GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ISITILAN YÜZME HAVUZLARI

Transkript

1 275 GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ISIILAN YÜZME HAVUZLARI Etem Sait ÖZ ayfun MENLİK ÖZE Günümüz tatil beldelerindeki otel, motel, yazlık kooperatif siteleri, vb. yerler ile özel konutlarda kullanılan yüzme havuzlarının ısıtılmalarında çeşitli sistemler kullanılmaktadır. Bu çalışmada güneş enerjisi ile ısıtılan yüzme havuzlarındaki sistemler, bu sistemlerin tasarımında dikkate alınacak hususlar, sistemi meydana getiren bileşenler ayrıntılı olarak ele alınmış, farklı sistemlere ait örnekler verilmiştir. 1. GİRİŞ Yüzme havuzları bilhassa tatil beldelerindeki münferit evlerde otel, motel, kooperatif siteleri ve benzeri tesislerde bölgenin iklim şartlarına göre yıl içerisinde sekiz aya kadar uzanacak sürelerde kullanılmaktadır. Havuzların özellikle ilkbahar ve sonbahar aylarında ısıtılmasına gerek duyulabilir. Yaz aylarında ısıtılmaları gerekli olmayabilir. Yüzme havuzlarının ısıtılmasında çeşitli kaynaklardan sağlanan enerji tüketimi, kullanıcıların önemli miktarlarda masrafla karşı karşıya gelmelerine neden olabilir. Havuz suyu sıcaklığının ortam havası sıcaklığından birkaç derece fazla olması yeterlidir. Bu bakımdan yüzme havuzlarının güneş enerjisi ile ısıtılması cazip olmaktadır. Yüzme havuzlarının güneş enerjisi ile ısıtılmasında iki yaklaşım söz konusudur[1]. Bunlardan birisi, havuz suyunun bir örtü ile kapatılması ve bu örtünün kollektör gibi görev yaparak suyu ısıtması, diğeri de suyun ısıtılmasında ayrı kollektörler kullanılmasıdır. Bu çalışmada, havuz suyunun ayrı kollektörlerle ısıtıldığı sistemler üzerinde durulmuştur. Öncelikle ısıtma sistemleri tanıtılacak ve daha sonra sistemi meydana getiren bileşenler üzerinde durulacaktır. 2. GÜNEŞ ENERJİLİ HAVUZ SUYU ISIMA SİSEMLERİ Havuz suyunun güneş enerjisi ile ısıtılması, direkt ve endirekt olarak yapılabilir. Direkt sistemde havuz suyu güneş kollektörlerinde dolaşım yaparken endirekt sistemlerde kollektör çevresinde güneş enerjisi ile ısıtılan su bir ısı değiştirici yardımıyla havuz suyunu ısıtmaktadır Direkt Sistemler Direkt sistemlerde, ısıtılmak istenilen havuz suyu güneş kollektörlerinde dolaşım yaptırılır. Sistemin tamamı korozif özellikte olan havuz suyunun etkisindedir. Havuz suyuna mikrobik etkilere karşı klor veya diğer kimyasal sıvılar verileceğinden, bu sistemlerde kullanılacak malzeme paslanmaz olmalıdır.

2 276 Bazı krom nikel çelikler hariç direkt sistemlerde metal malzeme kullanılmamalıdır. Metal malzemenin sebep olacağı pas havuz duvarlarında ve döşemelerinde lekeler meydana getirebilir. Bu nedenle, bu sistemlerde kullanılan malzeme etilen, propilen, kauçuk ve polivinil klorür ihtiva etmelidir. Direkt sistemlerde mevcut havuz pompası, suyun kollektörlerde dolaşımını da sağlayabilir. Böylece, kollektör devresi için ayrı bir pompa kullanılmamış olur. Şekil 1 de bu tür bir bağlantı şeması verilmiştir. Şekilde görüldüğü gibi, havuz suyunun filtrelenmesi için kullanılan mevcut havuz pompası aynı zamanda havuz suyunun ısıtılması için kollektörlerde de dolaşım sağlar. Suyun kollektörlerden ya da kollektörlere gitmeden havuzdan havuza dolaşım yapabilmesi kontrol vanası yardımıyla olmaktadır. Kontrol vanasının görevi, havuz suyunun yeteri kadar ısınması durumunda havuz suyu sıcaklık duyar ndan aldığı sinyal ile açılarak filtreden geçen suyun güneş kollektörlerine gitmeden doğrudan havuza dönmesini sağlamaktır. Havuz su sıcaklığı ayarlanan değerin altına düştüğünde kontrol vanası kapanarak suyun kollektörden dolaşım yapmasıyla ısınması sağlanır. Bu tip direkt bağlantıda kollektörlerin, havuz seviyesi üzerinde olması gerekir. Aksi halde, yani kollektörlerin havuz seviyesinde ya da havuz seviyesinin altında olması durumunda kontrol vanası açık olduğundan suyun kollektörlerden de dolaşım yapması, başka bir ifade ile havuz suyunun sürekli ısınması söz konusu olabilir. Güneş Kollektörü Kollektör sıcaklık duyar Havuza sıcak su gidişi Elektronik kontrol Kesme vanasi Havuz suyu sıcaklık duyar Dengeleme vanası Filtreleme pompası Filtre çekvalf Kontrol vanası Ek ısıtıcı Havuza sıcak su gidişi Şekil 1. Mevcut havuz dolaşım pompasının kullanıldığı tek kontrol vanalı direkt ısıtma sistemi[2]. Güneş enerjisinin yetersiz olduğu durumlarda havuz suyunun ısıtılması ek ısıtıcı kaynağı ile yapılabilir. Şekil 2 de yine havuz pompasının kullanıldığı ancak iki adet kontrol vanasının görev yaptığı direkt ısıtma sistemi bağlantı şeması görülmektedir. Bu sistem, kollektör devresindeki akış direncinin az olduğu başka bir ifade ile bundan önceki bağlantı şeklinde kontrol vanasının açık olduğu durumlarda suyun bir miktarının kollektörden dolaşarak havuza ısınmış olarak gidebileceği böylece havuz suyu sıcaklığının ayarlanan (istenilen) değerin üstüne çıkabileceği durumda kullanılır. Havuz suyu sıcaklığı istenilen değere ulaştığında, pompanın bastığı filtreden geçen suyun tamamı havuza gider. Bu işlem, filtreden sonra güneş kollektörlerine giden hat üzerindeki kontrol vanasının kapanması ile gerçekleşir. Kontrol vanalarının birisi açık konumda iken diğeri kapalı konumdadır. Kontrol vanalarının açılıp kapanması, kollektör sıcaklık duyar ile havuz suyu sıcaklık duyar tarafından sağlanır.

3 277 Güneş Kollektörü Kollektör sıcaklık duyar Havuza sıcak su gidişi Elektronik kontrol Kesme vanasi Havuz suyu sıcaklık duyar Dengeleme vanası Filtreleme pompası Filtre.ekvalf Kontrol vanasi Ek ısıtıcı Havuza sıcak su gidişi Şekil 2. Mevcut havuz dolaşım pompasının kullanıldığı iki kontrol vanalı direkt ısıtma sistemi[2]. Kollektörler üzerine güneş enerjisi geldiğinde, kollektörlerdeki sıcaklığı algılayan kollektör sıcaklık duyar nın kontrol paneline sinyal göndermesi ve havuz suyu sıcaklık duyar nın havuz suyunun ayarlanan sıcaklık değerinin altında olduğunu algılayarak kontrol paneline sinyal göndermesi sonucu, kollektör hattı üzerindeki kontrol vanası açılıp havuz hattı üzerindeki kontrol vanası kapanır. Bu durumda suyun kollektörler üzerinden ısınmış olarak havuza gitmesi sağlanmış olur. Kollektördeki sıcaklık ile havuz suyu sıcaklığı arasındaki sıcaklık farkı azaldığında (fark aralığı), başka bir deyişle, havuz suyunun yeterli sıcaklığa gelmesiyle, suyun kollektörden dolaşımı, kollektör hattı üzerindeki kontrol vanasının kapanmasıyla, engellenir. Bu durumda pompanın, suyu havuzdan havuza dolaşım yaptırması söz konusudur. Bu sistem kollektörlerin havuz seviyesinin altında olduğu durumlarda da kullanılabilir. Sistemde kullanılan iki adet kontrol vanası yerine, monte edilebilecek bir adet üç yollu vana kullanılabilir. Şekil 1 ve Şekil 2 deki bağlantılarda sistemlerde mevcut havuz pompası kullanılmıştır. Aşağıda belirtilen durumlarda, güneşli devre için ayrı bir dolaşım pompası kullanmak gerekir[2]. Kollektör yüzeyi 100 m 2 den fazla ise, Havuz filtreleme pompasının, suyu kollektör devresinde dolaşım yaptırabilecek debi ve basınç değerlerini karşılamaması halinde. Filtreleme devresindeki pompadan ayrı bir pompa kullanılmasına ilişkin bağlantı örnekleri, Şekil 3 ve Şekil 4 de görülmektedir. Şekil 3 deki sistemde kollektör sıcaklık duyar, kollektörlerdeki sıcaklığın yükselmesiyle, kollektör devresindeki pompayı çalıştırıp, suyun kollektörlerde ısınarak havuza gitmesini sağlar. Havuz suyu sıcaklık duyar ile kollektör sıcaklık duyar, ayarlandıkları sıcaklık aralığına bağlı olarak, kollektör devresindeki pompayı devreye sokar veya devreden çıkarırlar. Havuz suyu sıcaklığı ile kollektör sıcaklığı arasındaki fark artarsa (bu durum kollektörlerin güneş enerjisi görerek ısındığını ifade eder) pompa çalışır, fark azalırsa (bu durum kollektörlerin güneş enerjisi alamadığından soğuduğunu ifade eder) pompa çalışmaz.

4 278 Güneş Kollektörü Kollektör sıcaklık duyar Havuza sıcak su gidişi Elektronik kontrol Kesme vanasi Havuz suyu sıcaklık duyar Dengeleme vanası Filtreleme pompası Filtre.ekvalf Kontrol vanasi Ek ısıtıcı Havuza sıcak su gidişi Şekil 3. Güneş kollektörleri devresinde ayrı bir pompa kullanılan direkt Isıtma sistemi[2]. Güneş Kollektörü Kollektör sıcaklık duyar Havuza sıcak su gidişi Elektronik kontrol Kesme Havuz suyu sıcaklık duyar Güneş pompası Dengeleme vanası Filtre Cekvalf Filtreleme pompası Ek ısıtıcı Havuza sıcak su gidişi Şekil 4. Güneş kollektörleri devresinde ayrı bir pompa ve kontrol vanaları kullanılan direkt ısıtma sistemi[2]. Şekil 3 deki sistemdeki çekvalfler, kollektör devresi pompa bağlantısının sağ tarafında olan, güneş kollektörlerinde ısınarak havuza giden suyun, kollektör devresi pompası ile tekrar emilmesini önlerken, sol tarafta olan, pompalar çalışmadığında, suyu filtreden tersine dolaşım yapmasıyla, filtrede biriken tortu ve partiküllerin havuza dönerek suyu kirletmesine engel olur.

5 279 Şekil 4 deki ısıtma sisteminde güneş kollektörü devresindeki pompa çalıştığında (pompanın durması ve çalışması Şekil 3 deki sistemde olduğu gibidir)suyun akış yönüne göre, pompadan önceki ve dengeleme vanasından sonraki kontrol vanaları açılırlar, pompa durduğunda kapanırlar. Böylece kollektöre devresi suyla sürekli dolu kalır. Bilhassa büyük sistemlerde bu tip bir uygulama aşağıdaki avantajları sağlar[2]. Kollektörler havuz seviyesinin üstünde olduğunda, boşalmayacakları için sistemde hava cepleri oluşmaz. Pompanın devreye girmesiyle, sistemde hava olmayacağı için, kollektördeki basınç dalgalanmalarının sebep olacağı zararların önüne geçilmiş olur Endirekt Isıtma Sistemleri Yüzme havuzlarının güneş enerjisi ile endirekt olarak ısıtılmasında, ısıtılmak istenen yüzme havuzu suyunun kollektörlerle ilişkisi yoktur. Kollektörlerde güneş enerjisi ile ısıtılan su, havuz suyunu bir ısı değiştirici yardımıyla ısıtır. Endirekt ısıtma sistemlerinde; kollektör devresindeki ısıtan akışkana (suya) antifiriz ilave edilmesi, kollektör devresindeki suyun don etkilerine karşı boşaltılmasını gerektirmeyecektir.aynı zamanda, devrenin havuz suyunun korozif etkilerinden zarar görmesi de söz konusu olmayacaktır. Dolayısıyla, kollektör devresi metal borularla yapılabilir. Diğer taraftan endirekt ısıtma sistemlerinde, havuz suyunun ısıtılmadığı zamanlarda veya havuz suyunun ısıtılmasına gerek duyulmayan sıcak günlerde, kollektör devresinde ısınan sudan kullanma sıcak suyu hazırlama gibi, başka amaçlar için de yararlanılabilir. Sadece havuz suyunun ısıtılmasında kullanılan endirekt bir ısıtma sisteminin bağlantı ve kontrol şeması Şekil 5 te görülmektedir. FK1 kontrol ünitesi W1 FR1 F P2 Şekil 5. Sadece havuz suyunun ısıtılmasında kullanılan endirekt ısıtma sistemi[3]. Şekilde görüldüğü gibi, kollektör devresinde ısınan su bir ısı değiştirici yardımıyla havuz suyunu ısıtmaktadır. Sistemde, kollektördeki su sıcaklığı ile havuz suyu sıcaklığı arasında, ayarlanan bir fark aralığı meydana gelir gelmez, kontrol ünitesi yardımıyla kollektör devresi dolaşım pompası (P 1 ) ve

6 280 havuz devresi dolaşım pompası (P 2 ) çalıştırılarak havuz suyunun endirekt olarak ısıtılması sağlanır. Kollektör ve havuz suyunun sıcaklıkları (FK 1 ) ve (FR 1 ) sıcaklık duyar elemanları ile izlenir. Kollektör devresi kapalı olacağından sistemde bir genleşme tüpü ve yaylı emniyet ventili kullanılmıştır. Ayrıca bu devrenin havasının atılmasını sağlamak amacıyla, kollektörlerin üst seviyesinde bir otomatik hava tahliye cihazı bulunmalıdır. Havuz suyu devresinde, suda olabilecek partikül ve tortuların tutulmasını sağlayan bir filtre (F) bulunmalıdır. Şekil 6 da ise kullanma sıcak suyunun ısıtılması ile yüzme havuzu suyunun ısıtılmasını sağlayan, birleşik, endirekt bir ısıtma sisteminin şeması görülmektedir. FS1 FK1 Sıcak su yazın V2 Sıcak su Sıcak su kışın P1 FB1 B1 K V1 FR1 Soğuk su W1 FR2 F P2 Şekil 6. Kullanma sıcak suyu ile havuz suyu ısıtılmasını sağlayan birleşik endirekt ısıtma sistemi[3]. Bu sistemde, kullanma sıcak suyunun güneş enerjisinden sağlandığı bir depolama tankı (boyler B 1 ), havuz suyunun güneş enerjisi ile ısıtılmasını sağlayan bir ısı değiştirici (W 1 ) ve güneş enerjisinin olmadığı ya da yetersiz olduğu durumlarda kullanma sıcak suyunun ısıtılmasını sağlayan bir kazan (K) bulunmaktadır. Şekildeki (V 1 ) üç yollu vana, yeterli güneş enerjisinin olduğu durumlarda (kış veya yaz) kullanma sıcak suyu boylerinin (B 1 ) ısıtılmasına imkan verir. Havuz suyu sıcaklığı ayarlanan değere ulaştığında ya da havuz suyunun ısıtılması gerekmediğinde, güneş enerjisinin kullanma sıcak suyunu ısıtması üç yollu vana (V 1 ) ile otomatik olarak sağlanır. Başka bir ifade ile, üç yollu vana (V 1 ), kollektörde alınan güneş enerjisini ya kullanma sıcak suyu ısıtmada ya da havuz suyunu ısıtmada kullanmaya imkan verir. Direkt ısıtma sistemlerinde ve birleşik olmayan endirekt ısıtma sistemlerinde; havuz suyunun istenilen sıcaklık değerine çıkmasıyla, kollektörlerden enerji talebi olmayacağından, kollektörlerde aşırı enerji birikmesi olur ve bu enerji boşa gider. Birleşik endirekt ısıtma sistemlerinde bu sakınca ortadan kaldırılmıştır. Güneş enerjisinin, kullanma sıcak suyu için yetersiz olduğu ya da güneş enerjisinin olmadığı durumlarda, kullanma sıcak suyu kazandan (K) sağlanır. Bu çalışma sürecinde kazan üzerindeki üç yollu vanaya (V 2 ) elle müdahale edilmektedir.

7 281 Kollektör sıcaklık duyar (FK 1 ) ve depolama tankı (B 1 ) sıcaklık duyar (FR 1 ), yeterli sıcaklık farkını izleyerek (P 1 ) pompasını çalıştırır. Güneş enerjisinden faydalanılamayacak durumlarda devreye sokulmak üzere, depolama tankının(b 1 ) üst bölgesine termostatlı bir elektrikli ısıtıcı monte edilmesi tavsiye edilir. Depolama tankı (B 1 ) belirli sıcaklığa ulaşıldığında, (FR 1 ) sıcaklık duyar ndan gelen sinyale göre, elektronik kontrol paneli yardımıyla, üç yollu vana havuz suyu ısı değiştiricisine giden devre açılır. Aynı anda havuz ısıtma devresindeki pompa (P 2 ) otomatik olarak devreye girer. Bu pompanın çalışması, güneş ışınımı (radyasyonu) yeterli ise, depolama tankındaki (B 1 ) sıcaklık, ayarlanan değerin altına düşmediği sürece devam eder. Havuz suyu sıcaklığı ile kollektör sıcaklığı farkını algılayan (FR 2 ) ve (FK 1 ) sıcaklık duyar elemanları, depolama tankı sıcaklık duyar ndan (FR 1 ) alınan sinyale göre, havuz suyunun ısıtılması devam eder. Yüzme havuzu ve kullanma sıcak suyu depolama tankı ısıtması aynı anda yapıldığından, depolama tankı sıcaklığı istenilen değerin altında kaldığı durumlarda minyatür kollektör (FS 1 ) tarafından elektronik kontrol paneline gönderilen bir sinyal ile dört yollu vana (V 1 ) yardımıyla depolama tankına (B 1 ) gönderilen ısıtıcı akışkan miktarı arttırılarak depolama tankı sıcaklığı birkaç derece arttırılabilir. Minyatür kollektör aynı zamanda bir sıcaklık ve güneş radyasyonu duyar olarak görev yaptığından, radyasyon ve sıcaklık değeri istenilen değerde (kısılan havuz suyu ısıtıcı akışkan miktarının, havuz suyu sıcaklığını koruyabilecek değerde olduğu) olduğunda yukarıda bahsedilen işleme imkan verir. Aynı zamanda havuz suyu sıcaklık sensörü (FR 2 ) ve depolama tankı sıcaklık sensörü (FR 1 ) ile kombinasyonda olan minyatür kollektör sistem sıcaklığı ve güneş radyasyonu, havuz suyu ve depolama tankını aynı anda ısıtamayacak kadar düştüğünde depolama tankı ısıtma devresini devreden çıkartıp, havuz suyu ısıtma devresini yalnız ısıtmaya imkan verir. 3. KOLLEKÖRLER 3.1. Kollektörlerin Konumlandırılması Gerek boru şebekesindeki ısı kayıplarını, gerekse pompalama güç ihtiyacını azaltmak maksadıyla kollektörlerin yerleştirilmesinde boru şebekesinin uzunluğu mümkün olduğunca kısa tutulmalıdır. Kollektörler güneye yönlendirilmelidir. Havuz ısıtmasının büyük bölümü yaz aylarında yapıldığından eğim için yaz şartı olan Enlem 15 değeri esas alınabilir[2]. Ancak ısıtmanın ilkbahar ve sonbahar aylarında da yapılması söz konusu ise eğim değerinin Enlem 10 alınması daha uygun olur[4,5]. Kollektörler, ısıtma sezonu boyunca, güneş öğlesinden önce ve sonra (yerel saat den önce ve sonra) en az 3 er saat gölgelenmeyecek şekilde konumlandırılmış olmalıdır[4,5,6]. Kollektörlerin camsız çalışması öngörülmüş ise rüzgar sebebiyle ısı kaybına maruz kalacaklarından, rüzgarlı bölgelerde, belirlenen ısı ihtiyacı için, kollektör alanının arttırılması veya kollektörlere gölgeleme yapmayacak şekilde rüzgar kesicilerinin kullanılması gerekebilir Kollektörlerin Boyutlandırılması üm güneşli ısıtma sistemlerinde olduğu gibi, havuz ısıtmasında da sistemin tasarımının en önemli bölümü gerekli kollektör yüzeyinin tespitidir. İhtiyacı karşılayacak kollektör yüzeyinin belirlenmesinde aşağıdaki faktörler dikkate alınmalıdır[2,7,8]. a) İstenilen havuz suyu sıcaklığı ve bu sıcaklığın sürdürülüp sürdürülemeyeceği, b) Yüzme sezonunun uzunluğu, c) Ek enerji kaynaklarının olup olmadığı, d) İklimsel veriler, - Kollektörlerin bulunduğu yerin veya havuzun gölgelenmesi,

8 282 - Kollektörlerin eğimi ve yönü, - Havuzun su ile temas eden yüzeylerinin rengi, - Kolektör ve havuz için rüzgar siperlerinin kullanılıp kullanılmayacağı, - Kollektörlerin bulunduğu yerin ve çevrenin rengi, e) Sistemle ilgili veriler, - Kollektör tipi, - Pompalama tertibatı, 3.3. Kollektörlerin Bağlantısı Kollektörler, paralel, seri veya karışık (paralel+seri) bağlanabilirler. Bağlantıda dikkate alınması gereken iki önemli husus, kollektörlerin monte edileceği yerin geometrisi ve kollektör gruplarının hidrolik karakteristikleridir. Sistemin pompalama için ihtiyaç duyduğu enerji kollektörlerin ısı gücünün % 1 i ile % 2 sini geçmemesi ve tüm grupların kollektörlerinin emici yüzey sıcaklıklarının, belirli aralıklar içinde, mümkün olduğunca birbirlerine yakın olmaları sağlanmalıdır[5,8]. Kollektör ünitelerinin bağlantısında Şekil 7 de görülen paralel bağlantı tercih edilmelidir. Havuza Havuzdan Şekil 7. Kollektörlerin paralel bağlanması[2] Paralel bağlantıda, kollektörde su dolaşımı için gerekli olan pompalama enerji ihtiyacı yüksek olmadığı gibi kollektör emici plakalarındaki sıcaklık düşük ve hemen hemen eşit olduğundan verim yüksektir. Seri bağlantıda daha yüksek pompalama enerji ihtiyacı vardır ve kollektör emici plakalarındaki sıcaklık dağılımı farklı ve yüksek olacağından verim de daha düşüktür. Şekil 8 de kollektörlerin seri bağlantısı görülmektedir. Havuzdan Şekil 8. Kollektörlerin seri bağlantısı[2] Havuza

9 283 Şekil 9a ve Şekil 9b de de büyük sistemlerde uygulanan bağlantı örnekleri verilmiştir. Şekillerden görüldüğü gibi, bunlar tamamen paralel düzenleme ve paralel seri düzenleme şeklindedir. Havuzdan Havuza Şekil 9a. amamen paralel düzenleme[2] Havuzdan Havuza Şekil 9b. Paralel peri düzenleme[2] Büyük sistemlerde bazı kollektörlerin yer sıkıntısı nedeniyle seri bağlantı gerekebilir(şekil 9b). Bu takdirde seri bağlanan kollektörlerin sayısı mümkün olduğu kadar az olmalıdır. Kollektör gruplarında üniform bir akış sağlayabilmek için, havuza gidiş ve dönüş borularının uzunluğu mümkün olduğunca eşit olmalıdır. Kollektördeki sıcaklık yükselmesinin eşit olamayacağı boru bağlantıları yapılması zorunluluğu varsa, herhangi bir kollektördeki en yüksek sıcaklık yükselmesi bir başka kollektördeki en düşük sıcaklık yükselmesinin iki katını aşmamalıdır. Bu şart boru bağlantılarının uygun tasarımı veya dengeleme vanaları ile sağlanabilir. Dengeleme vanaları, boru bağlantılarının akışı dengeleyemediği durumlarda kullanılabilir.

10 284 Kollektör gruplarının farklı yüksekliklerde olması durumlarda, yüksekliği düşük olan kollektördeki, suyun, yüksekliği fazla olan gruplardan geçtikten sonra havuza gitmesi sağlanmalıdır. Şekil 10 da bu tip düzenleme görülmektedir. Havuzdan Havuza Şekil 10. Değişik yüksekliklerdeki Kollektörlerin paralel bağlantısı için öngörülen boru bağlantısı[3] 4. DOLAŞIM POMPASI Güneş enerjisi ile havuz ısıtma tesisleri kapalı sistemlerdir. Bu sistemlerde kollektör dönüş bağlantılarındaki su ile gidiş bağlantılarındaki su basınçları dengede olacağından suyu sistemde dolaştıracak pompanın gücünü belirleyecek en önemli faktör boru ve bağlantı parçalarının sürtünme direnci olacaktır. Pompanın yerinin belirlenmesinde ise sistemin tamamında yüksek basınç oluşması göz önünde bulundurulmalıdır. Aksi takdirde sistemin herhangi bir bölümünde pompanın çalışmasından dolayı meydana gelecek vakum etkisi, sisteme tahliye vanasından hava girmesine sebep olur ve sistemdeki su dolaşımını engellenir[1,6]. 5. HAVUZ SUYU ISIMA YÜKÜNÜN HESAPLANMASI Havuz suyunun ısıtma yükü, gelen güneş ışınımından elde edilen ısı kazancından daha az olan toplam ısı kaybına eşdeğerdir. Açık havuzlarda, havuz üzerine gelen ışınımdan önemli bir kazanç sağlanabilir. Bu kazanç için yatay düzleme gelen toplam güneş ışınımının en az % 85 i havuz suyu tarafından absorbe edilebilecek değer olarak kabul edilebilir[2]. Havuz suyunun toplam ısı kaybı, buharlaşma, ışınım ve taşınım kayıplarının toplamıdır. Bu ısı kayıplarının belirlenmesi, çevre hava sıcaklığı, rüzgar hızı, çevre havasının bağıl nemi veya su buharının kısmi basıncının bilinmesini gerektirir.

11 285 Isı kaybını daha önemsiz derecede etkileyen diğer faktörler ise; yüzücülerin meydana getirdiği türbülans (durgun bir havuz için dikkate alınmaz), havuz zemin ve yan duvarlarının iletim kaybı (zemin suyu yoksa ihmal edilebilir) ve yağmur kayıplarıdır ( yağmur suyunun fazla olması havuz suyu sıcaklığını düşüreceğinden ısı yüküne ilave yapılmalıdır). 5.1 Açık Havuzlarda Buharlaşma Isı Kaybı Sakin hava şartlarındaki buharlaşma ısı kaybı aşağıdaki eşitliğe göre hesaplanabilir[1,2,3]. q e = ( V 0.3 )( P w P a ) (1) Burada; q e : Havuz suyu buharlaşma ısı kaybı ( MJ / m 2.gün ), V 0.3 : Havuz suyu yüzeyinin 0.3 m üzerindeki yükseklikte rüzgar hızı (m / s), P w : w su sıcaklığındaki ( 0 C) su buharının doyma basıncı (kpa), (Şekil 11 den elde edilebilir veya 4 numaralı eşitlik yardımıyla hesaplanabilir), : Havanın kısmi su buharı basıncı (kpa) dır. P a Havuz üzerindeki rüzgar hızı için aşağıdaki değerler alınabilir. Şehir dışındaki yerler için : V = 0.30 x V 0 Korunmuş yerler için : V = 0.15 x V 0 V 0 : Açık bir zeminde 10 m yükseklikteki normalize edilmiş rüzgar hızıdır Kapalı Havuzlarda Buharlaşma Isı Kaybı (q e ) Kapalı havuzlardaki buharlaşma hızı, açık havuzlara göre, daha düşük değerlerde olacağından, buharlaşma ısı kaybı da düşer. Kapalı havuzlardaki buharlaşma ısı kaybı aşağıdaki eşitlikle hesaplanabilir[1,3,6]. Burada ; q e = ( V h ) ( P w - P hk ) (2) q e : Kapalı havuzdaki buharlaşma ısı kaybı (MJ / m 2 gün), V h : Havuz su yüzeyi üzerindeki hava hızı (0.02 m/s ile 0.05 m/s arasında), P hk : Kapalı havuz ortamındaki su buharı kısmi basıncı (kpa) dır. Su buharı kısmi basıncı (P hk ) aşağıdaki eşitlikle hesaplanabilir: P hk = P s Rh 100 (3) Burada; P s ; a = w için P s = P w eşitliği ile, Şekil 11 den veya aşağıdaki eşitlikten elde edilir. P w = w ( x 10-6 ) w 2 +( x 10-7 ) w 3 (4)

12 Doyma buhar basıncı (Pw), kpa Su sıcaklığı 0 C Şekil 11. Su sıcaklığı ile doyma buhar basıncının değişimi[3] Bağıl nem (R H ) Şekil 12 den faydalanılarak bulunabilir. Havuzu kullanan kişilerin sayısı da buharlaşma ısı kaybını arttırır. Havuzu kullanan kişilerin sayısının buharlaşma kaybına olan etkisi, yaklaşık olarak, 1 m 2 lik havuz yüzeyi için kişi başına %1 lik bir artıştır ( Durgun, kullanılmayan bir havuza göre). Yaş termometre sıcaklığı 0 C Bağıl nem % 100 % 80 % 60 % 40 % Kuru termometre sıcaklığı 0 C Şekil 12. Yaş termometre ve kuru termometre sıcaklığı ile bağıl nem ilişkisi[3]

13 Işınım Isı Kaybı (q r ) Işınım ısı kaybı (q r ) aşağıda verilen eşitliklerle hesaplanabilir[1,2,3,6]. q r = 24x ε w τ ( w 4 s 4 ) = 0.086ε w h r ( w s ) (5) Burada ; ε w : Suyun uzun dalga boyundaki yayıcılığı (ε w = 0.95), τ : Stefan Boltzmann sabiti (τ = 5.67 x 10-8 W / m 2 K 4 ), h r : Işınım ısı iletim katsayısı (W / m 2 K), w : Su sıcaklığı (K), s : Atmosfer sıcaklığı (K), dır. Yukarıdaki eşitlikte kullanılan h r ve s aşağıda olduğu gibi belirlenebilir. h r = τ( 2 w + 2 s ) ( w + S ) (2.268 x 10-7 w + s ) 2 h r değeri, ortalama sıcaklığa (t m ) bağlı olarak Şekil 13 den de doğrudan belirlenebilir. m : Atmosfer ve su sıcaklıklarının ortalaması ( o C), Kapalı havuzlar için; s = d dir. d : Havuzu çevreleyen duvarların sıcaklığı ( 0 C), Açık havuzlar için ; s = a dir. ε s ε s atmosfer yayıcılığı (çiğ noktası sıcaklığının ( dp ) fonksiyonudur ve aşağıdaki şekilde belirlenebilir). ε s = ( dp / 100 ) ( dp / 100 ) 2 dp : Çiğ noktası sıcaklığı ( 0 C), Bulutlu atmosfer için; s = a, Açık atmosfer için ; s a -20 alınabilir. Işınım ısı iletim katsayısı (hr) W/m 2 K t m t = w Ortalama sıcaklık ( m ) 0 C Şekil 13. Işınım ısı iletim katsayısının (h r )ortalama sıcaklıkla ( m ) değişimi[3] + 2 t s 3 (6)

14 aşınım Isı Kaybı (q c ) Çevre ortamına olan taşınım ısı kaybı (q c )(kapalı havuz için kapalı ortam havasına) aşağıdaki eşitlikle hesaplanabilir[1,2,3,6]. Burada; q c = ( V)( w a )=0.086( V)( w a ) (MJ / m 2 gün) (7) V 0,3 : Açık havuzlarda (dış havuzlarda) veya kapalı havuzlarda(iç havuzlarda)havuz üzerinde 0.3 m yükseklikteki rüzgar hızı ( m / s ), w : Su sıcaklığı ( 0 C ), a : Hava sıcaklığı ( 0 C ),dır. aşınım ısı kaybı, büyük oranda rüzgar hızına bağlıdır. Havuz zemininden de iletim ısı kayıpları olacaktır. Ancak bu kayıplar zeminin güneş enerjisi ısı kazancı ile dengeleneceğinden ihmal edilebilir akviye Suyundan Olan Isı Kaybı (q bu ) Buharlaşmadan dolayı azalan havuz suyunun takviyesi için havuza verilen suyun sıcaklığı ( w ) havuz suyu sıcaklığından ( sb ) düşük değerde olabileceğinden, bu suyun ısıtılması için gerekli olan ısı kaybı (q bu ) aşağıdaki eşitlikle hesaplanabilir[1,2,3,4]. q bu = m bu. c p ( sb - w ) q bu = q c /h fg. c p ( sb - w ) [J / m 2 gün] (8) Burada; q bu : akviye suyunun ısıtılması için olan ısı kaybı (J / m 2 gün), m bu : Günlük buharlaşma debisi (kg / m 2 gün) (q c / h fg ) c p : Suyun sabit basınçtaki özgül ısısı (J / kg K), sb : Buharlaşan havuz suyunun sıcaklığı ( 0 C ), h fg : Suyun buharlaşma gizli ısısı (MJ / kg), 5.6 Güneş Işınımı Isı Kazancı (q s ) Havuz zemini tarafından absorbe edilen ısı kazancı (q s ) aşağıdaki eşitlikle hesaplanabilir[1,2,3]. q s : G İ (9) Burada; q s G İ : Havuz tabanınca absorbe edilen güneş ışınımı (MJ / m 2 gün), : Işınım absorblama yüzdesi ( açık renkli yüzeyler için % 85, koyu renkli yüzeyler için % 90) : Yatay düzlem üzerine gelen güneş ışınımı (MJ / m 2 gün) dır. Sürekli olarak kullanılan havuzlar için ışınım absorblama yüzdesi % 5 daha düşük alınabilir oplam Isı İhtiyacı (Q ) Q = (q e + q r + q c + q bu ) (q s ) (10)

15 289 SONUÇ Yukarıdaki açıklamalarda sonra, havuz suyu ısıtılmasının, başka bir enerji kaynağına ihtiyaç duyulmadan, güneş enerjisi ile rahatlıkla yapılabileceğini söyleyebiliriz. Günümüz ekonomik koşulları göz önünde bulundurulduğunda havuz suyu ısıtılması, havuzun bulunduğu mahalde güneş enerjili ısıtma sitemine yapılacak tek bir ısı değiştirici ilavesiyle mahalin sıcak su ihtiyacı ile aynı anda, başka ek bir donanım veya cihaza (ikinci bir pompa, kazan, şofben, vb,) ihtiyaç duyulmadan kolaylıkla ve düşük bir maliyetle yapılabilir. KAYNAKLAR [1] JOHN, A., D., William, A., B., Solar Engineering of hermal Processes, Wiley İntersceince Publication, New York, 1980, [2] ISO/R 12596, Solar Heating Swimming Pool Heating Systems Dimensions Desing and ınstallation. [3] ABEL, K., Heat and Electricity From Solar Energy, USA, [4] Öz, E., S., UYAREL, A., Y., GÜNEŞ ENERJİSİ VE UYGULAMALRI, EMEL MABAACILIK SANAYİ, ANKARA, [5] FISK, M., J., ANDERSON, H., C., Introductıon to Solar echnology, Addisso Wesley Publishing Company, USA, [6] JOHN, A., D., William, A., B., Solar Energy hermal Proceses, Wiley İntersceince Publication, New York, 1974, [7] CAMPEL, S., Solar Water Heater, Garden Way Associates Publishing, USA, [8] CASSİDAY, B., he Complete Solar House, Dodd & Mead Company, New York, ÖZGEÇMİŞLER Etem Sait ÖZ 1952 Soma doğumludur yılında Yüksek eknik Öğretmen Okulu nun esisat Bölümünü bitirmiştir yılında İşletme Bilim Uzmanlığı derecesini almıştır yılında doktor, 1990 yılında Yrd. Doçent, 1995 yılında Doçent, 2001 yılında tesisat alanında Profesör olmuştur yılından 2001 yılına kadar Gazi Üniversitesi eknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü esisat Anabilim Dalında öğretim görevlisi olarak görev yapmıştır. Halen Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Karabük eknik Eğitimi Fakültesi Makine esisat Anabilim Dalı Başkanı olarak görev yapmaktadır. Sıhhi esisat, Yakıtlar ve Yanma ve Güneş enerjisi konularında çalışmaktadır. ayfun MENLİK 1974 İstanbul doğumludur yılında Gazi Üniversitesi eknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü esisat Bölümünü bitirmiştir yılında Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsünden Yüksek lisansını almıştır. Halen aynı enstitüde doktorasına devam etmektedir yılından beri Gazi Üniversitesi eknik Eğitim Fakültesi Makine esisat bölümünde Araştırma Görevlisi olarak görev yapmaktadır. Yüksek lisansını Güneş Enerjisi üzerine tamamlamış ve doktorasını Soğutma konusunda yapmaktadır.