GÜN IŞIĞI KULLANILARAK İÇ MEKANLARIN AYDINLATILMASI

Transkript

1 GÜN IŞIĞI KULLANILARAK İÇ MEKANLARIN AYDINLATILMASI HAZIRLAYAN ÖĞRENCİ: Emincan AYÇİÇEK (9/A) DANIŞMAN ÖĞRETMEN: A. Ruhşah ERDUYGUN 2005 İZMİR

2 İÇİNDEKİLER Özet...2 Gün Işığı Kullanılarak İç Mekanların Aydınlatılması Yöntem...4 Prototipler A.Prototip Güneş Borusunu Oluşturan Elemanlar B. Prototiplerin Geliştirilmesi..7-9 Yapılan Ölçümler Sonuç-Tartışma...12 Kaynakça

3 ÖZET Özellikle derinlemesine mekanlara sahip yapılarda,bu mekanların pencerelere uzak olan ya da penceresi olmayan bölümlerinin de sürekli aydınlanması gerekir. Doğrudan gün ışığı almayan bu bölümler ancak yapay aydınlatmalar kullanılarak yaşama geçirilebilmektedir. Bu da insan psikolojisinde renk farkı oluşturmaya kadar bir çok sorunu beraberinde getirmektedir. Önerdiğimiz sistem dış cephelere uygulanıp, gün ışığının mekan derinliklerine yönlendirilmesi sayesinde kullanılmasını sağlamaktadır. Çevreye zarar vermeden elde edilmesiyle de çok avantajlı olan bu sistem, varolan doğal gün ışığından yararlanıldığı için çok önemlidir. Işığı mekanlarda kullanmanın dışında deneysel amaçlı laboratuvarlarda da kullanımına imkan vermektedir. 2

4 GÜN IŞIĞI KULLANILARAK İÇ MEKANLARIN AYDINLATILMASI Günümüzde elektrik enerjisinin kullanım alanı olan aydınlatmanın ülkemizde ve dünyada tüketilen elektrik enerjisinin %25 inin yakın kısmını oluşturması bu proje için başlangıç noktası olmuştur. Gün ışığının iç mekanlara taşınması fikri ile gündüz harcanan paranın minumuma indirilmesi hedeflenmektedir. Tüm ülke genelinde tüketilen enerjinin %20 si aydınlatma amacıyla kullanılmaktadır. Örneğin ele alınan gündüz iş saatlerinde çalışan bir fabrika yapılan enerji taraması sonucunda elektrik enerjisinin payının tüm enerjiler içinde %13 olduğunu, bunun içinde aydınlatma payının ise %10 u kapsadığını belirlenmiştir. Sonuçta enerji için tesisin harcadığı paranın %3.4 ü aydınlatmaya gitmektedir.bu oranı bir çok işyeri için düşünürsek küçümsenmeyecek bir rakamdır. Bu nedenle aydınlanmada gerçekleştirilecek enerji tasarrufunun önemi büyüktür. Bir önemli konuda aydınlanmanın kalitesini düşürmeden iyi bir aydınlatma sağlamak ülkemiz ekonomisi için çok önemlidir. Çünkü gerektiği gibi yapılan iyi ve kaliteli bir aydınlanma çalışanların görme yeteneklerini geliştirerek, iş hacmi ve verimi arttırır. Göz sağlığı korunur. Bu nedenle işyerlerinde görme koşullarını en iyi düzeyde tutan bir sistem geliştirilmelidir. 3

5 YÖNTEM Önerdiğimiz yöntemde güneş ışığı algılanarak,yoğunlaştırıldıktan sonra bir iletici tarafından istenilen noktaya ulaştırılmaktadır. Yani iletim ortamı içerisine alınan gün ışığı güneş boruları yardımı ile ortamda taşınarak hedefe(iç mekana) taşınacaktır. Bu amaçla, en etkin odaklama ve ışık düzenekleri belirlenip, en yüksek ışık şiddeti yoğunluğu veren kılavuz malzemeleri ve geometrileri ile iki prototip güneş borusu yapılmıştır. Bu prototiplerle ışık şiddeti değerleri ölçülmüştür. PROTOTİPLER A.PROTOTİP GÜNEŞ BORUSUNU OLUŞTURAN ELEMANLAR 1. TOPLAYICI ÜST SİSTEM Güneş ışınları Şekil 1. Prototip 1 Lens sistemi BK7 Lens (MgF 2 kaplama) Güneş ışınları Şekil 2. Prototip 2 Lens sistemi Üst sistemde MgF 2 kaplanmış odak uzaklığı 100mm ve çapı 50mm olan BK7 Lens kullanılmıştır. Kullanılan lens iki prototipte farklı yerleştirilmiş ve ışık şiddetleri arasındaki fark ölçülmüştür. 4

6 2. İLETİM BORUSU 50mm çapında ve 400mm uzunluğunda borular hazırlanmıştır. Borunun içi için tam yansıma özelliği ile gün ışığını iletebilecek alüminyum ve gümüş kaplama, Krom-nikel ve normal aynadan oluşturulması düşünülmüştür. Alüminyum kaplama parlak iç yüzey R=50mm Maddeler L=400mm Şekil 3. İletim borusu İki sistem birleştirilmeden önce iletim borusunun içini oluşturacak maddeye karar vermek için alüminyum ve gümüş kaplama, Krom-nikel ve normal cam ile 50 mm çapında dairesel alanlar üzerinde ölçümler yapılmıştır. Işık şiddeti ölçümü (lux) 1. Alüminyum kaplama Gümüş kaplama Krom-nikel ayna Normal ayna 1600 Tablo 1. Maddeler-ışık şiddeti ölçümü 5

7 5 4 Işık şiddeti (lux) Kaplama maddeleri Grafik 1. Maddeler-ışık şiddeti ölçümü(lux) Bu ölçümlere göre ışık şiddeti en çok olan madde gümüş kaplama kullanılandır. Fakat maliyeti diğerlerine göre çok yüksektir. Işık şiddeti ölçüm raporlarına göre hafif ve ucuz olduğu için alüminyum kaplamalı borular tercih edilmiştir. 6

8 B. PROTOTİPLERİN GELİŞTİRİLMESİ Oluşturulan prototiplerle ölçüm yaparken fark edilen bir eksiklik eklenen sistemle yok edilmiştir. Eksiklik güneşin her zaman dik gelmeyeceği düşünüldüğünde tüm ışınların toplayıcı sisteme ulaşmamasından kaynaklanmaktadır. Çatıya monte edilen güneş borusuna ek olarak ilave edilen kalkan sistemi ile kaybedilen ışınlarda toplanabilmektedir. Sabah saatlerinde karşılaştırma amaçlı yapılan ölçümde ek kalkan sistemi kullanılmadan bulunana aydınlatma şiddeti 1500 lux olurken, kalkan ayna monte edildikten sonra ölçüm 6000 lux olarak bulunmuştur. %75 oranında bir artış gözlenmiştir. Kaybedilen ışınlar Şekil 4. Prototip ilk durum çatı Ek ışın toplama Genel ışın toplama Kalkan ayna Şekil 5.Geliştirilmiş prototip 7

9 Resim 1. Prototip 1 (Kalkan ayna ile) yandan görünüş Resim 3. Prototip 1 (Kalkan ayna ile) Üstten görünüş Resim 2. Prototip 2 (Kalkan ayna ile) yandan görünüş Resim 4. Prototip 2 (Kalkan ayna ile) Üstten görünüş 8

10 Gün ışığı Gün ışığı Resim 5. Prototip 1 İletim borusu Çatı Loş iç mekan Şekil 6. İç mekanın aydınlatılması 9

11 YAPILAN ÖLÇÜM LER 50mm çapında ve 400mm uzunluğunda içi alüminyum kaplı 2 çeşit prototiple luxmetre kullanılarak yapılan ölçümler aşağıdaki tabloda verilmiştir. Işık şiddeti ölçümü(lux) Saat 1. prototip Işık şiddeti(lux) 09: : : : : : : : : prototip Işık şiddeti(lux) 0 Tablo 2. Prototipler(R=50mm) -ışık şiddeti ölçümlerinin saatlere göre dağılımı 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 Saat prototip 1 prototip 2 Grafik 2. Prototipler(R=50mm) -ışık şiddeti ölçümlerinin saatlere göre dağılımı Gün boyunca prototiplerle yapılan aydınlatma gündüz pencereli bir odadaki ya da yapay aydınlatmaların kullanıldığı odalardaki ışık şiddeti değerlerine yakın hatta günün belli saatlerinde çok daha yüksek çıkmıştır. 10

12 Bu ölçümler çap R=50 mm için yapılmıştır. Aynı değerlerin evlerde kullanılabilecek boyutlarında çapın R= =50mm olduğunu düşünürsek ölçümler 100 kat artacaktır. Işık şiddeti (lux) Saat 1.prototip Işık şiddeti(lux) 2.prototip Işık şiddeti(lux) 09: : : : : : : : : Tablo 3. Kullanılması önerilen prototipler -ışık şiddeti ölçümlerinin saatlere göre dağılımı 0 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 Saatler prototip 1 prototip 2 Grafik 3. Kullanılması önerilen prototipler -ışık şiddeti ölçümlerinin saatlere göre dağılımı İç mekanların aydınlatılması için yapay aydınlanma ile elde edilen normal değerin yaklaşık lux olduğunu düşünürsek güneş borusu sistemi ile elde edilen sonuçlar (bk. Tablo-3 ve Grafik-3) çok yüksektir ve çok daha verimlidir. 11

13 SONUÇ-TARTIŞMA Özellikle güneş kalkanı eklendikten sonra iki prototipin verimliliği de yaklaşık %75 oranında artmıştır. İki sistem karşılaştırıldığında ise 1. prototipin avantajı daha fazladır. Ayrıca daha etkin bir taşıma sistemi için fiber kablolarda kullanılabilir fakat maliyet açısından yüksek değerlerle karşılaşılmaktadır. Diğer bir çözüm güneş izleyen sistemlerin ya da parabolik odaklayıcıların ışığı toplaması olabilir. Sonuç olarak maliyet,verimlilik,kullanım kolaylığı, aydınlanma kalitesine bakarak 1.prototipin kullanılması ve özellikle çok güneş alan bir kent olan İzmir de yaygınlaştırılması önerilmektedir. 12

14 KAYNAKÇA Serway.R.; (1992), Physics, Saunders Pub., Florida,ABD Yaz.M.A, Aksoy, S., (1997), Fizik 3 Optik, Sürat Yayınları, İstanbul 13