BINALARDA GÜNEŞ ENERJISININ TERMAL ISITMA VE SOĞUTMA AMAÇLI KULLANIM

Güneş enerjisi ile binaların ısıtılması amacıyla geliştirilmiş çok sayıda teknoloji bulunmaktadır. Ancak bu tür uygulamaların günümüzde Şırnak’ta ve hatta ülkemizde yeterli sayıda olduğu söylenemez. Bu uygulama potansiyelleri Şekil.3’te gösterilmiştir (Güngör A., 2016). Şekil 3 incelendiğinde güneş enerjisi ile hacim ısıtma amacıyla kullanılabilecek birçok 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 birinin özgün koşullarına göre çözümler içerdiği görülür (Duffie, J.A. and Beckman, W.A., 2013).

Yakın geçmişte karşılaştığımız enerji krizi, sera etkileri, küresel ısınma yeniden içinde bulunduğumuz ve gelecekteki yılları “güneş ve yenilenebilir enerjiler çağı” konumuna getirmiştir. Bu doğrultuda yenilenebilir enerji konularındaki araştırmalara da ağırlık verilmesi zorunluluğu ortadadır.

Şekil 4. Bina ısıtılmasında ve sıcak su üretiminde kullanılan sıvılı güneş enerjisi kullanım teknolojileri (Kurs Notları, Güneş Enerjisi ile Isıtma/Yardımcı Isıtma, 2011).

Şekil 5. Güneş enerjili, iki tanklı, kullanım sıcak suyu hazırlamalı ve hacim ısıtmada havanın ısıtılarak kullanıldığı örnek bir sistem şeması (Kalogirou, S.A., 2004).

Şekil 6. 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

Şekil 7. Sıcak havalı ve su ısıtmalı, kaya dolgulu ısı depolamalı bir hacim ısıtma sistemi (Duffie, J.A. ve Beckman, W.A., 2013)

Şekil 8. İki modlu, bodrumda enerji depolamalı ve direkt hacimlerin ısıtıldığı, güneş enerjili ve fırınlı sıcak havalı ısıtma sistemi (Kornher S. ve Zaugg A., 1984).

Şekil 9. Bodrumdan sıcak hava dağıtımlı, döşemeden ışınımla ısıtmalı güneş enerjili havalı bir ısıtma sistemi (Kornher S. ve Zaugg A., 1984).

Şekil 4-5-6-7-8 ve 9’da güneş enerjisinden faydalanılarak oluşturulan ve hacim ısıtma amacıyla kullanılan çeşitli sistemler gösterilmektedir. Daha önce değinildiği ve bu şekillerde de görüldüğü üzere, ülkemizde yoğunlukla gerçekleştirildiği gibi güneş enerjisinin yalnız su ısıtma amacı ile kullanılması bu kaynağın mevcut potansiyelinin oldukça küçük bir kısmının kullanılması anlamına gelmektedir. Bu durum ise enerji yönetiminde karşılaşılan en temel yanlışlardan biri olan kaynakların yanlış ya da yetersiz kullanımı yoluyla kaynak israfına verilebilecek en iyi örneklerden bir tanesidir. Oysa güneşten elde edilen enerji mevcut kullanım kapasitesinin çok daha üzerinde imkanlar sunabilecek boyuttadır.

Günümüz teknolojisinin geldiği konumunda, güneş enerjisinin soğutma, serinletme veya havalandırma amaçlı evsel kullanım teknolojileri de geliştirilmiştir ve geliştirilmektedir. Şekil 10’da ise bu teknolojiler sınıflandırılarak gösterilmiştir (Güngör A., 2016). Bu şekilde en koyu renklerde gösterilen teknolojiler ticari olarak uygulaması gerçekleştirilenleri, az koyu olan ticari potansiyele ulaşabilecek teknolojileri göstermektedir. Diğer teknolojiler laboratuvar ortamlarında ve deneysel olarak çalışılan, geliştirilmekte olan teknolojileri göstermektedir. Bu

teknolojilerden adsorpsiyonlu su soğutma grupları nispeten düşük sıcaklıklarda (50 o_{C −80} o_{C aralığı) çalışmaları nedeniyle, güneş enerjisi ile çalıştırılmaları ve}

binaların iklimlendirilme uygulamalarında yaygınlaşması beklenmektedir. Bu teknolojilerin uygulamaları ve sistem özellikleri ile ilgili bilgiler kaynaklarda kapsamlı olarak bulunabilir. Dünya genelinde bu tür belirtilen ısıtma ve soğutma teknolojilerini kullanan çok sayıda sistem, uygulamada kendine yer edinmiş durumdadır. Bu uygulamalar tek katlı, iki katlı binalara uygulanabildiği gibi çok katlı yapılarda da gerçekleştirilebilmektedir.

Şekil 10. Binaların soğutulmasında kullanılabilecek soğutma teknolojileri (Henning, H.M., 2007).

Isıl tahrikli soğutma sistemlerinin kullanımları atık ısı, merkezi ısıtma, trijenerasyon, doğal gaz, güneş enerjisi, jeotermal enerji vb. pek çok kaynak ile gerçekleştirilebilmektedir. Bu ve benzeri uygulamalarda yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı tavsiye edilmektedir. Aşağıda güneş enerjisi kullanımın avantajları sıralı olarak verilmiştir.

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.

• Küçük, kompakt ısıl tahrikli sistemlere gereksinim duyulmaktadır (<3

kW’lik sistemler).

Güneş enerjisi kullanımına oldukça yatkın olan ve önümüzdeki dönemde bu avantajı ile bina uygulamalarında yaygınlaşması beklenen absorbsiyonlu ve adsorbsiyonlu soğutma çevrimleri ile ilgili detaylı bilgi Tablo 2.’de verilmiştir.

Tablo 2. Açık ve kapalı çevrim çalışan absorbsiyonlu ve adsorbsiyonlu soğutma çevrimleri ve tipik özellikleri (İnternet adresi: 23/05/2018).

Tablo 3’te piyasada bulunabilen düşük kapasiteli absorbsiyonlu soğutucular, üretici firma ve ülkeleri ile teknik bilgileri gösterilmektedir. Burada görülmektedir ki bu sistemler değişen ihtiyaç aralığına göre çözümler sunabilecek kapasitede ve oldukça kullanışlı sistemlerdir.

Tablo 3. Piyasada bulunabilen düşük kapasiteli absorbsiyonlu soğutucular (Ghafoor, A. ve Munir, A., 2015).

Üretici Ülke Kapasite

(kW) Tip Akışkan çifti Çalışma sıcaklığı (o_C) Soğutma kulesi su sıcaklığı (o_C) Üretilen Soğutulmuş su sıcaklığı (o_C) COP Rotartica İspanya 4,5 ABa _H 2O-LiBr 90/85 30/35 13/10 0,67

Climatewell İsveç 10 AB H₂O-LiCl 83/- 30/- -/15 0,68 Pink Avusturya 10 AB NH₃-H₂O 85/78 24/29 12/6 0,63 Sonnenklima Almanya 10 AB H₂O-LiBr 75/65 27/35 18/15 0,77

EAW Almanya 15 AB H₂O-LiBr 90/80 30/35 17/11 0,71

Yazaki Japonya 17,6 AB H₂O-LiBr 88/83 31/35 12,5/7 0,70 a: Absorpsiyon

Şekil 11. Ticari kullanımı bulunan bazı absorbsiyonlu soğutma sistemleri (Ghafoor, A. ve Munir, A., 2015).

Şekil 11’de ticari kullaımı bulunan bazı absorbsiyonlu soğutucular gösterilmiştir. (Solda: H2O-LiBr akışkan çiftli, hava soğutmalı ve 4,5 kW kapasiteli, Rotartica sistemi, İspanya. Ortada: NH3- H2O akışkan çiftli 12 kW kapasiteli Pink, Avusturya. Sağda: H2O-LiBr akışkan çiftli, 35kW kapasiteli Yazaki, Japonya.) Şekil 12.’de ise sorpsiyon sıcaklıklarının ısı kaynağı sıcaklığına bağlı olarak COP değişimleri grafik üzerinde gösterilmektedir. Bu şekilde sistem COP değerinin sıcak su giriş sıcaklığının artışı ile artan bir değer gösterdiği görülmektedir.

Şekil 12. Sorpsiyon su sıcaklıklarının ısı kaynağı sıcaklığına bağlı olarak COP değişimi (Henning, H.M., 2007).

Tablo 4.’te bazı soğutma sistemlerinin maliyet analizleri sonucunda elde edilen veriler paylaşılmıştır. Karşıladıkları iklimlendirme ihtiyacı göz önünde bulundurulduğunda ve bu sistemlerin güneş enerjisi tahriki ile çalıştırılmaları halinde iklimlendirme maliyetlerinde oldukça iyi sonuçlar sunduğu görülmektedir.

Tablo 4. Bazı soğutma sistemlerinin maliyetleri (Ghafoor, A. ve Munir, A., 2015). Sr. No. Tip Bütün soğutma kiti

maliyeti (€/kW_c) Uyarılar 1 FPC ile H₂O-LiBr

absorbsiyonlu soğutma sistemi

1500-2000 FPC 150-200€/m2

Su soğutma grubu (Çiller) maliyeti: 300-350€/kW

Yedek kazan: 150-200€/kW Depolama tankı: 500-600 €/m3

Soğutma kulesi: 80-100€/kW Montaj ve diğer bileşenler: 200-300€/ kW

2 ETC ile NH₃-H₂O absorbsiyonlu soğutma sistemi

2500-3000 ETC:250–300 €/m2

Su soğutma grubu (Çiller) maliyeti: 500–600 €/kWc

3 FPC kullanımlı adsorbsiyonlu soğutma sistemi

2000-2500 Su soğutma grubu (Çiller) maliyeti: 400–450 €/kWc

Tüm DES sistem maliyeti: 2000–2500 4 FPC ile desikant

evaporatif soğutma sistemi