AKıŞKAN BORULARı. AÇıK DEVRE SISTEMLER DEVRE TIPINE GÖRE GESIS SU DOLAŞIMINA GÖRE

Transkript

1 AKıŞKAN BORULARı Yutucu yüzeye gelen enerjinin, büyük bir kısmı ısıl akışkan borularına geçerken (faydalı ısı) bir kısmı toplayıcıda depolanır, geri kalan kısmı ışınım, taşınım ve iletimle çevreye gider [9]. Borular yutucu yüzeye temas ısıl direnci çok küçük olacak şekilde lhi lehim ya da çeşitli ilikaynakk yöntemleri ile sabitlenir. Borular ısı iletim katsayısı yüksek olan malzemelerden yapılmalıdır. Yaygın olarak bakır, paslanmaz çelik alüminyum borular kullanılmaktadır. Boru çapı 8-12 mm olur. Doğal dolaşımlı sistemlerde su sirkülâsyonunun iyi olabilmesi için daha büyük çaplı borular kullanılır. Boruların arasındaki mesafe soğurucu plaka tipine göre değişmekle birlikte genelde 8-10cm arasında değişmektedir. DEVRE TIPINE GÖRE GESIS Açık Sistemler Kapalı sistemler SU DOLAŞIMINA GÖRE Doğal dolaşımlı sistemler Zorlanmış dolaşımlı sistemler AÇıK DEVRE SISTEMLER Açık sistemler kullanım sıcak suyunun kollektörde sirkülasyon suyu olarak dolaşan sistemlerdir. Kapalı sistemlere göre verimleri yüksektir, Ucuzdur, Suyu kireçsiz ve donma problemlerinin olmadığı bölgelerde uygundur. Şebeke suyu doğrudan kollektörlerde dolaştığı için kollektörde kireç birikmektedir. Kireç kollektörde ısı geçişine engel olarak suyun ısınmasını engellemektedir. Kireç kollektörün çürümesine neden olmaktadır [8]. KAPALı DEVRE SİSTEMLER Kapalı devre sistemler kullanıma giden sıcak su ile kollektör sirkülasyon suyunun birbirine karışmadığı sistemlerdir. Verimleri düşüktür Pahalıdır. Suyun kireçli ve donma problemlerinin olduğu bölgelerde tercih edilir. Açık GESİS 1

2 Kapalı GESİS Kapalı GESİS DOĞAL DOLAŞıMLı SISTEMLERI Doğal dolaşımlı güneş enerjisi sistemlerinde su sirkülâsyonu kendiliğinden olur. Toplayıcıda ısınan su yoğunluğu azaldığı için yukarı doğru hareket ederek su deposuna ulaşır. Gün boyunca devam den bu süreç depodaki suyun ısınmasına neden olmaktadır. DOĞAL DOLAŞıMLı AÇıK SISTEMLER Sıcak su gereksiniminin çok olmadığı durumlarda, özellikle konutlarda kullanılmaları yaygındır. Doğal dolaşımın olabilmesi için deponun kollektör üst seviyesinden yukarıda olması gerekmektedir. Depolama tankı altının alt seviyesi ile kollektör üst seviyesi arasındaki yükseklik minimum cm değerlerinde olmalıdır. Suyun sistemde dolaşımı, kollektörde ısınan su ile daha soğuk olan deponun altındaki suyun özgül ağırlıkları arasındaki fark nedeniyle olur. Üzerine güneş düştüğünde kollektör içindeki su ısınarak genleşir. Genleşen suyun özgül ağırlığı azalacağından yükselerek üstten depoya girer. Kollektörde ısınarak depoya giden suyun yerine, deponun altındaki daha soğuk olan su gelir ve o da ısınarak depoya gider. Kollektör güneş gördüğü sürece bu olay devam eder. Suyun bu şekilde hareketine termosifon olayı dendiğinden bu şekilde çalışan sistemlere de termosifon sistemi denmektedir. Depodaki su ile kollektördeki su sıcaklıkları eşit oluncaya kadar dolaşım devam eder [9]. 2

3 Depolama tankı kollektör üst seviyesinde olduğundan gece ve güneşsiz gündüzlerde suyun ters dolaşımı engellenmiş olur. Bu şekilde depodaki suyun soğuması kendiliğinden önlenir. Güneşli bir günde kollektörde dolaşacak su miktarı lt/(m 2 h) değerinde olabilir. Boru tesisatının mümkün olduğu kadar az dirsekli, dirseklerin geniş kavisli, boruların depoya doğru yükselen eğimli olması sistemin çalışmasını olumlu yönde etkileyecektir [9]. Böylece suyun dolaşımına karşı daha az direnç gösterilir ve borularda hava toplanması önlenir. Sürtünme dirençlerini azaltmak için boruların çapı en az 20 mm (3/4") olmalıdır [9]. Kullanım suyu sistemde dolaştığı için, korozyon kireçlenme etkisiyle, çap daralması ve arıza olma ihtimali yüksektir. Tabii dolaşımlı açık devre sistem DOĞAL (TABII) DOLAŞıMLı KAPALı DEVRELI SISTEM Kapalı devre sistemlerde, ısınma devresi ile ısıtma devresi birbirinden bağımsız olarakçalışır. Bu sistemlerde, depodaki ile kollektördeki su birbirine karışmayacağından, kollektör devresindeki suya, donma tehlikesine karşı antifriz eklenebilir. Bu uygulama ile açık sistemlerdeki kollektör iç yüzeyinin kireçlenmesi engellenmiş olur. Kollektörde ısınan suyun özgül ağırlığı azalarak depolama tankına yükselir. Isınan su, buradaki ısı dönüştürücüsüne ısısını bırakarak, kolektöre geri döner. Şekil de besleme depolu kapalı devreli sistem tasarımı gösterilmiştir [9]. 3

4 ŞAMANDıRALı KAPALı DEVRE SISTEMLER Tabi dolaşımlı kapalı devre sistemi Bu tür sistemler soğuk ve sıcak su depoları üst üste iki ayrı depodan oluşmaktadır. Üstteki depo soğuk su deposudur. Soğuk su deposundaki şamandıra soğuk su şebekesine bağlıdır ve su eksildikçe şebekeden tamamlar. Alttaki depo sıcak su deposudur. Deponun dış kısmında bir ceket veya içinde bir eşanjör bulunur. Kollektörden gelen su bu cekete veya eşanjöre bağlanır. Kollektörden gelen su bu cekette/eşanjörde dolaşarak güneşten aldığı ısıyı şehir şebekesinden gelen kullanım suyuna transfer eder. Sıcak su kullanıldığında eksilen su, üstteki soğuk su deposundan takviye edilmektedir [8]. BASıNÇLı SISTEMLER: Şamandıralı sistemlerden farklı olarak basınçlı sistemlerde soğuk su beslemesi direkt şebekeden sıcak su deposu içerisine yapılır. Bu sistemlerde basınç her zaman şebeke basıncında olur. Sistem çalışmaya başladığındadasıcaklık arttıkça basınç da artmaktadır. Basınç artışı ile deponun içindeki suyun sıcaklığı şamandıralı sistemlere göre daha yüksek değerlere ulaşmaktadır [8]. Basınçlı sistemler; açık devre kapalı devre olarak imal edilir. BASıNÇLı SISTEMLER Basınçlı sistemlerin şamandıralı sistemlere göre avantajı kullanım yerinde sıcak suyun soğuk su ile aynı basınçta olmasıdır. Oysa şamandıralı sistemlerde sıcak su basıncı, depo seviyesi ile kullanım yeri arasındaki kot farkından kaynaklanan statik basınç kadardır. Bundan dolayı tesisatta karışım muslukları açıldığında soğuk suyun sıcak suyu yukarıya ötelemesine ve dengesiz bir sıcaklık akışına neden olmaktadır [8]. 4

5 DOĞAL (TABII) DOLAŞıMLı SISTEMIN AVANTAJLARı Dolaşım tabii olduğundan sistem pompa gerektirmez. Kollektör üzerine güneş ışını düştüğü sürece sistem kendiliğinden çalışır. Geceleri ve güneşsiz günlerde dl dolaşım kendiliğinden durur. Elektromekanik bir kontrole gerek yoktur. Pompa ve termostatik kontrole gerek olmadığından sistemin maliyeti ucuzdur [9]. DOĞAL (TABII) DOLAŞıMLı SISTEMIN DEZAVANTAJLARı Sıcak su üretim kapasitesi azdır. Kollektörlerde dolaşım hızı yavaş olduğundansusıcaklığı daha yüksektir. Antifriz kullanılmayan doğrudan tabii dolaşımlı sistem kışın donma tehlikesi vardır. Antifriz kullanılmadığından sistem içten paslanır, suda bulunan sertlik yapıcı ve artık maddeler borularda kalarak çalışmayı olumsuz yönde etkiler. Depolama tankının kollektörlerin üst seviyesinde montajı zordur. Çatıya yerleştirilmiş bir depolama tankının akması sonucu, duvar ve tavanlara verilebilecek zarar dikkate alınmalıdır. Tavan arasına konulacak bir depolama tankına ulaşmak zordur [9]. DOĞAL (TABII) DOLAŞıMLı SISTEMIN DEZAVANTAJLARı Sistemin bazı noktalarında oluşabilecek hava birikmeleri çalışmayı olumsuz yönde etkileyeceğinden, boru tesisi çok titiz yapılmalıdır. Sürtünme kayıplarını en aza indirebilmek için boru bağlantılarının kısa ve dikey olması sağlanmalıdır. Sürtünme kayıplarını azaltmak için daha büyük çaplı boru kullanılması gerekeceğinden sistemin maliyeti artabilir. Sürtünme kayıplarının enfazlaolduğu yer kollektör olacağından kollektör boru çapları 20 mm (3/4")' den küçük olmamalıdır [9]. ZORLANMıŞ (POMPALı) SISTEMLER Büyük sistemlerde su borularındaki direncin artması sonucu tabii dolaşımın yeterli olmaması ve büyük bir deponun yukarıda tutulması zorluğu nedeniyle pompa kullanma zorunluluğu doğmuştur[8]. Pompalı sistemler toplayıcıda ısınan akışkanın pompa ile depolama tankına iletilmesi esasına dayanmaktadır. Bu sistemler, otomatik kontrol devresi yardımı ile çalışırlar. Depo tabanına ve kollektör çıkışına yerleştirilen diferansiyel termostatın sensörleri kolektörlerdeki suyun, depodaki sudan 10 o C daha sıcak olması durumunda pompayı çalıştırarak sıcak suyu depoya alır, bu fark 3 o Colduğunda ise pompayı durdurur. Pompa ve otomatik kontrol devresinin zaman zaman arızalanması nedeniyle işletilmesi tabii dolaşımlı sistemlere göre daha zordur. ZORLANMıŞ (POMPALı) SISTEMLER Pompalı sistemlerin elemanları, Kollektör Sıcak su depolama tankı Otomatik kontrol sistemi Devir-daim pompası bu sistemler de, açık (direkt) kapalı (endirekt) Sistemler olarak tasarlanabilirler. 5

6 Güneş enerjili su ısıtma sistemlerinde donma tehlikesi büyük bir problem oluşturmaktadır. Donma kollektör devresinde olacağından, antifrizli su kullanılması gerekmektedir. Antifrizli suyun, kullanım sıcak suyuna karışması durumunda, sağlık bakımından ciddi sakıncaları vardır. Pompalı sistemlerde devir-daim cebri olarak pompa ile sağlandığı için deponun kolektör üst noktasına montaj zorunluluğu yoktur. Pompalı sitemlerin kuruluş maliyeti yüksektir. Sistemin çalışabilmesi için ek bir enerjiye (elektrik enerjisi) ihtiyaç duyulur. Sirkülasyon pompa ile sağlandığından, devredeki boru çaplarının büyük tutulmasına gerek yoktur. Suyun içindeki kireç kollektörün özelliğini bozduğundan bu sistemler pek tercih edilmemektedir [9]. Pompalı sistemler genellikle merkezi sıcak su hazırlanmasına ihtiyaç duyulan büyük kapasiteli yerlerde kullanılmaktadır. Sistem kapasitesi büyüdükçe daha büyük bir depo kullanmak gerekir. Bu durumda depoyu kollektör üzerine koymak mümkün olmayacaktır. Bunun için sıcak su deposu çatı arasına veya bodrum katına yerleştirilir. Bu sistemler soğuk bölgeler için çok uygundur. Kollektörde antifrizli su dolaştırılarak donma önlenir. Sıcak su deposu çatı arasında veya bodrumda olduğundan donma tehlikesi yoktur. Borularda ve depoda ısı kayıplarını azaltmak için mutlaka izole edilmelidir [8]. Zorlanmış (cebri) sirkülâsyonlu kapalı devre sistemlerde sistemin büyüklüğüne ve özelliklerine göre farklı ısı değiştiriciler kullanılır. Küçük kapasiteli sistemlerde (2-6 kollektör) genellikle gömlekli ısı eşanjörü kullanılır [8]. Orta büyüklükteki sistemlerde (7-20 kollektör) serpantinli ısı değiştiriciler kullanılır [8]. 6

7 Büyük kapasiteli sistemlerde (20-üzeri kollektör) plakalı ısı eşanjörü kullanılmaktadır [8]. KAYNAKLAR [1] Anonim, World Energy Outlook 2010, International Energy Agency, Paris, [2] Ertürk, F. U., Yoğuşmalı Kombi Teknolojilerinin Çevresel, Ekonomik Kazanımları Ve Yeni Hedefler, Yüksek Lisans Tezi, Trakya Üniversitesi, Edirne, [3] Anonim, World Energy Investment Outlok, International Energy Agency, Paris, [4] Ünalan, S., Alternatif Enerji Kaynakaları. [5] Algül, E., Hava kirliliği ve küresl ısınma. [6] Dünyada ve Türkiye de enerji görünümü, ETKB. [7] Kayfeci, M., Alternatif enerji kaynakları, [8] Abuşka, M., Güneş enerjisi ve ygulamaları ders notları. [9] Altınışık, K., Güneş enerjisi ders notları. 7