Kılcal borulu hava sızdırmalı güneş toplayıcılarının teorik ve deneysel incelenmesi

(1)

T.C.

TRAKYA ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ

KILCAL BORULU HAVA SIZDIRMALI GÜNEġ TOPLAYICILARININ TEORĠK VE DENEYSEL ĠNCELENMESĠ

Mak. Yük. Müh. Hacer AKHAN

DOKTORA TEZĠ

MAKĠNE MÜHENDĠSLĠĞĠ ANABĠLĠM DALI

Tez DanıĢmanı: Yrd. Doç. Dr. Doğan ERYENER

(2)

(3)

(4)

i

Doktora Tezi

Kılcal Borulu Hava Sızdırmalı Güneş Toplayıcılarının Teorik ve Deneysel Incelenmesi T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü

Makine Mühendisliği Anabilim Dalı

ÖZET

Hava sızdırmalı güneş toplayıcıları, binalardaki havalandırma ve ısıtma yükünü azaltmak için havalandırma ısıtmasına destek sağlayan ve yaygın olarak kullanılan toplayıcılardır. Kılcal borulu radyant ısıtma sistemiyle birleştirilmiş hava sızdırmalı güneş toplayıcıları ise ek bir ısı kaynağı kullanarak sürekli sıcak hava sağlayan yeni bir havalı güneş toplayıcısı tipidir. Bu çalışmanın amacı, havalı güneş toplayıcısı ve kılcal borulu ısıtma sistemi arasındaki ısıl etkileşimi ve ısı transferi karakteristiklerini araştırmaktır. Genel olarak, kılcal borulu ısıtma sistemi oda ısıtmasında kullanılan klasik bir yöntemdir. Ancak ilgili literatürde kılcal borulu radyant ısıtma sisteminin ısıl davranışı ve ısı transferi karakteristikleriyle ilgili az bilgi bulunmaktadır. Bu çerçevede, bu çalışma kılcal boruların ısı transferi mekanizması için ek bilgiler vermektedir.

Bu çalışmada kılcal borulu radyant ısıtma sistemiyle birleştirilmiş hava sızdırmalı güneş toplayıcısı için teorik ve deneysel analiz yapılmıştır. Kılcal borular ve güneş toplayıcısı arasındaki ısı transferi mekanizması, toplayıcı ve kılcal boru kütlesel debileri, giriş sıcaklıkları gibi farklı durumlar için incelenmiştir. Enerji denge denklemlerine dayalı teorik analiz deneysel sonuçlar ile desteklenmiş, sonlu elemanlar analizi yapılmıştır.

Deneysel sonuçlar, kütlesel debi ve giriş sıcaklığına bağlı olarak kılcal borular ve güneş toplayıcısı arasında yüksek bir etkinlik olduğunu göstermektedir. Düşük sıcak su sıcaklıkları ve kütlesel debi için havayı ısıtmanın mümkün olduğu bulunmuştur. Ek olarak, deneysel sonuçlar, regresyon analizi kullanarak hava akışı ve kılcal boru arasındaki ısı transferi bağıntısını geliştirilmiştir.

Yıl : 2015

Sayfa Sayısı : 273

Anahtar Kelimeler : Kılcal Borulu Hava Sızdırmalı Güneş Toplayıcısı, Kılcal Borulu Isı Değiştiricisi

(5)

ii

Doctoral Thesis

Theoretical and Experimental Investigation of Perforated Solar Air Collector Coupled to A Capillary Tube Heating System

Trakya UniversityInstitute of Natural Sciences Department of Mechanical Engineering

ABSTRACT

Perforated Solar Air Heating collectors are the most widely used collectors which supply tempered ventilation air to reduce the total heating load for building ventilation and heating. Perforated air collector coupled to a capillary radiant heating system is a new type of solar air collector which provides continuously hot air by using a supplementary heat source. The objective of the present study is to investigate heat transfer characteristic and thermal behaviour between solar air collector and capillary heating system. In general, Capillary heating system is a conventional method for room radiant heating, however there is less information regarding heat transfer characteristic and thermal behaviour of capillary heating system in the relevant literature. In this regard this study gives some additional information for heat transfer mechanism of capillary tubes.

In this study, theoretical and experimental analysis were carried out regarding perforated solar air collectors which is coupled to a capillary radiant heating system. Heat transfer mechanism between capillary tubes and solar collector air flow is investigated for different conditions such as mass flow rates of collector and tube system, inlet temperatures. Additionally, theoretical analysis based on heat balance equations is testified to agree well with experimental results; theoretical analysis is carried out by using a FEA Software.

Experiments show that there is a high effectiveness between capillary tubes and solar air heating occurs which depends on mass flow rates and inlet temperatures. It is found that it is possible to heat air for low hot water temperatures and mass flow rates. Additionally, experimental results are used for developing heat transfer correlations between tubes and air flow by using regression analysis.

Year : 2015

Number of Pages : 273

Keywords : Perforated Air Collector Coupled to a Capillary Radiant Heating System, Capillary Tube Heat Exchanger

(6)

iii ÖNSÖZ

Günümüzde birçok ülke, çevre kirliliğine ve iklim değişikliğine karşı önlemler almaya başlamıştır. Hedef, enerji ihtiyacını asgari seviyede tutup, doğal enerji kaynaklarından azami derecede faydalanmaktır. Bu aşamada kılcal borulu hava sızdırmalı güneş toplayıcıları, binaların enerji tüketimini, ısıtma-soğutma yükünü ve maliyetini azaltan, bina iç ortamından olan ısı kayıplarının geri kazanımını sağlayan, yüksek verimli sistemler olarak önem kazanmaktadır. Üstün özellikleri ile araştırmacıların ilgisini çeken, geleceğin enerji üretim sistemlerinden biri olabilecek ‗kılcal borulu hava sızdırmalı güneş toplayıcıları‘ konusunda bana çalışma imkanı veren, çalışmalarımın her safhasında fikir ve yardımlarını esirgemeyen, çalışma esnasında karşılaştığımız en zorlu problemlere bile çözüm yolu gösteren, varlığı tüm insanlar için büyük bir nimet olan hocam Sayın Yrd. Doç. Dr. Doğan ERYENER‘e en içten teşekkürlerimi saygıyla sunarım.

PİMSA Holding, doktora tezine önemli bir katkı sağlamıştır. Sistemin kurulumu için sağladıkları destekten dolayı PİMSA Poliüretan İmalat Sanayi ve Ticaret A.Ş.‘ye teşekkürlerimi sunarım.

Hayatım boyunca yapmış olduğum tüm çalışmalarımda bana sonuna kadar destek olan, manevi ve maddi desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen aileme teşekkürlerimi borç bilirim.

Hacer AKHAN Ağustos 2014

(7)

iv ĠÇĠNDEKĠLER ĠÇ KAPAK DOĞRULUK BEYANI ÖZET i ABSTRACT ii ÖNSÖZ iii ĠÇĠNDEKĠLER iv SĠMGELER LĠSTESĠ x

KISALTMALAR LĠSTESĠ xii

TABLOLAR LĠSTESĠ xiv

ġEKĠLLER LĠSTESĠ xvi

DĠYAGRAMLAR LĠSTESĠ xx

FOTOĞRAFLAR LĠSTESĠ xxxiv

BÖLÜM 1. GĠRĠġ 1

1. 1. Güneş Enerjisi Teknolojisi ve Uygulamaları 4

1.2. Güneş Enerjisi İle Hava Isıtmanın Önemi 9

1.3. Güneş Enerjisi İle Hava Isıtma Teknolojileri 9

1.4. Hava Sızdırmalı Güneş Toplayıcıları 16

1.5.Kılcal Borulu Hava Sızdırmalı Güneş Toplayıcıları 20

1.6. Literatür İncelemesi 23

1.7. Tezin Amacı ve Kapsamı 28

BÖLÜM 2. KILCAL BORULU DELĠKLĠ GÜNEġ TOPLAYICILARININ ISI TRANSFERĠ TEORĠSĠ 31

2.1. Enerji Denge Denklemleri 31

2.1.1. Absorber Panel 34

2.1.2. Toplayıcı İç Ortam Havası 35

(8)

v

2.1.4. Arka Plaka 36

2.2. Taşınım İle Isı Transferi 36

2.2.1.Sınır Tabaka İçin Korunum Denklemleri 39

2.2.1.1. Yüzey Üzerinden Akışta Laminer Sınır Tabaka İçin

Korunum Denklemleri 39

2.2.1.1.1 İntegral Yöntemiyle Laminer Sınır Tabaka

Denklemlerinin Çözümlenmesi 44

2.2.1.2.Doğal Taşınımda Sınır Tabaka İçin Korunum Denklemleri 48 2.2.1.3.Kılcal Boru İçin Kütle ve Momentum Korunumu 52 2.2.2. Absorber Panel ile Toplayıcı İç Ortamı Arasında Taşınım ile Isı

Transferi 55

2.2.3. Absorber Panel İle Çevre Arasında Taşınım ile Isı Transferi 60 2.2.4. Kılcal Boru ile Toplayıcı İç Ortam Havası Arasında Taşınım ile Isı

Transferi 60

2.2.5. Kollektör İç Ortamı İle Arka Plaka Arasında Taşınım ile Isı

Transferi 75

2.2.6. Arka Plaka İle Mahal İç Ortamı Arasında Taşınım ile Isı Transferi

77

2.3. Işınım İle Isı Transferi 79

2.3.1. Absorber Panel ile Çevre Arasında Işınım İle Isı Transferi 82 2.3.2. Absorber Panel ile Arka Plaka Arasında Işınım İle Isı Transferi 84 2.3.3. Kılcal Boru ile Absorber Panel Arasında Işınım İle Isı Transferi 85 2.3.4. Kılcal Boru ile Arka Plaka Arasında Işınım İle Isı Transferi 86 2.3.5. Arka Plaka ile Mahal İç Ortamı Arasında Işınım İle Isı Transferi 87

2.4. Toplayıcı Verimi 87

2.5. Isı Değiştirme Etkenliği 87

BÖLÜM 3. KILCAL BORULU HAVA SIZDIRMALI GÜNEġ TOPLAYICILARININ DENEYSEL ĠNCELEMESĠ 89

(9)

vi

3.2. Laboratuar Deneysel Çalışması 90

3.2.1. Deney Tesisatı 90

3.2.1.1. Kılcal Boru Özellikleri 93

3.2.2. Verilerin Ölçümü 94

3.2.3. Deney Koşulları ve Deneysel Veriler 96

3.2.4. Laboratuar Çalışmaları Deneysel Analizi ve Sonuçları 96

3.3. PİMSA Projesi 102

3.3.1. PİMSA Projesi Saha Koşulları 102

3.2.2.PİMSA Projesi Detayları 105

3.3.2. PİMSA Bina Yönetim Sistemi ve Verilerin Ölçümü 111

3.3.3. Deneysel Veriler 115

3.3.4. PİMSA Verileri Deneysel Analizi ve Sonuçları 116

BÖLÜM 4. KILCAL BORULU HAVA SIZDIRMALI GÜNEġ TOPLAYICILARININ COMSOL MULTIPHYSICS ĠLE MODELLEMESĠ 145

4.1.Giriş 145

4.2.Simülasyon Modeli 145

4.3. Comsol Multipyhsics ile Analiz 147

4.4. Comsol MultiPhysics ile Simülasyon Sonuçları 182

4.4.1. Kılcal borulu güneş toplayıcısındaki sıcaklık dağılımlarına etkisi 182 4.4.1.1. Sadece güneş ışınımının ısıtma etkisinin olduğu koşul

182 4.4.1.2. Sadece kılcal borulu ısı değiştiricisinin ısıtma etkisinin

olduğu koşul 184

4.4.1.3. Hem güneş ışınımının hem de kılcal boruların ısıtma

etkisinin olduğu koşul 186

4.4.2. Farklı hava hızlarındaki toplayıcı iç ortamı üst, orta ve alt

kesitlerindeki sıcaklık dağılımları 190

4.4.2.1. Sadece güneş ışınımının ısıtma etkisinin olduğu durum 191

(10)

vii

4.4.2.2. Sadece kılcal borulu ısı değiştiricisinin ısıtma etkisinin

olduğu koşul 194

etkisinin olduğu durum 197

4.4.3. Değişken hava hızları için farklı kesitlerdeki sıcaklık dağılımı 201 4.4.3.1. Sadece güneş ışınımının ısıtma etkisinin olduğu durum

olduğu durum 206

4.4.4. Kılcal borulu güneş toplayıcısındaki hız profilleri 211 4.4.4.1. Sadece güneş ışınımının ısıtma etkisinin olduğu durum

olduğu durum 213

4.4.5. Kılcal boruların ön ve arka yüzeylerindeki sıcaklık değerleri 217 4.4.5.1. Sadece kılcal borulu ısı değiştiricisinin ısıtma etkisinin

olduğu durum 217

4.4.6. Kılcal Borular Boyunca Isı transfer katsayısı değişimi 220 4.4.6.1. Kılcal borulu ısı değiştiricisinin ısıtma etkisinin olduğu

Durum 220

4.4.7. Kılcal Boruların Ön ve Arka Yüzeylerindeki Işınımla Gerçekleşen

Isı Akısı 223

(11)

viii

olduğu durum 223

4.4.8. Absorber paneldeki sıcaklık değerleri 226

4.4.8.1. Sadece güneş ışınımının ısıtma etkisinin olduğu durum 227 4.4.8.2. Sadece kılcal borulu ısı değiştiricisinin ısıtma etkisinin

olduğu durum 228

4.4.9. Absorber paneldeki ısı transfer katsayısı 231 4.4.9.1. Sadece güneş ışınımı ile ısıtma etkisinin olduğu durum

olduğu durum 233

4.4.10. Işınım ile gerçekleşen ısı akısı 235

4.4.10.1.Sadece güneş ışınımının ısıtma etkisinin olduğu durum 236 4.4.10.2. Sadece kılcal borulu ısı değiştiricisinin ısıtma etkisinin

olduğu durum 237

4.5.Simülasyon Sonuçları 240

BÖLÜM 5. SONUÇLAR VE TARTIġMA 241

KAYNAKLAR 253

(12)

ix

TEZ ÖĞRENCĠSĠNE AĠT TEZ ĠLE ĠLGĠLĠ BĠLĠMSEL FAALĠYETLER 260

(13)

x SĠMGELER

alan (m2)

karenin bir kenarının uzunluğu (m)

b sıcaklık faktörü

sürtünme faktörü

C akışkanların ısıl kapasiteleri oranı sabit basınçta özgül ısınma ısısı

absorber panel delik çapı (m)

d kılcal borunun delik çapı (m)

hidrolik çap (m) enerji (kJ) F şekil faktörü bulut faktörü f sürtünme faktörü G kütle hızı (m/s) ısı taşınım katsayısı (W/m2K)

ortalama ısı taşınım katsayısı (W/m2K) güneş ışınım şiddeti (W/m2)

K toplam ısı transfer katsayısı (W/m2K) ısı iletim katsayısı (W/mK) KL eğrilik parametresi levha uzunluğu (m) kütle (kg) hacimsel debi (m3/s) kütlesel debi (kg/s)

n gökyüzünün bulutlarla kaplılık oranı

N boru demetindeki boru sayısı

NT akım yönüne paralel kılcal boru sıra sayısı

(14)

xi

ortalama Nusselt sayısı

Reynold sayısı

absorber plakadaki iki delik arasındaki mesafe (m)

Pecklet sayısı

Pr Prandtl sayısı

r yarı çap (m)

iki levha arasındaki mesafe(absorber panel-arka plaka arasındaki mesafe) iki kılcal boru merkez noktaları arasındaki mesafe (m)

absorber panel kalınlığı (m)

sıcaklık farkı ( ˚C )

logaritmik sıcaklık farkı ( ˚C ) Tf film sıcaklığı ( ˚C )

w genişlik (m)

x ekseni doğrultusundaki hız bileşeni (m/s) y ekseni doğrultusundaki hız bileşeni (m/s)

V hız (m/s)

ısı transferi değeri (W)

ısı akısı (W/m2)

x ekseni boyunca orijinden olan uzaklık (m)

yoğunluk (kg/s)

kinematik viskozite (m2/s) ısı yayılma katsayısı (m2/s)

sınır tabaka kalınlığı (m)

gözeneklilik

hacimsel ısıl genleşme katsayısı (1/K)

dinamik viskozite (Ns/m2)

δ kılcal boru et kalınlığı (m)

(15)

xii Ġndisler absorber panel arka plaka ah açık hava atm atmosfer bl bulut c cisim ç çıkan çn çiğ noktası

absorber plaka delik çapı

çapın maksimum değeri

dış dış

delik

emme

g giren

hava

h,kb iki kılcal boru arasındaki havaya ait değer

kb kılcal boru

kr kritik değer

levha uzunluğu

maksimum

ort ortalama

absorber plakadaki iki deliğin merkezleri arasındaki mesafe

rüzgar

absorber plakadan arka plakaya ışınımla olan ısı transferi kılcal borulardan absorber plakaya ışınımla olan ısı transferi kılcal borulardan arka plakaya ışınımla olan ısı transferi

absorber plakadan çevreye ışınımla olan ısı transferi

(16)

xiii

yüzey ile çevre arasındaki ışınımla olan ısı transferi

iç iç

sis sistem

s su

su

absorber plakadan toplayıcı iç ortam havasına taşınım ile ısı transferi arka plakadan mahal iç ortamına taşınım ile ısı transferi

toplayıcı iç ortam havasından arka plakaya taşınım ile ısı transferi kılcal borulardan toplayıcı iç ortam havasına taşınım ile ısı transferi

top toprak T toplam yüzey yak yaklaşma 1 nolu yüzey 2 nolu yüzey

y,abp absorber plaka yüzeyş

y,ap arka plaka yüzeyi

y,kb kılcal boru yüzeyi

yaklaşma

∞ serbest akış bölgesindeki değerler

KISALTMALAR

HVAC Isıtma-Havalandırma-Soğutma (Heating-Ventilating-Air Conditioning) IPCC Hükümetler Arası İklim Değişikliği Paneline (Intergovermental Panel on Climate Change)

LPG Sıvılaştırılmış Petrol Gazı (Liquified Petroleum Gas) NTU Isı Transferi Birimi Sayısı (Number of transfer Units)

(17)

xiv TABLOLAR LĠSTESĠ

Tablo 2.1. Gözenekli Levhada Akış İçin Nu Bağıntıları (Delikli Absorber Plaka

Yüzeyinden Akış) 57

Tablo 2.2. Delik İçinden Akış İçin Nu Bağıntıları 58 Tablo 2.3. Silindir Boru Demeti Üzerinden Laminer Akış İçin Nu Bağıntıları (Re ≤ 2

105) (Kılcal Boru Dış Akışı) 64

Tablo 2.4. Silindir Boru Demeti Üzerinden Türbülanslı Akış İçin Nu Bağıntıları (Re >

2 105) (Kılcal Boru Dış Akışı) 64

Tablo 2.5. Silindir Boru İçinden Laminer Akış İçin Nu Bağıntıları (Re ≤ 2300) 69, 70 Tablo 2.6. Silindir Boru İçinden Türbülanslı Akış İçin Nu Bağıntıları (Kılcal Boru İç

Akışı Nu Bağıntıları) 71,72

Tablo 2.7. Kare Profilli Boru İçinden Türbülanslı Akış İçin Nu Bağıntıları (Re › 2300)

(Kılcal Boru İç Akışı) 72

Tablo 2.8. Düşey Levhada Akış İçin Nu Bağıntıları (Arka Plaka Üzerinden Akış) 76 Tablo 2.9. f(Pr) çarpanının sayısal değerleri 77 Tablo 2.10. Doğal Taşınımda Düşey Levhada Akış İçin Nu Bağıntıları 78,79 Tablo 2.11. Farklı geometriler için şekil faktörü bağıntıları ve ışınım ile ısı transferi

denklemleri 81,82

Tablo 3.1. Deney tesisatı ölçüm yerleri ve elemanları 95

Tablo 3.2. PİMSA projesi deney tesisatı ölçüm yerleri ve elemanları 115 Tablo 4.1. Lp=0.1, 0.3 m değerlerindeki, PİMSA verileri için yapılan Comsol Multiphysics modellemelerinde elde edilen veriler kullanılarak hesaplanan hava sıcaklığı farkı gerçek değerleri ve oluşturulan denklem ile hesaplanan sıcaklık farkı

değerleri 140

Tablo 4.2. Lp=0.1, 0.3 m değerlerindeki, PİMSA verileri için yapılan Comsol Multiphysics modellemelerinde elde edilen veriler kullanılarak oluşturulan hava sıcaklık

farkı denklemleri 150

Tablo 4.3. Lp=0.1, 0.2, 0.3 m değerlerindeki, yapılan Comsol Multiphysics modellemelerinde elde edilen veriler kullanılarak hesaplanan hava sıcaklığı farkı gerçek değerleri ve oluşturulan denklem ile hesaplanan sıcaklık farkı değerleri 151

(18)

xv

Tablo 4.4. Lp=0.1, 0.2, 0.3 m değerlerindeki, yapılan Comsol Multiphysics modellemelerinde elde edilen veriler kullanılarak oluşturulan hava sıcaklık farkı

denklemleri 152

Tablo 5.1. Sistem parametrelerinin çıkış sıcaklığı, etkinlik ve ısı transfer katsayısı ile

ilişkisi 244

Tablo 5.2. Kılcal borulu hava sızdırmalı güneş toplayıcısıyla saglanan tasarrufların ve

(19)

xvi ġEKĠLLER LĠSTESĠ

Şekil 1.1. Güneş enerjisi dönüşüm şeması 6

Şekil 1.2. Güneş enerjisi sistemlerinin sınıflandırılması 7

Şekil 1.3. Farklı güneş enerjisi uygulamaları için gerekli sıcaklık değerleri ve sistemler 8

Şekil 1.4. Farklı tiplerdeki kaplamalı ve kaplamasız hava toplayıcılarının örtü, absorber panel yerleşim düzenekleri 12

Şekil 1.5. Farklı tasarımlar için hava akışına dik kesitteki absorber panel profilleri 13

Şekil 1.6. Havalı güneş toplayıcısı tasarımları 15

Şekil 2.1. Delikli absorber paneldeki ısı transferi 34

Şekil 2.2. Toplayıcı iç ortam havasındaki ısı transferi 35

Şekil 2.3. Kılcal borulardaki ısı transferi 35

Şekil 2.4. Arka paneldeki ısı transferi 36

Şekil 2.5. Zorlanmış taşınım için ısı transferi hesaplamalarının işlem basamakları 38

Şekil 2.6. Doğal taşınım için ısı transferi hesaplamalarının işlem basamakları 38

Şekil 2.7. Düşey bir levha çevresinde zorlanmış taşınım için hidrodinamik ve ısıl sınır tabaka 40

Şekil 2.8. Hidrodinamik sınır tabakadaki bir kontrol hacmine giren ve çıkan kütle akıları 41

Şekil 2.9. Zorlanmış taşınımda düşey konumlu delikli levha için ısıl ve hidrodinamik sınır tabaka 42

Şekil 2.10. Düşey bir levha üzerinde doğal taşınımda hidrodinamik sınır tabaka oluşumu 48

Şekil 2.11. Doğal taşınımda düşey konumlu delikli levha için hidrodinamik ve ısıl sınır tabaka oluşumu 51

Şekil 2.12. Analiz için kullanılan kılcal boru kesiti 52

Şekil 2.13. ε-NTU yöntemi ile kılcal boru analizi işlem basamakları 61

Şekil 2.14. Kılcal boru sistemi kesit alanındaki hava akış hızı şeması 63

Şekil 2.15. Kılcal boru sistemi kesit alanındaki hava akış hızı şeması 66

Şekil 2.16. Kılcal borular ile delikli absorber panel arasında ışınımla gerçekleşen ısı transferi şematik resmi 85

(20)

xvii

Şekil 2.17. Kılcal borular ile arka plaka arasındaki ışınımla ısı transferi şematik resmi

86

Şekil 3.1. Deney tesisatının şematik resmi 91

Şekil 3.2. Deney tesisatı ölçüm noktalarının şematik resmi 95

Şekil 3.3. PİMSA Holding fabrikasının uydu görüntüsü 103

Şekil 3.4. PİMSA Holding fabrikasının uydu yakın görüntüsü ve saha referans koşulları 103

Şekil 3.5. Fabrikanın bulunduğu bölgeye en yakın bölge iklim verileri 104

Şekil 3.6. PİMSA Projesi kılcal borulu hava sızdırmalı güneş toplayıcısı sisteminin şematik resmi 106

Şekil 3.7. PİMSA Projesi kılcal borulu hava sızdırmalı güneş toplayıcısı sisteminin ön görünüş şematik resmi 106

Şekil 3.8. PİMSA bina yönetim sistem özeti 112

Şekil 3.9. PİMSA bina yönetim sistemi SW1 sistem şeması ve aktif bilgileri 113

Şekil 3.10. PİMSA Projesi ölçüm noktalarının şematik resmi 114

Şekil 4.1. Comsol MultiPhysics ile kılcal borulu hava sızdırmalı toplayıcısının modellemesi 146

Şekil 4.2. Tdış=273 K, 100 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki sıcaklık dağılımı 183

Şekil 4.5. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 0 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki sıcaklık dağılımı 185

(21)

xviii

Şekil 4.9. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava

hızlarındaki sıcaklık dağılımı 187

Şekil 4.12. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 200 W/m2 güneş ışınımı değeri için kılcal borulu güneş toplayıcısının enine kesitindeki sıcaklık dağılımı 189 Şekil 4.13. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 200 W/m2 güneş ışınımı değeri için kılcal borulu güneş toplayıcısının enine kesitindeki sıcaklık dağılımı 189 Şekil 4.14. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 400 W/m2 güneş ışınımı değeri için kılcal borulu güneş toplayıcısının enine kesitindeki sıcaklık dağılımı 190 Şekil 4.15. Kılcal borulu hava sızdırmalı toplayıcısı iç ortamı üst, orta ve alt kesit

alanları 190

Şekil 4.16. Tdış=273 K, 100 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki toplayıcı iç ortamı üst, orta ve alt kesitlerindeki sıcaklık dağılımları 192 Şekil 4.17. Tdış=273 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki toplayıcı iç ortamı üst, orta ve alt kesitlerindeki sıcaklık dağılımları 193 Şekil 4.18. Tdış=288 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki toplayıcı iç ortamı üst, orta ve alt kesitlerindeki sıcaklık dağılımları 194 Şekil 4.19. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 0 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki toplayıcı iç ortamı üst, orta ve alt kesitlerindeki sıcaklık dağılımları 195 Şekil 4.20. Tdış=273 K, Tkb=318 K, 0 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki toplayıcı iç ortamı üst, orta ve alt kesitlerindeki sıcaklık dağılımları 196 Şekil 4.21. Tdış=288 K, Tkb=318 K, 0 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki toplayıcı iç ortamı üst, orta ve alt kesitlerindeki sıcaklık dağılımları 197 Şekil 4.22. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 100 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki toplayıcı iç ortamı üst, orta ve alt kesitlerindeki sıcaklık dağılımları 198 Şekil 4.23. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki toplayıcı iç ortamı üst, orta ve alt kesitlerindeki sıcaklık dağılımları 199 Şekil 4.24. Tdış=273 K, Tkb=318 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki toplayıcı iç ortamı üst, orta ve alt kesitlerindeki sıcaklık dağılımları 200

(22)

xix

Şekil 4.25. Tdış=288 K, Tkb=318 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki toplayıcı iç ortamı üst, orta ve alt kesitlerindeki sıcaklık dağılımları 201 Şekil 4.26. Kılcal borulu hava sızdırmalı toplayıcısı iç ortamı üst, orta ve alt kesitler 202 Şekil 4.27. Kılcal borulu hava sızdırmalı toplayıcısı iç ortamı 1 ve 2 nolu üst kesitler

202

Şekil 4.28. Kılcal borulu hava sızdırmalı toplayıcısı iç ortamı 3 ve 4 nolu orta kesitler

203

Şekil 4.29. Kılcal borulu hava sızdırmalı toplayıcısı iç ortamı 5 ve 6 nolu alt kesitler 203 Şekil 4.30. Tdış=273 K, 100 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki hız

profilleri 212

Şekil 4.31. Tdış=273 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki hız

profilleri 212

Şekil 4.32. Tdış=288 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki hız

profilleri 213

Şekil 4.33. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 0 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava

hızlarındaki hız profilleri 213

(23)

xx DĠYAGRAM LĠSTESĠ

Diyagram 3.1. Ts,g=29.1˚C ‗de farklı hava debi değerleri için hava sıcaklık farkının

kılcal boru ısıtma kapasitesine göre değişimi 97

Diyagram 3.2. ms=16.5 kg/h/m2 ‗de farklı kılcal boru giriş suyu sıcaklıkları için

etkinliğin hava debisine göre değişimi 98

Diyagram 3.3. ms=16.5 kg/h/m2‘de farklı kılcal boru giriş suyu sıcaklıkları için hava

çıkış sıcaklığının hava debisine göre değişimi 99

Diyagram 3.4. ms=11.45 kg/h/m2 ‗de farklı kılcal boru giriş suyu sıcaklıkları için ısı

taşınım katsayısının hava debisine göre değişimi 99

Diyagram 3.5. Farklı su debileri için Ts,g=29.1˚C giriş suyu sıcaklıkları için ısı taşınım

katsayısının hava debisine göre değişimi 100

Diyagram 3.6. Ts,g=29.1˚C‘de farklı kılcal boru su debisi değerleri için etkinliğin hava

debisine göre değişimi 101

Diyagram 3.7. mh=22 m3/h/m2 ‗de farklı kılcal boru su debisi değerleri için ısı taşınım

katsayısının hava sıcaklık farkına göre değişimi 101

Diyagram 3.8. Ts,g=29.1˚C‘de farklı kılcal boru su debisi değerleri için ısı transfer

katsayısının hava debisine göre değişimi 102

Diyagram 3.9. Damper pozisyonunun açık konumunda SW1 için gece ve gündüz yapılan bütün ölçümlerdeki çıkış sıcaklık değerlerinin ve dış hava sıcaklığının zamanla

değişimi 117

değişimi 117

değişimi 118

(24)

xxi

değişimi 119

Diyagram 3.15. Damper pozisyonunun açık konumunda SW1 için gece yapılan bütün ölçümlerdeki çıkış sıcaklık değerlerinin ve dış hava sıcaklığının zamanla değişimi 120 Diyagram 3.16. Damper pozisyonunun açık konumunda SW2 için gece yapılan bütün ölçümlerdeki çıkış sıcaklık değerlerinin ve dış hava sıcaklığının zamanla değişimi 121 Diyagram 3.17. Damper pozisyonunun açık konumunda SW3 için gece yapılan bütün ölçümlerdeki çıkış sıcaklık değerlerinin ve dış hava sıcaklığının zamanla değişimi 121 Diyagram 3.18. Damper pozisyonunun açık konumunda SW4 için gece yapılan bütün ölçümlerdeki çıkış sıcaklık değerlerinin ve dış hava sıcaklığının zamanla değişimi 122 Diyagram 3.19. Damper pozisyonunun açık konumunda SW5 için gece yapılan bütün ölçümlerdeki çıkış sıcaklık değerlerinin ve dış hava sıcaklığının zamanla değişimi 122 Diyagram 3.20. Damper pozisyonunun açık konumunda SW6 için gece yapılan bütün ölçümlerdeki çıkış sıcaklık değerlerinin ve dış hava sıcaklığının zamanla değişimi 123 Diyagram 3.21. Damper pozisyonunun açık konumunda SW1 için gece yapılan bütün

ölçümlerdeki sıcaklık farkı değerlerinin zamanla değişimi 124

Diyagram 3.22. Damper pozisyonunun açık konumunda SW2 için gece yapılan bütün

Diyagram 3.23. Damper pozisyonunun açık konumunda SW3 için gece yapılan bütün ölçümlerdeki sıcaklık farkı değerlerinin zamanla değişimi 125 Diyagram 3.24. Damper pozisyonunun açık konumunda SW4 için gece yapılan bütün

(25)

xxii

Diyagram 3.27. Damperin açık konumunda SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 ve SW6 için gece ve gündüz yapılan bütün ölçümlerdeki çıkış sıcaklığı değerlerinin ve dış hava

sıcaklığının zamanla değişimi 127

Diyagram 3.28. Damper pozisyonunun açık konumunda SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 ve SW6 için gece ve gündüz yapılan bütün ölçümlerdeki hava sıcaklık farkı değerlerinin

zamanla değişimi 127

Diyagram 3.29. Damper pozisyonunun açık konumunda SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 ve SW6 için gece yapılan bütün ölçümlerdeki çıkış sıcaklığı değerlerinin ve dış hava

sıcaklığının zamanla değişimi 128

Diyagram 3.30. Damper pozisyonunun açık konumunda SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 ve SW6 için gece yapılan bütün ölçümlerdeki hava sıcaklık farkı değerlerinin zamanla

değişimi 129

Diyagram 3.31. Sistemin kapalı konumunda SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 ve SW6 için gece ve gündüz yapılan bütün ölçümlerdeki çıkış sıcaklığı değerlerinin ve dış hava

Diyagram 3.32. Sistemin kapalı konumunda SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 ve SW6 için gece ve gündüz yapılan bütün ölçümlerdeki sıcaklık farkı değerlerinin zamanla değişimi

130 Diyagram 3.33. Damper pozisyonunun farklı açıklık değerlerinde SW1 için gece ve gündüz yapılan bütün ölçümlerdeki çıkış sıcaklığı değerlerinin ve dış hava sıcaklığının

Diyagram 3.34. Damper pozisyonunun farklı açıklık değerlerinde SW1 için gece ve gündüz yapılan bütün ölçümlerdeki çıkış sıcaklığı değerlerinin ve dış hava sıcaklığının

Diyagram 3.35. Damper pozisyonunun farklı açıklık değerlerinde SW1 için gece ve gündüz yapılan bütün ölçümlerdeki hava sıcaklık farkı değerlerinin zamanla değişimi

132

(26)

xxiii

zamanla değişimi 134

Diyagram 3.39. Damper pozisyonunun farklı açıklık değerlerinde SW2 için gece ve gündüz yapılan bütün ölçümlerdeki sıcaklık farkı değerlerinin zamanla değişimi 134 Diyagram 3.40. Damper pozisyonunun farklı açıklık değerlerinde SW2 için gece ve gündüz yapılan bütün ölçümlerdeki sıcaklık farkı değerlerinin zamanla değişimi 135 Diyagram 3.41. Damper pozisyonunun farklı açıklık değerlerinde SW3 için gece ve gündüz yapılan bütün ölçümlerdeki çıkış sıcaklığı değerlerinin ve dış hava sıcaklığının

137

137

Diyagram 3.47. Damper pozisyonunun farklı açıklık değerlerinde SW4 için gece ve gündüz yapılan bütün ölçümlerdeki hava sıcaklık farkı değerlerinin zamanla değişimi

(27)

xxiv

139 Diyagram 3.49. Damper pozisyonunun farklı açıklık değerlerinde SW5 için gece ve gündüz yapılan bütün ölçümlerdeki çıkış sıcaklığı değerlerinin ve dış hava sıcaklığının

141 Diyagram 3.52. Damper pozisyonunun farklı açıklık değerlerinde SW5 için gece ve gündüz yapılan bütün ölçümlerdeki hava sıcaklık farkı değerlerinin sıcaklığının zamanla

değişimi 142

Diyagram 3.54. Damper pozisyonunun farklı açıklık değerlerinde SW6 için gece ve gündüz yapılan bütün ölçümlerdeki hava çıkış sıcaklığı değerlerinin ve dış hava

144 Diyagram 3.56. Damper pozisyonunun farklı açıklık değerlerinde SW6 için gece ve gündüz yapılan bütün ölçümlerdeki hava sıcaklık farkı değerlerinin zamanla değişimi

144

Diyagram 4.1. Lp=0.1 m değeri için yapılan modellemelerdeki, farklı hava debileri için kılcal boru ısıtma kapasitesinin hava sıcaklık farkı ile değişimi 153 Diyagram 4.2. Lp=0.2 m değeri için yapılan modellemelerdeki, farklı hava debileri için kılcal boru ısıtma kapasitesinin hava sıcaklık farkı ile değişimi 154

(28)

xxv

Diyagram 4.3. Lp=0.3 m değeri için yapılan modellemelerdeki, farklı hava debileri için kılcal boru ısıtma kapasitesinin hava sıcaklık farkı ile değişimi 154 Diyagram 4.4. Lp=0.1, 0.2 ve 0.3 m değeri için, yapılan modellemelerdeki 18 ve 36 m3/h/m2 hava debileri için kılcal boru ısıtma kapasitesinin hava sıcaklık farkı ile

değişimi 155

Diyagram 4.5. Lp=0.1 m değeri için yapılan modellemelerdeki, farklı hava debileri için

kılcal boru ısıtma kapasitesinin etkinlik ile değişimi 156

Diyagram 4.8. Lp=0.1, 0.2 ve 0.3 m değeri için, yapılan modellemelerdeki 18 ve 36 m3/h/m2 hava debileri için kılcal boru ısıtma kapasitesinin etkinlik ile değişimi 157 Diyagram 4.9. Lp=0.1 m değeri için yapılan modellemelerdeki, farklı hava debileri için kılcal boru ısıtma kapasitesinin ısı transfer katsayısı ile değişimi 158 Diyagram 4.10. Lp=0.2 m değeri için yapılan modellemelerdeki, farklı hava debileri için kılcal boru ısıtma kapasitesinin ısı transfer katsayısı ile değişimi 158 Diyagram 4.11. Lp=0.3 m değeri için yapılan modellemelerdeki, farklı hava debileri için kılcal boru ısıtma kapasitesinin ısı transfer katsayısı ile değişimi 159 Diyagram 4.12. Lp=0.1, 0.2 ve 0.3 m değeri için, yapılan modellemelerdeki 18 ve 36 m3/h/m2 hava debileri için kılcal boru ısıtma kapasitesinin ısı transfer katsayısı ile

değişimi 159

Diyagram 4.13. Lp=0.1 m değeri için yapılan modellemelerdeki, farklı hava debileri için hava sıcaklık farkının ısı transfer katsayısı ile değişimi 160 Diyagram 4.14. Lp=0.2 m değeri için yapılan modellemelerdeki, farklı hava debileri için hava sıcaklık farkının ısı transfer katsayısı ile değişimi 161 Diyagram 4.15. Lp=0.3 m değeri için yapılan modellemelerdeki, farklı hava debileri için hava sıcaklık farkının ısı transfer katsayısı ile değişimi 161 Diyagram 4.16. Lp=0.1, 0.2 ve 0.3 m değeri için, yapılan modellemelerdeki 18 ve 36 m3/h/m2 hava debileri için ısı transfer katsayısının hava sıcaklık farkı ile değişimi 162 Diyagram 4.17. Lp=0.1 m değeri için yapılan modellemelerdeki, farklı hava debileri için

(29)

xxvi

Nu sayısının hava sıcaklık farkı ile değişimi 163

Nu sayısının hava sıcaklık farkı ile değişimi 164

Diyagram 4.20. Lp=0.1, 0.2 ve 0.3 m değeri için, yapılan modellemelerdeki 18 ve 36 m3/h/m2 hava debileri için Nu sayısının hava sıcaklık farkı ile değişimi 164 Diyagram 4.21. Lp=0.1 m değeri için yapılan modellemelerdeki, farklı hava debileri için

etkinliğin ısı transfer katsayısı ile değişimi 165

Diyagram 4.24. Lp=0.1, 0.2 ve 0.3 m değeri için, yapılan modellemelerdeki 18 ve 36 m3/h/m2 hava debileri için etkinliğin ısı transfer katsayısı ile değişimi 166 Diyagram 4.25. Lp=0.1 m değeri için yapılan modellemelerdeki, farklı kılcal boru ısıtma kapasiteleri için hava sıcaklık farkının hava debisi ile değişimi 167 Diyagram 4.26. Lp=0.2 m değeri için yapılan modellemelerdeki, farklı kılcal boru ısıtma kapasiteleri için hava sıcaklık farkının hava debisi ile değişimi 168 Diyagram 4.27. Lp=0.3 m değeri için yapılan modellemelerdeki, farklı kılcal boru ısıtma kapasiteleri için hava sıcaklık farkının hava debisi ile değişimi 168 Diyagram 4.28. Lp=0.1, 0.2 ve 0.3 m değeri için, yapılan modellemelerdeki 100 ve 300 W/m2 kılcal boru ısıtma kapasiteleri için hava sıcaklık farkının hava debisi ile değişimi

169

Diyagram 4.29. Lp=0.1 m değeri için yapılan modellemelerdeki, kılcal boru ısıtma kapasitesinin farklı değerleri için etkinliğin hava debisi ile değişimi 170 Diyagram 4.30. Lp=0.2 m değeri için yapılan modellemelerdeki, kılcal boru ısıtma kapasitesinin farklı değerleri için etkinliğin hava debisi ile değişimi 170 Diyagram 4.31. Lp=0.3 m değeri için yapılan modellemelerdeki, kılcal boru ısıtma kapasitesinin farklı değerleri için etkinliğin hava debisi ile değişimi 171 Diyagram 4.32. Lp=0.1, 0.2 ve 0.3 m değeri için, yapılan modellemelerdeki 100 ve 300 W/m2 kılcal boru ısıtma kapasiteleri için etkinliğin hava debisi ile değişimi 171

(30)

xxvii

Diyagram 4.33. Lp=0.1 m değeri için yapılan modellemelerdeki, kılcal boru ısıtma kapasitesinin farklı değerleri için ısı transfer katsayısının hava debisi ile değişimi 172 Diyagram 4.34. Lp=0.2 m değeri için yapılan modellemelerdeki, kılcal boru ısıtma kapasitesinin farklı değerleri için ısı transfer katsayısının hava debisi ile değişimi 172 Diyagram 4.35. Lp=0.3 m değeri için yapılan modellemelerdeki, kılcal boru ısıtma kapasitesinin farklı değerleri için ısı transfer katsayısının hava debisi ile değişimi 173 Diyagram 4.36. Lp=0.1, 0.2 ve 0.3 m değeri için, yapılan modellemelerdeki 100 ve 300 W/m2 kılcal boru ısıtma kapasiteleri için ısı transfer katsayısının hava debisi ile

değişimi 173

Diyagram 4.37. Lp=0.1 ve 0.3 m değerlerindeki 18 m3/h/m2 hava debisi için yapılan Comsol Multiphysics ve PİMSA verileri modellemelerindeki hava sıcaklık farkının

kılcal boru ısıtma kapasitesi ile değişimi 174

Diyagram 4.38. Lp=0.1 ve 0.3 m değerlerindeki 36 m3/h/m2 hava debisi için yapılan Comsol Multiphysics ve PİMSA verileri modellemelerindeki hava sıcaklık farkının

Diyagram 4.39. Lp=0.1 ve 0.3 m değerlerindeki 18 m3/h/m2 hava debisi için yapılan Comsol Multiphysics ve PİMSA verileri modellemelerindeki ısı transfer katsayısının

Diyagram 4.40. Lp=0.1 ve 0.3 m değerlerindeki 36 m3/h/m2 hava debisi için yapılan Comsol Multiphysics ve PİMSA verileri modellemelerindeki ısı transfer katsayısının

Diyagram 4.41. Lp=0.1 ve 0.3 m değerlerindeki 18 m3/h/m2 hava debisi için yapılan Comsol Multiphysics ve PİMSA verileri modellemelerindeki etkinliğin kılcal boru

ısıtma kapasitesi ile değişimi 177

Diyagram 4.42. Lp=0.1 ve 0.3 m değerlerindeki 36 m3/h/m2 hava debisi için yapılan Comsol Multiphysics ve PİMSA verileri modellemelerindeki etkinliğin kılcal boru

ısıtma kapasitesi ile değişimi 177

Diyagram 4.43. Lp=0.1 ve 0.3 m değerlerindeki 100 W/m2 kılcal boru ısıtma kapasitesi için yapılan Comsol Multiphysics ve PİMSA verileri modellemelerindeki hava sıcaklık

(31)

xxviii

Diyagram 4.44. Lp=0.1 ve 0.3 m değerlerindeki 300 W/m2 kılcal boru ısıtma kapasitesi için yapılan Comsol Multiphysics ve PİMSA verileri modellemelerindeki hava sıcaklık

farkının hava debisi ile değişimi 179

Diyagram 4.45. Lp=0.1 ve 0.3 m değerlerindeki 100 W/m2 kılcal boru ısıtma kapasitesi için yapılan Comsol Multiphysics ve PİMSA verileri modellemelerindeki ısı transfer

katsayısının hava debisi ile değişimi 179

Diyagram 4.46. Lp=0.1 ve 0.3 m değerlerindeki 300 W/m2 kılcal boru ısıtma kapasitesi için yapılan Comsol Multiphysics ve PİMSA verileri modellemelerindeki ısı transfer

katsayısının hava debisi ile değişimi 180

Diyagram 4.47. Lp=0.1 ve 0.3 m değerlerindeki 100 W/m2 kılcal boru ısıtma kapasitesi için yapılan Comsol Multiphysics ve PİMSA verileri modellemelerindeki etkinliğin

hava debisi ile değişimi 181

Diyagram 4.48. Lp=0.1 ve 0.3 m değerlerindeki 300 W/m2 kılcal boru ısıtma kapasitesi için yapılan Comsol Multiphysics ve PİMSA verileri modellemelerindeki etkinliğin

hava debisi ile değişimi 181

Diyagram 4.49. Tdış=273 K, 500 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki toplayıcı iç ortamı üst, orta ve alt kesitlerindeki sıcaklık dağılımları 204 Diyagram 4.50. Tdış=288 K, 500 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki toplayıcı iç ortamı üst, orta ve alt kesitlerindeki sıcaklık dağılımları 205 Diyagram 4.51. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 0 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki toplayıcı iç ortamı üst, orta ve alt kesitlerindeki sıcaklık dağılımları 206 Diyagram 4.52. Tdış=273 K, Tkb=318 K, 0 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki toplayıcı iç ortamı üst, orta ve alt kesitlerindeki sıcaklık dağılımları 207 Diyagram 4.53. Tdış=288 K, Tkb=318 K, 0 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki toplayıcı iç ortamı üst, orta ve alt kesitlerindeki sıcaklık dağılımları 208 Diyagram 4.54. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 500 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki toplayıcı iç ortamı üst, orta ve alt kesitlerindeki sıcaklık dağılımları 209 Diyagram 4.55. Tdış=273 K, Tkb=318 K, 500 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki toplayıcı iç ortamı üst, orta ve alt kesitlerindeki sıcaklık dağılımları 210 Diyagram 4.56. Tdış=288 K, Tkb=318 K, 500 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki toplayıcı iç ortamı üst, orta ve alt kesitlerindeki sıcaklık dağılımları 211

(32)

xxix

Diyagram 4.57. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 0 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki kılcal boruların ön ve arka yüzeylerindeki sıcaklık değerleri 217 Diyagram 4.58. Tdış=273 K, Tkb=318 K, 0 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki kılcal boruların ön ve arka yüzeylerindeki sıcaklık değerleri 218 Diyagram 4.59. Tdış=288 K, Tkb=318 K, 0 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki kılcal boruların ön ve arka yüzeylerindeki sıcaklık değerleri 218 Diyagram 4.60. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 100 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki kılcal boruların ön ve arka yüzeylerindeki sıcaklık değerleri 219 Diyagram 4.61. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki kılcal boruların ön ve arka yüzeylerindeki sıcaklık değerleri 219 Diyagram 4.62. Tdış=273 K, Tkb=318 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki kılcal boruların ön ve arka yüzeylerindeki sıcaklık değerleri 219 Diyagram 4.63. Tdış=288 K, Tkb=318 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki kılcal boruların ön ve arka yüzeylerindeki sıcaklık değerleri 220 Diyagram 4.64. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 0 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki kılcal boruların ön ve arka yüzeylerindeki ısı taşınım katsayıları 220 Diyagram 4.65. Tdış=273 K, Tkb=318 K, 0 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki kılcal boruların ön ve arka yüzeylerindeki ısı taşınım katsayıları 221 Diyagram 4.66. Tdış=288 K, Tkb=318 K, 0 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki kılcal boruların ön ve arka yüzeylerindeki ısı taşınım katsayıları 221 Diyagram 4.67. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 100 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki kılcal boruların ön ve arka yüzeylerindeki ısı taşınım katsayıları 222 Diyagram 4.68. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki kılcal boruların ön ve arka yüzeylerindeki ısı taşınım katsayıları 222 Diyagram 4.69. Tdış=273 K, Tkb=318 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki kılcal boruların ön ve arka yüzeylerindeki ısı taşınım katsayıları 222 Diyagram 4.70. Tdış=288 K, Tkb=318 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki kılcal boruların ön ve arka yüzeylerindeki ısı taşınım katsayıları 223 Diyagram 4.71. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 0 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki kılcal boruların ön ve arka yüzeylerindeki ışınım ile oluşan ısı akısı 223 Diyagram 4.72. Tdış=273 K, Tkb=318 K, 0 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki kılcal boruların ön ve arka yüzeylerindeki ışınım ile oluşan ısı akısı 224

(33)

xxx

Diyagram 4.73. Tdış=288 K, Tkb=318 K, 0 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki kılcal boruların ön ve arka yüzeylerindeki ışınım ile oluşan ısı akısı 224 Diyagram 4.74. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 100 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki kılcal boruların ön ve arka yüzeylerindeki ışınım ile oluşan ısı akısı 225 Diyagram 4.75. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki kılcal boruların ön ve arka yüzeylerindeki ışınım ile oluşan ısı akısı 225 Diyagram 4.76. Tdış=273 K, Tkb=318 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki kılcal boruların ön ve arka yüzeylerindeki ışınım ile oluşan ısı akısı 225 Diyagram 4.77. Tdış=288 K, Tkb=318 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki kılcal boruların ön ve arka yüzeylerindeki ışınım ile oluşan ısı akısı 226 Diyagram 4.78. Delikli absorber panel kesitindeki sıcaklık dağılımı 227 Diyagram 4.79. Tdış=273 K, 100 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki

absorber panel sıcaklık değerleri 227

Diyagram 4.80. Tdış=273 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava

hızlarındaki absorber panel sıcaklık değerleri 228

Diyagram 4.81. Tdış=288 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava

Diyagram 4.82. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 0 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava

(34)

xxxi

Diyagram 4.90. Tdış=273 K, 100 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki

absorber panelin ısı transfer katsayısı 232

Diyagram 4.91. Tdış=273 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava

hızlarındaki absorber panelin ısı transfer katsayısı 232

Diyagram 4.92. Tdış=288 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava

Diyagram 4.96. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 100 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki absorber panelin ısı transfer katsayısı 234 Diyagram 4.97. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki absorber panelin ısı transfer katsayısı 234 Diyagram 4.98. Tdış=273 K, Tkb=318 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki absorber panelin ısı transfer katsayısı 235 Diyagram 4.99. Tdış=288 K, Tkb=318 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki absorber panelin ısı transfer katsayısı 235 Diyagram 4.100. Delikli absorber panel kesitindeki ışınım ile gerçekleşen ısı akısı 235 Diyagram 4.101. Tdış=273 K, 100 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki absorber paneldeki ışınım ile gerçekleşen ısı akısı 236 Diyagram 4.102. Tdış=273 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki absorber paneldeki ışınım ile gerçekleşen ısı akısı 236 Diyagram 4.103. Tdış=288 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki absorber paneldeki ışınım ile gerçekleşen ısı akısı 236 Diyagram 4.104. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 0 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki absorber paneldeki ışınım ile gerçekleşen ısı akısı 237 Diyagram 4.105. Tdış=273 K, Tkb=318 K, 0 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki absorber paneldeki ışınım ile gerçekleşen ısı akısı 237

(35)

xxxii

Diyagram 4.106. Tdış=288 K, Tkb=318 K, 0 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki absorber paneldeki ışınım ile gerçekleşen ısı akısı 238 Diyagram 4.107. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 100 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki absorber paneldeki ışınım ile gerçekleşen ısı akısı 238 Diyagram 4.108. Tdış=273 K, Tkb=303 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki absorber paneldeki ışınım ile gerçekleşen ısı akısı 239 Diyagram 4.109. Tdış=273 K, Tkb=318 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki absorber paneldeki ışınım ile gerçekleşen ısı akısı 239 Diyagram 4.110. Tdış=288 K, Tkb=318 K, 1000 W/m2 güneş ışınımı değeri için farklı hava hızlarındaki absorber paneldeki ışınım ile gerçekleşen ısı akısı 239 Diyagram 5.1. Farklı kılcal boru uygulamaları için kılcal borular ile iç ortam havası arasındaki ıs transfer katsayısının hava sıcaklık farkı ile değişimi 244 Diyagram 5.2. SW1 için günlük tasarruf edilen ısıtma gücünün ve ihtiyaç duyulan

ısıtma gücünün zamanla değişimi 245

Diyagram 5.3. SW1‘de sağlanan günlük relatif tasarruffun zamanla değişimi 246 Diyagram 5.4. SW2 için günlük tasarruf edilen ısıtma gücünün ve ihtiyaç duyulan

Diyagram 5.5. SW2‘de sağlanan günlük relatif tasarruffun zamanla değişimi 247 Diyagram 5.6. SW3 için günlük tasarruf edilen ısıtma gücünün ve ihtiyaç duyulan

Diyagram 5.7. SW3‘te sağlanan günlük relatif tasarruffun zamanla değişimi 248 Diyagram 5.8. SW4 için günlük tasarruf edilen ısıtma gücünün ve ihtiyaç duyulan

(36)

xxxiii FOTOĞRAF LĠSTESĠ

Fotoğraf 1.1. Hava sızdırmalı güneş toplayıcısı sisteminin absorber paneli 17 Fotoğraf 3.1. Kılcal borulu hava sızdırmalı güneş toplayıcılarının iç yapısı 91

Fotoğraf 3.2. Deney tesisatı ön görüntüsü 92

Fotoğraf 3.3. Deney tesisatı iklimlendirme sistemi 93

Fotoğraf 3.4. PİMSA Holding fabrika binası 104

Fotoğraf 3.5. Kılcal borulu hava sızdırmalı güneş toplayıcısı sisteminin metal çerçeve

düzeni kurulumu 107

Fotoğraf 3.6. Kılcal borulu hava sızdırmalı güneş toplayıcısı sisteminin kurulumu 107 Fotoğraf 3.7. Kılcal borulu hava sızdırmalı güneş toplayıcısı sisteminin kurulumu 108 Fotoğraf 3.8. PİMSA kılcal borulu hava sızdırmalı güneş toplayıcısı sistemi 108 Fotoğraf 3.9. PİMSA kılcal borulu hava sızdırmalı güneş toplayıcısı sistemi fanı 110 Fotoğraf 3.10. PİMSA kılcal borulu hava sızdırmalı güneş toplayıcısı sistemi hava

(37)

1

BÖLÜM 1

GĠRĠġ

Günümüzde teknolojinin gelişmesi ve insan nüfusundaki artışla beraber enerji tüketimi artmaktadır. Mevcut enerji kaynaklarının tükeneceği düşüncesi, dönem dönem ortaya çıkan enerji krizleri, gün geçtikçe artan sera gazı emisyonları, çevre kirliliği ve iklim değişiklikleri, dünyanın her yerinde kaygı oluşturmaktadır. Hükümetler Arası İklim Değişikliği Paneline ( Intergovermental Panel on Climate Change - IPCC 2007 ) göre enerji tüketimi oranı ve sera gazı emisyonları azalmazsa, küresel ısınma hızlanacak ve dünya üzerinde yıkıcı etkileri olacaktır. Ayrıca kavurucu hava sıcaklığı, seller ve hava akımları gibi olağan dışı hava koşulları sık sık meydana gelecektir. 2007 yılında sunulan IPCC raporuna göre son yüzyılda yeryüzü sıcaklığı ortalama 0.6˚C artmıştır [1]. Yükselen küresel ısınma etkisi, buzulların erimesiyle deniz seviyesinin yükselmesine neden olabilecektir. Bu olağanüstü durum, yerleşim arazilerinin su altında kalmasına ve birçok türün yok olmasına sebep olabilecektir.

Küresel ısınma ve çevre kirliliği, çevre dostu binaların inşasını gündeme getirmiştir. Binalardaki enerji kullanımının yaklaşık %40‘ı ısıtma ve soğutma amaçlı harcanmaktadır. Alan ısıtmasıyla ilgili sera gazı emisyonunu azaltacak her çeşit binaya uygulanabilir çeşitli işlemler vardır. Bunlardan biri, enerji tasarrufu yapmaktır. Yapılarda yalıtım yapılarak enerji tüketimi azaltılabilmektedir. Gece saatlerinde ve binanın kullanılmadığı zamanlarda otomatik kontrol sistemi ile ısıtma ihtiyacı azaltılabilmektedir. Diğer yöntem, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılmasıdır. Rüzgar, hidrolik, jeotermal ve güneş enerjisi yenilenebilir ve sera gazı emisyonunu azaltan enerjilerdir.

Günümüzde birçok ülke, çevre kirliliğine ve iklim değişikliğine karşı önlemler almaya başlamıştır. Türkiye‘de, 5 Aralık 2009‘da yürürlüğe giren, 1 Temmuz 2010

(38)

2

tarihinde uygulanmaya başlayan, ―Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliği‖ kapsamındaki Enerji Kimlik Belgesi, binaların ısıtma, soğutma, sıcak su üretimi ve aydınlatma için tükettiği enerji miktarını belgelemektedir. Enerji Kimlik Belgesi ilk etapta, yönetmelik yürürlüğe girdikten sonra yapılacak yeni binaları kapsamaktadır. Mevcut binalar için de 10 yıllık bir geçiş süreci öngörülmektedir. Bu sayede Türkiye‘de, çevre kirliliğini ve küresel ısınmayı azaltmak için önemli bir adım atılmıştır. Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliğine göre, binanın bütün enerji kullanımlarının değerlendirilmesi, birincil enerji ve karbondioksit emisyonu açısından sınıflandırılması, yeni ve tadilat yapılacak mevcut binalar için minimum enerji performans gereklerinin belirlenmesi, yenilenebilir enerji kaynaklarının uygulanabilirliğinin değerlendirilmesi, ısıtma ve soğutma sistemlerinin kontrolü, sera gazı emisyonlarının sınıflandırılması, bina performans kriterlerinin ve uygulama esaslarının belirlenmesi, çevrenin korunması hedeflenmektedir. Enerji ihtiyacı asgari seviyede tutulup, doğal enerji kaynaklarından azami derecede faydalanılacaktır. Bu amaçla gerçekleştirilmesi gereken aşamalardan biri, yapının enerji gereksinimini karşılamak amacıyla güneş enerjisini kullanabilen, estetik ve dayanıklı yapı eleman ve malzemelerinin yaygın kullanımı olarak belirlenmiştir [2]. 1 Ocak 2013 tarihinden sonra yapılacak binalarda, toplam enerji ihtiyacının %5‘inin yenilenebilir enerji kaynaklarından karşılanması esas olmaktadır. Ayrıca, TÜBİTAK 2003 tarihli Enerji ve Doğal Kaynaklar Paneli Raporunda, yapının aydınlatma ve iklimlendirme için gerekli olan enerji ihtiyacının, yaygın olarak güneş enerjisinden sağlanmasının gerekliliği belirtilmiştir [3]. Bu aşamada kılcal borulu hava sızdırmalı güneş toplayıcıları, binaların enerji tüketimini ve Isıtma-Havalandırma-Soğutma ( Heating-Ventilating-Air Conditioning, HVAC ) yükünü azaltan yüksek verimli sistemler olarak önem kazanmaktadır.

Binalarda mahal iç ortam havası ısıtma konusunda bir çok çalışma yapılmaktadır. Güneş enerjisi destekli, hava ısıtma amacıyla kullanılan temel sistemlerden birisi hava sızdırmalı güneş toplayıcılarıdır. Fakat, hava sızdırmalı güneş toplayıcıları ile iç ortam havası ısıtma üzerine yapılmış fazla çalışma yoktur. Yeni tasarımlarla havalı güneş toplayıcıları gündeme gelmiş, önem kazanarak kullanımına başlanılmıştır. Kılcal borulu hava sızdırmalı güneş toplayıcıları ise kılcal borulu ek ısı değiştiricisiyle desteklenerek hava ısıtılmada kullanılan yeni bir sistemdir. Kılcal borulu