GÜNEŞLİ SU ISITICILARI

Transkript

1 GÜNEŞLİ SU ISITICILARI Amaç: GüneĢli su ısıtıcıları hakkında bilgilendirme. İÇİNDEKİLER GüneĢli Su Isıtıcıları... GüneĢli Su Isıtıcıları Tesisat ġemaları...3 Sıcak Su Gereksiniminin belirlenmesi 4 GüneĢli Su Isıtıcılarının Tasarımı

2 8.1 GÜNEġLĠ SU ISITICILARI Türkiye nin ortalama güneģlenme süresi 640 n/yıl, toplam güneģ ıģınımı ortalaması 3083 kcal/m değerindedir. Bu değerler yüksek bir güneģ enerjisi potansiyelini ifade eder. Öte yandan güneģ enerjisinin en verimli ve en yaygın kullanım alanı ise güneģli su ısıtıcılarıdır. GüneĢli su ısıtıcılarının ana elemanı düz toplayıcılardır. Bu düz toplayıcıların konumu ve güneģ ıģını ile yaptığı açılar ġekil-7.1 de gösterilmiģtir. Bu Ģekildeki Q güneģ geliģ açısını (GüneĢ ıģınının toplayıcı düzleminin dikeyi ile yaptığı açı, S toplayıcı eğim açısı (Toplayıcı düzlemin yatayla yaptığı açı), GüneĢ zenit açısı (GüneĢ ıģınının, güneģ baģucu yüksekliği ekseni ile yaptığı açı), A toplayıcı azimut açısı (Toplayıcı düzlemin tam güneyden, batı ve doğuya sapma açısıdır.)

3 8. GüneĢli Su Isıtıcıları Tesisat ġemaları ġekilde doğal akımlı bir güneģli su ısıtıcısının toplu Ģeması ve elemanları görülmektedir. Doğal akımın oluģabilmesi için toplayıcı üst düzeyi ile sıcak su deposu alt düzeyi arasında en az 35 cm yükseklik farkı bulunmalıdır. (Açık sistem) ġekilde ise pompalı, kapalı sistem ve ısı değiģtirgeçli bir güneģli su ısıtıcı tesisatının, var olan bir boyler tesisatına bağlantısı görülmektedir. Pompalı sistemde devrede bir dolaģım pompası bulunduğundan depo, güneģ toplayıcısından aģağıda yerleģtirilebilir. GüneĢli su ısıtıcısının devreye girip çıkması sıcaklık farkına göre çalıģan otomatik düzenleme aygıtı ile gerçekleģir. Toplayıcı ise su deposu arasındaki farkı belirli bir değere ulaģınca pompa devreye girer ve depodaki su ısınmaya baģlar. GüneĢle ısıtılan su deposu mevcut sıcak su tesisatına bir üç yollu vana ile bağlanır. 3

4 8.3 Sıcak Su Gereksiniminin Belirlenmesi 1. Otomatik düzenleme aygıtı (Fark term.). Toplayıcı duyargası 3. GüneĢli sistem deposu duyargası 4. Su değiģim pompası 5. GüneĢli sıcak su deposu 6. Üç yollu vana 7. Termostatlı elektrikli ısıtıcı 8. Varolan boyler deposu 9. GenleĢme deposu 10. Geri tepme venteli (çekvalf) 11. Güvenlik venteli 1. Termometre 13. Manometre 14. Kazan Sıcak su tesisatı konusunda kullanma sıcak su gereksinimi verilmiģ ve su sıcaklığı 60ºC olarak esas alınmıģtır. GüneĢli su ısıtıcısında sistem verimi su sıcaklığına çok bağlıdır. Konutlarda genelde banyolarda 40ºC ve mutfakta 60ºC sıcaklıkta su kullanılır. Dolayısıyla enerji tasarrufu açısından güneģte su ısıtmada kullanma suyu tasarım sıcaklığını 45ºC almak uygun olmaktadır. Kullanma suyu sıcaklığı 45ºC alındığında çeģitli uygulamalarda kiģi baģına sıcak su gereksinimi çizelge 7,1 de verilmiģtir. GüneĢle su ısıtma tesisatı tasarımında bu çizelgeden yararlanılabilir. Çizelge 7,1 DeğiĢik Kullanma Yerlerinde 45ºC Sıcak Su Gereksinimi Kullanma Yeri Konutlar Oteller Atölye Fabrika Açıklama DüĢük gelirli Orta gelirli Yüksek gelirli Ortalama değer Lüks oteller Ortalama Lavabolarda Açık duģlarda Ġhtiyaç (lt/gün. kiģi)

5 8.4 GüneĢli Su Isıtıcılarının Tasarımı GüneĢli su ısıtıcılarının tasarımı Ģu adımlardan oluģur. 1. GüneĢli su ısıtıcısının planlandığı yerin enlemi belirlenir.. GüneĢli su ısıtıcısının planlandığı mevsim belirlenir. 3. Toplayıcı AZĠMUT açısı (A) belirlenir. 4. En uygun toplayıcı eğim açısı (S) planlanan yerin enlemine ve mevsimine göre ġekil 7,4 ten alınır. 5. Yatay yüzeye gelen toplam güneģ ıģınımının ortalama değeri Qy planlanan yer ve mevsimine göre çizelge 7, den alınır. 6. Eğik toplayıcı yüzeyi için dönüģüm faktörü R, planlanan yerin enlemi, eğim açısı ve mevsimine göre çizelge 7,3 ten bulunur. 7. Toplayıcı azimut açısının düzeltme faktörü, A planlanan yerin enlemi ve toplayıcı azimut açısına göre ġekil 7,5 ten bulunur. 8. Eğik toplayıcı yüzeyine gelen toplam ıģınım ortalaması Q K Q x R x A (kcal/m.gün) Formülüyle bulunur. y 1 Q K = Eğik toplayıcı yüzeyine gelen toplam ıģınım ortalaması Q y = Planlanan yer ve mevsime göre yatay yüzeye gelen toplam güneģ ıģınımı ortalama değeri R= Planlanan yerin enlemi, eğim açısı ve mevsimine göre eğik toplayıcı yüzeyi için dönüģüm faktörü A 1 = Planlanan yerin enlemi ve toplayıcı Azimut açısına göre, toplayıcı azimut açısı düzeltme faktörü 9. En uygun toplayıcı verimi, n K toplayıcı tipi ve mevsimine göre çizelge 7,4 ten alınır. 10. Toplayıcı dıģında sistemin ortalama verimi n m =0,60 alınır. 11. Yararlı ısı Q N aģağıdaki formülle bulunur. Q Q x n x n (kcal/m.gün) N K K m 1. Sıcak su hazırlanması için gerekli ısı 5

6 Q d M w x C x(t T ) (kcal/gün) formülüyle bulunur. w M w Sıcak su miktarı (lt/gün) C Suyun özgül ısısı (kcal/kgºc) T w EriĢilmesi istenen su sıcaklığı (ºC) T F Ortalama Ģebeke suyun sıcaklığı (ºC) F NOT: TF (Ortalama Ģebeke suyu sıcaklığı olup çizelge 7,5 ten 1 m derinlikteki toprak sıcaklığı olarak alınır.) 13. Gerekli toplayıcı alanı Qd FK (m ) QN Q d Sıcak su hazırlamak için gerekli ısı Formülüyle bulunur. Q N Yararlı ısı 14. Sıcak su deposu hacmi 3 V B1 FK (m ) Formülüyle bulunur. B 1 = 0,06 (sabit) F K = Gerekli toplayıcı alanı 15. Su dolaģım pompası debisi P B B x F K 1 ( sbt) lt / dak 6

7 Örnek: Alanya da 50 yataklı bir otelin Haziran-Ağustos dönemindeki sıcak su ihtiyacını karģılayacak güneģli su ısıtıcı tesisatının tasarımını yapınız. Çözüm: 1. Yer ALANYA ENLEM 36º33 ı (K). MEVSĠM HAZĠRAN-AĞUSTOS 3. Toplayıcı AZĠMUT Açısı (A) 0º 4. En uygun toplayıcı eğim açısı (S) Yatay yüzeye gelen toplam güneģ ıģınımlarının ortalama değeri (Q y )=4870 (kcal/m.gün) 6. Eğik toplayıcı yüzeyi için dönüģüm faktörü (R=1,056) 7. Toplayıcı azimut açısının düzeltme faktörü (A 1 =1) 8. Eğik toplayıcı yüzeye gelen toplam ıģınım ortalaması Q Q x R x A 4870 x 1,056 x 1 5/ 43 kcal m K y 1 / gün 9. En uygun toplayıcı verimi n m 0, Toplayıcı dıģında sistem ortalama verimi 0, Yararlı ısı (Q N ) 1. Sıcak su hazırlamak için gerekli ısı (Q d ) 13. (F K ) Gerekli toplayıcı alanı 14. Sıcak su deposu hacmi (V) 3 V B1 x FK 0,06 x 37,39,44 m (50 lt) 15. Pompa debisi (P) P B x FK 1 x 37,39 37,39 lt / dak 7

8 8

9 9

10 Çizelge 7.3 Toplayıcı Eğim açısı (5) ve Enlem Derecelerine göre dönüģüm faktörü (R) değerleri Aylar S 15º 30º 45º 60º 36ºK Enlem Ġçin R Faktörleri R=Cos (Ψ S)/CosΨ Arınç, 1979 Nisan, Mayıs, 6,87º Eylül 1,097 1,119 1,006 0,886 Haziran 19,1º Ağustos 1,056 1,039 0,95 0,800 Nisan Eylül,99º 1,076 1,078 1,007 0,867 Ekim Mart 51,43º 1,93 1,496 1,597 1,589 Bütün Yıl 36,00º 1,154 1,9 1,1 1,19 38ºK Enlem İçin R Faktörleri Nisan, Mayıs, 7,70º Eylül 1,10 1,19 1,078 0,955 Haziran 0,00º Ağustos 1,060 1,059 0,964 0,815 Nisan Eylül 3,85º 1,080 1,087 1,00 0,883 Ekim Mart 51,87º 1,96 1,503 1,608 1,603 Bütün Yıl 38,00º 1,168 1,57 1,60 1,177 40ºK Enlem İçin R Faktörleri Nisan, Mayıs, 9,84º Eylül 1,114 1,153 1,113 0,997 Haziran,84º Ağustos 1,075 1,077 1,005 0,865 Nisan Eylül 6,34º 1,094 1,114 1,057 0,99 Ekim Mart 53,44º 1,315 1,540 1,661 1,668 Bütün Yıl 40,00º 1,183 1,86 1,301 1,7 4ºK Enlem İçin R Faktörleri Nisan, Mayıs, 3,95º Eylül 1,137 1,190 1,166 1,061 Haziran 4,8º Ağustos 1,083 1,09 1,06 0,891 Nisan Eylül 8,6º 1,107 1,139 1,093 0,973 Ekim Mart 55,98º 1,349 1,607 1,755 1,783 Bütün Yıl 4,00º 1,199 1,316 1,344 1,80 10

11 ġekil 7,4 Enlem derecesi ve aylara göre en çok güneģ enerjisi alacak toplayıcı eğim açısının bulunması ġekil 7,5 Toplayıcı azimut açısına ve enleme göre düzeltme faktörleri 11

12 TOPLAYICI VERİMİ Çizelge 7,4 DeğiĢik toplayıcı tiplerine ve mevsimlere göre en uygun toplayıcı verimleri Aylar Tek tabaka cam örtülü ve selektif absorber yüzeyli toplayıcı Çift tabaka cam örtülü ve selektit absorber yüzeyli toplayıcı Haziran, Temmuz, Ağustos Nisan, Mayıs, Eylül Ekim, Kasım, Aralık, Ocak, ġubat, Mart Bütün Yıl 80 VAKUM ĠZOLASYON SELEKTĠF YÜZEY ÇĠFT TAB. CAM SELEKTĠF YÜZEY 0 TEK TAB CAM SELEKTĠF OLMAYAN YÜZEY ÇĠFT TAB. CAM SELEKTĠF OLMAYAN YÜZEY SICAKLIK FARKI / IġINIM ġġddetġ t / q m t / k. N ġekil 7,6 Sıcaklık farkı/ısınım Ģiddetli parametresi ile düz toplayıcı veriminin bulunması 1

13 13

14 14