4. ISI BORUSU
5.2. Deneyin YapılıĢı
Deneyler 6 - 16 Eylül 2011 tarihleri arasında Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makina Bölümü Tesisat Anabilim Dalı bahçesinde yapılmıĢtır.
Sistem saat 08:45‟de çalıĢtırılmaya baĢlanmıĢ ve her on beĢ dakikada bir ölçüm yapılmıĢtır. Ölçümler sistemin çalıĢma rejimine girmesiyle saat 09:00da baĢlayıp saat 17:30‟ye kadar devam etmiĢtir.
Sıcaklık ölçümleri; dıĢ hava sıcaklığından ve kollektör giriĢ ve çıkıĢından alınmıĢtır.
Sıcaklık ölçümü yapılırken hava sıcaklığı TESTO firmasının üretmiĢ olduğu TESTO 435 elektronik sıcaklık ölçüm cihazı ile su sıcaklıkları ise CEM DT-630 Thermometer (ısıl çift) kullanılarak ölçülmüĢtür.
DıĢ hava ölçümlerinde güneĢ ıĢınım Ģiddeti The Daystarmeter (DS-05A) adlı ıĢınım ölçer cihazı ile hava hızı ve bağıl nemi ise TESTO 435 adlı cihaz ile ölçülmüĢtür. Çizelge 5.1‟de ölçüm cihazların resimleri ve teknik özellikleri verilmiĢtir.
Çizelge 5.1. Deney esnasında kullanılan ölçüm aletleri
Cihaz Adı Özelliği Görünümü
Hava aktarım fanı Bilgisayarlarda kullanılan soğutma amaçlı fan Özelliği: DC 12 V. 0,15 A
Transformatör GiriĢ: 220 V AC
ÇıkıĢ:0-14V DC, 1,1 A
Isıl çift termometre CEM DT-630 Thermometer Ölçüm aralığı: 50 ile 1372 oC Hassasiyet : ±0,15%
Sulu sistemde, sistemden akan suyun debisi sabitlenmiĢtir. Havalı sistem de ise dolaĢımı kolaylaĢtırmak için küçük bir bilgisayar fanı kullanılmıĢtır.
Bütün elektrikli cihazlar için yine güneĢ enerjisi kullanılmıĢtır. Kollektörler üzerine monte edilen güneĢ pilleri sayesinde güneĢ enerjisi elektrik enerjisine dönüĢtürülmüĢ ve sistemde kullanılmıĢtır.
Sistem cebri dolaĢımlı bir sistem olduğu için sistemde fanın ve devir-daim pompasının ihtiyaç duyduğu enerji yine güneĢ enerjisinden karĢılanmıĢtır. Bunun için 12 voltu 120 volta çıkaran ve doğru akımı alternatif akıma çeviren elektronik cihazlar kullanılmıĢtır.
Deney verileri saatlik ve günlük olarak iĢlenerek değerlendirmelere hazır hale getirilmiĢtir.
ġekil 5.7. Isı borulu hava ve su ısıtma amaçlı güneĢ kollektörleri deney hali
Not: Bu resimde önceki resimlerde görülen sistem aynı sistem olmak üzere, sadece güneĢ pilleri değiĢtirilmiĢ ve hava ve su ısıtma sistemleri yan yana konularak deneyler yapılmıĢtır.
Deneyler sonucunda elde edilen veriler güneĢin hareketine göre saatlik olarak değiĢtiği için bir günün ortalaması alınarak hesaplar yapılmıĢtır.
DıĢ hava sıcaklığını için;
Tort=
n
T
(5.1) ΣT - Sıcaklıkların toplamı
n - Ölçüm sayısı kullanılmıĢtır.
Deneyler 9:00-17:30 saatleri arasında 15 dakika aralıklarla yapıldığı için 8 saat içinde toplamda 33 defa ölçüm yapılmıĢtır.
Günlük toplam güneĢ ıĢınımı için;
I = I ort x A gün
kJ (5.2)
eĢitliği kullanılmıĢtır.
Toplam hava debisini bulmak için ise;
V =Av (5.3)
eĢitliği kullanılmıĢtır. EĢitlikte yer alan “A” kanallar için iki kenar çarpımı olarak bulunmuĢtur. Hız ise sabitlenmiĢ ve 1,5 m/s olarak alınmıĢtır.
Toplam kütlesel debiyi bulmak için;
V
m (5.4)
eĢitliği kullanılmıĢtır. EĢitlikte “V ” toplam hava debisi, “” yoğunluktur.
Sistemden elde edilen toplam ısı kazancını bulmak için ise;
Q = m · c · ΔT (5.5)
eĢitliği kullanılmıĢtır.
Elde edilen verimi bulmak için ise;
I
Q
(5.6)
eĢitliği kullanılmıĢtır.
6. DENEY VERĠLERĠNĠN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ
DıĢ hava sıcaklığı:
Deneyler sırasında yapılan dıĢ hava ölçümleri tek tek kaydedilmiĢ ve hesaplar için ortalama bir değer bulunmuĢtur.
Ortalama sıcaklığı bulmak için EĢ. 5.1. den yararlanılmıĢtır.
Sıcaklıkların toplamı = 932,9oC Ölçüm sayısı = 33
Tort= 932,9 / 33 = 28,3oC bulunmuĢtur.
GüneĢ IĢınımı (kollektör yüzeyine gelen enerji):
Günlük toplam güneĢ ıĢınımı değerini bulmak için ise EĢ. 5.2. kullanılmıĢtır.
Toplam güneĢ ıĢınımı: 24057 2 m W
Toplam güneĢ ıĢınımı ortalaması:
I ort= 24057 / 33 = 729 2
1 kWh (kilowatt saat)= 3600 kJ
Günlük toplam güneĢ ıĢınımı:
ġekil 6.1. Zamana bağlı güneĢ ıĢınımı - dıĢ hava sıcaklığı iliĢkisi Hava Isıtma Amaçlı Kollektörde Kazanılan enerji:
Kazanılan enerji; giriĢ ve çıkıĢ havası sıcaklıkları farkından hareketle bulunmuĢtur:
Ortalama sıcaklıklar:
GÜNEġ IġINIMI (W/m2X 10) DIġ HAVA SICAKLIĞI (oC)
DIŞ HAVA SICAKLIĞI GÜNEŞ IŞINIMI
ġekil 6.2. DıĢ hava sıcaklığı ile kollektör giriĢ ve çıkıĢ havası sıcaklıkları Toplam kütlesel debiyi bulmak için ise EĢ. 5.4. kullanılmıĢ;
m = 60,48
değeri bulunmuĢtur. Ancak deneyler günde 8 saat yapıldığı için;
m = 72,576
Toplam ısı kazancı yükü ise EĢ. 5.5. kullanılarak;
Q = 580,6
bulunarak verimin hesaplanmasında kullanılmıĢtır. Verim ise EĢ. 5.6. nın kullanılmasıyla;
Su Isıtma Amaçlı Kollektörde Kazanılan enerji:
Kazanılan enerji; suyun giriĢ ve çıkıĢ sıcaklıkları farkından hareketle bulunmuĢtur:
Ortalama sıcaklıklar:
Ortalama suyun giriĢ sıcaklığı: Tg = 998,5 / 33 = 30,58oC Ortalama suyun çıkıĢ sıcaklığı: Tç = 1323 / 33 =40oC Sıcaklık farkı: ΔT = 40oC – 30,58oC = 9,42oC
ġekil 6.3. DıĢ hava sıcaklığı ile kollektör giriĢ ve çıkıĢ suyu sıcaklıkları
Sistemde suyun debisi saatte 24 litre olarak ayarlanmıĢtır. Buradan;
m = 24
olarak bulunmuĢtur. Sistem günde 8 saat çalıĢtırıldığı için:
m = 24
Sistemin verimi için bulunan değerler EĢ. 5.6. da yerleĢtirilip hesap yapıldığında sonuç;
Deneyler sonucunda sıcak su elde etme amaçlı yapılan kollektörde verim %72'dir. Bulunan bu verim daha önce Yılmaz' ın yapmıĢ olduğu çalıĢma ile aynı değerlere sahiptir [2].
Sakallı' nın yapmıĢ olduğu çalıĢmada ise verim %43,6 olarak hesaplanmıĢtır [4]. Acar
ise düz ve birleĢik ısı borulu iki kollektör ile yapmıĢ olduğu çalıĢmasında, birleĢik ısı borulu sistemin verimini %57, düz ısı borulu sistemin verimini ise %49 bulmuĢtur [19].
Hava ısıtma amaçlı yapmıĢ olduğumuz kollektörde ise verim %74'dür. Kaya'nın yapmıĢ olduğu çalıĢma da ise bu değer %40'lardadır [5]. Yılmaz ve arkadaĢlarının yapmıĢ olduğu çalıĢmada ise verim %36 olarak hesaplanmıĢtır [13].
Görülmektedir ki yapılan çalıĢmalarda bulunan verimler hesaplamıĢ olduğumuz verimlerden çok aĢağıdadır. Bunun nedeni çalıĢılan ortamlar olabileceği gibi yapılan kollektörlerde ki yalıtım eksiklerinden de kaynaklı olabilmektedir.
7. SONUÇ VE ÖNERĠLER
Sonuç olarak Ģöyle söylemek mümkündür; klasik fosil yakıtlarının stoklarının tükenme sinyallerini vermeye baĢlamasıyla birlikte enerji fiyatları gün geçtikçe yükselmeye devam etmektedir. Ayrıca fosil kaynaklı yakıtların çevreye verdikleri kalıcı etki ve zararlarının da söz konusu olduğu Ģu yıllarda; tükenmeyen kaynak olan ve çevreye hiçbir zararı dokunmayan güneĢ enerjisinden bu basit düzeneklerle bile elde edilen verim ülke ekonomisi ve gelecek açısından önemlidir.
Sistem elemanları aynı malzemeden, aynı Ģartlarda yapılmıĢ ve yine aynı Ģartlarda deneyleri yapılmıĢtır. Bulunan verim değerleri ise birbirine çok yakındır. Hava ısıtma amaçlı yapılmıĢ olan kollektörden %74 verim sağlanırken, su ısıtma amaçlı yapılmıĢ olan kollektörden %72 verim alınmıĢtır. Bu tür basit sistemlerde bile, daha iyi yalıtımın yapılması ve emici yüzeylerin biraz daha geliĢtirilmesi durumunda; vakum tüplü ve maliyeti oldukça yüksek kollektörler kadar olmasa bile, sistem veriminin daha da artacağı muhakkaktır.
Sistemde kullanılan ısıtkanı çeĢitlendirmenin verimde değiĢikliklere neden olabileceği gibi ısı borusunun boyu ve çapında yapılacak değiĢikliklerin de verime etkisi araĢtırılabilir.
Aynı zamanda yapılan sistemle ortam havasının ısıtılması yerine, sisteme eklenecek bir oda kurutma fırını olarak kullanımı yapılabilir.
Bu basit sistemlerle güneĢten alınan enerjinin suya aktarılması durumunda iklimlendirme santralinin ısıtıcısında plaka ısı dönüĢtürücü ile kıĢın güneĢli günlerinde konut ısıtılması daha kolay olabilir.
Ayrıca bu tür güneĢ enerjili hava ısıtma sistemlerinin su deposu olmadığından, hem daha hafif ve hem de yerleĢtirilmesi ve iĢçiliği de oldukça kolaydır. Ayrıca don olaylarına karĢı da oldukça güvenilirdir.
Kanatçık ve ısı borularının birleĢimi aynı malzemeden makine kaynağı ile yapılırsaısı transferinin daha iyi (verimli) olacağı kanaatindeyim.
KAYNAKLAR
1. Uyarel, A.Y.(1984). Isı Borusu Prensibinin Güneşli Su Isıtıcılarına ve Damıtmaya Uygulanması, Doktora Tezi, Ġstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ġstanbul, 25-27.
2. Yılmaz, S.(1988). Güneş Enerjili Isı Borusuyla Sıcak Su Üretimi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
3. Alkaç, Ö.(1996).Isı Borusu Prensibinin Güneşli Su Isıtıcılarına Uygulanması, Yüksek Lisans Tezi, Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Zonguldak.
4. Sakallı, U.(2005).Antifrilizli Sulu Vakumlu Isı Borulu Güneş Kollektörü ile Klasik Direkt Dolaşımlı Güneş Kollektörlerinin Verimlerinin Karşılaştırılması, Bilim Uzmanlığı Tezi, Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük, 54-55.
5. Kaya, M.(2007). Isı Borulu Hava Isıtmalı Gizli Depolu Düzlemsel Güneş Kollektörü ile Sıcak Su Hazırlama Sisteminin Deneysel İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
6. Arslan, G. (2007).Üç Kolonlu Titreşimli Isı Borusunun Matematiksel Modellenmesi ve Deneysel İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Ġstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ġstanbul.
7. Acar, B., Öz, E.S. ve Gedik, E.(2008). Ayrık ve BirleĢik Isı Borulu Kollektör Verimlerinin Deneysel Olarak Ġncelenmesi.Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 23(2), 425-429.
8. Esen, M., Hazar, H. ve Esen, H.(2005). Isı Borulu Kollektör Kullanan GüneĢ Enerjili Bir PiĢiricinin Deneysel Olarak Ġncelenmesi.Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, 23(1), 114-122.
9. Ürün, E., Çay, Y. ve Kurt, H. (2011, 16-18 Mayıs). Isı Borulu Isı Geri Kazanım Sistem Performansının Deneysel Olarak Ġncelenmesi.International Advanced Techrologies Symposium,162-166.
10. Özsoy, A.ve Yıldırım, R.(2012). Toprak Kaynaklı Isı Boruları ve Uygulama Alanları.
Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 9(2), 61-73.
11. Doğan, H. (1999). Isı Borulu GüneĢ Kollektörleri ile Kurutma.Mühendislik Bilimleri Dergisi, 5(1), 921-925.
12. Özsoy, A. ve Acar, M.(2005). Yerçekimi Destekli Bakır-Su Isı Borusu Ġçin Deneysel Bir ÇalıĢma.Tesisat Mühendisleri Dergisi, (90) 13-18.
13. Yılmaz, S., Kayfeci, M. ve KeçebaĢ, A.(2010). Çift Fazlı (Isı Borulu) GüneĢ Kollektörlerini Konut Isıtmasında Kullanımının Deneysel Olarak Ġncelenmesi, Tesisat Mühendisleri Dergisi, (116), 5-10.
14. ġimĢak, O.(2009). Isı Geri Kazanım Amaçlı Isı Borusu Performansının Deneysel Olarak İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük,4-6.
15. Alt, N. (2010). Tek Kanallı Isı Borusu ile Çok Kanallı Isı Borusu Verimlerinin Karşılaştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük.
16. Bingöl, O. (1998). Güneş Kollektör Sisteminin Bilgisayar Destekli Optimum Kontrolü, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
17. Ġnternet: Elektrik ĠĢleri Etüt Ġdaresi Genel Müdürlüğü; GüneĢ (2009). URL:
http://www.eie.gov.tr, Son EriĢim Tarihi: 19 Aralık 2013.
18. Sayın, S. (2006). Yenilenebilir Enerjinin Ülkemiz Yapı Sektöründe KullanımınınÖnemi ve Yapılarda Güneş Enerjisinden Yararlanma Olanakları, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya.
19. Acar, B. (2007).Düz Isı Borulu Güneşli Su Isıtma Sistemleri ile Birleşik Isı Borulu Güneşli Su Isıtma Sistemlerinin Performans Değerlerinin Kıyaslamalı Olarak Belirlenmesi, Bilim Uzmanlığı Tezi, Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük.
20. Ġnternet: GüneĢ Enerjisiyle Elektrik Üretme Yöntemleri (2012) URL:
http://okulsel.net/docs/index-17020.html, Son EriĢim Tarihi: 19 Nisan 2013.
21. Ġnternet: GüneĢ Enerjili Su Isıtma Sistemleri (2012) URL:
http://www.ekotec.com.tr/index.php?sayfa=urun&id=77, Son EriĢim Tarihi: 19 Nisan 2013.
ÖZGEÇMĠġ
KiĢisel Bilgiler
Soyadı, adı : KÖSE, Tuğba
Uyruğu : T.C.
Doğum tarihi ve yeri : 26.04.1987, Ankara Medeni hali : Bekar
Telefon : 0555 817 50 30
e-mail : tugbakose00@gmail.com
EğitimDerecesi Okul/ Program Mezuniyet tarihi GüneĢ Kollektörünün Ġklimlendirme Santraline UygulanıĢı, 11. Ulusal Tesisat Kongresi Bildiri Kitabı, 1273-1283.
2. Doğan H., Sevik S., Köse T. (2013, 17-20 Nisan). Farklı Tiplerdeki Havalı GüneĢ Kollektörlerinin Tasarımı, Ġmalatı ve Performans Deneyleri, 11. Ulusal Tesisat Kongresi Bildiri Kitabı, 1259-1269.
3. Doğan H., Köse T. (2012, 13-15 Eylül). Hava Isıtma Amaçlı GüneĢ Kollektörünün Ġklimlendirme Santraline UygulanıĢı, Ulusal İklimlendirme Soğutma Eğitimi Sempozyumu Bildiri Kitabı, 70-80.
Hobiler
Kitap okuma, Müzik dinlemek, Bisiklete binmek, Doğa yürüyüĢü