5. GÜNEŞ ENERJİSİNDEN ISI VE ELEKTRİK ENERJİSİNİN
5.2. Fotovoltaik Paneller
5.2.1. Kristal slikon güneş panelleri
Günümüzde kurulan güneş santrallerinin büyük çoğunluğunda kullanılan teknoloji tipidir.
Verimleri %14-21 arasında değişiklik göstermektedir. Geleneksel güneş panelleri olarak da adlandırılan bu panellerin maliyetleri hızla düşmektedir. Kristalin panel satışları, tüm fotovoltaik panel satışlarının yaklaşık %90’ını oluşturmaktadır. Kristalin slikon güneş panelleri, kullanılan kristal yapısına göre monokristal ve polikristal olarak ikiye ayrılmaktadır. Kristal slikon güneş panellerinin yapısı ve çalışma ilkesi Şekil 5.5’te gösterilmiştir [52].
Şekil 5.5. Kristalin silikon güneş panellerin yapısı ve çalışma ilkesi
Monokristal güneş panelleri
Monokristal güneş panellerinin verimleri %16-21 arasında değişmektedir. Tam homojen bir yapıya sahiplerdir. Monokristal solar paneller, 2-3 yıl öncesine kadar düşük sıcaklık katsayısı nedeniyle sıcak bölgelerde ve zayıf ışık verimi nedeniyle de nemli bölgelerde tercih edilmekteyken, fiyat dezavantajı ve polikristalin panellerin bu avantaj sayılan hususlarda da gelişim göstermesi nedeniyle geniş ölçekli ticari projelerde ilk alternatif olmaktan çıkmıştır.
Üretimi teknik ve zamanı açısından polikristal panel üretimine nazaran uzun prosesleri olduğundan fiyatları daha pahalıdır. Estetik görüntüleri sebebiyle mimari projelere daha uygundur. Monokristal güneş panellerinin dış görünüşü Resim 5.3’te sunulmuştur.
Resim 5.3. Monokristal güneş panelinin dış görünüşü Polikristal güneş panelleri
Polikristal güneş panelleri, monokristal güneş panelleri gibi tek kristalin homojen bir yapıya sahip olmayıp daha basit ve dağınık bir yapıdadır. Polikristal güneş pilleri, %14 -17 verimliliğe sahiptir. Monokristal panellere göre verimleri düşük, ince film panellere göre ise verimleri yüksektir. Kalite ve verimlilik açısından polikristalin güneş pilleri monokristalin olanlar kadar iyi olmasa bile en fazla üretilen panel türüdür. Bu durumun nedeni ise maliyetinin daha düşük ve verimlilik/maliyet oranının daha yüksek olmasından kaynaklanmaktadır. Polikristal güneş panellerinin dış görünüşü Resim 5.4’de sunulmuştur.
Resim 5.4. Polikristal güneş panelinin kullanıldığı örnek tesis 5.2.2. İnce film güneş panelleri
Güneş panellerinde kullanılan malzemenin ve işçiliğin azaltılması, teknolojinin basitleştirilerek maliyetlerinin düşürülmesi yönünde yapılan araştırma ve geliştirme çalışmaları neticesinde kaba malzemenin tamamını kullanmak yerine; yarıiletken malzemenin geniş yüzeyler üzerine ince film şeklinde kaplanması fikri ortaya çıkmıştır. Bu alanda yapılan araştırma ve geliştirme çalışmaları, güneş paneli üretiminde kullanılabilecek birçok yarıiletken malzemenin; düşük maliyetlerde cam, metal ya da plastik folyo gibi tabakalar üzerinde geniş yüzeylere kaplanabileceğini ortaya çıkarmış ve ince film güneş panelleri ticari hayatta kullanılmaya başlanmıştır [53].
Günümüzde ince film güneş paneli satışları tüm fotovoltaik panel satışlarının yaklaşık
%10’unu oluşturmaktadır. İnce film paneller; Amorf silisyum, Kadmiyum Tellürid, CIS olarak sınıflandırılmaktadır.
Amorf Silisyum güneş paneli
İlk üretilen ince film güneş panelleridir. Fiyatları diğer panellere göre oldukça düşük düzeydedir. Amorf silisyum güneş panellerinin teorik verimi %10 dolaylarında olsa dahi ticari olarak verimleri %9’un üzerine çıkamamaktadır. Verim kayıpları oldukça fazla olan bu paneller büyük ölçekli ticari projelerde kullanılmamaktadır. Halihazırda saat, hesap
makinesi, oyuncak gibi küçük elektronik cihazların alternatif güç kaynağı olarak kullanılmaktadırlar.
CdTe güneş paneli
CdTe teknolojiye sahip güneş panellerinin verimleri %14-17 arasında değişiklik göstermektedir. 1 m2'de %22 oranında, panel bazında ise %17,0 oranında verime ulaşmıştır.
Daha öncelerde ticari uygulamalarda gözlemlenen verim düşümü problemleri giderilmiş ve üretim maliyetleri aşağı çekilmiştir. Özellikle sıcaklığın yüksek olduğu ve arazi kısıtlılığının bulunmadığı bölgelerde saha kurulumları için oldukça uygun bir panel teknolojisidir. CdTe güneş panellerinin en önemli avantajı gölgelenmeye maruz kaldığında, silikon panellerde olduğu gibi panelin büyük kısmı enerji üretimi kabiliyetini yitirmez, yalnızca gölgelenmenin gerçekleştiği kısımdan yararlanılmaz, diğer kısımlar enerji üretimine devam eder.
Günümüzde en fazla kullanılan ince film panel teknolojisidir. Resim 5.5’te CdTe paneller ile kurulmuş örnek bir tesis gösterilmiştir.
Resim 5.5.CdTe ince film teknolojisi ile kurulmuş örnek tesis CIS güneş paneli
CIS teknolojisi birim alanda %20,9 panel bazında ise %16 oranında bir verime ulaşmıştır.
Işığın az olduğu koşullarda en yüksek verimliliğe sahip panellerdir. CIS teknolojisi güneş enerji pazarında artma eğilimi göstermektedir. Ancak maliyeti en fazla olan ince film panel çeşidi olduğundan büyük ölçekli ticari uygulamalarda pek fazla tercih edilmemektedir.
5.3. PV/T Güneş Kolektörleri
PV/T, güneşten gelen ışınım girdisi ile hem elektrik enerjisi hem de ısı enerjisi elde edilmesini sağlayan güneş kolektörü çeşididir. PV/T kolektörlerinde girdi ve çıktıların açıklandığı şema Şekil 5.6’da gösterilmiştir.
Şekil 5.6. PV/T güneş kolektörü girdi-çıktı şeması
Geleneksel fotovoltaik paneller güneşten gelen ışınımın ortalama %15-21’ni elektrik enerjisine dönüştürür, geri kalan enerjinin büyük bir kısmı da fotovoltaik hücrelerin ısınmasına yol açmaktadır. Güneş panellerinde ideal çalışma sıcaklığı olan 25 °C sonrasında sıcaklığın her 1°C artışı fotovoltaik hücrelerde yaklaşık %0,4-0,5 verim kaybına sebep olmaktadır. PV/T kolektörlerinde fotovoltaik hücrelerin altında sistemle bütünleşmiş olan borular ile hava ya da su kaynaklı olarak fotovoltaik hücreler soğutulmaktadır. Bu sayede hem panellerin ideal çalışma sıcaklığının üzerindeki sıcaklıklarda fotovoltaik hücrelerin verim kaybı engellenmekte hem de atık ısı kullanılabilir hale getirilmektedir. PV/T kolektörlerinde literatürdeki çalışmalar incelendiğinde, elektrik üretimi için genellikle monokristal, polikristal hücreler ya da a-Si yapısındaki fotovoltaik sistemler kullanılmaktadır.
PV/T kolektörlerin avantajları maddeler halinde aşağıda belirtilmiştir;
Bütünleşik bir sistem olduğundan hem elektrik enerjisi hem de ısı enerjisi elde edilebilmektedir. Bu da her iki sistemin ayrı ayrı kurulum maliyetleri dikkate alındığında PV/T kolektörlerini kullanılan alan ve maddi açıdan ekonomik kılmaktadır.
Bir mahalin çatısına yerleştirilen PV/T kolektörlerinin ürettiği elektriksel ve ısıl enerji, aynı alanın bir yarısına yerleştirilmiş termal kolektör ve diğer yarısına yerleştirilmiş fotovoltaik panellere nazaran daha fazladır.
Geleneksel PV modüllere nazaran, PV/T kolektörlerin ortalama çalışma sıcaklıkları hücrelerin soğumasına bağlı olarak düştüğünden, bu kolektörlerde üretilen elektrik enerjisi geleneksel PV modüllere göre daha fazladır.
Isıl kolektörlerin yarattığı görüntü kirliliğini engelleyerek mimari bütünlük yaratmaya tasarımlara sahiptir.
PV/T kolektörleri yapısından ısı atma yöntemine göre, PV/T hava kolektörleri ve PV/T su kolektörleri olarak ikiye ayrılmaktadır.
5.3.1. PV/T hava kolektörleri
PV/T hava kolektörleri hava ısıtılmasının ve elektrik üretiminin birlikte yapıldığı sistemlerdir. PV/T kolektörlerinde elektrik üretimi, panelin üst yüzeyinde bulunan fotovoltaik hücreler tarafından gerçekleştirilmektedir. Zamanla hücrelerin arka kısmında oluşan sıcaklık artışıyla birlikte hücrelerin verimi düşmektedir, bu durumda verim düşüşünü engellemek amacıyla bir soğutma gereksinimi oluşmaktadır. PV/T hava kolektörlerinde fotovoltaik hücrelerin artan sıcaklığı hava yardımıyla düşürülmektedir.
PV/T hava kolektörlerinin üzerinde soğutmayı sağlamak amacıyla delikler bulunmaktadır.
Panelin arka yüzeyinde oluşturulan negatif basınç etkisiyle deliklerden giren dış havaya, panelin arka yüzeyinde biriken ısı aktarılmaktadır. Bu sayede hem panelin arka yüzeyinin soğuması sağlanmakta hem de hava ısıtılmaktadır. Panelde oluşturulan havalandırma kanalları ile de ısınan bu hava istenilen yere transfer edilebilmektedir.
PV/T hava kolektörleri camlı ve camsız olarak üretilebilmektedir. PV/T hava kolektörlerinde cam kullanılmasının temel sebebi PV/T modülden ortama olan ısı kaybını
azaltmaktır. PV/T kolektörlerinde cam kullanılması sistemin termal verimini arttırmakta sıcaklığın artışına sebep olunduğu için hücrelerin veriminin azalmasına sebep olmaktadır.
Her iki sistemin yapısı da Şekil 5.7’de gösterilmiştir [54].
Şekil 5.7. PV/T hava kolektörlerinin yapısı (a. Camlı PV/T kolektörü, b. Camsız PV/T kolektörünün yapısı, c. Camsız PV/T kolektörünün diğer görünüşü)
PV/T kolektörlerde ısı transferini etkileyen önemli bir unsur, kolektörde bulunan hava kanallarının kanatçıklı, kanatçıksız ya da ince metal levha tipinde imal edilmesinden oluşan farklılıklardır. Kanal derinlik miktarının ısı transfer katsayısı üzerindeki etkisi incelendiğinde kanatçıksız tipte diğer tiplere göre daha düşük ısı transfer katsayısı elde edildiği görülmüştür. Celalettin Bakır (2012), tarafından gerçekleştirilen “Fotovoltaik/Isıl Sistemlerde Performans İyileştirilmesi ve Termo-Ekonomik Analiz” çalışmada her üç sistem için farklı hava giriş sıcaklıklarında verimsel kıyaslama yapılmış ve sonuçları Şekil 5.8’de sunulmuştur [54].
Şekil 5.8. Farklı tipte kolektörde elde edilen verim değeri karşılaştırması
5.3.2. PV/T Su kolektörleri
PV/T su kolektörleri elektrik üretimi ve su ısıtmanın birlikte yapıldığı sistemlerdir. Panellere temas eden boru ısıyı yutucu yüzey ve fotovoltaik hücrelerden ısı çekerek içerisinde bulunan akışkana aktarmaktadır. Bu sayede fotovoltaik hücrelerin sıcaklığı düşerken atık ısı ısıtma amaçlı kullanılabilmektedir. PV/T su kolektörlerinin yapısı Şekil 5.9’da gösterilmiştir [55].
Şekil 5.9. PV/T su kolektörlerinin yapısı
PV/T su kolektörleri camlı ya da camsız olabilmektedir. Camlı PV/T su kolektörlerinin termal performansı daha iyi olmasına karşın sistem içerisindeki sıcaklık artışından kaynaklı olarak elektriksel performans düşmektedir. Bu nedenle elektriksel performansın yüksek olması istenilen uygulamalarda camsız kolektörlerin kullanılması daha uygun olacaktır.
PV/T su kolektörleri entegre edilecekleri sistemde sıcak su ihtiyacı varsa oldukça kullanışlı hale gelmektedir. Bu tip kolektörün dezavantajı soğuk iklim bölgelerde kış şartlarında kaçak
ya da donma riskinin olmasıdır. Bu durumun önlenmesi amacıyla kullanılacak akışkana uygun miktarda etilen ve glikol eklenerek problemler çözülebilmektedir.
PV/T su kolektörlerinde kullanılan akışkanın termofiziksel özelliklerinin daha yüksek olması sebebiyle PV/T hava kolektörlerinden daha yüksek verime sahiptir. Dolayısıyla bu kolektörler daha yüksek kapasiteli tasarımlarda kullanılabilmektedir. PV/T hava kolektörlerinin ise, işletme bakım maliyetlerinin düşük olması ve imalatlarının daha kolay olması gibi avantajları bulunmaktadır.
Literatürde gerçekleştirilen çalışmalar incelendiğinde kristal silikon, ince film fotovoltaik hücreler, hava ve su soğutmalı kolektörler, camlı ve camsız kolektörlerin termal ve elektrik verimleri kıyaslanmıştır. Yapılan kıyaslama neticesinde ulaşılan veriler Çizelge 5.1’de sunulmuştur [56].
Çizelge 5.1. PV/T sistemleri verim kıyas çizelgesi
PV/T Sistemi ηPVT,elektrik ηPVT,termal ηPVT,toplam Polikristal PV/su
Çizelge 5.1’den anlaşılacağı üzere, kristalin güneş panellerinin kullanıldığı sistemlerde elektriksel verim ince film güneş panellerinin kullanıldığı sistemlere göre daha fazla iken termal verimler daha düşüktür. Elektriksel olarak bu fark, kristalin güneş panel verimininin ince film güneş paneli veriminden yüksek olmasından kaynaklanmakta iken ince film panel
kullnılan PV/T panelinde termal verimin yüksek olmasının nedeni ince film güneş panellerinin ısı transfer katsayısı değerinin kristalin güneş panellerinden daha yüksek olmasından kaynaklanmaktadır. Kolektörde cam kullanıldığında elektriksel verim düşmekte iken termal verim artış göstermektedir. Bu durumun temel sebebi kollektör yüzeyinde kullanılan cam materyalin ısı kaybına fazla müsaade etmemesi ve sistem içerisindeki sıcaklığın yükselmesine bağlı olarak 25 ºC üzerindeki her 1 ºC değerindeki artışın PV hücrelerin veriminde %0,4 ile %0,5 oranında azalma meydana getirmesidir. Su soğutmalı PV/T kolektörlerinin termal verimleri hava soğutmalı PV/T kolektörlere göre daha fazla iken elektriksel verimleri hemen hemen aynıdır. Su soğutmalı tip PV/T kolektörlerinin termal verimlerinin yüksek olmasının sebebi, suyun havaya göre daha iyi bir ısı iletkeni madde olmasından kaynaklanmaktadır.
Gerçekleştirilen değerlendirmeler çerçevesinde toplam verimi en yüksek PV/T kolektörü çeşiti; PV/su+cam karakterstiği iken en düşük verim polikristal PV/hava karakteristiğindeki PV/T kolektörlerdir. Dolayısıyla elektrik enerjisi ihtiyacının sınırlı, ısı enerjisi ihtiyacının fazla olduğu alanlarda ince film PV/su+cam PV/T kolektörleri, ısı enerjisi ihtiyacının sınırlı, elektrik enerjisi ihtiyacnın fazla olduğu alanlarda ise kristalin PV/su PV/T kolektörlerinin kullanılması önerilmektedir.
6. GÜNEŞ ENERJİSİ DESTEKLİ ISI POMPASI SİSTEMLERİ
Güneş enerjisi destekli ısı pompaları (GDIP) literatürde temel olarak beş sistem üzerinde incelenmiş olup bu sistemler;
Geleneksel güneş enerjisi destekli ısı pompası sistemleri (GGDIP)
Direkt genleşmeli güneş enerjisi destekli ısı pompası sistemleri (DG-GDIP)
PV/T destekli ısı pompası sistemleri (PV/T-GDIP)
Güneş enerjisi destekli toprak kaynaklı hibrit ısı pompası sistemleri (GTHGDIP)
Diğer güneş enerjisi destekli hibrit ısı pompası sistemleri
olarak sıralanmıştır.
6.1. Geleneksel Güneş Enerjisi Destekli Isı Pompası Sistemleri
GGDIP sistemleri ısı pompası çevrimi ve güneş kolektörü çevrimi olarak iki farklı çevrimden oluşmakta olup çevrimler arası ısı transferi ısı değiştirici ile sağlanmaktadır. Isı pompası çevriminin temel ekipmanları; kompresör, kondenser, genleşme valfi ve evaporatör (ara ısı değiştirici) iken güneş kolektörü çevriminde kullanılan temel ekipmanlar; güneş kolektörü, sirkülasyon pompası ve ara ısı değiştiricidir. Sistemde kullanılan ikincil akışkan ile, güneş kolektöründen ara ısı değiştiriciye ısı aktarımı gerçekleştirilmektedir. Isı pompası devresindeki soğutucu akışkan buharlaşma sırasında sekonder akışkandan ısıyı çekmekte ve yoğuşma işlemleri sırasında kondenserdeki ısıyı atmaktadır. Sisteme ait örnek tasarım Şekil 6.1’de gösterilmiştir.
Şekil 6.1. Geleneksel güneş enerjisi destekli ısı pompası sistemi şematik gösterimi
6.2. Direkt Genleşmeli Güneş Enerjisi Destekli Isı Pompası Sistemleri
DG-GDIP sistemleri 1955 senesinde Philp Sporn ve Ambrosse’nin çalışmaları ile literatüre girmiştir. Sistemde iki ayrı çevrime gerek kalmamakta, güneş enerjisi kolektörleri, ısı pompası çevriminin bir parçası olup soğutucu akışkanın çevreden gelen ısıyı direk çekerek doğrudan genleştiği kısımdır. DG-GDIP sistemlerinde soğutucu akışkan doğrudan kullanıldığından sistemin korozyon direnci oldukça yüksektir. Bu durum su bazlı kolektörlere göre sistemin ömrünü arttıran önemli bir unsur olup çalışma sıvınsın donma problemi de bulunmamaktadır. DG-GDIP sistemlerinde güneş kolektörleri ısı pompası sistemine direk entegre olduğundan dolayı sistemin performansı güneş radyasyonu, ortam sıcaklığı, nemlilik ve rüzgâr gibi doğasal şartlardan hızlı etkilenmektedir. Sisteme ait örnek tasarım Şekil 6.2’de sunulmuştur.
Şekil 6.2. Direkt genleşmeli güneş enerjisi destekli ısı pompası şematik gösterimi
6.3. PV/T Destekli Isı Pompası Sistemleri
PV/T-GDIP sistemleri, 1978 senesinde Kern ve Russel tarafından fotovoltaik-termal hibrit kolektörlerin DG-GDIP sistemlerine entegrasyonu ile geliştirilmiştir. Güneş radyasyonu PV/T kolektörlerinin üzerine düşmesiyle birlikte eşzamanlı olarak kolektördeki fotovoltaik hücreler tarafından elektriğe, ısı alıcılar tarafından ise ısıya dönüştürülmektedir. PV/T-GDIP sistemi genel anlamda DG-GDIP ve GGDIP sistemlerine benzerlik göstermektedir.
Sistemde farklılık yaratan en önemli unsur güneş kolektörleri yerine PV/T kolektörünün kullanılıyor olmasıdır. PV/T teknolojisinde, hücrelerin arkasında yer alan ısı alıcılar fotovoltaik hücrelerin sıcaklığını düşürerek hücre sıcaklığının optimum çalışma sıcaklığı olan 25°C mertebelerinde kalmasını sağlamaktadır. Fotovoltaik hücrelerde sıcaklığın artmaması elektriksel verimliliğin optimum seviyede kalmasına yardımcı olmaktadır. PV/T
kolektörleri sistemde bulunan evaporatöre ısı kaynağı kompresöre ise elektrik kaynağı oluşturmaktadır. PV/T kolektörlerinden üretilen elektrik enerjisinin kompresör tarafından kullanılabilmesi için sistemde invertör kullanılması gerekmektedir. PV/T-GDIP sistemine ait örnek tasarım Şekil 6.3’te gösterilmiştir.
Şekil 6.3. PV/T destekli ısı pompasına ait örnek şematik gösterim
6.4. Güneş Enerjisi Desteli Toprak Kaynaklı Hibrit Isı Pompası Sistemleri
GTHGDIP sisteminde güneş kolektörleri ve toprak kaynaklı ısı değiştiriciler ısı pompasına entegre edilmiştir. Sistem temel olarak; güneş enerjisi kolektörleri, toprak kaynaklı ısı değiştiriciler ve ısı pompası çevirimi elemanlarından (evaporatör, kondenser, kompresör, genleşme valfi vb.) oluşmaktadır. Güneş enerjisi kolektörleri ve toprak kaynaklı ısı eşanjörleri ısı pompası sistemine paralel ya da seri şekilde bağlanabilmektedir. Genel anlamda sistem elemanlarının seri bağlanması enerji verimliliği yönünden tercih edilmektedir. Toprak kaynaklı ısı pompası sistemine güneş enerjisi kolektörlerinin entegre edilmesi ısı değiştiricilerin uzunluğunu azalttığından ilk yatırım maliyetinde avantaj sağlamıştır. Isı değiştiricilerin dikey kullanıldığı sisteme ait örnek tasarım Şekil 6.4’te gösterilmiştir [57].
Şekil 6.4. Güneş enerjisi desteli toprak kaynaklı hibrit ısı pompası sistemi
6.5. Diğer Güneş Enerjisi Destekli Hibrit Isı Pompası Sistemleri
Güneş enerjisi-rüzgâr enerjisi destekli hibrit ısı pompası sistemleri, güneş enerjisi-rüzgâr enerjisi destekli toprak kaynaklı ısı pompası sistemleri vb. gibi güneş enerjisinden fayda sağlayan ısı pompası sistemlerine ilişkin mevcut durumda araştırmalar yeterli seviyelerde olmayıp sistemler üzerinde teknik, ekonomik ve çevresel araştırma ve fizibilite çalışmalarının arttırılması gerekmektedir. Güneş enerjisi destekli hibrit ısı pompası sistemine ait örnek tasarım Şekil 6.5’te gösterilmiştir [57].
Şekil 6.5. Güneş ve rüzgâr enerjisi destekli toprak kaynaklı ısı pompasına ait örnek şematik gösterim
7. YÖNTEM VE TASARIM
Ankara ili iklim şartlarında; zemin kat, ara kat, çatı katı ve terastan oluşan bir villanın ısıtma ihtiyacına yönelik bir tasarım gerçekleştirilmiştir. Çalışmada güneş enerjisi destekli ısı pompası sisteminin villanın ısınma ve sıcak su ihtiyacını karşılaması hedeflenmiştir. Bu doğrultuda seçilen villanın TS 825 standartlarına uygun olarak ısı yalıtımı yapılarak aynı standart dahilinde villanın ısıtılması için gerekli enerji ihtiyacı miktarı hesaplanmıştır.
Türkiye’de mevcut durumda bulunan binaların ısıtılmasında kullanılan enerji miktarında tasarruf sağlanması ve ısı kayıplarının azaltılması amacıyla TS 825 “Binalarda Isı Yalıtım Kuralları” standardı çıkarılmıştır. Öncelikle tasarımı gerçekleştirilecek sistemin entegre edileceği villanın mimari çizimlerinin incelenmesiyle, villanın TS 825 standardına uygun yalıtım şartlarına sahipliği incelenmiş ve ardından aynı standart dikkate alınarak villanın ısıtılması için gerekli enerji ihtiyacı miktarı hesaplanmıştır.
Yıllık ısıtma ihtiyacı kapsamında gerçekleştirilen hesaplamada tüm mahallin aynı sıcaklıkta olduğu kabulü yapılmıştır. TS 825 standardında, Türkiye’de bulunan şehirler derece gün olarak 4 bölgeye ayrılmış olup Ankara ili 3.ısıtma bölgesinde içerisinde yer almaktadır.
Türkiye’nin şehirlerinin hangi ısıtma bölgesinde bulunduğuna ilişkin çalışma Şekil 7.1’de sunulmuştur [58].
Şekil 7.1. Türkiye il bazlı ısıtma bölgesi haritası
7.1. Villanın Isıtılması ve Kullanım Sıcak Suyu İçin Gerekli Enerji İhtiyacı
7.1.1. Villanın ısıtılması için gerekli enerji ihtiyacı
Villanın ısı kaybından güneş enerjisi kazançlarının ve oluşabilecek diğer iç kazançların çıkarılmasıyla aylık net ısı ihtiyacı ortaya çıkmaktadır. Yıllık ısıtma ihtiyacı ise, aylık ısıtma ihtiyaçlarının toplamına eşittir. Bu bağlamda aylık ve yıllık ısıtma ihtiyaçlarının hesabına ilişkin bağıntılar Eş.7.1 ve Eş.7.2’de gösterilmiştir [58].
Q
yıl Q
ay (7.1)Qay = [H x (i,ay - e,ay) - ηay (Фi,ay+ Фg,ay)] x t (7.2)
Kullanım amacına göre hesaplamalarda kullanılacak aylık ortalama iç sıcaklık değerleri (θi,ay) TS 825 standardının “Farklı Amaçlarla Kullanılan Binalar İçin Hesaplamalarda Kullanılacak Aylık Ortalama İç Sıcaklık Değerleri” çizelgesinden 19 °C olarak bulunmuştur. İlgili değerler çizelge Çizelge 7.1’de sunulmuştur [58].
Çizelge 7.1. Farklı amaçlarla kullanılan binalar için hesaplamalarda kullanılacak aylık ortalama iç sıcaklık değerleri çizelgesi
# Isıtılacak binanın adı Sıcaklığı (°C)
1 Konutlar
19 2 Yönetim binaları
3 İş ve hizmet binaları 4 Otel, motel ve lokantalar
20 5 Öğretim binaları
6 Tiyatro ve konser salonları 7 Kışlalar
8 Ceza ve tutuklu evleri 9 Müze ve galeriler 10 Hava limanları
Çizelge 7.1. (devam) Farklı amaçlarla kullanılan binalar için hesaplamalarda kullanılacak aylık ortalama iç sıcaklık değerleri çizelgesi
11 Hastaneler 22
12 Yüzme havuzları 26
13 İmalat ve atölye mahalleri 16
Farklı ısıtma bölgeleri için ısı kaybı ve yoğuşma hesabında kullanılacak aylık ortalama dış sıcaklık değerleri ise Çizelge 7.2’de sunulmuş ve hesaplamalarda bu değerlerden yararlanılmıştır [58].
Çizelge 7.2. Isıtma bölgelerine göre aylık ortalama sıcaklık değerleri
Villanın özgül ısı kaybı hesabı
Özgül ısı kaybı, iç ve dış ortamlar arasında 1 Kelvin sıcaklık farkı olması durumunda, binanın dış kabuğundan iletim ve havalandırma yolu ile birim zamanda kaybedilen ısı enerjisi miktarı olarak tanımlanmaktadır. Özgül ısı kaybı, iletim yoluyla gerçekleşen ısı kaybı (HT)
Aylar 1.Bölge 2.Bölge 3.Bölge 4.Bölge
Ocak 8,4 2,9 -0,3 -5,4
Şubat 9,0 4,4 0,1 -4,7
Mart 11,6 7,3 4,1 1,3
Nisan 15,8 12,8 10,1 7,9
Mayıs 21,2 18,0 14,4 12,8
Haziran 26,3 22,5 18,5 17,3
Temmuz 28,7 24,9 21,7 21,4
Ağustos 27,6 24,3 21,2 21,1
Eylül 23,5 19,9 17,2 16,5
Ekim 18,3 14,1 11,6 10,3
Kasım 13,0 8,5 5,6 3,1
Aralık 9,3 3,8 1,3 -2,8
ve havalandırma yoluyla gerçekleşen ısı kaybının (Hv) toplamına eşit olan ifadedir. Özgül ısı kaybını veren bağıntı Eş.7.3’te gösterilmiştir [58].
H= HT + HV (7.3)
İletim yoluyla oluşan ısı kaybı
İletim yoluyla gerçekleşen ısı kaybı hesabında, villanın dış duvar, kolon, pencere, kapı, tavan ve döşeme alanları bulunur. Yapıda kullanılan elemanların ısıl iletkenlik direnç değerleri TS 825 standartının Ek-E çizelgesinde verilmiş olan tablodan bulunmuş ve Eş.7.4 ve Eş.7.5’te
İletim yoluyla gerçekleşen ısı kaybı hesabında, villanın dış duvar, kolon, pencere, kapı, tavan ve döşeme alanları bulunur. Yapıda kullanılan elemanların ısıl iletkenlik direnç değerleri TS 825 standartının Ek-E çizelgesinde verilmiş olan tablodan bulunmuş ve Eş.7.4 ve Eş.7.5’te