Yutucu Yüzeyli ve YoğunlaĢtırıcılı GüneĢ Kolektörleri Ġle Hava Isıtmasının Ġncelenmesi

6 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 11), 16-18 May 211, Elazığ, Turkey Yutucu Yüzeyli ve YoğunlaĢtırıcılı GüneĢ Kolektörleri Ġle Hava Isıtmasının Ġncelenmesi M.A. Ersöz UĢak Üniversitesi UĢak/Türkiye, maliersoz@hotmail.com Investıgatıon Of The Aır Heatıng By Solar Collectors Wıth The Absorber Surface And Condenser Abstract In this study three model was designed and prototyped to get hot air which are required for heating various places such as houses and greenhouses etc., and industrial drying processes using solar energy. In the first model, a fin was mounted vertically to absorber pipe and it s below a reflector consists of V-shaped planar mirrors inside a collector box. In the second model, below the absorber pipe which fin was mounted vertically to it, planar mirrors in width of 3 mm and semicylindrical reflector were mounted. In the last model, absorber surface mounted onto two side of absorber pipe which carries fluid. These collectors designed and implemented were investigated experimentally and evaluated results in Uşak, Turkey. In the collectors which has V-shaped reflector, semicylindrical reflector, and absorber surface, average efficiencies were found 2.9 %, 19.6 % and 2.6 % respectively. Keywords Solar collectors, absorber area, focalization collectors, air heating, thermal efficiency I. GĠRĠġ Enerji; insan yaģamının su ve hava gibi vazgeçilmez ihtiyaçlarından biridir. Ġnsan, var olduğundan beri varoluģunu sürdürebilmek için evrenin enerji kaynaklarını kullanmaktadır. Bugün, enerji dünden daha azdır. Artan dünya nüfusu ve insanın rahat yaģama arzusunun sonucu olarak, geliģen teknoloji, enerji kaynakları tüketimini hızlandırmıģtır. Günümüze kadar odun, kömür, petrol, doğalgaz gibi tükenebilir enerji kaynaklarının öncelikli ve yoğun kullanımı, tükenebilir enerji rezervlerinde büyük ölçüde azalmaya, insanlığı ve evreni tehdit eden çevresel ve iklimsel tehlikelere neden olmuģtur. Günümüzde de bu tehlikeleri devam etmektedir. Bu sürecin tabii sonucu olarak ülkeler, uluslararası sözleģmelerle, çevre dostu, temiz, yenilenebilir enerji kaynaklarında yeni arayıģlara yönelmiģlerdir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının içerisinde de güneģ enerjisi en önemli yeri tutmaktadır. Bu nedenle güneģ enerjisinden yararlanmak için çok değiģik teknolojiler geliģtirilmekte, bununla birlikte güneģ kollektörleri kullanımı büyük önem kazanmaktadır. GüneĢ enerjisinden yararlanma yöntemlerinden en yaygın olanı ısıtma uygulamaları olup, su ve hava ısıtmalı kolektörler ile güneģ enerjisinin ısısından yararlanılmaktadır. Hava ısıtmalı güneģ kolektörleri düģük sıcaklık gerektiren endüstriyel kurutma süreçlerinde ve ısıtma amaçlı olarak konutlarda, seralarda vb. mahaller için kullanılmaktadırlar. Havalı güneģ kollektörlerinin, ucuz olmaları, yerel imkân ve malzemelerle rahatlıkla imal edilebilmeleri, ileri teknoloji gerektirmemeleri, bakım ve iģletme maliyetlerinin olmaması ve çevre dostu olmaları kullanımlarının ve bu alandaki araģtırmaların artmasına neden olmuģtur [1]. Bu kollektörlerin korozyon ve sızıntı problemleri sıvılı güneģ kolektörlerine göre yoktur. En önemli sakıncası ise yutucu plaka ile hava akımı arasındaki ısı transfer katsayısının düģük olması ve bunun sonucu ısıl veriminin düģük olmasıdır [2]. Birçok araģtırmacı, havalı güneģ kollektörleri ile ilgili çalıģmalar yapmıģtır. Yapılan bu çalıģmalar genellikle, uygulamaları ve ısıl verimlerinin artırılması için yapısını oluģturan bileģenleri ile ilgilidirler. Bu araģtırmalardan bazıları aģağıdaki gibidir. Benli ve DurmuĢ, düz, trapez, oluklu, ters trapez, ters ondülin yüzeyli plakaların her birinden 2 adet olmak üzere yapılan havalı güneģ kollektörlerinin sera ısıtmasında deneysel incelemesi [3], Yeh ve Lin, düz plakalı hava ısıtmalı güneģ kollektörlerinin verimleri üzerinde birbirine paralel olan engellerin etkisini deneysel ve teorik olarak incelemesi [4], Karim ve Hawlader, düz plakalı, kanatçıklı ve oyuklu havalı güneģ kolektörlerini deneysel ve teorik olarak incelemesi [], Doğan, bir tabii dolaģımlı düz saç kanal kollektör, bir oval borulu kollektör, bir cebri akımlı kapalı sistem düz ısı borulu kollektör ve bir de cebri akımlı hava ön kurutmalı olmak üzere dört ayrı tip ve özellikte güneģ kolektörü ile havanın ısıtılması ve ısınan havanın da kurutmada kullanılması için deneysel olarak karģılaģtırılması [6], Sugözü ve Sarsılmaz, Elazığ/Türkiye de 13 m 3 lük bir oda inģa ederek bu odanın güney duvarına düz toplayıcılı havalı güneģ kollektörü yerleģtirip kıģ aylarında, havalı güneģ kollektörü ile odanın iç 137

M.A. Ersöz ortam havası ısıtılmasının incelenmesi [7], Metwally ve arkadaģları, x1x.12 m boyutlarında akıģ oranları.1-.1kg/s olan güneģ radyasyonu miktarı 6-9 W/m 2 olduğu anlarda oluklu kanallı havalı güneģ kollektörü ve değiģik geometriye sahip kollektör tiplerini performans yönünden karģılaģtırması [8], Yılmaz ve arkadaģları, çift fazlı (ısı borulu) güneģ kollektörlü sıcak hava hazırlama cihazının performans değerinin belirlenebilmesi için, ısı borulu güneģ kolektöründen bir prototipi hazırlamak için içlerine % 4 R134a gazı dolduruluģ 1 adet ısı borusunun yan yana yerleģtirilmesiyle elde edilen kolektörlerde ısıtılan hava ısıtılacak mahale gönderilmesi ve kollektör yüzeyine gelen güneģ ıģınımı miktarı, hava giriģ-çıkıģ sıcaklıkları ölçerek bu değerler yardımıyla sistem veriminin hesaplanması [9], çalıģmalarını yapmıģlardır. GüneĢ enerjisinden etkin bir Ģekilde yararlanılabilmesi, uygun teknolojilerin geliģtirilmesi ile mümkün olacaktır. Bu çalıģmada, kollektör malzemelerinin kolay temin edilebilirliği, üretim imkânları, malzemelerin ısıl özellikleri ve üretiminin ekonomikliği gibi temel parametreler dikkate alınarak bir adet VE yansıtıcılı kolektör (VYK), bir adet silindirik yansıtıcılı kolektör (SYK) ve bir adet yutucu yüzeyli kolektör (YYK) tasarımı ve imali yapılarak, hava ısıtmasında ısıl verimliliğinin deneysel incelemesi yapılmıģtır. II. DOĞRUSAL YOĞUNLAġTIRICILI KOLLEKTÖRLER GüneĢ ıģınlarını, çizgisel bir hat üzerinde yoğunlaģtıran düzeneklere doğrusal yoğunlaģtırıcılı toplayıcı denir. GüneĢ toplayıcılarını kullanmaktaki maksat, üzerine düģen güneģ ıģınımının mümkün olduğu kadar büyük bir kısmından faydalanabilmektir. Bu bakımdan düzlemsel toplayıcıların yanında ıģınımı yoğunlaģtıran bu toplayıcılar önemli bir yer tutar. YoğunlaĢtırılmıĢ toplayıcıların teorik olarak üç sebepten dolayı kullanılması düģünülebilir [1]. 1. GüneĢ enerjisinden dönüģtürülen enerjinin, özellikle ısı enerjisinin sıcaklık seviyesini artırmak. 2. Isı kayıpları olan yüzeyi küçülterek toplayıcının verimini yükseltmek. 3. Daha kullanıģlı ve ekonomik bir toplayıcı meydana getirmek. Odaklayıcı kollektörlerin fonksiyon itibariyle temel iki temel bileģeni optik sistem ve alıcıdır. Optik sistemin iģlevi güneģ radyasyonunu yoğunlaģtırmaktır. Alıcının görevi ise güneģ radyasyonunu yutmak ve bunu baģka bir enerji Ģekline dönüģtürmektir. GüneĢ ıģınımı yansıtıcı yüzey ile bir doğrusal bir alıcıya yoğunlaģtırılır. Alıcı; cam tüp, yüzeyi yaklaģık %97 lik bir absorbtiviteye sahip çelik alıcı boru ve cam-metal birleģtiricilerden oluģur. Alıcı boru üzerinde meydana gelen yüksek sıcaklık nedeniyle oluģan ısı kayıplarını azaltmak için, cam tüp ile alıcı boru arasındaki hava vakumlanmıģtır. Bu boģluk basıncı yaklaģık,1 atm dir. Isıya dayanıklı cam tüp, yüksek bir geçirgenliğe ve radyasyon kayıplarını en aza indirgemek için antireflektif bir yapıya sahiptir. Sıcaklık nedeniyle meydana gelen genleģmelerin etkilerini gidermek için körüklü cam-metal birleģtiriciler kullanılmaktadır [11]. Aynı açıklık alanına gelen güneģ ıģınımından yoğunlaģtırıcı kolektörler ile düz kollektöre nazaran daha fazla miktarda faydalanılabilir. Alıcı yüzeyin küçültülmesi ile ısı kayıpları azaltılabilir. Ayrıca, küçülen yüzey üzerinde toplam ısı geçiģ katsayısını da küçültecek önlemler alınması daha kolay ve ucuz olur. Sıcaklığın, dolayısıyla çevre ile sıcaklık farkının artması ısı kaybının artmasına sebep olursa da aynı sıcaklıktaki toplayıcılar için alıcı yüzeyin ve bilhassa toplam ısı geçiģ katsayısının küçülmesi ile toplayıcı verimi bakımından diğer kayıplar (gölge, iyi takip edememe, yansıtılan ıģınların alıcı yüzey üzerine düģmemesi, vb.) yüzünden de verim azalır. Bu yüzden yoğunlaģtıran kollektörlerde vakum borulu alıcılar kullanılır [12]. Geleneksel yoğunlaģtırıcı tip toplayıcılar güneģi takip etmelidirler. GüneĢin hareketini takip edebilmek için kullanılan iki yöntem vardır. Bunlardan birincisi güneģi hem enlem hem de boylam yönlerinde takip edebilme özelliği olan bir cihazla çalıģan altazimuth sistemdir. Düz plaka tipi güneģ toplayıcıları genellikle bu yöntemi kullanmaktadırlar. Ġkinci yöntem ise toplayıcının güneģi bir eksen üzerinde takip etmesidir. Bu eksenler doğu-batı veya kuzey-güney dir. Parabolik oluk tip toplayıcılar genelde bu yöntemi kullanılırlar. Bu sistemin kullanımında günesin düzgün takip edilmesi için günesin gökyüzündeki hareketi hakkında düzenli ve kesin veriler gereklidir [11]. Doğrusal yoğunlaģtırıcı tip toplayıcılarla ilgili birçok tasarım yapılmıģtır. YoğunlaĢtırıcı yansıtıcı, dairesel veya oluk seklinde parabolik yansıtıcı, karıģık parabolik yansıtıcı, sürekli veya parçalı toplayıcılar kullanan tasarımlar vardır. Toplayıcı Ģekilleri düz, içbükey, silindirik, dıģbükey olabilir. Toplayıcı yüzeyleri örtü malzemesi ile kaplanmıģ veya kaplanmamıģ olabilir. Optik kalitenin iyileģtirilmesi ve optik konumlandırma sistemlerinin kullanılması ile bu toplayıcılardaki sıcaklıklar ve yoğunlaģtırma oranları arttırılır. III. DENEYSEL ÇALIġMA A. Deney Setinin Hazırlanması VYK de güneģ ıģınımlarını, kanatçıklı alıcı boru üzerine odaklamak için 14x1 mm boyutlarında hazırlanan düzlem 138

Yutucu Yüzeyli ve Yoğunlaştırıcılı Güneş Kolektörleri İle Hava Isıtmasının İncelenmesi aynalar, aralarında 9 olacak Ģekilde V biçiminde kolektör kasası içerisine yerleģtirilmiģlerdir (ġekil 1). SYK de ise r = 1 mm yarıçapındaki yarım silindirik mesnet üzerinde 3x1 mm boyutlarındaki düzlem aynaların yan yana birleģtirilmesiyle hazırlanan yansıtıcı, kanatçıklı alıcı boru altına yerleģtirilmiģtir (ġekil 1). YYK de alıcı borunun iki tarafına yutucu yüzey ilavesi yapılmıģtır (ġekil 1). Belirtildiği üzere deney sisteminin sadece yutucu yüzey ve yoğunlaģtırıcı bölümleri farklıdır. Sistemin diğer bileģenlerinin özellikleri aynı olup aģağıda açıklandığı gibidir. Kolektör kasası 2x1x mm boyutlarında 18 mm kalınlığındaki mdf malzemeden yapılmıģtır. Kolektör kasasının altına ise kaplama malzemesi olarak mm kalınlığındaki kontraplak kullanılmıģtır. Her bir kollektörün güneģ alma yüzey alanı birbirine eģit olup.2 m 2 dir. Alıcı boru, Ø 22 mm çapında ve 12 mm boyunda bakır borudan hazırlanmıģtır. GüneĢ ıģınımlarından daha fazla yararlanabilmek için. mm kalınlığında ve 9x1 mm boyutlarında olan bakır levha malzemeler alıcı borulara dikey konumda, kanatçık olarak sert lehimleme ile eklenmiģlerdir (ġekil 1). Hazırlanan kanatçıklı alıcı borunun, kollektör kasası içerisinde kalan tüm yüzeyi güneģ ıģınımlarını daha iyi absorbe edebilmesi için mat siyah metal boyası (kollektör boyası) ince bir film tabaka oluģturacak Ģekilde boyanmıģtır (ġekil 2). Cam, kollektör kasasında hazırlanan kanala yerleģtirildikten sonra ısıl kayıpları en aza indirmek için Ģeffaf silikon ile yapıģtırılarak, krom-nikel sacdan L biçiminde hazırlanan köģe malzemesi ile sabitlenmiģtir. Alıcı boru üst yüzeyi ile cam örtü arasında 3 mm açıklık bırakılmıģtır. ġekil 2: Deney setinin görünümü Kollektörlerde ısıtılacak olan hava deney sistemine bağlanan bir eksenel fandan sağlanmıģtır. Kollektörlerin birbirine bağlantılarında ¾ galvanizli çelik boru ve bağlantı elemanları kullanılmıģ, ısı yalıtımı kauçuk polietilen (izocam armaflex) ile yapılmıģtır (ġekil 2). Her bir kolektör için hava hızı kollektör çıkıģında 3 m/s olacak Ģekilde kolektör giriģindeki vanalar ile ayarlanmıģ ve tüm deneylerde, hava hızı kolektör çıkıģında 3 m/s olarak sabit tutulmuģtur. ġekil 1: Üretilen kolektörlerin üst ve önden kesit görünümü Her bir kollektörde örtü malzemesi olarak 3 mm kalınlığında saydam, renksiz, sodakalsik camı (düzcam) kullanılmıģtır. B. Deney Planıı Hazırlanan hava ısıtmalı güneģ kolektörlerinin ısıl analizi için 2,3 ve Temmuz 21 tarihlerinde 3 gün süre ile deneyler yapılmıģtır. Hazırlanan deney seti, gölgeleme faktörü olmayan bir yerde, yatayla lik bir açı ve güneye bakacak bir Ģekilde konumlandırılarak UĢak/Türkiye Ģartlarında deneysel olarak incelenmiģtir. Deneylere hergün saat 1: da baģlanmıģ, 16: da son verilmiģtir. 139

1: 1:3 11: 11:3 12: 12:3 13: 13:3 14: 14:3 : :3 16: Sıcaklık ( C) M.A. Ersöz Ölçümler belirtilen saatler arasında er dakikalık aralıklarla yapılmıģtır. Deneylerde çevre sıcaklığı, kollektör giriģi hava sıcaklığı, her bir kolektörden çıkıģ hava sıcaklığı, kolektör yüzeyine gelen güneģ ıģınımı Ģiddeti değerleri ölçülerek kaydedilmiģtir. Deneyler yapılırken kullanılan ölçme cihazları ve özellikleri Tablo 1 de verilmiģtir. Ölçme Cihazları Sıcaklık ölçme cihazı Veri kaydedici GüneĢ ıģınımı ölçüm cihazı Hava hızı ölçüm cihazı C. Verim Analizi Tablo 1. Ölçme cihazları ve özellikleri. Özellikleri Fe-Const. Termokupl malzeme ile 12 kanallı Elimko-6 tipi sıcaklık ölçüm cihazı, cihazın kanal direnci, ohm dan daha küçük, çalıģma gerilimi 22 Volt, Hz ± %1 ve güç sarfiyatı 4 W. Seçilen kanalın değeri ± %, doğruluktadır. HOBO U14 LCD Temp/RH Datalogger, HOBOware 3.1 yazılım S-LIB-M3 Silikon Piranomete Sensorü w/3m kablolu; Ölçüm Aralığı; -128 W / m 2, çalıģma aralığı sıcaklığı; -4 C - 7 C, Çözünürlüğü; 1. W/m 2, doğruluk; ±1 W/m 2, ±%. TFA 42.6.6 Mini Anemometre, Ölçüm aralığı (hız):.2...3 m/s, Ölçüm aralığı (sıcaklık): -3...+6 C, Ölçüm birimleri: knots, mph, m/s, km/h, Güç kaynağı: 1 adet CR 2332 3V pil. Resimleri Kollektörlerde ısıtılan akıģkana geçen toplam ısı enerjisinin, kollektör yüzeyine gelen güneģ enerjisine oranı kollektör verimi olarak tanımlanır. GüneĢ kollektörlerinde emici veya alıcı yüzeye gelen enerji, iletim ve taģınım yoluyla akıģkana aktarılmaktadır. Kollektördeki akıģkan tarafından soğurulan enerji (q u ) için; q u = m a c p.a (T o T i ) (1) AkıĢkanın kütle debisi (m a ) için; m a = u ρ A k (2) Kollektöre gelen güneģ enerjisi miktarı (q c ) için; q c = A c I c (3) EĢitlik 1, 2 ve 3 den yararlanılarak bulunan her iki değer eģitlik 4 de gösterildiği gibi birbirine oranlanarak kolektörün anlık verimi için; η = q u / q c = [(u ρ A k ) c p.s (T o T i )] / (A c I c ) (4) eģitlikleri kullanılmıģtır [13-14]. IV. BULGULARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ A. Deney Sonuçları 2.7.21 günü yapılan deneyde, elde edilen verilerin zamana bağlı değiģimi ġekil 3 de görülmektedir. ġekilde görüldüğü gibi öğleden sonrası saatlerde güneģ ıģınımı Ģiddetinde ani ve aģırı düģmeler olmuģ buna bağlı olarak da YYK ve SYK çıkıģı hava sıcaklıklarında düģüģler ve yükseliģler meydana gelmiģtir. 14:3 da güneģ ıģınımın aģırı düģmesine karģın her bir kolektör çıkıģı hava sıcaklığında düģme meydana gelmemiģtir. Bu durum, ölçüm yapıldığı anda çok kısa süreli bir bulutlanmanın meydana gelmiģ olması ile açıklanabilir. Deney süresince YYK çıkıģı hava sıcaklığının hem SYK den hem de VYK den yüksek olduğu görülmektedir. Ortalama sıcaklık farkı YYK de 37.2 C, SYK de 32.1 C ve VYK de 33.2 C olarak tespit edilmiģtir. Çevre sıcaklığı günlük ortalama 33.1 C, Kollektör giriģ hava sıcaklığı 31.6 C, kolektör yüzeyine gelen güneģ ıģınımı Ģiddeti günlük ortalama 824. W/m 2 olarak gerçekleģmiģtir. 8 7 7 6 6 4 4 3 2 1 12 11 1 9 8 7 6 4 3 2 1 Çevre Sıcaklığı ( C) Kollektör Giriş YYK Çıkış SYK Çıkış VYK Çıkış Işınım Şiddeti ġekil 3: Deneylerde 2.7.21 günü elde edilen veriler 3.7.21 günü yapılan deneyde, elde edilen verilerin zamana bağlı değiģimi ġekil 4 de görülmektedir. ġekilde görüldüğü üzere 12: den sonraki saatlerde güneģ ıģınımı 14

1: 1:3 11: 11:3 12: 12:3 13: 13:3 14: 14:3 : :3 16: Sıcaklık ( C) 1: 1:3 11: 11:3 12: 12:3 13: 13:3 14: 14:3 : :3 16: Anlık verim (η) 1: 1:3 11: 11:3 12: 12:3 13: 13:3 14: 14:3 : :3 16: Sıcaklık ( C) Yutucu Yüzeyli ve Yoğunlaştırıcılı Güneş Kolektörleri İle Hava Isıtmasının İncelenmesi Ģiddetinde ani ve aģırı düģmeler olmuģ buna bağlı olarak da kolektörlerin çıkıģ hava sıcaklıklarında düģüģler ve yükseliģler meydana gelmiģtir. Deney süresince ortalama sıcaklık farkı YYK de 22.8 C, SYK de 22.6 C ve VYK de 23.1 C olarak tespit edilmiģtir. Çevre sıcaklığı günlük ortalama 36.9 C, kollektör giriģ hava sıcaklığı 3.7 C, kolektör yüzeyine gelen güneģ ıģınımı Ģiddeti günlük ortalama 674.1 W/m 2 olarak gerçekleģmiģtir. 8 7 7 6 6 4 4 3 2 1 12 11 1 9 8 7 6 4 3 2 1 Çevre Sıcaklığı ( C) Kollektör Giriş YYK Çıkış SYK Çıkış VYK Çıkış Işınım Şiddeti ġekil 4: Deneylerde 3.7.21 günü elde edilen veriler.7.21 günü yapılan deneyde, elde edilen verilerin zamana bağlı değiģimi ġekil de görülmektedir. ġekilde görüldüğü üzere deney süresince güneģ ıģınımı Ģiddetinde ani ve aģırı değiģimler görülmemiģ buna bağlı olarak da kolektörlerin çıkıģ hava sıcaklıklarında değiģimler meydana gelmiģtir. Deney süresince ortalama sıcaklık farkı YYK de 29.9 C, SYK de 28.8 C ve VYK de 29.4 C olarak tespit edilmiģtir. Çevre sıcaklığı günlük ortalama 36.3 C, kollektör giriģ hava sıcaklığı 3.9 C, kolektör yüzeyine gelen güneģ ıģınımı Ģiddeti günlük ortalama 939.2 W/m 2 olarak gerçekleģmiģtir. 8 7 7 6 6 4 4 3 2 1 12 11 1 9 8 7 6 4 3 2 1 Çevre Sıcaklığı ( C) Kollektör Giriş YYK Çıkış SYK Çıkış VYK Çıkış Işınım Şiddeti ġekil : Deneylerde.7.21 günü elde edilen veriler B. Kolektör Veriminin Değerlendirilmesi Anlık kolektör verimleri, eģitlik 4 den yararlanılarak ve zaman aralığı Δt = dakika kabul edilerek deney yapılan günler ve her bir kolektör için ayrı ayrı hesaplanmıģtır. Hesaplamalarda havanın yoğunluğu (ρ), giriģ ve çıkıģ havasının ortalama sıcaklığına göre tablodan alınmıģtır [14]. 2.7.21 günü yapılan deneyde, elde edilen verilere göre hesaplanan anlık verimlerin zamana bağlı değiģimi ġekil 6 da görülmektedir. ġekilde görüldüğü gibi saat 13:3 dan sonra, güneģ ıģınımı Ģiddetinde ani ve aģırı düģüģler ve yükseliģler olmuģ buna bağlı olarak da her bir kolektörün anlık veriminde düģüģler ve yükseliģler meydana gelmiģtir. GüneĢ ıģınımın aģırı düģmesine karģın her bir kolektörün anlık veriminde ise aģırı yükselme olmuģtur. Bu durum, ölçüm yapıldığı anda çok kısa süreli bir bulutun gelerek ölçüm cihazında düģük güneģ ıģınımı değerinin okunmuģ olması ile açıklanabilir. 13:3 öncesinde kolektörlerin anlık verimlerinde küçük değiģiklikler meydana gelmiģ olup bu periyotta ortalama anlık verim YYK de.2, SYK de.171 ve VYK de.169 olarak hesaplanmıģtır. 1 9 9 8 8 7 7 6 6 4 4 3 2 1 12 11 1 9 8 7 6 4 3 2 1 YYK SYK VYK Işınım Şiddeti ġekil 6: Kollektörlerin 2.7.21 günü anlık verimleri 3.7.21 günü yapılan deneyde, elde edilen verilere göre hesaplanan anlık verimlerin zamana bağlı değiģimi ġekil 7 de gösterilmiģtir. ġekilde görüldüğü gibi saat 12: den sonra, güneģ ıģınımı Ģiddetinde ani ve aģırı düģüģler ve yükseliģler olmuģ buna bağlı olarak da her bir kolektörün anlık veriminde düģüģler ve yükseliģler meydana gelmiģtir. GüneĢ ıģınımın aģırı düģmesine karģın her bir kolektörün anlık veriminde ise aģırı yükselme olmuģtur. Bu durum, ölçüm yapıldığı anda çok kısa süreli bir bulutun gelerek ölçüm cihazında düģük güneģ ıģınımı değerinin okunmuģ olması ile açıklanabilir. 12: öncesinde kolektörlerin anlık verimlerinde küçük değiģiklikler meydana gelmiģ olup bu periyotta ortalama anlık verim YYK de.161, SYK de. ve VYK de.149 olarak hesaplanmıģtır. 141

1: 1:3 11: 11:3 12: 12:3 13: 13:3 14: 14:3 : :3 16: Anlık verim (η) 1: 1:3 11: 11:3 12: 12:3 13: 13:3 14: 14:3 : :3 16: Anlık verim (η) M.A. Ersöz 1 9 9 8 8 7 7 6 6 4 4 3 2 1 12 11 1 9 8 7 6 4 3 2 1 YYK SYK VYK Işınım Şiddeti ġekil 7: Kollektörlerin 3.7.21 günü anlık verimleri.7.21 günü yapılan deneyde, elde edilen verilere göre hesaplanan anlık verimlerin zamana bağlı değiģimi ġekil 8 de gösterilmiģtir. ġekilde görüldüğü gibi deney süresince güneģ ıģınımı Ģiddetinde ani ve aģırı düģüģler veya yükseliģler olmamıģ buna bağlı olarak da her bir kolektörün anlık verimindeki değiģimler de küçük mertebelerde olmuģtur. Deney süresince ortalama anlık verim YYK de.8, SYK de.3 ve VYK de.8 olarak hesaplanmıģtır. 8 7 7 6 6 4 4 3 2 1 12 11 1 9 8 7 6 4 3 2 1 YYK SYK VYK Işınım Şiddeti ġekil 8: Kollektörlerin.7.21 günü anlık verimleri Tasarlanan ve imal edilen her bir kolektörün günlük ortalama verimleri ġekil 9 da gösterildiği gibidir. Buna göre, YYK, SYK ve VYK ün günlük ortalama verimleri sırasıyla; 2.7.21 günü yapılan deneylerde.26,.23 ve.248, 3.7.21 günü yapılan deneylerde.,.24 ve.211,.7.21 günü yapılan deneylerde.8,.3 ve.8 olarak bulunmuģtur. V. SONUÇLAR VE ÖNERĠLER Bu çalıģmada, tasarlanan ve imal edilen YYK ün verimi % 2.9, SYK ün verimi % 19.6 ve VYK ün verimi % 2.6 olarak bulunmuģtur. YYK ün giriģ hava sıcaklığını ortalama 3. C, SYK ün giriģ hava sıcaklığını ortalama 27.9 C ve VYK ün giriģ hava sıcaklığını 28.6 C artırdığı tespit edilmiģtir. Elde edilen sonuçlara göre bu hava ısıtma kolektörlerinin Türkiye nin Ege, Akdeniz ve Güneydoğu Anadolu bölgelerinde konut, sera vb. mahal ısıtmalarında, tarım ürünlerinin ve düģük sıcaklık gerektiren endüstriyel ürünlerin kurutulmasında kullanılabilecekleri değerlendirilmiģtir. Ayrıca yüksek sıcaklık gerektiren endüstriyel kurutma uygulamalarında enerji tasarrufu sağlanabilmesi için ön ısıtma iģlemlerinde kullanılabilirler. SYK ve VYK de yansıtıcı yüzeylere gelen güneģ ıģınımlarının çok büyük bir bölümü mat siyaha boyalı alıcı boru ve kanatçığa verildiğinden insan gözünü rahatsız edecek ve çevredeki malzemelere zarar verecek boyutta parlama ve yansıtıcılık oluģmamaktadır. Edinilen tecrübeler ıģığında, SYK de düzlem aynalarla yapılmaya çalıģılan yansıtıcının odaklama sağlamadığı, bunun yerine özel kalıplarla parabolik yapılmıģ camların, arka yüzeylerine gümüģ kaplama yapılarak yekpare olarak hazırlanmıģ yansıtıcılar kullanılması odaklama için en verimli yöntem olduğunu söylemek mümkündür. SYK ve VYK ün geliģtirilmeye ve araģtırılmaya açık birçok yönü bulunmaktadır. Yansıtıcıların yataya paralel konumlandırılması, yansıtıcılarda güneģ alma açıklığının daha geniģ uygulanması ve farklı yansıtıcı malzemeler için tasarımlar geliģtirilerek güneģ enerjisinden daha etkin yararlanma yolları araģtırılabilir. SEMBOLLER ġekil 9: Kollektörlerin ortalama verimleri q u : Isı taģıyıcı akıģkanın topladığı ısı yükü (W) A c : Kollektör yüzey alanı (m 2 ) I c : Kollektör yüzeyine gelen güneģ ısısı yükü (W/m 2 ) q c : Kollektöre gelen güneģ enerjisi miktarı (W) m a : Havanın kütle debisi (kg/s) c p.a : Havanın özgül ısınma ısısı (J/kgK) 142

Yutucu Yüzeyli ve Yoğunlaştırıcılı Güneş Kolektörleri İle Hava Isıtmasının İncelenmesi T i : Havanın giriģ sıcaklığı ( C) T o : Havanın çıkıģ sıcaklığı ( C) u : Havanın akıģ hızı (m/s) ρ : Havanın yoğunluğu (kg/m 3 ) A k : Hava kanalının akıģa dik kesit alanı (m 2 ) η : Verim KAYNAKLAR [1] KARSLI; S. Performance analysis of new-design solar air collectors for drying applications, Renewable Energy, 32, 164 166, 27. [2] BULUT, H., DURMAZ, A. F., AKTACĠR, M.A., Bir Havalı GüneĢ Kollektörünün Isıl Performans Analizi TMMOB III. GüneĢ Enerjisi Sistemleri Sempozyumu ve Sergisi, 8,9,1 Haziran, Mersin, 3-61, 27. [3] BENLĠ, H., DURMUġ,A., Havalı GüneĢ Kolektörleri ve Gizli Isı Depolama Yöntemi Kullanılarak Sera Isıtılması TMMOB Mühendis ve Makine Cilt 48, Sayı 69, 16-, 27. [4] YEH, H., LIN, T., The Effect of Collector Aspect Ratio on the Collector Efficiency of Upward-Type Flat Plate Solar Air Heaters, Energy, Vol:21, (1), 843-8, 1996. [] KARIM, Md.A., HAWLADER, M.N.A., Performance Investigation of Flat Plate, V-corrugated and Finned Air Collectors, Energy, (31), 42-47, 26. [6] DOĞAN, H., Kurutmada Kullanılan Hava Isıtma Kollektörlerinin Deneysel KarĢılaĢtırılması ZKÜ Teknoloji Dergisi, sayı 1-2, 7-82, 21. [7] SUGÖZÜ, Ġ., SARSILMAZ, C., Havalı * GüneĢ Kollektörü ile Ġç Ortam Isıtılmasının Deneysel Olarak AraĢtırılması Fırat Üniv. Fen ve Müh. Bil. Dergisi. (2) 7-26, 26. [8] METWALLY, M.N., ABOU-ZIYAN, H.Z., and EL-LEATHY, M., Performance of Advanced Corrugated-Duct Solar Air Collector Compared With Five Conventional Designs, Renewable Energy, Vol:1. No.4, pp.19-37, (1997). [9] YILMAZ, S., KAYFECĠ, M., KEÇEBAġ, A., Çift Fazlı (Isı Borulu) GüneĢ Kollektörlerini Konut Isıtmasında Kullanımının Deneysel Olarak Ġncelenmesi TMMOB Tesisat Mühendisliği Dergisi, Sayı 116, -1, 21. [1] YAMAÇ, Ö., GüneĢ Enerjisi Destekli Isı Pompalarının Teorik Ġncelenmesi, Mustafa Kemal Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 1,13.s. Antakya,.. [11] AYDAR, E., LĠVATYALI, H., ÜRESĠN, E., GÜNAL, A., YoğunlaĢtırmalı GüneĢ Enerjisi Teknolojileri, Solar Future-21 Bildiriler kitabı, Ġstanbul, 6-7, 21. [12] YARGICI, N., Vakum Borulu Kolektörlerin Ġstanbul ġartlarında Teorik Analizi, Ġstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans tezi, Ġstanbul, 1-4, 1994. [13] UYAREL, A.Y., ÖZ, E.S., GüneĢ Enerjisi ve Uygulamaları, Birsen yayınevi, Ankara, 1987. [14] DOĞAN, H., Uygulamalı Havalandırma ve Ġklimlendirme Tekniği Seçkin yayıncılık, 3-, Ankara, 26. 143