T.C. İNÖNÜ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 T.C. İNÖNÜ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ İKLİMLENDİRME AMAÇLI GÜNEŞ ENERJİSİ DESTEKLİ BİR ABSORPSİYONLU SOĞUTMA SİSTEMİNİN MODELLENMESİ ve ANALİZİ MAHMUT DAŞKIN YÜKSEK LİSANS TEZİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI MALATYA TEMMUZ 2013

2 i

3 ONUR SÖZÜ Yüksek Lisans Tezi olarak sunduğum İklimlendirme Amaçlı Güneş Enerjisi Destekli Bir Absorpsiyonlu Soğutma Sisteminin Modellenmesi ve Analizi başlıklı bu çalışmanın bilimsel ahlak ve geleneklere aykırı düşecek bir yardıma başvurmaksızın tarafımdan yazıldığını ve yararlandığım bütün kaynakların, hem metin içinde hem de kaynakçada yöntemine uygun biçimde gösterilenlerden oluştuğunu belirtir, bunu onurumla doğrularım. Mahmut DAŞKIN ii

4 ÖZET Yüksek Lisans Tezi İKLİMLENDİRME AMAÇLI GÜNEŞ ENERJİSİ DESTEKLİ BİR ABSORPSİYONLU SOĞUTMA SİSTEMİNİN MODELLENMESİ ve ANALİZİ Mahmut DAŞKIN İnönü Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı 97 + xiii sayfa 2013 Danışman: Yrd. Doç. Dr. İ.Gökhan AKSOY Soğutma ve binaların iklimlendirilmesi amaçlı birçok soğutma sistemi mevcuttur. Bu sistemler; çalışması için ihtiyacı olan enerjiye göre üç ana kategoriye ayrılabilir. Bunlar elektrikli, ısıl ve hibrit sistemlerdir. İlk kategoride sistemin çalışması için giriş enerjisi elektrik (yüksek enerji), ikinci sistemde tahrik enerjisi ısıl enerjidir (düşük seviyeli enerji). Üçüncü sistem ise, sistemin etkinliğini yükseltmeye yönelik birden fazla enerji kaynağının kullanıldığı sistemlerdir. Çalışmamızda; güneş enerjisi destekli absorpsiyonlu soğutma sistemi kullanılarak yapılmakta İnönü Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Ek-Bina sının soğutulması ve iklimlendirilmesi amaçlanmıştır. Bunun için HAP (saatlik analiz programı) kullanılarak binanın soğutma yükü hesaplanmıştır. Soğutma yükü ihtiyacını karşılayacak güneş enerjisi destekli Li-Br ve su akışkan çifti ile çalışan absorpsiyonlu soğutma sisteminin simülasyonu yapılarak uygun sistem tasarımı yapılmıştır. Simülasyon hesabında, kollektör yüzey alanı, sıcak su tank hacmi, kollektör optik ve ısıl performans değerleri değişken parametre olarak düşünülerek, güneş enerjisi sıcak su tank sıcaklığının saatlik değişimi hesaplanmış ve yardımcı enerji kullanım miktarı belirlenmiştir. Kollektör eğim açısı, güneşten maksimum miktarda faydalanacak şekilde bulunmuştur. Değişken parametrelere bağlı olarak, aylara göre güneşten faydalanma oranları hesaplanmıştır. ANAHTAR KELİMELER: Güneş Enerjisi, Li-Br / H 2 O Akışkanlı Absorpsiyonlu Soğutma, Carrier HAP Programı iii

5 ABSTRACT Master Thesis MODELING AND ANALYSIS OF A SOLAR ASSISTED ABSORPTION COOLING SYSTEM FOR AIR-CONDITIONING PURPOSES Mahmut DAŞKIN Inönü University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Mechanical Engineering 97 + xiii pages 2013 Supervisor: Assist. Prof. Dr. İ.Gökhan AKSOY There are a lot of cooling systems for the purpose of cooling and airconditioning of buildings. These systems can be classified into three main categories according to required energy. These are electric, thermal and hybrid energy system. In the first category the input energy is the electrical energy (high-energy) for the running of the system, in the second system the driven energy is thermal energy (low level energy). The third system is the system in which more than one energy sources are used to increase the effectiveness of the system. In our study, we purpose to cool and air conditioning the new outbuilding of Engineering Faculty, Inonu University by using a solar hybrid absorption cooling system. Thus, HAP (Hourly Analysis Program) was used to calculate the cooling load of the building. Simulation of the solar assisted absorption refrigeration system working with Li-Br and water fluid pair was performed to require the cooling load and an appropriate system design was done. In simulations, collector surface area, solar hot water tank volume, collector optical and thermal performances are considered as variable parameters, hourly variation of the solar hot water tank temperature was calculated and the amount of required auxiliary heat source was determined. Collector slope angle was calculated to get maximum solar radiation received on the solar collector. In addition, fracture of non-purchased energy (FNP) was calculated for each month according to variable parameters. KEY WORDS: Solar Energy, Li-Br/H 2 O Absorption Cooling, Carrier HAP Software iv

6 TEŞEKKÜR Bu tez çalışmasının hazırlanmasında bana öneri ve destekleriyle yol gösteren, değerli katkılarını esirgemeyen danışman hocam Sayın Yrd. Doç. Dr. İ.Gökhan AKSOY a; Tez çalışmam boyunca desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen annem Hatun DAŞKIN a, babam Ramazan DAŞKIN a; Ayrıca katkılarından dolayı, Arş. Gör. Edip ÇETKİN, Arş. Gör. Ahmet ERDOĞAN, Arş. Gör. Kenan İNCE, Arş.Gör. Cihangir BOZTEPE, Arş. Gör. Hakan ERKEK ve diğer çalışma arkadaşlarıma teşekkürlerimi sunarım. Bu çalışma, İnönü Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi tarafından 2012/03 proje numaralı proje kapsamında desteklenmiştir. v

7 İÇİNDEKİLER ÖZET... iii ABSTRACT... iv TEŞEKKÜR... v İÇİNDEKİLER... vi ŞEKİLLER DİZİNİ... ix ÇİZELGELER DİZİNİ... xi SİMGELER ve KISALTMALAR... xii 1.GİRİŞ Amaç Literatür Taraması KURAMSAL TEMELLER Soğutma Soğutmanın Tarihçesi Temel Soğutma Yöntemlerinin Sınıflandırılması Buhar Sıkıştırmalı Sistemler Kimyasal Isı Pompaları Absorpsiyonlu Soğutma Çevrimi Adsorpsiyonlu Soğutma Çevrimi Termoelektrik Soğutma Vorteks Tüpü Paramanyetik Soğutma Sistemleri Buhar-Jet (Enjektörlü) Soğutma Sistemi Stirling Çevrimi Güneş Enerjisi Türkiye de Güneş Enerjisi Potansiyeli Güneş Açıları Esas Güneş Açıları vi

8 2.4.3 Atmosfer Dışındaki Düzlemlere Gelen Güneş Işınımı: Yeryüzüne Gelen Güneş Işınımı Toplam Ortalama Güneş Işınımının Hesaplanması Açık Bir Günde Güneş Işınımının Hesaplanması Saatlik Toplam Güneş Işınımının Direkt ve Difüz Bileşenleri Günlük Toplam Güneş Işınımının Direkt ve Difüz Bileşenleri Günlük Verilerden Saatlik Güneş Işınımının Hesabı Eğik Yüzeye Gelen Güneş Işınımının Hesaplanması Güneş ten Faydalanma Güneş Kollektörleri Carrier HAP (Hourly Analysis Program) Paket Programı Carrier HAP (Hourly Analysis Program) Paket Programı Sistem Tasarım Özellikleri Enerji Analiz Özellikleri İklim Analiz Özellikleri Yük Hesaplama Özellikleri MATERYAL VE YÖNTEM Materyal H 2 O-LiBr Sisteminin Kararlı Akış Analizi Sıcak Su Tankı Enerji Dengesi Güneş Enerjisi Sıcak Su Tank Hacminin Hesaplanması Örnek Bina: İnönü Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Ek Binası SONUÇLAR ve ÖNERİLER Malatya İli Aylık Ortalama Saatlik Dış Ortam Sıcaklıkları Malatya İli İçin Dış Ortam Sıcaklığının Aylara Göre Değişimi Aylık Ortalama Saatlik Soğutma Yükleri Soğutma Yükünün Zamana Bağlı Olarak Değişimi Yatay Düzlem İçin Aylık Ortalama Günlük Güneş Işınımı Kollektör Eğim Açısına Göre Eğik Düzleme Gelen Toplam Işınım Miktarı Eğik Kollektör Yüzeyine Gelen Aylık Ortalama Günlük Güneş Işınımı Kollektör Yüzeyine Gelen Aylık Ortalama Günlük Işınım Hesaplama Tabloları Su-LtBr Absorpsiyonlu Soğutma Sistemi Tasarım Sonuçları vii

9 4.9 Absorpsiyonlu Soğutma Sistemi Jeneratör Isı Yükü Aylara Göre Güneş Enerjisinden Faydalanma ve Yardımcı Isı Kaynağı Kullanımı Öneriler KAYNAKLAR EKLER ÖZGEÇMİŞ viii

10 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 2.1. Tipik tek kademeli buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi... 8 Şekil 2.2. Absorpsiyonlu soğutma sisteminin şematik gösterimi Şekil 2.3. Adsorpsiyonlu soğutma sisteminin şematik gösterimi Şekil 2.4. Termoelektrik soğutmanın şematik gösterilişi Şekil 2.5. Paramanyetik soğutma Şekil 2.6. Buhar-Jet soğutma Sistemi Şekil 2.7. Yüzey azimut açısı ve diğer güneş açıları Şekil 2.8. s açılarının gösterimi Şekil 2.9. Atmosfer Dışındaki düzleme gelen güneş ışınımı Şekil Yeryüzüne gelen güneş ışınımı Şekil Yeryüzüne gelen güneş ışınımı Şekil 3.1. H 2 O-LiBr sisteminin akış şeması Şekil 3.2. Yoğuşturucu Şekil 3.3. Genleşme valfi Şekil 3.4. Evaporatör Şekil 3.5. Absorber Şekil 3.6. Çözelti pompası Şekil 3.7. Çözelti ısı değiştiricisi Şekil 3.8. Jeneratör Şekil 3.9. Çözelti Genleşme Valfi Şekil Absorpsiyonlu Soğutma Sistemine ait basınç-sıcaklık tablosu Şekil Güneş Enerjisi, sıcak su tankı ve jeneratör bağlantı şeması Şekil Tam karışımlı sıcak su depolama tankı enerji dengesi Şekil Sıcak su depolama tankı Şekil Mühendislik Fakültesi Ek Binasının uydu görünümü Şekil İnönü Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Ek Binası nın genel görünüşü Şekil İnönü Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Ek Binası nın genel görünüşü Şekil 3.18.İnönü Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Ek Binası Zemin Kat Mimarisi Şekil İnönü Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Ek Binası 1. Kat Mimarisi Şekil 4.1. Dış ortam sıcaklığının aylara göre değişimi Şekil 4.2. Soğutma yükünün zamana bağlı değişimi Şekil 4.3. Yatay düzlem için aylık ortalama günlük toplam güneş ışınımı Şekil 4.4. Kollektör eğim açısı Şekil 4.5. Eğik kollektör yüzeyine gelen aylık ortalama günlük güneş ışınımı Şekil 4.6.Günlük toplam soğurucu, jeneratör ve yoğuşturucu ısı yükleri Şekil 4.7. Saatlik jeneratör ısı ihtiyacının aylara göre değişimi ix

11 Şekil 4.6. Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı Şekil 4.7. Aylara göre güneşten faydalanma oranları Şekil 4.8. Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı Şekil 4.9. Aylara göre güneşten faydalanma oranları Şekil 4.11.Aylara göre güneşten faydalanma oranları Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları Şekil Farklı kollektör alanları ve farklı tank hacimleri için yardımcı ısı kaynağı kullanım ve güneşten yararlanma oranları x

12 ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 2.1. Türkiye nin toplam güneş enerjisi potansiyelinin aylara göre dağılımı Çizelge 2.2. Türkiye nin yıllık güneş enerjisi potansiyelinin bölgelere göre dağılımı dağılımı [30] Çizelge yılı Malatya İli ne ait aylık ortalama saatlik dış ortam sıcaklıkları Çizelge 4.2. İnönü Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Ek Binası Aylık Ortalama Saatlik Soğutma Yükü Çizelge 4.3. Mayıs Ayı için Kollektör Yüzeyine Gelen Aylık Ortalama Günlük Işınım Hesap Tablosu Çizelge 4.4. Haziran Ayı için Kollektör Yüzeyine Gelen Aylık Ortalama Günlük Işınım Hesap Tablosu Çizelge 4.5. Temmuz Ayı için Kollektör Yüzeyine Gelen Aylık Ortalama Günlük. Işınım Hesap Tablosu Çizelge 4.6. Ağustos Ayı için Kollektör Yüzeyine Gelen Aylık Ortalama Günlük Çizelge 4.7. Işınım Hesap Tablosu Eylül Ayı için Kollektör Yüzeyine Gelen Aylık Ortalama Günlük Işınım Hesap Tablosu Çizelge 4.8 LiBr Soğutma sistemi tasarım parametreleri Çizelge 4.9 Termodinamik analiz sonuçları, soğutma yükü Q e =26.44 kw Çizelge 4.8. Mayıs ayı soğutma sistemi tasarım sonuçları Çizelge 4.9. Haziran ayı soğutma sistemi tasarım sonuçları Çizelge Temmuz ayı soğutma sistemi tasarım sonuçları Çizelge Ağustos ayı soğutma sistemi tasarım sonuçları Çizelge Eylül ayı soğutma sistemi tasarım sonuçları Çizelge Aylara göre günlük ortalama saatlik jeneratör ısı yükü Çizelge Kollektör tiplerine göre kollektör parametreleri xi

13 SİMGELER ve KISALTMALAR A c c F R FNP G dt c Top Kollektörün alanı Kollektörün çevresi Kollektör ısı kazanç faktörü Güneşten yararlanma oranı Eğik düzleme gelen ( açık bir günde ) difüz ışınımı G, Eğik düzleme birim zamanda gelen toplam güneş ışınımı H Yatay birim düzleme gelen aylık ortalama günlük güneş ışınımı H Atmosfer dışındaki yatay birim düzleme bir gün boyunca gelen güneş ışınımı 0 H Atmosfer dışında yatay birim düzleme gelen aylık ortalama güneş ışınımı 0 HAP Hourly Analysis Program hc, p cl Emici plaka ile 1. Saydam örtü arasındaki ışı taşınım katsayısı h Kollektörün kenar yüksekliği L Yan yalıtım kalınlığı n Aylık ortalama güneşlenme süresi t Güneş Zamanı U Kollektör alt ısı kayıp katsayısı U b e U L z s s g Kollektör yan ısı kayıp katsayısı Kollektörün toplam ısı kayıp katsayısı Optik verim Emici açısı Deklinasyon Açısı Saat açısı. Enlem açısı Zenit açısı Güneş Yükseklik Açısı Güneş Azimut Açısı Yüzey Azimut Açısı Toplam güneş ışınımı için çevrenin difüz yansıtıcılığı xii

14 Alt İndisler A Absorber c Soğuk ç Çıkan E Evaporatör G Jeneratör g Giren h Sıcak ıd Isı değiştirici i Giriş K Kondenser o Çıkış op Çalışma T Toplam 0 Çevre şartları Y Yoğuşturucu xiii

15 1.GİRİŞ Ülkemiz enerji ihtiyacının yaklaşık yüzde yetmişini dış ülkelerden karşılamaktadır. Bu sorun bizi ucuz, tükenmeyen ve çevreye zararı olmayan doğal enerji kaynaklarına yöneltmektedir. Ülkemizin güneş kemeri adı da verilen güneş alanı içerisinde yer alması kuşkusuz akıllara güneş enerjisini getirmektedir. Güneş enerjisi yenilenebilen enerji kaynakları içerisinde, dünyamıza ve diğer gezegenlere çok büyük bir enerji sağladığı için, en fazla üzerinde çalışılan enerji kaynağıdır. Fosil yakıt rezervlerindeki azalmalar nedeniyle alternatif enerji kaynağı olan güneş enerjisinden faydalanmak daha da önem kazanmıştır [1]. Çeşitli ısıtma uygulamalarında kullanılan güneş enerjisi, son yıllarda enerji maliyetlerinin artmasıyla, soğutma uygulamalarında da kullanılmaktadır. Yaz aylarında artan soğutma ihtiyacı ve buna paralel olarak güneş ışınlarından olan faydalanma oranının yüksek olması güneş enerjisi ile soğutma tekniklerini öne çıkarmaktadır. Güneş enerjisi ile soğutmada amaçlanan, soğutma için harcanan enerji miktarını ve buna bağlı olarak oluşabilecek yükleri ve CO 2 salınımını azaltmaktır. 1.1 Amaç Alışılagelmiş klima sistemlerinin, özellikle yaz ayları süresince enerji kullanım sarfiyatı bilinmektedir. Gerek ülkemizin enerji üretimi ve gerek enerjinin pahalılığı göz önünde bulundurulduğunda absorpsiyonlu soğutma ve diğer yenilenebilir enerji kaynaklı soğutma yöntemleri akla gelmektedir. Yapılan bu tez çalışmasında Malatya İnönü Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Ek-Bina sı göz önünde bulundurulmuştur. Malatya ili iklim şartlarında hesaplamalar Carrier HAP programı kullanılarak bu örnek binaya ait yıllık soğutma yükü hesaplanmıştır. Daha sonra hesaplanan soğutma yüküne göre absorpsiyonlu soğutma sistemi tasarlanmış ve bu soğutma yükünün belirli bir kısmını karşılayacak şekilde modellenmiştir. Tezde amaçlanan çalışmalar aşağıda belirtilmiştir: - Örnek binanın ısıl yükünün hesaplanması. - Absorpsiyonlu soğutma sisteminin temel prensiplerinin açıklanması, her bir elemanının termodinamik analizi. - Sistemin modellenmesi. 1

16 1.2 Literatür Taraması Z. Sayadi vd. [2], Tunus Şehri iklim verilerinde orta sınıfta bir ev için, güneş destekli bir absorpsiyonlu soğutma sisteminin kullanılabilirliği ve ekonomik verimlerini amaçlayan bir analiz sunmuştur. Tek etkili su-lityum bromür soğutma çiftli, 10 kw kapasiteli bir absorpsiyonlu soğutma sistemi düşünmüştür. TRNSYS ve EES programları kullanılarak çeşitli simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Hesaplamalar toplamda 30m 2 alana sahip vakum borulu güneş kollektörleri ve 1m 3 lük depolama tankıyla birlikte, 95 0 C lik işletme sıcaklığında çalışmak şartıyla, sistemin ihtiyacı olan toplam enerjinin % 87 sini karşılayabildiği gösterilmiştir. Bu sistemin toplam yıllık gideri yaklaşık 1608 $ civarında hesaplanmıştır. E.Fuad Kent vd. [3], güneş enerjisi destekli ısıtma ve absorpsiyonlu soğutma uygulamasıyla Antalya ilindeki elli yataklı bir otelin yaz ve kış şartlarında iklimlendirilmesi ve sıcak su ihtiyacının karşılanması incelemiştir. Öncelikle Antalya ili için güneş ışınımı ve meteorolojik veriler ile otelin ısıtma, soğutma ve sıcak su ısıl yük değerleri hesaplanarak sunulmuştur. Isıtma çevrimi için sıvı dolaşımlı aktif güneş enerjili ısıtma sistemi, soğutma için ise Lityum bromür-su akışkan çifti kullanan soğutma sistemi kullanılmıştır. Bu sayede güneş enerjisinden ısıtma ve soğutmada yararlanılarak yakıt maliyeti açısından tasarruf sağlamıştır. Bu sistemlere ek olarak otelin sıcak su ihtiyacını karşılayan güneş enerjili su ısıtma sistemi de bu sistemlerin yanında yer almaktadır. Sistemin bütünü bir solar combined system, diğer bir değişle ısıtma ve soğutmanın birlikte yapıldığı güneş enerjili bütünleşik bir sistem olmaktadır. Toplam toplayıcı alanı, toplayıcı alanına göre yıllık faydalanma oranın değişimi verilmiştir. Ayrıca güneş enerjisi tesisatının toplam maliyeti ve geri ödeme süresi hesaplamıştır. G.A Florides vd. [4], lityum bromür-su esaslı tek etkili bir absorpsiyonlu soğutma sisteminin karakteristiğinin ve performansının değerlendirilmesi ile ilgili bir metot sunmuştur. Gerekli ısı ve kütle transfer eşitlikleri ve sistemdeki akışkanların özelliklerini tanımlayan diğer eşitlikleri değerlendirmiştir. Bu eşitlikleri bir bilgisayar programında çalıştırmıştır ve hassas bir analiz yapılmıştır. Absorbere giriş ve çıkışta LiBr ün yüzde oran farkı, jeneratör sıcaklığına bağlı olarak birimin performans katsayısı, çözelti ısı değiştiricisi alanına bağlı olarak birimin verimi ve çözelti direnci etkinliği absorberden çözelti çıkış sıcaklığına bağlı olarak incelenmiştir. LiBr-Su absorpsiyonlu sisteminin ısı değiştiricilerinin tasarımı ile ilgili bilgiler verilmiştir. 2

17 Absorber ve evaporatör için tek geçişli dikey borulu ısı değiştiricileri kullanılmıştır. Çözelti ısı değiştiricisi tek geçişli dairesel ısı değiştiricisi olarak tasarlanmıştır. Kondenser ve jeneratör yatay borulu ısı değiştiricileri olarak tasarlanmıştır. Hesaplanmış olan teorik değerler, kapasitesi 1 kw olan küçük bir sistem için elde edilen deneysel değerler ile karşılaştırılmıştır. Son olarak normal boyutlardaki bir absorpsiyonlu soğutucunun maliyet analizi yapılmıştır. H.M. Sabir vd. [5], klasik bir absorpsiyonlu sistem ile lityum bromür-su resorpsiyon sisteminin teorik olarak karşılaştırılması yapılmıştır. Resorpsiyon çevriminin absorpsiyon çevriminden çok daha verimli olduğu gözlenmiştir. Resorpsiyon çevriminin düşük sıcaklıklı sıcaklıklarında göreli iyileştirilmesinin çok daha önemli olduğu saptanmıştır. Bu çevrimin düşük uygulamalarda, yüksek sıcaklıklı iklimlendirme sistemlerinden daha ilgi çeken bir sistem olduğu gözlenmiştir. Bununla birlikte, resorpsiyon çevriminin uygulama koşullarında daha kararlı olduğu bulunmuştur. Teorik modeli tanımlanmış ve sonuçlar sunulmuştur. H.Vidal vd. [6], ana amacı güneş enerjisi ve buna yardımcı olarak doğal gaz ile desteklenen bir absorpsiyonlu sistemin saatlik olarak simülasyonuna olanak sağlayan bir bilgisayar modeli geliştirmiştir. Bu model işin, uygulanan ülkenin merkez bölgesinde bulunan bir binanın ısıl yükü belirlenmiş, absorpsiyonlu soğutma sisteminin bilgisayar modelinin uygulaması ve son olarak absorpsiyonlu soğutma sisteminin optimum boyutlandırılmasına imkan sağlayacak şekilde bileşenlerin parametrik optimizasyonu bu 3 alanının özelliklerini göz önünde bulundurarak dinamik simülasyon programı TRNSYS yardımıyla geliştirilmiştir. Güneş enerjisi destekli soğutma sisteminin optimizasyon prosesinin sonucu, 110 m 2 lik alana, 33 0 lik eğime sahip düzlemsel güneş kollektörü ve 7 m 3 kapasiteli depolama tankı ile yıllık % 70 oranla güneşten yararlanma sağlamışlardır. Sistemden alınabilecek yararlı enerjiden maksimum elde ve tüketilen enerjiyi minimuma indirmek suretiyle Santiago da bulunun ve 149 m 2 lik bir evin soğutma ihtiyacı karşılanabilmektedir. Jason Krichhoff vd. [7], bir ticari binanın ısıtma ve soğutma ihtiyaçlarını karşılamak için öncelikli olarak güneş enerjisinin kullanımı teknolojisini değerlendirmiştir. Sistem çalışmalarında sıcak su üretimi için vakum borulu güneş kollektörleri kullanılmıştır. Soğutma ihtiyacı olduğu zamanlarda bu sıcak su güneş enerjili absorpsiyonlu sistemde soğutma için soğuk su elde etmek amaçlı kullanılır. Isıtma ihtiyacı olduğu zamanlarda direk olarak ortamı ısıtmada kullanılır. Sistemler iki borulu valfler, pompalar ve kontrol sistemi ile yönetilen bir ağ ile birleştirilmiştir. 3

18 Bu yapı Los Angeles şehrinin geniş bir geri besleme sensör ağına sahip çevresel merkezindedir. Elde edilen veriler sistem performansının çizilmesi ve yaklaşık olarak gelecekteki sistemlerin dizaynına rehberlik etmek için çeşitli yollarda değerlendirilmiştir. K.F. Fong vd. [8], yaptıkları çalışmada iki ofis tipi için önerilen hibrit soğutma sistemlerinin iki yıllık performansları değerlendirilmiştir. Performans birimleri güneşten faydalanma oranını da içermektedir. Bu karşılaştırmalı çalışmada soğutulmuş paneller, pasif soğutulmuş kirişler ve aktif soğutulmuş kirişler olarak adlandırılan üç farkı soğutulmuş tavan çalışması ile hibrit soğutma sistemine uyarlanmışlardır. Güneş destekli iklimlendirme sistemi ayrıca bir ofis kullanımı için geleneksel buhar sıkıştırmalı soğutma sistemi ile karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Önerilen güneş enerjili iklimlendirme sistemi yüksek sıcaklıklı soğutma sistemleri arasında teknik olarak uygulanabilirliği en fazla olan sistem olduğu görülmüştür. Önerilen üç farklı soğutma tavanları arasından ise pasif soğutulmuş kiriş, subtropikal iklimler için mahal soğutmasında, enerji verimliliği açısından güneş enerjili absorpsiyonlu sistem ile en uygun çalışabilen seçenek olduğunu öne sürmüşlerdir. M.A Mehrabian vd. [9], yaptıkları çalışmada LiBr-H 2 O akışkanlı tek etkili absorpsiyonlu soğutma sisteminin dizayn ve termodinamik analizi için bir bilgisayar programı geliştirmişlerdir. Ayrıştırıcıya giren ve çıkan sıcak suyun, soğutma suyunun absorbere giriş ve kondenserden çıkıştaki, soğutulmuş suyun evaporatöre giriş ve çıkıştaki koşulları, kondenser, buharlaştırıcı, ayrıştırıcı ve absorberdeki sıcaklık yaklaşımları, ısı değiştiricisinin verimliliği, çiller soğutucunun gücü ve ortam sıcaklıkları giriş verileri olarak kullanılmıştır. Programa bu değerler girildiği zaman her durum noktasının termodinamik özellikleri, çevrimdeki bütün ısı değiştiricilerinin dizayn bilgileri ve tam sistem verimi verilmektedir. Bilgisayar programından elde edilen sonuçlar, çevrim performansındaki dizayn parametrelerinin etkilerinin çalışılmasında kullanılmıştır. Programdan elde edilen sonuçlar kullanılarak yeni bir soğutma sistemi boyutlandırılabilir veya mevcut bir sistem değerlendirilmiştir. Ayrıca optimizasyon amaçlı da kullanılabilir. Mevcut program hakkındaki öngörüler diğer simülasyon programları ile karşılaştırılır ve nitelik olarak uzlaşma sağlanmıştır. M. Zeki Yılmazoğlu [10], yaptığı bu çalışmada tek etkili, LiBr-H 2 O iş akışkanlı ve güneş enerjisi destekli absorpsiyonlu soğutma sisteminin termodinamik analizi yapılmıştır. Bu çalışmada, güneş enerjisi destekli bir absorpsiyonlu soğutma 4

19 sisteminin termodinamik analizi gerçekleştirilmiştir. Tasarım verilerine göre COP ve ekserjitik COP sırasıyla 0.71 ve 0.17 olarak bulunmuştur. Isı transferi alanları buharlaştırıcı, absorber, jeneratör ve yoğuşturucu için sırasıyla 19.8 m 2, 10.3 m 2 ve 3.7 m 2 olarak bulunmuştur. Moncef Balghouthi vd. [11], Tunus ta yaz boyunca klima sistemlerinin aşırı kullanımı sonucunda elektrik kullanımı büyük ölçüde arttığını gözlemlemişlerdir. Bu çalışmada, Tunus koşullarında bir absorpsiyonlu soğutma sisteminin uygulanabilirliğini değerlendiren bir proje sunulmuştur. Absorpsiyonlu soğutma sisteminin kurulumunda gerekli olan elemanların seçimi ve boyutlandırılması için TRNYSS isimli simülasyon programı kullanılmıştır. Namir F.Salman vd. [12], düşük kapasiteli (iki ton) bir Lityum bromür- su absorpsiyonlu soğutma sisteminin performans analizini yürütmüştür. Sistem analizi absorbent olarak lityum bromür, soğutucu olarak suyun seçilmesiyle termodinamiğin birinci kanunu esas alınarak yapılmıştır. Çeşitli parametrelerin değişik işletme durumları altında performans katsayısına etkisi rapor edilmiştir. Jeneratör sıcaklığının C olduğu ve düzlemsel güneş kollektörleri tercih edildiği zaman performans katsayısı 0.8 olarak gözlenmiştir. Çiller iki tonluk bir soğutma için yaklaşık olarak kwh/yr lık bir enerji depolama kapasiteli ve bu da makine başına yıllık 4.54 kg NO x, 2.2 kg CO 2 ve 7.4 kg SO x gazının salınımını engellemiş olduğu görülmüştür. Özay Akdemir vd. [13], yaptığı bu çalışmada absorpsiyonlu soğutma sistemlerinin genel kavramları, kullanılan akışkan çiftleri, mekanik soğutma sistemleriyle kıyaslamaları yapmıştır. Absorpsiyonlu sistemlerde soğutma etki katsayılarını geliştirme uygulamaları: Yoğuşturma ısısı geri kazanımı, absorpsiyonlu (soğurma) ısısı geri kazanımı, yoğuşturma-absorpsiyon ısısı geri kazanımı olarak ele alınmıştır. Ayrıca absorpsiyonlu sistemlerde kullanılan çok etkili ve çok kademeli çevrim uygulamaları incelenmiştir. Sistem verimini arttırmak için yapılabilecek iyileştirmeler ve tasarım, imalat aşamasında önemli olan parametreler incelenmiştir. P.J.Martinez vd. [14], yaptığı çalışmanın amaçları 105 kw kapasiteli çift etkili amonyak-su esaslı bir absorpsiyonlu soğutucunun performans verilerini elde edip analizini yapmak, bu soğutucuyla çalıştırılan sistemin TRNSYS programı ile simülasyonunu yapmak ve elde edilen veriler ile simülasyon sonuçlarını karşılaştırmaktır. Steady-state (kararlı durum) modeli kullanımı ile mevcut soğutma sistemi yerine absorpsiyonlu soğutma sistemi olması halinde % 30 luk bir tasarruf 5

20 sağlanabileceği öngörülmüştür. Farklılık, mevcut model olarak düşünülenden dolayı değil absorpsiyonlu soğutucunun değişken performansından kaynaklandığı saptanmıştır. R.Palacios vd. [15], yaptıkları bu çalışmada tek ve çift etkili LiBr/H 2 O absorpsiyonlu soğutma sisteminin termoekonomik analizini gerçekleştirmişlerdir. Ana ürünün ekserjitik maliyet analizi ve soğutma maliyeti ısı kaynağının ekserjisinin fonksiyonu olarak hesaplanmıştır. Tek etkili sistemde birincisi direk ateşlemeli sistem olarak düşünülmüş, diğeri ise sıcak su destekli düşünülmüş, çift etkili sistem için ise kojenerasyon sisteminin bir parçası olarak buhar destekli sistem olmak üzere iki durum analiz edilmiştir. Beklendiği gibi ana ürünün ekserjetik maliyet analizi direk ateşlemeli sistemden daha fazla olmuştur. 6

21 2.KURAMSAL TEMELLER 2.1 Soğutma Soğutma, düşük sıcaklıktaki bir ortamdan yüksek sıcaklıktaki bir ortama ısının aktarılmasıdır. Soğutma işlemini gerçekleştiren cihazlara soğutma makineleri, çalıştıkları çevrimlere de soğutma çevrimleri adı verilir. En yaygın olarak kullanılan soğutma çevrimi, buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimidir [16]. 2.2 Soğutmanın Tarihçesi En basit ve eski soğutma şekli, soğuk yörelerde tabiatın meydana getirdiği buzlar muhafaza edilip bunları sıcak veya ısısı alınmak istenen yerlere konarak soğutma sağlanmasıdır. Kışın meydana gelen kar ve buzu muhafaza ederek sıcak mevsimlerde bunu soğutma maksatları için kullanma usulünün M.Ö 1000 yıllardan beri uygulanmakta olduğu bilinmektedir. Bu uygulamanın bugün dahi yurdumuzun bazı yörelerinde geçerli bir soğutma şekli olduğu görülmektedir. Diğer yandan, eski Mısırlılardan beri geceleri açık gökyüzü görecek tarzda yerleştirilen seramik testilerde suyun soğutulabileceği bilinmektedir. Bu soğutma şekli, gökyüzünün gece karanlıktaki sıcaklığının mutlak sıfır (-273 K) seviyesinde olmasından ışıma ( radyasyon) ile ısının gökyüzüne iletilmesinden yararlanılarak sağlanmaktadır [17]. Buz ile elde edilen soğutma şeklinin gerek zaman ve gerekse yer bakımından çoğu zaman pratik ve ucuz bir soğutma şekli sağlamadığı bellidir. Bunun yerine mekanik araç ve cihazlarla soğutma yapılması tercih edilir ki soğutma tekniği bilim dalı da ikinci seçenek ile ilgilenmektedir. Mekanik soğutma ile ilgili bilinen ilk patent 1970 yılında İngiliz bilim adamı Thomas Harris ile Jhon Long a aittir yılında Amerikalı Jacop Perkins eter ile çalışan pistonlu bir soğutma makinesinin patentini almıştır. Bu makine bir emme basma tulumbaya benzer. Bir tıp doktoru olan Jhon Gorri ( ) ilk defa ticari gaye ile çalışan bir soğutma makinesi yapmış ve klima-soğutma-ticari buzdolapları imalatı konularının babası olarak tarihe geçmiştir [17]. Uygulama alanında ilk defa 1860 yılında Avusturyalı Dr. James Harrison, üretim işleri sırasında birayı soğutmak maksadıyla mekanik soğutmayı başarıyla kullanmıştır. Sistemde soğutucu akışkan olarak sülfürik eter kullanılmıştır

22 yılında Dr. Aleksandır Kirk kömür ısısı ile çakışan ilk absorpsiyonlu soğutma aygıtının gerçekleştirilmesini sağlamıştır. Mekanik soğutmalı buz imalatının ticari sahaya girmesi ise 1890 lı yılları bulmuştur. Konutlarda kullanılmak maksadıyla soğutucu (buzdolabı) yapımı 1910 yılında görülmeye başlanmıştır. 2.3 Temel Soğutma Yöntemlerinin Sınıflandırılması Buhar Sıkıştırmalı Sistemler Buhar sıkıştırmalı soğutma sistemleri, soğutma amaçlı kullanılan en yaygın soğutma çevrimleridir. Tipik bir buhar sıkıştırma çevrimi Şekil 2.1 de verilmiştir. Soğutucu evaporatörden geçerken gerçekleşen ısı transferi soğutucu akışkanın buharlaşmasını sağlar. Evaporatörden ayrılan soğutucu yüksek bir basınca sıkıştırılır ayrıca, kompresörde ısı transferi olmadığı düşünülerek, sıcaklığı da yükselir. Daha sonra soğutucu buhar kondenserden geçerek sıvılaşır. Burada soğutucudan çevreye bir ısı transferi gerçekleşir. Son olarak soğutucu sıvı genleşme valfine girer ve evaporatör basıncına genleşir. Soğutucu basıncı tersinmez adyabatik olarak düştüğü ve beraberinde özgül entropiyi arttırdığı için bu süreç genellikle bir azaltma süreci olarak modellenir. Soğutucu valften sıvı buhar karışımı olarak ayrılır [18]. Şekil 2.1. Tipik tek kademeli buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi [18] Eğer sistemdeki tersinmezlikler göz ardı edilirse, ki bu sistemde sürtünmeye bağlı basınç düşümü yok demektir, soğutucu iki ısı değiştiricisi arasında sabit basınçta akar ve eğer çevreye olan ısı transferi göz ardı edilirse sıkıştırma işlemi 8

23 izentropik olur. Yukarıdaki bütün süreçler içten tersinir kabullerdir. Soğutma sürecinin COP değeri soğutulan mahalden alınan ısının net iş girdisine oranı olarak tanımlanır. COP Q W ( h h )/( h ) (2.1) q / net, g h1 İdeal çevrimde soğutucu evaporatörden doymuş buhar olarak çıkar ve aynı şekilde kompresöre girer. Pratikte soğutucunun durumunu bu kadar kesinlikte kontrol etmek mümkün olmayacaktır. Bu sebepten dolayı soğutucunun kompresöre kızgın buhar olarak girmesiyle sistemin dizaynı çok daha kolay olacaktır [18] Kimyasal Isı Pompaları Sorbat' ın sorbent ile kimyasal reaksiyona girdiği sistemler kimyasal ısı pompası olarak bilinmektedir. Katı ve gaz arasındaki tersinir kimyasal dönüşüm esasına dayanan bu sistemlerin temelini kondenser ve evaporatorle irtibatlı katı/gaz reaktoru teşkil etmektedir. Kondensor ve evaporatorde sıvılaşmış olarak bulunan gaz reaktordeki tuz ile reaksiyona girmekte ve reaksiyonun yönüne göre ısı almakta veya vermektedir. Kimyasal ısı pompaları ve adsorpsiyonlu ısı pompalarının çalışma prensipleri temelde çok benzemektedir Gerek adsorpsiyonlu ısı pompasında ve gerekse kimyasal ısı pompasında basıncın düşük olduğu dönemde, katı yatak (adsorbent/tuz) evaporator ile irtibatlandırılmış olup, çevreden ısı çekerek buharlaşan akışkan yatakta tutulurken çevreye ısı verilmektedir. Basıncın yüksek olduğu dönemde ise katı yatak kondenser ile irtibatlıdır. Buharın desorpsiyonu için ise yatağın ısıtılması gerekmektedir; desorbe olan buhar ise kondenserde yoğuşacaktır. Yatağın ısıtılması ve soğutulması ile yatak basıncı istenilen şekilde kontrol edilebilmektedir [19] Absorpsiyonlu Soğutma Çevrimi Absorpsiyonlu su soğutma sistemleri düşük sıcaklıkta suyun ısıtılması, sayesinde düşük enerji seviyesindeki kaynağın ısısının alınması esasıyla çalışır. Buhar sıkıştırma çevrim sistemine benzer şekilde absorpsiyonlu çillerlerde de çalışma prensibi, soğutma yapmak için çevrimli buharlaşma-yoğuşma döngüsüne dayanmaktadır. İlkinde buharın sıkıştırılması mekanik kompresörle yapılırken, absorpsiyonlu çillerlerde bu işlem bir ısı kaynağından sağlanan enerjiyle 9

24 gerçekleştirilmektedir. Bu ısının kaynağı, ya bir kazan kullanarak direk yakma, ya da; diğer proseslerden elde edilen buhar, sıcak su veya atık ısının değerlendirilmesi ile dolaylı yakmadır. Mevcut absorpsiyonlu çillerler; düşük atık ısı enerjili tek-etkili (tek aşamalı jeneratör konfigürasyonu) çillerler veya ısı kaynağı olarak direk yakmalı ya da yüksek dereceli buhar kullanan enerji verimliliği yüksek çift-etkili (iki aşamalı jeneratör konfigürasyonu) çillerler olmak üzere iki kısımdırlar. Doğal gazlı absorpsiyonlu çillerler, elektrikli çillerlere nazaran daha düşük performans katsayılarına COP) sahip olmakla birlikte, ekonomik ve çevre dostu olma avantajları ile çok defa tercih edilen konumda olmaktadırlar. Doğal gazlı absorpsiyonlu çillerler, pik dönemde elektrik tüketimini azaltmakta, düşük maliyetli yakıtla çalışmakta daha, az sayıda hareketi parçadan oluşmalarından dolayı daha az bakım gerektirmekte, daha sessiz çalışmakta ve zararlı soğutucu akışkan kullanmamaktadır. CFC(kloroflorokarbon) esaslı soğutucuların ozonu yok eden özellikleri ortaya çıktığından beri büyük kabul görmüştür. Vakum altında hücre içine sprey halinde püskürtülen ve +3 ºC de buharlaştırılan su ve boru demeti içinden geçen suyu soğutur. Ancak buharlaşma hücre doluncaya dek sürdürülebilir. Gerekli hacmi tekrar sağlayabilmek için su buharının bir çeşit tuz (Lityum Bromür) yardımı ile emilmesi gerekir. İşlemin tekrarı için LiBr ün ve suyun tekrar kullanılabilmesine bağlıdır. LiBr ısıtıldığında içerdiği suyu bırakır ve sistem çevriminin tekrarlanması sağlanır. Şekil 2.2. Absorpsiyonlu soğutma sisteminin şematik gösterimi Adsorpsiyonlu Soğutma Çevrimi Soğutkanın bir sıvı tarafından değilde bir katı tarafından emildiği sistemlere adsorbsiyonlu sistemler adı verilir. Adsorpsiyon işleminde gaz fazındaki maddeye (soğtkana) adsorbat, katı fazındaki maddeye ise absorbent denilmektedir. Adsorpsiyon, fiziksel ve kimyasal olarak ikiye ayrılmaktadır. Desorpsiyon olayının 10

25 olmadığı yani reaksiyonun tersinmez olduğu adsorbatın adsorbent yüzeyine tutunmasına kimyasal olarak adsorplama denir. Bu adsorpsiyon türünde, adsorplanan adsorbatın adsorbent yüzeyinden uzaklaşması söz konusu değildir. Fiziksel adsorplamada ise adsorbat, adsorbent yüzeyine fiziksel bağlarla tutunur. Desorpsiyon olayının gerçekleştiği bu adsorplama şeklinde adsorpsiyon ortam sıcaklığının artışı ile azalmaktadır. Fiziksel adsorpsiyon işleminde reaksiyon sırasında adsorpsiyon ısısı açığa çıkar. Adsorpsiyonlu soğutma sistemlerinde soğutucu adsorbat (soğutkan) olarak çoğunlukla su kullanılmakta, bunu yanında metanol ve amonyak da kullanılmaktadır. Gereken buharlaşma ısısını çevresinden alan su, oda sıcaklığında vakum altında buharlaşır. Bu işlem sırasında devrede soğutma meydana gelir. Adsorpsiyonlu soğutma sistemi kapalı sistem olduğundan buharlaşmış absorbat çevreye buhar olarak bırakılmaz, sistemin içerinde tekrar yoğuşur. Termodinamik yasalara göre buharlaşmış absorbatın doğrudan yoğuşması mümkün olmadığına göre absorbat, katı adsorbent tarafından adsorbe edilir. Adsorbent malzemeleri başta silika-jel olmak üzere aktif karbon ve zeolit olarak sayabiliriz. Şekil 2.3. Adsorpsiyonlu soğutma sisteminin şematik gösterimi Soğutma sistemlerinde adsorpsiyon prensibi, soğutkan buharının adsorbentler tarafından emilmesidir. Sisteme ısı verilmesiyle adsorbentteki adsorbe soğutkan tekrar buharlaşır. Böylece adsorbent malzeme eski durumuna geri dönmüş olur. Buharlaşma prosesi sıcaklık ve basınca bağlıdır. Normal atmosferik basınç (760 mmhg) altında absorbat su 100 o C de buharlaşır. Basınç düşürüldüğünde buharlaşma sıcaklığı da düşmektedir. Yeterli yüksek vakum değerlerinde adsorbat su düşük 11

26 sıcaklıkta buharlaşır. Adsorpsiyonlu soğutucular için mm Hg vakum basıncı yeterlidir Termoelektrik Soğutma Termoelektrik soğutma temelde termoelektrik etkilerin en önemlilerinden biri olan peltier etkisine dayanır. Peltier etkisi, iki farklı metal elemandan oluşan bir devreye doğru akım verildiğinde, akımın yönüne göre, aksi uçlarda sıcaklıkta artmanın veya azalmanın meydana gelmesidir. Bu olayda ilginç olan, devrede uçlar arasında bir sıcaklık farkı oluşması ve dolayısıyla uçlarda bir ısınma veya soğumanın meydana gelmesidir [23]. Şekil 2.4. Termoelektrik soğutmanın şematik gösterilişi [24] Termodinamik soğutma, N ve P tipi yarı iletken metal çiftlerinden oluşmuş bir veya daha çok modülden bir doğru akımın geçmesi ile elde edilir. P ve N tipi termoelemanlar elektriksel olarak seri, ısıl olarak paralel şekilde seramikler arasında bağlanırlar. Akımın yönüne bağlı olarak ısıtma ve soğutma elde edilebilir. Soğutma durumunda, doğru akım N tipi yarı iletkenden P tipine geçmektedir. Akım, düşük enerji seviyesindeki P tipi yarıiletken malzemeden yüksek enerji seviyesine geçtiğinde soğutulacak ortamdan ısı çekerek soğutma meydana getirmektedir. Soğuk ortamdan çekilen bu ısı, yüksek sıcaklıktaki ortama elektronlar vasıtasıyla transfer edilir. Böylelikle ısı, bir ortamdan çekildiği gibi başka bir ortama da terk edilmektedir [23]. 12

27 2.3.6 Vorteks Tüpü Tornado gibi bir eksen etrafında dönen akışkan vorteks olarak adlandırılmaktadır. Vorteks tüpleri, sadece basınçlı gaz ile çalışan, kontrol vanası hariç hiçbir hareketli parçası olmayan basit bir mekanik cihazdır. Bu basit mekanik cihaz, tüpe teğetsel olarak giren yüksek basınçlı gaz akımını biri giriş gazından daha sıcak diğeri giriş gazından daha soğuk düşük basınçlı iki akıma ayırmaktadır [25]. Vorteks tüplerinin uygulama alanları, kompaktlık, güvenirlik ve düşük cihaz maliyetlerinin temel faktörler olduğu alanlardır [25] Paramanyetik Soğutma Sistemleri Mutlak sıfır sıcaklığa yakın seviyelerdeki sıcaklığa ulaşılmasını sağlamak amacıyla araştırmacılar tarafından kullanılan bir soğutma şeklidir. Parametrik maddeler basit olarak mıknatıs tarafından çekilemeyen maddeler şeklinde tarif edilebilir. Bir paramanyetik madde(parametrik tuz) önceden aşırı derecede soğutulduğunda, diğer maddelerde olduğu gibi moleküllerin ısı iletişimi çok azalır. Bu halde şiddetli bir manyetik alana sokulduğunda, paramanyetik tuz moleküllerinin elementer birer magnet durumuna geldiği düşünülebilir. Bunu takiben, paramanyetik maddeye uygulanan manyetik alan kaldırıldığında, ısı alış verişi olmadığından ( adyabatik soğuma durumu) paramagnatik tuzun sıcaklığı aşırı derecede düşmektedir. Deneylerde bu şekilde K sıcaklıklara ulaşılması mümkün olmaktadır. Bu olayı, moleküler seviyede bir sıkıştırma çevrimine benzetmek mümkündür. Şöyle ki, uygulanan şiddetli manyetik alan moleküllerin manyetik alan sıkışmasına yol açmakta ve molekül ısısı çevredeki Helyum ve Hidrojen tarafından alınmaktadır. Manyetik alan kaldırıldığında moleküller üzerindeki manyetik baskının azalması sonucu, aynen buhar sıkıştırma çevriminde genişleme valfinden sonra olduğu gibi, sıcaklık daha alt seviyelere düşmektedir. Bu soğutma işleminin yapılmasında, paramanyetik tuzun ön soğutması sıvı hidrojen ve sıvı helyumun buharlaşması suretiyle sağlandıktan sonra kuvvetli bir manyetik alan oluşması elektro mıknatıslarla sağlanmakta ve manyetik alan ani olarak kaldırılıp paramanyetik tuzun sıcaklığının düşürülmesi sağlanmaktadır. Özellikle maddelerin mutlak sıfır sıcaklık civarındaki ısıl ve elektriksel 13

28 iletkenliklerinin araştırılmasında bu soğutma yönteminden yararlanılmakta, endüstri, tıp, tarım ve günlük yaşantımızda kullanılan maddelerin ve olayların geliştirilmesinde önemli yararlar sağlamaktadır [26]. Şekil 2.5. Paramanyetik soğutma[26] Buhar-Jet (Enjektörlü) Soğutma Sistemi Esas prensip olarak bir buhar sıkıştırma çevrimidir. Evaporatörde buharlaşan soğutucu akışkan buharları bir difüzör ile sürüklenerek buharlaşma basıncının muhafaza ve kontrolü sağlanır. Bu sistemde difüzörde sürüklenme etkisi meydana getiren akışkan ile evaporatörde buharlaşan ve sürüklenen buharın aynı maddeden olması sistem tasarımını basitleştirir. Sürükleyici akışkan buhar ve soğutucu maddesi su olan bu uygulama, bu çevrimde en çok uygulanan akışkan maddeleridir ve buharjet soğutma sistemi adı ile anılır [26]. Bu sistemde suyun C nin altında kaynatılması prensibinden yararlanılır. Eğer suyun yüzeyindeki basınç atmosfer basıncının altına düşürülürse su daha düşük sıcaklıklarda kaynatılması sağlanabilir. Su 5 cmhg basınçta 6 0 C de kaynamaya başlar ve 6.5cmhg değeri için ise kaynama noktası sıcaklığı 10 0 C olur. Suyun yüzeyindeki bu çok düşük basınç veya vakum buharın jetlerden veya nozullardan püskürtülmesiyle korunur [26]. 14

29 Şekil 2.6. Buhar-Jet soğutma Sistemi[27] Stirling Çevrimi İlk defa 1816 yılında Robert Stirling tarafından keşfedilen bu soğutma çevrimi, pistonlu bir buhar-sıkıştırma çevrimini andırmaktadır. Stirling çevrimi daha sonra John Herschel tarafından 1834 yılında soğutma tekniğine uygulanmış ve pratik değeri olan ilk makine 1845 yılında yapılmıştır. Bu sistem, bir silindir ile içerisine yerleştirilmiş ve birbirinden gözenekli ısı tutumu yüksek bir bölmeyle (regeneratör) ayrılmış iki pistondan meydana gelmiştir [26]. Sistem silindir hacminde soğutucu bir gaz (Helyum, Hidrojen, vs.) bulunmaktadır. Başlangıç durumunda 1 numaralı piston hareket ederek silindir boşluğundaki gazı sıkıştırır. Gözenekli bölmeye nüfuz eden ısınmış gaz ısısını buraya verir. Bu ısı dışarıdan uygulanacak bir soğutma ile ( kondenserde olduğu gibi) sistemden süratle uzaklaştırılmalıdır. 2 numaralı pistonun silindir boşluğuna doğru ilerleyen basınçlı gaz, bu piston geriye doğru hareket ederken silindir boşluğunu doldurmaya devam eder. Bu durumda gaz civarından ısı almaya müsait durumdadır ve 2 numaralı silindir cidarına verilecek ısıyı hemen alabilecektir. Soğutulmak istenen ortam ile ısı almaya müsait gaz arasında bir ısı geçişi sağlanmak suretiyle soğutma işlemi yapılmış olacaktır. İkinci stok sırasında pistonlar aksi yöne doğru hareket etmekte olacak ve böylece ikinci bir soğutma işlemi sürdürülmüş olacaktır. 2.4 Güneş Enerjisi Güneş canlılar için yaşam kaynağıdır ve doğal sistemler için gerekli olan enerjinin büyük bir bölümünü sağlar. Çapı yaklaşık 1.4 milyon kilometredir ve iç çevresinde çok yoğun gazlar bulunur. Yeryüzünden yaklaşık milyon km uzaklıktadır. İçerisinde, sürekli olarak Hidrojenin Helyuma dönüştüğü füzyon 15

30 reaksiyonları gerçekleşmektedir ve oluşan kütle farkı, ısı enerjisine dönüşerek uzaya yayılmaktadır.[29] Güneş merkezi füzyon reaksiyonu için uygun bir ortamdır. Bir reaksiyonun basit olarak tanımı; protonla bombardımana tutulan Hidrojen molekülü, Hidrojenin türevi olan Döteryuma dönüşür. Kararsız hale geçen iki Döteryum çekirdeği birleşerek daha ağır olan Helyuma dönüşür. Açıkta kalan iki proton ise reaksiyon zincirinin bu tanımına uygun olarak devam etmesini sağlar. Bu reaksiyon sonucunda açığa çıkan enerji çok fazladır. Güneşin bu enerjiye sahip olabilmesi için saniyede füzyon reaksiyonuna ihtiyaç duyduğu hesaplanmıştır. Bu da yaklaşık olarak saniyede 657 milyon ton Hidrojenin 653 ton Helyuma dönüşmesi demektir. Bu reaksiyonlar sonucu kaybolan kütle enerjiye dönüşür. Yaklaşık 10 milyar yıl sonra güneşteki Hidrojen yakıtı bitip reaksiyonların son bulması sonucu güneşin, çekim kuvveti etkisiyle büzüşüp beyaz cüce adı verilen ölü bir yıldıza dönüşebileceği tahmin ediliyor. Güneşte açığa çıkan bu enerjinin çok küçük bir kısmı yeryüzüne ulaşmaktadır. Yeryüzüne ulaşabilen ışınımın değerinin düşük olmasının nedeni, atmosferdeki karbondioksit, su buharı ve ozon gibi gazların ışınımı absorbe etmelerinin yanı sıra kat etmesi gereken yolun uzunluğudur. Dış yüzey sıcaklığı 6000ºK olarak kabul edilen ve bilinen en büyük siyah cisim olan güneşin yaydığı ışınımın yeryüzüne ulaşabilen miktarı %70 kadardır. Bu eksilmeler ortaya çıkmadan önce, atmosferin dışında ışınım değeri 1367 W/m 2 dir ve bu değer güneş sabiti olarak alınır. Pratik olarak yeryüzüne ulaşan güneş ışınım değeri 1000 W/m 2 olarak kabul edilmektedir [28,29] Türkiye de Güneş Enerjisi Potansiyeli Ülkemiz, Dünya üzerindeki konumu nedeniyle yararlandığı güneş enerjisi bakımından birçok ülkeye göre şanslı durumdadır. Güneşten dünyaya saniyede yaklaşık olarak 170 milyon MW enerji gelmektedir. Türkiye nin yıllık enerji üretiminin 100 milyon MW olduğu düşünülürse bir saniyede dünyaya gelen güneş enerjisi, Türkiye nin enerji üretiminin 1.7 katıdır. EİE tarafından, Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğünde (DMİ) mevcut bulunan yıllarında ölçülen güneşlenme süresi ve ışınım şiddeti verilerinden yararlanarak yapılan çalışmaya göre Türkiye nin ortalama yıllık toplam güneşlenme süresi 2640 saat, ortalama toplam ışınım şiddeti 1.311kWh/m 2 olduğu tespit edilmiştir. Türkiye, 110 gün gibi yüksek bir güneş enerji potansiyeline sahiptir ve gerekli yatırımların yapılması halinde 16

31 Türkiye yılda birim metre karesinden ortalama olarak kwh lik güneş enerjisi üretebilir [29]. Çizelge 2.1. Türkiye nin toplam güneş enerjisi potansiyelinin aylara göre dağılımı [30] Türkiye nin en fazla güneş alan bölgesi Güneydoğu Anadolu Bölgesidir. İkinci sırada ise Akdeniz Bölgesi bulunmaktadır. Çizelge 2.2. Türkiye nin yıllık güneş enerjisi potansiyelinin bölgelere göre dağılımı dağılımı [30] Buna göre Türkiye nin en çok ve en az güneş enerjisi üretilecek ayları sırası ile Haziran ve Aralık olmaktadır. Bölgeler arasında ise öncelikle Güneydoğu Anadolu Bölgesi ve Akdeniz sahilleri gelmektedir. Güneş enerjisi üretiminin yok denecek kadar az olduğu Karadeniz Bölgesi dışında yılda birim metre kareden 17

32 yaklaşık kwh lik enerji üretilebilir ve toplam güneşli saat miktarı ise saattir. Buna göre Türkiye de toplam olarak yıllık alınan enerji miktarı ise yaklaşık kw saat kadardır [29]. Ancak bu değerlerin, Türkiye nin gerçek potansiyelinden daha az olduğu, daha sonra yapılan çalışmalar ile anlaşılmıştır yılından bu yana EİE ve DMİ, güneş enerjisi değerlerinin daha sağlıklı olarak ölçülmesi amacıyla enerji amaçlı güneş enerjisi ölçümleri almaktadırlar [30] Güneş Açıları Şekil 2.7. Yüzey azimut açısı ve diğer güneş açıları [30] Esas Güneş Açıları : Enlem açısı. Göz önüne alınan yeri dünya merkezine birleştiren doğrunun dünyanın ekvator düzlemi ile yaptığı açıdır. : Saat açısı. Göz önüne alınan yerin boylamı ile güneşi dünya merkezine birleştiren doğrunun arasındaki açıdır. : 15( t 12) (2.2) burada, t : Güneş Zamanı 18

33 Şekil 2.8. s açılarının gösterimi [31] : Deklinasyon Açısı: Güneş öğlesinde, güneş ışınlarının ekvator düzlemi ile yaptığı açıdır. n 284 : 23,45sin360, n : gün sayısı (1<n<365) (2.3) Türetilen Güneş Açıları: z s s : Zenit açısı. Direkt güneş ışınlarının yatay düzlemin normali ile yaptığı açıdır. : Güneş Yükseklik Açısı. Güneş ışınlarının yatay düzlemle yaptığı açıdır. : Güneş Azimut Açısı: Yatay düzlem üzerine direkt güneş ışınlarının izdüşü yönü ile güney yönü arasındaki açıdır. sin s cos s cos sin (2.4) cos z cos cos cos sin sin (2.5) sin cos s z (2.6) : Yüzey Azimut Açısı. Güneşin bakmış olduğu yön ile güney yönü arasındaki 0 0 açıdır. ( 180 : 180 ). Doğu negatif, batı pozitif alınır. 19

34 2.4.3 Atmosfer Dışındaki Düzlemlere Gelen Güneş Işınımı: Yeryüzüne gelen güneş ışınım hesaplarında daha çok atmosfer dışında yatay düzleme gelen ışınımdan yararlanılır. Atmosfer dışında yatay birim düzleme bir anda veya birim zamanda gelen ışınım: G ON n G 0 Yatay Düzlem Şekil 2.9. Atmosfer Dışındaki düzleme gelen güneş ışınımı G G 0 G ON ON G SC cos f Z (2.7) (2.8) 360n f cos (Düzeltme Faktörü) (2.9) 365 H : Atmosfer dışındaki yatay birim düzleme bir gün boyunca gelen güneş ışınımı S H G ON sin sin cos cos sin S (2.10) H : Atmosfer dışında yatay birim düzleme gelen aylık ortalama güneş ışınımı. 0 1 H (2.11) İ n H 0 n

35 2.4.4 Yeryüzüne Gelen Güneş Işınımı Güneş enerjisinden faydalanan sistemlerin tasarımında öncelikle faydalanılabilir güneş enerjisi ışınımının bilinmesi gerekir. Millere göre atmosfere giren güneş enerjisinin %20 si atmosferde bulunan parçacıklar (gazlar, tozlar) ve bulutlar tarafından absorbe edilir ve ortalama %30 ile %50 arasındaki kısmı da atmosfer ve yerküre tarafından uzaya yansıtılır. En yaygın olarak kullanılan toplam güneş ışınımı bağlantıları ise güneşlenme süresinin fonksiyonu olarak verilen bağıntılardır [32]. Atmosfer dışı Uzaya yansıyan %25 Güneşten gelen ışınım %100 Uzaya dağınık kırılan %7 Yerküreden uzaya yansıyan, %2 Atmosfer tarafından yutulan %2 %1 %21 Hava tarafından dağınık kırılmaya uğrayan %12 Yerküre Havada absorplanan %17 Yerkürece absorplanan %23 Yerküreye doğru dağınık kırılan %5 Şekil Yeryüzüne gelen güneş ışınımı. Yerkürece absorplanan % Toplam Ortalama Güneş Işınımının Hesaplanması Yatay düzleme gelen toplam güneş ışınımının ölçülmediği bölgelerde, ölçüm yapılan benzer iklime sahip bölgelerin ışınım verileri ile türetilen eşitlikler kullanılabilmektedir. Toplam güneş ışınımı bağıntılarında güneşlenme süresi, izafi nem, atmosferik basınç, sıcaklık, bulutluluk oranı gibi meteorolojik verilerden biri veya birkaçı kullanılır. En yaygın olarak kullanılan toplam güneş ışınımı bağlantıları ise güneşlenme süresinin fonksiyonu olarak verilen bağıntılardır. H H 0 a b n N Angström denklemi (2.12) 21

36 H : Yatay birim düzleme gelen aylık ortalama günlük güneş ışınımı H : Aylık ortalama atmosfer dışı güneş ışınımı 0 n : Aylık ortalama güneşlenme süresi Aylık ortalama güneşlenme süresi a ve b sabitleri güneş ışınımı ve güneşlenme süresi verilerine dayanarak istatistiksel olarak belirlenmektedir. Sabitlerin hesaplanmasında faydalanılan verilerin uzun yıllar ortalaması gerekir. Sabitler bölgenin iklim durumu, topografik yapısı ve bitki örtüsüne bağlı olarak değişim göstermektedir. Kılıç (1982) tarafından, H n ln cos( )) (2.13) H 0 N bağıntısı önerilmektedir. 1/ 2 Burada, : yoğuşturulabilir su buharı miktarıdır Açık Bir Günde Güneş Işınımının Hesaplanması Atmosferin güneş ışınımını saçma ve yutma etkisi, atmosferik durumlara ve hava kütlesindeki değişimlere göre değişkendir. Bu yüzden standart bir açık gökyüzü tanımı, yatay bir düzleme gelen saatlik veya günlük ışınım hesaplarında kullanılır. Hotel e göre (1976) açık atmosfer için direkt güneş ışınımının tahmini yapılabilir. Bu yöntemde, zenit açısı, standart atmosfer ve dört ayrı iklim tipi dikkate alınır ve direkt güneş ışınları için atmosferik geçirgenlik ( G / G veya ) aşağıdaki gibi tanımlanır [32]. b bn on G bt G ot G O G ot G on G on Atmosfer Atmosfer G b G bt G bn G bn Yeryüzü Şekil Yeryüzüne gelen güneş ışınımı Yeryüzü 22

37 Standart atmosferin direkt güneş ışıması için geçirgenliği, herhangi bir zenit açısı b açısı ve 2.5 km ye kadar olan yükseklik için hesaplanabilir. Böylece açık z atmosfer veya açık hava veya açık gün için direkt güneş ışıması, gözlemcinin bulunduğu herhangi bir yükseklik A da, atmosferik geçirgenlik, G G bn G on b G on b z (2.14) cos Olduğundan, açık bir günde yatay ( 0) yüzeye gelen direkt güneş ışıması, G b G on cos b z Benzer şekilde, açık bir günde yatay düzleme gelen saatlik direkt güneş ışıması ise, I b I on cos (2.15) (2.16) Açık bir günde eğik yüzeye gelen direkt güneş ışıması, Gbt G on cos (2.17) Yatay bir düzlem üzerine gelen toplam güneş ışınımını bulmak için difüz güneş ışınımının da bilinmesi gerekir. Liu ve Jordan (1960) açık gün ler için direkt ve difüz güneş ışıması arasında ampirik bir geçirgenlik katsayısı tanımlamışlarıdır. G (2.18) d d b G0 Burada d ( G d / G veya 0 I d I ) yatay bir yüzeye gelen difüz güneş ışınımının / 0 atmosfer dışında yatay düzleme gelen güneş ışınımına oranıdır. Buna göre eğik düzleme gelen ( açık bir günde ) difüz ışınımı, Gdt G on d cos (2.19) Yatay düzlem için, G d G on cos d z (2.20) Yatay düzleme birim zamanda gelen toplam güneş ışınımı, direkt ve difüz ışınımların toplamı şeklinde yazılabilir. G c, Top Gon( b ) cos (2.21) d z Eğik düzleme birim zamanda gelen toplam güneş ışınımı, G G cos (2.22) c, Top on d 23

38 2.4.7 Saatlik Toplam Güneş Işınımının Direkt ve Difüz Bileşenleri Difüz (yayılı) güneş ışınımı ampirik bağıntılarda saatlik berraklık indeksi nin ( k T ) fonksiyonu olarak verilmektedir. Berraklık indeksi, belli bir zaman aralığında yatay düzlem üzerine gelen toplam güneş ışınımının, atmosfer dışında yatay düzleme gelen güneş ışınımına oranıdır. k T I I 0 Burada; (2.23) /( 2 1) I 0 G on sin sin cos cos sin 2 sin 1 (2.24) Orgill ve Holland, yatay bir düzleme saatlik difüz güneş ışınımının toplam güneş ışınımına oranı k ye bağlı olarak vermiştir. T kT 0 kt 0.35 I d kT 0.35 kt 0.75 (2.25) I kt Günlük Toplam Güneş Işınımının Direkt ve Difüz Bileşenleri Ampirik bağıntılarda, genellikle difüz ışınım oranı H d / H ( yatay düzleme bir günde gelen difüz ışınımının, günlük toplam güneş ışınımına oranı), günlük berraklık indeksinin ( K ) fonksiyonu olarak verilmiştir. Günlük berraklık indeksi, yatay T düzleme bir günde gelen toplam güneş ışınımının atmosfer dışına gelen günlük toplam ışınıma oranıdır. Bu parametreler arasındaki ilişki aşağıdaki gibi tanımlanmıştır. K T 1) H H s 0 (2.26) H H d K T K 2 T K 3 T K 4 T K K T T (2.27) 0 s 81.4 H H d K T K T K 3 T K K T T (2.28) 24

39 2) 0.99 KT H KT 9.473KT KT KT 0.17 K 0.75 d T (2.29) H KT 0.75 KT KT 0.8 Berraklık( açıklık) indeksleri düzenlenirse, k T 1. Saatlik berraklık indeksi I I 0 Yatay bir düzleme gelen saatlik toplam enerji miktarı Yatay bir düzleme gelen saatlik atmosfer dışı enerji miktarı (2.30) K T 2. Günlük berraklık indeksi Yatay bir düzleme gelen günlük H toplam enerji miktarı (2.31) H Yatay bir düzleme gelen günlük atmosfer 0 dışı enerji miktarı Günlük Verilerden Saatlik Güneş Işınımının Hesabı Yatay bir yüzeye gelen toplam güneş ışınımı meteoroloji istasyonlarınca ölçüldüğü için, bu değerler kullanılarak saatlik güneş ışınımı tahmin edilebilir. Collares-Peraira ve Rabl (1979) aşağıda verilen bağıntı kullanılarak saatlik toplam güneş ışınımı hesaplanır. Saatlik toplam güneş ışınım oran faktörü ( r t ), I ü ş ışı ı ı r t H ü ü ü ş ışı ı ı (2.32) cos cos s ( a b cos ) (2.33) 24 s sin s cos s 180 : gün batımındaki saat açısı s Burada; a sin( 60) (2.34) s b sin( 60) (2.35) s Liu ve Jordan a göre saatlik difüz güneş ışınımı oran faktörü tanımlanmıştır. r d olarak 25

40 r d I H d d ü ü ş ışı ı ı ü ü ü ü ş ışı ı ı (2.36) r d cos 24 s sins coss 180 s (2.37) Böylece r d ve rt oranlarından da yatay bir düzleme gelen saatlik saatlik difüz ve toplam ışınımlar hesaplanır. I r H (2.38) d t I r H (2.39) d d Toplam güneş ışınımı, difüz ve direkt ışınımların toplamına eşit olduğundan, yatay bir yüzeye gelen saatlik direkt güneş ışınımı; I I [33] (2.40) b I d Eğik Yüzeye Gelen Güneş Işınımının Hesaplanması Güneş enerjili sistemlerin tasarımında, eğimli yüzeye gelen güneş ışınımı önemli bir parametredir. Bu parametrelerin hesaplanabilmesi için yatay yüzeye gelen toplam, difüz ve direkt güneş ışınımı değerlerinin bilinmesi gereklidir. Bunun için Rb ve R oranları tanımlanmalıdır.[32] R b ( Geometrik faktör)= R b ğ ü ü ş ışı ı ı ü ü ş ışı ı ı ' ' cos cos sin s s sin sin 180 (2.41) cos cos sin s s sin sin 180 Bağıntısı ile hesaplanır. Burada; ' 1 s min s,cos ( tan( ) tan (2.42) cos 1 s tan tan (2.43) Liu ve Jordan, difüz ve yerden yansıyan güneş ışınlarının fonksiyonu şeklinde izotropik bir model geliştirerek R faktörü tanımlamıştır. I T ü ü ş ışı ı ı I R Faktörü= ğ ü ü ş ışı ı ı Eğik düzlem üzerine (saatlik) toplam güneş ışıması; [32] (2.44) 26

41 1 cos 1 cos I T IbRb I d I g (2.45) 2 2 Direkt Işınım Difüz Işınım Yerkürenin yüzeyinden difüz yansıyan güneş ışınımı Burada ; g : Toplam güneş ışınımı için çevrenin difüz yansıtıcılığı. Denklem düzenlenirse: IbRb I d 1 cos 1 cos R g [32] (2.46) I I Güneş ten Faydalanma Güneş enerjisinden yararlanma konusundaki çalışmalar özellikle 1970 lerden sonra hız kazanmış, güneş enerjisi sistemleri teknolojik olarak ilerleme ve maliyet bakımından düşme göstermiş, güneş enerjisi çevresel olarak temiz bir enerji kaynağı olarak kendini kabul ettirmiştir. Güneş enerjisi günümüzde konut ve işyerlerinin iklimlendirilmesi (ısıtmasoğutma), yemek pişirme, sıcak su temin edilmesi ve yüzme havuzu ısıtılmasında; tarımsal teknolojide, sera ısıtması ve tarım ürünlerinin kurutulmasında; sanayide, güneş ocakları, güneş fırınları, pişiriciler, deniz suyundan tuz ve tatlı su üretilmesi, güneş pompaları, güneş pilleri, güneş havuzları, ısı borusu uygulamalarında; ulaşımiletişim araçlarında, sinyalizasyon ve otomasyonda, elektrik üretiminde kontrollü olarak kullanılmaktadır [30] Güneş Kollektörleri Güneş kollektörleri aktif güneş ısıtma sistemlerinin temel bileşimleridir. Temel olarak güneş kollektörleri güneşten enerji toplayan, toplanan radyasyon enerjisini ısıya çeviren ve bu ısı enerjisini ise suya, güneş sıvılarına veya havaya transfer olmasını sağlayan cihazlardır. Güneş enerjisi temelde ısıtma, havuz ısıtma ve mekan ısıtmada kullanılabilir [33]. 27

42 Güneş kollektörlü sistemler tabii dolaşımlı ve pompalı olmak üzere ikiye ayrılırlar. Bu iki sistem de açık ve kapalı sistem olmak üzere dizayn edilir. Doğal Dolaşımlı Sistemler: tabii dolaşımlı sistemler akışkanın sistem içinde kendiliğinden dolaştığı sistemlerdir. Kollektörde ısınan suyun yoğunluğunun değişim özelliğine dayanmaktadır. Bu tür sistemlerde depo, kollektörün üst seviyesinden en az 30 cm yukarısında olması gerekmektedir. Deponun alt seviyesinden alınan soğuk suyun kollektörde ısınmasıyla yoğunluğu azalır ve böylece deponun üst seviyesine yükselir. Gün içinde devam eden bu olay sonucunda depodaki su ısınır. Doğal dolaşımlı sistemler daha küçük miktarda su ihtiyaçları için kullanılır. Deponun yukarıda bulunması nedeniyle büyük sistemlerde uygulanmazlar. Pompa ve otomatik kontrol devresi gerektirmediği için pompalı sistemlere göre biraz daha ucuzdurlar. Pompalı sistemler: ısı transfer akışkanının sistemde pompa ile dolaştırıldığı sistemlerdir. Deponun yukarıda olması zorunlu değildir. Büyük sistemlerde borularda ve diğer sistemlerdeki direncin artmasıyla tabii dolaşımın olmaması ve büyük depoların yukarıda tutulmasının zorluğu nedeniyle pompa kullanma zorunluluğu oluşmuştur. Pompalı sistemler otomatik kontrol devresi yardımı ile çalışırlar. Depo tabanına ve kollektör çıkışına yerleştirilen diferansiyel termostatın sensörleri; kollektörlerdeki suyun depodaki sudan 10 0 C daha sıcak olması durumunda pompayı çalıştırarak sıcak suyu depoya alır, bu fark 3 0 C olduğu zaman pompayı durdurur. Pompa ve diğer devrelerin zaman zaman arızalanması nedeniyle işletilmesi tabii dolaşımlı sistemlere göre daha zordur. Açık sistemler: açık sistemler kullanım suyu ile kollektörde dolaşan suyun aynı olduğu sistemlerdir. Kapalı sistemlere göre verimleri yüksek ve maliyeti ucuzdur. Suyu kireçsiz ve donma probleminin olmadığı bölgelerde kullanılırlar. Kapalı Sistemler: Kullanım suyu ile ısıtma suyunun farklı olduğu sistemlerdir. Kollektörlerde ısınan su bir eşanjör vasıtasıyla ısısını kullanım suyuna aktarır. Donma, kireçlenme ve korozyona karşı çözüm olarak kullanılırlar. Maliyeti açık sistemlere göre daha yüksek verimleri ise eşanjör nedeniyle daha düşüktür [34,35] Düzlemsel Güneş Kollektörleri Daha çok evlerde sıcak su ısıtma amacıyla kullanılmaktadır. Ulaştıkları sıcaklık 70 0 C civarındadır. Düzlemsel güneş kollektörleri, üstten alta doğru, camdan 28

43 yapılan üst örtü, cam ile absorban plaka arasında yeterli boşluk, metal veya plastik absorban plaka, arka ve yan yalıtım ve bu bölümleri içine alan bir kasadan oluşur. Absorban plakanın yüzeyi genellikle koyu renkte olup bazen seçiciliği arttıran bir madde ile kaplanır. Kollektörler, yörenin enlemine bağlı olarak güneşi maksimum alacak şekilde, sabit bir açı ile yerleştirilirler [34-36] Düzlemsel Güneş Kollektörlerinde Enerji Denge Eşitliği Kararlı rejim durumunda, bir güneş kollektörünün performansı bir enerji dengesi ile tanımlanır. Enerji dengesi, gelen güneş enerjisi dağılımından faydalı enerji kazanımı, ısıl kayıpları ve optik kayıplar belirtir. Kollektörün yutucu yüzeyinin birim alanı tarafından yutulan güneş ışınımı S, gelen güneş ışınımı ve optik kayıplar arasındaki farka eşittir. Kollektörden çevreye olan ısıl enerji kaybı iletim, taşınım ve kızılaltı ışınım ile gösterilir ve ısı transfer katsayısı yüzey sıcaklığı 29 U L ile ortalama yutucu Tpmve çevre sıcaklığı Ta arasındaki farkla çarpımına eşittir. Kararlı halde, bir kollektör alanından ( A c ) elde edilen faydalı enerji, yutulan güneş ışınımı ve ısıl kayıplar arasındaki farktır. Q U C L pm a A S U T T (2.47) Kollektör performansının ölçüsü toplam verimdir. Toplam verim belli bir zaman aralığında faydalı ısı kazancının yine aynı zaman periyodunda gelen güneş enerjisine oranıdır. C QU dt (2.48) A G dt T Modelleme yapmak için, basitleştirilmiş kabuller yapılır. Bu kabuller; - Kararlı rejim durumu - Plaka ve paralel boru tipi imalatı yapıldığı - Saydam örtüden ısı akışının tek boyutlu olduğu - Saydam örtü sıcaklık düşüşünün ihmal edildiği - Arka taraftaki yalıtım boyunca bir boyutlu ısı geçişi olduğu - Kollektör üzerinde toz ve kirin ihmal edildiği - Gölgeleme olayı olmadığı - Boru çevresinde sıcaklık gradientinin olmadığı - Özelliklerin sıcaklıktan bağımsız olduğu

44 - Ön ve arka yüzeyden olan ısı kayıplarının aynı çevre sıcaklığında olduğu - Boru çevresinde sıcaklık gradientinin olmadığı - Akış yönündeki ve boruların arasındaki sıcaklık gradientinin bağımsız değerlendirileceği - Gökyüzünün uzun dalga boyu ışınım için bir siyah cisim olarak düşünüleceği [32] Kollektör Toplam Isı Kayıp Katsayısı Sıcaklığı T p olan plaka üzerinde herhangi bir yerde S miktarında güneş enerjisi plaka tarafından emilir. Burada S optik kayıplar tarafından indirgenmiş güneş ışınımıdır. Yutulan enerji S, kollektörün üst ve altından olan ısıl kayıplara ve faydalı ısı kazancına dağıtır. Kollektör üstünden olan ısı kaybı paralel plakalar arasındaki taşınım ve ışınımın sonucundan dolayıdır. q kayıa, üst h c, pcl T p T cl 4 4 Tp Tcl p cl (2.49) Burada hc, p cl emici plaka ile 1. Saydam örtü arasındaki ışı taşınım katsayısıdır. Işınımla ısı geçiş katsayısı q kayıa. üst ( hc, p, cl hr, p cl tanımı kullanılırsa, ısı kaybı, cl he pcl )( Tp T ) (2.50) Burada, h r, pcl ( T p T 1 p cl )( T 1 cl 2 p T 1 2 cl ) (2.51) R3 direnci, R 3 1 h c h, pcl r, pcl (2.52) olarak ifade edilir. Benzer şekilde, R 2 1 (2.53) h c h, cl c2 r, clc2 Üst örtü ile çevre arasındaki ısıl direnç, R 1 1 h w h r, c2a (2.54) Burada hw rüzgar etkisinde ısı taşınım katsayısıdır. 30

45 İki saydam örtülü sistem için, emici plakadan çevreye olan üst kayıp katsayısı, U t 1 R R R (2.55) Kollektör alt ısı kayıp katsayısı yaklaşık olarak, U b 1 R 4 k L k, L sırasıyla ısı iletim katsayısı ve kalınlıktır. Kollektör yan ısı kayıp katsayısı yaklaşık olarak, U e kch 1 Le Ac Burada; c kollektörün çevresi h kollektörün kenar yüksekliği Ac kollektörün alanı L yan yalıtım kalınlığı (2.56) (2.57) Eğer tüm kayıplar T a sıcaklığındaki çevreye oluyorsa kollektörün toplam ısı kayıp katsayısı U L olur. t U L, U U U (2.58) b c Kollektör Isı Kazanç Faktörü F R burada, T fl mc C p A U L S T f U L 1 S ( T U L fi 0 Ta T ) a akışkanın kollektöre giriş sıcaklığı (2.59) T f 0 akışkanın kollektörden çıkış sıcaklığı Güneş enerjisinden yararlanma oranı, FNP Q Q ek 1 (2.60) gen 31

46 2.5 Carrier HAP (Hourly Analysis Program) Paket Programı Carrier tarafından geliştirilen HAP programı iki aşamalı hesap yapar. İlk aşamada; bir binanın mekanik tesisatında kullanılacak tüm ekipmanların kapasitesini hesaplar. İkinci aşamada ise, enerji analizi yapar ve seçilen sistemin enerji maliyetini hesaplar. HAP, yük hesaplamaları için ASHRAE transfer fonksiyonu yöntemini, enerji analizi için ise, 8760 saatlik detaylı enerji simülasyon yöntemini kullanır. HAP seçilen tasarımın yıllık enerji kullanımını ve enerji maliyetini HVAC ve HVAC harici sistemler için verir. Enerji analizi raporları ise alternatif HVAC sistemlerinin enerji tüketimleri ve enerji maliyetler açısından kıyaslanıp en iyi tasarımın seçilmesinde kullanılır [37 ]. HAP altı adet hesaplama motoru kullanmaktadır. Yük hesaplama motoru, ASHRAE Transfer Fonksiyonu Yöntemi ne göre bina içerisindeki dinamik ısı transferini analiz etmekte ve mahaller için ısıtma ve soğutma yüklerini hesap etmektedir. Sistem motoru, sistemlerin hava tarafındaki termomekanik işletimi simüle etmektedir. Boyutlandırma motoru bina içerisinde kullanılan difüzörler, hava terminalleri, fanlar, serpantinler ve nemlendiricileri boyutlandırmada kullanılır. Ekipman motoru su soğutma grupları ile sıcak su kazanlarını simüle etmektedir. Bina simülasyon motoru ise enerji ve yakıt tüketimini diğer motorlarla birlikte çalışarak hesap edip bina için yıllık bazda enerji tüketimini simüle etmektedir. Son olarak ise ömür bazlı bir simülasyon motoru ile toplam ömür boyunca yatırım, işletme ve bakım maliyetleri simüle edilebilmektedir Carrier HAP (Hourly Analysis Program) Paket Programı Sistem Tasarım Özellikleri HAP, tasarım hesaplarına sistem tabanlı bir yaklaşım getirir, boyutlandırma prosedürlerini biçimlendirir ve tasarlanan belirli bir tip sistemin raporlarını verebilir. Bu özelikler, sistem bileşenlerini boyutlandırmak için mühendislerin hesaplandıktan sonra sonuçları girdikleri değer, yük hesaplama programlarına göre avantaj sağlar. HAP ın özellikleri, klima santralleri, paket tip çatı üniteleri, paket tip dik üniteler, split sistemler, DX fan coiller, hidronik fan coiller ve su kaynaklı ısı pompalarını içeren sistemleri boyutlandırmak için uygundur. 32

47 Boyutlandırma verileri, merkezi soğutma ve ısıtma bataryaları, ön ısıtma ve ön soğutma bataryaları, fanlar, buharlı nemlendiriciler, terminal ilave ısıtma bataryalar, CAV ve VAV cihazları, fan coiller, soğutma grupları ve boylerler için belirlenir. Bina ısı akışını hesaplamak için ASHRAE Transfer Fonksiyon Metodu nu kullanır. Bileşen yüklerini, saatlik yük profillerini, detaylı saatlik performans verilerini ve psikrometrik diyagramları sağlayan ilave raporlar da sağlanabilir. Yazılım, yeni konstrüksiyon ve teknolojik gelişmelerin eski konstrüksiyonlara uyarlanması (retrofit) uygulamaları için uygundur [37] Enerji Analiz Özellikleri HAP binanın ısı transferini yüklerini, hava sisteminin ve cihazların çalışmasını hesaplamak için yılın 8760 saati hava verilerini kullanarak gerçek bir saatlik enerji analizini gerçekleştirir. HVAC bileşenlerinin (örneğin, kompresörler, fanlar, pompalar, ısıtma elemanları) saatlik enerji tüketimi ile HVAC sistemine dahil olmayan bileşenlerin (örneğin, aydınlatma, ofis ekipmanları, makinalar) saatlik enerji tüketimleri, binanın günlük, aylık ve toplam enerji tüketim profillerini belirlemek için kullanılır. Her enerji kaynağı ve yakıt tipi için enerji maliyetlerini hesaplamak amacıyla enerji tüketim verileri kullanılır. Enerji analizi sistem tasarımındaki girdileri tekrar kullandığı için, sistem tasarımı bittiğinde bir enerji analizi için gerekli girdilerin %50-%75 i aslında tamamlanmış olur [38] İklim Analiz Özellikleri Dünya çapındaki yedi yüzden fazla şehri kapsayan tasarım hava verileri için veri tabanı sağlar.enerji simülasyonu için saatlik hava verilerini kullanır. Dünya çapındaki dört yüzden fazla şehir için simülasyon hava verilerinden oluşan kütüphane sağlar. 33

48 2.5.4 Yük Hesaplama Özellikleri Soğutma yükü hesaplamaları, tasarım ısıtma yükü hesaplamaları, Güneş (solar) radyasyon hesaplamaları için ASHRAE prosedürlerini kullanır. Yılın 12 ayı için günde 24 saatlik oda ve bölge (zone) yüklerini hesaplar. Oda, bölge (zone) ve batarya için maksimum yük miktarlarını belirler. Odanın kullanımının, iç yüklerin, fan ve termostat çalışmalarının saatlik ve mevsimsel olarak programlanmasını sağlar [37,38]. 34

49 3.MATERYAL VE YÖNTEM 3.1 Materyal Carrier saatlik analiz programı (HAP) mekanik tasarım ve mühendislerine ısıtma, soğutma, havalandırma ve klima (HVAC) sistemleri tasarımında yardımcı bir hesap programıdır. Bu tez çalışmasında, Carrier HAP (Hourly Analysis Program) paket programı kullanılarak binanın yıllık soğutma yükü hesaplanmıştır. Ayrıca, güneş enerjisi destekli tek kademeli H 2 0-LiBr absorpsiyonlu soğutma sistemi bilgisayarda modellenerek, sistemin çalışması için gerekli olan enerji düzlemsel kollektörlerle sağlanmıştır. Yapılan hesaplarda, seçilen parametrelere göre güneşten yararlanma oranları bulunmuştur H 2 O-LiBr Sisteminin Kararlı Akış Analizi q ç Yoğuşturucu 7 q g Jeneratör Genleşme Valfi Isı Değiştirici P 1 W p q e q a Buharlaştırıcı Soğurucu Şekil 3.1. H 2 O-LiBr sisteminin akış şeması Kabuller: 1-Kararlı rejim ve daimi akış 2- Soğutucu akışkan saf su 2-Her bir bileşendeki kinetik ve potansiyel enerji değişimleri ihmal edilecek 3- Sürtünmeden dolayı basınç düşümü yok 35

50 4-1, 4 ve 8 noktalarında akışkan doymuş sıvı 5-10 noktasında akışkan doymuş buhar 6- Genleşme vanaları adyabatik 7- Pompa izentropik 8- Isı değiştirici adyabatik Analiz her bir bileşen için kütle ve enerji dengesi yazılarak yapılır Yoğuşturucu (Kondenser) Kütle ve Enerji Dengesi 7 m 7 q ç 8 Şekil 3.2. Yoğuşturucu m (3.1) q ç 7 m 8 7 h7 m8 m (3.2) 36

51 Soğutucu Genleşme Valfi m 8 8 m Şekil 3.3.Genleşme valfi 9 9 m (3.3) 8 m 9 h2 h 3 (3.4) Evaporatör (Buharlaştırıcı) 9 10 m 10 q e Şekil 3.4. Evaporatör m (3.5) q e e 9 m 10 m h 10 h 9 (3.6) doy e P P T (3.7) Burada T e : evaporatör sıcaklığı 37

52 Absorber (Soğurucu) m m 6 6 q a 1 Şekil 3.5. Absorber m 1 m m 10 m6 m1 ve x1m1 x6m6 (3.8) q a m (3.9) 10h10 m6h6 m1h Çözelti Pompası: m 2 2 W p P m 1 Şekil 3.6. Çözelti pompası 1 m (3.10) W p 1 m 2 1 h1 h2 m (3.11) Akışkanın sıkıştırılamaz olduğu kabul edilirse, W p 1 1 P2 P1 m v (3.12) 38

53 Çözelti Isı Değiştiricisi: Şekil 3.7. Çözelti ısı değiştiricisi m (3.13) 2 m 3 m (3.14) m 4 m 5 (3.15) 2h2 m4h4 m3h3 m5h Jeneratör: 7 m 7 3 m 3 q g 4 m 4 Şekil 3.8. Jeneratör x (3.16) 3m3 x4m4 m (3.17) 3 m7 m4 q g m (3.18) 7h7 m4h4 m3h3 39

54 Çözelti Genleşme Valfi m 5 5 m Şekil 3.9. Çözelti Genleşme Valfi 6 6 m (3.19) 5 m 6 h5 h 6 (3.20) Soğutma Tesir Katsayısı, COP LtBr-Su absorpsiyonlu soğutma sisteminin etkinlik katsayısı aşağıda verilmiştir. COP elde edilmek istenen harcanan e e (3.21) q g q w p q q q Analizi yapılan sistem için ana tasarım parametreleri aşağıda verilmiştir - Soğutma kapasitesi - Zayıf ve kuvvetli çözelti derişimleri - Jeneratör sıcaklığı - Buharlaştırıcı sıcaklığı - Isı değiştirici etkinlikleri kabul edilecektir. T T 7 6 ID (3.22) T8 T6 T 5 T 6 ya eşittir. T 8 T 9 T 1 e eşit kabul edilebilir [4]. 40

55 Kristalleşmeyi önlemek için kondenser basıncı, soğutma su sıcaklığına bakmaksızın düşük tutulmalıdır. Bu kondensere soğuk su akış hızını ayarlama ile yapılabilir. Ayrıca kristalleşmeyi engellemek için katkı maddeleri de katılabilir. Tüm sistem vakum altında çalıştırıldığında sisteme dışarıdan hava sızıntısı da bir problemdir. Hava boşaltma sistemi pratik sistemlerde kullanılabilir. Büyük kapasiteli sistemlerde ısı kaynağı olarak genellikle ısı kaynağı olarak buhar veya sıcak su kullanılır. Küçük kapasiteli sistemlerde ise, ısı kaynağı olarak gaz veya sıvı yakıttır. Tipik bir tek etkili sistem ısı kaynağı sıcaklığı 120 o C ise soğuk su sıcaklığı 7 o C dir. T c =46 o C, T a =40 o C, COP= Çok etkili sistemlerde ise COP= arasındadır. P Q c Q g Yoğuşturuc 8 7 Jeneratör 3 4 Çözelti ID 9 Buharlaştırıcı P 1 6 Soğurucu Q e 11 Q a T Şekil Absorpsiyonlu Soğutma Sistemine ait basınç-sıcaklık tablosu Sıcak Su Tankı Enerji Dengesi Güneş Enerjisi Yrd. ısıtıcı Jeneratör Şekil Güneş Enerjisi, sıcak su tankı ve jeneratör bağlantı şeması 41

56 Şekil 3.12 de gösterilen güneş enerjisi sıcak su tankı tam karışımlı olduğu kabul edilerek enerji dengesi aşağıda verilen Şekil 3.13 e göre yazılmıştır. q kay q u T s (t) Sıcak su tankı q tnk Şekil Tam karışımlı sıcak su depolama tankı enerji dengesi Enerji Dengesi: dts mcp. q t u q dt kayıp qtnk Ts Ts mcp. qu qkayıp qtnk T s t t t Ts mc burada; q u qkayıp qtnk p t T s : t zaman periyodu sonunda tank sıcaklığı. ( 0 C) t : t zaman periyodu. (s) m : tank içindeki su kütlesi (kg) c : suyun özgül enerjisi (kj/kg 0 C) p q : güneş kollektöründen sağlanan faydalı enerji (W) u qkay qtnk : tanktan çevreye olan ısı kaybı : tanktan çekilen enerji miktarı (3.23) (3.24) Güneş kollektöründen sağlanan faydalı enerji, q F I F U T T A (3.25) u R R e T R s çev A I UT T c F burada, T : Çevre sıcaklığı çev FR : Toplayıcı verim faktörü e T s çev c e : Etkin yutma-geçirme çarpımı I : Eğik kolektör birim yüzeyine gelen ışınım (W/m 2 ) T Tanktan çevreye olan ısı kaybı, 42

57 q q kay tnk UA T T ) (3.26) tnk( s çev mc T T ) (3.27) p ( su s g burada, m : Suyun kütlesel debisi (kg/s) c : suyun özgül ısısı (kj/kg 0 C) p T : Suyun çıkış sıcaklığı ( 0 C) s T : Su dönüş sıcaklığı ( 0 C) g Yardımcı Isıtıcı Enerji Dengesi, q mc T T (3.28) yar p ref burada, T : Referans jeneratör sıcaklığı ( 0 C) ref s Güneş Enerjisi Sıcak Su Tank Hacminin Hesaplanması Şekil 3.14 te gösterildiği gibi, sıcak su depolama tankı, dıştan ısı yalıtımlı silindirik depo olarak kabul edilmiştir. Tank h tank D Şekil Sıcak su depolama tankı Tank hacmi, kollektör birim alanı başına tank hacmi ile toplam kollektör alanının çarpımına eşittir. Birim kollektör alanı başına tank hacmi L/m 2 arasında olabilmektedir [32]. Vtnk Vtnk Ac (3.29) A burada, ayrıca c 2 D Vtnk h tnk (3.30) 4 ifadesine eşittir. Denklem düzenlenirse, tank çapı, 43

58 D 4V tnk (3.31) h tnk formülü ile hesaplanabilir. Hesaplamalarda, h tnk kabul edilerek, tank çapı hesaplanmıştır. Alt taban alan ihmal edilirse, toplam tank yüzey alanı, A 2 D 4 tnk Dh tnk (3.32) ifadesi ile hesaplanabilir Örnek Bina: İnönü Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Ek Binası Soğutma yapılacak Mühendislik Fakültesi Ek Binasının toplam alanı 6500 m 2 dir. Ek binanın uydu görünümü (Google Earth) aşağıda Şekil 3.15 de verilmiştir. Şekil 3.16 ve 3.17 de ise binanın farklı açılarda genel görünüşü verilmiştir. Şekil Mühendislik Fakültesi Ek Binasının uydu görünümü 44

59 Şekil İnönü Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Ek Binası nın genel görünüşü Şekil İnönü Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Ek Binası nın genel görünüşü 45

60 Şekil 3.18.İnönü Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Ek Binası Zemin Kat Mimarisi 46

61 Şekil İnönü Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Ek Binası 1. Kat Mimarisi Bina zemin kat dahil olmak üzere toplamda 4 kattan oluşmaktadır. Diğer katların mimarisi birinci kat ile aynı olacak şekilde tasarlanmıştır. Kat yüksekliği 4 m dir. Binada; çalışma ofisleri, derslikler, toplantı salonları, kantin ve koridor gibi ortak kullanım alanları mevcuttur. Binada iklimlendirilen toplam 49 adet mahal programda girdi olarak tanımlanmıştır. 47

62 4.SONUÇLAR ve ÖNERİLER 4.1 Malatya İli Aylık Ortalama Saatlik Dış Ortam Sıcaklıkları Malatya Meteoroloji Bölge Müdürlüğü nden alınan saatlik dış ortam sıcaklıklarının ortalaması Tablo 4.1 de verilmiştir. MAYIS HAZİRAN TEMMUZ AĞUSTOS EYLÜL Saat Sıcaklık C Saat Sıcaklık C Saat Sıcaklık C Saat Sıcaklık C Saat Sıcaklık 0 C 0: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Çizelge yılı Malatya İli ne ait aylık ortalama saatlik dış ortam sıcaklıkları. 48

63 4.1.2 Malatya İli İçin Dış Ortam Sıcaklığının Aylara Göre Değişimi Aylara göre ortalama günlük dış ortam saatlik sıcaklık değişimi Şekil 4.1 de verilmiştir. Saatlik ortalama sıcaklık dağılımı 24 saatlik zaman periyodunda grafikten de görüldüğü gibi saat 3:00 ten saat 12:00-13:00 e kadar artmakta, daha sonra sıcaklık monoton olarak tekrar düşmektedir. Temmuz ve Ağustos ayında dış ortam sıcaklığı diğer aylara göre daha yüksek olmaktadır. Mayıs ayı sıcaklık değerleri ise diğer aylara göre daha düşük olduğu görülmektedir. Şekil 4.1. Dış ortam sıcaklığının aylara göre değişimi 4.2 Aylık Ortalama Saatlik Soğutma Yükleri Carrier HAP programında soğutma yükü için gerekli olan tasarım parametreleri ile ilgili program rapor sayfası aşağıda verilmiştir. Malatya ili için dış ortam sıcaklık değerleri, binaya ait yön, mahallerin kat bilgileri ve kullanım saat bilgileri Carrier HAP programına ayrıca girilerek Çizelge 4.2 de verilen saat 6:00 ve 19:00 arası soğutma yükleri elde edilmiştir. Soğutma yükü hesaplanırken 08:00-17:00 arası binada personel olduğu, 08:00-22:00 arası binada öğrenci olduğu kabul edilmiştir. Binadaki ofis odalarında ortalama 4 kişi olduğu, elektrikli cihazların gücü yaklaşık 10.8 W/m 2 olduğu ve aydınlatma gücünün de 32.3 W/m 2 olduğu kabul 49

64 edilmiştir. Ayrıca binada bulunan CAD/CAM laboratuvarı yaklaşık 50 öğrenci kapasiteli olduğu, bilgisayarların toplam gücünün 5000 W, aydınlatma gücünün 32.3 W/m 2 olduğu kabul edilmiştir. Toplantı odası, bölüm başkanı odaları, sekreter gibi odalar diğer ofis odaları gibi kabul edilmiş, sadece insan sayısı farklı alınmıştır. Binada hesaba alınan bazı mahallere ait giriş verileri program çıktısı olarak Ek-1 verilmiştir. Design Weather Parameters & MSHGs Muhendislik A Blok INONU UNIVERSITESI 02:25 Design Parameters: City Name... Malatya Location... Turkey Latitude Deg. Longitude Deg. Elevation m Summer Design Dry-Bulb C Summer Coincident Wet-Bulb C Summer Daily Range K Winter Design Dry-Bulb C Winter Design Wet-Bulb C Atmospheric Clearness Number Average Ground Reflectance Soil Conductivity W/(m- K) Local Time Zone (GMT +/- N hours) hours Consider Daylight Savings Time... Evet Daylight Savings Begins... March, 29 Daylight Savings Ends... October, 25 Simulation Weather Data... Ankara (IWC) Current Data is... User Modified Design Cooling Months... January to December 50

65 Central Cooling Coil Load (kw) Mayıs Central Cooling Coil Load (kw) Haziran Central Cooling Coil Load (kw) Temmuz Central Cooling Coil Load (kw) Ağustos Central Cooling Coil Load (kw) Eylül 06: : : : : : : : : : : : : : Çizelge 4.2. İnönü Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Ek Binası Aylık Ortalama Saatlik Soğutma Yükü 4.3 Soğutma Yükünün Zamana Bağlı Olarak Değişimi Çizelge 4.2 ye göre soğutma yüklerinin zamana bağlı değişimi Şekil 4.2 de verilmiştir. Şekle göre en fazla soğutma yükü Temmuz ayı, en düşük soğutma yükü ise Mayıs ayında olmaktadır. Şekil 4.2. Soğutma yükünün zamana bağlı değişimi 51

66 4.4 Yatay Düzlem İçin Aylık Ortalama Günlük Güneş Işınımı Şekil 4.2 de yatay düzleme gelen aylık ortalama günlük toplam güneş ışınımının değişimi verilmiştir. Şekilden de görüldüğü gibi yatay düzleme gelen toplam ışınım Ocak ayından temmuz ayına kadar artmakta daha sonra aralık ayına kadar azalmaktadır. Şekil 4.3. Yatay düzlem için aylık ortalama günlük toplam güneş ışınımı 4.5 Kollektör Eğim Açısına Göre Eğik Düzleme Gelen Toplam Işınım Miktarı Optimum kollektör düzlem eğiminin, belli bir zaman aralığında, maksimum güneş ışınımını alacak şekilde seçilmesi gerekir. Yapılan hesaplarda, Şekil 4.4 den de görüldüğü gibi toplam 5 aylık soğutma periyodunda birim kolektör yüzeyi alanına gelen toplam güneş ışınımı maksimum olacak şekilde, eğim açısı aralığında bulunmuştur. Bu açı aralığında, beş ayda (Mayıs, Haziran, Temmuz, Ağustos ve Eylül ayları) birim kolektör yüzeyine gelen aylık ortalama günlük güneş ışınımı I T MJ / m olmaktadır. 0 Şekil 4.4. Kollektör eğim açısı 52

67 4.6 Eğik Kollektör Yüzeyine Gelen Aylık Ortalama Günlük Güneş Işınımı Toplam güneş ışınımı maksimum olacak şekilde, kollektor eğim açısı =14 o kabul edilerek, eğik kollektör yüzeyine gelen toplam güneş ışınımı Microsoft Excel programında makro programlar yazılarak hesaplanmıştır. Hesaplar sonucu ortalama günlük güneş ışınımının aylara göre değişimi Şekil 4.5 de verilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, maksimum ışınım Temmuz ayında, minimum ışınım Eylül ayında olmaktadır. Bölüm 4.7 de Microsoft Excel programında hesaplanan eğik kollektör yüzeyine gelen aylık ortalama günlük toplam güneş ışınım (I T ) değerleri hesaplama tabloları Çizelge de aylara göre detaylı olarak verilmiştir. Verilen çizelgelerde I T değerinin hesabı için gerekli olan ara işlemlerle ilgili denklemler Bölüm-3 de daha önceden verilmişti. Şekil 4.5. Eğik kollektör yüzeyine gelen aylık ortalama günlük güneş ışınımı 53

68 Kollektör Yüzeyine Gelen Aylık Ortalama Günlük Işınım Hesaplama Tabloları MAYIS Ay= 5 s = ( o ) H= MJ/m 2.gün ( o ) n ort = 15 s = ( o ) K T = ( o ) n= 135 H o = MJ/m 2.gün H d = MJ/m 2.gün ( o ) = ( o ) Saat Stn. Saat Gün. Saat r d r t I I d I b R b I bt I dt I rt I T [derece] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] [derece] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] Çizelge 4.3. Mayıs Ayı için Kollektör Yüzeyine Gelen Aylık Ortalama Günlük Işınım Hesap Tablosu 54

69 55 HAZİRAN Ay= 6 s ( o ) H= MJ/m 2.gün ( o ) n ort = 11 s ( o ) K T = ( o ) n= 162 H o = MJ/m 2.gün H d = MJ/m 2.gün ( o ) ( o ) Saat Stn. Saat Gün. Saat r d r t I I d I b R b I bt I dt I rt I T [derece] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] [derece] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] Çizelge 4.4. Haziran Ayı için Kollektör Yüzeyine Gelen Aylık Ortalama Günlük Işınım Hesap Tablosu 55

70 56 TEMMUZ Ay= 7 s ( o ) H= MJ/m 2.gün ( o ) n ort = 17 s ( o ) K T = ( o ) n= 198 H o = MJ/m 2.gün H d = MJ/m 2.gün ( o ) ( o ) Saat Stn. Saat Gün. Saat r d r t I I d I b R b I bt I dt I rt I T [derece] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] [derece] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] Çizelge 4.5. Temmuz Ayı için Kollektör Yüzeyine Gelen Aylık Ortalama Günlük Işınım Hesap Tablosu 56

71 57 AĞUSTOS Ay= 8 s ( o ) H= MJ/m 2.gün ( o ) n ort = 16 s ( o ) K T = ( o ) n= 228 H o = MJ/m 2.gün H d = MJ/m 2.gün ( o ) ( o ) Saat Stn. Saat Gün. Saat r d r t I I d I b R b I bt I dt I rt I T [derece] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] [derece] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] Çizelge 4.6. Ağustos Ayı için Kollektör Yüzeyine Gelen Aylık Ortalama Günlük Işınım Hesap Tablosu 57

72 58 EYLÜL Ay= 9 s ( o ) H= MJ/m 2.gün ( o ) n ort = 15 s ( o ) K T = ( o ) n= 258 H o = MJ/m 2.gün H d = MJ/m 2.gün 2.22 ( o ) ( o ) Saat Stn. Saat Gün. Saat r d r t I I d I b R b I bt I dt I rt I T [derece] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] [derece] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] [MJ/m 2 ] Çizelge 4.7. Eylül Ayı için Kollektör Yüzeyine Gelen Aylık Ortalama Günlük Işınım Hesap Tablosu 58

73 4.8 Su-LtBr Absorpsiyonlu Soğutma Sistemi Tasarım Sonuçları Absorpsiyonlu soğutma sistemi için Microsoft Excel de hazırlanan programa, HAP programında hesaplanan aylık ortalama günlük soğutma yükü değerleri (Q e ) girilerek Bölüm-3 de verilen formüllere göre, soğutma sisteminin pompa gücü (Wp), soğurucudan birim zamanda çekilen enerji (Q a ), jeneratöre birim zamanda verilen enerji (Q g ), yoğuşturucudan birim zamanda dışarıya atılan enerji (Q c ) ve sistemin etkinlik katsayısı (COP) hesaplanmıştır. Soğutma sistemini modellerken Çizelge 4.8 de verilen tasarım parametreleri kabul edilmiştir. Parametre Sembol Kabul Edilen Değerler Soğutma kapasitesi Q e HAP Programından saatlik soğutma yükleri Buharlaştırıcı sıcaklığı T 10 6 o C Jeneratör T 4 75 o C Zayıf çözeltinin kütle kesri x 1 55 % LiBr Güçlü çözeltinin kütle kesri x 4 60 % LiBr Çözeltinin ısı değiştiricisinden çıkış sıcaklığı T 3 55 o C Jeneratörden su buharı çıkış T 7 70 o C sıcaklığı Çizelge 4.8 LiBr Soğutma sistemi tasarım parametreleri LiBr-Su Absorpsiyonlu soğutma siteminin termodinamik analizi saatlik olarak tüm aylar için yapılarak sonuçlar hesaplanmıştır. Hesaplamalarda akışkan özellikleri Ek-2 de verilen bağıntılar yardımı ile hesaplamıştır. Mayıs ayı için, saat 6:00 daki saatlik soğutma yükü Q e =26.44 kw alınarak elde edilen sonuçlar Çizelge 4.9 da verilmiştir. # h(kj/kg) m (kg/s) P (kpa) T( o C) X (%) Akışkan Fazı Sıkıştırılmış sıvı Kızgın Buhar Doymuş Sıvı Doymuş Buhar Qe(kW) W P (kw) Q a (kw) Q g (kw) Q c (kw) COP Çizelge 4.9 Termodinamik analiz sonuçları, soğutma yükü Q e =26.44 kw 59

74 Elde edilen sonuçlar ayrıca özet olarak tüm aylar için Çizelge de verilmiştir. Çizelgelerden de görüldüğü gibi soğutma sisteminin etkinlik katsayısı (COP=0.758) aylara göre çok değişmemektedir. Mayıs Saat Qe(kW) W P (kw) Q a (kw) Q g (kw) Q c (kw) COP 06: : : : : : : : : : : : : : Toplam Çizelge 4.8. Mayıs ayı soğutma sistemi tasarım sonuçları Haziran Saat Qe(kW) W P (kw) Q a (kw) Q g (kw) Q c (kw) COP 06: : : : : : : : : : : : : : Toplam Çizelge 4.9. Haziran ayı soğutma sistemi tasarım sonuçları 60

75 Temmuz Saat Qe(kW) W P (kw) Q a (kw) Q g (kw) Q c (kw) COP 06: : : : : : : : : : : : : : Toplam Çizelge Temmuz ayı soğutma sistemi tasarım sonuçları Ağustos Qe(kW) W P (kw) Q a (kw) Q g (kw) Q c (kw) COP 06: : : : : : : : : : : : : : Toplam Çizelge Ağustos ayı soğutma sistemi tasarım sonuçları 61

76 Eylül Qe(kW) W P (kw) Q a (kw) Q g (kw) Q c (kw) COP 06: : : : : : : : : : : : : : Toplam Çizelge Eylül ayı soğutma sistemi tasarım sonuçları Şekil 4.6 da absorpsiyonlu soğutma sisteminin aylara göre günlük toplam soğurucu, jeneratör ve yoğuşturucu ısı yükleri verilmiştir. Isı yüklerin temmuz ve ağustos aylarında yüksek değer aylarda daha düşük olduğu görülmektedir. Jeneratöre verilmesi gerekli enerji soğurucudan ve yoğuşturucudan çekilmesi gerekli enerjilere göre daha yüksek olmaktadır. Şekil 4.6 Günlük toplam soğurucu, jeneratör ve yoğuşturucu ısı yükleri 62

77 4.9 Absorpsiyonlu Soğutma Sistemi Jeneratör Isı Yükü Absorpsiyonlu soğutma sistemi için yapılan hesaplarda, saatlik soğutma yükü için jeneratöre verilmesi gerekli olan enerji MJ/h birimi ile ayrıca Çizelge 4.13 de verilmiştir. Saat Q load =Q gen (MJ/h) Mayıs Haziran Temmuz Ağustos Eylül Çizelge Aylara göre günlük ortalama saatlik jeneratör ısı yükü Aylara göre günlük ortalama saatlik jeneratör ısı ihtiyacı değişimi Şekil 4.7 da grafiksel olarak görülmektedir. Şekle göre, Temmuz ayında jeneratör ısı yükü en fazla çıkmaktadır, Mayıs ayında ise ısı yükü diğer aylara göre daha düşük olmaktadır. Şekil 4.7 Saatlik jeneratör ısı ihtiyacının aylara göre değişimi 63

78 4.10 Aylara Göre Güneş Enerjisinden Faydalanma ve Yardımcı Isı Kaynağı Kullanımı Soğutma sisteminde jeneratör için gerekli olan ısı enerjisi düzlemsel kollektörler ile sağlanmıştır. Yapılan modellemede düzlemsel güneş kollektörü ısı kazanç faktörü ile efektif yutma geçirme katsayısının çarpımı, Ft.() e ve ısı kazanç faktörü ile kollektör toplam ısı kayıp katsayısı çarpımı, Ft.U iki farklı kollektör tipine göre değerler alınarak güneş enerjisinden faydalanma oranı ve yardımcı ısı kaynağı için gerekli olan enerji ihtiyacı hesaplanmıştır. Kabul edilen değerler Çizelge 4.14 de verilmiştir. Kollektör Tipi Ft.() e Ft.U (W/m 2 K) Çizelge Kollektör tiplerine göre kollektör parametreleri Ayrıca, sıcak su depo hacmi için farklı kaynaklarda çeşitli öneriler mevcuttur. Yaptığımız çalışmada depo hacmi m 2 kollektör yüzey alanı başına 50 ile 200 L arasında alınmıştır [32]. Bu çalışmada, sistemin çalışma saatleri sınırlı olduğu için çok yüksek depo hacimleri denenmemiş, m 2 kollektör yüzey alanı başına 70, 120 ve 170 L depo hacmi ile simülasyon yapılmıştır. F R () e= 0.75, F R U=3.2 W/m 2 K, A c =150 m 2 ve V tank /A c =70 L/m 2 değerleri göz önünde bulundurulduğu zaman soğutma yapılan aylara ait, yardımcı ısı kaynağı kullanımı ve güneş enerjisinden faydalanma oranı aşağıdaki gibidir. Şekil 4.6. Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı (A c =150 m 2, V tank /A c =70 L/m 2 ) 64

79 Şekil 4.7. Aylara göre güneşten faydalanma oranları (A c =150 m 2, V tank /A c =70 L/m 2 ) F R () e= 0.75, F R U=3.2 W/m 2 K, A c =150 m 2 ve V tank /A c =120 L/m 2 Değerleri göz önünde bulundurulduğu zaman soğutma yapılan aylara ait, yardımcı ısı kaynağı kullanımı ve güneş enerjisinden faydalanma oranı aşağıdaki gibidir; Şekil 4.8. Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı (A c =150 m 2, V tank /A c =120 L/m 2 ) 65

80 Şekil 4.9. Aylara göre güneşten faydalanma oranları(a c =150 m 2, V tank /A c =120 L/m 2 ) F R () e= 0.75, F R U=3.2 W/m 2 K, A c =150 m 2 ve V tank /A c =170 L/m 2 değerleri göz önünde bulundurulduğu zaman soğutma yapılan aylara ait, yardımcı ısı kaynağı kullanımı ve güneş enerjisinden faydalanma oranı aşağıdaki gibidir; Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı(a c =150 m 2, V tank /A c =170 L/m 2 ) 66

81 Şekil 4.11.Aylara göre güneşten faydalanma oranları(a c =150 m 2, V tank /A c =170 L/m 2 ) F R () e= 0.75, F R U=3.2 W/m 2 K, A c =200 m 2 ve V tank /A c =70 L/m 2 değerleri göz önünde bulundurulduğu zaman soğutma yapılan aylara ait, yardımcı ısı kaynağı kullanımı ve güneş enerjisinden faydalanma oranı aşağıdaki gibidir; Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı(a c =200 m 2, V tank /A c =70 L/m 2 ) 67

82 Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları(a c =200 m 2, V tank /A c =70 L/m 2 ) F R () e= 0.75, F R U=3.2 W/m 2 K, A c =200 m 2 ve V tank /A c =120 L/m 2 değerleri göz önünde bulundurulduğu zaman soğutma yapılan aylara ait, yardımcı ısı kaynağı kullanımı ve güneş enerjisinden faydalanma oranı aşağıdaki gibidir; Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı(a c =200 m 2, V tank /A c =120 L/m 2 ) 68

83 Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları(a c =200 m 2, V tank /A c =120 L/m 2 ) F R () e= 0.75, F R U=3.2 W/m 2 K, A c =200 m 2 ve V tank /A c =170 L/m 2 değerleri göz önünde bulundurulduğu zaman soğutma yapılan aylara ait, yardımcı ısı kaynağı kullanımı ve güneş enerjisinden faydalanma oranı aşağıdaki gibidir; Şekil 4.16.Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı(a c =200 m 2, V tank /A c =170 L/m 2 ) 69

84 Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları(a c =200 m 2, V tank /A c =170 L/m 2 ) F R () e= 0.75, F R U=3.2 W/m 2 K, A c =250 m 2 ve V tank /A c =70 L/m 2 değerleri göz önünde bulundurulduğu zaman soğutma yapılan aylara ait, yardımcı ısı kaynağı kullanımı ve güneş enerjisinden faydalanma oranı aşağıdaki gibidir; Şekil 4.18.Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı(a c =250 m 2, V tank /A c =70 L/m 2 ) 70

85 Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları(a c =250 m 2, V tank /A c =70 L/m 2 ) F R () e= 0.75, F R U=3.2 W/m 2 K, A c =250 m 2 ve V tank /A c =120 L/m 2 değerleri göz önünde bulundurulduğu zaman soğutma yapılan aylara ait, yardımcı ısı kaynağı kullanımı ve güneş enerjisinden faydalanma oranı aşağıdaki gibidir; Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı(a c =250 m 2, V tank /A c =120 L/m 2 ) 71

86 Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları(a c =250 m 2, V tank /A c =120 L/m 2 ) F R () e= 0.75, F R U=3.2 W/m 2 K, A c =250 m 2 ve V tank /A c =170 L/m 2 değerleri göz önünde bulundurulduğu zaman soğutma yapılan aylara ait, yardımcı ısı kaynağı kullanımı ve güneş enerjisinden faydalanma oranı aşağıdaki gibidir; Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı(a c =250 m 2, V tank /A c =170 L/m 2 ) 72

87 Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları(a c =250 m 2, V tank /A c =170 L/m 2 ) F R () e= 0.75, F R U=6.4 W/m 2 K, A c =150 m 2 ve V tank /A c =70 L/m 2 değerleri göz önünde bulundurulduğu zaman soğutma yapılan aylara ait, yardımcı ısı kaynağı kullanımı ve güneş enerjisinden faydalanma oranı aşağıdaki gibidir; Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı(a c =150 m 2, V tank /A c =70 L/m 2 ) 73

88 Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları(a c =150 m 2, V tank /A c =70 L/m 2 ) F R () e= 0.75, F R U=6.4 W/m 2 K, A c =150 m 2 ve V tank /A c =120 L/m 2 değerleri göz önünde bulundurulduğu zaman soğutma yapılan aylara ait, yardımcı ısı kaynağı kullanımı ve güneş enerjisinden faydalanma oranı aşağıdaki gibidir; Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı(a c =150 m 2, V tank /A c =120 L/m 2 ) 74

89 Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları(a c =150 m 2, V tank /A c =120 L/m 2 ) F R () e= 0.75, F R U=6.4 W/m 2 K, A c =150 m 2 ve V tank /A c =170 L/m 2 değerleri göz önünde bulundurulduğu zaman soğutma yapılan aylara ait, yardımcı ısı kaynağı kullanımı ve güneş enerjisinden faydalanma oranı aşağıdaki gibidir; Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı(a c =150 m 2, V tank /A c =170 L/m 2 ) 75

90 Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları(a c =150 m 2, V tank /A c =170 L/m 2 ) F R () e= 0.75, F R U=6.4 W/m 2 K, A c =200 m 2 ve V tank /A c =70 L/m 2 değerleri göz önünde bulundurulduğu zaman soğutma yapılan aylara ait, yardımcı ısı kaynağı kullanımı ve güneş enerjisinden faydalanma oranı aşağıdaki gibidir; Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı(a c =200 m 2, V tank /A c =70 L/m 2 ) 76

91 Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları(a c =200 m 2, V tank /A c =70 L/m 2 ) F R () e= 0.75, F R U=6.4 W/m 2 K, A c =200 m 2 ve V tank /A c =120 L/m 2 değerleri göz önünde bulundurulduğu zaman soğutma yapılan aylara ait, yardımcı ısı kaynağı kullanımı ve güneş enerjisinden faydalanma oranı aşağıdaki gibidir; Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı(a c =200 m 2, V tank /A c =120 L/m 2 ) 77

92 Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları(a c =200 m 2, V tank /A c =120 L/m 2 ) F R () e= 0.75, F R U=6.4 W/m 2 K, A c =200 m 2 ve V tank /A c =170 L/m 2 değerleri göz önünde bulundurulduğu zaman soğutma yapılan aylara ait, yardımcı ısı kaynağı kullanımı ve güneş enerjisinden faydalanma oranı aşağıdaki gibidir; Şekil 4.34.Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı(a c =200 m 2, V tank /A c =170 L/m 2 ) 78

93 Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları(a c =200 m 2, V tank /A c =170 L/m 2 ) F R () e= 0.75, F R U=6.4 W/m 2 K, A c =250 m 2 ve V tank /A c =70 L/m 2 değerleri göz önünde bulundurulduğu zaman soğutma yapılan aylara ait, yardımcı ısı kaynağı kullanımı ve güneş enerjisinden faydalanma oranı aşağıdaki gibidir; Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı(a c =250 m 2, V tank /A c =70 L/m 2 ) 79

94 Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları(a c =250 m 2, V tank /A c =70 L/m 2 ) F R () e= 0.75, F R U=6.4 W/m 2 K, A c =250 m 2 ve V tank /A c =120 L/m 2 değerleri göz önünde bulundurulduğu zaman soğutma yapılan aylara ait, yardımcı ısı kaynağı kullanımı ve güneş enerjisinden faydalanma oranı aşağıdaki gibidir; Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı(a c =250 m 2, V tank /A c =120 L/m 2 ) 80

95 Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları(a c =250 m 2, V tank /A c =120 L/m 2 ) F R () e= 0.75, F R U=6.4 W/m 2 K, A c =250 m 2 ve V tank /A c =170 L/m 2 değerleri göz önünde bulundurulduğu zaman soğutma yapılan aylara ait, yardımcı ısı kaynağı kullanımı ve güneş enerjisinden faydalanma oranı aşağıdaki gibidir; Şekil Aylara göre yardımcı ısı kaynağından faydalanma miktarı(a c =250 m 2, V tank /A c =170 L/m 2 ) 81

96 Şekil Aylara göre güneşten faydalanma oranları(a c =250 m 2, V tank /A c =170 L/m 2 ) Şekil da verilen grafiklere göre, sabit sıcak su tank hacmi için, kollektör yüzey alanı arttıkça güneşten yararlanma oranı artmakta, ek enerji kullanım miktarı azalmaktadır. Sabit kollektör yüzey alanı durumunda da, birim kollektör alanı başına sıcak su tankı hacmi arttırıldığında (V tank /A c ) güneşten yararlanma oranı artmakta, ek enerji kullanımı azalmaktadır. Ayrıca, ısı kazanç faktörü ile kollektör toplam ısı kayıp katsayısı çarpımı, F t.u arttığı zaman güneşten yararlanma oranı azalmakta, ek enerji kullanımı artmaktadır. Şekil Farklı kollektör alanları ve farklı tank hacimleri için yardımcı ısı kaynağı kullanım ve güneşten yararlanma oranları 82