Yeşil Enerji Olarak Evlerde Güneş Enerjisinin Isıtma ve Soğutma Uygulamalarında Kullanımı. Prof.Dr.Ali GÜNGÖR Ege Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü, Bornova-İZMİR BUSİAD «Yeşil Enerji-I: GÜNEŞ ENERJİSİ/Teori, Uygulama, Mevzuat, Finansman» 13 Ekim 2015-BURSA 1
Ülkemiz Güneş enerjisi potansiyeli olarak çok şanslı bir bölgededir. 2
Güneş enerjisinin uygulama alanları arasında yaygınlıkta başta gelen evsel kullanımlarda, sıcak su hazırlama, ısıtma, serinletmede çok başarılı uygulamalar gerçekleştirilebilmektedir. Son yıllarda da özellikle yoğunlaştırıcı sistemlerle güç üretimi sistemleri üzerine de yoğun araştırmalar gözlenmektedir. Buna karşılık ülkemizdeki yaygın kullanım yalnızca su ısıtmaya yöneliktir. Günümüz üretim teknolojileri incelendiğinde toplayıcı tiplerinde çeşitliliğin yanında, alıcı yüzey özellikleriyle çok verimli toplayıcılar bulunabilmektedir. Örneğin değişik tip ve özeliklerde toplayıcıların bazı özellikleri Tablo.1 de verilmiştir. 3
Tablo 1. Güneş enerjisi toplayıcıları ve kullanım çalışma sıcaklık aralıkları. Toplayıcı tipi Güneş ışınımını yoğunlaştırma (konsantrasyon) oranı : C Düzlemsel toplayıcı 1 70 Yüksek verimli düzlemsel toplayıcı 1 60 120 Sabit yoğunlaştırıcı 2 5 100 150 Parabolik oluk tipi yansıtıcılı toplayıcı Parabolik çanak tipi yansıtıcılı toplayıcılı Merkezi alıcılı kule tipi toplayıcı 10 50 200 2000 200 2000 Çalışma sıcaklık aralığı o C 150 350 250 700 400 1000 4
GÜNEŞ ENERJİSİ TOPLAYICILARI Güneş enerjisini soğurarak faydalı enerjiye çeviren su veya hava ısıtma amaçlı gereçlere toplayıcı veya kolektör adı verilir. Gerek havalı güneş enerjisi toplayıcıları ve gerekse sıvılı güneş enerjisi toplayıcıları farklı verimlilik ve özelliklerde üretimleri gerçekleştirilebilmektedir. Bazı sıvılı ve havalı toplayıcı tipleri ve akışkan akımları Şekil 1. de gösterilmiştir. Düz yüzeyli ve sabit yönde ve eğimde, genelde güneye bakacak biçimde gerçekleştirilen su ısıtma ve hava ısıtma uygulamalarında ulaşılabilecek sıcaklıklar 100 o C ın altında değerlerdedir. 5
Şekil 1.(a) Bazı havalı ve sıvılı güneş enerjisi toplayıcıları tipleri [2,5] 6
Uygulama özelliklerine uygun tiplerin seçimi ile sıcak su ısıtma, hacim ısıtma ve soğutma için ekonomik proje tasarımları gerçekleştirilebilmektedir. Bunlara ilaveten parabolik oluk tipi yansıtıcılı odaklı toplayıcıların kullanımı ile yüksek sıcaklıklara ulaşılabilmektedir. Bu ise özellikle merkezi ısı etkili çalışan absorpsiyonlu su soğutma gruplarının, iklimlendirme uygulamaları için, çok başarılı çalıştırılabilmelerini olanaklı kılmaktadır. Yüksek sıcaklık uygulamaları için geliştirilen toplayıcı ve sistemler ise odaklayıcı (yoğunlaştırıcı) yapıdadır. Bu tür uygulamalarla çok yüksek çalışma sıcaklıklarına (>100 o C) çıkılabilmektedir (Tablo 1. ve Şekil 1.(b).). 7
Şekil 1.(b). Güneş enerjili termal uygulamalarda kullanılan odaklı (yoğunlaştırıcı) toplayıcılar ve sistemler [5]. 8
50 MW lık parabolik çizgisel yansıtıcılı elektrik üretim tesisi 9
Güneş enerjisinin binaların ısıtılması amacıyla kullanım teknolojileri ve uygulamaları da geliştirilmiştir. Bu tür uygulamaların ise günümüzde ülkemizde çok fazla olduğu söylenemez. Bu uygulama potansiyelleri Şekil 4. de gösterilmiştir. Şekil 4. incelenecek olursa hacim ısıtma amaçlı kullanılabilecek bir çok seçenek olduğu gözlenebilir. Doğaldır ki her projede bu uygulamalardan ancak en uygun olan birkaçının gerçekleştirilmesi yeterli olabilmektedir. Böylesi çeşitlilik, mühendislere ve mimarlara doğru analizlerle, güneş evleri oluşturmalarına olanak sağlar. Bu nedenle güneş evleri uygulamaları incelendiğinde, her birinde özgün koşullarına göre çözümler içerdiği görülür. 10
BİNA ISITILMASINDA GÜNEŞ ENERJİSİ KULLANIM TEKNOLOJİLERİ PASİF SİSTEMLER AKTİF SİSTEMLER HİBRİT SİSTEMLER Direkt kazanç yöntemi Toplayıcı-depolama duvarı uygulaması (Trombe duvarı veya Trombe-Michel duvarı) Bitişik sera uygulaması (sun space) Hareketli yalıtım ve kontrollar Gölgeleme elemanları yöntemi Geçirgen yalıtım uygulamaları (transparent insulation) Doğal dolaşımlı havalı toplayıcılar Isı borulu konvektör kullanımı Sıcak Havalı Fanlı havalı toplayıcılar Havalı toplayıcılar ve kanal sistemi ile çevresel ısıtma Enerji depolamalı uygulamalar Sıcak Sulu Döşemeden ısıtma Konvektörlü ısıtma İklimlendirme ünitesi hava ısıtma serpantinine ısı sağlama Yüzme havuzu ısıtma teknolojileri Belirtilen pasif veya aktif sistemlerin bir kaçının birlikte uygulandığı sistemler Enerji depolamalı uygulamalar (çakıl dolgulu sistemler) Faz değiştiren malzemelerde enerji depolamalı sistemler Akümülatör (sıcak su) depolu sistemler Sıcak su kazanı, kombi ile birlikte sıvılı güneş enerjisi toplayıcılarının kullanımı Isı pompalı, güneş enerjili hibrit sistemle sıcak su üretimi ve hacim ısıtılması Şekil 4. Bina ısıtılmasında güneş enerjisi kullanım teknolojileri. 11
Güneş Enerjili sıcak havalı sistem uygulamaları. 12
Sıcak havalı ve su ısıtmalı, kaya dolgulu ısı depolamalı bir hacim ısıtma sistemi 13
İki modlu, bodrumda enerji depolamalı ve direkt hacimlerin ısıtıldığı, güneş enerjili ve fırınlı sıcak havalı ısıtma sistemi. 4.GÜNEŞ ENERJİSİ SİSTEMLERİ SEMPOZYUMU GÜNEŞ KENTİ UYGULAMALARI ÇALIŞTAYI 5 Kasim 2009, Mersin 14
Bodrumdan sıcak hava dağıtımlı, döşemeden ışınımla ısıtmalı güneş enerjili havalı bir ısıtma sistemi. 15
Güneşli hava ısıtıcı toplayıcılı 4 çalışma modlu, hacim ısıtma sistemi. 1. Güneşle ısıtılan sıcak havalı çalışma. 2. Kaya dolgusunda enerji depolama ve hacim ısıtma 3. Isı deposundan çekerek hacim ısıtma 4. Yardımcı ısıtma sistemi ile hacim ısıtma 16
Havalı güneş enerjisi toplayıcılar ile yalnızca bir hacmin güneş pili tahrikli fanlı bir sistemle ısıtılması 17
Sıcak su hazırlamada kullanılan bazı ısı değiştirici çalışma prensipleri 19
Güneş enerjili, iki tanklı, kullanım sıcak suyu hazırlamalı ve hacim ısıtmada havanın ısıtılarak kullanıldığı örnek bir sistem şeması. 20
Güneş enerjili sıcak su hazırlama sisteminin, evsel sıcak su hazırlamalı ve hacim ısıtmada kullanılma seçeneklerinden örnekler 21
İki borulu kısa süreli depolamalı güneş enerjili hacim ve su ısıtma sistemi ve dört borulu mevsimsel enerji depolamalı güneş enerjili hacim ve su ısıtma sistemi 22
Güneş Enerjisi Kullanımı ile Soğutma Teknolojileri Mekanik enerji veya Elektrik enerjisi Üretimi Yanma sonu açığa çıkan ısının kullanımı Buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi Isı dönüşüm prosesi Buhar Üretimi ve Buhar Jeti Çevrimi Açık çevrimler Kapalı çevrimler Sıvı sorbent Ters akışlı absorber Katı sorbent Sabit yataklı prosesler Ters akışlı rotor Yeniden dolaşımlı Tamamıyla taze havalı Hibrit sistem -Tamamıyla taze havalı -Doğal gazlı,güneş enerjili Sıvı sorbent Su-Lityumbromid Amonyak-Su Katı sorbent Adsorpsiyon Örneğin Su-Silikajel Kuru Absorpsiyon Örneğin Amonyak-Tuz 13 Ekim 2015-BURSA 23
Güneş Pilinden üretilen elektrikle direkt tahrik edilen buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi. 13 Ekim 2015-BURSA 24
Güneş Enerjisi (Solar Termal Enerji) Kaynaklı Termo-Mekanik Soğutma Çevrimi Bu çevirimde sisteme ısı girdisi güneş kolektörleri tarafından sağlanmaktadır. Özellikle yüksek ısı girdisi ve yüksek sıcaklık gerekmektedir. Bu şekilde kızgın buhar fazında su ile türbin harekete geçirilebilir ve buhar sıkıştırmalı çevrimde yer alan kompresör çalıştırılabilir. Güneş Enerjili Rankine çevrimi Şekil 2 de gösterilmiştir. 13 Ekim 2015-BURSA 25
Güneş Enerjili soğutma Sisteminin Bileşenleri: Güneş enerjili soğutma sistemleri, tipik olarak güneş enerjili toplayıcıları bulunduran ısıl sistem, depolama tankı, kontrol elemanları, borular ve pompalar ve ısıl olarak tahrik edilebilen soğutma makinası. Günümüzde yüksek verimli toplayıcılar (vakumlu, selektif yüzeyli toplayıcılar gibi) ticari olarak bulunabilmektedir. Orta sıcaklıklı (100-250 o C) sistemler ile soğutma sisteminin toplam verimliliği artırılabilmektedir. 13 Ekim 2015-BURSA 26
Absorpsiyonlu su soğutma grubunun çalışma prensibi. Güneş Enerjisi Sistemlerinden üretilensıcak su (Tahrik Isısı) Soğutma kulesi bağlantılı soğutma suyu GENERATÖR KONDENSER ABSORBER EVAPORATÖR Soğutma kulesi bağlantılı soğutma suyu SOĞUTULMUŞ SU 13 Ekim 2015-BURSA 27
Doğal gazın direkt kullanıldığı iki etkili bir absorpsiyonlu su soğutma grubunun (Chiller) sistem şeması Şekil de gösterilmiştir. 13 Ekim 2015-BURSA 28
Son on yıldaki gelişmelerle özellikle gereksinim duyulan 10-15 TR kapasiteli absorpsiyonlu soğutma sistemleri üreticileri çok sayıda artmıştır. Özellikle villa türü veya 150 m 2 ve üzeri konutların tek merkezden soğutulmaları için yeterli olan bu kapasitelerin pazara sunulmuş olması, bu sistemlerin doğal gazla, güneş enerjisi ile çalışan seçeneklerinin mevcut olması kullanılabilirliklerini artırmıştır. 13 Ekim 2015-BURSA 29
Güneş enerjili absorpsiyonlu soğutma sistemleri diğer soğutma sistemleriyle karşılaştırıldığında aşağıdaki avantajlar çıkarılabilir Absorpsiyonlu soğutma sistemlerinde kullanılan Su ve NH 3 soğutucu akışkanları elektrikli çalışan buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimlerinde kullanılan CFC lara göre çevre dostudur. Kullanım alanları geniştir. İşletme ve bakım maliyetleri düşüktür. Cihazlar uzun ömürlü ve güvenilirdir. Emisyonlar düşüktür. Klima santralleri için gereken kablolama maliyetleri azalmaktadır. Hem ısıtma hem de soğutmada kullanılabilmektedir. Kojenerasyon ünitelerine entegre edilebilmektedir. İhtiyaç değişikliklerini karşılayabilmektedir. Elektrik enerjinin mevsimsel dengelenmesinde önemli rol oynamaktadır. Daha az boş alana gereksinim duyulur, daha kompakt bir yapıya sahiptir. Genelde hareket eden parçası daha az olan bir yapıya sahiptir. Hibrit sistemlerle değişken yük ve şartları karşılayabilme yeteneği. Soğutma etkinliğini artırıcı araştırmalarla birlikte, yeni yüksek verimli sistemlerin geliştirilmesi ve bu konudaki araştırmaların sürmesi. 13 Ekim 2015-BURSA 30
Orta sıcaklıktaki sistem: Tek etkili LiBr-Su absorpsiyonlu su soğutma grubu ve vakumlu borulu toplayıcılar ile tahrik ısısının sağlanması. 13 Ekim 2015-BURSA 31
Orta sıcaklıktaki sistem: Çift etkili LiBr-Su absorpsiyonlu su soğutma grubu ve parabolik odaklı ve güneşi tek eksende izleyen toplayıcılar ile tahrik ısısının sağlanması. 13 Ekim 2015-BURSA 32
Yüksek sıcaklıktaki sistem: Tek etkili NH 3 -Su absorpsiyonlu su soğutma grubu ve fresnel tipi tek eksenli izlemeli güneş enerjisi toplayıcıları ile tahrik ısısının sağlanması. Buz depolamalı ve fan-coil li sistem. 13 Ekim 2015-BURSA 33
ADSORPSİYONLU SOĞUTMA TEKNOLOJİLERİ Absorpsiyonlu sistemlerdene farklı olarak bu teknolojide, silikajel-su ikili çifti kullanılır. Soğutucu akışkan su olup, düşük basınçta (10-20 mmhg basıncında) ısı çekerek soğutulmuş su üretimini sağlayan su buhar formunda silikajel tarafından adsorplanırken, su ile doymuş hale gelen silikajel uygun ısı kaynağından sağlanan ısı ile rejenerasyonu gerçekleştirilir. Şekil 4. te geliştirilen bir adsorpsiyonlu soğutma sistemi değişik çevrim safhaları ile gösterilmiştir [7]. Bu tür çalışan su soğutma grupları 50-430 kw kapasite aralıklarında ticari olarak üretilmektedir. Adsorpsiyonlu su soğutma gruplarının avantajları ise aşağıda sıralanmıştır: Basit tasarıma sahiptir ve hareketli olmayan parçalardan oluşmuştur. İşletme maliyetleri konvansiyonel sistemlerin (1/10) u mertebelerindedir. Bakım ve işletilmesi kolaydır. Elektrik kesintilerinde sistem kolaylıkla zarar görmeksizin devreye alınabilir. 1-2 dakika içinde istenen soğuk su sıcaklıklarına ulaşılabilmektedir. 13 Ekim 2015-BURSA 34
Katı sorpsiyon malzemesi kullanımı Periyodik işlemler İki sorpsiyon hacmi olmalıdır, bu sanki sürekli çalışma için gerekliliktir. KONDENSER Soğutma kulesi bağlantılı soğutma suyu Soğutma kulesi bağlantılı soğutma suyu Güneş Enerjisi Sistemlerinden üretilen Sıcak su (Tahrik Isısı) EVAPORATÖR SOĞUTULMUŞ SU Adsorpsiyonlu su soğutma grubunun çalışma prensibi 13 Ekim 2015-BURSA 35
13 Ekim 2015-BURSA 36
Adsorpsiyonlu su soğutma grubu 13 Ekim 2015-BURSA 37
13 Ekim 2015-BURSA 38
13 Ekim 2015-BURSA 39
Düşük sıcak su girişlerinde bile yüksek verimliliklere sahiptir. 50 o C değerlerinde sıcak su ile bile çalışabilmektedir. Soğutma suyu çıkış sıcaklıkları 45 o C değerlerine kadar çıkabilmektedir. Bu sıcaklıkta su ise uygun ısıtma tekniği yöntemleri ile ısıtma amaçlı kullanımı olanaklıdır. Böylelikle sistem birleşik faydalanma oranı çok iyi değerlere getirilmektedir. Sıcak su debisi istenen değerlerde tutulmak amaçlı yarı yarıya azaltılsa bile soğutma kapasitesi yüzde 90 lar mertebesinde korunabilmektedir. Sıcak su giriş sıcaklığı 100 o C değerlerine ulaşabilir. Belirtilen 50-100 o C sıcaklık aralığındaki sıcak su farklı ısı kaynakları ile üretilebilir: Örneğin, güneş enerjisi, jeotermal enerji, değişik atık ısılarla, direkt yanmalı doğal gazlı sıcak su kazanları v.b. ile üretilen sıcak su. Adsorbent olan silikajel ve soğutkan olan su doğal akışkanlar olup, atmosfere zararlı etkileri yoktur. Sıcak su tarafındaki sıcaklık farkı 13 o C mertebelerine kadar debisine bağlı olarak çıkabilmektedir. Soğutulmuş su çıkış sıcaklıkları 5 o C değerlerinde olabilmektedir. Silikajel çevrimsel olarak bozunmadan defalarca adsorplama ve rejenerasyon işlemlerini gerçekleştirebilmeye uygun bir malzemedir. Silikajel içine bir miktar zeolitte katılabilmektedir. 13 Ekim 2015-BURSA 40
Sistemde kirletici olmaması bakımından ya kapalı devre soğutma kulesi (evaporatif su soğutma kulesi) veya ısı değiştirici kullanımı ile soğutulmuş suyun kapalı devrede sisteme gönderilmesi gereklidir. Soğutma etkinliği katsayısı, soğutma suyu ve sıcak su sıcaklıklarına bağlı olarak 0,5-1,35 aralığında değerler alabilmektedir. Isıtma etkinliği katsayısı da çalışma koşullarına bağlı olarak 0,43-0,63 aralığında değerler almaktadır. Hem ısıtma, hem de soğutma amaçlı kullanımında faydalanma oranının daha yüksek değerlerde olacağı açıktır. Adsorpsiyonlu soğutma grupları da bu özellikleri ile ısı etkili kullanımda, doğal gazın kullanılabileceği önemli uygulama alanlarındandır. Yapılan bir karşılaştırma analizinde, işletme maliyetleri açısından farklı su soğutma grupları arasında en avantajlı bir maliyete sahip olduğu ve ikinci sırayı da doğal gazlı direkt ateşlemeli su soğutma grubunun aldığı belirtilmektedir [8]. Bu konudaki araştırma çalışmaları da sürmekte olup, yapılan model bir çalışmada 84,8 o C sıcak su kullanımıyla 7,15 kw soğutma kapasiteli bir silikajelli adsorpsiyonlu su soğutma grubunda 0,38 soğutma etkinliği katsayısı değerlerine ulaşılmıştır [9]. Araştırmalar küçük kapasiteli modellerinde geliştirilebileceğini göstermektedir. 13 Ekim 2015-BURSA 41
Nemli havanın iklimlendirilmesinde önce hava istenilen nem değerine kadar soğutulmakta ve sonra hava istenilen konfor sıcaklığına ısıtılmaktadır. Kurutuculu sistemlerde ise havanın nemini bağımsız ve direkt olarak kontrol eden kurutucu maddeler kullanılmaktadır. Hava önce kurutucu maddeyle temas ettirilerek nemi alınmakta ve soğutma ünitesinden geçirilerek hava istenen konfor koşullarına getirilmektedir. Kurutucu maddenin sürekli olarak nem alma işlevini yerine getirebilmesi için bünyesindeki nemi atması gerekmektedir. Bu işlem kurutucu maddenin doğal gazdan elde edilen sıcak gazlarla temas ettirilmesiyle sağlanmaktadır. Şekil de kurutuculu soğutmada uygulanan tamamen dış havalı, taze havanın neminin alınıp ön soğutulduğu ve evaporatif son soğutmanın gerçekleştirildiği sistem şeması verilmiştir. Güneş enerjisi havanın ısıtılıp nem alıcı maddenin ısıtılıp rejenerasyonunun gerçekleştirilmesinde kullanılmaktadır. 13 Ekim 2015-BURSA 42
KURUTMALI buharlaşmalı serinletmeli sistemler 13 Ekim 2015-BURSA 43
NEM ALMA AMAÇLI DÖNER TEKERLER 13 Ekim 2015-BURSA 44
13 Ekim 2015-BURSA 45
Alternate desiccant cooling cycle. 13 Ekim 2015-BURSA 46
Şekil 6 da Althengstett de kurulu olan sistemin şeması görülmektedir. 100 m 2 lik hava ısıtıcı kolektör alanı ile 800 m 2 alanın soğutulması gerçekleştirilmektedir. Sistemde ulaşılan minimum soğutma havası sıcaklığı 17 C dir. Sistemde fabrikadaki atık ısıdan yararlanılmış ve hava akışı 45 kw lık bir ön ısıtmaya tabi tutulmuştur. Sorpsiyon tekerinde LiCl kullanılmıştır. 13 Ekim 2015-BURSA 47
Sıvı nem almalı serinletme sistemleri: Su-Lityum Clorid 13 Ekim 2015-BURSA 48
Güneş Enerjisi 13 Ekim 2015-BURSA 49
13 Ekim 2015-BURSA 50
13 Ekim 2015-BURSA 51
13 Ekim 2015-BURSA 52
13 Ekim 2015-BURSA 53
13 Ekim 2015-BURSA 54
UYGULAMA ÖRNEKLERİ: 1-) Bir Fabrikanın İklimlendirilmesi Düzlemsel toplayıcı :2700 m 2 2 Adsorpsiyonlu su soğutma grubu (Herbiri 350 kw) 3 Buhar sıkıştırmalı su soğutma grubu (Herbiri 350 kw) Yer: Atina yakınlarında Inofita Viotias da kozmetik fabrikası iklimlendirmesi. Günümüzdeki en yüksek kapasiteli sistem. Sistemin ana amacı: Güneşli soğutma ile, elektrik enerjisi tasarrufu sağlamak. 13 Ekim 2015-BURSA 55
2-) Şarap Deposu Soğutulması Vakumlu toplayıcılar: 130 m 2 Absorpsiyonlu su soğutma grubu: 52 kw soğutma kapasitesi Yardımcı sistem yok. Yer: Güney Fransa, Banyuls 15 yıldan beri sorunsuz çalışan en eski sistemlerden birisi. 13 Ekim 2015-BURSA 56
3-) Bir seminer odasının ve kafeteryanın iklimlendirilmesi Güneş enerjisi toplayıcıları: 100 m 2 Kurutuculu serinletme sistemi (10300 m 3 /h) silikajelli rotor. Yardımcı sistem yok. Yer:Freiburg, Almanya Depolama yok. Basit yapıda bir sistem. 13 Ekim 2015-BURSA 57
4-) Otel İklimlendirilmesi: Parabolik odaklı toplayıcılar ile 180 o C sıcaklıkta ısı üretimi, 180 m 2 açıklık alanı. Çift etkili absorpsiyonlu su soğutma grubu (soğutma kapasitesi 116 kw, 4 bar doymuş buhar; COP>1,2) Bir otelin iklimlendirilmesi ve otelin çamaşırhanesi için buhar sağlanması. Yardımcı ısıtma sistemi: LPG ile çalışan buhar kazanı Yer: Dalaman-Muğla İlk çift etkili sistem uygulaması Yüksek toplam dönüşüm verimliliği. Yüksek ışınımlı bölgeler için uygun. 13 Ekim 2015-BURSA 58
The company RNB Cosmetics needs cold water to control the cooling of their chemical reactors, where they prepare the cosmetic products. The solar field, with 130 UHV collectors, produces hot water at 100ºC that is converted through an absorption machine to cold water at 7ºC. This cold water is stored in a tank that feeds the RNB processes minimizing the use of their common cooling system, used now as an auxiliary back-up system. Geographical location: Valencia (ES) Field orientation: South Collector tilt: 30 Aperture area: 650 m 2 Heat transfer fluid: water + Propylene Glycol 10%v/v Temperature at inlet of solar field: 80 ºC Temperature at outlet of solar field: 100 ºC Yearly solar yield: 590 MWh/año Yearly cooling energy production: 413 MWh/año 13 Ekim 2015-BURSA 59
Santa Clara s Ripple House, which took third in the 2007 Solar Decathlon, was recently outfitted with a cutting-edge rooftop solar collector. The unit, the first of its kind installed in California, supplies space heating, hot water, and a feature that should ease the burden on the grid on hot summer afternoons: solar thermal air-conditioning. Not any more. The MCT is similar to the traditional flat-panel solar collectors that have heated pools and showers in California for decades. But it uses a new type of concentrated Fresnel reflector panel. (Fresnel lenses are often used in lighthouses; they excel at concentrating light.) As a result, the MCT is able to supply much hotter water up to 220 degrees Celsius (428 degrees Fahrenheit), hot enough to drive commercial air-conditioningabsorption chillers. 13 Ekim 2015-BURSA 60
Farklı inovatif soğutma teknolojileri: 13 Ekim 2015-BURSA 61
13 Ekim 2015-BURSA 62
13 Ekim 2015-BURSA 63
Güneş enerjili ejektörlü bir soğutma sistemi: 13 Ekim 2015-BURSA 64
Examples of some market available absorption chillers. Left:air-cooled 4.5 kw using H 2 O LiBr (Rotartica,Spanish), Middle: NH 3 H 2 O with 12kW(Pink,Austrian), Right: H 2 O LiBr with 35kW (Yazaki,Japan) 13 Ekim 2015-BURSA 65
Examples of small size market available adsorption chillers. Left:H2O Silicagel with 7.5 kw capacity (ACS08) fromsortech AG,Germany, Middle:H2O Silicagel with 15 kw capacity(acs15)(source:sortech), Right: H2O Zeolite with 9kW capacity(ltc09)from Invensor, Germany. Source: Invensor. 13 Ekim 2015-BURSA 66
Güneş Enerjili Soğutma Sistemleri Özet: Isıl tahrikli soğutma sistemlerinin çalıştırılabilme seçenekleri: atık ısı, merkezi ısıtma, trijenerasyon, doğal gaz, güneş enerjisi. Güneş enerjisinin iklimlendirme amaçlı kullanımının avantajları: * Elektrik, yakıt gibi konvansiyonel enerji gereksiniminde azalmalar. * Elektrik kullanımında iklimlendirme nedeniyle yaz aylarındaki pik yüklerin azaltılması. * Güneş enerjisinin tüm yıl için kullanımı: kış aylarında ısıtma, yaz aylarında soğutma amaçlı sıcak su üretimi ile tüm yıl için kullanımın sağlanması. Hala araştırma gereksinimi mevcuttur. * Küçük, kompakt ısıl tahrikli sistemlere gereksinim duyulmaktadır (<3 kw lik sistemler) 13 Ekim 2015-BURSA 67
SONUÇ ve ÖNERİLER Güneş enerjisinin toplayıcılarda çalışma akışkanlarını bina ısıtılmasında kullanılabilecek sıcaklıklara ulaştırabilmesi kullanım potansiyelini artırmaktadır. Günümüzde sıcak su ısıtma yanında güneş enerjisinin yoğun kullanıldığı ve değişik isimlerle anılan güneş evleri, sıfır enerjili bina, yeşil evler örnekleri çok sayıda gerçekleştirilmiştir. Bazı illerimizde kamu ve üniversite girişimleriyle, proje destekleriyle gerçekleştirilen örnek başarılı uygulamalar gerçekleştirilmiştir. Bu uygulamaların artırılmasına ve görerek ve yaşayarak halkın bilinçlendirilmesine katkıda bulunulması gerekir. Günümüzde gelinen enerji darboğazı, global ısınma etkilerinin yoğun hissedilmesi, tüm ülkelerin yenilenebilir enerji uygulamalarına daha çok ağırlık vermelerini zorunlu kılmaktadır. Bu zorunluluk güneş enerjisi teknolojilerinin geliştirilmesini de gerektirmektedir. 13 Ekim 2015-BURSA 68
Ülkemizde henüz çok verimli ısıtma amaçlı havalı toplayıcıların geliştirilmesine yönelik firmaların girişimde bulunmaması şaşırtıcıdır. Yine ülkemizde henüz üretimleri gerçekleştirilmeyen birçok yeni teknoloji mevcuttur. Sanayicilerimizin doğru yönelişlerle bu gereksinimleri karşılamaları da gereklidir. Ülkemizde de çıkarılan enerji verimliliği kanunu, yenilenebilir enerji kullanımı kanunu, enerji kaynaklarının ve enerjinin kullanımında verimliliğin artırılmasına dair yönetmelik, binalarda enerji kullanımlarında yenilenebilir enerjilere gerekli ağırlığın verilmesini zorunlu kılmaktadır. Ülkemizde de bu konudaki yatırım ve uygulamaların teşvik görmesi de kaçınılmaz hale gelmektedir. Mühendislerin de bu tür teknolojileri öğrenmesi, projelerinde değerlendirmesi ve uygulaması gereklidir. Bu kapsamda odalarımıza, üniversitelerimize, ilgili kamu kuruluşlarımıza da yenilenebilir enerji teknolojilerinin izlenmesi, yaygınlaştırılması, tartışılması kapsamında kurslar, konferanslar, kongreler, çalıştaylar düzenlemesi, yayınlar çıkarması ve böylelikle eğitim çalışmalarına katkılarına devam etme görevi düşmektedir. 13 Ekim 2015-BURSA 69
İl yönetimlerinin, yerel yönetimlerimizin ve üniversitelerimizin de yenilenebilir enerji, enerji verimliliği konularında halkın özellikle de genç öğrencilerimizin yetişmelerini, bilgilenmelerini sağlamaya yönelik başarılı örnek güneş evlerini gerçekleştirerek kullanılan örnek yapılar oluşturmaları ve bilinçlenmelerini sağlamaları gereklidir. Unutulmamalıdır ki güneş enerjili ısıtma ve soğutma uygulamaları gerçekleştirilen yapıların aynı zamanda çok iyi yalıtılmış binalar olması gerekir. Sistemleri hibrit sistemler olarak tasarımlamak, mevcut sistemlerle güneş enerjisi sistemlerini çok iyi koordine ederek kullanan projeler gerçekleştirmek, konfordan ödün vermeden enerji etkin binalar oluşturabilmek olanaklıdır. Bu binalarda enerji yönetimi açısından en uygun iklimlendirme sistemi seçildiği gibi, güneş enerjisi, serbest soğutma v.b. tasarruf uygulamaları ile birlikte başarılı çözümler gerçekleştirilebilmektedir. 13 Ekim 2015-BURSA 70
Mühendislerimizin geçmişi ve geleceği görerek gerçekleştireceği projelerde enerji kullanımlarında güneş enerjisi potansiyelinin değerlendirmesine özen göstermesi zorunludur. Burada belirtilmemekle birlikte yine güneş enerjisi uygulamalarından güneş pili teknolojileri gelişim ve uygulamaları ile yaygınlaşacak teknolojilerdendir. Yenilenebilir enerjilerden olan güneş enerjisi teknolojileri konularındaki araştırmalar desteklenmelidir. Uygulamalarda kullanılabilecek ürün çeşitliliği artırılmak ve geliştirilmek zorundadır. Güneş enerjisi sistemleri çevresel etkileri ile araştırıldığında, çevre dostu ve çevreyi koruyan bir yapıdadır. Güneş enerjisi kullanımının önemli üstünlüğü sera gazları kirleticiliğini azaltmasıdır. Bu nedenle sürdürülebilir bir gelecek için nerede olanaklıysa güneş enerjisi sistemleri uygulanmalıdır. 13 Ekim 2015-BURSA 71
Amerika da DOE Güneş şehirleri oluşturma amaçlı bir güneş enerjisi uygulamalarının geliştirilmesi projesi başlatmış ve 25 şehir bu amaçla seçilmiştir. Bu projeden beklenen amaç, sürdürülebilir bir gelişme sağlamak, global ısınmaya engel olmak, örnek şehirler yaratarak bu uygulamaların yaygınlaşmasını sağlamak, yeni ekonomik gelişmeler sağlamaktır. Almanya 2050 yılında % 100 yenilenebilir enerji kullanımını hedeflemektedir. Ülkemizin güneş enerjisi potansiyeli ve önümüzdeki yıllarda kullanım hedeflerinin belirlenmesinde bu özgün konumu çok iyi değerlendirilmelidir. Bu konuda tüm kurum ve kuruluşlarımıza görevler düşmektedir. 13 Ekim 2015-BURSA 72
Güneş kentleri oluşturmak kolay, Yeter ki konuya ilkesel yaklaşabilelim, Siyasiler, yerel yönetimler, Üniversitelerimiz ve biz mühendisler ve toplum olarak aynı paydada birleşmekle olanaklı. Tüm kentlerimizde ve Bursa da da güneş kenti oluşturma bilincinin yaygınlaşması dileklerimle... 13 Ekim 2015-BURSA 73
Ezop un Kurbağaların güneşe karşı şikayetleri masalının kıssadan hissesi çarpıcıdır. Güneş zamanların birinde evlenmeye karar verir. Kurbağalar hiddet içinde gökyüzüne doğru hepbirlikte bağırırlar. Jüpiter bu gürültüden rahatsız olur ve kurbağalara bağırmalarının nedenini sorar. Kurbağalar bağırmalarının nedenini şöyle açıklarlar: Güneş bekarken bile yeterince kötüydü, ısısıyla bizim bataklıklarımızı kuruttu. Fakat, eğer o evlenipte doğacak diğer güneşlerin de babası olursa bizlerin hali ne olacak. Bakış açısı bir varlığın önemini, etkisini nasıl değiştirip etkileyebiliyor. Enerji önemini giderek hissettiriyor. Öyle ki ve ne yazıktır ki Bulunan enerji en ucuz enerjidir. söyleminin geçerli olacağı dönemlere çok yaklaştık. Enerjiye bakış açımız hiç, ama hiç değişmemelidir. 13 Ekim 2015-BURSA 74
Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı açısından geç kalmadan bu yönelişlerimiz GÜNEŞ ENERJİSİ SEVDALILIĞINI anlamlı kılacaktır. 13 Ekim 2015-BURSA 75
İnternetten ulaştığım bir güneş enerjisi kitabı içerisinden bir şiiri çevirerek sizlerle paylaşmak isterim: BİR PARÇA KAĞIT ÜZERİNDEN, NASIL ULAŞILIR GÜNEŞE 1 Wes Magee (Hindistan dan bir Şair) Bir kağıt parçası al ve her seferinde ikiye katla onu, Ve tekrar katla, Ve tekrar ve tekrar. Altıncı kez katlandığında, Bil ki kalınlığı oldu 1 santimetre. Onbirinci katlamada kalınlığı oldu bile 32 santimetre, Ve onbeşinci katlamada 5 metre. Yirminci katlamada 160 metre. Yirmidördüncü katlamada 2,5 kilometre. Ve otuzbeşinci katlamada 5000 kilometre. Kırküçüncü katlamada Aya ulaşılacak. Ve elliikinci katlamayla uzanıvermişiz buradan Güneşe! (Haydi) Bir parça kağıt al. Hedefler önemli, hiçbir şey uzak değil, ulaşılmaz hiç değil 1 Gupta A., Story of Solar Energy, Illustrator:Reshma Barve, Scholastik India Pvt.Ltd., p. 11, 2011. 13 Ekim 2015-BURSA 76
İLGİNİZ İÇİN TEŞEKKÜRLER Prof.Dr.Ali GÜNGÖR Ege Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü ali.gungor@ege.edu.tr 13 Ekim 2015-BURSA 77
Bazı örnek güneş mimarisi uygulamaları.
Trombe Duvarı, Yansıtıcı ve Gece Yalıtımı Uygulaması
Vakumlu Güneş Enerjisi Toplayıcılarının Balkon Kenarlarında Kullanımı