Isı Geri Kazanım Tanklarında Cam Yünü Uygulamasının Termal İncelenmesi. The Thermal Examination of Fibreglasses Application for Heat Recovery Tanks

Benzer belgeler
Isı geri kazanımı ve depolanmasında sıcaklık farklarının korunması için cam yünü ile donatılı tankların ısıl incelenmesi

Makale. ile ihtiyacın eşitlendiği kapasite modülasyon yöntemleri ile ilgili çeşitli çalışmalar gerçekleştirilmiştir

Güneş Enerjili Su Isıtma Sisteminin Deneysel İncelenmesi

EŞANJÖR (ISI DEĞİŞTİRİCİSİ) DENEYİ FÖYÜ

HASRET ŞAHİN ISI EKONOMİSİ

Vakum Tüplü Kollektörlerin Güneş Havuzu Performansı Üzerine Etkisi.

HHO HÜCRESİNİN PERFORMANSININ DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ. Konya, Türkiye,

TÜBiTAK-BİDEB Kimya Lisans Öğrencileri ( Kimyagerlik, Kimya Öğretmenliği ve Kimya Mühendisliği ) Araştırma Projesi Çalıştayı Kimya-2, Çalıştay-2011

KOMPLE ÇÖZÜM ÇEVRE DOSTU ESNEK ÇÖZÜM. Tekli Uygulama. İkili Uygulama. Montaj Kolaylığı

OREN303 ENERJİ YÖNETİMİ KERESTE KURUTMADA ENERJİ ANALİZİ/SÜREÇ YÖNETİMİ

ÖZGEÇMİŞ. Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü Osmaniye/Türkiye Telefon : /3688 Faks :

ENERJİ DEPOLAMA. Özgür Deniz KOÇ

Abs tract: Key Words: Meral ÖZEL Nesrin İLGİN

HAVA ARAÇLARINDAKİ ELEKTRONİK EKİPMANLARIN SOĞUTULMASINDA KULLANILAN SOĞUTMA SIVILARININ PERFORMANSA BAĞLI SEÇİM KRİTERLERİ

YAPI TEKNOLOJİSİNDE YENİLENEBİLİR ENERJİ VE ALTERNATİF SİSTEMLER

YILDIZ ENERJİ EVİ. Yıldız Enerji Evi

R1234YF SOĞUTUCU AKIŞKANININ FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ İÇİN BASİT EŞİTLİKLER ÖZET ABSTRACT

Çukurova Üniversitesi Çevre Sorunları Araştırma ve Uygulama Merkezi (ÇESAM) yılı Faaliyet Raporu

Küçük ve Mikro Ölçekli Enerji Yatırımları için Hibrit Enerji Modeli

Güneş Enerjisinden Sıcak Su Elde Etme Yöntemleri ve Bu Yöntemin Türkiye deki Gelişimi

ISI POMPASI DENEY FÖYÜ

LÜLEBURGAZDAKİ BİNA DIŞ DUVARLARI İÇİN OPTİMUM YALITIM KALINLIĞININ BELİRLENMESİ VE MALİYET ANALİZİ

JEOTERMAL BÖLGE ISITMA SİSTEMLERİNDE SICAKLIK KONTROLUNUN DÖNÜŞ SICAKLIĞINA ETKİSİ

Hidrojen Depolama Yöntemleri

3. Versiyon Kitapta 5. Bölüm, 7. Versiyon Kitapta 6. Bölüm, soruları

1. Aşağıda verilen fiziksel büyüklüklerin dönüşümünde? işareti yerine gelecek sayıyı bulunuz.

BAZI İLLER İÇİN GÜNEŞ IŞINIM ŞİDDETİ, GÜNEŞLENME SÜRESİ VE BERRAKLIK İNDEKSİNİN YENİ ÖLÇÜMLER IŞIĞINDA ANALİZİ

SANTRALLERİ SICAK SULU ISITMA DENGELENMESİ. üçüka Dokuz Eylül Üniversitesi Makina Müh. M

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2

HAVA SOĞUTMALI BİR SOĞUTMA GURUBUNDA SOĞUTMA KAPASİTESİ VE ETKİNLİĞİNİN DIŞ SICAKLIKLARLA DEĞİŞİMİ

Boyler, Baca hesabı. Niğde Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü

ISI DEĞĠġTĠRGEÇLERĠ DENEYĠ

ISI TRANSFERİ LABORATUARI-1

AKDENİZ BÖLGESİ İÇİN ISITMA VE SOĞUTMA DERECE- SAAT DEĞERLERİNİN ANALİZİ

Isıtma tesisatında yıllık yakıt miktarı hesaplanarak, yakıt deposu tesisin en az 20 günlük yakıt gereksinimini karşılayacak büyüklükte olmalıdır.

Abs tract: Key Words: Elif ŞAHİN Erkan DİKMEN Arzu ŞENCAN ŞAHİN

Türkiye nin Elektrik Üretimi ve Tüketimi

Sakla Enerjiyi Gelir Zamanı Termal Enerji Depolama Fırsatları

Radyatör Arkalarına Yerleştirilen Yansıtıcı Yüzeylerin Radyatör Etkisi

tmmob makina mühendisleri odası kocaeli şubesi Enerji Çalışma Grubu

KMB405 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı II 3. ISI DEĞİŞTİRİCİ. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1

ISSN: Yıl /Year: 2017 Cilt(Sayı)/Vol.(Issue): 1(Özel) Sayfa/Page: Araştırma Makalesi Research Article. Özet.

formülü verilmektedir. Bu formüldeki sembollerin anlamları şöyledir: için aşağıdaki değerler verilmektedir.

KMM 302 KİMYA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI I

Ç.Ü Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Yıl:2012 Cilt:27-2

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

DÜNYADAKİ ATIK SU ISI DEĞİŞTİRİCİSİ UYGULAMALARI. Doç.Dr.Hüseyin GÜNERHAN Yük.Müh.Oğuzhan ÇULHA

Isıtma Sistemlerinde Kullanılan Plakalı Isı Değiştiricilerin Termodinamik Analizi

SIKIŞTIRMA ORANININ BİR DİZEL MOTORUN PERFORMANS VE EMİSYONLARINA ETKİLERİ

TERMAL ve ENERJİ MÜHENDİSLİĞİ. Rıdvan YAKUT

Kişilik, enerjiyi yönetebilme ve verimli kullanabilme kabiliyetinin bir göstergesidir. (A. Midilli)

Abs tract: Key Words: Abdullah YILDIZ Mustafa Ali ERSÖZ

Havalı Güneş Kolektörlerinde Farklı Bağlantı Şekillerinin Isıl Performansa Etkisinin Deneysel Analizi

f = =

Doç. Dr. Emin Açıkkalp Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi

Abs tract: Key Words: Meral ÖZEL Serhat ŞENGÜR

Yatay Katmanlı Topraklarda Katman Fiziksel Özelliklerinin Toprak Sıcaklığına Etkisi

Soru No Puan Program Çıktısı 3, ,8 3,10 1,10

KARARLI HAL ISI İLETİMİ. Dr. Hülya ÇAKMAK Gıda Mühendisliği Bölümü

Yaklaşık Sıfır Enerjili Binalar (nnzeb)

KAYNAMALI ISI TRANSFERİ DENEYİ. Arş. Gör. Emre MANDEV

Entropi tünelinden çıkmanın tek yolu ekserji iksirini içmektir! (A. Midilli)

SIVI YOĞUNLUKLARININ BİRİNCİL SEVİYEDE BELİRLENMESİNİ SAĞLAYAN ÖLÇÜM DÜZENEĞİ

KARABÜK İÇİN DERECE-ZAMAN HESAPLAMALARI DEGREE-TIME CALCULATIONS FOR KARABÜK

KYM 101 KİMYA MÜHENDİSLĞİNE GİRİŞ PROBLEM SETİ

KYM 101 KİMYA MÜHENDİSLĞİNE GİRİŞ PROBLEM SETİ

2. YARIYIL / SEMESTER 2

GÜNEŞ ENERJĐSĐ IV. BÖLÜM. Prof. Dr. Olcay KINCAY

Diğer yandan Aquatherm kataloglarında bu konuda aşağıdaki diyagramlar bulunmaktadır.

ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ OTOMOTİV MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Şekil-1 Yeryüzünde bir düzleme gelen güneş ışınım çeşitleri

Hava kanallı termal güneş panelli - Isı geri kazanımlı, Destek ısıtmalı, tam otomatik Meyve - Sebze Kurutma Kabini PSM 8Mini

AKM 205 BÖLÜM 8 - UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ

XII. ULUSAL TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ ERGİN BAYRAK, NACİ ŞAHİN Nisan 2015, İZMİR

İSTANBUL BOĞAZI SU SEVİYESİ DEĞİŞİMLERİNİN MODELLENMESİ. Berna AYAT. İstanbul, Türkiye

KONUTLARDA VE SANAYİDE ISI YALITIMI İLE ENERJİ TASARRUFU - SU YALITIMI EĞİTİMİ VE GAP ÇALIŞTAYI

SOLAREX İSTANBUL Güneş Enerjisi & Teknolojileri Fuarı

Sürdürülebilir Binalarda Isıl Depolama. Dr. İbrahim Çakmanus

Bizim bu projeyi lego parçalarına indirgeyerek yaptığımız robotumuz ise şu şekildedir:

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

TABİİ DOLAŞIMLI, ENDİREKT ISITMALI PRİZMATİK TİP KOLLEKTÖRLÜ GÜNEŞ ENERJİSİ SİSTEMLERİNİN DENEYSEL İNCELENMESİ

Küresel Isınma ile Mücadelede Kentlerin Rolü: Ulaşım ve Yapı Sektöründen Uluslararası Örnekler 12 Eylül 2014

Elektrik Üretiminde Enerji Verimliliği için KOJENERASYON VE TRİJENERASYON

OTG-130 BİLGİSAYAR KONTROLLÜ ISI DEĞİTİRİCİ EĞİTİM SETİ.

BİR SOĞUK DEPOLAMA TANKI İÇERİSİNDEKİ SİLİNDİR POZİSYONLARININ BUZ OLUŞUMUNA ETKİSİNİN SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

Güneş enerjisi kullanılarak sulama sistemleri için yeni bilgi tabanlı model

SORULAR VE ÇÖZÜMLER. Adı- Soyadı : Fakülte No :

Doç. Dr. Mehmet Azmi AKTACİR HARRAN ÜNİVERSİTESİ GAP-YENEV MERKEZİ OSMANBEY KAMPÜSÜ ŞANLIURFA. Yenilenebilir Enerji Kaynakları

T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ISI TRANSFER LABORATUVARI SUDAN SUYA TÜRBÜLANSLI AKIŞ ISI DEĞİŞTİRİCİSİ

SANTRİFÜJ POMPA DENEYİ

1. HAFTA Giriş ve Temel Kavramlar

Havadan Suya Isı Pompası

AİLE TİPİ BİR GÜNEŞLİ KURUTUCUNUN GELİŞTİRİLMESİ

BEP HESAPLAMA YÖNTEMİ REFERANS BİNA, ORANLAR, DÖNÜŞÜM KATSAYILARI ve ENERJİ KİMLİK BELGESİ

Çeşitli Eğimlerdeki Yüzeylere Gelen Güneş Işınımı Şiddetinin Doğu ve Güneydoğu Anadolu Bölgelerindeki Bazı Đller Đçin Analizi

Akıllı Şebekelerde Enerji Depolama Çözümleri

ZAMANA BAĞLI ISI İLETİMİ ÖRNEK PROBLEMLER

NOT: Pazartesi da M201 de quiz yapılacaktır.

Su Debisi ve Boru Çapı Hesabı

KBM0308 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı I ISI İLETİMİ DENEYİ. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1

Transkript:

Cumhuriyet Üniversitesi Fen Fakültesi Fen Bilimleri Dergisi (CFD), Cilt 37 (2016) ISSN: 1300-1949 Cumhuriyet University Faculty of Science Science Journal (CSJ), Vol. 37 (2016) ISSN: 1300-1949 http://dx.doi.org/10.17776/csj.19178 Isı Geri Kazanım Tanklarında Cam Yünü Uygulamasının Termal İncelenmesi Mustafa ÖZDEMİR 1, Korhan ÖKTEN 2 1 Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Sakarya, Türkiye 2 Amasya Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Amasya, Türkiye Received: 16.09.2016; Accepted: 18.11.2016 Özet. Günümüzde, teknolojinin gelişimine paralel olarak enerji tüketiminde önemli artışlar söz konusudur. Oluşan tüketimi karşılamak amacıyla fosil yakıtlara olan bağımlılık artmaktadır. Bu kaynakların kullanımından oluşan salınım, sera etkisi yaratarak küresel ısınmaya sebep olmaktadır. Literatür incelendiğinde genellikle rüzgâr ve güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımına yönelik çalışmalar ön plana çıkmaktadır. Bunun yanı sıra üretilen enerjiden maximum verim elde edilmesi de literatürde önemli bir yer tutmaktadır. Enerjinin verimli kullanımını sağlamak için atık ısının veya yenilenebilir enerji kaynağı olan güneş enerjisi gibi sadece belli bir zaman periyodunda var olan ısının depolanması gerekmektedir. Bunun için ısıl kapasitesi yüksek olan su yaygın olarak depolama kütlesi olarak kullanılmaktadır. Suyun yoğunluğu sıcaklığa bağlı olarak değişmektedir. Bu yüzden ısıtma ve soğutma sırasında sıcaklığı değişen su, depo içinde taşınım akımlarına maruz kalmaktadır. Bu durum ilk bakışta ısı geçişi için avantajlı olarak görülse de, sıcaklık gradyeni, ısı geçişinden dolayı azaldığı için ısının depodan geri kazanımı daha düşük bir sıcaklıkta gerçekleşmektedir. Bu çalışmada konveksiyon akımlarının engellenmesi ve çekilen ısının daha yüksek sıcaklıklarda alınması amaçlanmıştır. Bunun için su emdirilmiş cam yünü, depo donatısı olarak kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre su emdirilmiş cam yünü kütlesinin katı gibi davrandığı gözlemlenmiştir. Bu durum iç enerjinin, cam yünü olmayan depoya göre cam yünlü depo donatısında daha yüksek sıcaklıkta geri alınmasını sağlamıştır. Diğer taraftan, depolanan enerji miktarında azalma olduğu ve ısı geçişinin yavaşladığı tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Isı transferi, Termal enerji depolama, Konveksiyon, Termal katmanlaşma The Thermal Examination of Fibreglasses Application for Heat Recovery Tanks Abstract. Today, there is a significant increment in energy consumption in parallel with development of technology. To supply the consumption, dependency on fossil fuels have increased and emissions, which occur with used fossil fuels, crate greenhouse effect and cause global warming. When literatures are exanimated, generally, it is emphasized using renewable energy sources such as wind and solar energy. Besides, maximum efficiency obtained from produced energy, plays significant role in literature. In order to use energy efficiently, waste heat and solar energy, renewable energy sources which exist only for a certain period of time, should be stored. For this, water, which has a high thermal capacity, is commonly used as storage mass. Density of the water varies depending upon temperature. Therefore, the water of which temperature vary in the course of heating and cooling, is exposed to convections currents in the storage and accelerates its heat transfer. Even though this may seem advantageous at first, as the temperature gradient is decrease due to heat exchange, the heat recovery from the storage occurs at lower temperatures.this study aims to prevent convections currents and to obtain covered heat at higher temperature. Therefore, fibreglass impregnated with water is used as tank equipment. According to the results, fibreglass impregnated with water acts like a solid body. This situation provided that heat retrieves from thermal tank with fibreglass at higher temperatures than thermal tank without fibreglass. However, it was observed that there is a decreasing in the amount of stored energy, and the heat transfer rate decelerates. Keywords: Heat transfer, Thermal energy storage, Convection, Thermal stratification * Corresponding author. Email address: korhan.okten@amasya.edu.tr Bozok: I. Uluslararası Yer Altı Zenginlikleri ve Enerji Konferansı, Yozgat, Türkiye, 6-8 Ekim 2016 http://dergi.cumhuriyet.edu.tr/cumuscij/index 2016 Faculty of Science, Cumhuriyet University

Isı Geri Kazanım Tanklarında Cam Yünü 1. GİRİŞ Günümüzde artan teknoloji ile birlikte enerji tüketimi hızla artmaktadır. Bu da mevcut kaynakların tükenmesine ve çevre kirliliğine yol açmaktadır. Fosil kaynakların hava kirliliği ve iklim değişikliği gibi etkileri bilinmesine rağmen, hala enerji kaynakları arasında en çok kullanılan enerji türüdür. Bu durumun engellenebilmesi için sürdürülebilir ve gelişmiş teknolojiler üretilmelidir[1]. Dünya ülkeleri bu durum karşısında yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmiştir. Çin, rüzgâr ve hidrolik enerjisi vasıtasıyla dünyada elektrik üretimi konusunda başı çekmektedir. Almanya, fotovoltik paneller yardımı ile elektrik üretimi konusunda ilk sıradadır. Amerika, dünyada biyo yakıtlardan en çok faydalanan ülkedir. Bunun yanında Kanada, Japonya, Hollanda yenilenebilir enerji kaynaklarından önemli ölçüde yararlanan diğer ülkeler olarak söylenebilir. Ülkemizde ise hidro, jeotermal ve güneş enerjisi sistemleri kullanılmaktadır[2]. Dünyada yenilenebilir enerji kaynaklarına eğilimin artmasına rağmen yatırım maliyetlerinin yüksek olması ve sürekliliğinin olmaması bu kaynaklar önünde önemli bir engel teşkil etmektedir[3]. Mevcut bu durum enerjinin mümkün olan en verimli şekilde kullanılması çalışmalarını artırmıştır. Enerjinin depolanabilmesi için birçok yöntem bulunmasına rağmen uygulanabilirliğinin kolay olmasından dolayı termal enerji depolama en yaygın olanıdır[4]. Bilindiği üzere enerji yok olmamakta sadece niteliği değişmektedir. Atık ısı şeklinde niteliğini kısmen kaybetmiş enerjinin kullanılabilecek alanlara yönlendirilmesi ve bununla ilgili yapılan çalışmalar enerji tasarrufu sağlamaktadır. Bunun için zaten başlı başına bir mühendislik alanı olan enerji depolama yöntem ve teknikleri giderek önem kazanmaktadır. Sanayi tesislerinde oluşan atık ısıların sürekli rejimde oluşmadığı durumlarda veya güneş enerjisi gibi belirli zaman dilimlerinde var olup diğer zamanlarda mevcut olmayan kaynaklar için sürekliliğin sağlanması enerji depolaması ile mümkün olmaktadır. Bu zorunluluk nedeniyle gerek güneş enerjili sistemlerinde gerekse de atık ısı geri kazanımı gerektiren uygulama alanlarında, ısı enerjisi depolama yöntemlerinin önemi büyüktür[5]. Isı iki yöntemle depolanabilmektedir. Bunlar duyulur ısı depolama ve faz değişimli ısı depolamadır. Duyulur ısı depolama, sıcaklık değişimi sırasında malzemenin depoladığı enerjidir. Faz değişimli ısı depolama ise malzemenin hal değişimi sırasında depoladığı enerjidir[6]. Pratikte uygulanabilirliği kolay olmasından dolayı duyulur ısı depolama yöntemleri ön plana çıkmaktadır. Duyulur ısı enerjisi depolama malzemesi olarak su, yüksek enerji depolama kabiliyeti, kolay bulunabilirliğinden dolayı yaygın olarak kullanılmaktadır. Gerek güneş enerjili sistemlerin gerek atık ısı depolama tanklarının verimlerini artırmak amaçlı, Literatürde ısı gradyenlerinin ve termal katmanlaşmanın incelendiği birçok çalışma vardır. Lavan ve Thompson farklı giriş ve çıkış sıcaklıklarının, farklı yükseklik ve çap oranlarının, farklı giriş ve çıkış geometrilerinin, farklı debilerin termal katmanlaşma üzerine etkilerini deneysel olarak incelemiştir. Bunun sonucunda parametrelerin artışının termal katmanlaşmaya olumlu etki yaptığı görülmüştür[7]. Andersen ve Furbo katmanlaşmamış termal tanklarda depolama verimini incelemiştir. Bu çalışmanın sonucunda güneş enerjili sistem veriminin % 23 oranında düştüğü gözlemlemiştir[8] [8]. Spur ve ark. 3 farklı özellikteki tankın termal verimliliğini incelemiştir. Deneyler sonucunda yaygın olarak kullanılan enerji depolama sistemlerine göre termal katmanlaşmanın olduğu sistemlerin % 32 daha verimli olduğunu gözlemlemiştir[9]. Igci ve Arslan yeni tasarlanan bir termal tankın ısı çekimi sırasındaki performansının belirlenmesine yönelik bir çalışma yürütmüşlerdir. Çalışma sonucunda, belirlenen termal katmanlaşmanın ısı çekilmesi sırasında Grashoff sayısının yüksek değerleri için paralellik gösterdiği gözlemlenmiştir. Belirli değerler için su sıcaklığının mümkün olan maksimum süre S140

ÖZDEMİR, ÖKTEN korunabildiği sonucuna varılmıştır[10]. Helva ve ark. yatay tanklarda termal davranışı incelemiş ve termal katmanlaşmanın tankın yükleme karakteristiğine bağlı olduğu sonucuna varılmıştır[11]. Termal tankların davranışlarıyla ilgili bahsi geçen bu çalışmalara rağmen uzun vadeli ısı yükleme ve ısı çekilmesini kapsayan kapsamlı çalışma sayısının artırılması gerektiği görülmüştür. Bu çalışmanın amacı 50-55 sıcaklığında atık ısı depolayabilecek sıvı su bazlı depolama yöntemi için ısı geçişleri sırasında depo içerisindeki suyun sıcaklık gradyenindeki değişimleri inceleyerek ısı yükleme ve boşaltma periyotlarını iki farklı donatı ile ortaya koymaktır. Depo içi donatılar; I. Isı alışverişi yapan spiral kıvrılmış boru depo içinde doğal taşınım yapabilen su içerisinde bulunmaktadır. II. Isı alışverişi yapan spiral kıvrılmış boru depo içinde ısıyı depolayacak olan su camyününe emdirilerek doğal taşınım yapması engellenmiştir. Elde edilen sonuçların ışığında göreceli olarak kısa ve uzun periyotla yükleme ve boşaltma için hangi tür depo donatısının kullanılacağı ortaya konulmuştur. 2. DENEYSEL ÇALIŞMA Deney düzeneği olarak Şekil 1 de görülen, 100 L lik depolama kapasitesi olan rejeneratif ısı değiştiricisi tasarlanmıştır. Şekil 1. Isı depolama tankı tasarım resmi ve depo içi görüntüsü Şekil 1 de görülen tanka sıcaklıkların ölçülebilmesi için Şekil 2 de görülen eşit aralıklarla sıralanmış ve her biri 20 L lik hacmin sıcaklığını ölçen sıcaklık sensörleri yerleştirilmiştir. Her bir sensör, ölçtüğü bölümlere göre adlandırılmıştır. S141

Isı Geri Kazanım Tanklarında Cam Yünü 5. BÖLÜM 4. BÖLÜM 3. BÖLÜM 2. BÖLÜM 1. BÖLÜM Şekil 2. Depo içine yerleştirilen sensörler Sıcaklık ölçümleri sırasında sıcaklık ölçüm mekanizmasından kaynaklı ölçüm hataları olabilmektedir. Sıcaklık ölçüm mekanizmasının, ölçülen her sıcaklıktaki hata değeri ± 0,2 dir. Buradan yola çıkarak ölçümlerdeki hata miktarları belirsizlik analizi yöntemi ile bulunmuştur. 2 2 1/2 1 2 H a b (1) Denklem 13 te görülen H ölçülen sıcaklık değerlerinde ki hata oranını, a ve b değerleri sırasıyla ölçülen sıcaklık değerleridir. 2 2 1/2 H 0,2 0,2 (2) = ±0,28 Bulunan H değeri T sıcaklık farklarını değiştirme miktarı (Tablo 6); Maximum sıcaklık farkı için: 0,28 0,0218 12,8 Minimum sıcaklık farkı için : 0,28 0,14 olarak belirlenmiştir. 2 Şekil 3'te sıcaklıkların okunduğu sıcaklık göstergeci ve 5 cm lik cam yünü ile yalıtımı yapılmış ısı depolama tankı görülmektedir. S142

ÖZDEMİR, ÖKTEN Şekil 3. Deney düzeneği ve su emdirilmiş cam yünü depo donatısı Deney düzeneğinin kurulmasının ardından cam yünlü ve cam yünsüz donatılar için deneyler yapılmış ve sonuçlar kıyaslanmıştır. 3. DENEYSEL SONUÇLAR 3.1 Isı depolama tankının kayıplarının belirlenmesi Öncelikle ısı deposundan birim zamanda çevreye geçen ısı enerjisi miktarı hesaplanarak depo ile çevre arasındaki toplam ısı geçiş katsayısı (K) belirlendi. Sistem kapalı bir sistemdir ve birim zamandaki iç enerji değişimi birim zamanda çevreye geçen ısıya eşittir. Denklem 3 te enerji denkliği verilmiştir. du g g Qk W dt (3) Denklem 1'de görülen Q k (kj) kaybolan ısıl enerji, U (kj) iç enerji, W yapılan iştir. W=0 dır. Denklemdeki değerler yerine konulduğunda Denklem 4 elde edilir. du md KAT T dt Ç (4) du Burada m d değeri küçük sıcaklık aralığında m dt dt dc v olarak ifade edilebilir ve Denklem 5 elde edilir. dt dt mdcv KAT Tç dt (5) Denklem 3 de m d depo kütlesi, K toplam ısı geçiş katsayısı, A depo alanı, T ç çevre sıcaklığı ve c v özgül ısıdır. Her iki tarafın integrali alındığında denklem 6 elde edilir. KA ln T1 TÇ ln T2 TÇ t mc d v (6) S143

K (W/m 2 ) SICAKLIK ( ) Isı Geri Kazanım Tanklarında Cam Yünü K değeri çekildiğinde Denklem 7 elde edilir. 1 Ç 2 ç ln T T ln T T K At (7) Test düzeneğinde, Denklem 7 de görülen A =1,173 m 2, m d=98,8 kg, T ç=20,4 dir. Yukarıda görüldüğü gibi Denklem 7 yardımı ile her bir zaman dilimi için ölçülen sıcaklık değerlerinde (K) toplam ısı geçiş katsayısı hesaplanabilmektedir. K değerinin hesaplanabilmesi için depodan 2 saat aralıklarla aşağıda verilen sıcaklıklar ölçüldü. 60 55 50 45 40 35 Sıcaklık Değişimleri Ortam Sıcaklığı 30 25 20 15 0 2 4 6 8 10 12 ZAMAN (saat) Şekil 4. Depo soğuma grafiği Ölçülen sıcaklık değerleri kullanılarak zaman aralıklarında toplam ısı geçiş katsayısı (K) Denklem 7 vasıtasıyla hesaplandı. ısı geçiş katsayısının (K) sıcaklığa göre değişim grafiği ise Şekil 5'te verilmektedir. 0,0025 0,002 y = 3E-11e 0,3313x 0,0015 0,001 0,0005 0 51 52 53 54 55 SICAKLIK ( ) Şekil 5. K değerleri değişim grafiği S144

SICAKLIK( 0 C) ÖZDEMİR, ÖKTEN Hesaplanan toplam ısı geçiş katsayısı (K) değerlerinin ortalaması alınarak yeni bir K değeri hesaplandı ve bu değer 1,207 10-3 kw/m 2 olarak bulundu. 3.2 Isı depolama periyodu Isı depolama sırasında cam yünlü ve cam yünsüz donatılar için 5 er dakika aralıklarla sıcaklıklar ölçüldü ve karşılaştırmalı olarak verildi. Öncelikli olarak ısı depolama sırasında cam yünlü ve cam yünsüz donatılı tankın 5 bölgesinden eş zamanlı olarak ölçülen sıcaklar verilmiştir. Sıcaklıklar 0,0527 m 3 /s lik debi değeri için ölçülmüştür. Öncelikli olarak cam yünsüz donatılı ısı depolama tankında ölçülen sıcaklık değerleri Şekil 6 da verilmiştir. 45 40 35 30 25 20 BÖLÜM 1 BÖLÜM 2 BÖLÜM 3 BÖLÜM 4 BÖLÜM 5 0 5 10 15 20 25 30 35 ZAMAN(DK) Şekil 6. Cam yünsüz donatılı ısı depolama tankı ısınma grafiği Şekil 7 de cam yünlü donatılı ısı depolama tankında ölçülen sıcaklıklar verilmiştir. S145

SICAKLIK( 0 C) Isı Geri Kazanım Tanklarında Cam Yünü 45 40 35 30 25 20 BÖLÜM 1 BÖLÜM 2 BÖLÜM 3 BÖLÜM 4 BÖLÜM 5 0 5 10 15 20 25 30 35 ZAMAN(DK) Şekil 7. Cam yünü donatılı ısı depolama tankı ısınma grafiği. Yukarıda görüldüğü gibi cam yünlü donatılı ısı depolama tankında sıcaklık farkları cam yünsüz donatılı termal tanklara göre daha düşüktür. Ancak Şekil 7, Bölüm 5 sıcaklık dağılımı incelendiğinde diğer bölümlerden etkilenmediği gözlemlenmiştir. Bu da konveksiyon akımlarının azalarak ısı gradyenlerinin ve termal katmanlaşmanın korunduğunu bize göstermektedir. Aşağıda, belirtilen depo için enerji denkliği verilmiştir. Bu ısı geçişi olayı için zamana göre enerji denkliği yazılırsa; du W Q rj Q dt g g g k (8) Denklem 8 elde edilir. W =0 olarak alındı. Bu denklemdeki Q k kayıp enerji miktarı, Q rj spiral borudan geçen enerji miktarıdır. Bu ifadeler Denklem 9 ve 10 daki gibi tanımlanabilir. g du Qd m d dt g Qk KAT lm İfadelerin yerine yazılmış hali Denklem 11 gösterilmiştir. du m Qrj KA T d dt g lm (9) (10) (11) S146

Q rj (kw) Ortlama sıcaklık değeri ( ) ÖZDEMİR, ÖKTEN Qrj değeri çekilirse Denklem 12 aşağıda görüldüğü gibi elde edilir g du Qrj m KAT d dt lm (12) Denklem 12 yardımıyla Q rj hesaplanırken aşağıda verilen kabuller yapılmıştır; 1. Ortam sıcaklığı sabit kabul edilmiştir. 2. Q k değeri sabit kabul edilmiştir. 3. Q rj, belirli bir zaman aralığında spiral borudan geçen suyun; kütlesel debisi, özgül ısısı ve sıcaklık farkı bilinmektedir. Bu ısıyı alan depodaki suyun her bir bölümünde ne kadar depolandığı bilinmelidir. Bunun için Q rj değeri, her bir bölümdeki sıcaklık değişimine bağlı olarak söz konusu bölümlere dağıtıldı. Bölümlere giren ısı yine zamana bağlı olarak iç enerjinin artışına neden olduğu için, iç enerji artışı eşitliğinden yararlanarak olması gereken ve ilgili bölümün tamamı için geçerli bir sıcaklık değeri hesaplanmıştır. Bu kabul, bölüm içindeki sıcaklığın homojen dağılmadığı halde homojen dağılmış gibi görülerek bir referans sıcaklık değeri belirlenmesine dayanmaktadır. Ölçülen sıcaklık değerleri ve hesaplanan Q rj ortalama değerleri ile cam yünlü ve cam yünsüz donatılı ısı depolama tankları karşılaştırılmıştır. 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 CAM YÜNSÜZ CAM YÜNLÜ 60 50 40 30 20 10 0 CAM YÜNSÜZ CAM YÜNLÜ Şekil 8. Cam yünlü ve Cam yünsüz donatılı Qrj değerleri ve ortalama sıcaklık değerleri Şekil 8 gösteriyor ki cam yünsüz donatılı ısı depolama tanklarında ısı transferi daha fazla olmasına rağmen cam yünü donatılı ısı depolama tanklarında daha yüksek sıcaklıkta ısı depolanabilmektedir. 3.3 Isı depolama tankından ısı çekimi periyodu Isı çekimi sırasında cam yünlü ve cam yünsüz donatılar için 5 er dakika aralıklarla sıcaklıklar ölçüldü ve karşılaştırmalı olarak incelendi. S147

SICAKLIK ( 0 C) SICAKLIK( 0 C) Isı Geri Kazanım Tanklarında Cam Yünü Isı depolama tankından ısı çekilmesi sırasında cam yünlü ve cam yünsüz donatılı tankın 5 bölgesinden eş zamanlı olarak ölçülen sıcaklar verilmiştir. Sıcaklıklar 0,0247 m 3 /s lik debi değeri için ölçülmüştür. Şekil 9 da cam yünsüz dağılımlı ısı depolama tankları için sıcaklık dağılımları görülmektedir. 55 50 45 40 35 BÖLÜM1 BÖLÜM2 BÖLÜM3 BÖLÜM4 BÖLÜM5 30 0 5 10 15 20 25 30 ZAMAN(DK) Şekil 9. Cam yünsüz donatılı ısı depolama tankı ısınma grafiği Şekil 10 da cam yünü donatılı ısı depolama tanklarında sıcaklık dağılımları görülmektedir. 60 55 50 45 40 35 30 BÖLÜM1 BÖLÜM2 BÖLÜM3 BÖLÜM4 BÖLÜM5 0 5 10 15 20 25 30 ZAMAN (DK) Şekil 10. Cam yünü donatılı ısı depolama tankı ısınma grafiği Şekil 9 ve 10 da cam yünsüz donatılı sıcaklık farklarının cam yünü donatılı sıcaklık farklarına göre daha yüksek olduğu görülmektedir. Aşağıda, belirtilen depo için enerji denkliği verilmiştir. Bu ısı geçişi olayı için zamana göre enerji denkliği yazılırsa; du W Q rj Q dt g g g k (13) S148

Q rj (KW) Değerleri( 0 C) ÖZDEMİR, ÖKTEN Denklem 13 elde edilir. W =0 dır. Bu denklemdeki Q k kayıp enerji miktarı, Q rj, spiral borudan geçen enerji miktarıdır. Bu ifadeler Denklem 8, 9 ve 10 daki gibi tanımlanabilir. g du Qd m d dt g Qk KAT lm (14) (15) İfadeler yerine yazıldığında Denklem 11 elde edilir. du m Qrj KA T (16) d dt lm Q rj değeri çekildiğinde, Denklem 18 elde edilir. du Qrj m KA T (17) d dt lm Sonuçların daha iyi görülebilmesi için Şekil 11 de veriler kıyaslamalı olarak verilmiştir 2.500 49 2.000 1.500 1.000 500 CAM YÜNLÜ CAM YÜNSÜZ Ortalama Sıcaklık 48,9 48,8 48,7 48,6 48,5 48,4 Cam Yünlü Cam Yünsüz 0 48,3 Şekil 11. Cam yünlü ve Cam yünsüz donatılı Qrj değerleri ve ortalama sıcaklık değerleri Şekil 11 gösteriyor ki cam yünsüz donatılı ısı depolama tanklarında ısı transferi daha fazla olmasına rağmen cam yünü donatılı ısı depolama tanklarında daha yüksek sıcaklıkta ısı çekilebilmektedir. 4. SONUÇLAR Yapılan deneyler sonucunda cam yünü donatılı termal tankta ısı gradyenlerinin korunduğu ve daha yüksek sıcaklıkta ısı çekildiği görülmüştür. Ancak cam yünsüz termal tankta cam yünlü termal tanka göre daha hızlı ısı transferi olduğu gözlenmiştir. Tüm bunlar camyünü donatılı termal tankların uzun vadeli depolamalarda cam yünsüz donatılı termal tankların ise kısa vadeli depolamalar için uygun olduğu gözlenmiştir. 5. AÇIKLAMA Bu metin 1. Uluslararası Yer Altı Zenginlikleri ve Enerji Konferansında bildiri olarak sunulmuştur. S149

Isı Geri Kazanım Tanklarında Cam Yünü 6.KAYNAKLAR 1. G. Li, Sensible heat thermal storage energy and exergy performance evaluations, Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 53, pp. 897 923, Jan. 2016. 2. F. S. J. L. S. Kristin Seyboth, RENEWABLES 2016 GLOBAL STATUS REPORT - Full Report, no. 3. 2016. 3. H. Paksoy, H. Evlđya, B. Turgut, M. Mazman, Y. Konuklu, Ö. Gök, M. Ö. Yilmaz, S. Yilmaz, B. Beyhan, and N. Şahan, Alternatif Enerji Kaynaklarının Termal Enerji Depolama ile Değerlendirilmesi. 4. M. Kozak, Ş. Kozak, and A. Kelimeler, ENERJİ DEPOLAMA YÖNTEMLERİ ENERGY STORAGE METHOD, Enerj. Depolama Yöntemleri SDU Int. Technol. Sci., vol. 4, no. 2, pp. 17 29, 2012. 5. I. Dincer and M. Rosen, Thermal Energy Storage Systems and Applications. 2011. 6. R. M. Dickinson, C. A. Cruickshank, and S. J. Harrison, Charge and discharge strategies for a multi-tank thermal energy storage, Appl. Energy, vol. 109, pp. 366 373, 2013. 7. Z. Lavan and J. Thompson, Experimental study of thermally stratified hot water storage tanks, Sol. Energy, vol. 19, no. 5, pp. 519 524, 1977. 8. E. Andersen, Thermal destratification in small standard solar tanks due to mixing during tapping, 1999. 9. R. Spur, D. Fiala, D. Nevrala, and D. Probert, Performances of modern domestic hot-water stores, Appl. Energy, vol. 83, no. 8, pp. 893 910, 2006. 10. M. Arslan and A. A. Igci, Thermal performance of a vertical solar hot water storage tank with a mantle heat exchanger depending on the discharging operation parameters, Sol. Energy, vol. 116, pp. 184 204, 2015. 11. N. H. Helwa, A. M. Mobarak, M. S. El-Sallak, and H. H. El-Ghetany, Effect of hot-water consumption on temperature distribution in a horizontal solar water storage tank, Appl. Energy, vol. 52, no. 2, pp. 185 197, 1995. S150