Tezin Amacı Ve Kapsamı

Fosil kökenli yakıt kaynaklarının azalması ile yenilenebilir enerji kaynakları üzerine yapılan çalışmalar son yıllarda önem kazanmıştır. Çevre bilinci ile hareket ederek, güneş enerjisi sistemlerini sadece kullanım suyu ısıtmasında değil, aynı zamanda ısıtmaya destek olarak da planlamak gerekmektedir. Yazın bol bulunan güneş enerjisinin mevsimlik depolanarak, ihtiyaç olduğunda binaların ısıtılması için kullanmak büyük enerji tasarrufu sağlayabilir.

Güneş enerjisi yüzündeki çukurlarda ve çelik tanklarda, mağaralarda, kayalara açılmış dikey kuyularda, yeraltında çelik tanklarda, toprağa gömülü dikey ve yatay borularda, akü ferlerde, yeraltında beton tanklarda depolanmaktadır. Güneş enerjisinin yeryüzünde depolanması durumunda kış mevsimi boyunca dış hava sıcaklığının düşük olması, gece ve gündüz sıcaklıklarının ani olarak değişmesi kayıpların artmasına, kayıpların artması ise depo verimini düşürmektedir. Yeraltı toprak sıcaklığının dış hava şartlarından az etkilenmesi ve ısıtma mevsiminde depo sıcaklığının depo çevresindeki jeolojik yapının sıcaklığından düşük olması durumunda jeolojik yapının depoyu ısıtması yeraltında depolamayı cazip hale getirmektedir.

Türkiye’de son 10- 15 yıl içinde mevsimlik güneş enerjisi depolama üzerine yapılan çalışmalar artmıştır. Yapılan çalışmalar genelde teorik düzeyde bulunmaktadır. Ayrıca depolama ünitesinin yeryüzünde olduğu durumlarda, çeşitli toplayıcı firmaları bazı iller için hem bina hem de kullanım için sıcak su ısıtması olmak üzere toplam ısı ihtiyacını karşılama yüzdelerini vermektedirler. Edirne iklim şartları için böyle bir çalışma mevcut değildir.

Bu çalışmada, güneş enerjisinin toprak altında depolanarak, ihtiyaç duyulduğunda bina ısıtılmasında veya sıcak su ihtiyacının karşılanmasında kullanılması deneysel olarak araştırılmıştır. Bu amaçla toplayıcılarla toplanan güneş enerjisinin toprağın altına yerleştirilmiş silindirik ısı depolama ünitesinde mevsimlik depolandığı bir ısıtma sistemi tesis edilmiştir. Deneysel çalışma esnasında, ısı depolama ünitesi ve çevresi toprak içinde sıcaklıklar, dış hava sıcaklığı, rüzgâr hızı ve ışınım değeri ölçülmüştür. Saatlik ölçüm sonuçları yardımı ile yeraltında bulunan silindirik ısı depolama ünitesi ve çevresindeki sıcaklık dağılımları belirlenmiştir. Isı toplama

ünitesinde ısı toplayıcı akışkan ile toplanan enerjilerin aylara göre değişimi belirlenmiştir. Isı toplama ünitesinin enerji ve ekserji etkenliğinin aylara göre değişimi hesaplanmıştır. Isı depolama ünitesine, ısı taşıyıcı akışkan ile aktarılan aylık toplam enerji değerleri hesaplanmıştır. Isı depolama ünitesinden hacim ısıtması ve kullanım amaçlı sıcak su ile çekilen aylık toplam enerjiler belirlenmiştir. Silindirik enerji deposu ve etrafındaki kum hacminden oluşan silindirik ısı depolama ünitesinde depolanan toplam enerjilerin aylara göre değişimi belirlenmiştir. Hacim ısıtması ve kullanım amaçlı sıcak su ile enerji çekilmesi durumunda, topraktan sağlanan toplam enerji kazancının aylara göre değişimi belirlenmiştir. Isı depolama ünitesine ait enerji ve ekserji etkenliklerinin aylara göre değişimi belirlenmiştir. Kurulan mevsimlik güneş enerjisi depolamalı ısıtma sisteminin ekonomik değerlendirilmesi yapılmıştır.

Bu çalışma on bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, tez için genel bir giriş yapılmıştır. İkinci bölümde, güneş enerjisinin depolaması üzerine kuramsal bilgiler ve mevsimlik güneş enerjisi depolamalı ısıtma sistemleri için literatür araştırması verilmiştir.

Üçüncü bölümde, binada hacim ısıtması ve kullanım amaçlı sıcak su temini için gerekli toplam ısı yükü, ısı toplama ve ısı depolama ünitesinin tasarım hesapları verilmiştir. Geçici rejimde toprak içersinde bulunan silindirik ısı depolama ünitesi ve çevresindeki sıcaklık dağılımı için QuickField Transient Thermal yazılımı kullanılarak sayısal çözümleme yapılmıştır.

Dördüncü bölümde, kurulan mevsimlik güneş enerjisi depolamalı ısıtma sisteminin tesisat elemanları tanıtılmıştır. Otomatik kontrol üniteleri ve ölçüm cihazları açıklanmıştır. Yeraltında bulunan silindirik ısı depolama ünitesi ve çevresindeki ölçüm noktalarının koordinatları verilmiştir.

Beşinci bölümde, saatlik ölçüm sonuçları yardımı ile yeraltında bulunan silindirik ısı depolama ünitesi ve çevresindeki aylık ortalama sıcaklık dağılımları ve aylık ortalama dış hava sıcaklıkları verilmiştir. Üçüncü bölümde verilen başlangıç ve sınır şartlarına göre QuickField Transient Thermal yazılımı kullanılarak belirlenen teorik sıcaklık dağılımları ile deneysel sıcaklık dağılımları mukayese edilmiştir.

Altıncı bölümde, kurulan mevsimlik güneş enerjisi depolamalı ısıtma sisteminde enerji ve ekserji etkenlikleri için teorik denklemler verilmiştir. Saatlik ölçüm sonuçları ve verilen denklemler yardımı ile hem ısı toplama ünitesinin hem de ısı depolama

ünitesinin enerji ve ekserji etkenliğinin aylara göre değişimi belirlenmiştir. Kurulan ısıtma sisteminde, enerji etkenliğini etkileyen etmenler incelenmiştir.

Yedinci bölümde, kurulan mevsimlik güneş enerjisi depolamalı ısıtma sisteminin ekonomik değerlendirilmesi yapılmıştır. Ekonomik analiz, P1 –P2 yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Kurulan ısıtma sisteminden aylık faydalanma oranları ve yıllık faydalanma oranı belirlenmiştir. Kurulan mevsimlik güneş enerjisi depolamalı ısıtma sistemi için optimum toplayıcı alanı hesaplanmıştır.

Sekizinci bölümde, ölçmelerde karşılaşılan hata türlerinden bahsedilmiştir. Kurulan mevsimlik güneş enerjisi depolamalı ısıtma sisteminde kullanılan ölçme aletlerinin hassasiyetleri verilmiştir. Isı depolama ünitesi içinde bulunan ölçüm noktalarındaki deneysel ve teorik su sıcaklıklar için relatif hata hesaplanmıştır.

Dokuzuncu bölümde, kurulan mevsimlik güneş enerjisi depolamalı ısıtma sistemi için elde edilen sonuçlar tartışılmıştır. Kurulan ısıtma sisteminde, Temmuz 2005 – Mayıs 2006 ölçüm sonuçları ve hesaplanan değerler yardımı ile Edirne ili için genel bir yaklaşımda bulunulmuştur. Ayrıca bu çalışmada incelenmeyen fakat araştırmaya değer konular ve öneriler yer almaktadır. Onuncu bölümde ise genel sonuçlar verilmiştir.