuruluşunda sisteminetkinliği yalıtım gerecinin strüktürel yapısına vedüzenlenme yönüne bağlı olarak değişmektedir.Saydam yalıtım gereçleri kısa dalga boyluışınımı geçirmekte, uzun dalga boylu ısılışınıma karşı ise opak davranmaktadır [4].Yalıtım içinden geçen kısa dalga boylu ışınım,yutucu yüzey tarafından soğurularak duvarkütlesinde ısıya dönüşmekte ve ısı enerjisi önceiletim, ardında taşınım-ışınım yoluyla mekanaaktarılmaktadır. Saydam yalıtım uygulamaları:

- direkt kazanç yolu ile mekanların ısıtılması,- güneş duvarı uygulamaları (dolaylı kazanç)

ile mekanların ısıtılması ve/ya ısıtmatesisatının desteklenmesi,

- toplaçlar aracılığı ile sıcak su eldesi ve



aydınlatma enerjisinden tasarruf amacı ilemekanların aydınlatılmasında kullanılmasışeklinde gerçekleşebilir.

Strüktürel nitelikleri ve güneşten sağladığı ısıkazancına yönelik performansları bağlamındasaydam yalıtım [5]:

yutucu yüzeye paralel düzenlenen lamineve/ya çok tabakalı camlar,yutucu yüzeye dik düzenlenen kapilerve/ya petek dokulu strüktürler vecam arasında aerojel (granül veyamonolitik) uygulamaları şeklindeguruplandırılabilir.

Yutucu yüzeye paralel düzenleme - Lamineve/ya çok tabakalı camlar:

Sistemin etkinliği yansıma ve soğurmaoranlarına bağlıdır; tabaka sayısının artması ısıyalıtımını olumlu ancak ışın geçirgenliğiniyansımanın artması nedeni ile olumsuz etkiler.Katmanları yutucu yüzeye paralel yerleşmişolan camlı kuruluşlarda (lamine camlar, lamineplastik filmler), dolgu maddesi olarak argon,kripton, xenon kullanılması ile yalıtım değeriartırılabilir (Tablo 1).

Tablo 1: Dolgu Maddelerinin Isı GeçirgenlikKatsayısı üzerine etkisi [6]

Dolgu maddesi k-değeri (W/m2K)

Yutucu yüzeye dik düzenleme-Kapiler tüpler IPetek dokulu strüktürler:

Kapiler tüpler veya petek dokulu strüktürleryutucu yüzeye dik olarak düzenlenir ve güneşışınlarının geri yansımadan duvar yüzeyine u-laşması sağlanır. Şekil l'de görüldüğü üzeregüneşin konumuna bağlı olarak yaz aylarındadüşeyle dar açı yaparak gelen ışınlar borucukla-rın içine girememekte, kış aylarında ise yalayayakın konumda gelmeleri sonucu borucuklannçeperlerinde yansıyarak yutucu yüzeye ulaş-maktadır. Böylece masif duvarda depolanan ısı

enerjisi taşınım ve ışınım yoluyla iç mekanabelli bir faz kayması ile aktarılmaktadır. Kapilerstrüktürde cam kullanılması durumunda (çap) (j)3-10 mm, PC ve/ya PMMA kullanımında ise §1-3 mm arasında değişir; camın ısı iletkenlik(A) değeri termoplastlara karşı 7 kat fazladır.Bu nedenle stabilite açısından cam tüplerdeçeper kalınlıkları 50-100 jxm dolayında olup,camın yüksek iletkenliği nedeni ile yalıtım de-ğeri olumsuz etkilenir (Şekil 2). Yaklaşık 10 cmkalınlıkta cam kapiler strüktürde A-değeri 1W/m2K'dir.

••iCam Sıva — ^ ^ ^ ^ ^ ^ H

Savdam Kaatot ^ ^ ^ ^ ^ ^ H

Qun«s iştr.ımt ^ ^ ^ ^ ^ ^ B 1

Yansıma IZİ8Z. *-*1&.SZ

Güı vhes

M6GIİ Ouvar •

-«re j

i)1

K\

Şekil 1: Saydam Yalıtımda Işın-Isı Geçirgenlik [7]

Şekil 2: Kapiler- Saydam Yalıtım

Aerojeller (monolitik, granül):

Silisyumdioksit (SİO2) esaslı monolitik aerojelmalzemesinde (çap) $ 2-100 nanometrearasında olup, güneş spektrumu dalga boyununçok altındadır. Dolayısıyla yansıma oranı düşükolup ışınların % 9O'ı geçebilmekte ve saydambir görünüşe sahip olması pencere camlarındakullanma olanağı vermektedir. Granül aero-jeller ise saydam bir görüntü vermezler, mono-litik aerojele karşın üretimleri daha kolay veucuz, ancak ışın geçirgenlik değeri düşüktür.



Monolitik aerojel ^-değeri 17.103 W/mK,granül aerojel X -değeri 23.103 W/mK (havadolgulu) olup, vakum veya soygaz dolgudurumunda X -değeri daha da azaltılabilir.Silikat granül boyutlarının ışık dalga boyundandaha küçük olması, malzemenin homojenolarak algılanmasını sağlar. Yoğunluğunun100-150 kg/m3 olması nedeniyle kırılma indisihavaya yakındır, böylece üst yüzeyde yansımakayıpları olabildiğince düşüktür. Ancak suyakarşı çok duyarlıdır ve su ile temas durumundasuyu emerek saydam olmayan bir durum alır.Bu nedenle çok tabakalı kuruluşlarda üretimmaliyetleri düşüktür ve çap en fazla 10 mm'dir.

nanoporöse Struktur

-0-Sİ-O-Kette

20 nm

Şekil 3: Monolitik-Aerojel Kristal Yapısı ve GranülAerojel Uygulaması [8]

3.0 SAYDAM YALITIM UYGULAMAOLANAKLARI

Direkt Kazanç Sistemi:Saydam yalıtım normal cam yüzeyler gibiherhangi bir duvar olmaksızın uygulanır. Direktolarak mekan içine giren ışınlar mekan içindeçarptıkları yüzeylerde ısıya dönüşür ve mekaniç ortam sıcaklığı yüzeylerin sıcaklığına paralelolarak yükselir. Ancak faz kaymasının düşükolması sonucu, mekanda aşırı ısınma sorununakarşı gölgeleme elemanı düzenlenerek kontrollüışın geçişi sağlanabilir. Direkt kazançsistemlerinin dolaylı enerji kazanç sistemlerineek olarak uygulanmaları enerji tasarrufuaçısından uygundur.

Güneş Duvarı:Güneş duvarı uygulamasında saydam yalıtımmasif bir duvarın önünde yer alır (Şekil 4). Ge-recin yalıtım özelliğinden dolayı ısı duvar kesi-tinden mekana belli bir zaman aralığında akta-rılır. Gecikme süresinde (faz kayması) masifduvar malzemesinin termofiziksel özellikleri ilekalınlığı (d) etkin rol oynar. Güneş duvarları,basit kuruluşları, istenen zaman gecikmesi (faz

kayması) ve direkt kazanca karşın daha düşüksıcaklık farklıkları nedeniyle daha uygundurlar.Duvar kuruluşunda gölgeleme elemanları araa-lığı ile enerji kazancı sıcak dönemlerde kontroledilebilmektedir.

Şekil 4: Saydam Yalıtım Uygulaması

Hibrid Sistemler:

Isı enerjisine gereksinim duyulmadığıdönemlerde hibrid sistem uygulamaları ilegüneş enerjisinden sıcak su eldesi olanaklıolabilmektedir.

4.0 Farklı İç ve Dış Sınır KoşullarıEtkisindeki Duvarlarda Isı Akısı

Çalışmada Eskişehir iklim koşullarında farklıduvar kuruluşlarının güneş ışınımı etkisialtındaki ısıl davranışı incelenmiştir. Bu amaçlayalıtmışız, opak yalıtım ve saydam yalıtımuygulanmış tuğla duvar kuruluşları elealınmıştır (Şekil 5).

Yalıtmışız Tuğla DuvarSıva (3cm), tuğla (19cm), sıva (2cm)



Opak Yalıtımlı Tuğla DuvarSıva (lcm), yalıtım (6cm), tuğla (19cm), sıva (2cm)

Saydam Yalıtımlı Tuğla DuvarCam (6mm), Saydam yalıtım (lOcm), sıva (lcm),tuğla (19 cm), sıva (2 cm)

Şekil 5: İncelenen Duvar Kuruluşları - Kesitler

Model çalışması Ocak ve Temmuz ayları içingerçekleştirilmiştir. Bu aylara ait dış ortamsıcaklığı, güneye yönelik düşey bir yüzeyüzerine gelen güneş ışınım şiddetinin değişimiŞekil 7 ve 8'de görülmektedir [9],[10].

Hesaplamalar ilgili ayları temsil eden 17 ocakve 17 temmuz günleri için yapılmıştır.Duvar yüzeyine gelen saatlik ışınım şiddeti

I=Id*Rd+Iy*

Iy)*p*(l-Cosl3)/2

eşitliği ile hesaplanmıştır. Burada k yatayyüzeye gelen direkt güneş ışınımı, \ yatayyüzeye gelen yayılı güneş ışınımı, Rj eğikyüzeye gelen direkt güneş ışınımının yatayyüzeye gelen direkt güneş ışınımına oranı, f3yüzeyin eğimi, p yerin yansıtma katsayısıdır.Çalışmada yayılı ve yerden yansıyan ışınımınizotropik olduğu kabul edilmiştir. Yayılı veyerden yansıyan ışınım için saydam yalıtımgeçirgenliği, bu ışınımların eşdeğer gelişaçılarında direkt ışınım geçirgenliğine benzerşekilde hesaplanmıştır. Işınım şiddetininhesaplanmasında izlenecek yöntemle ilgilidiğer bilgiler [11], [12] nolu kaynaklardanbulunabilir.

Binaların dış kabukları çevre sıcaklığı, güneşışınımı gibi dış iklimsel koşulların etkisialtındadır. Dış iklimsel koşullar zamanınfonksiyonu olarak gün boyunca sürekli değişimgösterirler. Opak duvann dış yüzeyi güneşışınımı etkisinde kaldığında mevcut koşullardayeni denge oluşana kadar duvar kalınlığıboyunca sıcaklık dağılımında değişim gözlenir.Oluşacak sıcaklık profilinin eğimi ve sınırkoşullan, iç ve dış ortam sıcaklıkları, yutulangüneş ışınımı ve duvann termofîzikselözelliklerine bağlıdır. Duvardan oluşacak ısıakısının hesaplanmasında zaman bağlı busürecin dikkate alınması daha duyarlısonuçların eldesini olanaklı kılar.

Çalışmada incelenen çok tabakalı duvarkuruluşlannın da bir boyutlu ısı iletimininmeydana geldiği varsayılmıştır [13], [14] (Şekil6).

i (t)

Dış Ortam

T(t,o)

iç Ortam

T (t,L)

x=0 x=L

Şekil 6: L kalınlığında çok tabakalı duvarkuruluşunda etken sınır koşullan

Zaman bağlı bir boyutlu ısı iletimi

(dTldt) = a *{d2T/dx2)eşitliği ile ifade edilmektedir. Burada T(t,x)duvar içinde herhangi bir an ve konumdakisıcaklığı, a ısıl yayıhm katsayısınıgöstermektedir. Çözümlemede duvann iç ve dışyüzeyinde taşımınla ısı geçişinin olduğu, dışyüzeyinde aynca güneş ışınımının etkili olduğuvarsayılmıştır. Dış yüzeydeki ısı akısı,

hd[Td(t)-T(t,O)]

iç yüzeydeki ısı akısı ise



qi=h*\ri{t,L)-T.\

eşitlikleri ile tanımlanmıştır. Burada h. ve hd içve dış yüzeydeki taşınımla ısı transferkatsayıları, I(t) duvar yüzeyine gelen güneşışınım şiddeti, ag duvarın güneş ışınımı yutmakatsayısı, Td (t), TjÇ sırasıyla dış ve iç ortamsıcaklıkları, T (t, x) ise duvar sıcaklığıdır.

Isı iletim denklemi sonlu farklar yöntemiyleçözümlenmiştir. Bu amaçla oluşturulan herdüğüm noktası için uygun sonlu fark eşitlikleriyazılmıştır.

Duvar dış yüzeyinde,

To

P+ı=To

p

+ 2*Fo\rı

p + Bi *Tf + I (t) *{dx/k)]

duvar içinde,

T:+1 = FO fe,+T:_X )+

duvar iç yüzeyinde ise

7/+ı =7)" [ 1 - 2 * Fo (1

- 2 * F O )

sonlu fark eşitlikleri malzeme özellikleri dedeğerlendirilerek yazılmıştır. Her düğümnoktası için yazılan eşitlikler yakınsamakriterleri de dikkate alınarak çözülmüşlerdir.

5.0 Sonuçlar

Isıtma (Ocak) ve soğutma (Temmuz)dönemlerinde yalıtımsız, opak yalıtımlı vesaydam yalıtımlı tuğla duvar kuruluşlarının içyüzeylerinde hesaplanan saatlik ısı akılan Şekil9 ve 10'da görülmektedir.

Ocak ayında yalıtımsız ve opak yalıtımlı duvarkuruluşlarında beklenildiği gibi ısı kaybı olu-şurken, saydam yalıtım uygulanmış duvarda iseısı kaybı yaklaşık olarak günün ilk 16 saatindeoldukça küçük değerlerde meydana gelmiştir.Öğleden sonraki saatlerde ise ısı kazancı oluş-muştur. Bunun nedeni saydam yalıtımın güneş

ışınım geçirgenliğinin yüksek buna karşın ısıliletkenliklerinin küçük olmasıdır. Gündüz saat-lerinde gelen güneş enerjisinin büyük bir bölü-mü saydam yalıtımı geçtikten sonra duvar dışyüzeyinde yutulur. Isıl iletkenliğin düşük olma-sı nedeniyle dış ortama olan ısı kaybı oldukçaküçüktür. Yutulan enerjinin önemli bir bölümüduvar malzemesinin termofiziksel özelliklerinebağlı olarak duvar içinde depolanır. Bu enerjigünün sonraki saatlerinde belli bir faz farkı ileduvar iç yüzeyine ve mekana transfer edilir.

Temmuz ayında ise saydam yalıtımlı duvardakiısı kazancı opak ve yalıtımsız duvardaki ısıkazançlarının oldukça üzerinde gerçekleşir.Öğleden sonraki saatlerde ısı kazancı opakyalıtımlı duvardaki ısı kazancının yaklaşık 8katı düzeyindedir.

Ocak ayında duvar dış ve iç yüzeysıcaklıklarının günlük değişimi Şekil 11 ve12'de görülmektedir.

Ocak ayında saydam yalıtımlı duvarda güneşışınımın yutulmasına bağlı olarak dış yüzeysıcaklığı öğleden sonraki saatlerde 20 °C- 23°Cgibi günün en yüksek değerlerine çıkmaktadır.Genel olarak saydam yalıtımlı duvarda dışyüzey sıcaklığı, gün boyunca yalıtımsız veopak yalıtımlı duvar sıcaklığının yaklaşık 15 °Cüzerinde olmaktadır. Ocak ayında duvar içyüzey sıcaklığının saydam yalıtımlı duvardayaklaşık 20°C olduğu görülmektedir (Şekil 12).Dış yüzeydeki maksimum sıcaklığın faz farkıile iletilmesi sonucu iç yüzey sıcaklığı güneşbattıktan sonraki saatlerde (yaklaşık 18-23arası) en yüksek değeri almaktadır. Akşamsaatlerindeki ısıtma amaçlı enerjigereksiniminin bir bölümünün karşılanmasıolanaklı olmaktadır. Bu çalışmada hesaplamalarbelli bir duvar kalınlığı dikkate alınarakgerçekleştirildiğinden optimum sonucun eldesiiçin en uygun duvar kalınlığının belirlenmesigerekmektedir.

Temmuz ayında duvar dış ve iç yüzeysıcaklıklarının değişimi Şekil 13 ve 14'deverilmiştir.

Öğle saatlerinde saydam yalıtımın özelliği ne-deniyle gündüz saatlerinde dış yüzey sıcaklıkla-rı yaklaşık 40 °C olmaktadır. Dış yüzeydeki



yüksek sıcaklıklar belli bir faz farkı ve sönümoranı ile iç yüzeye aktarıldığından iç yüzeyde18-22 saatleri arasında yüzey sıcaklığı yaklaşık25 °C olmaktadır. Saydam yalıtımlı duvarlardafaz farkı ve sönüm oranı geleneksel yalıtımlıduvar kuruluşlarına göre daha etkindir. Duvartasarımında bu özellikler göz ardı edilemeyecekkadar önemlidir.Saydam yalıtımlı duvarlarda ışınım şiddetinebağlı olarak yutulan güneş enerjisinin fazla ol-ması ve/veya duvarın ısı depolama kapasitesi-nin yetersiz olması aşırı ısınma sorununa nedenolur [15], [16]. Bu sorunun aşılması için; say-dam yalıtımlı sistemlerin güneşli kış günlerinde

ek ısıtmaya gereksinim duyulmayacak şekildetasarlanması, aşırı ısınmayı engellemek üzeregölgeleme elemanlarının kullanımı, saydamyalıtım ve duvar arasında oluşturulacak ve dışortam ile bağlantılı kanal yardımıyla duvar dışyüzeyinin havalandırılması gibi önlemler geliş-tirilebilir.

Saydam yalıtımın özellikle soğuk iklimbölgelerinde binalarda uygulanması ile ısıtmaamaçlı enerji tüketiminde tasarruf sağlanmasıve çevre kirliliğinin azaltılmasına katkısağlanması mümkün olacaktır.

1 2 3 4 5 6 7 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Zaman (Saat)

24

-Ortam Sıcaklığı -Işınım Şiddeti

Şekil 7: Eskişehir'de Ocak Ayında Dış Hava Sıcaklığı ve Işınım Şiddetinin Saatlik Değişimi.

30

25

- , 2 0

I8 1 0 •

5 -•'

0

500

- 4 5 0

X I X I X I X ' [ X T X T X I »

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24Zaman (Saat)

-Ortanı Sıcaklığı -Işınım Şiddeti

Şekil 8: Eskişehir'de Temmuz Ayında Dış Hava Sıcaklığı ve Işınım Şiddetinin Saatlik Değişimi.



5,00

E-5,00

sr -ıo,ooI -15,00r -20,00I -25,005 -30,00

•35,00•40,00-45,00

0,00 i^j- -r—, ,—T ,-•5,00 ] — ^ » »••••» ^^

< ' • • -

«• » •» •» -

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Zaman (Saat)

|^_ +• Yalıtımsız — • — O p a k Yalıtımlı —» "»Saydam Yalıtımlı]

Şekil 9:Ocak Ayında Tuğla Duvar Kuruluşunda Saatlik Isı Akıları

45,0040,0035,0030,0025,0020,0015,00

5.000,00

-5,00

— •» ••••-•i ̂ _

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Zaman (Saat)

Yalıtımsız — • — Opak Yalıtımlı ^m ^"Saydam Yalıtımlı

Şekil 10: Temmuz Ayında Tuğla Duvar Kuruluşunda Saatlik Isı Akıları

o

1 2 3 4 5 6 7 8 9 .10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

-10

—«—Yalıtımsız Opak Yalıtım —M—Saydam YalıtjmI

Şekil 11: Ocak Ayında Duvar Dış Yüzey Sıcaklıklannın Saatlik Değişimi



* - * - * !

101 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Zaman (Saat)

-Yalıtımsız Opak Yalıtım —M—Saydam Yalıtım

Şekil 12: Ocak Ayında Duvar İç Yüzey Sıcaklıklarının Saatlik Değişimi

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 i!

Zaman (Saat) '

-Yalıtımsız Opak Yalıtım —M—Saydam YalıtımJ

Şekil 13 Temmuz Ayında Duvar Dış Yüzey Sıcaklıklarının Saatlik Değişimi



181 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Zaman (Saat)

-Yalıtımsız Opak Yalıtım -Saydam Yalıtım ;

Şekil 14 Temmuz Ayında Duvar İç Yüzey Sıcaklıklarının Saatlik Değişimi

KAYNAKÇA

1. Schmid, J., Transparente Warme-dammung in der Architektur, MaterialienTechnologie Anvvendung, C. F. MüllerVerlag, Heidelberg, 1995.

2. Ragonesi, M., Bautechnik der Gebaude-hülle, Bau und Energie, B.G. TeubnerVerlag, Stuttgart, 1993.

3. Schmid, y.a.g.e., s. 28.4. Gilani, S.I., Passive solar gains through

transparent insulation-staüstical evaluationof monitored results, Proceedings of the 5th International Meeting on TransparentInsulation Technology, Freiburg, 1992.

5. Treberspurg, M., Neues Bauen mit derSonne, Ansatze zu einer klimagerechtenArchitektur, Springer Verlag, Wien, NewYork, 1994.

6. Kerschberger, A. Platzer, W., Weidlich, B.,Transparente Warmedammung, Bau-verlagGmbH, 1998.

7. Sto Therm Solar, Transparentes Warme-damm-Verbundsystem, Prospektüs.

8. Kerschberger, Platzer, Weidlich, y.a.g.e.9. Kılıç, A., Öztürk, A., Güneş Enerjisi,

Kipaş Dağıtımcılık, İstanbul, 1980.10. Eskişehir Meteoroloji Bölge Müdürlüğü11. Kılıç, A., Öztürk, A., a.g.e.

12. Duffie, J., Beckman, W.A., SolarEngineering of Thermal Processes, JohnWiley and Sons, 1980.

13. Antonopoulos, K.A., Valsamakis, S.P.,"Effects Of Indoor And Outdoor HeatTransfer Coeffıcıents And SolarAbsorptance On Heat Flow ThroughWalls", Energy, Vol. 18, No 3, Pp 259-271,1993.

14. Antonopoulos, K.A., Democritou, F.,Correlations For The Maximum TransientNon-Periodic Indoor Heat Flow Through15 Typical Walls, Energy, Vol 18, No 7,Pp 705-715, 1993.

15. Athientis, A.K., Ramadan, H., NumericalModel of a Building with TransparentInsulation, Solar Energy, Vol. 67, No. 1-3,pp 101-109, 1999).

16. Dilmaç, Ş., Tepehan, F., Eğrican, N., Say-dam Yalıtım Malzemelerinin Enerji Tasar-rufuna Katkıları, Energy with Ali Aspectsin 21 st.Century Symposium, İstanbul,April 28-30, 1994.)



PARABOLOİD TİPTE BİR GÜNEŞ OCAĞININ TEST EDİLMESİ VEVERİMİNİN ARAŞTIRILMASI

Asude ELTEZ Ali GÜNGÖR Necdet ÖZBALTA

Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü, 35100, Bornova/İZMİREge Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Makine Müh.Bölümü, Bornova/İZMİR

[email protected], [email protected], [email protected]

ÖZET

Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsündebir paraboloid tip güneş ocağı imal edilerek,ülkemizde uygulanabilirliği araştırılmıştır.Paraboloid bir konsantratör tarafından direkgüneş ışınımı pişirme kabının altınaodaklanmaktadır. Bu pişiricinin güneşiizlemesi elle yapılmaktadır. Pişiricideneylerinde uygulanan ilk test açık bir havadagüneş ışınımı altında pişirme kabı dolu olarakyapılan su ısıtma testidir. İkinci test ise, susoğutma testidir ki bu da güneş ışınımıolmadan yapılmıştır. Deneyler esnasındarüzgar hızı, ortam sıcaklığı, yatay düzlemegelen anlık toplam güneş ışınım değerleri vesuyun sıcaklığı belirli aralıklarla ölçülmüştür.Bu ölçümlerden ısınma-soğuma grafikleri,verim karakteristik eğrileri ve kaynamasüreleri elde edilmiştir. Bu tip güneşlipişiriciler, imalatı ve taşınma konularındabirçok problem içermektedirler. Eğer buproblemler aşılabilirse, paraboloid tip güneşlipişiricilerin kullanım olanakları da artacak veticari olarak cazip hale geleceklerdir.

ABSTRACT

A concantrating-type solar cooker is designedand constructed for cooking purposes at SolarEnergy Institute of Ege University. Direct solarradiation is concentrated on the bottom ofcooking pot by paraboloidal concentrator. Thiscooker trace the sun manually by lifting androtating. The first test is vvater heating testunder clear sunshine and performed with a fullload of vvater in the pot. The second test, vvatercooling test is performed in the absence of sunlight. Wind velocity, environment temparature,

total solar radiation on horizontal surface andvvater temperature vvere measured. A typicalheating and cooling curve is obtained fromthese measurements. The solar cooker hasseveral technical problem as manufacturingand transportation. If the existing problemssolved, then the using of solar cookers may bedisseminate. in this point, these cookers arefound commercially attractive.

GİRİŞ

Sanayileşmeyle başlayan ve günümüzde hergeçen gün önemini artırmakta olan sorunlardanbirisi de üzerinde yaşadığımız dünyanın doğalortamını korumak ve gelecek nesillere daha iyiyaşanabilir bir dünya bırakmaktır. Dünyamızdazengin yenilenebilir enerji kaynaklanbulunmaktadır. Petrol, kömür ve doğal gazınmilyonlarca yıl önce depolanan güneşenerjisinin ürünü olması ve sınırlı miktarlardabulunmasına karşılık, biyogaz ve güneş gibienerji kaynaklan güneş var oldukçatükenmeyecektir. Bütün toplumlarda enerjigereksinimi ve kullanımının başında"yiyeceklerin pişirilmesinde kullanım"gelmektedir. Güneş enerjisinin pişirme amaçlıkullanımına yönelik yapılan araştırmalarsonucu geliştirilen çok sayıda güneşli pişiricimodeli mevcuttur. Bu pişiricilerinyaygınlaştırılabilmesi için; kullanım, bakım-onarım, taşınma kolaylıklarının bulunması,boyutlarının kullanıcıya uygun olması, pişirmeverimlerinin de yüksek olması gerekmektedir.Ülkemizde güneşli pişiriciler, yerleşiminuygun olduğu kırsal yörelerde, yazlankullanılan sahil bölgelerinde geliştirilmişmodellerle kullanım potansiyeline sahiptir.Ancak günümüzde mevcut gelenekselsistemlerin yaygınlığı ve güneşli pişirme



üniteleri konusunda ticari bir üretim sözkonusu olmadığından kullanım yok denilecekdüzeydedir. Yapılacak çalışmalar vegeliştirilecek toplumca kabul edilebilirmodellerin üretime yansıtılmasıyla kullanımözendirilebilecektir.

Güneş Enerjisi Enstitüsünde tasarlanarak imaledilen ocağın çapı 1,8 m ve açıklık alanı 2,40m2, konsantrasyon oranı ise 10,64'dür. Ocağınimalatında paraboloid, hafif olması açısındanpolyesterden döküm olarak yapılmış ve iç yüzüalüminyum folye ile kaplanmıştır. Pişirmeesnasında odak ayarı gerekli aralıklarla elleyapılmıştır.

PARABOLOİD GÜNEŞ OCAĞI

Genel olarak güneşli pişiriciler ocak ve fırıntipi olmak üzere ikiye ayrılırlar. Ocak tipipişiricilerde güneş enerjisi açık bir ortamdakap üzerine direk olarak yansıtılmakta veyabaşka bir toplayıcı tarafından toplanarakkonduktif veya konvektif yolla aktarılmaktadır.Fırın tipinde ise kap kapalı bir ortamdabulunmaktadır [1].

Noktasal odaklayıcı paraboloid ocaklardayemek pişirme veya diğer sistemlere göre dahakısa sürede su kaynatma işlemlerigerçekleştirilmektedir. Güneş enerjisiparaboloid formdaki bir yüzeyden yansıtılarakodak bölgesinde yoğunlaştırılmaktadır. Hiçbirfosil yakıta gerek duyulmadan suyukaynatabilen bu sistemlerin kullanım alanıyaygınlaşmaktadır. Güneş ocağının ilk yatırımgiderlerinden başka giderinin olmamasınedeniyle LPG, odun, kömür, petrol,...vs. gibifosil yakıtlara alternatif durumdadır.

Paraboloid güneş ocağının performansdenkleminin bulunması ve performanskarakteristik eğrisinin çizilmesi, belirleneniklim koşullarındaki duyulur ısıtmaperiyodunun saptanması için gerekmektedir.Bu denklemin parametreleri "su ısıtma" ve "susoğutma" testleri sonucundabelirlenebilmektedir [3,4].

Su Isıtma Testi

Bu test berrak ve güneşli bir havadagerçekleştirilir ve sonucunda "optik verimlilikfaktörü" bulunur.

Su Soğutma Testi

Güneş ışığından korunarak (gölge yaparak)gerçekleştirilir. Bu test sonucu tüm ısıl kayıpfaktörü bulunur.

Teorik Analiz

Güneşli pişiricide gerçek faydalı enerji için,

Qu=Aa*FR*[S-(A/Aa)*UL*(TnTa)] (i)

S=îlo*Ib (2)

eşitlikleri kullanılmaktadır.

Burada Qu = gerçek faydalı enerji kazancı,Aa = parabolik yansıtıcının açıklık alanı,S = açıklık birim alanında yutulan ışınım,FR = gerçek ısı kazancı/mümkün olan en büyükısı kazancı, Ar = enerji toplanan alan, UL = tümısıl kayıp faktörü (alıcı yüzeyden çevrehavasına), Tf = akışkan sıcaklığı, Ta=çevresıcaklığı, r]o = optik verimlilik, Ib = açıklıkalanına gelen direk ışınım

FR=F'*F" (3)

F' = ısı değişim verimliliği faktörü

F'=(1/UL)/(1/UO) (4)

1/UL = yutucu yüzey ve dış hava arasındaki ısıtransfer direnci

1/Uo = akışkan ile dış hava arasındaki ısıtransfer direnci

F" = akış faktörü

F"= (m*Cp)/(ArULF')[l-exp(-(Ar UL F1) / (m*Cp))] (5)

m = ısıtılacak akışkanın kütlesi

Isıtma ve soğutma testlerinin sonucundaaşağıda görüldüğü gibi bir eğri elde edilir(Şekil 1).



f>flkıı 3 2 I s i r - a va Soğuma Eğnlct:

Soğuma Eğrisi Analizi

Soğuma eğrisi bölümünde, su sıcaklığının dTw

kadar düşmesi için geçen zamana dx denilirse [2];

(dT)=[(M*C)'w*dTw] / [A r *F'*U L *(T w - Ta)](6)

Burada,T = zaman (saat)Tw = su sıcaklığı(M*C)'W= su ile kabın kütle * özgül ısıları ULve Ta 'nın soğutma testi sırasında sabit olduğu

varsayılır. İntegral alınarak,

T=-[(M*C)V(Ar*F'UL)]ln[(Tw-Ta)/(Two-Ta)] (7)

Soğutma için zaman sabiti,

T 0=(M*C)V(A r*F'*UL) (8)

Yeniden düzenlenecek olursa,

(Tw-Ta)=dT=(Tw0-Ta)*exp(T/T0) ' (9)

T = T0 olduğu zaman;

(Tw-Ta) = (Tw0-TJ/e (10)

Soğuma eğrisinde ordinattan (Tw0-Ta)/e değeri bulunur vebuna tekabül eden absis değeri ise x0 değerini verir. Eşitlik(9) yeniden düzenlenecek olursa,

İn (Tw - Ta) = - (1/To) + ln(Tw 0 - Ta)

y = ln(Tw - T.)

A = 1/To

B = ln(Two - Ta) olarak tanımlanırsa,

y = A * x + B (11)

denklemi elde edilir. Bu doğrunun eğimi -l/x0

değerini verir. Eşitlik (8) yeniden düzenlenerek,

F * U L = (M*C) ' W / (Ar*T0) (12)

Denkleminden F'*U L değeri bulunabilir.

Isınma Eğrisi Analizi

Suyun sıcaklığını dTw olarak yükseltmek içingeçen zaman (dx) ise,

(dx)=[(M*C)'.*dTw]/[FI*(Al*Tio*Ib-Ar*UL*(Tw-Tı))](13)

Bu eşitliğin yeniden düzenlenmesi veintegrasyonu sonucunda,

Fı*Tio=(F>*UL)/C[((Tw2-T,)/Ib-((Twl-T,)/Ib)exp(-T/T0))/(l-exp(-T/T0))] (14)

Burada, C = konsantrasyon oranıdır (Aa/Ar),F '*U L ise soğutma eğrisinden elde edilir.

Performans Denklemi

x=-T0*ln[(F' *îlo-(F' *U,yC)*(Tw2-Ta)/Ib)/(F'*î l o-(F'*UL/C)*(Tw l-T a)/Ib)](15)

F'*r)0 ısınma eğrisinden, x0 ise soğumaeğrisinden bulunmaktadır.

Bu cihazın suyu ne kadar süredekaynatabileceği Eşitlik (16) kullanılarakhesaplanabilir.

Tboi,=tb*ln[l/(1-(F>*UL/F'*T|,)*(1/C)*(100-Tı) /Ib)] (16)

TEST EDİLEN GÜNEŞLİ PİŞİRİCİNİN YAPISI

Bir güneşli pişirici; yoğunlaştırıcı, pişirmekabının oturacağı ve destekleneceği bölümolmak üzere üç ana parçadan oluşur [5].Toplayıcı fiber glastan imal edilip üzeriyansıtıcı yüzey olarak alüminyum folye ile



kaplanmıştır. Pişirme kabını yatay ve sağlamolarak en fazla enerjiyi toplayacak biçimdeyerleştirileceği bir kap altlığı yapılmıştır. Bualtlığı ana gövdeye bağlayan desteklerbulunmaktadır (Şekil 2).

pişirme kabi destekleyiciyansitici yüzey

Taban

Şekil 2. Test Edilen Güneş Ocağının Yapısı

PİŞİRME DENEYİ VE ELDE EDİLENSONUÇLAR

Deneyde içinde 2,63 kg su bulunan 0, 57 kgkütlesindeki alüminyum kap (kJ/°C) birlikteısıtılmıştır. Sıcak su deneyleri esnasında rüzgarhızı 0-1,5 m/s arasında değişmiştir. Belirliaralıklarla (3-5 dakikada bir) kalibrasyonlubakır-konstantan termo elemanlar yardımıylaortam sıcaklığı, pişirme kabındaki su sıcaklığıölçülmüştür. Ayrıca deneyler sırasındapiranometre yardımıyla yatay düzleme gelenanlık toplam güneş ışınımı değerleri ölçülerekkaydedilmiştir. Çalışmamıza konu olan güneşocağını Şekil 3'ten görmek mümkündür. Buocağın odak uzaklığı 70 cm, odak noktasınınyerden yüksekliği 125 cm olup, kullanımkolaylığı gösterdiği için özel olarak seçilmiştir.

6. 10.1997 tarihinde yapılan deneyin ölçümsonuçları ve yapılan hesap sonuçlan Tablo 1 ve 2'deverilmiştir. Bunlara dayalı olarak elde edilen ısınma-soğuma grafiği Şekil 4'de, performans karakteristikeğrisi ise Şekil 5'de verilmiştir.

Tablo 1.6.10.1997 Tarihinde Elde Edilen Deney Sonuçları

Saat Tw T a Saat Tw T a

9.58 30,1 17,1 11.08 99,4 19,5

10.00 32,3 17,1 11.10 99,5 19,5

10.02 34 17,3 11.12 99,6 19,5

10.05 37,5 17,4 11.14 99,7 19,5

10.07 39,6 17,3 11.15 99,8 19,6

10.10 43,5 17,45 11.17 99,8 19,9

10.12 45,3 17,75 11.20 96,3 20,4

10.15 49 17,8 11.24 92,6 20,65

10.18 52,4 17,8 11.26 89,6 21,1

10.20 53,5 17,8 11.32 85 22,4

10.23 57,5 17,8 11.37 81,5 23,1

10.25 60,8 17,9 11.41 78 23,7

10.28 64 17,9 11.46 74,7 24

10.30 67,4 18 11.53 70,5 24,5

10.33 72 18 12.00 66 23,2

10.36 75,3 18 12.06 64,1 23,9

10.39 76,3 18,2 12.16 60,9 25,6

10.43 80,5 18,4 12.28 56,8 25

10.46 84,1 18,4 12.37 54,8 25,3

10.49 87,7 18,5 12.54 45,7 25,6

10.51 89,1 18,5 13.05 43 26,1

10.54 92 18,6 13.54 40,6 25,5

10.57 95,6 18,8 13.28 38 25,5

11.00 96,8 19,2 13.39 36,8 25,5

11.02 98,7 19,3 13.54 36,5 27,1

11.06 99,3 19,5

Şekil 3. Güneş Ocağının Deney Esnasında GörünümüMakina Mühendisleri Odası 26


Tablo 2. Deney Seti / Boyutlar

SEMBOL

Aa

Ar

C

(MCW)'

d i

Ib

vw

F'U L

F'TIO

Ta

AÇIKLAMA

Açıklık alanı

Alüminyum kabınalıcı alanı

Yoğunlaştırma

Su ve kabın ısılkapasitesi

Zaman Sabiti

F'rio hesabı içinzaman aralığı

Deney esnasındadirek ışınım

Rüzgar hızı

Toplam ısı kayıpfaktörü

Ortalama optikverimlilik faktörü

Dış hava sıcaklığı

DENEY SETİ/BOYUTLAR

D = 1,8 m Aa = 2,40 m2

D = 0,25 m h = 0 , lmAr = 0,1765 m2

C = A a / A r = 13,6

Mw=2,63kg Cw=4180

J/Kg°C

Mp =0,57 Kg Cp = 883

J/Kg°C

(MCw)'=MwCw+MpCp=11,497 kJ/°C

82 dakika = 4920saniye

10 dakika

489,2 W/m2

0-1,5 m/s

13,24 W/m 2 0C

0,394

20,5 °C

Kaynama süresi,

Tboiı^r0*ln[l/(l-(F'*Ui/F'*Tio)*(l/C)*(100-Ta)/Ib)]=3538s

olarak bulunur.

0,1 0,2 0,3

(100-Ta)/lb

Şekil 5. Pişirici Performans Karakteristik Eğrisi

SONUÇ VE ÖNERİLER

Tekrarlanan su ile ve yemek pişirme deneylerisonucu paraboloid tip güneşli pişiricilerhakkında şunları söyleyebiliriz:

• Güneşli pişirici, çizim ve teknolojikdokümanların gereğince imaledilmelidir.

• Su kaynama verimliliği; paraboloidyoğunlaştırıcı için > % 55'dır.

• 400 ° C'den daha yüksek sıcaklıklariçin odak noktası 50 cm2'den fazlaolmamalı ve elips veya daire şeklindedüzgün bir yüzeye sahip olmalıdır.

• Maksimum işlem yüksekliği 1,25m'den fazla olmamalıdır.

• Maksimum işlem mesafesi 0,8 m'denfazla olmamalıdır.

• Minimum yükseklik açısı 25° 'denfazla, maksimum yükseklik açısı70°'den az olmamalıdır.

• Yansıtıcı materyal alüminyumfolyenin yansıtma katsayısı 0,8'den azolmamalı ve bu malzeme kolaykaplanabilir, dış ortam şartlarınadayanıklı olmalıdır.

• Toplayıcının yüzeyi mümkünolduğunca düzgün olmalı, kırışıklıklar,hasarlar içermemelidir.

• Güneşin izletilebilmesi için tasarlananmekanizma kolay ayarlanabilirolmalıdır.

Şekil 4. Isınma-Soğuma GrafiğiMakina Mühendisleri Odası 27


KAYNAKLAR

1. Atan, E., 1995, "Tek ve İki EksendeGüneşi İzleyen Fırın Tipi PişiricilerinTasarımı Teorik ve Deneyselİncelenmesi", Yük.Lis.Tezi, E.Ü. FenBilimleri Enstitüsü, Bornova, İzmir.

2. Löf, G.O.G., 1963, "RecentInvestigations in the Use of SolarEnergy for Cooking", Solar Energy 7,125.

3. Mullick, S.C., Kandpal, T.c, Kumar,S., 1991, "Thermal Test Procedure fora Paraboloid Cocentrator SolarCooker", Solar Energy, Vol.46,n 3,pp.279-285.

4. Murthy, S.N., Gupta, J.P., 1985,Energy Distribution in the LocalReğion of an Offsedfeed ParoboloıdalSolar Stove, Solar Energy, V 34, N 3,pp. 279-285.

5. Natural Energy Research Institute,Gansu Academy of Science,International Solar EnergyApplications Training Workshop,Lanzhou, China, 1994.



GÜNEŞ ENERJİLİ NEM KONTROLLÜKERESTE KURUTMA SİSTEM TASARIMI

Sezai YILMAZ* Hikmet DOĞAN**

(*) Z.K.Ü. Karabük Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü - Karabük(**) Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü - Ankara

ÖZET

Bu çalışmada, güneş enerjili nem kontrollü, ısıpompası destekli bir kereste kurutma sistemitasarlanmıştır. Sistem hakkında genel bilgi ilekurutma işleminde temel olan nem kontrolü(nem alma - nem verme) konusunda bir metotönerilmiştir. Önerilen metodla güneş enerjilikondenzasyonlu kereste kurutma sistemi " nemkontrollü" hale getirilmiştir. Tasarlanansistemle kuruma süresinin kısalabileceği vekurutma kalitesinin artırılabileceği tahminedilmektedir.

ABSTRACT

in this study, a solar dry kiln with humiditycontrol and supported heat pump (asdehumidifier) has been designed. At the sametime a method about general knovvledge andhumidity control which is basic in the dryingprocesses have been given.

in this proposed method solar dry kiln has beensupported with humidity control. in this system,it is estimated that drying time can be decreaseand drying quality can be increased.

1. GİRİŞ

1.1.Kurutmanın Tanımı

Kurutma, genel anlamda bir cismin içindekisuyu gidermek ya da azaltmak için yapılanişlem olarak tanımlanabilir. Bu çalışmakapsamında kurutma ise, ağacın içerdiği neministenilen değere kadar kontrollü bir şekilde, ısılişlemlerle indirgenmesi olarak tanımlanmıştır.Ağaç canlı bir orman ürünüdür. Bu ifade genelbir ifade olup, endüstriyel bir ürün olmasınedeniyle bundan sonra metin içerisinde"ağaçmalzeme" olarak kullanılmıştır.

Ağaç malzeme higroskopik yapıya sahiptir. Buözelliğinden dolayı çevresiyle higroskopik bir

denge oluşturur. Katı halde bulunan ağaçmalzemenin içerdiği nem, ağacın bünyesinde suhücre boşluklarında ve hücre çeperleri içersindebulunur. Bu nemin tamamı " özgül nem" olarakadlandırılır.

Yaşayan ve kesiminden hemen sonra ağaçtabulunan nem miktarına "Taze hal nemi" denir.Bu değer ağacın cinsine, yapısına, kesiminyapıldığı coğrafık bölgeye ve mevsimlere göre%40'larla %200'ler arasında değişikliklergösterebilirdi)

Ağaç malzemede, serbest suyun hiçbulunmadığı, fakat bağıl suyun en fazla olduğunem oranına "Lif doygunluğu nemi" denir. Lifdoygunluğu nemi, ağaç türleri için değişik oluportalama %25-35 arasındadır. Kurutmaişleminde bu değerin bilinmesi önemlidir.(2)

Kurutma işlemi, malzemenin etrafındakihavanın kısmi su buharı basıncı ile doğrudanilişkilidir. Kurutma havanın kısmi su buharıbasıncı, aynı sıcaklıktaki doymuş (nemli)havanın kısmi su buharı basıncına göre nekadar az ise; havanın kurutma özelliği ya dabaşka bir ifade ile içerisine nem alma kabiliyetio kadar elverişlidir.

Ağaç malzemenin kurutulmasında, kurutmahavasının bağıl nemi oldukça önemlidir. Bağılnem değerini, "kurutma havasının nem kabuletme yeteneği" olarak da tanımlamakmümkündür.

Teknik olarak tanımı ise; Belirli şartlardakikurutma havasının kısmi su buharı basıncınınPkh, aynı sıcaklıktaki doymuş havanın kısmi subuharı basıncına (Pdk) oranı şeklinde tanımlanırve OF) ile gösterilir. ¥=Pkh/Pdk şeklindehesaplanır.Kurutma işleminde en önemli iki faktör,kurutma havasının sıcaklık ve bağıl nem değeridir.

Havanın ısıtılması ve doygun hale gelmiş sıcakhavadan nemin kontrollü olarak alınması



kurutma sisteminin temelini oluşturmaktadır.Kurutma işleminde havanın sıcaklığı ve bağılnemi yanında kurutulacak materyal üzerindehava hareketi de oldukça önemlidir çünküHava, sıcaklık ve nem taşıyıcıdır. Buözelliğinden dolayı hava hareketinin azaltılmasıveya artırılması ağaç malzemenin kurumasüresini etkiler. Kurutma hava hızının yüksekolması, ağaç malzeme üzerinde buharlaşmahızını da artırır. Bu hızlı kuruma ağaç malzemede kuruma kusurlarına (çatlama, burkulma vb.)neden olabilir. Hızın düşük olması ise kurumasüresini uzatır. Hava hızının artırılması sistemesokulan enerji tüketiminin de artmasıanlamındadır. Yapılan çalışmalarda kurutmasüresinin sağlayıcı ekonomik fayda ile, sistemesokulan ek enerji tüketimi karşılaştırılarak yapılananalizlerde en uygun hava hızı değerlerinin 2-4m/sn olduğu belirlenmiştir (1).

1.2. Kurutmanın Önemi

Ağaç malzeme doğal ve endüstriyel birüründür. Günlük yaşamda alternatifleri olanmetal, metal alaşımları ve plastiklerinyaygın olarak kullanılmasına rağmen, ağaçmalzeme önem ve değerini hiçbir zamankaybetmemiştir. Ağaç malzemenin doğal veestetik görünümü, hafifliği, kolayişlenilebilmesi ısıl ve elektrikselyalıtkanlığı, üstünlükleri olarak sayılabilir.Ağaç malzemenin organik bir maddeolmasından dolayı, dış etkilere karşı(mantar, böcek, yanma vb.) dayanıksızlığıda dezavantaj larındandır. Ancak ağaçendüstrisindeki son teknolojiler özel yüzeyişlemelerinin gelişmesi, yeni tutkal vekoruyucu kimyasallarla bu dezavantajlarınıbüyük oranda ortadan kaldırmıştır.

Kurutma, ağaç malzemenin tekniközelliklerinin iyileştirilmesi yönündengerekli görülmektedir. Ağaç malzemeninkurutulması ile;- Boyuttaki değişiklikler en aza

indirgenir.- Dayanıklılık özelliği kazandırılır.

Renk değişim ve çürümesi önlenir.

Kullanım özellikleri (işleme,tutkallama, yapışma) artar.Koruyucu maddelerle boyanmasındadaha etkili sonuç verir.Ürün ağırlığı (nakliye giderleri) azalır.

Ülkemiz güneş enerjisi bakımından zenginsayılabilecek bir kapasiteye sahiptir. Buyenilenebilir enerji kaynağından mümkünolduğunca faydalanmak gereklidir. Kurutmaalanında güneş enerjisinden yararlanmak diğeralanlara nazaran daha uygulanabilir niteliktedir.Orman ürünlerinin kurutulması yanında,tarımsal ürünlerin de mevsimlik olarakkurutulması güneş enerjili sistemlerlemümkündür. Tarım ürünlerinin özellikle yazaylarında yetişmesi ve kurutma sürecinin güneşradyasyonunun maksimum olduğu dönemleredenk gelmesi bu enerji kaynağını kurutmaproseslerinde rahatlıkla kullanılabileceğinigöstermektedir.

1.3. Kurutma Yöntemleri

Günümüzde ağaç malzemenin kurutulmasındakullanılan kurutma yöntemleri Şekil 1.3.1'degörülmektedir.

Kurutma yöntemlerinin hemen hemen hepsi ısıve kütle transferi esasına dayanmaktadır.Kurutulacak malzemenin içindeki suyunbuharlaştırılması için gerekli ısının malzemeyeiletilmesi (ısı transferi), buhar haline gelensuyun hava akımı ile mahalden uzaklaştırılması(kütle transferi) ile gerçekleşmektedir.

Endüstriyel kurutmanın da temel amacı,kurutma prosesi için gerekli olan ısı enerjisininen ekonomik şekilde temin edilmesidir.Günümüzde ağaç malzemenin kurutulmasındaen yaygın metot, elektrik ve fosil kökenliyakıtlardan ısı enerjisi elde edilerek yapılankurutma yöntemleridir.

1.4. Güneş Enerjisi İle Kurutma

Güneş enerjisi ile kurutmada genel olarak seratipi ve kollektörlü güneşli kurutucularkullanılmaktadır.

Sera tipi kurutucularda güneş enerjisinitoplayan yüzeyler kurutma fırınının da birparçası olduğundan, tasarımlarında fırınboyutlarına uyma zorunluluğu vardır.



AĞAÇ MALZEMENİN KURUTMA YÖNTEMLERİ

Doğal Kurulma Teknik Kurutma

I IÖzel İstifli Hızlandırılmış

* Blok İstifli »Sandık istifli

'Makaslamaistifli 'Üçgenistifli

'Travers istifli 'Kule istifli

* Parket istifli

Geleneksel Yöntemler

* Baca istifleme ile

•Salıncak ile

* Santrüfüj ile

* Vantilatörler ile

'Düşük sıcaklıkta krt.

•Klasik kurutma

'Yüksek sıcaklıkta krt.

•Yüksek hava hızlı kıt

Özel Yöntemler

' Kondenzasyonla krt. • Vakumlu kurutma

'Yüksek frekans ile krt * Solvent Kurutma

* Yağ içinde kaynatma * Kimyasal kurutma

Şekil 1.3.1. Ağaç malzemenin kurutma yöntemleri (3)

Konstüriksiyonları basit, verimleri düşük vekurutma süreleri uzundur. Kurutma işleminitamamlayan sıcak ve nemli hava yerine,dışarıdan soğuk ve daha düşük bağıl nemli havaalındığından, ısıl verimleri düşüktür. Sera tipikurutucuların montajları basit, kuruluşmaliyetleri ucuzdur.

Kollektörlü güneşli kurutucularda fırın ve ısıenerjisi üreten kollektör sistemin ayrı birerparçasıdır. Kollektörlerde üretilen ısı enerjisisu, hava, yağ vb. akışkanlarla fırın içerisinetaşınır. Bu kurutucularda kollektör tasarımı fırıngeometrisine bağlı olmadığından, tasarım,montaj ve kollektör yüzeylerininbelirlenmesinde serbestlik vardır.

Güneş enerjisi, güneşlenme süresi boyuncaetkilidir. Bu nedenle, güneşli sistemler gecelerive güneş radyasyonun bulunmadığızamanlarda ek enerjiye ihtiyaç duyarlar.Kurutma işleminin kurutma süresi boyunca(gece ve gündüz) kesintisiz olacağıdüşünülürse; kollektörlü kurutma fırınlarında ekenerji ihtiyacı, ısı depolama ve ısı geri kazanmasistemleri uygulanarak karşılanabilir.

Güneş enerjisinin yüksek verimleuygulanabileceği kurutma yöntemikondenzasyonlu kurutmadır. Bu yöntem, düşükkurutma sıcaklıklarında da kullanıma uygundur.Kondenzasyonlu kurutmada temel prensipnemli kurutma havasının, dış hava ile ahş-verişiolmadan kapalı bir dolanıma sevk edilmesidir.Su buharının yoğuşturulması ısı pompasıprensibi ile çalışan kondenzasyon cihazı ile

gerçekleştirilmektedir.Kondenzasyonla kurutmadayalnız ısı pompası kullanıldığında fırın sıcaklığı 40"C'ın üzerine çıkamamaktadır. (4)

Kondenzasyonlu kurutma fırınlarında havanındışarı atılması yerine, hava içerisindeki nemyoğuşturularak sıvı halde dışarı alınır. Sıcaklıkkapalı bir sistem içerisinde kaybolmadığındangeleneksel fırınlara göre enerji daha verimlikullanılır (5)

Ağaç malzemenin kurutulmasında lifdoygunluğu nemin altında gerçekleştirilenkurutma işlemlerinde malzemenin fırıniçerisinde belirli bir süre sıcaklık ve nemdeğerinde bekletilmesi gereklidir. Bu işleme"Denkleştirme Peryodu" adı verilir. Bu süreçtekurutma kamarasında nem verme işlemigerçekleşir. Kondenzasyonlu kurutmada buişlem gerçekleştirilemez. (6)

2.GÜNEŞ ENERJİLİ NEM KONTROLLÜKERESTE KURUTMA SİSTEMİ

Tasarlanan sistem Şekil 2.1.'de görülmektedir.Sistem güneş kollektörleri, enerji depolamatankı, kurutma kamarası, nem kontrol ünitesi,sirkülasyon pompası, fan ve ısı pompasıdevresinden oluşmaktadır.

Sistemin kurutma metodu enerji ihtiyacınıgüneş enerjisi ve ısı pompasından alan, nemalınmasını ve nem verilmesini, kurutmahavasının çiy noktası altında veya üstünde birsıcaklıkta su pülverizasyonundan geçirerekgerçekleştiren bir metottur.



H - H

PP - PU-VtPIZt POHFViSJt ,.C -M — f * h

(İV - DC ML [ EkC VA. r IS..V ^ XELD4HT "u*Lr

E - «M rampa.

Şekil 2.1.Güneş enerjili nem kontrollü kereste kurutma sistem şeması

Bu metotla kurutma havasının ısıtılmasıgündüzleri güneş enerjisi ve ısı pompası devresiile, geceleri ısı pompası ve gündüzdendepolanan enerji ile gerçekleştirilecektir.Uygun kurutma periyotlarınıgerçekleştirebilmek için, gerekli ise; sisteme ekenerji ilavesi yapılabilecektir.

Nem kontrol ünitesi ısı pompası iledesteklenmiştir. Isı pompası; su soğutmalıevaporatör, kompresör, hava soğutmalıkondenser ve genleşme valfinden oluşmaktadır.Isı pompası yardımıyla depodaki su, kurutmahavasının çiy noktasının altındaki sıcaklıkbasamaklarına kadar soğutulacaktır.Kondenserde elde edilen ısı, nem kontrolünitesi çıkışında kurutma havasına gerikazandırılacaktır. Su sıcaklığının kurutmahavasının çiy noktası sıcaklığının üzerineçıkmaması için, soğuk su deposu ile nemkontrol ünitesi arasına selonoid valf ile vedenge borusu yerleştirilmiştir.

Kurutma periyodunun başlangıcında (ısıtmaperiyodu) güneş kollektöründe elde edilensıcak su, bir hava ısıtıcısından geçirilerekkurutma havasına verilecek ve fırın içerisindekiürünün kısa sürede denge sıcaklığına gelmesisağlanacaktır.

Kurutma periyodunda güneş enerjisi, ısıpompası ve nem kontrol ünitesi sürekli devredeolacaktır. Kurutma süresi boyunca kontrollüolarak kurutma havası içerisindeki nem , nemkontrol ünitesinde kurutma havasının çiynoktası sıcaklığının altındaki bir sıcaklıkta supülverizasyonundan geçirilerek nem çekilmesigerçekleştirilecektir. Aynı yöntemle su sıcaklığıçiy noktası üzerine çıkarılarak kurutma havasıyüksek sıcaklıkta %100 bağıl nem şartınagetirilerek, istenildiğinde fırın içerisinebuharlama işlemi gerçekleştirilebilecektir.Sistemde ısı pompası nem kontrol ünitesindekisuyu istenilen sıcaklık derecelerine kadarsoğutarak ısısını, nem kontrol ünitesi çıkışındakurutma havasına verecektir. Nem kontrolünitesi ters akınılı hava yıkayıcısı gibiçalışacaktır. Ünite içerisinde pülverize suyunönüne metal talaşlarından ve organik içerikli(buğday saplarından) meydana gelen kasetyerleştirilerek soğutucu bir yüzeyoluşturulacaktır. Elde edilen bu yüzeydekurutma havası neminin alınması daha etkili birşekilde gerçekleştirilecektir. Kurutma havasınınçiy noktasının altındaki sıcaklıklarda işlemetabi tutulduğunda kurutma havasının nemdeğişim işlemi Şekil 2.2' de görülmektedir.



kuru ternonetre sicakligi

Şekil 2.2. Kurutma işleminin psikrometrik diyagramda gösterilişi.

Şekil 2.1 (devre şemasında) ve Şekil 2.2 'de(psikrometrik diyagramda) kurutma havasınınşartı, kurutma fırınına girişinde (S), fırınçıkışında (1) noktası ile gösterilmiştir. Bunoktanın sıcaklığı genelde özel tip güneşkollektörleri kullanılmadığı müddetçe güneşfırınlarında işletme sıcaklığı en fazla 55 °Calınabilir.(7)

Kondenzasyonlu kurutma fırınlarında busıcaklık ortalama 35-40°C olarak alınabilir.Püskürtülecek suyun çiy noktası altındakisıcaklığı , psikrometrik diyagramda doymaeğrisi üzerinde bir noktadır. Bu noktadiyagramda (G) noktası ile gösterilir.

Nem alma işleminde havanın antalpisiazalırken, suyun antalpisi artacaktır. Havanınantalpisindeki azalma hem duyulur ısıdakiazalmadan hem de gizli ısıdaki azalmadanoluşmaktadır. İşlemde havadan nemin sürekliçekilebilmesi için; hiçbir zaman su sıcaklığı ,havanını çiy noktası sıcaklığının üzerineçıkmaması gereklidir. Suyun antalpisindekiartışla su nem kontrol ünitesine (G) noktasındagirip, (C) noktasında çıkacaktır. Nem kontrolünitesinde pülverize edilen suyun sıcaklığı vedebisi kontrol altında tutularak suyun çıkışsıcaklığı daima havanın çiy noktası sıcaklığıaltında tutulmalıdır. Şekil 2.2' de (2) noktasıhavanın nem kontrol ünitesinden çıkış şartıdır.Kurutma havası, nem kontrol ünitesi çıkışında

ısı pompası kondenserinde ısınarak (U) noktasışartına, daha sonra güneşli hava ısıtıcısındangeçerek de (S) noktası şartında kurutmakamarasına girer.

Psikrometrik diyagramda kg hava başına işlem yapılırsa;

Havadan alınan nem miktarı (Wx):

Wx = Xs . Xx gr. (1)

Nem kontrol ünitesinde havanın kaybettiğiduyulur ve gizli ısı yükü (Q ı);

Qı = I ı - I 2 kj (2)

Suyun kazandığı ısı yükü (Q s);

Qs = Ic - IG kj (3)

Isı pompasının verdiği ısı yükü (Q,);

QP = Iu - I 2 kj (4)

Güneş enerjisinin sisteme kazandırdığı ısı yükü (QG);

QG = Is - Iu kj (5)

Sistemin fırın duvarlarından, havakanallarından vb. oluşan ısı kayıplarına da Qcdersek sistemin net ısı yükü (QN) ;

QN = ( Q G + Q P ) - Qk kj (6)

Eşitlikleri yardımı ile hesaplanabilir. Sisteme fanmotorlarından ve sirkülasyon pompalarından oluşanısı kazancı yükleri ihmal edilebilir.



SONUÇ

Tasarlanan güneş enerjili nem kontrollü sistem,prensip olarak güneş enerjili kondenzasyonlukurutma sistemine benzemekle birlikte,kondenzasyonlu sistemden tek farkıistenildiğinde buharlama (nemlendirme) deyapılabilecek olmasıdır. Nem kontrollüsistemde kuruma başlangıcında havanın bağılnemi yükseltilerek kuruyacak ürün, hembuharlamaya tabii tutularak, hem de dengesıcaklığına gelme süresi kısalacaktır. Bunabağlı olarak kuruma süresinin kısalabileceğitahmin edilmektedir.

Sistem güneş enerjisi ile çalışacağından eldeedilen enerji ile kuruluş maliyetikıyaslandığında ilk başta karlı bir kurutmayöntemi olarak gözükmeyebilir. Ancak klasikfırınların maliyeti ve işletme giderleri ilekıyaslandığında oldukça avantajlıdır.

Sistemde işletme sıcaklığı düşük olduğundaniyi bir şekilde ısı yalıtımı yapılmalı ve sıcaklıkdüşüşü engellenmelidir.

Kondenzasyonlu fırınlarda önemli olan neminbuhar olarak değil, su olarak ayrılmasıdır. Buyöntemde havanın nemi yoğunlaştırılarak alınırve daha sonra fınndaki hava kurutulur. Klasikkurutma fırınlarında fırın bacasından dışarıyabuhar olarak atılan nem, keresteden alınantoplam nemin %20'sinden daha azdır(8).

Güneş enerjili kondenzasyonlu kurutmafırınlarının avantajı nem alma işlemi ,kapalıçevrim havası kullanma ve ucuz enerji girdisiolurken, dezavantajları ise kurutma süresininuzun, karışık kontrol sistemi ve yüksek kuruluşmaliyeti olarak özetlenebilir. Buna karşılıkklasik kurutma fırınlarının en büyükdezavantajları kurutma havasının tekrarçevrime sokulmaması ve yüksek maliyetli(elektrik, kömür, petrol vb.) enerjilerekaynaklarına bağlı bulunmasıdır. Avantaj lanise; kurutma süresinin kısalığı, iyi bir kurutmakalitesi ve kontrol sistemlerinin basitliğidir.

Güneş enerjisi kaynağının sürekli olmaması,genellikle, bu enerjiye dayalı prosesleri ek birenerji kaynağına bağlı kılmaktadır. Bu durum

oldukça karışık kontrol ve izleme sistemlerinigerektirerek, güneş enerjili sistemleri pahalı biryatırım haline dönüştürmektedir. Güneşenerjisinin bu olumsuz yönünü,yoğunlaştıncılar ve ısı depolama yöntemlerikullanılarak gidermek, teknik açıdan imkandahilindedir.

Sonuç olarak güneş enerjili kondenzasyonlukurutma sistemine nem verme (buharlama)işlemini de katacak olan güneş enerjili nemkontrollü sistemle kereste kurutma kalitesininiyileştirilmesi ve kurutma süresinin kısaltılmasısağlanabilecektir. Ancak endüstriyeluygulamalarda sistemin tüm enerji ihtiyacınıgüneş enerjisi karşılayamayacağından klasiksistemleri destekleyecek şekilde uygulanarakön ısıtma anlayışı içinde ısı ekonomisisağlanabilir.

KAYNAKLAR

1- ÖZ ,E S ., " Güneş enerjisi ile kerestekurutma" . G.Ü. Fen bilimleri enst , Doktoratezi ,S.14-40 , ANKARA ,1988 .2- KANTAY,R., "Kereste kurutma vebuharlama" , Ormancılık eğitim ve kültür vakfıyayın no : 6 ,s.l4 , istanbul, 1993 .3- BURDURLU ,E., "Kereste endüstrisi vekurutma", H.Ü. Mesleki teknoloji y.oANKARA, 1995.4- KANTAY ,R., "Ağaç kurutma fırınlarındaısı tüketiminin azaltılmasına yönelik yenigelişmeler", Isı bilimi ve tekniği 5. ulusalkongre, bildiri kitabı, cilt 1 , İSTANBUL ,1985.5- F. RASMUSSEN,E., "Kıln drying oflumber" .Forestry extension , notes , IOWAstate unıversity f-328/revised , s.2, USA ,1999.6- MİLLS , " Dehumidification drying , A newsolar powered kıln designed" at the australiannational university ,austrahan , 1991 .7- TURNER , T., "Drying methods" universtyof vermont extension , manuscript review bytery turner lecturer, USA , 2000.8- 2000 ENERGY GROUP LTD., " Guidelinesfor operating dehumidifier tımber kilns" ,university of otağa and hortresearch , NEWZEALAND, 2000



KOCAELİ İLİ İÇİN BİR GÜNEŞ ENERJİLİ SU ISITMA SİSTEMİ veBOYUTLANDIRILMASI

İsmail EKMEKÇİ**', Haldun DİZDAR'"1, Salim ÖZÇELEBİ**"'(*) Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Mak. Müh. BL, Sakarya

Tel :+90-264-346 03 53 [email protected]

(**) UME, Kütle Lab. TÜBİTAK, Gebze P.K.21, 41470, KocaeliTel :+90-262-646 63 60 [email protected]

(***) İstanbul Üniversitesi, Avcılar, İstanbulTel :+90-212-593 54 75 [email protected]

ÖZET

Güneş enerjili su ısıtma sistemlerinde yaygınolarak düzlemsel güneş kollektörleri kullanılır.Bu kollektörlerin bünyesindeki yutucu yüzeymalzemesinin siyah mat boyalı veya selektifyüzeyli olması kollektör verimini güneş enerjilisu ısıtma sisteminin verimini etkiler. Güneşenerjili su ısıtma sistemlerininboyutlandınlmasında, kollektör alanının veyagüneş enerjisinden yararlanma oranınınhesaplanması için bazı modeller oluşturulmuştur.Bu modellerden biriside f-chart yöntemidir.

Bu çalışmada selektif yutucu yüzeymalzemesine sahip düzlemsel güneşkollektörünün verimi deneysel olarak belirlendi.Kollektör verim eğrisine bağlı olarak f-chartyöntemiyle Kocaeli ili için güneş enerjili suısıtma sisteminin boyutlandınlması yapıldı.

1. GİRİŞ: Deneysel Çalışma

Şekil l'de görülen deney düzeneğindedüzlemsel yüzeyli güneş kollektörü enleme eşiteğim açısında vidalı sistem üzerine oturtuldu.Kollektör giriş ve kollektör çıkış kanalı ısıkayıplarını minimuma indirmek amacıylatermal izoleli olarak yapıldı.

Kollektör yüzeyi üzerinde ideal dış ortamkoşullarını oluşturmak amacıyla yapay rüzgarjenaratörü maksimum 5 m/s hız oluşturacakşekilde düzenlendi. Simulatör ortamındakollektör yüzeyi üzerine düşen yapay güneşışınımı şiddetini ölçmek için piranometre cihazıkullanıldı. Deney düzeneğinde kollektör girişve çıkış kanalında ısı taşıyıcı akışkanınsıcaklığını ölçmek için uygun empedanslı iki

adet (hata payı en çok ±0.1°C olan) termokuplkullanıldı. Deney adımlan süresince çevresıcaklığı değerinin ilk değerinden en çok ±2°Cfarklı olabileceği göz önünde bulundurulup herbir deney adımında ortam hava sıcaklıkölçümünü yapan termokupllar kullanıldı

Şekil l'de görülen deney düzeneğinde düzlemselyüzeyli güneş kollektörü enleme eşit eğim açısındavidalı sistem üzerine oturtuldu. Kollektör giriş vekollektör çıkış kanalı ısı kayıplarını minimumaindirmek amacıyla termal izoleli olarak yapıldı.

Kollektör yüzeyi üzerinde ideal dış ortamkoşullarını oluşturmak amacıyla yapay rüzgarjenaratörü maksimum 5 m/s hız oluşturacakşekilde düzenlendi. Simulatör ortamındakollektör yüzeyi üzerine düşen yapay güneşışınımı şiddetini ölçmek için piranometre cihazıkullanıldı. Deney düzeneğinde kollektör girişve çıkış kanalında ısı taşıyıcı akışkanınsıcaklığını ölçmek için uygun empedanslı ikiadet (hata payı en çok ±0.1°C olan) termokuplkullanıldı. Deney adımlan süresince çevresıcaklığı değerinin ilk değerinden en çok ±2°Cfarklı olabileceği göz önünde bulundurulup herbir deney adımında ortam hava sıcaklıkölçümünü yapan termokupllar kullanıldı

Başlangıçta akışkanın kollektöre giriş sıcaklığı25°C olmak üzere 25 adet ölçüm değeri alındıve bunlar kaydedildi. Benzer şekilde 35°C,45°C, 55°C, 65°C ve 75°C'lik kollektör girişsuyu sıcaklıklan için aynı prosedür takip edildi.Sırasıyla siyah mat boyalı ve seçici yüzeylikollektörler için gerekli ölçümler alındıktansonra en küçük kareler yöntemine bağlı olarakkollektör anlık verim eğrileri elde edildi.



Tablo. 1 : Siyah Mat Boyalı Kollektör İçin Elde Edilen Değerler

Zaman(dak)

9.30

9.35

9.40

9.45

9.50

9.55

10.00

10.05

10.10

10.15

10.20

10.25

10.30

10.35

10.40

10.45

10.50

10.55

11.00

11.05

11.10

11.15

11.20

11.25

11.30

Debi(kg/s)

0,0305

0,0305

0,0305

0,0305

0,0305

0,0305

0,0305

0,0305

0,0305

0,0305

0,0305

0,0305

0,0305

0,0305

0,0305

0,0305

0,0305

0,0305

0,0305

0,0305

0,0305

0,0305

0,0305

0,0305

0,0305

Ti n (°C)

25,1

25,2

25,1

25,3

25,2

25,3

25,2

25,1

25,0

25,2

25,3

25,4

25,2

25,3

25,2

25,1

25,3

25,2

25,3

25,2

25,0

25,2

25,3

25,4

25,0

•Tom (°C)

32,7

32,6

32,7

32,8

32,6

32,5

32,6

32,4

32,7

32,5

32,6

32,7

32,8

32,7

32,6

32,7

32,5

32,9

32,7

32,6

32,5

32,4

32,5

32,5

32,6

28,4

28,5

28,3

28,4

28,5

28,6

28,5

28,6

28,4

28,5

28,6

28,5

28,7

28,5

28,6

28,4

28,5

28,6

28,7

28,5

28,6

28,7

28,6

28,5

28,5

G(W/m2)

840

845

840

835

830

825

830

835

840

850

845

840

835

840

830

840

835

845

835

830

825

820

830

830

835

V(m/s)

4,0

4,1

3,9

3,8

3,7

3,6

3,7

3,8

3,9

3,8

3,7

3,8

3,9

3,7

3,6

3,7

3,8

3,9

3,8

3,7

3,6

3,7

3,8

3,9

3,7



Çevre sıcaklığı

Rüzgar generatörü

GUneş sdmülatörü

ı/\/\/\/\/\/v\/\/\/\ıHava alma

vanası

Piranometre X

sıcaklığı sensörüOineşkoUektörü

Çıkış suyu

sıcaklığı sensörü

İzole edilmiş boru

Debi ölçer

By-pass vanası

Sıcaklık kontrol

probu

| ] IsıtıcıAkış kontrol

vanası

^1 Pompa Tank

Elektrik

kontrol paneli

Şekil. 1: Düzlemsel Güneş Kollektörünün Verim Testi Deney Düzeneği

Tablo. 2 : Deneyde üzerinde çalışılan siyah mat boyalı kollektörün özellikleri

Kollektörün brüt alanıKollektörün cam alanıKollektörün yutucu alanı :Kollektör cam sayısı :Kollektör örtü malzemesiKollektör cam kalınlığı :Kolektör içindeki tüp veya kanalların sayısıTüp çapı ve kanal boyutlarıKollektör içi tüp veya kanallar arası uzaklıkIsı transfer akışkanının türüKollektör yutucu plakasının malzemesiKollektör yutucu plakasının yüzey özelliğiKollektör yutucu plakasının imalat şekliKollektör yutucu plakasının boş ağırlığıKollektörün ısı izolasyon kalınlığıKollektörün kasa malzemesiKollektörün sızdırmazlık malzemesi

1.84 m2

1.71 m2

1.64 m2

1Temperli Cam4 mm912.7 & 0.5 mm100 mmSuBakırSiyah Mat BoyaLehim Kaynağı7.5 kg30 mm

AlüminyumEPDM Kauçuk



Tablo.3 : Siyah mat boyalı koUektör için hesaplanan 1% , r | g , değerlerinin değişimleri

TU

0,84730

0,84730

0,84425

0,85031

0,75387

0,75315

0,75128

0,75746

0,67586

0,67213

0,67142

0,67427

0,61452

0,61194

0,61628

0,61711

0,52983

0,52677

0,52664

0,52925

0,45503

0,45767

0,45259

0,46026

*lg

0,75724

0,75724

0,75452

0,75994

0,67375

0,67310

0,67143

0,67695

0,60402

0,60069

0,60005

0,60260

0,54921

0,54690

0,55078

0,55152

0,47352

0,47078

0,47245

0,47299

0,40666

0,40903

0,40448

0,41134

Çg

-0,00341

-0,00318

-0,00309

-0,00305

0,00816

0,00784

0,00824

0,00834

0,01726

0,01724

0,01691

0,01730

0,02582

0,02681

0,02632

0,02603

0,04351

0,04161

0,04137

0,04096

0,05250

0,05157

0,05100

0,05122

0,00272

0,00295

0,00302

0,00390

0,01362

0,01329

0,01368

0,01382

0,02215

0,02211

0,02177

0,02118

0,03027

0,03125

0,03079

0,03050

0,04534

0,04543

0,04520

0,04479

0,05579

0,05448

0,05427

0,05455



0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

0.2

0.00.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

Şekil. 2 : Kollektör Anlık Verimi ile Isı Taşıyıcı Akışkanın Ortalama Sıcaklığı Arasındaki Lineer Değişim

2. Kocaeli İçin Güneş Enerjili Su IsıtmaSisteminin Boyutlandırilması Örneği

Kocaeli'nde (40°5) sıcak su elde etmekamacıyla tasarlanan güneş enerjili sistemdekullanılan, tek cam örtülü güneş kollektörününverim testi sonucunda elde edilen parametreler

FR.(xa)n=0,73 ve

F R .U L =7,3 W/m20C

= 0,94 'tür.

(1)

(2)

(3)

Kollektör güneye yönelik olarak (40.5°) eğimleyerleştirilmiştir. Günde 400 İt, 50 °C sıcak suelde etmek istenmektedir.

Ocak ayı için; şebeke suyu sıcaklığı 10,3°C,kollektör yüzeyine gelen aylık ortalama

güneş radyasyonu 7,41 MJ/ m2 gün , ön ısıtmatankının depolama kapasitesi İm2 başına 75lt'dir.Diğer tankın depolama kapasitesi 25 İt olup ısıkayıp katsayısı 0,62 W/m2 °C'tır.Silindir biçimindeki tankın çapı 0,5 m2,yüksekliği l,16m'dir.

8 m2 kollektör alanı kullanılması durumundabu sistemden elde edilecek yararlı enerji oranı(f) ' nı hesaplayalım :

Ocak ayında 50 °C sıcak su elde etmek içingerekli enerji miktarı:

Q=naCp.(5T-7̂ )n=400.4190.(50-5,7).31=2,30 GJ (4)

Kullanım tankı alanı:

A = n.D.H = 3,14 . 0,5 . 1,16 = 2,21 m2(5)

Kullanım tankından olan kayıp enerji miktarı:



öA:=t/.A(rvv-ra)=0,62.2,21(50-10,3)=54,4W (6)

Bir aydaki toplam ısı kaybı:

Qj- = QK3 L243600=54,4.31.24.3600=0,14GJ (7)

Toplam ısı yükü:

QTop =QX+QT = 2,30 + 0,14 = 2,44 GJ (8)

Boyutsuz değişkenler

Xc

X = X . — - =X

8.7,3.(100 - 5,7)31.24.3600

2,44.109

11,6 + 1,18(50) + 3,86.(10,3) + 2,32.(5,7)

(100-5,7)

Y = 0,73.0,94.7,41.10 .31.-2,44.10

= 0,51 (10)

Su veya hacim ısıtılması için gerekli enerjiningüneş enerjisinden karşılanma oranı:

/ = 1,029.7 - 0,065.X - 0,245K"

+ 0,0018X2+0,0215.r3 =

/ = 1,029.0,51-0,065.7,91-0,245.0,51'

+ 0,0018.7,912+0,0215.0,513 =

(11)

(12)

Bu hesaplamalar bütün aylar için yapıldığında,bu sistemin Kocaeli koşullarında toplam enerjiihtiyacının %34'ünün güneş enerjisindenkarşılanabileceği bulunur.

X = 7,91 (9)

Tablo 4. Kocaeli'de güneş enerjili su ısıtma sisteminin aylara göre güneş enerjisinden faydalanma oranlan

AY

OCAK

ŞUBAT

MART

NİSAN

MAYIS

HAZİRAN

TEMMUZ

AĞUSTOS

EYLÜL

EKİM

KASIM

ARALIK

L(GJ)

2,06

1,92

2,07

1,85

1,70

1,44

1,33

1,24

1,26

1,50

1,63

1,91

F

0,10

0,13

0,21

0,34

0,49

0,61

0,67

0,68

0,56

0,35

0,22

0,10

L*f

1,86

2,56

4,49

6,33

8,45

8,87

8,96

8,47

7,12

5,37

3,72

2,03

HT*N

2,29

2,33

3,05

3,54

4,35

4,61

4,82

4,71

3,99

3,27

2,68

2,28

Makİna Mühendisleri Odası 40


Tablo.4 ' deki semboller şunları belirtmektedir :

HT: Kollektör yüzeyine gelen aylık ortalama güneş radyasyonu (MJ/m2-gün)

L : Aylık ısı yükü (GJ)

f : Aylık ısınma yükünün güneş enerjisi tarafından karşılanma oranı

N : Bir aydaki gün sayısı

Bu veriler sonucunda:

Sıcak su ihtiyacının karşılanması için

gerekli enerji ihtiyacı 1,99 GJ

Enerji ihtiyacının güneş enerjisinden

karşılanan kısmı 6,82 GJ

Yıllık güneş radyasyonu 4,19 GJ

olarak bulunur.

3. SONUÇ:

m.Cp.AT m.C p . (T o u t -T i n )

A.G A.Gformülünden de anlaşılacağı gibi Tout (°C) ifadesininyüksek olması verim değerini arttıracağındandeneyler sonucunda düzlemsel yüzeyli güneşkollektörlerinde verimi arttıran en önemliparametrenin kollektör bünyesindeki yutucu yüzeykaplaması olduğu gözlemlendi.Kocaeli ili için yapılan güneş enerjili su ısıtmasisteminin projelendirilmesi sonucunda yılın dörtayı boyunca enerji ihtiyacının tamamına yakınkısmının güneş kollektörlerinden karşılanabileceğigörülmüştür. Diğer aylarda ise güneş enerjisipotansiyeline bağlı olarak değişen oranlarda buihtiyacın karşılanabileceği ortaya çıkmıştır.

KAYNAKLAR

1. ÖZTÜRK, A., KILIÇ.A., 1980 Güneş Enerjisi,İstanbul

2. TIRIS, M.,and KADIRGAN F., 1997 TheRecent Advances in Solar Energy Technology,Gebze-Kocaeli

3. TIRIS, M., ve TIRIS.,Ç 1997 Güneş EnerjiliSu Isıtma Sistemleri, Gebze-Kocaeli

4. DUFFIE, J.A., and BECKMAN, W.A. 1974Solar Energy Thermal Processes, New York

Güneş enerjili su ısıtma sistemininekonomik olması açısından hiçbir zamanenerji ihtiyacının %100'ünü karşılamasıamacıyla projelendirilmesiyapılmamalıdır. Projelendirilmede güneşenerjili su ısıtma sisteminin yardımcıenerji kaynakları ile desteklenmesigerekir.

5. TIRIS, Ç., ve ATAGÜNDÜZ, G., 1996Experimental Studies on Solar Stills Integratedwith Flat-Plate Collectors, Trabzon (TIEESS 1)

6. KRUSİ, P and SCHMİD, R., 1981 A UnıqueSolar Simulator for Collector Testing, SolarProgress, Sidney

7. GILLETT, W.B. and KENNA, J.P., 1981Recent Developments in Solar Simulators forCollector Testing, Proc. Solar World Forum,Brighton



GÜNEŞ ENERJİSİ TESİSATI KOLLEKTOR VE BORUBAĞLANTILARINDA YAPILAN HATALARIN ISIL VERİME

ETKİSİNİN DENEYSEL İNCELENMESİ

Necdet ALTUNTOP, Yusuf TEKİN, Mustafa İLBAŞ

Erciyes Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mak. Müh. Blm. KAYSERİ[email protected] [email protected] [email protected]

ÖZET

Uygulamada, güneş enerjili sıcak su ısıtmasistemlerinde kullanılan, kollektör, de-polamatankı, soğuk-sıcak su boru hattı gibi,elemanların bağlantılarını, basınç kayıpları vekollektör ısıl verimi dikkate alınarak, bağlantıkurallarına göre yapılması gerekmektedir.Bağlantılar hatalı yapıldığında bu sistemlerdeistenen miktarda sıcak su üretilememektedir.

Tesisat bağlantı hataları; güneş kollektörü,sıcak su deposu ile bağlantı borularında, gidiş-dönüş boru boyunun farklılığı, tesisatta kulla-nılan boru çaplarının gerekenden küçük seçil-mesi, vana, çek valf, dirsek gibi elemanlarıngereksiz kullanımı yüksek basınç kayıplarınasebep olmaktadır. Yüksek sıcaklıkta su eldesiiçin kollektörlerin seri bağlanması, sıcak su bo-ru tesisatında oluşan havanın kolayca tahliyesiiçin, borulara akış yönünde yukanya doğrueğim verilmemesi gibi hatalar sayılabilir.

Bu çalışmada, belirtilen hatalara sebep olanyanlış bağlantılardan kaynaklanan verimdüşüşleri deneysel verilere dayanılarakgrafikler halinde verilecek ve tesisatların doğrubağlanması Tichelman olarak anılan bağlantıüzerinde durularak örneklerle irdelenecektir.

ABSTRACT

in application, the connection of flat plate solarcollectors with the storage tank and cold andhot water pipe lines should be made inaccording to the connection rules. Theconnection of the systems an effect on thecollector thermal efficiency and pressure loses.Because of the some connection faults,demanded amount of hot water can not beproduced.

The system connection faults are differentsizes of pipes in solar collector, hot waterstorage tank and other pieces. There faultscourse high pressure losses. Otherconnection faults are the serial connectionof solar collectors for producing hightemperature hot vvater, for the pumping ofunwanted air in the hot vvater system notsloping the pipes in up flow direction, ete.

in this study, experimental investigation of theabove faults are made. Wrong conneetions, andefficiency losses are also presented in graphics.The right connection of the system are alsopresented in this paper.

1. GİRİŞ;

Uygulamada pompalı-doğal dolaşımlı, atmos-fere açık veya kapalı, bireysel yada toplu sis-tem, dolaylı ısıtıcılı veya direkt ısıtıcılı gibiçeşitli ayrımlara tabii tutulan güneş enerjilisıcak su hazırlama sistemlerinde kullanılandüzlemsel güneş kollektörlerinin, sıcak su ısılenerji depolama tankı, soğuk şebeke suyu vekullanım sıcak su hattı boru tesisatına bağ-lantıları, tesisatın işleyiş şekli, bazı bağlantıkurallarına bağlı olarak yapılması gerekmekte-dir. Uygulamada, bu kuralların bilinmemesiveya bilinmekle birlikte ticari kaygılar sebebiile bu kurallar ihmal edilmektedir. Buolumsuzluklar sonucunda, güneşli sıcak suüretim tesisatlarından beklenen oranda sıcak suüretilememekte ve sonuçta işletme açısındanbelirli bir ekonomik fayda sağlamak amacıylainşa edilen bu sistemler, beklenen ekonomikfaydayı sağlamamaktadır.

Yukarıda belirtilen tesisat bağlantı hataları;- Güneş kollektörü ile sıcak su deposu ve gidiş-dönüş boru boylanmn aynı olmaması, farklıbasmç kayıplarına sebep olması,



- Tesisattaki boru çaplarının özellikle doğaldolaşımlı sistemlerde yerel basınç kayıplarınınen alt düzeyde olabilmesi için, boru çaplarınıngereken büyüklükte olması gerekmektedir,kollektör giriş çıkış boru çaplarının en az 3A"parmak olması,

- Vana, çekvalf, dirsek vb. elemanlardankaynaklanan özel dirençlerin düşük seviyedeolabilmesi için tesisatta bu elemanlarınminimum sayıda kullanılması,

- Özellikle kış aylarında, kollektörlerden eldeedilecek suyun sıcaklığının yüksek olması içinkollektörlerin seri olarak ikili bağlanması, kol-lektör ısıl veriminin düşmesine sebep olduğun-dan özellikle seri bağlantılardan kaçınılması,

- Güneş enerjili sıcak su boru tesisatlanndaoluşan havanın sistemden kolayca tahliyesiiçin, borulara akış yönünde yukanya doğruyeterli eğim verilmesi gerekmektedir.

Bu çalışmada, yukarıda belirtilen uygulamahatalarından dolayı düşük sıcak su üretimi veısıl verim kayıpları, tesisat bağlantı kuralları iledeneysel verilere dayanılarak grafikler ileverilecektir. Bu tesisatların doğru bağlantıuygulamaları özellikle literatürde Tichelmanbağlantısı olarak anılan bağlantı üzerindedurularak değişik alternatifleri ile verilmeyeçalışılacaktır.

2. GÜNEŞ ENERJİSİ TESİSATLARINDAYAPILAN HATALAR

Güneş enerjili sıcak su sistemlerinin, açık-ka-palı devre, doğal veya pompalı dolaşımlı sis-temler için yapılan tesisat hatalarının etkilerifarklılık gösterse de sonuçta az veya çoksistem performansını olumsuz yöndeetkilemektedir.

2.1. TESİSAT BAĞLANTILARINDABORU BOYLARI

Güneş enerjisi sıcak su üretim sistemlerinde,daha az boru kullanmak ve sistem maliyetinidüşürebilmek için kollektörlerden üretilebile-cek sıcak su miktarını olumsuz etkileyecekyanlış uygulamalar yapılmaktadır. Şekil-1 deyanlış boru bağlantısından dolayı, tesisatta kul-

lanılan kollektörlerin bazı bölgelerinde yetersizsu dolaşımından dolayı düşük miktarda sıcaksu üretimi olacaktır. Ana giriş borusundankollektöre su girişinde ileriye doğru uzayanboru boyunun sürtünmeden dolayı daha fazlabasınç kaybı oluşturması sebebiyle, soğuk suçoğunlukla 1. kollektörde ve azalan oranlarda2. ve 3. kollektörlerde dolaşmaktadır. 4. ve 5.kollektörlerde ise çok daha az miktarlarda sudolaşımına sebep olacaktır. Kollktörlerde,durgun veya ölü durumda diye tabir edilecek,düşük debide akışkan dolaşımı kollektöre veri-mini düşürmekte ve sonuçta elde edileceksıcak su miktarı azalacaktır.

Şekil-2 de kollektörlere giriş—çıkış boru boyla-rının ana giriş—çıkış borularına bağlantılardakiboru boyları dikkate alındığında eşit uzunluktaolması tüm kollektörlerde eşit miktarda vehemen hemen eşit sıcaklıklarda su eldeedilmesini sağlamaktadır (Tichelman bağlantı-sı). Şekil-1 de görülen ve açıklanmaya çalışılanyanlış boru bağlantı uygulamalarına doğaldolaşımlı sistemlerde de rastlanmaktadır. Şekil-3 de kollektöre giren soğuk su ve çıkan sıcaksu bağlantılarının doğru yerlerde yapılmamasısebebi ile giriş - çıkış bölgelerine uzak kalankoyu renkli bölgelerde suyun yeterince sirküleetmemesinden dolayı ölü (yararlanılamayan)bölgelerin oluşmasına sebep olunduğundan 1.kollktörde ısıl verim daha yüksek, 3.kollektörde ise ısıl verim 1. ye göre daha düşükolduğu görülmektedir.

Şekil-4, 5, 6 ve 7 de doğal dolaşımlısistemlerde farklı şekillerde giriş çıkışlarda eşitboru uzunluklarını dikkate alan doğru borubağlantılarına örnekler verilmektedir.

Şekil-4, 5, 6 ve 7 da ifade edilen ve doğal(pompasız) dolaşım uygulamaları için verilendoğru ve yanlış uygulama örnekleri pompalısistemler içinde geçerlidir.

Şekil-8 de, doğal dolaşımlı sistemlerde üç adetkollektörün eşit boru uzunluğu dikkate alınarakdoğru bağlanmasına bir örnek verilmektedir.

2.2. YETERSİZ BORU ÇAPLARI

Standart tip olarak anılan 930 x 1930 mmboyutlarındaki kollektörlerde saatte dolaşmasıtavsiye edilen su debisi, pompalı sistemlerde



120, 1210 x 1930 mm boyutlarındaki genişkasa kollektörlerde ise 155 litredir. Belirtilenbu debiler kollektörlere su dağıtan borular ilegeldiğinden, bu suyu taşıyan boru çaplarınınbelirli büyüklüklerde olması gerekmektedir.Güneşli sıcak su üreten tesisatlarda dolaşansuyun hızı ana borularda maksimum 0.75 m/sve uç (son) kısımlardaki borularda ise 0.2 m/scivarında olması tavsiye edilmektedir. Uç

kısımlardan ana borulara doğru hızın uygunoranlarda artması gerekmektedir.

Şekil-9 de kollektör boru bağlantıları, sıcak suhızları ve boru çaplan görülmektedir. Ayrıcabu değerler tablo-1 de verilmektedir. Tablo-1de kollektör sayılarına ve artan su debisinegöre boru çaplarına göre önerilen su hızlarıgörülmektedir.

çıkış

n

gınş [

I ı

YANLIŞ

/j L

4

çıkış • 1 — - ^ - , • -

gırı p , , , , , LJ I / , , , , , , , ? /,,, L, ^ F/ I. '

DOĞRU

Şekil-1 Hatalı kollektör - boru bağlantısı (eşit olmayangidiş - dönüş) boru uzunlığu

Şekil-2 Doğru kollektör - boru bağlantısı (Thickelmanbağlantısı).

• 1

U3

0,02 0.025 0.03

{TI-Ta)/GT

Şekil-3 Kollektörlerin şekil-1 deki gibi bağlanması durumunda 1. ve 3. kollektörlerin ısıl verimlerindeki değişme

Sebefe

'v ^~rrw~^~w~w~w

Kullanıma

Şebeke

O l u B ö l g e l e r

YANLIŞ DOĞRUŞekil-4 Hatalı kollektör giriş - çıkış bağlantısı Şekil-5 Doğru kollektör griş - çıkış bağlantısı



Kullanıma

Şebeke

Şekil-6 doğru kolektör - boru giriş - çıkış bağlantısı

Kullanıma

Şekil-7 Doğru kollektör - boru bağlantısı

Şebeke

Şekil-8 Doğal dolaşımlı uygulamada üç kollektörün doğru bağlanmasına bir örnek

2.3. GEREKSİZ TESİSAT ELEMANLARI ZZ = Ç. (v2/2g).p (2)

Doğal veya pompalı güneş enerjisi sistemle-rinde, vana, çek valf, pislik tutucu, otomatikhava tahliye, dirsek, manşon, nipel, rekor, Tdirsekler, kruva, ınguva gibi tesisat elemanla-rı, sistem elemanlarının bağlanması ve siste-min çalışabilmesi için değişik sayılarda kul-lanılmaktadırlar. Tesisatlarda aşağıdakidenklemde ifade edildiği gibi;

ZHm = ZRL + İZ (1)

temelde iki ayrı şekilde basınç kaybı meydanagelmektedir. Burada; ERL ; düz borulardameydana gelen yerel sürtünme kayıpları, İZ ;vana, dirsek, ayrılma birleşme gibi özel bağ-lantılardan meydana gelen özel basmç ka-yıpları olup aşağıdaki gibi ifade edilmektedir;

Burada; v; su hızı, g; yerçekimi ivmesi, p;suyun yoğunluğu, £; özel tesisat elemanlarındameydana gelen basmç kaybını ifade eden özeldirenç olup, tesisat elemanına göre değeritablo-2 de görülmektedir. Tablo-2 sıcak sulukalorifer tesisatı için hazırlanmış bir tabloolup, güneşli sıcak su tesisatlarında dakullanılabilir. Özel direnç oluşturan, ayrılma -birleşme, dirsek gibi tesisat elemanlarınınkullanımını azaltacak tek parça borularınkullanılması, en az sayıda dönüş yapılması vedirsek kullanımının da minimum sayıdaolmasına dikkat edilmelidir.

2.4.KOLLEKTÖRLERİN SERİ BAĞLANMASI

Özellikle kış aylarında, gün uzunluğunun vebuna bağlı olarak güneşlenme süresinin azal-



ması, ısıtılması istenen şebeke suyu sıcaklığı, güneş kollektörlerinden ısıl enerji kayıplarınındış ortam sıcaklığının düşmesi-ne bağlı olarak, artmasından gibi sebeplerden dolayı güneş

Şekil-9 pompalı, 24 kollektörlü güneşli sıcak su hazırlama sisteminde boru çapları

Tablo-1 Güneş enerjili sıcak su üretim sistemlerinde standart kollektörler için boru çapları, kesitleri ve su hızları

Kollektör sayısı

2

3

45

6

7891011

12

1314151617181920212223

24

Boru çapı3 / 4 "

Kesit: 0.00031416m2

Debi

240

360

480600

720

840960108012001 320

1440

156016801 80019202 0402 1602 2802 4002 5202 6402 760

2 880

Su hızı

0.210.32

0.420.530.64

0.740.850.961.061.171.27

1.381.491.591.701.801.912.022.122.232.332.44

2.55

1"Kesit: 0.0005725 m2

Debi

240

360

480600

720

840960108012001 320

1440

1 56016801 80019202 0402 1602 2802 4002 5202 6402 760

2 880

Su hızı

0.12

0.17

0.220.27

0.35

0.410.470.530.600.66

0.71

0.760.820.870.930.991.051.111.161.221.281.34

1.40

1 VA"

Kesit:

Debi

240

360

480600

720

84096010801 2001320

1440

156016801 80019202 0402 1602 2802 4002 5202 6402 760

2 880

Su hızı

0.080.12

0.170.21

0.25

0.290.330.370.410.46

0.50

0.540.580.620.660.700.750.790.830.870.910.95

1.00

ı vrKesit:

Debi

240360

480600

720

840960108012001 320

1440

156016801 80019202 0402 1602 2802 4002 5202 6402 760

2 880

Suhızı0.05

0.08

0.110.13

0.16

0.190.210.240.270.29

0.32

0.340.370.400.420.450.480.500.530.560.580.61

0.64



Tablo-2 Tesisat bağlantı elemanlarında meydana gelen özel basınç kayıpları

90 dirsekler ,, /y^" '

rd 1 İf.i.. 1 .... <f

90 dirsek I I ,'<<<- { } ' . Lrd<-0.5 '

ayrılma 45"

90 ayrılma

T•15 oirlesme

; 90 Dineşme1

• t, 90 90 ayrılma

' \ '

! 90 90 birleşme

; ; ,• , 7 ,

- * " T — -

a

Boru çapı DN e bağh ; yere

Vanalar. Düz geçişliRedüksıyon geçısıi

Vanalar. Düz

r'

DN

S

v-i'v

v,,-v

,'d ,

0 30 4

0.50 71.0

ojd

kay D

EğikKöşe radyatör vanası

Radyatör vanasıDüzKöseli

CekvalfKlape

1

0 5

10

2

0 3

7,0 :

o,3 ;i2.o ;

o.ı

0 , 3 •- 1

3

Brar

0.2 0.4i : 0.5

0.4

6.5

0.50 70,81.0

0

0.4

4,0

0,4

7,0

0.2

0.8O.S0.3

- 0 , 5

şrnar

o.e• - ,

10 I 20 :15 i 25 ;

: 1,0 : 00.4 ; 0

10,0 ; 7: 3.5 \ 3

4,0 21 i

8.5 i 64,0 25,0 42,0 ; 1

•5,3 !

.0 I,0 ! .,0

I0 '• ,

0 .

0 i '5 !

2

0.35

15

2.0

3ranşman

0,6

1,5 ,

0,6 •,

3.5 i1

Branşman

j

-•-

O.f

0,3 !

1.00.80,5

-ı.O

0.8 ;

1.3 ;

3.0

3240

3,33,2

i.O?,5

3,0>0

1.0,2

0.3

5,06,59.0

15,0

50> 50

0,3: 0,2ı 4.0I 2,0l 1.5I| 4,0

| 3,5' 1,0

3

; 0.3 ;

I

20 ii 1,5 :

0,8 • 1.0 j

0,8 I 0.6 '

0.8 i 1.0 i2.5 2.0 '

0.4 • 0.5

0,8 :0.8 i1,0 • i .01.3 ı 1.5

.0

,5

d

v./v

:a

0

1,5

0.8 : 1,0

1.8 : 1,3

Anaha0

' 1

: 23

; 5

Yerel kayıp

Düz köşeMuslukla

Geçıs parçası ~Deve boynuKazan

Radyatör

Kollektör cıkısKol ektör girişi

4 I

0.3 |

25

1.5 i

2,0

0.5

2,0

1.0

Va.'V

••' 1

1

Anahc"

0,2 • 0

1.3 : 1

1.3

1.0

5

3000

•N

1 (Üretici venienne göre

v,

•i

vn

0

0

0

i!

4

1

5

C.2

32

1.0

Anana

:v

z

IV

-

C

0.5 '[

0 5

0.5 .

Anana

6 0

3 0

5 ' 0

: 0 r-,

; C.8

'. t;

0,8

f •'

8

3

3

0.8

0.5

0 7

101.31,83.0

mınmax

fi

0.1

: 40

1.0

, 0

0

! 0

0

1 ()

o

! 0

0

2.0

0.5

1

: 0.2: 2.0

0,5

: 2,03.0

• 2 .5

0,5

. 1.0 i



kollektörlerinde istenen sıcaklıklarda su eldeedilememektedir. Bu sebepten dolayı, kışaylarında, kullanılabilecek sıcaklıkta su eldeedilebilmesi için düzlemsel güneş kollektörlerişekil-10 deki gibi seri bağlanarak daha sıcak suelde edilmeye çalışılmaktadır. Kollektörlerinart arda seri bağlanmaları sonucunda daha

sıcak su elde edilmekle birlikte, özellikle ikincikollektörün veriminde önemli ölçüde düşmelermeydana gelmektedir. Şekil-11 de a ve bkollektörlerinin ısıl verimlerininkarşılaştırılması verildi. Şekilden de görüldüğüüzere b kollktörünün verimi a kollktörüne görebüyük oranda düşmektedir.

0,7

0,65

0,6

0.55

0,5EOT 0.45

s0.4

0,35

0,3

0.25 a a0.017 0,019 0,021 0,023 0,025 0.027 0,029

(Tİ-TayGT

0,031 0,033

Şekil-10 Düzlemsel güneş kollektörlerinin Şekil-11 Düzlemsel güneş kollektörlerinin seriseri bağlanması bağlanmasında kollktör ısıl veriminin değişimi

2.5. TESİSATTAKİ HAVANINTAHLİYESİ

Güneşli sıcak su üretme sistemlerinde kulla-nılan suyun sıcaklığı gündüzleri yükselmekteve geceleri düşmektedir. Gece ve gündüzarasındaki sıcaklık farkı 50 - 70 °C arasındaolabilmektedir. Gece ve gündüz, saatlerindekollektör içindeki suyun yüksek sıcaklık farkısebebi ile sıcaklığa bağlı yoğunluk farkındankaynaklanan hacim değişimi ile birlikte, soğukiken bünyesine çok fazla erimiş halde oksijenalan su, tekrar ısındığında, bünyesine soğukiken almış olduğu oksijen sudan ayrılmaktadır.Bu oksijen açık sistemlerde kendiliğinden,kapalı sistemlerde ise otomatik hava tahliyecihazları veya hava tüpleri yardımı ile dışarıyaatılmaya çalışılmaktadır.

Güneşli sıcak su hazırlama sistemlerinde,sistemin kendinden kaynaklanan oksijenin(havanın) sistemden kendiliğinden tahliyesiiçin boru bağlantılarına yukarıya doğru eğimliyapılması veya eğimli yapılamaması durumun-da, havanın tahliyesi için otomatik hava tahliyecihazlarının konulması gerekmektedir. Şekil-12 da güneş enerjisi tesisatında oluşan havanın

kendiliğinden tahliyesi için boru ve kollek-törlere verilen eğim ve şekil-13 de ise yeterlieğimin verilmemesi durumunda, havanınsistemden uzaklaştırılabilmesi için, sistemeilave edilen, otomatik hava tahliye cihazlarınıntesisattaki yerleşim konumları görülmektedir.

3. İRDELEME

Güneşli sıcak su hazırlama tesisatlarındauygulamada karşılaşılan beş önemli hata buçalışmada incelenmeye çalışıldı. Bu hatalardanşekil -1 de görülen hatalı veya farklı uzunluk-taki boru boyu uygulamasının kollektörlerinısıl veriminde sebep olduğu düşme şekil-3 degörülmektedir. Her kollektörü ana boruyabağlamada en kısa boru boyuna sahip olankollktörlerde daha yüksek debide suyundolaşımı ve daha uzun olan diğerlerinde ise 1.kollektöre göre gittikçe azalan su debileridolaşmaktadır.

Su debilerindeki azalma beraberinde ısılverimin düşmesine sebep olmaktadır. Şekil-3de 1. ve 3. kollektörlerin ısıl verimlerigörülmektedir. Isıl verimdeki azalma 4. ve 5.kollektörlerde 2. ve 3. kollektöre göre çok daha



fazla olmaktadır. Bu sebepten dolayı kolek-törlerin yan yana bağlanması (birbirlerindengeçişli olarak) 3 adetten fazlası belirtilen verimdüşüşlerinden dolayı tavsiye edilmemektedir.Şekil-4, 5, 6, 7, ve 8 de özellikle doğaldolaşımlı ve az kollktörlü sistemlerde hatalı vedoğru bağlantı örnekleri görülmektedir. Şekil-4deki uygulamada, kollktöre boruların giriş-çıkışında suyun dolaştığı yol, kollktörün herbölgesinde aynı olmadığından su, koyu renk iletaranan bölgelerde sirkülasyonu zayıf (hareket-siz) kalacağından hatalı bağlantı olarak belir-tilmekte ve ısıl verimi de düşük olmaktadır.

Şeki-5, 6, 7 ve 8 de özellikle Tichelmanbağlantısı olarak anılan ve her kollektöre boru

bağlantılarında eşit boru boyu ve basınç kaybıolmasını sağlayan farklı bağlantılar verildi.

Kollektörler şekil-2 deki gibi verildiğinde ısılverimlerinde dikate değer bir değişmeolmamaktadır.

Kollektörlere giriş- çıkış boru bağlantısınınhatalı yapıldığı şekil-3 teki durum uygulamadabazen yanılgılara sebep olabilmektedir. Buyanılgı, güneş ışınımına uzun süre maruz kalanve suyun hareketsiz olduğu kollektörün yüzeysıcaklığı ile içindeki suyun ve giriş çıkış borubağlantılarının beklenenden çok yükseksıcaklıklara ulaşması durumudur. Fakatbununla birlikte depodaki su sıcaklığı iseistenilen sıcaklık değerlerine ulaşmamaktadır.

Şekil-12 Tesisatlarda oluşan havanın eğim yardımı ile kendiliğinden tahliyesi

Otom bava1

Şekil-13 Tesisatlarda, havanın otomatik hava tahliye cihazları ile tahliyesi ve tahliye cihazlarının yeri

Güneş enerjisi tesisatlarında minimum sayıda, kullanılması ve özellikle sistemlerde kullanılantesisat elemanı tesisat bağlantı elemanı dirseklerin yüksek basınç kaybı oluşturması,



doğal dolaşımlı sistemlerde, su dolaşım hızınındüşmesine , buna bağlı olarak ta elde edilensıcak su miktarının azalmasına sebepolmaktadır. Fleksibil borular az sayıda dirsekkullanımına imkan sağladığı için olumlu birbağlantı elemanıdır.

Pompalı sistemlerde ise, tesisatta kullanılanbağlantı elemanlarının artması, dolaşımpompasının büyümesine sebep olmaktadır.Pompanın büyümesi, gerekenden fazla elektrikenerjisi sarfiyatı gerektirecektir. Güneşli sıcaksu sistemlerinde kullanılan pompalar, 6-8 ayiçerisinde pompa bedeli kadar elektrik enerjisitüketeceğinden, yüksek elektrik enerjisi bedditasarrufa yönelik bu sistemlerin ilk yatırımmaliyetlerinin uzamasına ve ekonomik biryatırım olmamasına sebep olacaktır.

Şekil-10 daki gibi kollektörlerin seri bağlan-ması, kış aylarında bir ihtiyaç gibi görünse de,seri bağlantıdaki ikinci kollektörün yatırımmaliyetinin birinci kollektör ile aynı olmasınarağmen, şekil-11 de görüldüğü gibi b kollek-törünün düşük ısıl verim ile çalışmaya mecburbırakılmasından dolayı sistemin üreteceği ısılenerji miktarına katkısı, birinci kollektöründendaha az olacağından dolayı ekonomik faydasağlamak üzere tesis edilen güneşli sıcak suhazırlama tesisatlarının pahalılaşmasına ve geriödeme sürelerinin uzamasına sebep olacaktır.

Güneşli sıcak su üretme sistemlerinde oluşanhavanın tahliyesinin kendiliğinden olabilmesiiçin şekil-12 deki gibi bir konstrüksiyonungerçekleştirilmesi gereklidir. Şekil-12 deki gibikollektör sistemine eğim verilememesi duru-munda havanın sistemden uzaklaştırılabilmesiiçin şekil-13 deki gibi otomatik hava tahliyesistemlerinin sisteme şekildeki gibi uygunyerlere monte edilmesi gereklidir.

4. SONUÇLAR

Güneşli sıcak su hazırlama tesisatlarındauygulamada karşılaşılan beş önemli hata buçalışmada incelenmeye çalışıldı.

Bu hatalardan, farklı uzunluktaki boru boyuuygulamasının çok kollektörlü sistemlerde ilk

kollektörden sonra diğer kollektörlerde gittikçeazalan değerlerde su dolaşmasından dolayıkollektörlerin ısıl veriminde düşmeye sebepolduğu ve bu düşmenin kollektör sayılarıarttıkça daha da arttığı belirlendi.

Su debilerindeki azalma beraberinde ısılverimin düşmesine sebep olduğundan dolayı,kollektörlerden birbirine geçiş ile su taşınmasıdurumunda yan yana üç kollektörden fazlakollektör kullanılmamasının uygun olduğugörüldü. Özellikle Tichelman bağlantısı olarakanılan ve her kollektöre boru bağlantılarındaeşit boru boyu ve basınç kaybı olmasınısağlayan bağlantı tarzına uyulmasının kollek-törlerden dolayısı ile sistemden maksimumdeğerde ısıl enerji ve sıcak su elde edilmesiiçin gerekli olduğu bu çalışmada gösterildi.

Kollektörlere giriş çıkış bağlantılarında boruboylarının eşit olamsı durumlarında, kollektör-lere giriş - çıkış bağlantılarının yanlış yerler-den yapılması durumlarında da ısıl verimindüştüğü ve dolaşımdaki suyun kollektör içindehareketsiz (ölü) bölge kalmayacak tarzdaolmasına dikkat edilmesi gerektiği belirlendi.

Özellikle doğal dolaşımlı sistemlerde, sudolaşım hızının ve buna bağlı olarak eldeedilen sıcak su miktarının azalmaması içinminimum sayıda, tesisat elemanı kullanılmasıözellikle dirseklerin oluşturduğu basınçkaybının ortadan kaldırılması için, fleksibilborular kullanılması faydalı olacaktır.

Pompalı sistemlerde ise, tesisatta kullanılanbağlantı elemanlarının artması, dolaşımpompasının büyümesine ve gerekenden fazlaelektrik enerjisi sarfiyatı gerektirecektir.

Kollektörlerin seri bağlanması, kış aylarındabir ihtiyaç gibi görünse de, seri bağlantıdakiikinci kollektörün yatırım maliyetinin birincikollektör ile aynı olmasına rağmen,kollktörünün düşük ısıl verim ile çalışmayamecbur bırakılmasından dolayı sisteminüreteceği ısıl enerji miktarına katkısı, birincikollektöründen daha az olacağından ekonomikbir uygulama değildir.



Güneşli sıcak su üretme sistemlerinde oluşanhavanın tahliyesinin kendiliğinden olabilmesiiçin kollektör grubuna 10° civarında yukarıyadoğru eğim verilmelidir, bu eğimin verileme-mesi durumunda havanın sistemdenuzaklaştınlabilmesi için otomatik hava tahliyesistemlerinin sisteme şekildeki gibi uygunyerlere monte edilmesi gereklidir.

KAYNAKLAR

1- Duffie J.A. Beckman W.A. " SolarEngineering of Thermal Processes", J. Wileyand Sons, N.Y., 19912- Kılıç A. ve Öztürk A. "Güneş Enerjisi",Kipaş, İstanbul, 1983

3. Küçükçalı R.,"Isıtma Tesisatı", Isısanyayınlan no-265, İstanbul, 2000

4- "Kalorifer Tesisatı El Kitabı", MMO- yayınno-84, Ankara, 1995



PLASTİK TÜNEL TİPİ BİR SERANIN ISITILMASINDA KULLANILAN BİRÇAKIL TAŞI DEPOSUNUN GÜNEŞ ENERJİSİ DEPOLAMA VE ENERJİ

BOŞALTIM VERİMLERİNİN BELİRLENMESİ

Ahmet KURKLU'fYC) Sefai BİLGİN•(•*)

(*) Akdeniz Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü, 07070 Antalya0-242-2274560/318 [email protected]

(**) Akdeniz Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tanm Makinaları A.B.D., 07070 Antalya0-242-2275460/323 scfai@ııgric.ukdcni/..edıur

ÖZET

Bu çalışmada, plastik tünel tipi bir seranınısıtılmasında kullanılan bir çakıl taşı deposunungüneş enerjisi depolama ve boşaltımverimlerinin belirlenmesi amaçlanmıştırDenemeler 5x3 m (15 m2) boyutlarında birikontrol amaçlı olmak üzere iki adet seradayürütülmüştür. Enerji depolama ortamı olarak,sera içerisindeki toprakta açılan 3x0,75x1,25 mboyutlarında iki adet kanala yerleştirilen çakıltaşları kullanılmıştır. Kanallar 50 mm kalınlığasahip yalıtım malzemesi ile yalıtılarak çakıltaşlan bu kanallara yerleştirilmiş ve kanallarınüzeri toprak ile kapatılmıştır. Denemesüresince, enerji depolama sistemi içerisindensera iç ortam havasını dolaştırmak üzere 1100m3/h debili bir fan kullanılmıştır. Gün boyuncaçakıl taşı deposunda enerji depolanmış ve geceboyunca, depolanan enerji iç ortama geriverilmiştir. Deneme süresince sera içerisindeherhangi bir ürün yetiştirilmemiş ve serahavalandırma pencereleri, sera iç ortamındaaşırı yoğuşma olmadığı sürece açılmamıştır.

Araştırma sonuçlarına göre, deneme düzenininher iki sera iç ortam sıcaklıkları arasında8 °C'ye kadar bir fark sağladığı belirlenmiştir.Sistemin ortalama enerji depolama verimiyaklaşık % 34, enerji geri kazanım verimi ise% 80'nin üzerinde bulunmuştur.

ABSTRACT

in this study, determination of solar energycollection and energy recovery efficiencies of arock-bed to heat a plastic tunnel typegreenhouse were the aims. The experiment wasconducted in two plastic tunnels each with15 m2 ground area (5x3 m); one of the tunnelsbeing the control. Two canals each with the

dimensions of 3xO.75xl.25 m were excavatedin the ground of the greenhouse and the rocksas the solar energy storage material were filledin the canals. The canals were insulated to 5 cmthickness by glass wool and top surface, thenre-covered by the soil. During the experiment,greenhouse air was pushed through the rock-bed by a centrifugal fan with 1100 mVh air flowrate. Stored energy in the rock-bed during theday was recovered during the night. No cropswere grown in the greenhouses and the ventswere kept closed unless excessive condensationoccurrence inside the greenhouses.

The results showed that, the experimentalsystem provided a temperature difference of upto 8 °C between greenhouse air temperatures.Average solar energy collection efficiency ofthe system was 34 % and the energy recoveryefficiency was higher than 80 %.

GİRİŞ

Dünyadaki fosil enerji kaynaklarının giderekazalması ve fosil yakıt kullanımının çevreyeolan olumsuz etkileri nedeniyle, yenilenebilirenerji kaynaklarından yararlanılması veenerjinin depolanması gerekmektedir. Enerjinindepolanarak kullanıldığı alanlardan birisi deseralardır. Seraların ısıtılmasında diğer enerjileryanında güneş enerjisinden deyararlanılmaktadır. Seralar iç ve dış ortamahava akışı olmayan büyük bir güneş kollektörüolarak kabul edilebilir [1]. Güneş enerjisininsürekli olmaması nedeniyle bulutlu günlerde vegecelerde güneş enerjisinden yararlanmak içingüneş enerjisinin açık günlerde depolanmasıgerekmektedir [1,2]. Güneş enerjisinindepolanması için kullanılan depolamaortamlarından birisi de genellikle toprak altınayerleştirilen çakıl taşlarıdır. Çakıl taşları;



gevşek olarak doldurulmuş bir depo içersinde,genellikle havadan enerji alan veya havayaenerji veren ve enerji depolama kapasiteleriyüksek olan maddelerdir [3]. Isı depolamaortamı olarak kullanılan çakıl taşı depoları, 20-150 mm arasında değişen çaplardaki çakıltaşlarından oluşmaktadır [4,5]. Çakıl taşıdepolama sistemleri ısısal depolama için arzuedilen; yüksek ısısal geçirgenlik, hızlı ısıtransferi, düşük maliyet ve uzun ömür gibiözelliklere sahip olup [6,7], güneş enerjisinindepolanması ve depolanan enerjinin gerikazammında akışkan olarak havakullanılmaktadır [8]. Hava dolaşımı sağlamakamacıyla 5 nrVdak.m2 verdi sağlayan fankullanılabilmekte ve ısı deposu hacmi de serataban alanının her m2>si için 0.3 m3

alınabilmektedir [4].

Bunlara ek olarak, çakıl taşlarının hem ısıdepolama materyali hem de ısı değiştirici yüzeyolarak kullanılması nedeniyle başka herhangibir ısı değiştirici yüzeye gereksinimduyulmamakta ve yatırım masraflarıazalmaktadır. Çakıl taşı deposunda güneşenerjisinin depolanması ile en düşük dış ortamsıcaklığından 4-20 °C daha yüksek iç ortamsıcaklığı sağlanabilmekte [9,10,11] ve yıllık ısıgereksiniminin % 20-70'i karşılanabilmektedir[12,13,14,15]. Ayrıca bu tür güneş enerjisidepolama sistemlerinin enerji depolamaverimleri %8-19 arasında değişmektedir [1,16].

Bu çalışmada; güneş enerjisinin bir çakıl taşıdeposunda depolanması ve çakıl taşı deposunungüneş enerjisi depolama ve boşaltım verimleribelirlenmiştir.

MATERYAL

Denemeler, 15 m2'lik (3*5 m) taban alanlı birikontrol amaçlı olmak üzere plastik tünel tipi ikiadet küçük deney serasında yürütülmüştür.Enerji depolama sistemi olarak 3*1.25*0.75 mboyutlarında sera toprağına açılan ve etrafı50 mm kalınlığındaki cam yünü ile yalıtılan ikiadet kanal içerisine yerleştirilen ve ortalamaçapı 3 cm, yaklaşık toplam ağırlığı 8 ton olançakıl taşlarından yararlanılmıştır (Şekil 1).Taşların üzeri 40 cm toprak ile kapatılmıştır.Ayrıca her bir kanal içerisine, hava türbülansısağlamak üzere 1 m arayla 75*60 cm

boyutlarında ikişer adet sac engelyerleştirilmiştir. Kanalların her iki ucuna, çakıltaşlarını desteklemek üzere hava geçişiniengellemeyen tel örgü yerleştirilmiştir. Çakıltaşı deposuna hava girişi ve çıkışı, ilgilikısımlara yerleştirilen hava kanalları ilesağlanmış ve hava kanalları toprak seviyesinden50 cm aşağıya yerleştirildikten sonra cam yünüile yalıtılmıştır. Depo içerisinde sera iç ortamhavasının akışını sağlamak üzere 1,1 kWgücünde, 1100 m3/h debili ve 140 mmSS basınçdüşmesini karşılayabilecek bir adet santrifüj fankullanılmış ve bu fan hava giriş kanalınınortasına yerleştirilmiştir. Fanın çalışması,minimum ve maksimum çalışma koşullannıbelirleyen iki adet termostat tarafından kontroledilmiştir. Çakıl taşı deposu, sera iç ve dışortam, hava giriş ve çıkış sıcaklıklarının, içortam neminin ve iç ortama gelen güneşışınımının belirlenmesi amacıyla sırasıyla K veT tipi ısıl çiftler, nem duyargaları (SKH 2011)ve güneş enerjisi duyargası kullanılmıştır.Ayrıca hava giriş ve çıkış hızlarının ölçümü içinbir adet anemometre (Delta T Devices)kullanılmıştır. Alınan ölçümlerin kaydedilmesiamacıyla bir adet 30 kanallı veri kayıt cihazı(Delta T Devices) kullanılmıştır.

METOD

Gün boyunca sera iç ortamındaki fazla ısı , içortam havasının fan yardımıyla çakıl taşıdeposu içerisinden geçirilmesi iledepolanmıştır. Geceleyin ise soğuk iç ortamhavası çakıl taşı deposu içerisinden geçirilerek,gündüz süresince depolan fazla ısı, tünelinısıtılması için geri alınmıştır. Enerji depolamave depolanan enerjinin geri alınması süresincehava, aynı yönde verilmiştir.

ÖLÇÜMLER

Fanın kontrolünde kullanılan termostatlarseranın orta noktasına ve toprak yüzeyinden1.5 m yukarıya yerleştirilmiş ve iki farklı setsıcaklığı (15-30 °C ve 20-35°C) kullanılmıştır,

Depo içerisinde sıcaklık ölçümünde kullanılan5 adet K tipi ısıl çift; deponun düşey ve yataydüzlemde orta noktalarına 50 cm araylayerleştirilmiştir. Sera iç ortam sıcaklığının



ölçümünde kullanılan ısıl çiftler, seranın ortanoktasına ve toprak yüzeyinden 1.5 myüksekliğe, dış ortam sıcaklığının ölçümündekullanılan ısıl çift ise iki sera arasına ve toprakyüzeyinden 1.5 m yukarıya yerleştirilmiştir.Hava giriş ve çıkış sıcaklıklarının ölçümündekullanılan ısıl çiftler, hava giriş ve çıkışkanallarının aynı kesiti üzerinde, yatay ve düşeyolarak, ortalama sıcaklığı verecek şekilde,değişik noktalara yerleştirilmiş ve paralel olarakbağlanmıştır. Sera iç ortam nemininbelirlenmesinde kullanılan nem duyargasıseranın ortasına ve toprak yüzeyinden 1.5 myüksekliğe yerleştirilmiştir. İç ortama gelengüneş ışınımının belirlenmesinde kullanılangüneş enerjisi duyargası ise seranın ortanoktasına ve toprak seviyesine yataylığı

sağlanarak yerleştirilmiştir. Hava hızınınbelirlenmesinde, çıkış kanalına yerleştirilen biradet anemometreden yararlanılmış ve bu değer5.6 m/s olarak belirlenmiştir.

Sıcaklık, nem ve güneş ışınımı ölçüm değerleribirer dakika aralıklarla algılanmış ve bir saatara ile algılanan değerlerin ortalaması alınarakkaydedilmiştir. Kaydedilen verilerdeğerlendirilmek üzere veri kayıt cihazındanbilgisayara aktarılmıştır.

Deneme süresince herhangi bir ürünyetiştirilmemiş ve sera havalandırmapencereleri iç ortamda aşırı yoğuşma olmadığısürece açılmamıştır.

Hava toplama kanalı

Toprak

yüzeyi

Hava dağıtım kanalı

Yalıtım

f/rm////f/f/T

Şekil 1. Deneme düzeninin yan görünüşü.



Enerji Depolama ve Boşaltım Verimlerinin

Belirlenmesi

Çakıl taşı deposunda depolanan ve geri alınanenerjinin belirlenmesinde aşağıdakieşitliklerden yararlanılmıştır.

Qd= m*Cp.a*(Tg-Tç)

Qgk= m*Cp,a*( Tç-Tg)

(1)

(2)

Burada;Qg: Sera içerisinde ölçülen güneş ışınımı (kW/m2)At: Sera taban alanı (m2)ti ve t2: Başlama ve bitiş zamanı (h)

Sisteme ait geri kazanım faktörü aşağıdakieşitlik yardımıyla hesaplanmıştır;

Qd*dt (4)

Burada;Qd: Çakıl taşı deposunda depolanan enerji (kW)Qgk: Çakıl taşı deposundan geri kazanılan enerji (kW)m: Kütlesel hava debisi (kg/s)C p a : Havanın özgül ısısı (kJ/kg°C)Tg: Çakıl taşı deposu giriş hava sıcaklığı (°C)T?: Çakıl taşı deposu çıkış hava sıcaklığı (°C)

Sistemin günlük güneş enerjisi depolamaveriminin belirlenmesi amacıyla aşağıdakieşitlikten yararlanılmıştır.

İL IL

I= J Qd*dt/\ Qg*A,*dt (3)

Hesaplamalarda çakıl taşı deposundan çevretoprağa olan ısı kayıpları ihmal edilmiştir

ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA

Şekil 2'de benzer günler için sıcaklık ve güneşışınımı değerleri verilmiştir. Bu dönemdeveriler saat 00:10'da başlamış 23:10'dabitmiştir. Fan, gündüz enerji depolamasüresince yaklaşık 30 °C'de, geceleyin enerjiningeri kazanımı süresince ise yaklaşık 15 °C'deçalışmaya başlamıştır. Sistem enerji depolamasüresince yaklaşık 5 saat, gece enerjinin gerikazanımı süresince ise yaklaşık 10 saatçalışmıştır.

Başlama Tarihi: 17/02/2001 00:10:53Bitiş Tarihi: 19/02/2001 23:10:53

40

— - -Deneme

Dışortam

Kontrol

• Işınım

30

u

3 20

10

64

jŞekil 2. Şubat ayına ait üç günlük sıcaklık ve güneş ışınımı değerleri



Şekilden de görüldüğü gibi iç ortama gelengüneş ışınımı değerleri yaklaşık 610 W/m2'yekadar çıkmıştır. Deneme serası iç ortamsıcaklığı 31 °C'de kalırken, kontrol serası içortam sıcaklığı 38 °C'ye kadar çıkmıştır.Geceleyin ise gün boyu depolanan enerjiningeri kazanılması sonucu, kontrol serası ve dışortam sıcaklığı sırası ile 3 ve 4 °C'ye kadardüşerken, deneme serası iç ortam sıcaklığının11 °C'nin altına düşmediği belirlenmiştir.

Şekilden de görüldüğü gibi gündüz enerjidepolama süresince maksimum sıcaklık çakıltaşı deposunun 0.5 m'sinde, minimum sıcaklıkise çakıl taşı deposunun 2.5 m'sinde, geceleyinise enerjinin geri kazanımı süresince maksimumsıcaklık çakıl taşı deposunun 2.5 m'sindeminimum sıcaklık ise 0.5 m'sinde gerçekleştiğibelirlenmiştir.

Başlama Tarihi: 17/02/2001 00:10:53Bitiş Tarihi: 19/02/2001 23:10:53 -0.5 m • 1.5 m 2.5 m

40

30

3 20O

£ 10

o 16 24 32 40 48 56 64

Zaman, hŞekil 3. Şubat ayına ait üç günlük çakıl taşı deposu sıcaklık değerleri


40

30

Oo

I 20esO

00

10

00

• Havagiriş Havaçıkış

16 24 32 40

Zaman, h

Şekil 4. Çakıl taşı deposu hava giriş-çıkış sıcaklık değerleri

48 56 64



Şekil 3'te enerji depolama ve boşaltımsüresince çakıl taşı deposu sıcaklık değerleriverilmiştir.

Şekil 4'te aynı döneme ait çakıl taşı deposunahava giriş ve çıkış sıcaklık değerleri verilmiştir.

Şekilden de görüldüğü gibi gündüz enerjidepolama süresince çakıl taşı deposu hava girişsıcaklığının hava çıkış sıcaklığından dahayüksek, geceleyin enerjinin geri kazanımısüresince ise daha düşük olduğu belirlenmiştir.

Şekil 5'te üç gün için sera iç ortam nispi nemdeğerleri verilmiştir.


100

90

80

70

£ 6 0

S 50

£ 4030

20

100

"**» \ / '***••« \ / /

%\ r .'\\ y ;\ (» •ı t

• - -

\

\

\\

—

r/// ^

' /t

1

. - \

' "AA•A

\ı

Kontrol

/

J ;';

It

._/\y

• ^ — _ .

0 .*

16 24 32 40

Zaman, h

48 56 64

Şekil 5. Sera iç ortam nispi nem değerleri

Bu dönemde gündüz enerji depolama süresincedeneme serası iç ortam sıcaklığının kontrolserası iç ortam sıcaklığından daha düşük olmasınedeniyle deneme serası iç ortam nispi nemininkontrol serası iç ortam nispi neminden % 25daha yüksek, geceleyin enerjinin geri kazanımısüresince ise hemen hemen aynı olduğubelirlenmiştir. Bunun nedeninin ise geceleyinenerjinin geri kazanımı süresince deneme serasıiç ortam sıcaklının kontrol serası iç ortamsıcaklığından daha yüksek olmasına karşın, örtüyüzey sıcaklığının çiğ noktası sıcaklığının altınadüşmesi nedeniyle örtü iç yüzeyinde bir miktaryoğuşmanın olmasından kaynaklandığınısöylemek mümkündür. Ayrıca, gündüz birmiktar nemin çakıl taşı içerisinde yoğuştuğu,gece ise yoğuşan bu suyun tekrar buharlaştığısöylenebilir. Ancak bazı günlerde denemeserası iç ortam nemi, gündüz kontrol serasındanyüksek, gece ise daha düşük olmuştur.

Şekil 6'da iç ortama gelen şubat ait ayına ait üçgünlük güneş enerjisi integrali, depolanan vegeri kazanılan enerji değerleri verilmiştir.

Şekilden de görüldüğü belirlenen dönemde içortama gelen güneş enerjisi miktarının 12MJ/m2-gün'e kadar çıkmıştır. Bunun yanındaçakıl taşı deposunda depolanan enerjininortalama 3 MJ/m2-gün, geri kazanılan enerjininise ortalama 2 MJ/m2-gün olduğu belirlenmiştir.Burada, iç ortama gelen güneş enerjinin budönemde yeterli olduğu ve depolanan enerjininbüyük bir kısmının geri kazanıldığını söylemekmümkündür.

Şekil 7'de ise çakıl taşı deposunun enerjidepolama ve boşaltım verimleri verilmiştir.



17-19.02.2001

300

İD

w

Depolanan • Gelen Geri kazanılan \

15

12

9

6

3

0

Şekil

1 2

Zaman, gün

6. Şubat ayına ait 3 günlük gelen, depolanan ve geri kazanılan enerji değerleri

17-19.02.2001

•Depolama • Geri kazanım

t-l

>

10080604020

0

1

Zaman, günŞekil 7. Şubat ayma ait üç günlük enerji depolama ve geri kazanım

verimleri

Şekilden de görüldüğü gibi çakıl taşı deposuenerji depolama veriminin belirlenen dönemdeen yüksek % 44, en düşük ise %29 olarakgerçekleştiği belirlenmiştir. Bunun yanındaenerji geri kazanım veriminin çok daha yüksekoranda gerçekleştiği ve % 93'e kadar çıktığıbelirlenmiştir.

Sistemin deneme süresince (13.10.2000-12.03.2001) enerji depolama verimi yaklaşık

%34 olarak bulunmuştur. Bu değer mevcutliteratür verileri ile karşılaştırıldığında (% 8 [1],% 8-19.3 [16]) oldukça yüksek bir değerdir.Bunun nedenlerinin; kütlesel hava hızınınyüksek olması, çakıl taşı deposunun çok iyi birşekilde yalıtılması nedeniyle ısı kayıplarının azolması, depo içerisinde hava türbülansısağlamak amacıyla sac engellerin kullanılması,soğuk kış aylarında gelen güneş ışınımınınyüksek olması ve enerji depolama materyali



olarak kullanılan çakıl taşlarının ısıl-fizikselözelliklerinden kaynaklandığını söylemekmümkündür. Sisteme ait enerji geri kazanımfaktörü ise yaklaşık % 80 olarak belirlenmiştir.Geriye kalan %20'lik değerin bir kısmı ısıkayıpları, bir kısmı ise diğer güne aktarılanenerjileri içermektedir.

SONUÇ

Bu tür ısıtma sistemi sayesinde her iki sera içortam sıcaklıkları arasında 8 °C'lik bir farksağlanabilmiştir. Şekillerden de görüldüğü gibienerji depolama sistemi, yüksek güneş ışınımıve dış ortam sıcaklığında daha etkinçalışmaktadır.Sistemin ortalama enerjidepolama verimi % 34, geri kazanım verimi ise% 80'den daha yüksek bulunmuştur. Bu türenerji depolama sistemlerinin hem seralardahem de konutlarda ısıtma ve serinletmeamacıyla kullanılması mümkündür.

KAYNAKLAR[1]. Bouhdjar, A., Belha'mel, M., Belkhiri, F.E.,

Boulbina, A. Performance of Sensible HeatStorage in A Rockbed Used in A TunnelGreenhouse. World Renewable EnergyCongress. s. 724-728, 1996.

[2]. Walton, L.R., Henson, W.H., Jr., McNeill,S.G Bunn, J.M. Storing Solar Energy in AnUnderground Rock Bed. Transactions ofthe ASAE. s. 1202-1207, 1979.

[3]. Paksoy, H.Ö., Başçetinçelik, A., Öztürk,H.H. Isı Depolama Yöntemleri veYeraltında Isı Depolama Sistemleri. 5.Türk-Alman Enerji Sempozyumu. GüneşEnerjisi ve Diğer Yenilenebilir EnerjiUygulamalarındaki Gelişmeler. Bildiriler s.151-160, 1995.

[4], Santamouris, M., Balaras, C.A., Dascalaki,E., Vallindras, M. Passive SolarAgricultural Greenhouses: A WorldwideClassifıcation and Evaluation ofTechnologies and Systems Used For

Heating Purposes. Solar Energy, 53(5). s.411-426, 1994.

[5]. Bredenbeck, H. Rock Bed Storage inside ofGreenhouses. Açta Horticulturae 148,Energy in Protected Cultivation, III. S. 739-744, 1984.

[6].Chandra, P., Albright, L.D., Wilson, G.E.Pressure Drop of Unidirectional Air FlowThrough rock Beds. Transactions of theASAE. s. 1010-1013, 1981.

[7]. Garzoli, K.V. 1989. Design of Rock Pilesfor Greenhouse Energy Storage. AçtaHorticulturae 257, s. 21-28.

[8], Chandra, P., Willits, D.H. Pressure Dropand Heat Transfer Characteristics of Air-Rockbed Thermal Storage Systems. SolarEnergy, 27 (6). S. 547-553, 1981.

[9]. Arezov, A., Niyazov, S.K. Appl. Sol. Eng.,16, 430, 1980.

[10]. Bouhdjar, A., Boulbina, A. Proc.Congress. Energy and the Environment,2325, A. Sayigh (ed.), Reading, UK, 1990.

[11]. Saidov, S.A., Akhtamov, R.A. Appl. Sol.Eng., 23. s.165, 1987.

[12]. Bredenbeck, H. Greenhouse Heating withSolar Energy. C. Von Zabeltitz (ed.),FAO, 1987.

[13]. Bricault, M., Jeremie, G., Paris, J.,Jackson, H.A. Proc. Conf. Energex 182,Regina. s. 564, 1982.

[14]. Eggers, H., Vickermann, E. Proc. 1 stEEC Conf. On Solar Heating.Amsterdam, s. 467, 1983.

[15]. Fotiades, I. Energy Conversation andRenewable Energies for GreenhouseHeating. FAO, C. Von Zabeltitz (ed.),1987.

[16], Willits, D.H., Peet, M.M. FactorsAffecting the Performance ofRockstorages as Solar EnergyCollection/Storage Systems forGreenhouses. Transactions of the ASAE.30(1). s. 221-232, 1987.


bİldİrİler kİtabi - erimsever.com€¦ · - el salvadorda elektriğin çoğu jeotermal...

Documents