ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ İsmail BOZKURT YALITIMLI VE ÜSTÜ KAPALI SİLİNDİRİK MODEL BİR GÜNEŞ HAVUZUNUN (SMGH) PERFORMANSININ İNCELENMESİ FİZİK ANABİLİM DALI ADANA, 2006

2 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YALITIMLI VE ÜSTÜ KAPALI SİLİNDİRİK MODEL BİR GÜNEŞ HAVUZUNUN (SMGH) PERFORMANSININ İNCELENMESİ İsmail BOZKURT YÜKSEK LİSANS TEZİ FİZİK ANABİLİM DALI Bu tez 16/01/2006 Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği/Oyçokluğu İle Kabul Edilmiştir. İmza:. İmza:.. İmza:. Yrd.Doç.Dr.Mehmet KARAKILÇIK Prof.Dr.Kerim KIYMAÇ Yrd.Doç.Dr.Murat AKSOY DANIŞMAN ÜYE ÜYE Bu tez Enstitümüz Fizik Anabilim Dalında hazırlanmıştır. Kod No:... Prof. Dr. Aziz ERTUNÇ Enstitü Müdürü Bu Çalışma ÇÜ. Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi Tarafından Desteklenmiştir. Proje No: FEF2004YL61 * Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 Sayılı Fikir ve sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.

3 ÖZ YÜKSEK LİSANS TEZİ YALITIMLI VE ÜSTÜ KAPALI SİLİNDİRİK MODEL BİR GÜNEŞ HAVUZUNUN (SMGH) PERFORMANSININ İNCELENMESİ İsmail BOZKURT ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ FİZİK ANABİLİM DALI Danışman: Yrd.Doç. Dr. Mehmet KARAKILÇIK Yıl: 2006, Sayfa:67 Jüri: Yrd. Doç.Dr. Mehmet KARAKILÇIK Prof. Dr. Kerim KIYMAÇ Yrd. Doç. Dr. Murat AKSOY Güneş havuzları güneş enerjisini toplayan ve uzun süre depolayan üç bölgeli bir sistemdir. Sistemde ısıyı tutan ve depolayan en önemli bölge depolama bölgesidir. Konveksiyonsuz bölge depolama bölgesindeki ısının üst bölgeden havaya kaçmasını engelleyen önemli bir yatılım bölgesidir. Bununla birlikte depolama bölgesindeki ısıyı uzun süre tutabilmek için sistemin ısı yalıtım metotları çok önemlidir. Bunlardan birisi üst bölgenin saydam cam kapaklarla kapatılmasıdır. Bu çalışmada üst yüzeyi açık güneş havuzlarından havaya iletimle, buharlaşmayla ve rüzgar etkisiyle olan ısı kayıpları önlenmeye çalışılmıştır. Bunun için yalıtımlı ve üst yüzeyi cam kapaklarla kapatılmış silindirik model bir güneş havuzu (SMGH) kullanılmıştır. Sonuç olarak, kış aylarında havuzunun üst bölgesi kapatıldığı takdirde gündüz ve gece arasındaki sıcaklık farkının başta üst bölge olmak üzere yaklaşık 1 C ye kadar düştüğü ve bununda sistemin performansının önemli oranda artırdığı görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Güneş Enerjisi, Güneş Havuzları, Isı Depolaması, Isı Transferi I

4 ABSTRACT MSc THESIS INVESTIGATION OF THE PERFORMANCE OF AN INSULATED AND COVERED CYLINDRICAL MODEL SOLAR POND (CMSP) İsmail BOZKURT DEPARTMANT OF PHYSISC INSTITUTE OF NATURAL APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF ÇUKUROVA Supervisor: Assit. Prof. Dr. Mehmet KARAKILÇIK Year: 2006, Pages: 67 Jury: Assit. Prof. Dr. Mehmet KARAKILÇIK Prof. Dr. Kerim KIYMAÇ Assit. Prof. Dr. Murat AKSOY Solar ponds, systems having three zones, collect and store solar energy for a long time. Storage zone is the most important zone that collects and stores heat in the system. Non-convective zone is an important insulation zone that prevents heat loss from the storage zone to upper convective zone and finally to air. Furthermore, using a heat insulation in the system ables to trap heat energy in storage zone for a long time. One of them is using a transparent glass covers for the upper surface. In this study, heat energy loss is prevented due to conduction, evaporation and wind effect by convering the open surface of the solar pond by using such a class cover. The solar pond used has an insulated wall as well as the glass cover for the upper surface and is a cylindrical model solar pond (CMSP). As a results, if the upper surface of the solar pond is closed in winter days, it is seen the temperature differences between daytime and nighttime, especially for the upper zone, decrease approximately to 1 C. Thus, it proves that the cover in proves the performance of the system. Key Words: Solar Energy, Solar Ponds, Thermal Storage, Heat Transfer II

5 TEŞEKKÜR Öncelikle, bu tezin yönetiminde ve oluşumunda aynı zamanda çalışmalarım sırasında karşılaştığım sorunların çözümünde her türlü desteğini esirgemeyen, çalışmalarım için bütün olanakları sağlayan danışman hocam Yrd. Doç. Dr. Mehmet KARAKILÇIK a teşekkürlerimi sunarım. Ayrıca çalışmalarımda tavsiyelerini, önerilerini ve yardımlarını eksik etmeyen Prof. Dr. Kerim KIYMAÇ, Yrd. Doç. Dr. Murat AKSOY ve Arş.Gör. Zehan KESİLMİŞ e çok teşekkür ederim. Sistemin UZAYMER de kurulmasına izin veren ve bana rahat çalışma ortamı sağlayan Prof. Dr. Aysun AKYÜZ e ve çalışma arkadaşlarına ayrıca tüm Fizik Bölümü hocalarıma teşekkür ederim. Bana çalışmalarımda yardımlarını esirgemeyen ve her türlü maddi ve manevi destek olan aileme ve arkadaşlarıma sonsuz teşekkürlerimi sunarım. III

6 İÇİNDEKİLER SAYFA ÖZ...I ABSTRACT...II TEŞEKKÜR...III İÇİNDEKİLER...IV ŞEKİLLER DİZİNİ...VI SİMGELER VE KISALTMALAR VII 1. GİRİŞ ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Doğal Güneş Havuzları Yapay Güneş Havuzları GÜNEŞ HAVUZU FİZİĞİ Güneşin Hareketi Güneş Işınının Doğrultusu Güneş Enerjisi Güneş Enerjisinin Havuz Yüzeyine Gelişi ve Havuz İçinde İzlediği Yol Güneş Enerjisinin Tuzlu Sudan Geçişi Güneş Enerjisinin Tuzlu Suda Soğurulması Güneş Enerjisinin Havuz İçerisinde Yansıması Güneş Havuzlarında Güneşin Ortalama Konumunun Günlük Etkisi Güneş Havuzlarında Yan Duvar Gölgelemesi Güneş Havuzlarında Tuz Yoğunluğu Eğiminin Kararlılığı Tuzlu Suyun Isıl Özellikleri Güneş Havuzlarında Isı Akışı MATERYAL ve METOD MATERYAL Yalıtımlı ve Üstü Kapalı Silindirik Model Güneş Havuzu (SMGH) SMGH un Isısal Yalıtımı. 33 IV

7 Tuz Gradyentli Güneş Havuzunun İç Yapısı Tuz Yoğunluklu Tabakaların Oluşturulması Havuzun Tuz Yoğunluğu Dağılımını Ölçme Sistemi Sıcaklık Dağılımını Ölçme Sistemi METOD Tuz Yoğunluğu Eğimini Koruma Sisteminin Çalışma Prensibi Güneş Havuzuna Gelen Radyasyonun Soğurulması Model Havuza Gelen Radyasyonun Derinlikle Azalması Hava Sıcaklığının Ölçülmesi Sıcaklık Ölçümünde Kullanılan LM35 Sensör ve PCL813 Kart Güneş Havuzunu Oluşturan Bölgelerin Enerji Eşitlikleri ÜKB in Enerji Eşitlikleri YB in Enerji Eşitlikleri DB in Enerji Eşitlikleri BULGULAR VE TARTIŞMA SMGH un Yoğunluk Dağılımı Sıcaklık Ölçme Sisteminin Hata Analizi SMGH un Deneysel Sıcaklık Dağılımı SONUÇLAR VE ÖNERİLER.60 KAYNAKLAR...62 ÖZGEÇMİŞ...67 V

8 ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA Şekil 3.1. Güneş ışının havuz içinde izlediği yol 23 Şekil 4.1. Güneş havuzunun iç bölgeleri 35 Şekil 4.2. Tuzlu su çözeltilerini hazırlayan karıştırıcı sistemin şeması..36 Şekil 4.3. Tuz gradyenti koruma sisteminin yandan görünüşü Şekil 4.4. LM35 sensörün alttan görünüşü Şekil 4.5. LM35 in temel sıcaklık sensörü olarak bağlanması Şekil tahinde başlangıçta oluşturulan tuzlu su tabakaları ve tarihinde ölçülen tuz yoğunluğu dağılımları.48 Şekil 5.2. Havuzun iç bölgelerindeki tuz gradyentini koruma sistemi çalışmaya başladıktan sonraki tuz yoğunluğu dağılımı...49 Şekil 5.3. Havuzun iç bölgelerinin yoğunluk dağılımı 50 Şekil 5.4. Termometre ve sensörlerle yapılan ölçümlerin karşılaştırılması.51 Şekil Aralık 2005 tarihinde havuzun iç bölgelerinin gündüz-gece sıcaklık dağılımı 52 Şekil Aralık 2005 tarihinde havuzun iç bölgelerinin gündüz-gece sıcaklık dağılımı 53 Şekil Aralık 2005 tarihinde havuzun yalıtımlı yan duvarının gündüz-gece sıcaklık dağılımı..54 Şekil Ocak 2006 tarihinde havuzun iç bölgelerinin gündüz-gece sıcaklık dağılımı 55 Şekil Ocak 2006 tarihinde havuzun iç bölgelerinin gündüz-gece sıcaklık dağılımı 56 Şekil Ocak 2006 tarihlerinde havuzun yalıtımlı yan duvarının gündüzgece sıcaklık dağılımı..57 Şekil Aralık Ocak 2006 tarihleri arasında gündüz çevre sıcaklığı dağılımı 57 Şekil Aralık Ocak 2006 tarihleri arasında gece çevre sıcaklığı dağılımı 58 VI

9 SİMGELER VE KISALTMALAR ÜKB: Üst Konvektif Bölge YB: Yalıtım Bölgesi DB: Depolama Bölgesi SMGH: Silindirik Model Güneş Havuzu δ d : Eğiklik açısı (denklinasyon) φ: Enlem açısı ϕ: Dikkate alınan yüzeyin yatay düzlemle yaptığı eğim açısı γ: Yüzeyin azimut açısı w s : Güneş saat açısı θ z : Zenith açısı G gs : Güneş sabiti n: Yılın günleri n h : Havanın kırılma indisi n c : Camın kırılma indisi θ 1 : Güneş ışınının havuzun yüzeyine geliş açısı θ 2 : Güneş ışının havuzun yüzeyinden kırılma açısı τ : Geçirme katsayısı I λ (x): λ dalga boylu ışık demetinin x derinliğindeki şiddeti α i : Güneş yüksekliğinin fonksiyonu x: Havuzun düşey doğrultudaki derinliği I i : i. zaman aralığında ortalama güneş radyasyonu α et : Günlük olarak ortalama aylık güneş radyasyon açısının etkisi t 1 : Güneşin yükselme saati t 2 : Güneşin batış saati F: Fresnel katsayısı θ y : Yansıma açısıdır I x : x derinliğindeki ışın I s : Yüzeye düşen ışının suya giren miktarı VII

10 F δ : Yüzeyde soğurulan güneş enerjisi kesri µ: Etkin soğurma katsayısı G: Gölgeleme uzunluğu h: Düşey yan duvarın tabandan itibaren yüksekliği C: Tuz derişimi T: Sıcaklık ν: Tuzlu suyun viskosluk katsayısı α tuz : Tuzlu suyun ısısal diffüzyon katsayısı D: Tuzun diffüzyon katsayısı k ts : Tuzlu suyun ısı iletkenlik katsayısı T (x) : Düşey doğrultuda sıcaklık yayılması T (ç) : Ortalama hava sıcaklığı λ m : Kara cisim ışıması yoluyla yayınlanan ışının maksimum dalga boyu E r : Radyasyon sabiti h konv : Isı taşınım katsayısı k su : Suyun ısı iletim katsayısı k y : Yalıtım malzemesinin ısı iletim katsayısı A: İki tabaka arasındaki yüzeyin alanı q gr : Yansımadan sonraki net güneş radyasyonu akısı g ar : Net atmosferik radyasyon akısı g sr : Yüzey suyunun gerisindeki radyasyon akısı q b : Buharlaşma ısı akısı q i : İletimle ısı akısı VIII

11 1. GİRİŞ İsmail BOZKURT 1. GİRİŞ İnsanoğlu enerji ihtiyacını karşılamak için çeşitli enerji kaynaklarını kullanmaktadır. Bu enerji kaynaklarını iki ana başlık altında toplayabiliriz; a) Kömür, petrol, doğalgaz, uranyum gibi sınırlı kaynaklar veya yenilenebilir olmayan kaynaklar. b) Su, rüzgar, güneş veya bitkisel kökenli sınırsız kaynaklar, yenilenebilir veya alternatif kaynaklar. Fosil yakıtların çevreye verdikleri zararları 20.yy in ortalarından itibaren bizi alternatif enerji kaynaklarına yönlendirmiştir. Fosil yakıtlardan bir yandan enerji elde ederken bir diğer yandan da CO 2, CO, NO 2, H 2 O ve SO 2 gibi canlı doğaya zarar veren gaz atıklar, buhar, is ve kül açığa çıkar. Nükleer yakıtlardan ise radyasyon yayan kanserojen atıklar ortaya çıkar. Atmosfere yollanan atıklar, yoğunluk kazandığında dünyayı örten bir gaz tabakası oluşumuna sebep olmaktadır. Bu gazlar genellikle SO x, NO x ve CO x bileşenlidir ve yeryüzünde sera etkisi meydana getirmektedir. Bu etki sonucunda da küresel ısınma meydana gelmektedir. Küresel ısınmanın da özellikle Antartika bölgesinde bulanan buzulların erimesine yol açabileceği bu nedenle de yeryüzünde iklimsel ve coğrafik değişimler meydana getirebileceği bilinmektedir. Sera etkisinin oluşmasında, %46 enerji biçimleri, %24 sanayi, %18 orman yangınları, %9 tarım, %3 de diğer kaynakların etkisi saptanmıştır. 2 milyon yıl önce yaşanan buzul çağından günümüze kadar yer küre sıcaklığının 3 C arttığı ve bu artışın olan 0.5 C lik artışın ise son 50 yılda gerçekleştiği saptanmıştır. Son 130 yılın en sıcak 7 yılı son 11 yıl içinde yaşanmıştır. Bu 2 milyon yıl boyunca süregelen sıcaklık temposunun birdenbire 6666 kez büyümesi anlamına gelmektedir. Yenilenebilir olmayan enerji kaynakları hem çevreye zararlar vermekte hem de sınırlı miktarda bulunmaktadır. Günümüzde yıllık enerji tüketimi açısından bakıldığında ise, dünya enerjisinin önemli bir kısmı birincil enerji kaynaklarından elde edilmekte olup, bunun %38.5 petrolden, %24.7 kömürden, %23.7 doğal gazdan, %6.6 Nükleer, %3 Hidrolik ve %3 yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilmektedir. Ülkemizde ise birincil enerji kaynağı tüketimi, %42 petrolden, %14 1

12 1. GİRİŞ İsmail BOZKURT taş kömüründen, %16 Linyitten, %15 doğal gazdan, %19 Hidrolik yenilenebilir vs. enerji kaynaklarından sağlanmaktadır. Petrolün 42 yıl, kömürün 224 yıl ve doğal gazın 62 yıl içinde tükenmeye başlayacağı bilinmektedir. Dünya Uranyum rezervinin %20 sinin bulunduğu Avustralya nın çevresel kaygılarla bunu kullandırmayacağı ve bu yüzden dünyaya en çok 50 yıl yetecek kadar Uranyumun bulunması nedeniyle önümüzdeki yıllarda Uranyumda aşırı derecede fiyat artışı olacağı beklenmektedir. Günümüzde artık fosil yakıtlar yerine kaynak sorunu olmayan ve çevreye zararı bulunmayan alternatif kaynakları kullanmak zorundayız. Bu nedenle bir bölgeye ya da bir kaynağa bağlı olmayan yenilenebilir enerji kaynağı arayışları bu yüzyılın ortalarından itibaren büyük bir hız kazanmıştır li yıllarda ortaya çıkan petrol krizi çevre sorunlarının ve alternatif enerji kaynak arayışlarının önemini bir kez daha bizlere göstermiştir. Yenilenebilir enerjinin, dolaylı etkisini dikkate almazsak, ortak ve direkt kaynağı güneştir. Günümüzde geçerli olan alternatif(yenilenebilir) enerji kaynakları ise güneş enerjisi, hidrojen enerjisi, rüzgar gücü, jeotermal enerji, bio-kütle, su kütlelerinin dalga, akıntı, met-cezir gibi yer değiştirme gücü ve enerji hammaddesi olarak bitkilerdir. Bütün bu kaynaklar; Güneş sistemi var oldukça tükenmeyecektir. Emisyonları büyük çoğunlukla kabul edilebilir olacaktır. Bu enerji çeşitlerinin büyük çoğunluğundan da bölgesel olarak yararlanmak mümkün olacaktır. Güneş enerjisinden çeşitli şekillerde faydalanılmaktadır: 1. Güneş pilleri ile elektrik üretimi. 2. Odaklayıcı aynalarla yüksek sıcaklıklarda buhar gücü üretimi. 3. Düzlemsel güneş toplaçları, güneş fırınları ve güneş havuzları ile düşük sıcaklıklarda ısı enerjisi üretimidir. (1.) ve (2.) gruba giren sistemler ileri teknoloji gerektirdiği ve düşük verimle çalıştıkları için şimdilik ekonomik olarak uygun değildir. Üçüncü gruba giren sistemler ileri teknoloji gerektirmediği ve maliyeti düşük olduğu için günümüzde yaygın olarak kullanılması mümkün sistemler olarak görülmektedir. Bunlardan günümüzde en çok kullanılan sistemler güneş kollektörleridir. Güneş kollektörleri günlük ısı ihtiyacını karşılamak için kullanılır. Ancak ısı enerjisi uzun süre 2

13 1. GİRİŞ İsmail BOZKURT depolama özelliğine sahip değildir ve günlük depolama yapabilmektedir. Güneş havuzları ise güneş kollektörleri gibi güneş enerjisini toplar bunun yanı sıra güneş enerjisini ısı enerjisi olarak uzun süre depolama özelliğine sahiptir. Güneş havuzları düşük maliyeti, basit yapısı ve ısı enerjisini daha uzun süre depolama özellikleri nedeniyle verimli ve ucuz ısı enerji üretebilmektedir. Güneş enerjisinin geceleri olmayışı ve kış aylarında oldukça azalması nedeniyle güneş enerjisini çok olduğu günlerde ısı enerji olarak toplayan ve depolayan güneş havuzları oldukça kullanışlı sistemlerdir. Güneş havuzlarının ileri teknoloji gerektirmemesi ve ekonomik olması nedeniyle performanslarını arttırmak için çalışmalar yapılmaktadır. Güneş enerjisini mevsimlik olarak toplayan ve depolayan güneş havuzlarının güneşle ısıtma ve soğutmanın yanı sıra, endüstriyel işlem ısısı olarak da yaygın uygulama potansiyeli nedeniyle günümüzde çok kullanışlı ve en ucuz güneş enerjisi sistemlerinden birisi olduğunu belirtilmiştir. Güneş havuzlarının kullanışlı ve ekonomik olması güneş havuzu uygulamalarının hızla artmasını sağlamıştır. Birçok ülkede yapılan çalışmalarda, güneş havuzlarından düşük sıcaklıklarda verimli ve bol ısıl enerji üretiminin mümkün olduğu ortaya konmuştur. Güneş havuzlarının performansı arttırılarak konutların ısıtılabileceği ve sıcak su ihtiyacının karşılanabileceği görülmektedir. Güneş havuzlarıyla elektrik enerjinin üretilebileceği, ısıtma, soğutma, sıcak su elde etmenin yanında kurutma, tuz, alkol ve metan üretiminde de kullanılabileceği belirtilmiştir (Karakılçık, 1998). Ülkemizde birim yüzeye gelen günlük enerji miktarı en çok Akdeniz kıyılarında 19 MJ/m 2 -gün, en düşük doğu Karadeniz kıyılarında 12 MJ/m 2 gün civarında olduğu belirtilmiştir. Yıllık toplam güneşlenme zamanı yaklaşık olarak 2608 saat olarak hesaplanmıştır (Taşdemiroğlu,1993). Güneş enerjisi bakımından çok zengin bir ülkeye sahip bulunmaktayız. Ülkemizin birçok yerinde güneş enerjisinden faydalanmak mümkündür. Güneş enerjisinden ısıl enerji elde etmenin en önemli yollarından biri güneş havuzlarıdır. Güneş havuzlarının veriminin arttırılması ve her bölge için uygun modellerin geliştirilmesi gerekmektedir. Böylece, enerji sorununun çözümüne önemli ölçüde katkıda bulunulmuş olunacaktır. Ülkemizde güneş havuzları üzerine ilk araştırmalar 1978 yılında Çukurova Üniversitesi Fizik Bölümünde yapılmaya başlanmıştır (Kayalı,1980). Bu 3

14 1. GİRİŞ İsmail BOZKURT çalışmaları takiben de Özek (1985), Kayalı (1986), Kurt (1989), Karakılçık (1992) tarafından deneysel ve teorik çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmalar ışığında, Karakılçık tarafından Çukurova Üniversitesi Kampusun de 2 m x 2 m x 1.5 m boyutlarında yalıtımlı prototip model bir güneş havuzu inşa edilmiştir. Eylül 1995 den itibaren bilgisayarlı otomasyon sistemi geliştirilerek ölçümlere başlanmıştır. Bunun yanı sıra havuzun iki boyutlu matematiksel bir modeli çıkarılmıştır ve bu modeli çözümleyebilen bilgisayar programı Pascal dilinde yazılmıştır. Hem deneysel ve hem de kuramsal olarak sıcaklık dağılımları elde edilmiştir. Yalıtımlı prototip bir havuzun iç ve dış bölgelerinin sıcaklık profilleri karşılaştırılmıştır ve uyum içinde oldukları görülmüştür. Bu sonuçlar boyutları ve yapım parametreleri bilinen bir güneş havuzundaki sıcaklık dağılımlarının nasıl olacağını önceden doğru bir şekilde tahmin edebilme olanağını ortaya koymaktadır. Deneysel çalışmalar sırasında depolama bölgesinden farklı zamanlarda bir saat boyunca ısı çekilmiş ve giriş suyu sıcaklığı değişmediği halde depolama bölgesinde ve çıkış suyu sıcaklığında zamanla önemli düşüşler olduğu saptanmıştır. Bu düşüşün nedeni havuzun boyutlarının küçük olmasından dolayı güneşten gelen enerji ile depolanan ve çekilen enerjinin yeniden karşılanamadığı görülmüştür. Oysa bu azalma büyük boyutlu güneş havuzlarında ancak çok uzun bir zaman diliminde görülebileceği belirtilmiştir. Ayrıca gölgelenme etkisinin de küçük boyutlu güneş havuzlarında dikkate alınması gerektiği ortaya konulmuştur (Karakılçık 1998). Günümüzde ise güneş havuzları doğadaki benzerlerinden yararlanılarak yapay olarak yapılmaktadır. Güneş havuzları genel olarak üç bölgeden meydana gelir. Havuzun en üst kısmında tatlı su tabakası bulunur. Bu bölge konveksiyonlu bölgedir ve bu tabakaya üst konveksiyonlu bölge (ÜKB) denilmektedir. ÜKB in altında yoğunluğu derinlikle artan tabaklardan oluşan yalıtım bölgesi (YB) veya tuz gradyentli bölge bulunmaktadır. Bu bölge yoğunluk farklarıyla oluşan tabakalardan meydana geldiğinden konveksiyonsuzdur ve konveksiyonsuz bölge olarak da adlandırılır. Havuzun en alt bölgesinin yoğunluğu fazladır ve gelen güneş enerjisinin büyük bir kısmı burada soğurulur ve ısıl enerji olarak depolanır. Bu bölgede konveksiyon azdır ve depolama bölgesi (DB) veya düşük konveksiyonlu bölge olarak adlandırılır. Havuz yüzeyine gelen güneş ışınlarının bir kısmı yüzeyde 4

15 1. GİRİŞ İsmail BOZKURT yansır ve kalanı havuzun tabanına doğru ilerler. Güneş radyasyonundaki farklı dalga boyundaki ışınlar farklı derinliklerde soğurulurlar. Düşük enerjili ışınlar (dalga boyu büyük) hemen havuzun yüzeyinden girer girmez soğurulmaya başlanırlar ve bunların depolama bölgesine katkısı çok az olur. Havuzun yüzeyine gelen ışınların yaklaşık olarak %40-46 sı düşük enerjili ışınlardır. Sistemimizde havuzun yüzeyi kapatılarak düşük enerjili ışınlarında havuzun performansını arttırması sağlanmıştır. Dalga boyu küçük olan ışınlar daha fazla enerjiye sahiptir ve daha derinlere ilerleyebilirler. Temiz bir suda toplam enerjinin ancak yaklaşık olarak %25-35 lik bir oranı 1.5 m derinliğe ulaşabilmektedir. Gelen güneş ışınları güneş havuzunun tabakalarından geçerken soğurulur ve güneş havuzunun sıcaklığını arttırır. Bu artış yukarıdan aşağıya doğru çoğalır. Bunun sebebi yoğunluğun derinlikle artmasıdır. Güneş havuzunda oluşturulan yoğunluk gradyenti konveksiyonla ısı kayıplarını önlemektedir. Isı kaybının büyük bir kısmı iletim yolu ve yüzeyden buharlaşma ile olmaktadır. Güneş havuzlarının performansı üzerinde ciddi ısı kayıplarına neden olmaktadır. En fazla ısı kayıpları güneş havuzlarının üst bölgesinden olduğu görülmüştür. Bu nedenle üst yüzeyin güneş ışığını engellemeyen ve yüksek geçirgenli olan saydam bir camla kapatılması gerektiği belirtilmiştir. Bu çalışmada, çapı 1.60 m, derinliği 2 m olan 0.10 m kalınlığında cam yünü ile yalıtılmış ve üst kısmı açılır kapanır bir cam kapak sistemi ile kapatılabilen silindirik model bir güneş havuzu (SMGH) inşa edilmiştir. SMGH in üst yüzeyi cam ile kapatılmak suretiyle buharlaşma ve iletimle ısı kayıpları en aza indirilmesi planlanmaktadır. Silindirik bir havuzun ısıl performansı üzerinde yalıtımın ve cam kapakların etkisi saptanmaya çalışılmıştır. Böylece depolama bölgesinde daha fazla ısı enerjisinin daha uzun bir süre nasıl depolanabileceği konusunda önemli sonuçlar elde edilmesi beklenmektedir. Bunun için bir güneş havuzunun üst bölgesinin açık ve kapalı durumları için sıcaklık dağılımları elde edilmeye çalışılmaktadır. Sıcaklık dağılımlarını ölçmek için bilgisayar kontrollü ve 32 kanallı yeni bir ölçüm sistemi kurulmuştur. SMGH un sıcaklık dağılımının doğru ve istenilen zaman aralıklarında bilgisayar kontrollü olacak şekilde ölçülebilmesi için bilgisayara bağlanan 32 kanallı AD/DA-PCL kart ve LM35 sensor olarak kullanılmıştır. PCL kart ve 5

16 1. GİRİŞ İsmail BOZKURT sensörün özelliklerine uygun yazılan bir bilgisayar programı aracılığıyla sıcaklıklar saniyelik, dakikalık veya saatlik olarak ölçülebilmektedir. Yapılan testler sonucunda havuzun belirlenen noktalarında meydana gelen sıcaklık dağılımı doğru ve istenilen zaman aralıklarında ölçülebileceği görülmüştür. Bu deneylerden elde edilen sonuçlar ışığında da kapalı ve açık durumları için performans değerlendirmesi yapılacaktır. Böylece farklı tip ve özelliklere sahip sistemlerin performanslarının nasıl olacağının önceden bilinmesinde de önemli bir ön bilgiler sağlayacağı kanaatindeyiz. Bu çalışmadan elde edilecek sonuçlar, yeni sistemler ve yeni yöntemler geliştirilmesine örnek bir çalışma olacaktır. Ayrıca, SMGH un yoğunluk dağılımını kararlı tutarak üstü açık ve kapalı durumlar için deneysel ve teorik olarak sıcaklık dağılımlarını elde edilecektir. Elde edilen sonuçlara göre sıcaklık dağılımlarının aylara göre bir karşılaştırması yapılacak ve güneş havuzunun üzerinin kapalı olması durumunda havuzun performansı incelenecektir. 6

17 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR İsmail BOZKURT 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Doğal güneş havuzlarının keşfinden sonra benzer çalışma prensipleri kullanılarak yapay güneş havuzları oluşturulmaya başlanmıştır. Bu bölümde öncelikle doğal güneş havuzlarının keşfi daha sonra yapay güneş havuzlarının oluşturulması ve bunlarla ilgili günümüze kadar yapılan deneysel ve teorik çalışmalar sırasıyla ele alınmaya çalışılmıştır Doğal Güneş Havuzları Güneş havuzlarının doğada bulunan ilk benzeri Kalecksinsky tarafından 20.yy ın başlarında keşfedilmiştir. Romanya nın Karpat dağları eteğindeki Transylvania bölgesindeki (42º44 K, 28º45 D) Medve gölünde sıcaklığın yaz ayları sonunda 1.32 m lik derinlikte 70 ºC ye kadar yükseldiğini ve ilkbaharda ise 26 ºC ye düştüğünü gözlemlemiştir. Daha sonra dünyanın birçok yerinde aynı özellikte göller bulunduğu tespit edilmiştir. Washington un kuzeyinde bulunan Orovillve de 2 m derinlikli meromictic sığ tuzlu gölde Anderson (1958) tarafından, yaz aylarında sıcaklığının 50 ºC olduğu gözlenmiştir. Wilson ve Wellman (1962) tarafından, yapılan gözlemlerde ise Antartika da yüzeyi buzla kaplı Vanda gölünde Aralık ayında çevre sıcaklığı -20 ºC iken 60 m lik derinlikte yaklaşık 25 ºC lik sıcaklık ölçülmüştür. Bununla birlikte, Venezuela yakınındaki Los Roqures adasındaki Pueblo gölünün, Antartika daki MC Murdo Sound bölgesinde bulunan Bonney gölünün güneş havuzu özelliğine sahip göllerden olduğu belirtilmiştir (Hodec ve Sonnenfield, 1974). Sinai Peninsula üzerindeki Eliat Güneş Gölü nün tabanında 48 ºC ye kadar sıcaklık artışı olduğu görülmüştür. Kaliforniya da Castle gölünde yapılan ölçümler yüzeyden itibaren 5 m lik derinlikte yaklaşık 20 ºC sıcaklık farkı olduğunu göstermiştir. Romanya da Baren Gölü, A.B.D de Salton Denizi, Büyük Tuz Gölü ve İsrail deki Ölü Deniz güneş havuzu özelliğine sahip doğal güneş havuzlarındandır(özek, 1985). Daha 7

18 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR İsmail BOZKURT sonra doğal güneş havuzlarına benzer olarak yapay güneş havuzları oluşturulmuştur Yapay Güneş Havuzları Yapay güneş havuzları fikri ilk kez 1948 yılında pratik uygulamalar için düşünülmeye başlanmıştır yılında güneş havuzlarından elektriksel güç elde edilmesi ve evlerin ısıtılması için ilk ciddi çalışmalar yapılmaya başlanmıştır ve ilk kez Dr. R. Bloch tarafından yapay tuz gradyentli güneş havuzu ile enerji depolanabileceğini belirtmiştir. Tabor 1958 de yapay güneş havuzu yapmış ve 1967 yılına kadar çalışmalarını sürdürmüştür. Çalışmalarında güneş havuzun depolama bölgesinin sıcaklığının 60 ºC ye kadar çıktığı gözlemlenmiştir. Bir başka çalışmasında ise 625 m 2 lik bir havuzda MgCl 2 tuzu kullanmış ve havuz sıcaklığının 96 ºC ye çıktığını gözlemiştir(tabor, 1961). İsrail in Hayfa şehrinde bir tuz bataklığı üzerinde kurulan 1375 m 2 yüzey alanlı 1.50 m derinlikli bir güneş havuzunda araştırmalar yapılmış ve havuzun en yüksek sıcaklığının 74 ºC ye çıktığı Tabor ve Matz (1965) tarafından gösterilmiştir. Havuzun dip bölgesinde meydana gelen bakteriyel bozulma sonucu oluşan gaz kabarcıklarının havuzdaki tuz yoğunluğunu bozduğu, havuzun performansını düşürdüğü ve bir süre sonra havuzun kullanılamaz hale geldiği belirtilmiştir yılında meydana gelen petrol krizinden sonra yenilenebilir enerji kaynakları üzerinde yapılan çalışmaların önem kazanmasıyla birlikte güneş havuzları ile ilgili çalışmalar da hız kazanmaya başlamıştır. Taylor tarafından yapılan çalışmalarda güneş havuzundan düşük sıcaklıklarda işlem suyu elde etmenin yanı sıra düşük sıcaklıklarda buharlaşabilen sıvılar kullanarak elektrik üretilmeye çalışılmıştır (Taylor, 1978). Yavne de 90 C sıcaklıkta çalıştırılmak üzere 1500 m 2 lik güneş havuzu ile beslenen ORMAT santralinde 6 kw lık turbo jeneratör kullanılmıştır da açılan bu santral dünyanın en büyük güneş güç santrali olarak bilinmektedir (Tabor,1981). Ein Bokek deki Ölü Deniz kenarında m 2, m 2 ve m 2 lik havuzlar yapılmış ve sırasıyla 150 kw, 5 MW ve 10 MW üretim kapasiteli santraller inşa edilmiştir (Gar, 1985). 8

19 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR İsmail BOZKURT Kayalı tarafından, 4.5 m x 4.5 m x 1.5 m boyutlarında bir güneş havuzunda yapılan ölçümler ve değerlendirmeler sonucunda verimliliğin %16 olduğu görülmüştür (Kayalı, 1980). Bu çalışmaya göre, güneş havuzlarının maliyetinin, düzlemsel topaçlara göre 2.5 kez daha ucuz olduğu, bakım ve onarımın daha kolay yapılabildiği saptanmıştır yılında 2.60 m x 2.60 m x 1.60 m boyutlarında bir güneş havuzu Özek (1985) tarafından kurulmuştur. Yapılan ölçümler sonucunda yazın en fazla 54.4 ºC e ve kışın ise en düşük 29 ºC e düştüğü görülmüştür. Kayalı (1986) tarafından 1984 yılında Çukurova Üniversitesi nde bir seranın ısıtılması için 10 m x 10 m x 2.5 m boyutlarında bir güneş havuzu yapılmıştır. Ölçümler yapılmış, matematiksel bir model geliştirilerek havuzun sıcaklık dağılımı önceden tahmin edilmeye çalışılmış ve deneysel verilerle uyum içinde olduğu görülmüştür. Bu havuz üzerinde Kurt (1989) tarafından yapılan çalışmalarda havuzun sıcaklığının kışın en düşük 28 ºC ve Ağustos ayında en yüksek 64 ºC olduğu görülmüştür. Tabor ve Doron (1990), tarafından 5 MW lık güneş havuzu ile çalışan bir güç santralinin yapısı ve deneme çalışmaları yapılmıştır. Santralin maliyet ve verim hesapları yapılmış gelecekte bu tip santrallerin maliyeti hakkında bilgi verilmiştir. Hassab ve arkadaşları (1991), tarafından küçük boyutlu güneş havuzlarında yan duvarların yaptığı etkiler araştırılmıştır. Yan duvarların meydana getirdiği gölgelenmenin küçük boyutlu güneş havuzlarında güneş enerjisinin toplanması ve depolanmasını büyük ölçüde etkilediği görülmüştür. Ayrıca güneş havuzlarında havuz tabanından yansıma, konveksiyonlu bölge kalınlığı, havuz kenarı ve eğim oranı gibi faktörlerin önemi analitik olarak gözden geçirilmiştir. Karakılçık (1992), tarafından yalıtımsız bir güneş havuzunun ısısal davranışı ve bu davranışı etkileyen faktörler deneysel olarak saptanmaya çalışılmıştır. Havuz içi ve havuzu çevreleyen toprağın farklı derinliklerinde sıcaklık ölçümleri ve su içerisinde çeşitli derinliklerde yoğunluk ölçümleri yapılmıştır. Yapılan ölçümler ile havuzu oluşturan bölgelerin kalınlık değişimleri ve bunların havuz performansına etkileri belirlenmiştir. Bunun yanı sıra havuz suyundaki kirliliklerin havuz performansı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu etmenlerin başlıcalarının, konvektif hareketler, havuz suyunun kimyasal ve biyolojik olarak kirlenmesi olduğu tespit edilmiştir. Zamanla konveksiyonsuz bölgelerde oluşan ara bölgelerin 9

20 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR İsmail BOZKURT konvektif hareketlere sebep olduğu saptanmıştır. Ayrıca alt ve üst konvektif bölgelerdeki konvektif hareketlerin konveksiyonsuz bölgeyi incelttiği görülmüştür. Kayalı (1992), tarafından 100 m 2 yüzey alanlı ve 2.50 m derinliğinde bir güneş havuzunun yalıtımlı ve yalıtımsız olması halinde 1 m 2 sinin maliyeti ve Çukurova Bölgesi şartlarında bu güneş havuzlarından alınabilecek enerji miktarları hesaplandı. Hesaplanan değerler kullanılarak ekonomik analizler yapılmış ve güneş havuzlarının kendilerini amorti etme süreleri bulunmuştur. Keren ve arkadaşları (1993), tarafından konvensiyonel ve geliştirilmiş düzeyli iki güneş havuzu sisteminin performansının teorik ve deneysel olarak karşılaştırılması yapılmıştır. Konvensiyonel tuz gradyentli güneş havuzu, gelişmiş düzeyli bir güneş havuzu gibi çalıştırılmıştır. Fiziksel deneylerle gelişmiş düzeyli bir güneş havuzu için gerekli akış sisteminin devamlılığı ve yapılabilirliği testi yapılmıştır. Gelişmiş düzeyli bir güneş havuzu ile tuz gradyentli bir güneş havuzunun performansı karşılaştırılmış ve gelişmiş düzeyli bir güneş havuzunun veriminin yüksek olduğu ve sabit bir akışkan tabakasının sürekli olabileceği gösterilmiştir. Böylece havuzdan ısı çekme alanı genişletilmiş ve konvektif bölgeden yukarı doğru iletilen ısı geri kazanılmaya çalışılmıştır. Subhakar ve Murthy (1994), tarafından inşa edilen doymamış güneş havuzlarında yoğunluk farklılıkları nedeniyle alt tabakalardan üst tabakalara doğru tuz difüzyonunun olduğu belirtilmiştir. Tuz difüzyonunun meydana getirdiği bozulan tuz gradyentinin korunmasının tuz gradyentli güneş havuzlarının en önemli problemlerinden biri olduğu söylenmiştir. Bu problemin üstesinden ancak, sıcaklık ile çözünürlüğü artan tuzun özellikleri dikkate alınarak havuzun bütün seviyelerinin tuz ile doymuş hale getirilmesiyle mümkün olabileceği belirtilmiştir. Böylece doymuş bir havuzun yoğunluk gradyentinin bölgesel sıcaklığa bağlı olarak kendisini sürdürebileceği bildirilmiştir. Çomaklı ve arkadaşları (1996), tarafından yapılan çalışmada Türkiye de kullanılan enerjinin çoğunun konut ısıtmak ve sıcak su elde etmek için kullanıldığı tespit edilmiştir. Bunlardan konutlarda kullanılan enerjinin %42 sinin düşük sıcaklık uygulamaları için kullanıldığı belirtilmiştir. Bu nedenle güneş enerjisinden 10

21 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR İsmail BOZKURT ısıl enerji üretmek için, güneş enerjisini etkin bir şekilde toplayan ve depolayan geniş ölçekli uygulamalar kullanılması gerektiği söylenmiştir. Kayalı ve arkadaşları (1998), tarafından dikdörtgen prizma şeklinde bir güneş havuzunun içindeki ve dışındaki her noktada sıcaklık değişimini zamanla verebilen kuramsal bir model önerilmiştir. Sonlu farklar yöntemine göre, model havuza bitişik toprakta ve tuzlu suyun tabakalara ayrılmış bölgeleri için bir ve iki boyutlu ısı denge denklemleri yazılmıştır. Bu denklemler bilgisayar kullanılarak bölge sıcaklıkları için çözülmüştür. Sonuç olarak, bir güneş havuzunun konveksiyonsuz bölgesinin kalınlığının 1.30 m den daha az olmaması gerektiği belirtilmiştir. 100 m 2 den daha büyük güneş havuzlarının kenar duvarlarında meydana gelen ısı kayıplarının havuzun performansına etki etmediği belirtilmiştir. Ouni ve arkadaşları (1998), tarafından Tunus un güneyinde El Bibane de kurulan bir güneş havuzunun geçici davranışını belirlemek için bir boyutlu simülasyon modeli geliştirilmiştir. Bu modelde meteorolojik veriler kullanılmış, yüzey ve topraktan ısı kayıpları hesaba katılmıştır. Yazılan diferansiyel eşitlikler sonlu farklar metodu kullanılarak çözülmüştür. Sistemin performansının hesaplanması için bir bilgisayar programı önerilmiştir. Yaz aylarında ortalama 80 W/m 2 ve kış aylarında ise ortalama 19 W/m 2 ısı çekilebileceği belirtilmiştir. Alkhalaileh ve arkadaşları (1999), tarafından güneş havuzları ile taban ısıtma sistemi uygulaması yapılmıştır. Sistemin Ürdün iklim koşullarında kullanım potansiyelini araştırmak için matematiksel bir model ve bilgisayar programı geliştirilmiştir. Yapılan analizler, güneş havuzunun taban ısıtma sistemi ile kış mevsiminde en az iki ay ısınmayı % oranında karşıladığını göstermiştir. Kurt ve arkadaşları (2000), tarafından güneş havuzlarının performansını önceden tahmin edebilmek için bir boyutlu matematiksel bir model geliştirilmiştir. Bunun yanı sıra İstanbul Teknik Üniversitesi nde bir güneş havuzu kurulmuş ve elde edilen deneysel veriler teorik hesaplamalarla karşılaştırılmıştır. Teorik olarak yapılan çalışmalarda kütle ve enerji dengeleri kullanılmıştır. Matematiksel modelde yazılan eşitlikler analitik ve nümerik olarak çözülmüştür. Çözümlerden alınan sonuçlar deneysel çalışma ile karşılaştırılarak sıcaklık profilleri çıkarılmıştır. Teorik ve deneysel sıcaklık profilleri arasında iyi bir benzerlik olduğu görülmüştür. 11

22 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR İsmail BOZKURT Konsantrasyon profilleri deneysel ve teorik olarak çıkarılmış, deneysel ve teorik profiller arasında çok az farklılıkların olduğu görülmüştür. Güneş havuzunun güneş enerjisini depolamak için doğru bir şekilde planlandığında güneş enerjisini uzun süre depolamasının mümkün olduğu belirtilmiştir. Rivera ve Romero (2000), tarafından güneş havuzları ile desteklenen bir ısı transformatörünün değerlendirilmesi yapılmıştır. Tek aşamalı su ve Lityum Bromit karışımı ile çalışan ısı transformatörü ile güneş havuzu kullanılmıştır. Güneş havuzundan sağlanan ısı ile sıcaklığın yükseltilmesi için kullanılan sistemin fizibilite çalışması yapılmıştır. Toplam sıcaklık artışı, kullanılabilir ısı ve performans katsayısı ısı transformatörü için sıcaklık ve yoğunluğa göre belirlenmiştir. Toplam sıcaklık artışı 44 C olarak sağlanmıştır. Su ve lityum Bromit karışımlı ısı transformatörü tarafından üretilen kullanılabilir ısı sıcaklığı 124 C olarak bulunmuştur. Maksimum performans katsayısı 0.16 olarak belirtilmiştir. Tek aşamalı cam ısı transformatörünün toplam sıcaklık artışının tuzlu su yoğunluğu, soğurucu ve buharlaştırıcı sıcaklıkları ile artmakta olduğu belirtilmiştir. Tahat ve arkadaşları (2000), tarafından küçük bir taşınabilir güneş havuzunun performansını hesaplama çalışması yapılmıştır. Deneysel güneş havuzu sistemi 32 kuzey enleminde bulunan yerleşim biriminde kurulmuştur. Güneş havuzunun duvarları 45 eğimli olarak yapılmıştır. Güneş havuzu 1.44 mm kalınlıklı çelik galvanizden yapılmıştır. Havuzun yüzeyi dairesel alanı 1 m 2 ve toplam derinliği ise 0.5 m dir. Güneş havuzunun derinliği ve tuz yoğunluğunun depolanan sıcaklık dağılımı üzerine etkisi deneysel olarak saptanmış ve teorik olarak yapılan tahminlerle karşılaştırılmıştır. Bir boyutlu analizler sonucunda küçük güneş havuzunun boyutlarının havuzun ısıl davranışına etkisi ortaya çıkarılmıştır. Küçük güneş havuzlarının ekonomik olarak uygulanabilir olduğu belirtilmiştir. Ayrıca taşınabilir olması, az yer kaplaması ve çevre dostu olması gibi avantajlarının olduğu söylenmiştir. Jaefarzadeh (2000), tarafından tuz gradyentli bir güneş havuzunun performansı incelenmiştir. Laboratuar boyutlarında bir güneş havuzunun performansı belirlenmeye çalışılmıştır. Yoğunluk ve sıcaklık profilleri gradyentli 12

23 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR İsmail BOZKURT bölgede deneysel olarak çıkarılmış ve teorik olarak çıkarılan profillerle uyum içinde olduğu görülmüştür. Düşük ve yüksek konvektif bölgelerin fiziksel karakteristikleri zamanla değiştirilmiştir. Alt konvektif bölgenin sıcaklığının yazdan kışa doğru düzenli olarak azalmakta ve üst konvektif bölgenin sıcaklığının yaklaşık olarak atmosfer sıcaklığına yakın olduğu belirtilmiştir. Güneş havuzlarının geniş bir alanlı kullanımında kararlı ve dinamik kararlılık koşullarının normal olarak memnun edici olduğu belirtilmiştir. Nielsen in denge sınır ölçütlerinin düşük yüzey durumunun açıklanmasında başarılı olduğu belirtilmiştir. Bununla birlikte yüzey tabakasında dolaşım sürecinin çok kompleks ve üst yüzey tanımlamasının bu basit eşitliklerle yapılmasının kolay olmadığı söylenmiştir. Rivera ve arkadaşları (2001), tarafından güneş havuzunda tek aşamalı lityum Bromit karışımı ile çalışan ileri soğurucu ısı transformatörleri kullanılarak havuzun sıcaklığının yükseltilmesi için çalışmalar yapılmıştır. Güneş havuzlarında üretilen ısıyı arttırmak ve havuzun sıcaklığını yükseltmek için ısı transformatörleri ile güneş havuzları birlikte kullanılmıştır. Sistemin performansını belirlemek için matematiksel bir model geliştirilmiştir. Tek aşamalı ısı transformatörü kullanarak güneş havuzunun sıcaklığını 0.48 performans katsayısı ile 50 ºC ye kadar ve çift aşamalı ısı transformatörü kullanarak 0.33 performans katsayısı ile 100 ºC ye kadar yükseltmenin mümkün olduğu görülmüştür. Hongfei ve arkadaşları (2002), tarafından tuz gradyentli güneş havuzlarının ısıl yararlanma katsayıları için matematiksel bir model geliştirilmiştir. Güneş havuzlarını oluşturan üç bölgenin enerji toplama ve depolama performansları düz güneş kolektörlerine benzer bir şekilde hesaplanmaya çalışılmıştır. Isıl yararlanma katsayısının matematiksel bir modeli önerilmiş ve bunu etkileyen birçok faktör tartışılmıştır. Yapılan analizler ısıl yararlanma katsayısının tanımının kullanılabilir enerji çıkışı hesaplamalarında, konveksiyonsuz bölgenin kalınlığının ve kullanılma durumunun kararlaştırılmasında birçok rahatlık sağladığını göstermektedir. Bu nedenle ısıl yararlanma katsayısının güneş havuzları için pratik uygulamalarda önemli bir parametre olduğu belirtilmiştir. Agha ve arkadaşları (2002), tarafından tuz gradyentli güneş havuzları ile buharlaşma havuzunun birlikte düşünüldüğü bir sistem oluşturulmuştur. Tuz 13

24 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR İsmail BOZKURT gradyentli güneş havuzu alanı için buharlaşma havuzu alanının oranını önceden bileceğimiz basit bir matematiksel model geliştirilmiştir. Buharlaşma havuzu fikrinin özellikle buharlaşmanın yüksek olduğu ve yağmurun az olduğu Kuzey Afrika gibi ülkeler için buharlaşmayla kaybolan tuzun geri kazandırılmasında etkileyici bir metot olduğu belirtilmiştir. Bu modelde iki tür yüzey kullanılmaktadır. Bunlar; Tripoli-Libya koşullarında su ile temizlenen yüzey ve buharlaşma oranının hesaplandığı yüzeydir. Yaz koşullarında su ile yüzeyin temizlendiği durumlar için yüzey alanları oranı yaklaşık 0.17 olarak tahmin edilmektedir. Deniz suyu kullanıldığında bu oran ciddi miktarda artmakta yaklaşık olarak 14.4 olmaktadır. Zamanla azalan tuz konsantrasyonunu yükseltmek için çok yoğun tuzlu su konsantrasyonu havuzun tabanına enjekte edilmektedir. Tuz konsantrasyonunu %3.5 den %35 e yükseltme süresi yaz aylarında yaklaşık olarak gün, kış aylarında ise gün gerektirmektedir. Havuzun depolama bölgesinden ısı kayıplarının çok az olması için yüksek konsantrasyonlu tuzlu suyun enjekte edilme zamanı öğle sonu saat 14:30 olarak tahmin edilmiştir. Husain ve arkadaşları (2003), tarafından tuz gradyentli güneş havuzlarının ısıl performansının geliştirilmesi için en iyi konveksiyonsuz bölge kalınlığının belirlenmesi konusunda çalışma yapılmıştır. Güneş havuzları istenilen sıcaklığa ulaştığında etkili olabilmektedir. Bu en iyi konveksiyonsuz bölge kalınlığını gerektirmektedir. Hızlı sıcaklık artışı için en iyi konveksiyonsuz bölge kalınlığı hesaplanmıştır. Güneş havuzunun çalışması sırasında ilk önce sıcaklık artış oranı kritik olduğunda konveksiyonsuz bölge kalınlığı en iyi değerinde olmalıdır ama daha sonra kararlı durum için en iyi konveksiyonsuz bölge kalınlığı değeri değiştirilebilir. Yapılan deneysel çalışma, geniş güneş havuzları için konveksiyonsuz bölgenin kalınlığındaki artışın ilk sıcaklık artışından sonra kullanışlı olabileceğini göstermektedir. Husain ve arkadaşları (2003), tarafından tuz gradyentli güneş havuzunun bilgisayar simülasyonu yapılmıştır. Konveksiyonsuz bölge için temel olarak yazılan ısı akışı eşitliği Crank-Nicholsen metodu kullanılarak sınırlı diferansiyel yaklaşımlar ile çözülmüştür. Kararlılık ve birleştirme metotları, özellikle güneş havuzları için geniş derinlik farkları ve zaman farkları için incelenmiştir. Gerçek 14

25 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR İsmail BOZKURT uygulamalarla ilgili diğer matematiksel yönlerde araştırılmıştır. Havuzun performansına atmosfer verilerinin girişlerinin etkisi de incelenmiştir. Üst konvektif bölgeden ısı kayıplarının farklı hesaplamaları uzun zaman için havuzun performansı ile karşılaştırılmıştır. Havuzun tabanı ve yüzeyi arasındaki çoklu yansımaların sonucu radyasyon akışının hesaplanması için basit bir metot önerilmiştir. Bu metot simülasyon için kullanıldığında zaman kazandırmaktadır ve elle hesaplamalar içinde uygun olduğu belirtilmiştir. Ouni ve arkadaşları (2003), tarafından Tunus un güneyinde tuz gradyentli güneş havuzlarının kontrolünün simülasyonu yapılmıştır. Kapalı devirli tuz gradyentli güneş havuzu için yıllık uygulamada başarılı bir model geliştirilmiştir. Bu model güneş havuzları için kullanılmıştır. Tuz gradyentli bölgenin kararlılığı ve gradyentli bölge ile konvektif bölge sınırlarında ki davranışlar incelenmiştir. Diferansiyel eşitlikler nümerik olarak çözüldü. Sonuçlar güneş havuzlarının başarılı uygulanabilmesi için; depolama bölgesinin sıcaklığının ve yoğunluğunun sabit tutulması, yüzeyin yıkanmasının kontrollü olarak yapılması ve gradyentli bölgenin kararlı tutulması gerekmektedir. Nümerik hesaplamalar %10-30 verimlilik olduğunu göstermektedir. Husain ve arkadaşları (2004), tarafından güneş havuzlarında radyasyon değişimi düşüncesi hakkında basit metotlar önerilmiştir. Güneş havuzlarında belirli bir derinlikte kullanılabilir net radyasyon için iki basit formül önerilmektedir. Bunlardan ilki Bryant ve Colbeck in (1977) geliştirdiği formülü, diğer formül ise ampirik dördüncü dereceden polinom fonksiyonudur. Formüllerin doğruluğunun karşılaştırılması için Hull (1982) tarafından geliştirilen genel formüllerle karşılaştırma yapılmıştır. Yapılan karşılaştırmada geliştirilen formüllerin Hull un modeline göre doğru sonuçlar verdiği aynı zamanda hesaplama süresinin kez azaldığı görülmüştür. Önerilen formüller geçirgenlik fonksiyonunu matematiksel olarak kolaylaştırdığından araştırmacılar için programlama daha kolay olmaktadır. Husain ve arkadaşları (2004), tarafından tuz gradyentli güneş havuzunun kararlı durumda ki ısıl verimliliğine taban yansımasının ve bulanıklığın etkisi araştırılmıştır. Yansıma güneş radyasyonu kayıplarına yol açmaktadır. Bulanıklık güneş radyasyonunun yayılmasını engellemektedir. Bu nedenle bulanıklık ve taban 15

26 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR İsmail BOZKURT yansımasının güneş havuzunun verimliliğini azalttığı açıktır. Taban yansıması ve suyun bulanıklığının belirli bir sınır içinde tutulması havuzun verimini arttırmaktadır. Taban yansıması ve bulanıklığın birleştirilerek düşünülmesi ikisinin etkisinin belirli sınırlarda telafi edilebilir olduğunu göstermektedir. Taban yansıması sudaki bulanıklığın en uygun olduğu değerde havuzun boyutlarına bağlıdır ve bulanıklığın olmadığı durumlardan daha verimlidir. Bu uygun bulanıklık oranı taban yansımasını karşılamaktadır. Angeli ve Leonardi (2004), tarafından tuz gradyentli güneş havuzlarında tuz difüzyonunun bir boyutlu nümerik bir çalışması yapılmıştır. Bir boyutlu matematiksel model kullanılarak tuz difüzyonu ve tuz yoğunluğu gradyentinin kararlılığı araştırılmıştır. Sonlu farklar yöntemi ile sıcaklık ve tuz konsantrasyonuna bağlı olan difüzyon katsayısı kullanılarak tuz difüzyonu eşitliği çözülmeye çalışılmıştır. Tuz difüzyonu çok az olmasına rağmen konveksiyonsuz bölge sınırlarındaki tuz konsantrasyonu değişikliğini telafi etmek için doymuş tuzlu su çözeltisini depolama bölgesine ekleyerek üst konvektif bölgeye yükselmesini sağlayıp konveksiyonsuz bölgenin kararlı tutulması gerektiği söylenmiştir. B.A. Jubran ve arkadaşları (2004), tarafından güneş havuzunun yan duvarlarının konvektif bölgeler üzerindeki etkisini önceden belirleyebilmek için üç boyutlu sonlu farklar yöntemini kullanarak nümerik bir çalışma yapılmıştır. Güneş havuzunun yan duvarlarının eğimli yapılması ile toprakla temas eden yüzey azaltılabileceğinden toprağa olan ısı kayıpları ve gölgelenmenin azalacağı söylenmiştir. Yapılan nümerik hesaplamalar ile eskiden yapılmış deneysel çalışmalar karşılaştırılmış yan duvarların eğiminin konvektif bölgeleri büyük ölçüde etkilediği belirtilmiştir. Mansour ve arkadaşları (2004), tarafından tuz gradyentli güneş havuzlarında ısı, kütle transferi ve havuzun kararlılığı problemi için nümerik olarak üç boyutlu bir model geliştirilmiştir. Nümerik olarak hesaplanan sonuçlar yapılan deneysel çalışmaların sonuçları ile karşılaştırılmış ve uyum içinde oldukları görülmüştür. Yapılan deneysel çalışmalar hava koşullarının havuz sıcaklığını önemli ölçüde etkilediği gibi havuzun kararlılığını da etkilediğini ortaya koymuştur. Havuzun saydamlığının, havuzun kararlılığında önemli bir etkiye sahip olduğu ve havuz 16

27 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR İsmail BOZKURT yüzeyinin açık olması yüzeyden ısı kayıpları nedeniyle havuzun ısınmasını ve havuzun kararlılığını etkilediği belirtilmiştir. Jaefarzadeh (2004), tarafından küçük bir güneş havuzunun duvar gölgelemesi etkisi ile ısıl davranışı incelenmiştir. Isı iletimi eşitlikleri konveksiyonsuz bölge için üst ve alt konvektif bölgenin sınır koşulları ile nümerik olarak çözüldü. Bir yıl boyunca güneş radyasyonu değişiklikleri ve derinlikle güneş radyasyonunun değişimi tartışıldı. Önerilen model, düşey duvar alanı gölgelemesinin havuzun güneşlenme alanına etkisini içermektedir. Depolama bölgesindeki sıcaklık değişimi teorik olarak hesaplanmış ve deneysel verilerle karşılaştırılmıştır. Yapılan analizler güneş havuzunun performansına duvar gölgelemesinin etkisi kadar yan ve taban yalıtımı ve konveksiyonsuz bölgenin kalınlığının da önemli olduğunu göstermektedir. Küçük güneş havuzlarında yapılan ısı depolama uygulamalarında verimlilik %10 olarak verilmektedir. Dah ve ark. (2005), tarafından tuz gradyentli model bir güneş havuzunda sıcaklık değişimi ve yoğunluk profili deneysel olarak araştırılmıştır. Deneysel çalışmada 1 m yüksekliğinde 0.9 m çapında silindirik plastik bir tank kullanılmıştır. Silindirik tank yalıtılmış, siyaha boyanmış ve tuz gradyenti laboratuarda oluşturulmuştur. Güneş radyasyonu 2000 W lık projektör kullanılarak taklit edilmiştir. Deneysel veriler 28 gün süresince alınmıştır. Depolama bölgesindeki maksimum sıcaklık 45 ºC olarak ölçülmüştür. Projektör yerleştirildiğinde havuzun tabanı ile yüzeyi arasındaki sıcaklık farkı 17 ºC iken projektör kaldırıldığında sıcaklık farkının 23 ºC olduğu görülmüştür. Sıcaklık ve yoğunluk profilleri karşılaştırıldığında Newell in deneysel hesaplamaları ile uyum içinde oldukları görülmüştür. Angeli ve Leonardi (2005), tarafından tuz gradyentli güneş havuzlarında NaCl difüzyonu bir boyutlu matematiksel model kullanılarak araştırılmıştır. Geliştirilen model, ısıl difüzyonu ve aynı zamanda mümkün olan tuz gradyentli bölgenin alt kısmına derişik tuzlu su enjeksiyonu etkisini içermektedir. Geliştirilen model ısıl difüzyon ile moleküler difüzyonun aynı yönde olduğunu göstermektedir. Moleküler difüzyon, tuz gradyentli bölgede bozulmalara neden olmaktadır. Tuz 17

28 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR İsmail BOZKURT gradyentli bölgedeki bozulmaların, sıcaklık gradyenti ve tuz konsantrasyonu yüksek olduğunda daha fazla olduğu görülmüştür. Karakılçık ve ark.(2005), tarafından bir güneş havuzundaki sıcaklık dağılımı deneysel ve teorik olarak araştırılmıştır. Güneş havuzundaki sıcaklık dağılımları gündüz ve gece ayrı ayrı incelenmiştir. Birçok sıcaklık ölçüm sensörü güneş havuzunun içine, tabanına ve dikey ve yatay olarak yan duvarlarına yerleştirilmiştir. Teorik olarak sıcaklık dağılımının hesaplandığı bir model geliştirilmiş, modelden elde edilen sonuçlarla deneysel sonuçlar karşılaştırılmış deneysel verilerle hesaplanan veriler arasında çok iyi uyum olduğu görülmüştür. Sıcaklık farkına bağlı olarak gündüz ve gece ısı kayıpların arasında büyük bir fark olduğu görülmüştür. Ocak, Mayıs ve Ağustos ayları boyunca, havuzun iç yüzeyi, yan duvarları ve tabanından olan toplam ısı kayıpları % ü iç yüzeyinden, % 3.93 ü tabandan, % ü yan duvarlardan olmak üzere MJ olarak hesaplanmıştır. Karakılçık ve ark.(2006), tarafından bir güneş havuzunun performansı deneysel ve teorik olarak incelenmiştir. Deneysel çalışma için 4 m 2 yüzeyli ve 1.5 m 2 derinlikli yalıtımlı bir güneş havuzu Çukurova Üniversitesinde inşa edilmiştir. Güneş havuzu tuzlu su ile üç bölge olarak oluşturulmuştur. Ocak, Mayıs ve Ağustos ayları boyunca geliştirilen ölçüm sistemi ile havuzun tabanı, iç bölgesi ve yan duvarlarının değişik yerlerinden sıcaklık ölçümleri yapılmıştır. Havuzun ve havuzu oluşturan tabakaların verimliliğini hesaplamak için bir model geliştirilmiştir. Isı transferinde sıcaklık farkı önemli bir sürücü güçtür. En yüksek ısı verimi Ağustos ayı içinde üst konvektif bölge için % 4.5, konveksiyonsuz bölge için % 13.8 ve ısı depolama bölgesi için % 28.1 olarak hesaplanmıştır. Bugüne kadar yapılan bu çalışmalar ışığında, tasarımı ve yapımı gerçekleştirilen yalıtımlı ve üstü kapalı silindirik model bir güneş havuzunun performansı incelenecektir. 18

29 3. GÜNEŞ HAVUZU FİZİĞİ İsmail BOZKURT 3. GÜNEŞ HAVUZU FİZİĞİ Bu bölümde güneş havuzu fiziği hakkında bilgi verilecektir. Güneş havuzunun enerji kaynağı güneştir. Bu nedenle ilk olarak güneşin hareketi konusunda bilgi verilmiştir. Daha sonra güneş ışınlarının güneş havuzuna kadar olan yolculuğu anlatılmıştır Güneşin Hareketi Dünya güneşin etrafında belirli bir yörüngede dönmektedir. Bu dönüşü sırasında dünya ve güneş arasındaki mesafe her zaman aynı değildir. Dünya ile güneş arasındaki mesafe 21 Haziran da km, 21 Aralık ta ise km dir. Dünya ile güneş arasındaki mesafenin değişimine göre güneşten dünyamıza gelen enerji değişmektedir. Haziran ayında Aralık ayına göre dünyamız güneşten daha uzakta olmasına rağmen kuzey yarım kürede yaz mevsimi yaşanmasının sebebi güneş ışınlarının kuzey yarım küreye daha dik gelmesi nedeniyle radyasyon şiddetinin fazla olmasıdır. Güneş dünyadan doğu-batı doğrultusunda, dünya çevresinde bir yörüngede dönen ve uzaya sürekli ışık gönderen bir cisim gibi görünür. Kuzey yarım kürede, güneşin doğuşu ve batışı, kışın daha çok güney yönündedir. Güneş yüksekliğinin artması ile günlerin daha uzun olduğu yazın, güneşin yörüngesi kuzeye doğru kayar. Mevsimlerin oluşumunu sağlayan bu hareket, dünyanın kuzey-güney kutuplarından geçtiği düşünülen eksenin, dünyanın güneş etrafında dönerken izlediği yörüngeye dik olmayışındandır (Uyarel ve Öz, 1987). Güneşten gelen enerjinin saptanması güneş havuzlarının performansının hesaplanması için gereklidir Güneş Işınının Doğrultusu Güneşten gelen ışın ile yüzeyin normali arasındaki açı θ g geliş açısıdır. Yatay düzlem için geliş açısı Zenith açısına (θ z ) eşittir (Duffie ve Beckmann, 1980). 19

30 3. GÜNEŞ HAVUZU FİZİĞİ İsmail BOZKURT Geliş açısını aşağıdaki gibi yazabiliriz; Cosθ g = [Sin(δ d )Sin(φ)Cos(ϕ) Sin(δ d )Cos(φ)Sin(ϕ)Cos(γ)) +Cos(δ d )Cos(φ)Cos(ϕ)Cos(w s )+Cos(δ d )Sin(φ)Sin(ϕ)Cos(γ)Cos(w s ) +Cos(δ d )Sin(ϕ)Sin(γ)Sin(w s )] (3.1) bu eşitlikte; δ d, eğiklik açısı (denklinasyon); φ, enlem açısı; ϕ, dikkate alınan yüzeyin yatay düzlemle yaptığı eğim açısı; γ, yüzeyin azimut açısıdır, yerel boylamdan yüzey normalinin sapmasıdır ve güneye bakan yüzey için sıfırdır. Doğu için pozitif, batı için negatif değerler alır. w s, güneş saat açısı ve θ z, Zenith açısıdır (gelen ışının yatay düzlemin normali ile yaptığı açıdır). Yatay yüzey için ϕ=0 olduğundan güneşin geliş açısı Zenith açısına eşit olur ve geliş açısı aşağıdaki gibi daha basit şekilde yazılabilir; θ g = θ z = Cos -1 [Cos(δ d )Cos(φ)Cos(w s )+Sin(δ d )Sin(φ)] (3.2) Burada φ( 90<φ<+90), güneş yükseklik açısının bulunacağı bölgenin enlem derecesidir. Kuzey Yarım Küre için (+), Güney Yarım Küre için ( ) dir. Adana, Çukurova Üniversitesi, UZAYMER için doğu boylamı ve kuzey enlemleri kullanılmıştır. w s saat açısı, güneş tam tepede iken (saat de) sıfırdır ve sabah (+), öğleden sonra ise ( ) değerdedir. Boylamın her 15 derecesi bir saate eşit olduğuna göre, saat için +15 iken saat için -15 değerindedir. Denklinasyon açısı aylara ve mevsimlere göre, güneş ışınlarının dünyaya geliş açılarıdır. Bu açının en büyük değeri yaz ve kış gündönümlerinde, ±23.45 dir. Bu açının oluşumundan dolayı güneş ışınları kış gündönümünde en düşük değeri 21 Aralık ta güney enlemine, yaz gündönümünde de 21 Haziran da kuzey enlemine diktir. Dünyanın, kendi çevresinde ve güneşin çevresinde dönüşü sırasında oluşan bu açıya Denklinasyon açısı denir. Denklinasyon açısının yaklaşık değeri Cooper eşitliği ile bulunabilir; 20

31 3. GÜNEŞ HAVUZU FİZİĞİ İsmail BOZKURT δ d = Sin n 365 (3.3) Burada, n, yılın herhangi bir günüdür ve 1 n 365 dir. (Duffie ve Beckman,1980) Güneş Enerjisi Güneş enerjisi geniş bir coğrafi dağılıma sahiptir. Coğrafi olarak kuzey enlemleri arasında bulunan Türkiye, güneş kuşağı içindedir. Ülkemizde şu an için güneş enerjisinin kullanımı oldukça azdır, ancak geleceğin dünyasının enerji gereksiniminin karşılanmasında, geleneksel enerji kaynaklarının yanında en önemli seçeneklerden biri güneştir. Sürekli bir füzyon reaktörü olan güneş, kendisinde bulunan Hidrojen atomlarını füzyon reaksiyonu ile Helyum atomlarına dönüştürerek büyük bir enerjinin ortaya çıkmasını sağlar. Güneş daha milyonlarca yıl ışımasını sürdüreceğinden, dünyamız için sonsuz bir enerji kaynağıdır. Güneşin iç kısımlarının sıcaklığı 8 milyon - 40 milyon K arasındadır. Güneşin yüzeyine doğru sıcaklık azalır ve güneşin yüzeyinde sıcaklık yaklaşık olarak 5762 K olur. Güneşten yayılan enerjinin tamamı dünya yüzeyine ulaşamaz. Bu enerjinin 1353 W/m 2 lik kısmı dünya atmosferine ulaşmaktadır (Duffie ve Beckman, 1980). Güneş havuzları için gelen güneş enerjisinin miktarı önemlidir. Güneş enerjisi, atmosferde bulunan su buharı, toz, çeşitli gazların miktarına ve havanın bulutluluk durumuna bağlıdır Güneş Enerjisinin Havuz Yüzeyine Gelişi ve Havuz İçinde İzlediği Yol Duffie ve Beckman (1980), atmosfer dışındaki yatay bir yüzeye gelen güneş enerjisini aşağıdaki gibi yazmıştır; n G sc = G gs Cos 360 (3.4)

32 3. GÜNEŞ HAVUZU FİZİĞİ İsmail BOZKURT Burada G gs, (güneş sabiti) güneş yüzeyinden yayılarak dünya atmosferine kadar ulaşabilen enerji (1353 W /m 2 ); n, yılın günleridir. Atmosfer dışı yatay yüzeye gelen ışınım miktarı J/m 2 cinsinden; n I 0 = [ G gs /π][ cos(360 )][Cos(φ)Cos(δd )Sin(w s ) 365 +(2πw s /360)(w 2 -w 1 )Sin(φ)Sin(δ d )] (3.5) Aynı yüzeye gelen güneş enerjisinin saatlik ortalama değerleri ise, n H 0 =[ G gs /π][ cos(360 )][Cos(φ)Cos(δd )Sin(w 2 -w 1 ) 365 +(2πw s /360)(w 2 -w 1 )Sin(φ)Sin(δ d )] (3.6) Burada, w 2 ve w 1 günün saatlerini; n, yılın günlerini ve w s, günlük saat açısını ifade eder (Duffie-Beckman, 1980). Güneş havuzunun yüzeyine ulaşan güneş ışınının havuz içerisinde izleyeceği yol Şekil 3.1 de gösterilmiştir. Şekil 3.1 de görüldüğü gibi güneş ışının bir miktarı havuzun yüzeyi tarafından yansıtılır kalanı havuzun üst konvektif bölgesinden (ÜKB) yalıtım bölgesine (YB) iletilir. Bir miktarı ÜKB tarafından soğurulur. Yalıtım bölgesine ulaşan güneş ışının büyük bir kısmı depolama bölgesine (DB) iletilir. Bir miktarı YB tarafından soğurulur çok az bir miktarı ise YB den ÜKB ye yansıtılır. Güneş havuzunun yüzeyine gelen güneş enerjisinin büyük bir kısmı DB ne ulaşır ve burada soğurularak depolanır. Çok az miktarı havuzun tabanı tarafından yansıtılır. SMGH sistemimizin yüzeyine açılır kapanır cam kapak yerleştirilmiştir. Cam kapak kapalı iken havuz yüzeyine gelen güneş ışının cam kapak tarafından yansıtılması da göz önüne alınmalıdır. 22

33 3. GÜNEŞ HAVUZU FİZİĞİ İsmail BOZKURT Güneş ÜKB YB DB Şekil 3.1. Güneş ışının havuz içinde izlediği yol. SMGH un cam kapağı açıkken havuzun ÜKB ye ulaşan ortalama saatlik güneş enerjisi H 0 ile gösterilirse cam kapak kapalıyken havuzun ÜKB ye ulaşan ortalama saatlik güneş enerjisi τ.h 0 şeklinde yazılabilir. Burada τ camın geçirgenlik katsayıdır ve Fresnel eşitliği kullanılarak aşağıdaki eşitliklerle bulunur; n sinθ = n sinθ (3.7) h 1 c 2 2sinθ 2 cosθ1 τ p = (3.8) sin( θ + θ )cos( θ θ ) sinθ 2 cosθ1 τ d = (3.9) sin( θ + θ )

34 3. GÜNEŞ HAVUZU FİZİĞİ İsmail BOZKURT τ p + τ d τ = (3.10) 2 Burada n h havanın kırılma indisi, n c camın kırılma indisi, θ 1 güneş ışınının havuzun yüzeyine geliş açısı, θ 2 güneş ışının havuzun yüzeyinden kırılma açısı, τ p cam kapağın güneş ışınının paralel bileşenini geçirme katsayısı, τ d cam kapağın güneş ışınının dik bileşenini geçirme katsayısıdır. Camın geçirgenlik katsayısı güneş ışınının paralel ve dik bileşenlerini geçirme katsayılarının aritmetik ortalaması alınarak bulunur Güneş Enerjisinin Tuzlu Sudan Geçişi Güneş enerjisinin üç radyasyon tipi vardır; Işık radyasyonu, Yayılmış ya da dağılmış radyasyon, Parlak yüzeylerin yansıttığı yansıyan radyasyondur. Işık radyasyonu, ısıtma sistemleri için en önemli radyasyon tipidir. Güneş radyasyonunun direkt olarak gelmesi ışık radyasyonunu oluşturmaktadır. Güneşli bir günde gelen güneş ışınlarının yaklaşık olarak %80 i ışık radyasyonudur. Atmosferde bulunan parçacıklar tarafından dağıtılan ışık radyasyonu dağılmış radyasyonu oluşturur. Havanın kapalı olduğu günlerde güneş radyasyonunun yaklaşık olarak tamamı dağılmış radyasyon şeklindedir. Parlak yüzeylere gelen güneş radyasyonunun yüzeyin özelliklerine göre yansıtıldıktan sonraki radyasyon yansıyan radyasyondur. Güneşten gelen radyasyonun miktarı önemlidir. Radyasyon miktarı güneşin hareketine bağlı olarak değişiklik gösterir. Güneş radyasyonunun yüzeye gelme açısı faydalanılacak güneş radyasyonu miktarını etkilemektedir. Güneş ışınlarının gelme açısı yaklaşık dik olduğunda yansıma çok az olacağından havuzun içine giren radyasyon miktarı daha fazla olacaktır. 24

35 3. GÜNEŞ HAVUZU FİZİĞİ İsmail BOZKURT Güneş Enerjisinin Tuzlu Suda Soğurulması Güneş havuzlarında bulunan tuz molekülleri ve su molekülleri gelen güneş enerjisinin soğurulan kısmına göre çok az miktarının saçılmasına neden olur. Güneş havuzunun kirli olması havuzun performansını etkiler. Güneş ışınının derinliğe bağlı olarak su içerisinde nasıl soğurulduğunu inceleyelim. Dalga boyu λ olan bir ışın demeti, dalga boyuna ve aldığı yola bağlı olarak soğurulur. Buna göre ışının x derinliğindeki şiddeti; I λ (x) = I λ (0) exp( x/δ λ ) (3.11) ifadesi ile verilir. Burada, I λ (x), λ dalga boylu ışık demetinin x derinliğindeki şiddetini; x, ışığın su içinde düşey doğrultuda aldığı yolu; I λ (0), gelen ışın demetinin; x=0 daki şiddetini; δ λ, λ dalga boylu gelen ışının karakteristik soğurulma derinliğini verir ve µ λ = 1/δ λ, λ dalga boylu ışının soğurulma katsayısıdır. Bu ifadeyi (3.11) eşitliğinde yerine yazarız; I λ (x) = I λ (0)exp( µ λ x) (3.12) Güneş Enerjisinin Havuz İçerisinde Yansıması Güneş havuzunun yüzeyine gelen güneş radyasyonunun bir kısmı havuzun yüzeyinden, bir kısmı YB den ÜKB ye, bir kısmı DB den YB ye ve bir kısmı da havuzun tabanından yansıtılır. SMGH da cam kapak kapalı iken gelen güneş ışınının bir miktarının ilk olarak cam kapaktan yansıyacağı da göz önüne alınmalıdır. Cam kapağın gelen güneş ışınının bir miktarını yansıtması yanında havuz yüzeyinden ısı kayıplarını ve buharlaşmayı azalttığı için havuzun performansını arttırdığı görülmektedir. Srinivasan ve Guha (1987), yapmış oldukları çalışmalarda içinde çözünmemiş ve asılı halde duran tuz taneciklerinin yansıtıcılığı arttırabileceğini araştırmışlardır. Havuzun tabanındaki kirliliğin havuzun performansına etki etmediği 25

36 3. GÜNEŞ HAVUZU FİZİĞİ İsmail BOZKURT gösterilmiştir. Havuzun tabanında çözünmemiş halde bulunan tuz parçacıklarının havuzun performansının bozulmasına sebep olduğu fakat havuzun taban kirliğinin esas olarak depolama bölgesi sıcaklığını azaltmadığı görülmüştür. Fakat, havuzun taban yansımasını etkileyen asılı halde bulunan tuz taneciklerinin depolama bölgesinin sıcaklığını azalttığı belirtilmiştir. Bu yüzden, taban yansıma etkilerinin dikkate alınması gerektiği söylenmiştir Güneş Havuzlarında Güneşin Ortalama Konumunun Günlük Etkisi Rabl ve Nielsen (1975) temsili olarak seçilen güneşin ortalama yıllık konumu için gün dönümünü, öğleden sonra saat 14 oo olarak belirlemişlerdir. Güneş radyasyonun yaklaşık yarısının sabah saat ile öğleden sonra saat arasını kapsadığı belirtilmiştir. Duffie ve Beckman (1980), tarafından yatay bir yüzey üzerine günde saatlik olarak gelen toplam radyasyon oranı Liu ve Jordan eğrilerinden verilmiştir. Güneşin günlük konumunun etkisi hesaplanmıştır ve günlük en düşük değerleri tahmin edilmiştir. Böylece, geçici davranışı günlük zaman basamakları biçiminde yapılmasına olanak veren güneş havuzu simülasyonları yapılabilmektedir. Bu simülasyonlarla, konuma bağlı gerçek radyasyon verilerinin saatlik olarak alınması gerektiği sonucuna varılmıştır (Reddy ve Ark. 1986). Tüm bir gün boyunca havuz tabanında soğurulan güneş enerjisi, = H E ( α, x) = 2 I τ( α, x) et t τ (3.13) i= t 1 i i eşitliği ile verilebilir. Burada, τ, havuz suyunun geçirgenliği; α i, güneş yüksekliğinin bir fonksiyonu ve x, havuzun düşey doğrultudaki derinliğidir. I i, i. saatte, saatlik olarak aylık ortalama veya günlük olarak ortalama aylık toplam güneş radyasyonudur. α et, günlük olarak ortalama aylık güneş radyasyon açısının etkisi, t 1 ve t 2 sırasıyla güneşin yükselme ve batış saatleridir. (3.13) eşitliğinin her iki tarafını H ile bölersek, 26

37 3. GÜNEŞ HAVUZU FİZİĞİ İsmail BOZKURT τ ( α, x) r( i) et = τ(α i, x) (3.14) buluruz. Burada r(i) aşağıdaki eşitlik ile verilir; r(i) = I i H (3.15) Bir güneş havuzunun geçirgenliği için ampirik birkaç ilişki bulunmaktadır. Bunların her birinin kapalı değerleri ispat edilmeden önce Bryant ve Colbect (1977) tarafından orijinal olarak basit bir ilişki önerilmiştir ve daha sonra Wang ve Akbarzadeh (1983) tarafından değiştirilmiştir. τ 90Cos θ i (3.16) y ( α, x) = 0,08(1 F)ln x Burada, F, havuz yüzeyinden yansımanın Fresnel katsayısıdır; x, havuzun derinliği; θ y ise havuz suyu yüzeyinden olan yansıma açısıdır. Güneş zamanının bir yıllık etkisinin belirlenmesi, konumdan bağımsız olamaz ve yıl boyunca H ın değerinden bağımsız elde edilemez (Reddy ve Ark. 1986). Güneş radyasyonunun havuz içerisinde soğurulması dalga boyuna bağlıdır. Güneş radyasyonunun suyun farklı derinliklerindeki dağılımı yaklaşık olarak aşağıdaki gibi verilmiştir. ( 1 δ ) ( µ ) I = I F exp x (3.17) x s Burada x, x = (x 1 -δ) secθ k (3.18) 27

38 3. GÜNEŞ HAVUZU FİZİĞİ İsmail BOZKURT ile belirtilmiştir. Snell Yasasına göre θ k açısı, θ k = sin -1 (sinθ z /n ts ) (3.19) eşitliğine göre bulunur. Burada, I x, x derinliğindeki ışın; I s, yüzeye düşen ışının suya giren miktarı; F δ, yüzeyde soğurulan güneş enerjisi kesridir ve ortalama değeri yaklaşık olarak 0.4 dür. µ, etkin soğurma katsayısı; x, havuzdaki yol uzunluğu; δ, F δ faktörü ile verilen ve güneş radyasyonunun uzun dalga bölümünün soğurulduğu yüzey tabaka kalınlığıdır ve önerilen kalınlık yaklaşık olarak 0.06 m dir. θ y yatay bir yüzeyden yansıyan ışının yüzeyin normali ile yaptığı açısıdır. θ z ; yatay bir yüzeye gelen ışının yüzeyin normali ile yaptığı açıdır. n ts, tuzlu suyun kırılma indisidir (Hawlader ve Brinkworth, 1981). Suyun kırılma indisi n su = 1,33 tür ve tuzlu su için aynı değer kabul edilebilir Güneş Havuzlarında Yan Duvar Gölgelemesi Güneş ışınlarının geliş açısına bağlı olarak güneş havuzlarının yan duvarlarının oluşturduğu gölgelenmeler güneş havuzunun performansını etkilemektedir. Küçük ölçekli güneş havuzlarında güneş enerjisinin toplanmasında havuzun yan duvarlarının etkileri araştırılmış ve bunun küçük ölçekli güneş havuzları için önemli bir faktör olduğu belirtilmiştir (Hassab ve arkadaşları, 1991). Düşey yan duvarın havuz içindeki gölge uzunluğu, G = h tanθg (3.20) eşitliği ile verilir. Burada G, havuz düşey yan duvarının taban yatay alanı üzerindeki gölgeleme uzunluğu (gölgelenme faktörü); h, düşey yan duvarın tabandan itibaren yüksekliği; θ g, güneş ışını geliş açısıdır ve (3.20) eşitliğinde yerine yazılırsa gölge uzunluğu; 28

39 3. GÜNEŞ HAVUZU FİZİĞİ İsmail BOZKURT G = h tan(cos -1 [Cos(δ d )Cos(φ)Cos(w s )+Sin(δ d )Sin(φ)]) (3.21) bağıntısı ile verilir (Karakılçık, 1998) Güneş Havuzlarında Tuz Yoğunluğu Eğiminin Kararlılığı Güneş havuzlarında konveksiyonla ısı kayıplarını önlemek ve daha uzun süre ısı depolayabilmek için tuzlu suyun yoğunluğu tabandan yukarıya doğru çıkıldıkça azalacak şekilde tasarlanır. Yoğunluğun derinliğe göre değişim oranı, derinlik x olmak üzere, dρ/dx 0 (3.22) ile verilebilir. Doymuş çözeltilerdeki kararlı durumlarda doymuş konsantrasyon sıcaklığın bir fonksiyonudur ve tuzlu çözeltinin yoğunluğu sıcaklığa da bağlıdır; dρ/dx = [(dρ/dc).(dc/dx)+ (dρ/dt).( dt/dx)] 0 (3.23) eşitliği biçiminde yazılabilir. Isınan bölgedeki kütle hareketi zamanla harmonik bir hareket yapıyorsa tuz yoğunluğu eğiminin denge şartı, dρ/dx = [(ν+α tuz )(dρ/dc).(dc/dx)+ (ν+d)(dρ/dt).( dt/dx)] 0 (3.24) eşitliği ile verilir. Burada, C, gr/cm 3 cinsinden tuz derişimi; T, sıcaklığı; ν, tuzlu suyun viskosluk katsayısı; α tuz, tuzlu suyun ısısal difüzyon katsayısı ve D, tuzun difüzyon katsayısıdır. NaCl tuzu ile oluşturulan güneş havuzlarında yüksek sıcaklıklarda tuz yoğunluğu eğiminin kararlılığını sağlamak çok zordur. Bu yüzden NaCl tuzu ile oluşturulan güneş havuzlarından belli bir sıcaklıktan sonra devamlı olarak ısıl enerji çekilmelidir (Weinberger, 1964). 29

40 3. GÜNEŞ HAVUZU FİZİĞİ İsmail BOZKURT 3.7. Tuzlu Suyun Isıl Özellikleri SMGH sistemimiz üç bölgeden meydana gelmektedir. Bunlardan ÜKB su ile diğer bölgeler ise tuzlu su ile oluşturulmuşlardır. Tuz, doğada bol bulunması ve ucuz olması nedeniyle tercih edilmiştir. Suyun ısıl iletkenliği hem sıcaklığına hem de konsantrasyonuna bağlıdır. Wang ve Akbarzadeh in (1983) bildirdiğine göre, Kaufmann kararlı şartlarda su ve toprağın, yoğunluk (ρ) ve öz ısısal (c top ) özelliklerinin, güneş havuzlarının ısıl davranışına tesir etmediğini belirtmiştir. Kaufmann ın verilerine göre, NaCl içeren sulu bir çözeltinin ısıl iletkenlik katsayısı şu yaklaşımla bulunabilir, k ts = a+b(c)+ g a ( T) (3.25) a, b ve g a birer sabit olmak üzere, k ts = 0,5553 0, C +0,0008 [T (x) T (ç) ] (3.26) dir. Burada, k ts, tuzlu suyun ısı iletkenlik katsayısı (W/m C); C, tuz konsantrasyonu (kg/m 3 ); T (x), düşey doğrultuda sıcaklık yayılması; T (ç), ortalama hava sıcaklığıdır (T (ç) =20 C alınabilir) Güneş Havuzlarında Isı Akışı Güneş havuzlarında ısı akışı dört yolla meydana gelmektedir; Işıma yoluyla Konveksiyon yoluyla İletim yoluyla Yüzeyden buharlaşma yoluyla 30

41 3. GÜNEŞ HAVUZU FİZİĞİ İsmail BOZKURT Eğer konveksiyon olayının olmayacağı varsayılırsa, örneğin; NaOH en yüksek derişimde (%98,47), en yüksek kaynama sıcaklığına (300 C) sahip iken, NaCl ün en yüksek derişimde (%25,09), kaynama sıcaklığı 107 C dir. Her iki çözelti için ulaşılan en yüksek sıcaklık Kelvin cinsinden 573 K ve 380 K civarındadır. Bu sıcaklıklarda kara cisim ışımasıyla yayınlanan ışın kızıl ötesi bölgededir ve dalga boyu Wien yer değiştirme yasasına göre, λ m T = E r (3.27) bulunur. Burada, λ m, kara cisim ışıması yoluyla yayınlanan ışının maksimum dalga boyu; T, cismin sıcaklığı ve E r, radyasyon sabitidir ve değeri 2897,8 µm. K dir. Yukarıdaki (3.27) eşitliğinde verilen değerleri yerine yazarsak; NaCl ve NaOH çözeltisi için verilen en yüksek sıcaklıklarda, sırasıyla, dalga boyunun 7625 nm ve 5057 nm olduğu görülür. Bu dalga boyları su tarafından soğurulan dalga boyu aralığına (10nm nm ) düşmemektedir. Bu yüzden bu dalga boylarında kara cisim ışıması yoluyla ısı kaybı olmaz. Yapılan hesaplamalar sonucunda kızıl ötesi ışınlarla kaybedilecek enerjinin iletimle kaybolacak ısı kayıpları ile kıyaslanmayacak kadar az olduğu görülür (Karakılçık,1998). Güneş havuzlarının konveksiyonsuz YB konveksiyonla ısı kayıplarını önlemek için tasarlanmıştır. YB in tuz yoğunluğu eğimini kararlı tutmak konveksiyonla ısı kaybını önlemesi nedeniyle önemlidir. DB de ısınan su molekülleri YB ye kadar yükselir ve yoğunluk farkından dolayı yalıtımlı bölgeden geri döner. konveksiyonla ısı kayıpları en genel olarak, q konv = h konv (T s - T ç ) (3.28) eşitliği ile verilir ( Incropera ve Dewitt, 1990). Burada, h konv, ısı taşınım katsayısı (W/m 2 K); T s, suyun sıcaklığı ve T ç, çevre sıcaklığıdır. Güneş havuzu kendisini çevreleyen yüzeylerden her yönde iletim ile ısı kaybeder. Bu ısı kayıplarını en aza indirmek için çok iyi yalıtım yapılması 31

42 3. GÜNEŞ HAVUZU FİZİĞİ İsmail BOZKURT gerekmektedir. İletim yoluyla ısı akışı en genel olarak su ve yalıtım malzemeleri için sırayla, Q = k su A ( T/ x) t (3.29) Q = k y A ( T/ x) t (3.30) eşitlikleri ile verilir. Burada, k su, suyun ısı iletim katsayısını; k y, yalıtım malzemesinin ısı iletim katsayısını; A, iki tabaka arasındaki yüzeyin alanını; T, tabakalar arasındaki sıcaklık farkını; x, iki tabakanın komşu noktaları arasındaki uzaklığı ve t, belirli bir zaman aralığını gösterir. Güneş havuzunun üst yüzeyinden buharlaşma yoluyla ısı kaybı meydana gelir. Buharlaşmanın meydana gelmesi ile ÜKB in tuz yoğunluğu artmaya başlar. Bu nedenle buharlaşmanın en aza indirilmesi için SMGH sistemimizin üzeri cam ile kaplanmıştır. Havuzun üst yüzeyinden net ısı akışı, q net = q gr +g ar +g sr +q b +q i (3.31) eşitliği ile verilir (Keren ve ark., 1993). Burada q net, net yüzey ısı akışı; q gr, yansımadan sonraki net güneş radyasyonu akısı; g ar, net atmosferik radyasyon akısı, g sr, yüzey suyunun gerisindeki radyasyon akısı; q b, buharlaşma ısı akısı ve q i, iletimle ısı akısıdır. Bu akı bileşenlerinin her biri Atkinson ve Harleman (1983) tarafından tartışılmıştır. Güneş ve atmosferik radyasyon akısı sadece meteorolojik koşullara bağlıdır. g sr sadece tabaka sıcaklığına bağlı, q b ve q i nin her ikisi de çevredeki hava ve yüzey tabaka koşullarına bağlıdır. 32

43 4. MATERYAL ve METOD İsmail BOZKURT 4. MATERYAL ve METOD 4.1. MATERYAL Bu bölümde yalıtımlı ve üstü kapalı silindirik model bir güneş havuzunun (SMGH) oluşturulması açıklanacak. Aynı zamanda SMGH un yapısı, özellikleri, yalıtımı, tuz yoğunluklu tabakaların oluşturulması, tuz yoğunluğu ve sıcaklık dağılımlarını ölçüm sistemleri tanıtılacak, çalışma sistemleri prensipleri hakkında bilgiler verilecektir Yalıtımlı ve Üstü Kapalı Silindirik Model Güneş Havuzu (SMGH) Bu çalışmada, yalıtımlı ve üstü kapalı silindirik model bir güneş havuzunun (SMGH) performansının araştırmaktır. SMGH, 160 cm çapında 200 cm yüksekliğinde olacak şekilde ve 5 mm kalınlığında çelik sacdan yapılmış olup yerden 130 cm yüksekliğinde çelik bir kaide üzerine yerleştirilmiştir. Çukurova Üniversitesi Uzay ve Güneş Enerjisi Araştırma ve Uygulama Merkezi (UZAYMER) de silindirik tip bir güneş havuzu inşa edildi inşa edildi. SMGH un çelik bir kaide üzerine yerleştirilmiş olmasının nedenlerinden birisi de havuzun depolama bölgesinden toprağa olan ısı kayıplarını ortadan kaldırmaktır. Havuzun gövdesini oluşturan iç ve dış kısımlarının paslanmaya karşı korunması için boya ile boyanmıştır. SMGH un taban ve yan duvarları 10 cm kalınlığında cam yünü ile yalıtılmıştır. Cam yününün yağmur, rüzgar vs. gibi dış etkenlere karşı korumak için dış kısımları galvanizli sac ile kapatılmıştır. SMGH un üst kısmına ise 80x160 cm boyutlarında karşılıklı açılır-kapanır camlı-raylı bir kapak sistemi yerleştirilmiştir. Bu sistem, havuzun üst kısmından havaya iletimle, rüzgarla ve buharlaşma yoluyla olan ısı kayıplarını azalmak için tasarlanmıştır. 33

44 4. MATERYAL ve METOD İsmail BOZKURT SMGH un Isısal Yalıtımı Güneş havuzları güneş enerjisini toplayan ve ısı enerjisi olarak depolayan sistemlerdir. Depolanan ısının uzun süre saklanması ve ısı kayıplarının önlenmesi için çeşitli yalıtım önlemlerinin alınması gerekir. Bunların başında da havuzun iç, dış ve üst kısımlarının yalıtılması gelir. İç kısmın iyi bir yalıtım görevi yapması için tuz gradyentinin oluşturulması ve korunması, dış yüzeylerin uygun bir kalınlıkta ve iyi bir yalıtım malzemesi ile yalıtılması ve üst yüzeyinin de saydam bir madde ile kapatılmalıdır. Bu çalışmada, SMGH un iç kısımları eşit kalınlıklarda fakat farklı yoğunluklarda 5 farklı tabakadan olacak şekilde konveksiyonsuz bir bölgeden oluşturulmuştur. Dış kısımları ise maliyeti düşük ve iyi bir yalıtım malzemesi olan cam yünü yalıtılmıştır. Cam yününün 20 C deki fiziksel özellikleri ise ısı iletim katsayısı (k) yaklaşık olarak 0,0398 W/m C veya 143,28 J/m C, yoğunluğu yaklaşık olarak 200 kg/m³ ve öz ısısı (c) 670 J/kg C dir (Kakaç, 1982). Üst kısmı ise, karşılıklı iki cam kapaklar ile kapatılmıştır Tuz Gradyentli Güneş Havuzunun İç Yapısı Güneş havuzları, güneş enerjisini ısı enerjisi biçiminde depolama bölgesi denilen yüksek yoğunluklu tuzlu su içinde depolayan basit ve düşük maliyetli sistemlerdir (Angeli ve Leonardi, 2004). Güneş havuzları genellikle üç bölgeden oluşmaktadır. Havuzun en alt kısmında bulunan çok yoğun bölge, depolama bölgesi (DB) veya alt konvektif bölge (AKB) olarak adlandırılır. Depolama bölgesinin üzerinde bulunan havuzun yüzeyine doğru yoğunluğu azalan tabakalardan oluşan bölge yalıtım bölgesi (YB) veya konveksiyonsuz bölge olarak adlandırılır. YB deki tuzlu su yükselemez çünkü onun hemen üzerindeki tuzlu su tabakası daha az yoğunluğa sahiptir. Aynı şekilde aşağıda inemez çünkü hemen altında daha fazla yoğunluklu tuzlu su vardır. Böylece DB den konveksiyonla ısı kayıpları engellenir. DB den ÜKB ye ısı kayıpları sadece iletim yolu ile olur. YB saydam bir yalıtkan gibi davranır güneş ışınının DB ye geçmesine izin verir aynı zamanda konveksiyonla ısı kayıplarını önler (Angeli ve Leonardi, 2004). YB in üzerinde 34

45 4. MATERYAL ve METOD İsmail BOZKURT bulunan tatlı sudan oluşan bölge ise üst konvektif bölge (ÜKB) olarak adlandırılır. Depolama bölgesi havuzun tabanından 80 cm yüksekliğine kadar yoğunluğu yaklaşık olarak 1182 kg/m³ olan tuzlu su ile oluşturulmuştur. Güneş havuzunun yüzeyine gelen güneş enerjisinin büyük bir bölümü DB ye ulaşır ve burada soğurularak ısı enerjisi olarak depolanır. YB, havuzun yüzeyine doğru yoğunluğu azalmakta olan 20 cm kalınlığında 5 tabakadan oluşmaktadır. Bu tabakların yoğunluğu 1150 kg/m³ den 1000 kg/m³ e kadar kademeli olarak azalmaktadır. Bu bölgenin konveksiyonsuz olması nedeniyle iletim ile ısı kayıpları önlenmiştir. ÜKB in kalınlığı 20 cm olup yoğunluğu 1000 kg/m³ de olan su ile oluşturulmuştur. Güneş havuzunu oluşturan bu bölgeler Şekil 4.1. de gösterilmiştir. ÜKB 20 cm YB 100 cm DB 80 cm Şekil 4.1. Güneş havuzunun iç bölgeleri Tuz Yoğunluklu Tabakaların Oluşturulması Bu çalışmada kolay temin edilebilmesi, ucuz olması ve sistemimiz için uygun olması nedeniyle çözeltileri oluşturmak için tuz kullanılmıştır. SMGH in iç bölgelerini oluşturmak için gereken çözeltiler güneş havuzları için dizayn ettiğimiz Şekil 4.2. de görülen karıştırıcı elektrikli bir motor yardımıyla çalışmaktadır. İstenilen oranlarda yoğunlaştırılan tuzlu su çözeltileri bir hortum vasıtasıyla havuza akıtılmak suretiyle iç bölgeler oluşturulmuştur. Öncelikle DB için 1182 kg/m³ yoğunluğundaki tuzlu su çözeltisi hazırlanmıştır. Hazırlanan tuzlu su çözeltileri 35

46 4. MATERYAL ve METOD İsmail BOZKURT tabandan itibaren 80 cm yüksekliğe kadar doldurulmuştur. Güneş havuzunun YB si yani konveksiyonsuz bölge, yoğunlukları DP nin üst kısmından itibaren yukarıya doğru belli oranlarda yoğunluğu azalan tuzlu çözeltiler 20 şer cm kalınlıklı tabakalar halinde üst üste yığılarak yalıtım bölgesi olarak oluşturulmuştur. Bu tabakaları oluşturmak için 1150, 1120, 1090, 1060, 1030 kg/m³ yoğunluklu tuzlu su çözeltileri karıştırıcı ile hazırlanarak yoğunluğu havuzun yüzeyine doğru azalacak şekilde DB in üzerine yerleştirilmiştir. Daha sonra YB in üzerine 20 cm kalınlığında çeşme suyu doldurulmuştur Tabakalar üst üste yığılırken sarsıntı ile farklı yoğunluklu tabakaların birbirine karışmasını önlemek için havuzun içinde yüzen ince bir sunta yerleştirilmiştir ve çözeltiler bu sunta levha üzerine yavaş yavaş boşaltılmıştır. Çözeltiyi havuza boşaltmak için tuzlu su çözeltilerini hazırladığımız tank havuzdan daha yüksek olan bir bina üzerine yerleştirilmiştir ve çözelti hortum yardımı ile sifonlanarak havuza boşaltılmıştır.. Şekil 4.2. Tuzlu su çözeltileri hazırlayan karıştırıcı sistemin şeması. 36

47 4. MATERYAL ve METOD İsmail BOZKURT Havuzun Tuz Yoğunluğu Dağılımını Ölçme Sistemi Güneş havuzlarının iç bölgeleri farklı yoğunluklu tabakalardan meydana gelmektedir. Tabaklar arasındaki bu yoğunluk farkları havuzun performansı için çok önemlidir. Bu nedenle havuzu oluşturan bu tabakaların yoğunluklarının sürekli takip edilmesi gerekmektedir. İç bölgelerin yoğunluklarını ölçmek için havuzun. 2 m boyunda 5x5 cm kalınlığında bir tahta direk üzerine 5 mm çapında 10 adet şeffaf plastik hortumlar kroşeler yardımı 20 şer cm ara ile tahta direk üzerine tutturulmuştur. Üzerine hortumlar bulunan direk düşey doğrultuda havuz içine yerleştirilmiştir. Diğer uçları havuzun dışında bulanan hortumlar sifonlanmak suretiyle tuzlu su numuneleri alınmaktadır. İstenilen zaman aralıklarında havuzun belirlenen derinliklerinden bir miktar tuzlu su çekilerek 250 ml ölçekli bir behere konulup yoğunlukları, yoğunluk ölçme aralıkları ve kg/m 3 arasında değişen hidrometreler yardımıyla yapılmaktadır. Güneş havuzunun performansını arttırmak için tuz yoğunluğu eğimini kararlı tutmamız gerekmektedir. SMGH un tuz yoğunluğu eğimini kararlı tutabilmek için Akbarzadeh ve MacDonald (1982), tarafından önerilen sisteme benzer bir sistem geliştirilmiştir. Daha önce buna benzer sistemler, Çukurova Üniversitesi Kampusu nde yapılan 100 m 2 yüzey alanlı ve 2.5 m derinliğinde tuz gradyentli, yalıtımsız bir güneş havuzunda Kayalı (1986) tarafından ve 4 m 2 yüzey alanlı, 1.5 m derinliğinde tuz gradyentli, yalıtımlı bir güneş havuzunda Karakılçık tarafından (1998) denenmiş ve tuz yoğunluğunu korumada önemli başarılar sağlanmıştır. Bu çalışmada kullanılan sistemde Şekil 4.3. de görüldüğü gibi, et kalınlığı 8 mm, iç çapı 30 cm ve yüksekliği 120 cm olan silindirik plastik (PVC) kaplar kullanılmıştır. Silindirik kabın tabanından bir kaç cm yukarıya tuz tanelerinin havuza erimeden akmaması için üzerinde 2 mm çapında çok sayıda delikler bulunan bir elek sistemi yerleştirilmiştir. 37

48 4. MATERYAL ve METOD İsmail BOZKURT X 1 X 2 X 3 Şekil 4.3. Tuz gradyenti koruma sisteminin yandan görünüşü Sıcaklık Dağılımını Ölçme Sistemi Güneş havuzunun performansının saptanabilmesi için güneş havuzunun sıcaklık dağılımının iyi belirlenmesi gerekmektedir. SMGH un sıcaklık ölçümlerini yapabilmek için LM35 sensörler ve bilgisayara takılan 32 kanallı PCL813 kart kullanılarak geliştirilen bir ölçüm sistemi kullanılmıştır. Sensörlerin tuzlu sudan etkilenmemesi için önce sensör bacakları makaron ile yalıtılmış ve üzeri seffaf silikon ile kaplanmıştır. Böylece tuzlu suyun sensörler sızıp bozulmaların önlenebileceği düşünülmektedir. Sensör, sıcaklığa karşı lineer olarak değişen gerilim sinyaller üretmektedir. Ölçme sistemi, sensörlerden gelen gerilim sinyalleri sıcaklığı verecek şekilde kalibre edilmiştir. Havuzun içine ve dışına yerleştirilen sensörler tarafından üretilen sinyaller, bilgisayara takılan 32 kanalı PCL813 AD/DA dönüştürücü bir kart ile istenilen zaman aralıklarında okundu ve Visual Basic ile yazılan program yardımı ile sıcaklığa dönüştürülerek bilgisayara kaydedilmiştir. Elde edilen sıcaklık verileri ile SMGH in sıcaklık dağılım profilleri çıkarılmıştır. 38

49 4. MATERYAL ve METOD İsmail BOZKURT 4.2. METOD Bu bölümde, materyal bölümünde tanıtılan sistemlerin nasıl çalıştığı, çalışma prensipleri ve alınan verilerin nasıl değerlendirildiği anlatılacaktır Tuz Yoğunluğu Eğimini Koruma Sisteminin Çalışma Prensibi Tuz gradyentini koruma sisteminin çalışma prensibi birleşik kaplar yöntemine dayanmaktadır. Şekil 4.3. de görüldüğü gibi az tuzlu su konveksiyonsuz bölgeden bir PVC hortum vasıtasıyla, içinde tuz bulunan silindirik kaba yükseklik ve yoğunluk farkı yaratmak suretiyle akıtılır ve buradan yoğunluğu artmış olarak yeniden depolama bölgesinin üst kısmına yayıcı boru vasıtasıyla akıtılır. Bu yoğunluk farkı sayesinde, tuz gradyentli bölgede meydana gelecek bozulmaların ilk önce başlayacağı depolama bölgesinin üst kısmı tuzla beslenerek güneş havuzlarında zamanla bozulmaya başlayan tuz gradyenti büyük ölçüde korunmuş olur Güneş Havuzuna Gelen Radyasyonun Soğurulması Güneş havuzunu oluşturan üç bölgeden ÜKB in, sıcaklığı ve yoğunluğu yaklaşık olarak sabittir. YB in sıcaklığı ve yoğunluğu derinlikle artmaktadır. DB in yoğunluğu yaklaşık olarak sabittir ve yalıtımı iyi yapılırsa sıcaklığı da yaklaşık olarak sabit kalır. Şekil 4.3. de görüldüğü gibi ÜKB in kalınlığını X 1, YB in kalınlığını X 2 -X 1, DB in kalınlığını X 3 -X 2 şeklinde ifade edebiliriz. Bir güneş havuzunun ısıl performansı, depolama bölgesine ulaşan radyasyon miktarına ve ısıl enerji kaybına bağlıdır (Beniwal ve ark., 1987). ÜKB ye ulaşan güneş radyasyonunun bir kısmı havuzun yüzeyinden yansır bir kısmı kırılarak ÜKB den havuzun içine geçer. Yansıyan güneş ışınının güneş havuzunun performansına katkısı olmamaktadır. Kırılarak güneş havuzuna giren güneş radyasyonunun büyük bir kısmı DB ne ulaşır. Derinliğe bağlı olarak depolama bölgesine ulaşan güneş radyasyonu miktarı, Bryant ve Colbeck (1977), Rabl ve Nielsen (1975) tarafından 39

50 4. MATERYAL ve METOD İsmail BOZKURT verilmiştir. Bunların her ikisinin de tahmini değerleri Defant (1961) tarafından yaklaşık bir sonuçla bulunmuştur. Sonuçlar, 0.01 m den daha büyük derinlikler için birbiriyle yeteri kadar uyumludur. Bunlar, güneş radyasyon geçişini kolaylaştırmak için logaritmik bir ifadeyle verilmiştir. x derinliğinde güneş ısı akısı, E(x) = τ g E b ln XCos 0 θ k (4.1) X + X 1 olur. Burada E(x), Havuz yüzeyine gelen toplam radyasyon akısının (güneşlenme) günlük ortalamasının x derinliğindeki yüzeye ulaşan miktarı (W/m 2 );τ g, birim yüzey alana gelen ışık enerjisinin havuza giriş oranı (geçiş katsayısıdır); E, yüzey alana gelen ortalama güneş enerjisi (W/m 2 ), b ve X 0, sabitler (m); X, yalıtım bölgesi üst yüzeyinden ölçülen herhangi bir derinlik (m); X 1, üst konvektif bölgenin kalınlığı; θ k, kırılma açısıdır (Beniwal ve ark., 1987) Model Havuza Gelen Radyasyonun Derinlikle Azalması Güneş havuzuna gelen radyasyon derinlikle azalmaktadır. Havuzun "x" derinliğine ulaşan güneş radyasyonu, E (x) = E g H (x) (4.2) eşitliği ile verilmektedir (Rabl ve Nielsen, 1975). Burada, E g, havuz yüzeyinin tam altındaki güneş radyasyonudur. Derinlikle azalma fonksiyonu H (x) sadece x e bağlı olmayıp aynı zamanda, θ k, kırılma açısı ve zamana bağlı bir parametredir. H (x), Rabl ve Nielsen e (1975) (RN modeli) göre, verilerine eşit olan sekiz parametre yeterlidir. Rabl-Nielsen (RN) modeli; 40

51 4. MATERYAL ve METOD İsmail BOZKURT 4 H (x) = η exp( µ Secθ ) (4.3) i = 1 i i1 k eşitliği ile açıklanmaktadır. Bryant ve Colbect (1977) iki parametreli basit bir eşitlik önermektedir. Bu eşitlik, H(x) = a b ln( X Secθ k ) (4.4) ile verilir. Buna göre, (4.9) eşitliği, yukarıdaki (4.6) eşitliği ile uyum içindedir. Aynı zamanda Kooi (1979) tarafından örneklerle açıklanan Defant in (1961) orijinal verilerine gayet iyi bir şekilde uymaktadır. Yukarıdaki (4.4) eşitliğinde Rabl-Nielsen tarafından verilen η i ve µ i ya da Bryant-Colbect tarafından deniz suyu için verilen a ve b değerleri sırasıyla 0.36 ve 0.08 dir. Bunlar, Defant in özellikle belirttiği deniz suyu için geçerlidir (Joshi ve Kishore, 1985). Bu iki eşitlik artık enerji miktarının aşağıya doğru azaldığını ifade eder ve Kooi in verdiği örneklerle gayet iyi uyumludur. Bu konuda ilk olarak Weinberger (1964), son olarak da Hawlader ve Brinkwort (1981) tarafından HB modeli denilen ve tek parametreli bir eşitlik önerilmiştir. Bu eşitlik, H(x) = (1-F) exp {-µ (X-δ) Secθ k } (4.5) ile verilir. Burada, µ, azaltma katsayısının değerleri farklı tuzlar için seçilmektedir. Bu katsayı, gayet temiz ve temiz olmayan sular için 0.32 m -1 ve 1 m -1 ve F parametresi 0.4 ve δ 'de 0.06 m alınabilir (Joshi ve Kishore, 1985) Hava Sıcaklığının Ölçülmesi Hava sıcaklığında ki değişimler güneş havuzunun ısısal davranışını etkiler. Bu nedenle hava sıcaklığının sürekli takip edilmesi gerekmektedir. Hava sıcaklığının sürekli takip edilebilmesi için güneş havuzun biraz yukarısına 41

52 4. MATERYAL ve METOD İsmail BOZKURT yerleştirilen LM35 sensörler kullanılmıştır. Buradan alınan sinyaller kablo ile PCL813 karta iletilmiş ve bilgisayar yardımı ile sıcaklık değerine dönüştürülerek kaydedilmiştir. Daha sonra elde edilen veriler ile hava sıcaklık dağılımı çıkarılmıştır. Kayalı (1986) tarafından Çukurova bölgesi sıcaklık değerlerini veren bir ampirik bir denklem geliştirilmiştir. Deneysel olarak ölçtüğümüz sıcaklık değerleri ile Kayalı (1986) tarafından verilen denklem kullanılarak elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Bu denklem, T sh = Sin n Sin t (4.6) ile verilmektedir ve bununla yılın herhangi bir gününün herhangi bir saatinde hava sıcaklığını ±5 C civarında bir sapmayla saptamak mümkün olabilmektedir. Burada n; yılın günü, t ise saattir ve bir gün için 1-24 arasında değişmektedir Sıcaklık Ölçümünde Kullanılan LM35 Sensör ve PCL813 Kart LM35 sensörler sıcaklığa karşı lineer voltaj çıkışı verdiği için sıcaklık ölçümlerinde çok iyi sonuçlar vermektedir. LM35 sensörler Celsius derecesine kalibre edilmiştir. Bir Celsius derecelik sıcaklık artışına karşılık LM35 sensörler 10 mv luk sinyal oluşturur. LM35 10 mv/ C lik lineer çarpana sahiptir. LM35 ler 55 ile +150 C arasındaki sıcaklık değerlerini ölçebilirler. LM35 in alttan görünüşü Şekil 4.6. da görülmektedir; +V s V çıkış GND Şekil 4.4. LM35 sensörün yandan görünüşü. 42

53 4. MATERYAL ve METOD İsmail BOZKURT LM35 sensörün sıcaklık sensörü (+2 ile 150 C ) olarak kullanımı için bağlantı biçimi Şekil 4.9. da gösterilmektedir. Vs giriş(5v) LM35 Çıkış 10 mv / C Şekil 4.5. LM35 in temel sıcaklık sensörü olarak bağlanması. PCL813 kart 32 kanallıdır ve 32 farklı noktadan ölçüm yapılabilir. SMGH sistemimizin istenilen yerlerine yerleştirilen LM35 sensörler kablo ile PCL813 kartımızın kanallarına bağlanır. Böylece LM35 sensörlerin sıcaklığa karşı oluşturdukları sinyaller PCL813 karta iletilir. PCL813 kart bilgisayara bağlıdır. PCL813 karta gelen sinyaller yazılan Visual Basic programı yardımı ile okunur ve sıcaklık değerine dönüştürülerek kaydedilir. Kaydedilen sıcaklık değerleri kullanılarak havuzun sıcaklık profilleri çıkarılır Güneş Havuzunu Oluşturan Bölgelerin Enerji Eşitlikleri Silindirik model güneş havuzunu oluşturan ÜKB, YB ve DB için enerji eşitlikleri her bölge için ayrı ayrı yazıldı ÜKB in Enerji Eşitlikleri Güneş havuzunun yüzeyine gelen güneş enerjisinin bir kısmı havuzun yüzeyinden yansır bir kısmı ÜKB tarafından soğurulur kalanı ise ÜKB den YB ne geçer. ÜKB de depolanan ısı enerjisi Q net, ÜKB tarafından soğurulan ısı enerjisi Q ÜKB, ÜKB in hemen altındaki tabaka daha sıcak olacağından alt tabakadan gelecek ısı enerjisi Q alt, ÜKB yi saran yan duvarlardan ısı kayıpları Q duvar, ÜKB 43

54 4. MATERYAL ve METOD İsmail BOZKURT den havaya olan ısı kayıpları da Q hava olarak gösterilirse ÜKB için genel enerji eşitliği aşağıda ki gibi yazılır; Q net = Q + Q Q Q (4.7) ÜKB alt duvar hava (4.7) eşitliği daha açık bir şekilde aşağıdaki gibi yazılır; Q net = βea 1 d ÜKB [ ( 1 F) h( X δ) ] + ( T T ) ( T T ) ( ) 1 ka x YB ÜKB 2ππ L r ln r UA T ÜKB T h (4.8) dış iç ÜKB h SMGH sisteminde cam kapak kullanıldığında enerji eşitliğinin birinci ve sonuncu eşitliği değiştirilir. Birinci terim havuz yüzeyine gelen enerjiyi (E) içerdiğinden cam kapağın kapalı olduğu durumlar için birinci terim τ camın geçirgenlik katsayısı ile çarpılır. (4.8) eşitliğinde son terim havaya olan ısı kayıplarını içermektedir. Cam kapak kullanıldığında havaya olan ısı kayıpları azalacağından U yerine cam kapak kullanıldığında hesaplanan ortalama ısı kayıplarını (h sh ) veren katsayı kullanılır. Cam kapak kapalı iken ortalama ısı kayıplarını veren ifade aşağıdaki gibi yazılır; L h L c h sh = + (4.9) k ha k ca Güneş havuzunda duvarın ısıl direnci (R d ) aşağıdaki gibi yazılır; R d k dk cy = (4.10) s k + s k d d cy cy 44

55 4. MATERYAL ve METOD İsmail BOZKURT Burada k d, havuz duvarının ısı iletim katsayısı, k cy, havuzun yalıtımı için kullanılan cam yününün ısı yalıtım katsayısı, s d, havuzu oluşturan duvarın kalınlığı, s cy havuzun yalıtımı için kullanılan cam yününün kalınlığıdır YB in Enerji Eşitlikleri YB ne ulaşan enerjinin bir kısmı burada soğurulur kalanı DB ne iletilir. YB de soğurulan enerji, temasta bulundukları yüzeylerden gelen ve kaybolan enerjiler kullanılarak YB için enerji eşitliği aşağıdaki gibi yazılır; Q net = Q + Q Q Q (4.11) YB alt üst duvar Burada Q net YB de depolanan enerjiyi, Q YB YB ne ulaşan güneş enerjisini, Q alt YB in hemen altındaki tabaka daha sıcak olacağından alt tabakadan gelecek ısı enerjisini, Q üst hemen üst tabakaya olan ısı kayıplarını, Q duvar duvardan ısı kayıplarını göstermektedir. YB için enerji eşitliğini daha açık olarak aşağıda ki gibi yazabiliriz; Q net = βea 1 2ππ dış iç ka X [( F) [ h( X1 δ) h( X1 δ+ x) ] + [ T T ] [ T T ] [ T T ] alt YB ka X YB d YB h (4.12) r ln r R UCZ YB SMGH sisteminde cam kapak kullanıldığında YB için enerji eşitliğinin birinci terimi değişir. Birinci terim havuz yüzeyine gelen enerjiyi (E) içerdiğinden cam kapağın kapalı olduğu durumlar için birinci terim τ camın geçirgenlik katsayısı ile çarpılır. 45

56 4. MATERYAL ve METOD İsmail BOZKURT DB in Enerji Eşitlikleri DB ne gelen enerjinin büyük bir kısmı burada soğurulur. Çok az bir kısmı ise havuzun tabanından yansır. DB in temasta bulundukları yüzeylerden kaybolan enerjilerde kullanılarak DB için enerji eşitliği aşağıdaki gibi yazılır; Q net = Q Q Q Q (4.13) DB taban üst duvar Burada Q net DB de depolanan enerjiyi, Q DB DB de soğurulan enerjiyi, Q taban havuzun tabanından olan ısı kayıplarını, Q duvar duvardan olan ısı kayıplarını göstermektedir. DB için enerji eşitliğini daha açık olarak aşağıda ki gibi yazabiliriz; Qnet = βea ka [( 1 F) h( X δ) ] AR [ Ttaban Th] [ T ] 3 d DB Tüst X DB 2ππ DB r ln r dış iç R d ( T T ) DB h (4.14) SMGH sisteminde cam kapak kullanıldığında DB için enerji eşitliğinin birinci terimi değişir. Birinci terim havuz yüzeyine gelen enerjiyi (E) içerdiğinden cam kapağın kapalı olduğu durumlar için birinci terim τ camın geçirgenlik katsayısı ile çarpılır. 46

57 5. BULGULAR VE TARTIŞMA İsmail BOZKURT 5. BULGULAR VE TARTIŞMA Bu bölümde, deneysel çalışmamızda silindirik model bir güneş havuzu (SMGH) un iç ve dış bölgelerinin farklı derinliklerindeki yoğunluk ve sıcaklık dağılımları ile havuzu çevreleyen dış bölgenin sıcaklıklarının zamanla değişimi gözlenmiştir. Elde edilen verilere göre iç ve dış bölgelerin yoğunluk ve sıcaklık dağılım profilleri çıkarılmıştır Bu profillerin bir karşılaştırması yapılmak suretiyle de yalıtımlı ve üstü kapalı tutulan bir güneş havuzunun performansı belirlenmeye çalışılacaktır SMGH un Yoğunluk Dağılımı Güneş havuzlarında kullanılan yoğunlaştırıcıların suyun saydamlığını bozmaması gerekmektedir. Suyun saydamlığını bozmaması ve ucuz maliyetli olması nedeniyle çalışmamızda yoğunlaştırıcı olarak tuz kullanılmıştır. Saf su ve çeşme suyu kullanılarak farklı yoğunluklarda hazırlanan tuzlu suyun geçirgenliklerinin nm arasındaki dalga boylarına göre değişimleri incelenmiştir. Karakılçık (1998) tarafından, saf suyla oluşturulan tuzlu suyun ise temiz çeşme suyuyla hazırlanan tuzlu suyun çeşitli yoğunluklardaki geçirgenliklerinin dalga boylarına göre değişimi verilmiştir. Tuz yoğunluğunun güneş ışınlarını geçirgenliği azda olsa azalttığı görülmüştür. Fakat 400 nm de saf su ve çeşme suyu ile hazırlanan tuzlu su arasındaki geçirgenlik farkının çok az olduğu ve ihmal edilebileceği belirtilmiştir (Karakılçık, 1998). Bu çalışmada kullanılan SMGH un iç bölgeleri tuzlu su yoğunluğu tabandan itibaren yüzeye doğru azalan tabakalardan oluşmaktadır. Depolama bölgesinde ısı enerjisinin tutulabilmesi ve depolanabilmesi için konveksiyonsuz bölgede tuz gradyentinin oluşması gerekmektedir. Tuz gradyentinin oluşumundan sonra da aynı zamanda iç bölgelerde oluşturulan tuz gradyentinin korunması ve yoğunluk dağılımının kararlı tutulması son derece önemlidir. Aksi takdirde bu bozulmalar sonucunda yoğunluğun, yüksek olduğu alt bölgelerden üst bölgelere doğru tuz molekülerinin difüzyonla aşağıdan yukarıya doğru taşınması sonucunda depolama 47

58 5. BULGULAR VE TARTIŞMA İsmail BOZKURT bölgesinde ısı tutmakta zor olacaktır. Bu nedenle havuzun tuz yoğunluğu dağılımı ve tabakaların korunması için sürekli olarak ölçümlerin yapılarak kontrol altında tutulması gerekmektedir. Havuzun yoğunluk dağılımı ölçümü, Bölüm-4 de belirtildiği gibi aşağıdan yukarıya doğru farklı tabakalara belirli aralıklarla yerleştirmiş olan ince borular aracılığıyla tuzlu su çekilmek suretiyle hidrometre yardımıyla elle yapılmaktadır. Havuzun iç bölgelerinin, başlangıçta yoğunluk dağılımı merdiven basamakları biçiminde üst üste yığılmak suretiyle oluşturulmuştur. Şekil 5.1 de tabakaların başlangıçtaki ilk oluşumu ve bundan bir ay sonra yapılan ilk yoğunluk ölçüm sonuçları görülmektedir Gradientli Yoğunluk Başlangıç Yoğunluğu Yoğunluk, (kg/m3) Tabandan itibaren yükseklik, h (cm) Şekil tahinde başlangıçta oluşturulan tuzlu su tabakaları ve tarihinde ölçülen tuz yoğunluğu dağılımları. Şekil 5.1. de görüldüğü gibi, yoğunluğu 1182 kg/m 3 olan depolama bölgesinin üst kısmından itibaren (70-80 cm arasında) bozulmaların başladığı belirlenmiştir. Bu bozulmaların ise bu noktadan itibaren giderek aşağıya doğru ilerlediği görülmektedir. Buradan başlayan bozulmaların onarılmadığı takdirde ise gradyentli bölgede de bozunmalara sebep olabileceği görülmüştür. Bozulmalar tuz gradyentini koruma sisteminin bir ay boyunca kapalı tutulmasından 48

59 5. BULGULAR VE TARTIŞMA İsmail BOZKURT kaynaklanmıştır. Böylece tuz gradyenti oluşumunun bu ilk aşamasında sistem çalıştırılmadan da tuz gradyentinin oluşturulabileceği görülmüştür. Fakat depolama bölgesinin hemen üst kısmından itibaren meydana gelen bu bozulmaların önlenemediği ve bunun diğer bölgelerdeki bozunmaları tetikleyebileceği belirlenmiştir. Bu bozulmalar yeniden onarılıncaya kadar da havuzda sıcaklık ölçümü yapılmamıştır. Şekil 5.2. de başlangıçtaki, tuz gradyenti oluşumu ve tuz gradyenti koruma sistemi çalışmaya başladıktan birkaç gün sonraki yoğunluk dağılımları görülmektedir Yoğunluk, (kg/m3) Başlangıç Yoğunluğu Gradientli Yoğunluk Koruma Sistemli Yoğunluk Tabandan itibaren yükseklik, h (cm) Şekil 5.2. Havuzun iç bölgelerindeki tuz gradyentini koruma sisteminin çalışmaya başladıktan sonraki tuz yoğunluğu dağılımı. Şekil 5.2 de tuz gradyentini koruma sisteminin çalıştırılması ile depolama bölgesinin üst kısmından itibaren hızlı bir iyileşme olduğu görülmektedir. Bu nedenle tuz yoğunluğu gradyentinin kararlı tutulması için koruma sisteminin iyi ve düzenli olacak biçimde çalıştırılması gerekmektedir. Bozulmanın başlangıç noktası olan depolama bölgesinin üst kısmına yapılan yoğunluğu artırılmış tuzlu su ile beslenmesi ile de bozulmaların düzelmeye başladığı ve başta konveksiyonsuz bölge olmak üzere tuz gradyentinin korunabildiği görülmüştür. 49

60 5. BULGULAR VE TARTIŞMA İsmail BOZKURT Şekil 5.3. de havuzun iç bölgelerin, tuz gradyentinin oluşumu ve farklı zamanlarda yapılan yoğunluk ölçümleri görülmektedir Yoğunluk (kg/m3) Tabadan itibaren yükseklik (cm) Şekil 5.3. Havuzun iç bölgelerinin yoğunluk dağılımı. Şekil 5.3. de tuz gradyenti koruma sistemi çalışmaya başladıktan yaklaşık on günlük bir zaman içerisinde tuz yoğunluğu dağılımında da başta depolama bölgesinin üst kısmından başlamak üzere yoğunluk dağılımının arttığı ve tuz gradyentinin düzelmeye başladığı görülmektedir. Özellikle konveksiyonsuz bölgede ki bozulmaların ortadan kaldırılmasıyla birlikte, bu bölgenin depolama bölgesi ile üst bölge arasında daha iyi bir yalıtım görevi yapabileceği belirtilmiştir. Dolayısıyla depolama bölgesinde daha fazla ısının daha uzun süre tutulmasının ve depolanmasının mümkün olacağı görülmüştür. Tuz gradyentini koruma sistemi, özellikle depolama bölgesi olmak üzere iç bölgelerdeki sıcaklık dağılımları üzerinde de önemli artışlar sağlayacaktır Sıcaklık Ölçme Sisteminin Hata Analizi Bölüm-4 deki belirtilen ve yeni geliştirdiğimiz bilgisayar kontrollü sıcaklık ölçme sisteminin hata sınırlarını belirlemek için hata analizi yapılmıştır. Laboratuvar 50

61 5. BULGULAR VE TARTIŞMA İsmail BOZKURT koşullarında, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 ve 90 ºC sıcaklıklarında su hazırlanmıştır. Bilgisayara ve AD/DA karta bağlı LM 35 sensörler ve termometre kullanılmak suretiyle sırasıyla her sıcaklık için hem sensörler hem de termometre aynı anda suya daldırılarak ayrı ayrı ölçümler yapılmıştır. Ölçümler saniyelik olarak yapılmış ve ölçümlerin ortalaması alınarak hesaplamalar yapılmıştır. Termometre ile yapılan ölçümler ile ortalaması alınan ölçümler karşılaştırılmak suretiyle de bir hata analizi yapılmaya çalışılmıştır. Şekil 5.4 de bilgisayar kontrollü olarak LM 35 sensörlerle ve termometre ile yapılan ölçümlerin bir karşılaştırılması görülmektedir Termometre ile ölçülen sıcaklık LM 35 ile ölçülen sıcaklık 70 Sıcaklık ( C) Ölçüm sırası Şekil 5.4. Termometre ve sensörlerle yapılan ölçümlerin karşılaştırılması. Şekil 5.4 de 19 adet sensör tarafında ölçülen her bir sıcaklığın ortalaması alınarak ve termometre ile yapılan referans ölçümleri karşılaştırılmıştır. En düşük sıcaklık farkı 10 C de 0.25 C ve en yüksek sıcaklık farkı ise 90 C de ve 1.62 C olduğu görülmüştür. Geliştirdiğimiz ölçüm sisteminin, yaklaşık olarak ± 1.00 C lik bir hata sınırları içerisinde ölçüm yapabileceği görülmektedir. 51

62 5. BULGULAR VE TARTIŞMA İsmail BOZKURT 5.3. SMGH un Deneysel Sıcaklık Dağılımı SMGH un sıcaklık ölçümleri LM35 sensörler ve PCL-813 karttan oluşan bir ölçüm sistemi ile yapılmıştır. Havuz çalışmaya başladıktan 30 gün sonra ölçümler alınmaya başlanmıştır. Şekil de görüldüğü gibi, havuzun iç ve dış kısımlarındaki sıcaklık dağılımları ile havuzu çevreleyen bölge sıcaklık dağılımları eş zamanlı olarak ölçülmüştür ve gündüz-gece sıcaklık değişimleri ayrı ayrı gösterilmiştir. Gündüz sıcaklık değişimleri saat arasında ve gece ise saatleri arasında ölçülmüştür Şekil de havuzun iç bölgelerinin ve yalıtımlı yan duvarının aşağıdan itibaren yukarıya doğru sıcaklık dağılım profilleri görülmektedir. Bu profiller, ölçümlerinin ilk alınmaya başlandığı tarihten itibaren ilk iki günlük sıcaklıkların ortalaması alınmak suretiyle gündüz ve gece için ayrı ayrı hesaplanarak çıkarılmıştır Gece Gündüz Sıcaklık ( C) Tabandan itibaran yükseklik (cm) Şekil Aralık 2005 tarihinde havuzun iç bölgelerinin gündüz-gece sıcaklık dağılımı. 52

63 5. BULGULAR VE TARTIŞMA İsmail BOZKURT Şekil 5.5 de havuz çalışmaya başladıktan yaklaşık 30 gün sonra yapılan ilk sıcaklık ölçümlerine göre depolama bölgesinin sıcaklığının önemli oranda arttığı görülmektedir. Kışın en soğuk günlerinden olan 25 Aralık ta depolama bölgesinin sıcaklığı C ye kadar yükselmiştir. Üst bölge sıcaklığı ise gündüz 10 C in üzerinde iken gece ise yaklaşık 9.58 C e kadar düştüğü görülmektedir Gündüz Gece Sıcaklık ( C) Tabandan itibaren yükseklik (cm) Şekil Aralık 2005 tarihinde havuzun iç bölgelerinin gündüz-gece sıcaklık dağılımı. Şekil 5.6 da bir ay boyunca çalıştırılan havuzun ilk sıcaklık ölçümlerinde depolama bölgesinin sıcaklığının C ye gerilediği görülmektedir. Bir günde yaklaşık bir derecelik bu düşüşün çevre sıcaklığında meydana gelen düşüşlerden kaynaklandığı belirlenmiştir. Üst bölgedeki suyun sıcaklığının ise gündüz C, gece ise 9.33 C ye düştüğü görülmektedir. Şekil 5.5 ve 6 ya göre, 30 gün çalıştırılan havuzda yılın en soğuk aylarında da güneş enerjisinin ısı enerjisi biçiminde depolanabileceği görülmüştür. Çevre sıcaklığında meydana gelen düşüşlere rağmen üst bölgenin kapalı tutulması sayesinde bu bölge sıcaklığında çok önemli düşüşler görülmemektedir. Her iki profile göre de gündüz ve gece sıcaklılarının birbirine çok yakın olduğu 53

64 5. BULGULAR VE TARTIŞMA İsmail BOZKURT görülmüştür. Bunun en önemli faktörlerinden birisinin de üst kapaklar olduğu kanaatindeyiz. Ayrıca, üst kapakları sürekli kapalı tutmak suretiyle özellikle gece üst yüzeyde meydana gelen ısı kayıpları kısmen azaltılabileceği görülmüştür. Şekil 5.7 de farklı tarihlerde havuzun, yalıtımlı yan duvarlarının aşağıdan yukarıya doğru gece ve gündüz sıcaklık dağılımları verilmektedir Gece Gündüz Gece Gündüz Sıcaklık ( C) Aşağıdan yukarıya doğru yükseklik (cm) Şekil Aralık 2005 tarihlerinde havuzun yalıtımlı yan duvarının gündüzgece sıcaklık dağılımı. Şekil 5.7 de yalıtımlı yan duvarın aşağıdan yukarıya doğru olan sıcaklık dağılım profillerinde ise Şekil da ki sıcaklık dağılımlarına paralel olacak şekilde, depolama bölgesinde karşılık gelen bölgelerde ısı kayıplarının olduğu ve üst bölgeye yaklaştıkça bu bölgelerdeki sıcaklıkların azalmasıyla birlikte yalıtımlı bölgede ki sıcaklıklarda da aynı oranda bir düşüş olduğu görülmektedir. Bu düşüşlerden kaynaklanan farkların gündüz ve gece sıcaklık dağılımları arasındaki farklara benzer bir şekilde olduğu görülmektedir. 54

65 5. BULGULAR VE TARTIŞMA İsmail BOZKURT Gündüz Gece Sıcaklık ( C) Tabandan itibaren yükseklik (cm) Şekil Ocak 2006 tarihinde havuzun iç bölgelerinin gündüz-gece sıcaklık dağılımı. Şekil 5.8 de çevre sıcaklığındaki düşüşün devam etmesi ile birlikte depolama bölgesinin sıcaklığında da çok küçük olan düşüşler devam etmiştir ve depolama bölgesinin en yüksek sıcaklığının 18 C nin üzerinde olduğu ve üst bölgenin sıcaklığının aynı oranda azaldığı belirlenmiştir. İlk ölçümler alındıktan sonraki hafta içinde hava sıcaklığında meydana gelen düşüşler sonucunda havuzun iç bölgelerinde düşüşler olduğu görülmüştür. Bunun üst bölgedeki kapakların kapalı tutulması ile bir miktar önlenebileceği görülmüştür. Kışın en soğuk günlerinden olan 01 Ocak ta hava sıcaklığının önceki günlere göre bir miktar artmasıyla birlikte iç bölgelerin sıcaklığının da yeniden bir kaç derece yükseldiği görülmüştür. Bu artış ve azalmaların gündüz ve gece sıcaklık dağılımları üzerinde de yaklaşık aynı oranda değiştiği belirlenmiştir. 55

66 5. BULGULAR VE TARTIŞMA İsmail BOZKURT Gece Gündüz Sıcaklık ( C) Tabandan itibaren yükseklik (cm) Şekil Ocak 2006 tarihinde havuzun iç bölgelerinin gündüz-gece sıcaklık dağılımı. Şekil 5.9 de açık ve güneşli bir günde çevre sıcaklığının birkaç derece artması ile birlikte depolama bölgesinin sıcaklığında da birkaç derecelik artış olduğu buna karşılık üst bölgede ise yaklaşık 2-3 C lik bir sıcaklık artışı olduğu görülmüştür. Üst bölgedeki bu ani artışın en önemli nedeninin ise üst bölgenin cam kapaklarla kapalı tutulmasından kaynaklandığı belirlenmiştir. Şekil 5.10 da yalıtımlı yan duvarın aşağıdan yukarıya doğru sıcaklık dağılım profillerinin, Şekil da ki sıcaklık dağılım profillerine paralel olacak şekilde değiştiği görülmektedir. Özellikle depolama bölgesine karşılık gelen bölgelerde ısı kayıplarının olduğu ve üst bölgeye yaklaştıkça iç bölgelerdeki sıcaklıkların azalmasıyla birlikte yalıtımlı bölgede de aynı oranda bir düşüş olduğu görülmektedir. Aynı zamanda çevre sıcaklığındaki birkaç derecelik artışların iç bölgede sağladığı sıcaklık artışlarına paralel olacak şekilde dış bölgede de sıcaklık artışına neden olduğu görülmektedir. 56

67 5. BULGULAR VE TARTIŞMA İsmail BOZKURT Gece Gündüz Gece Gündüz Sıcaklık ( C) Aşağıdan yukarıya doğru yükseklik (cm) Şekil Ocak 2006 tarihlerinde havuzun yalıtımlı yan duvarının gündüzgece sıcaklık dağılımı Sıcaklık ( C) Gündüz Gündüz Gündüz Gündüz Gündüz Gündüz Gündüz Gündüz Zaman (S) Şekil Aralık 04 Ocak tarihleri arasında gündüz çevre sıcaklığı dağılımı. Şekil de gündüz ve gece havuzun çevresindeki sıcaklık dağılımlarının zamanla değişimi görülmektedir. Gündüz saat arasında 57

68 5. BULGULAR VE TARTIŞMA İsmail BOZKURT gündüz sıcaklıkları ve gece saatleri arasında da gece sıcaklıkları ölçülmüştür. Elde edilen değerlerin ortalaması alınmak suretiyle de gündüz ve gece sıcaklık dağılım profilleri elde edilmiştir. Şekil 5.11 de görüldüğü gibi saat 7.00 den itibaren güneşin doğuşuyla birlikte çevre sıcaklığı da artmaya başlamakta ve saat civarında sıcaklık en yüksek değerine ulaşmaktadır. Daha sonra, güneşin erken batmaya başlaması sonucunda da saat ve den itibaren çevre sıcaklığının yeniden düşmeye başladığı görülmektedir Gece Gece Gece Gece Gece Gece Gece Gece Sıcaklık ( C) Zaman (S) Şekil Aralık-04 Ocak tarihleri arasında gece çevre sıcaklığı dağılımı. Şekil 5.12 de ise saat den itibaren güneşin batışıyla birlikte çevre sıcaklığında da ani düşüşler başladığı görülmektedir. Sıcaklık dağılımlarındaki düşüşlerin dalgalı biçimde olmasının en önemli nedenlerinin nem, rüzgar ve yağmurlardan kaynaklanabileceği düşünülmektedir. Bu sıcaklık azalmalarının saat 5.00 e kadar sürdüğü ve en düşük değerine ulaştığı görülmektedir. Bu saatten sonra ise güneşin doğuşuna yakın saatlerden itibaren karasal ısınmanın başlamasıyla birlikte sıcaklığın hemen hemen sabit kaldığı ve düşmediği görülmektedir. Daha 58

69 5. BULGULAR VE TARTIŞMA İsmail BOZKURT sonra ise güneşin doğuşuyla birlikte çevre sıcaklığının yeniden yükselmekte olduğu görülmüştür. Havuz sıcaklığı ilk doldurulduğunda iç bölgelerde aynı iken tuz gradyentinin oluşumu ile birlikte depolama bölgesinin sıcaklığında önemli artış görülmeye başlanmıştır. Bununla birlikte havuzun ısı depolama bölgesinde daha çok ısı toplanmaya başladığı ve dolayısıyla havuzun depolama bölgesinin sıcaklığının üst bölgelere göre daha fazla olduğu görülmüştür. SMGH un ısı depolamaya başlamasından itibaren de havuzun sıcaklık dağılımının yoğunluk dağılımına benzer bir şekilde çok yoğun olan depolama bölgesinden üst konvektif bölgeye doğru azaldığı görülmektedir. Havuz yüzeyi ile hava sıcaklığı arasındaki sıcaklık farklarına bakıldığında ise cam kapak olması nedeniyle havuzun üst konvektif bölgesinin sıcaklığının hava sıcaklığından daha fazla olduğu ve gece kayıplarının önemli oranda azaltıldığı görülmüştür. Sonuç olarak, SMGH un üst kısmının kapalı tutulmasıyla üst yüzey ısı kayıplarının azaltılabileceği belirlenmiştir. Gece, güneş olmadığı zamanlarda dahi havuzun özellikle üst bölge sıcaklığındaki düşüşlerin azaltılabileceği saptanmıştır. 59

70 6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER İsmail BOZKURT 6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Bu çalışmada üstü kapalı ve yalıtımlı model silindirik model bir güneş havuzu (SMGH) un ısıl performansı deneysel olarak incelenmiştir. Güneş havuzlarının performansını etkileyen etmenlerden birisi olan üst bölgeden havaya olan ısı kayıplarıdır. Bu kayıpların ortadan kaldırılabilmesi için SMGH nun üst yüzeyi cam kapaklarla kapatılmıştır. Cam kapaklar ile üst bölgeden havaya olan ısı akışı engellenmeye çalışılmıştır. Camın fiziksel özelliklerine bağlı olarak iletimle olan ısı kayıpları ile birlikte rüzgar, buharlaşma ve nem etkilerinin azaltılabileceği görülmüştür. Güneş havuzlarında sıcaklık dağılımının zamanla yoğunluk dağılımına benzer şekilde çok yoğun olan depolama bölgesinden üst konvektif bölgeye doğru azaldığı görülmektedir. Sonuç olarak, güneş havuzlarının ısıl performansı üzerinde yalıtımın çok önemli bir yeri olduğu ve yalıtımla ilgili en küçük bir ayrıntının bile gözden kaçırılmaması gerektiği görülmüştür. Özellikle; Küçük ölçekli güneş havuzlarında konveksiyonsuz bölge kalınlığı 1 metreden az olmamalıdır. Konveksiyonsuz bölgenin yoğunluklu tabakaları 1150 kg/m 3 den başlayacak şekilde uygun yoğunluklarda azaltılarak ve uygun kalınlıklarda tabakaların üst üste yığılarak yerleştirilmelidir. Depolama bölgesi ile üst bölge arasındaki konveksyonsuz bölgedeki tuz gradyenti korunmalıdır. İç bölgeler ile havuzu çevreleyen yan duvarlar iyi yalıtılmalıdır. Üst bölge ile hava arasındaki temas saydam ve iyi yalıtım özelliklerine sahip olan bir madde ile kesilmelidir. Çalışmamızda havuzun tuz gradyentini koruma sistemi ile yoğunlaştırılan tuzlu suyun depolama bölgesinin üst kısmına yerleştirilen dairesel bir duş ile çok kısa bir sürede akıtılması sağlanmıştır. Bu sistemin sayesinde yalıtım bölgesinde meydana gelen bozulmaların çok kısa bir zamanda onarılabildiği görülmüştür. Güneş havuzunun taban ve yan duvarları 10 cm kalınlığında cam yünü ile yalıtılmıştır ve duvar kayıplarının oldukça azaltılabileceği görülmüştür. 60

71 6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER İsmail BOZKURT Güneş havuzlarında ısı kayıpları yan duvarlarla birlikte ve en fazla havuzun üst yüzeyinden meydana gelmektedir. Bu çalışmada, güneş havuzunun üst yüzeyinin cam kapakla kapatılmasıyla birlikte, üst bölgenin kirlenmesi önlenebileceği gibi hava ile temasının kesilmesi sonucunda iletimle olan ısı kayıplarının da azaltılabileceği görülmüştür. Bunun yanı sıra yüzeyden buharlaşmayla meydana gelecek su ve ısı kayıpları önlenmiştir. Üst bölgeden başlayacak şekilde iç bölgelerde bir sıcaklık artışının olabileceği saptanmıştır. Böylece cam kapakların güneş havuzlarının ısısal verimini önemli ölçüde arttırmasının mümkün olduğu görülmüştür. Bu çalışmada silindirik bir güneş havuzunun iç ve dış bölgelerinin iyi bir şekilde yalıtılmasıyla havuzun ısıl performansı arttırılabileceği belirlenmiştir. Zaman darlığı nedeniyle çalışmalarımızın büyük bir bölümü güneş havuzunun inşasında ve ölçüm sisteminin yapılmasından oluşmuştur. Bu yüzden ancak bir aylık bir deneysel çalışma yapılabilmiştir. Buna rağmen önemli bulgular elde edilmiştir ve bundan sonra yapılması planlanan güneş havuzlarına ışık tutacağı kanaati oluşmuştur. Bu çalışma, bundan sonra yapmayı planladığım çalışmalarımda önemli bir referans olacaktır. Doktora çalışmasında ise böyle bir sistemin kuramsal bir modelini de çıkarmayı düşünmekteyim. 61

72 KAYNAKLAR AGHA, K.R., ABUGHRES, S.M., and RAMADAN, A.M., (2002). Design Methodology for a Salt Gradient Solar Pond Coupled with an Evaporation Pond. Solar Energy, 45, ALKHALAILEH, M.T., ATIEH, K.A., NASSER, N.G., and JUBRAN, B.A., (1999). Modelling and Simulation of Solar Pond Floor Heating system. Renewable Energy 18, ANDERSON, C.G., (1958). Limnology of a Shallow Saline Meromitic Lake. Limnology and Oceanography, 3, ANDREWS, J., and AKBARZADEH, A., (2005). Enhancing the Thermal Efficiency of Solar Ponds by Extracting Heat from the Gradient Layer. Solar Energy, 78: ANGELI, C., and LEONARDI, E., (2004). A One Dimensional Numerical Study of the Salt Diffusion in a Salinity-Gradient Solar Pond. International Journal of Heat and Mass Transfer, 47, and LEONARDI, E., (2005). The Effect of Thermodiffusion on the Stability of a Salinity Gradient Solar Pond. Heat and Mass Transfer, 48: ATKINSON, J.F., and HARLEMAN, D.R.F., (1983). A Wind-Mixed Layer Model Solar Pond. Solar Energy, 31, 243. BENIWAL, R.S., SINGH,R., SAXENA, N.S., and BHANDARAI, R.C., (1987). Thermal Behavior of Salt Gradient Solar Ponds. J. Phys. D: Appl. Phys., 20, BRYANT, H.C., and COLBECK, I., (1977). A Solar Pond for London. Solar Energy, 19, 321. and COLBECK, I.,(1977).A Solar Pond for London. Solar Enery, 19, 321. ÇOMAKLI, Ö., BAYRAMOĞLU, M., and KAYGUSUZ, K., (1996). A Thermodynamic Model of a Solar Assisted Heat Pump System With Energy Storage. Solar Energy, 56, 6,

73 DAH, M.M.O., OUNI, M., GUIZANI, A., and BELGHITH, A., (2005). Study of Temperature and Salinity Profiles Developement of Solar Pond in Laboratory. Desalination 183: DEFANT, A., (1961). Physical Oceonography. Great Britain, Pergamon Pres,Oxford. 1, 53. DUFFIE, J., and BECKMAN, W.A., (1980). Solar Engineering of Thermal Proceses. John Wiley and Sons, New York, 71. GAR, H.P., (1985). Solar Ponds-As an Energy Storage Device. Workshop on the Physics of Non-Convectional Energy Sources and Material Science for Energy, Trieste, Italy. HASSAB, M.A., and EL-MASRY, O.A., (1991). Effect of on Solar-Energy Collection in Small Solar Ponds. Applied Energy, 38, and EL-MASRY, O.A., (1991). Effects of on Solar-Energy Collection in Small Solar Ponds. Applied Energy, 38, HODEC, P.P., and SONNENFIELD, P., (1974). Sicience, 185, HONGFEI, Z., HUA, J., LIANYING, Z., and YUYUAN, W., (2002). Matematical Model of the Thermal Utilization Coefficient of Salt Gradient Solar Ponds. Energy Conversion and Management 3, HUSAIN, M., PATIL, P.S., PATIL, S.R., and SAMDARSHI, S.K., (2003). Optimum Size of Non-Convective Zone for Improved Thermal Performance of Salt Gradient Solar Pond. Solar Energy, 74, , PATIL, P.S., PATIL, S.R., and SAMDARSHI, S.K., (2003). Computer Simulation of Salt Gradient Solar Pond s Thermal Behaviour. Renewable Energy 28, , PATIL, P.S., PATIL, S.R., and SAMDARSHI, S.K., (2004). Simple Methods for Estimation of Radiation Flux in Solar Ponds. Energy Conversion and Management 45, , PATIL, P.S., PATIL, S.R., and SAMDARSHI, S.K., (2004). Combined Effect of Bottom Reflectivity and Water Turbidity on Steady State Thermal Efficiency of Salt Gradient Solar Pond. Energy Conversion and Management 45,

74 JAEFARZADEH, M.R., (2000). On the Performance of a Salt Gradient Solar Pond. Applied Thermal Engineering 20, , (2004). Thermal Behavior of a Small Salinity-Gradient Solar Pond with Wall Shading Effect. Solar Energy 77, JOSHI, V., and KISHORE, V.V.N., (1985). A Numerical Study of The Effects of Solar Attenuation Modelling on the Performance of Solar Ponds. Solar Energy, 35, 4, JUBRAN, B.A., AL-ABDALI, H., AL-HIDDABI, S., AL-HINAI, H., and ZURIGAT, Y., (2004). Numerical Modelling of Convective Layers in Solar Pond. Solar Energy, 77, KARAKILÇIK, M., (1992). Yalıtımlı ve Yalıtımsız Güneş Havuzlarının Performansını Etkileyen Etmenler. Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi, Adana., (1998). Yalıtımlı Prototip Bir Güneş Havuzunun Performansının Saptanması. Doktora Tezi, Çukurova Üniversitesi, Adana., DINCER, I., and ROSEN, M.A., (2006). Performance Investigation of a Solar Pond. Applied Thermal Engineering, 26: , KIYMAÇ, K., and DINCER, I., (2005) Experimental and Theoretical Temperature Distributions in a Solar Pond. Heat and Mass Transfer, (baskıda) KAYALI, R., (1986). Kullanılabilir Boyutlarda Bir Güneş Havuzunun Fiziksel Parametrelerinin İncelenmesi ve Matematiksel Modellemesi. Doktora Tezi, Çukurova Üniversitesi, Adana., (1992). Yalıtımlı ve Yalıtımsız Güneş Havuzlarının Çukurova Bölgesi Şartlarında Ekonomik Analizi, Güneş Enerjisi Enstitüsü Dergisi, 1, (4), , BOZDEMİR, S., and KIYMAÇ, K., (1998). A Rectangular Solar Pond Model Incorporating Empirical Functions For Air and Soil Temperatures. Solar Energy, 63, 6,

75 KEREN, Y., RUBIN, H., ATKINSON, J., PRIVEN, M., and BEMPORAD, G.A., (1993). Theoretical and Experimental Comparation and Advanced Solar Pond Performance. Solar Energy, 51, 4, , RUBIN, H., ATKINSON, J., PRIVEN, M., and BEMPORAD, G.A., (1993). Theoritical and Experimental Comparasion of Conventional and Advanced Solar Pond Performance. Solar Energy, 51, 4, KURT, H., HALICI, F., and BINARK, A.K., (2000). Solar Pond Conception Experimental and Theoretical Studies. Energy Conversion & Management 41, , OZKAYMAK, M., and BINARK, A.K., (2006). Experimental and Numerical Analysis of Sodium-Carbonate Salt Gradient Solar-Pond Performance Under Simulated Solar-Radiation. Applied Energy, 83: MANSOUR, R.B., NGUYEN, C.T., and GALANIS, N., (2004). Numerical Study of Transient Heat and Mass Transfer and Stability in a Salt-Gradient Solar Pond. International Journal of Thermal Sciences 43, OUNI, M., GUIZANI, A., and BELGUITH, A., (1998). Simulation of the Behaviour of a Salt Gradient Solar Pond in Tunisia. Renewable Energy 14, , GUIZANI, A., LU, H., and BELGHITH, A., (2003). Simulation of The Control of a Salt Gradient Solar Pond in the South of Tunisia. Solar Energy, 75, ÖZEK, N., (1985). Bir Tuzlu Güneş Havuzu Tasarımı ve Yapımı. Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Ankara. RABL, A., and NIELSEN, C.E., (1975). Solar Ponds for Space Heating. Solar Energy, 17, 1, 1-2. REDDY, T.A., JUMPA, S., and SAUNIER, G.Y., (1986). Effective Daily Mean Position of The Sun for Solar Ponds. Solar Energy, 37, 1, RIVERA, W., and ROMERO, R.J., (2000). Evaluation of a Heat Transformer Powered by a Solar Pond. Solar Energy Materials & Solar Cells 63,

76 , CARDOSO, M.J., and ROMERO, R.J., (2001). Single-stage and Advanced Absorption Heat Transformers Operating with Lithium Bromide Mixtures Used to Increase Solar Pond s Temperature. Solar Energy Materials & Solar Cells 70, SRINIVASAN, J.,and GUHA, A.,(1987).The Effect of Bottom Reflectivity on the Performance of a Solar Pond. Solar Energy, 19, 4, SUBHAKAR, D., and MURTHY, S.S., (1994). Saturated Solar Ponds: 3. Experimental Verification. Solar Energy, 53, 6, TABOR, H. and DORON, (1990). The Beith Ha Arava 5 MW(e) Solar Pond Power Plant (SPPP)-Progress Report. Solar Energy, 45, 4, and MATZ, R., (1965). Solar Pond Project. Solar Energy, 9, 4, , (1961). Large-Scale Solar Collcetors (Solar Ponds) for Power Production. Proc. UN. Cont. New Sources of Energy, 5147, Rome., (1964) Solar Ponds. Electronic and Power, 5, , (1981). Solar Ponds. Solar Energy, 27, 3, TAHAT, M.A., KODAH, Z.H., PROBERT, S.D., and AL-TAHAINEH, H., (2000). Performance of a Portable Mini Solar-Pond. Applied Energy 66, TAYLOR, T., (1978). Solar Age. 3, 8, 22. UYAREL, A., ÖZ, E.S., (1987). Güneş Enerjisi ve Uygulamaları. Birsen Yayınevi, Ankara, 180s. WANG, Y.F., and AKBARZADEH, A., (1983). A Parametric Study on Solar Ponds. Solar Energy, 30, 6, WEINBERGER, H., (1964). The Physics of the Solar Ponds. Solar Energy, 8, 2, WILLSON, A.T., and WELLMANN, H.W.,(1962). Lake Vand, an Antarctic Lake. Nature, 196,

77 ÖZGEÇMİŞ 1981 yılında Malatya da doğdum. İlk, orta ve lise öğrenimimi Malatya da tamamladım yılında Selçuk Üniversitesi Fizik bölümünü kazandım. Aynı bölümden 2001 yılında mezun oldum yılında Çukurova Üniversitesi Fizik bölümünde yüksek lisansı kazandım yılında Hatay da Milli Eğitime bağlı bir okula öğretmen olarak atandım yılında Adana nın Ceyhan ilçesine tayinim çıktı. Halen Ceyhan da öğretmen olarak görev yapmaktayım. 67