YAPI TEKNOLOJİSİNDE YENİLENEBİLİR ENERJİ VE ALTERNATİF SİSTEMLER

(1)

YAPI TEKNOLOJİSİNDE YENİLENEBİLİR ENERJİ VE ALTERNATİF SİSTEMLER

“GÜNEŞ ENERJİSİ”

Prof. Dr. Necdet ALTUNTOP

Erciyes Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Kayseri GÜNDER Yönetim Kurulu Başkanı

(2)

BU SUNUMUN KONU BAŞLIKLARI

Güneş Enerjisi ve Uygulamaları Hakkında Kısa Bilgiler,

Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemlerinin Tanımı Çeşitleri ve Uygulama Şekilleri,

Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemlerinin Basit Hesabı,

Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemlerinin Kurulumunda Dikkat Edilmesi gereken Hususlar,

Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemlerinde Sıcak Su Depolarının Performansının

İyileştirilmesi,

(3)

GÜNEŞ ENERJİSİ

Güneş enerjisi, güneşten gelen ve dünya atmosferinin dışında şiddeti sabit ve 1370 W/m2, yeryüzünde ise 0 - 1 100 W/m2 değerleri arasında olan yenilenebilir bir enerjidir.

Bu enerji ısıtmadan soğutmaya dek çeşitli ısıl uygulamalarda ve elektrik üretiminde kontrollü olarak kullanılabilmektedir.

Tablo Türkiye'nin Yıllık Toplam Güneş Enerjisi Potansiyelinin Bölgelere Göre Dağılımı

Bölge Toplam Güneş Enerjisi (kWh/m2-yıl) Güneşlenme Süresi (Saat/yıl)

G.Doğu Anadolu 1460 2993

Akdeniz 1390 2956

Doğu Anadolu 1365 2664

İç Anadolu 1314 2628

Ege 1304 2738

Marmara 1168 2409

Karadeniz 1120 1971

YAPI TEKNOLOJİSİNDE YENİLENEBİLİR ENERJİ VE ALTERNATİF SİSTEMLER “GÜNEŞ ENERJİSİ”

Türkiye coğrafi konumu itibarıyla güneş kuşağı içerisinde yer alan ve güneş enerjisi kullanımının yaygın olduğu bir ülkedir.

(4)

Türkiye de güneş enerjisinden faydalanma yolları

Tarımsal ürünlerin kurutulması,

Seraların ısıtılmasında,

Konutların ısıtılmasında,

Sıcak su elde edilemesin de,

Buhar elde edilmesinde,

Binaların serinletilmesi uygulamalarında,

Güneş pilleri aracılığı ile elektrik enerjisi üretilmesinde,nde,ndndede

(5)

Türkiye ve AB ülkelerinde, yıllık güneş ışınımı miktarı

Işinim Miktarları kWh/m2,yıl

Malta 1,780 Türkiye 1,538 Bulgaristan 1,322 Sırbistan 1,183 Romanya 1,333 Avusturya 1,161 Litvanya 999 Danimarka 965 Finlandiya 845 İspanya 1,591 İsveç 860 Almanya 1,012 Macaristan 1,215 Çek Cum. 1,032 Letonya 1,005 Slovakya 1,108 Polonya 1,012 Belçika 990 Portekiz 1,634 İtalya 1,430 Fransa 1,247 Yunanistan 1,505 Hırvatistan 1,301 L.burg 1,027

Hollanda 971 İngiltere 940 Kıbrıs 1,753 İrlanda 948 Estonya 1,005

(6)

GÜNEŞ ENERJİSİNDEN ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETİMİ

Güneş Enerjisinden elektrik enerjisi üretimi temel de iki ayrı yoldan gerçekleşmektedir. Bunlar;

1- Güneş Isıl Sistemler Kullanılarak,

2- Güneş Pilleri (Pv) kullanarak;

Güneş Isıl Santraller; Bu sistemlerin kurulumları teferruatlı ve pahalı olmakla birlikte, ürettikleri elektrik enerjisinin maliyeti kWh olarak; 15-17 Avrocent civarındadır.

Güneş Pilleri (Pv) sistemleri, kurulumları gayet basit ve teferruat

içermemektedir. Ürettikleri elektrik enerjisinin maliyeti kurulduğu yere bağlı olarak 18 – 40 Avrocent civarındadır.

Pv sistemler uygulamada şebekeye bağlı (On Grid) veya şebekeden bağımsız (Off Grid) sistemler olarak adlandırılmaktadır.

Geçmişte, Off Grid sistemler daha yaygın iken günümüzde On Grid sistemler daha yaygın hale gelmiştir. Günümüzde toplam güneş pilli elektrik üretme

sistemlerinin % 85 civarı On Grid sistemlerden oluşmaktadır.

(7)

Pv sistemlerden elektrik enerjisi üretimi uygulamaları

(8)

Güneş Enerjisinden Isıl Uygulamalar İle Elektrik Enerjisi Üretimi,

Güneşli Kurutma ve Su Arıtma

(9)

Güneş Enerjisinin Isıl Uygulamaları

Güneş Enerjisi ile Bina Isıtma ve Türkiye de İnşa Edilen Güneş Evleri

(10)

Türkiye de Güneş Enerjisinin En Yaygın Uygulaması

Güneş Enerjisi ile Su Isıtma Sistemleri

(11)

Çin % 75

Türkiye, İsrail % 6

Diğer Ülkeler

% 4 Japonya % 2

Avrupa % 10

Hindistan %3

Şekil-5 Dünya genelinde güneş kolektörü üretiminde ülkelerin payları (2004)

(12)

Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemlerinin Tanımı Çeşitleri ve Uygulama Şekilleri

1- Depo sayısına göre;

- Tek depolu, - Çift depolu,

2- Deponun pozisyonuna göre;

- Dik depolu, - Yatık depolu,

3- Mantolu olup olmadığına veya kapalı yada açık oluşuna göre;

- Mantosuz (açık sistem) depo, - Mantolu (kapalı sistem) depo,

4- İçinde bulunan serpantin sayısına göre;

- Tek serpantinli, - Çift serpantinli,

5- İçinde hazne bulunmasına göre;

- Hazneli sıcak su deposu, - Haznesiz sıcak su deposu,

6- Sıcak su deposundaki basınç seviyesine göre;

- Basınçlı sıcak su deposu,

- Basınçsız sıcak su deposu,

7- Akışkanın sirkülasyon şekline göre;

- Doğal sirkülasyonlu (pompasız), - Cebri sirkülasyonlu (Pompalı)

Gibi değişik şekilde sınıflandırma ve ya gruplandırma yapmak mümkündür.

Yukarıda yapılan sınıflandırmalara örnek olarak, şekilde, kapalı devre basınçlı sıcak su deposuna sahip bir sistem görülmektedir. Bu sistemlerde soğuk su deposu bulunmamaktadır.

(13)

Doğal Sirkülasyonlu Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemleri

Dik depolu, doğal sirkülasyonlu

güneşli sıcak su sistemi Yatık çift depolu güneşli sıcak su ısıtma sistemi.

Basınçlı depo

Bu sistemlerde, sistemde suyun dolaşımı doğal yolla gerçekleştirdiği için, güneş kollektörün de ısınan sıcak suyun toplandığı sıcak su tankının kollektör seviyesinin üstünde olması

gerekmektedir.

Bu sebepten dolayı görüntüsü yapılış şekline göre bazen çok çirkin olabilmektedir.

Basınçlı depolu yatık tip güneşli su ısıtma sistemi.

(14)

Doğal sirkülasyonlu, açık sistem sıcak su ısıtma sistemleri

-Doğal sirkülasyonlu, açık sistem sıcak su ısıtma sistemlerinde sadece alt kısımdaki sıcak su tankı izolelidir. Sisteme giren taze su sistemde depo ve kollektörler dahil tüm kısımlarda dolaşır.

-Bu dolaşımın sonucu olarak ta tesisata gelen taze su sahip olduğu tüm kireci güneş enerjisi sisteminin özellikle kollektör kısmında bırakarak sistemden ayrılır. Kollektör borularının iç kısımları kireç taşı ile kaplanır. Bu durum siyah yüzeyden suya ısı transferini engellediği için sonuçta güneş kollektörlerinin daha az su ısıtmasına sebep olur.

SOĞUK SU ÇIKIŞ

SICAK SU GİRİŞ SICAK SU HAVALANDIRMA FLATOR

SICAK SU ÇIKISI

SOGUK SU GIRISI

Doğal sirkülasyonlu, kapalı sistem sıcak su ısıtma sistemleri

-Doğal sirkülasyonlu, kapalı sistem sıcak su ısıtma sistemleri yandaki şekilde görüldüğü gibi alt ve üst kısımdaki sıcak ve soğuk su tanklarının ikisi de yalıtımlıdır. Sisteme giren taze su sistemde depo ve kollektörler dahil tüm kısımlarda dolaşır.

-Bu dolaşımın sonucu olarak ta tesisata gelen taze su sahip olduğu tüm kireci güneş enerjisi sisteminin özellikle kollektör kısmında bırakarak sistemden ayrılır. Bunun sonucunda da kollektör borularının iç kısımları kireç taşı ile kaplanır. Bu durum siyah yüzeyden suya ısı transferini engellediği için sonuçta güneş kollektörlerinin daha az su ısıtmasına sebep olur.

(15)

Doğal dolaşımlı güneş enerjili su ısıtma sistemi uygulamaları

(16)

Cebri Sirkülasyonlu Kapalı devre Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemleri

Cebri dolaşımlı güneşli su ısıtma sisteminim tesisat

şeması.

Cebri dolaşımlı ve kalorifer destekli Güneşli su ısıtma sisteminin tesisat

şeması

Çok kolektörlü ve büyük miktarda sıcak su ısıtabilen sistemin tesisat şeması ve sistemde yer alan

kolektör, sıcak su deposu, otomatik kontrol ünitesi, boru tesisatı ve diğer elemanların görünüşü verilmektedir.

Şekil-7 ve 8 de tesisat şeması verilen bireysel sistemler ve Şekil 11 de görülen büyük ölçekli

sistemlerde, sistemde bulunan pompaların çalışması için gerekli komutlar, tesisattaki otomatik kontrol ünitesinden verilir.

Otomatik kontrol üniteleri iki ayrı sıcaklık probundan gelen sıcaklık değerleri arasındaki fark a göre çalışırlar.

Sıcaklık propları bir diferansiyel termostat görevi yaparak

sistemin çalışması ve durması için alt ve üst sıcaklık seviyelerini belirlerler. Güneş enerjili sıcak su ısıtma sistemleri için bu sıcaklık farkı 8 – 10 oC civarındadır.

Kayseri Trabzon

(17)

Çok kolektörlü pompalı çirkin görüntü oluşturmayan güneşli sıcak su sistemi.

(Fethiye - Muğla)

Soğuk şebeke suyu

cu

e e

ava

3/4"

1"

1/2"

Boşaltma

3/4"

1"

Boşaltma 1/2"

1 1/4"

QHT 3/4"

1"

3/4"

QHT 3/4" 3/4"

1 1/4"

3/4"

1"

3/4"

3/4" 3/4"

1 1/4"

1 1/2"

1 1/4"

1 1/2"

1 1/4"

1 1/2"

1 1/4"

Sıcak su tankı

Plakalı ısı eşanjörü

V PT P ÇV V

1 1/2"

Diferansiyel termostatlı otomatik kontrol panosu

220-380 V - 8cm cam yünü

yalıtım, üzeri galvaniz sac kaplı

+

1 1/2" M

Kullanıma sıcak su

T Tahliye

Çok kolektörlü ve büyük miktarda sıcak su ısıtabilen bir sistemin tesisat şeması

(18)

Büyük ölçekli güneşli sıcak su ısıtma örnekleri ve güneş enerjili hacım ısıtma

(19)

Güneş Enerjisi ile Buhar Üretimi ve Serinletme Uygulamaları

Güneş enerjisi ile buharlı sistemler kullanarak soğutma yapma

işlemlerinde genellikle absorbsiyonlu soğutma sistemleri en yaygın olanıdır.

(20)

Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemlerinin Hesabı,

Büyük miktarlarda sıcak su kullanan otel, motel, fabrika, tatil köyü, hastane, yurt, gibi işletmelerde sıcak su ihtiyaçlarının güneş enerjisinden karşılanması için, özellikle Akdeniz ve Ege bölgesi kıyı şeridinde çok kolektörlü “Güneşli Sıcak Su Üretim Sistemleri” tesis edilmektedir.

Bu sistemlerin hesaplanmasında, toplam güneş kolektörü alanının, sirkülasyon pompasının, ısı eşanjörü ve sıcak su depolama tankın boyutlandırılmasında dikkate alınan kolektör verimleri, bu sistemlerin sıcak su üretim miktarları üzerinde çok önemli rol oynamaktadır.

Bu çerçevede, büyük ölçekli güneşli sıcak su ısıtma sistemlerinin hesaplanmasında yapılması gerekenler aşağıda sıralanmıştır.

1- Günlük sıcak su ihtiyacının belirlenmesi,

2- Güneş kollektörü yüzey alanı ve sayısının hesabı,

3- Isı değiştiricisi (eşanjörü) hesabı,

4- Sıcak su depolama tankı boyutlarının belirlenmesi,

5- Boru çapları ve dolaşım pompasının hesaplanması,

6- Kapalı genleşme kabı ve diğer tesisat elemanlarının hesaplanmasıdır.

Yukarıda belirtilen sebeplerden kaynaklanan hatalı hesaplar sonucunda güneşli sıcak su üretim sistemleri kendilerinden beklenen randımanı verememektedir.

(21)

SICAK SU İHTİYAÇLARININ BELİRLENMESİ

Dahili sıcak su kullanan olan birimlerde, sıcak su tüketim miktarı, tüketim birimindeki insanların hayat standardı, alışkanlıkları, kültür ve eğitim düzeyleri ile ilişkili olmakla birlikte, en önemli gösterge ekonomik gelir seviyeleridir.

Değişik kaynaklarda sıcak su tüketimleri, birçok faktöre bağlı olarak değişen aralıklarla verilmekle birlikte, kişi başına yaklaşık sıcak su tüketimleri aşağıdaki tabloda görülmektedir.

Otel, motel, tatil köyü ve benzeri, büyük miktarda sıcak su tüketimi olan yerlerde, sıcak su tüketimi için ayrıca ücret talep Tablo-1 Bireylerin gelir seviyelerine göre kişi başına günlük sıcak su tüketimleri edilmediği için, bireyler kendi evlerinde tükettiklerinden % 10÷20 civarında daha fazla sıcak su tüketmektedirler.

Ekonomik gelir seviyesi Kişi başına sıcak su tüketimi (litre/gün,kişi)

Dar gelir grubu 30 – 50

Orta gelir grubu 50 – 80

Üst gelir grubu 80 – 100

En Üst gelir grubu 100 – 200

(22)

ÇEŞİTLİ YERLER İÇİN SU TÜKETİM MİKTARLARI (litre/gün, kişi)

(23)

HESAP YÖNTEMİ

Güneşli sıcak su üretim sistemlerinde, tesis için gerekli sıcak su tüketimi hesaplandıktan sonra, belirlenen sıcak suyu üretecek olan güneş enerjisi sisteminin boyutlandırılması yapılır.

Bu aşamada, kolektör sayısının veya toplam kolektör alanının belirlenmesi için birçok hesap tarzı veya yöntemi bulunmakla birlikte en pratik ve kısa hesaplama yöntemi aşağıdaki denklem ile yapılmaktadır. Burada Atop; ihtiyaç duyulan toplam kolektör alanı olmak üzere;

Atop = Q/ D dir. (1)

Bu ifadedeki Q; sıcak su üretimi için gerekli toplam ısı yüküdür. Q ifadesi aşağıdaki bağıntı ile hesaplanabilir.

Q = m. c . (Ti – Tş ) (2)

Bu denklemdeki, m; tesisin toplam sıcak su ihtiyacı, c; suyun özgül ısısıdır. Ti;

güneş enerjisi ile ısıtılması istenen suyun sıcaklığı, Tş; güneş enerjisi sistemine şebekeden gelen su sıcaklığıdır. (1) denkleminde yer alan D ifadesi ise, güneşten temin edilen ve yararlı hale dönüşen net ışınım enerjisi olup, aşağıdaki gibi ifade edilebilir[1,2].

D = G. S. Kk . Ks (3)

dir.

(24)

Tablo- Aylara ve Şehirlere Göre Ortalama Şebeke Suyu Sıcaklıkları

(25)

Bu denklemdeki G; kolektörün birim yüzeyine gelen günlük güneş ışınımı miktarı, S; Işınımın geldiği eğik yüzeyin eğim açısına göre değişen bir katsayıdır. Aylara göre 0.75 ile 1.8 arasında değişmektedir. Kk; sistemde kullanılması düşünülen güneş kolektörünün ortalama ısıl verimi ve Ks; güneş enerjisi sisteminin güneş kolektörü dışında kalan, sıcak su depolama tankı, boru tesisatı, ısı değiştiricisi gibi elemanlarda meydana gelen ısıl kayıplarından dolayı alınan sistem verimidir.

Yukarıda belirtilen değerler hesaplanıp (1) denkleminde yerine konulması ile güneşli sıcak su üretim sistemi için gerekli toplam kolektör yüzey alanı bulunur.

Kolektör sayısının bulunması için (1) denklemi ile belirlenen toplam kolektör yüzey alanının (Atop), bir kolektörün yüzey alanına (A) bölünmesi ile toplam kullanılacak kolektör sayısı belirlenir. Bu belirlemede N toplam kolektör sayısı olmak üzere;

N = Atop / A (4)

Burada, A; bir adet kolektörün ışınım alan net alandır [2].

KOLLEKTÖR VE SİSTEM VERİMLERİ

Düzlemsel güneş kolektörlerinin yapıldığı malzeme ve kalitesi ne olursa olsun, Şekil-1 de görüldüğü gibi “a” noktası olarak isimlendirilen ve güneş kolektörlerin çalışması esnasında sadece sabah saatlerinde kısa bir süre için ulaşılabilen “Optik Verimleri” hemen hemen aynıdır.

Kalitesiz kolektörler de, kolektördeki suyun ısınması ile ısıl verim büyük oranda düştüğü şekil-1 de görülmektedir. Kaliteli kolektörlerdeki ısıl verim azalması, kalitesizlere göre çok az olmaktadır.

(26)

İşletme - noktası parametresi kötü

kolle ktö

r orta kolle

ktör iyi kol

lektör

Toplayıcı verimi

çok iyi kollektö r

a ₁₀₀

80 60

20 40

0 20 40 60 80 100 120

Verim ( % )

Ortalama akışkan sıcaklığı (C ) 200

W/m2 400 600 800

a

80 0 20

20 40

60 40 60

100 80

120 100 Faydalı ısı

Isıl kayıplar Optik kayıplar Verim ( % )

Ortalama akışkan sıcaklığı (C )

a

Güneş kolektörlerinde, kollektör

kalitesine göre ısıl verimlerin değişmesi.

Düzlemsel güneş kolektörlerinin ısıl verimlerinin gün içinde değişimi [4].

Güneş kolektörlerinde optik verimin ve ısıl verimin ortalama akışkan sıcaklığına göre değişimi [4].

Kolektör verimlerinin düşmesinin en önemli iki sebebi;

Kolektörlerde kullanılan camların düşük ışınım geçirgenliği. Kaliteli kolektörlerde ışınım geçirgenliği % 90–92 civarında ve kalitesiz camlarda ise % 75–80 civarındadır. Camlardan kaynaklanan be kayıplar optik kayıplar olarak adlandırılmaktadır.

Termal kayiplar

Cam örtü

Izolasyon

Faydali isi Optik

kayiplar

Yutucu Isi transfer akiskani

Günes radyasyonu

(27)

Düzlemsel güneş kolektörü panel tipleri Ortalama ısıl verimleri (%)

Vakum borulu ve siyah krom Kaplamalı 74 ÷ 77

Bakır levha üzerine siyah krom kaplama 70 ÷ 74 Alüminyum levha üzerine siyah krom kaplama 63 ÷ 65

Bakır levha üzerine siyah boyalı 63 ÷ 65

Alüminyum üzerine siyah boyalı 50 ÷ 54

Galvaniz sac levha üzerine siyah boyalı 35 ÷ 45

0.01 0.3 0.4 0.5 0.7 0.6 1.0 0.9 0.8

0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08

ANLIK VERİM

[((Tg+Tc)/2)-Ta] / G x xx

xx xx xx x

x x xxx x x

x xx

x x x

a

b

Düzlemsel güneş

kolektörlerinin optik verimi

“a” ve günlük ortalama ısıl verimi “b” değerleri.

Kolektör sayısının hesabında, kolektör verimi olarak optik verim yerine, şekilde “b” noktası olarak adlandırılan günlük ortalama verim değerinin dikkate alınması gereklidir.

Şekilde optik verim (“a”) ve günlük ortalama ısıl verim (“b”) noktaları görülmektedir. Günlük ortalama verimin, optik verimden oldukça düşük olduğu diyagramdan da anlaşılmaktadır.

Güneşli sıcak su ısıtma sistemlerinde kollektör dışında kalan, ısı eşanjörü, sıcak su tankı, boru tesisatı gibi diğer sistem elemanlarından meydana gelen kayıplar sistem verimi olarak

adlandırılmaktadır.

Sistem verimi (Ksis), uygulamada % 80- 95 arasında alınmaktadır. Bu değer, tesisatta kullanılan toplam boru

uzunluna, boruların yalıtımına, sıcak su tanklarının yalıtım durumuna göre

değişmektedir.

(28)

Düzlemsel sıcak su kollektörleri ve boru dizilişi

(29)

Yüzey üzerine siyah boya uygulaması her tür yüzeye uygulanabilir.

Bu yüzeyler;

Bakır,

Alüminyum,

Çelik,

Plastik,

Ahşap,

Cam vb. olabilir.

Güneş kollektörlerinde kullanılan siyah yüzeyler temelde üç çeşittir. Bunlar;

Siyah boyalı yüzeyler,

Seçici (selektif) yüzeyler,

Yarı seçici (selektif) Yüzeyler

Güneş kollektörlerin de kullanılan siyah yüzeyler

Belirtilen ahşap, plastik ve cam gibi malzemeler ısı iletim katsayıları düşük olduğu için genellikle siyah yüzey olarak kullanılmazlar (boyanmazlar).

Boyama işleminde boyanın kalınlığı önemlidir. Bu kalınlığın 20-30 mikrometre civarındadır.

Siyah boyalı veya kaplama olan yüzeylerde, yüzeylerin üzerine gelen ışınımı yutma, yayma oranları, yüzey kalitesinin iyiliğini gösteren en önemli özellik;

Işınım yutma oranı / Işınım yayma oranı

Dır. Bu oran 4 ün üzerinde olduğunda yüzey selektif (seçici) yüzey olarak kabul edilir.

Bunun altında olan yüzeyler 2-4 arası semi selektif (yarı seçici) yüzey olarak adlandırılır.

Diğer yüzeyler siyah boyalı yüzeyler olarak adlandırılır.

(30)

Güneş Kolektörlerinde kullanılan panellerin yüzeyleri uygulama açısından temelde iki gruptur. Bunlar;

TiNox

(31)

Plastik esaslı saydam yüzeyler

Naylon, Mika, fleksiglass, Maylar, tedlar, Polikarbonat levha, vb. isimlerle anılırlar.

Polikarbonat levhanın 1 mm kalınlıkta olması durumunda ışık geçirgenliği % 92 dir.

1-) Normal pencere camı; 3 mm kalınlıkta ışık geçirgenliği % 80 civarında,

2-) Su beyazı cam (White water) ışık geçirgenliği % 91-92 civarındadır.

Düzlemsel güneş kollektörlerin de kullanılan camlar

Güneş kollektörlerinde kullanılan ısı yalıtım malzemeleri;

- Cam yünü; Isı geçiş katsayısı k= 0.035 W/m-K dir.

Dayanabildiği sıcaklık; sürekli halde 150 oC ,

Geçici halde 250 oC (kısa süreli)

-Taş yünü; Isı geçiş katsayısı k= 0.035 W/m- K dir.

Dayanabildiği sıcaklık 650 oC,

Gecici halde maksimum 850 oC

Poliüretan; K = 0.028 W/m-K,

Dayanabildiği maksimum sıcaklık 80 oC

Güneş kollektörlerinde ısı yalıtımı

MONOBLOK POLİÜRETAN İZOLASYON CAM YÜNÜ İZOLASYON

CAM YÜNÜ İZOLASYON

(32)

Kollektör kasası

Kollektör kasa malzemeleri;

Çelik,

Alüminyum,

Ahşap,

Paslanmaz Çelik,

Bakır,

Plastik (PVC)

Malzemelerinden imal edilirler.

Malzeme kalınlığı konusunda herhangi bir standart bulunmamaktadır. Kollektör içindeki malzemeye zarar vermeden taşınabilecek sağlamlığın gerektirdiği kalınlıkta olması

gerekmektedir.

Kolektör veya kollektör kasası boyutları;

Kollektör boyutlarının ne olması gerektiği konusunda, belirleyici unsur, cam boyutlarıdır.

Kullanılacak olan cam ın fabrika da firesiz olarak kesilebileceği tüm boyutlar olabilir.

Türkiye de genellikle; 900 x 1900 mm standart ölçülerin yanı sıra geniş kasa olarak adlandırılan 1900 x 1210 mm boyutlarında da kollektör üretilmektedir.

Özellikle yurt dışı için daha farklı boyutlarda da üretim yapılabilmektedir.

(33)

Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemlerinin Hesabı ve Kurulumunda Dikkat Edilmesi gereken Hususlar

1- Kollektör ile sıcak su deposu ve gidiş-dönüş boru uzunluğu ve basınç kaybının eşit olması,

2- Tesisattaki boru çapları, minimum basınç kaybı oluşturacak büyüklükte olmalıdır.

Kollektör giriş-çıkış boru çaplarının en az ¾” parmak olmalıdır. Tesisattaki boru çaplarının mümkün oldukça yüksek seçilmelidir.

3- Tesisatlarda, basınç kayıplarının düşük olması için, vana, çekvalf, dirsek vb. bağlantı elemanların minimum sayıda kullanılması,

4- Özellikle kış aylarında, yüksek sıcaklıkta su elde etmek için kollektörlerin seri olarak ikili bağlanmasından kaçınılması,

5- Güneş enerjili sıcak su boru tesisatlarında oluşan havanın sistemden kolayca tahliyesi için, borulara akış yönünde yukarıya doğru yeterli eğim verilmelidir,

6- Sistemde, seçici yüzeyli kollektörler sıcaklıktan etkilenebilen plastik parçalar içeren elemanların kullanımından kaçınılmalıdır.

7- Sistemde, kullanılan kollektör sayısı üç ten fazla ise gömlekli ısı değiştiricisi kullanılmamalıdır.

8- Kollektörler yan yana geçişli seri bağlandığında, kollektörden kollektöre akışkan aktarıldığında, yüksek debilerde yüksek basınç kayıpları meydana gelmektedir.

Kollektörler yan yana 3 den fazla bağlanmamalıdır.

(34)

Belirtilen hatalarından kaynaklanan yüksek basınç kayıpları, düşük sıcak su üretimi ve ısıl verime sebep olmaktadır. Bu nedenle tesisatların özellikle Tichelman bağlantısına göre yapılması gerekmektedir.

Şekilde ilk kollektörde yüksek, diğer kollektörlerde yetersiz akışkan dolaşımı sebebi ile ilk kollektörden sonraki kollektörlerde düşük sıcak su eldesi gerçekleşecektir.

Son kollektörlerde, oldukça zayıf bir şekilde düşük debide akışkan dolaşımı, su sıcaklığının aşırı yükselmesi ile kollektör verimini düşmekte ve elde edilen ısıl enerji miktarı azalmaktadır.

YANLIŞ BAĞLANTI ŞEKLİ

SOĞUK AKIŞKAN ÇIKIŞ SICAK AKIŞKAN GİRİŞ

SOGUK SU GIRISI

SICAK SU CIKIS FLATOR

SICAK AKIŞKAN GİRİŞ

SICAK SU HAVALANDIRMA

İMBİSAT DEPOSU

TESİSAT BAĞLANTILARINDA BORU UZUNLUKLARI

(35)

Şekil Hatalı kollektör giriş–çıkış bağlantısı Şekil Doğru kollektör griş–çıkış bağlantısı

YANLIS Ölü Bölgeler

DOGRU Kullanıma

Sebeke Sebeke

(36)

Güneş Kollektörlerinin yerleştirilmesi ve uygun açıların verilmesi

Kullanıma

Sebeke

Güneş Kollektörlerinin eşit Basınç kaybı oluşturması için tek tek bağlanması

(37)

V PT P ÇV V Sıcak su tankı

Diferansiyel termostatlı otomatik kontrol panosu

220 V - +

M T

Sıcak su tankı Plakalı ısı

eşanjörü

V vana PT pislik tutucu P pompa ÇV çekvalf M manometre T termometre

1 1/4"

1"

3/4"

1"

1 1/4"

1"

1 1/4" 1 1/4" 1" 1" 3/4" 3/4" 3/4"

3/4"

3/4" 3/4" 1" 1" 1"

1 1/2"

1"

1 1/4"

1 1/4" 1" 1" 3/4" 3/4" 3/4"

1 1/4"

3/4"

3/4" 3/4" 1" 1" 1"

3/4"

1 1/2"

1 1/2" 1 1/2"

1 1/2"

1 1/2" 3/4"

1 1/2"

1/2"

1 1/2"

1 1/4"

1/2"

1 1/2"

1 1/4"

1 1/2"

Boşaltma

1/2"

(38)

Sıcak su tankı

M T

V vana PT pislik tutucu P pompa ÇV çekvalf M manometre T termometre QHT otomatik hava tahliye

PT

V P ÇV V

220-380 V-

Diferansiyel +

termostatlı otomatik kontrol panosu 8cm cam yünü

yalıtım, üzeri galvaniz sac kaplı

1 1/2"

1 1/2" 1 1/2" 1 1/2"

1 1/2"

1 1/4"

1 1/4" 1 1/4" 1 1/4"

1 1/2"

1 1/4"1"

1"

3/4" 3/4"

3/4"

3/4" 3/4"

1"

3/4"

1"

3/4"

1 1/4"

1/2" 1/2"

Soğuk şebeke suyu

Tahliye Kullanıma sıcak su

Plakalı ısı eşanjörü

Boşaltma Boşaltma

QHT

(39)

Değişik tip güneş kollektörlerinin ve kullanılabileceği sıcaklığa göre

ısıl verim

(40)

Sıcak su depolama tanklarının kapasitelerinin belirlenmesi

Depolama tanklarının kapasiteleri kollektör tipine ve kollektörün m2 sine göre belirlenir;

Bakır üzerine selektif yüzeyli; 60 litre/m2

Bakır üzerine siyah boyalı; 55 litre/m2

Alüminyum üzerine siyah boyalı; 50 litre/m2

Galvanizli sac üzerine siyah boyalı; 40 litre/m2

Diyagram yardımı ile sıcak su depolama hacminin belirlenmesi

(41)

Örnek güneş enerjili su ısıtma tesisatı bağlantı şeması (Thickelman sistemine göre)

1 s

1

^1/4

s

3/4 s

1

^1/2

s

1

^1/2

s

1

^1/4

s 3/4 s

3/4 s 3/4 s

1

^1/4

s 1

^1/4

s

3/4 s 3/4 s

3/4 s

3/4 s _{3/4 s} 1 s 3/4 s

1 s 3/4 s 3/4 s

Şekil-3 pompalı, 24 kollektörlü güneşli sıcak su hazırlama sisteminde boru çapları

(42)

Örnek sistemdeki boru çapı, hız ve debi değerleri

Kollektör sayısı Boru çapı

¾” Kesit: 3.142 x10⁴ m² 1” Kesit: 5.725 x10⁴m² 1 ¼” Kesit: 8.04 x10⁴m² 1 ½” Kesit: 12.566 x10⁴m² Debi (lt/h) Su hızı (m/s) Debi (lt/h) Su hızı (m/s) Debi (lt/h) Su hızı (m/s) Debi (lt/h) Su hızı (m/s)

2 240 0.21 240 0.12 240 0.08 240 0.05

3 360 0.32 360 0.17 360 0.12 360 0.08

4 480 0.42 480 0.22 480 0.17 480 0.11

5 600 0.53 600 0.27 600 0.21 600 0.13

6 720 0.64 720 0.35 720 0.25 720 0.16

7 840 0.74 840 0.41 840 0.29 840 0.19

8 960 0.85 960 0.47 960 0.33 960 0.21

9 1 080 0.96 1 080 0.53 1 080 0.37 1 080 0.24

10 1 200 1.06 1 200 0.60 1 200 0.41 1 200 0.27

11 1 320 1.17 1 320 0.66 1 320 0.46 1 320 0.29

12 1 440 1.27 1 440 0.71 1 440 0.50 1 440 0.32

13 1 560 1.38 1 560 0.76 1 560 0.54 1 560 0.34

14 1 680 1.49 1 680 0.82 1 680 0.58 1 680 0.37

15 1 800 1.59 1 800 0.87 1 800 0.62 1 800 0.40

16 1 920 1.70 1 920 0.93 1 920 0.66 1 920 0.42

17 2 040 1.80 2 040 0.99 2 040 0.70 2 040 0.45

18 2 160 1.91 2 160 1.05 2 160 0.75 2 160 0.48

19 2 280 2.02 2 280 1.11 2 280 0.79 2 280 0.50

20 2 400 2.12 2 400 1.16 2 400 0.83 2 400 0.53

21 2 520 2.23 2 520 1.22 2 520 0.87 2 520 0.56

22 2 640 2.33 2 640 1.28 2 640 0.91 2 640 0.58

23 2 760 2.44 2 760 1.34 2 760 0.95 2 760 0.61

(43)

GEREKSİZ TESİSAT ELEMANLARI

Pompalı güneş enerjisi sistemlerinde, vana, çek valf, dirsek, manşon, nipel, rekor, kruva, ınguva gibi tesisat elemanları, sistemin çalışması için değişik sayılarda kullanılmaktadır.

Tesisatlarda toplam basınç kaybı;

Hm = 6RL + 6Z (1)

Şeklinde ifade edilmektedir. Burada; 6RL; düz borularda meydana gelen yerel sürtünme kayıpları ve 6Z; vana, dirsek, ayrılma birleşme gibi özel bağlantılardan meydana gelen özel basınç kayıpları olup aşağıdaki gibi ifade edilmektedir;

6Z = [. (v2/2g).U (2)

Burada; v; su hızı, g; yerçekimi ivmesi, U; suyun yoğunluğu, [; özel tesisat elemanlarında meydana gelen basınç kaybını ifade eden özel dirençdir. Bu değerin küçük olması için bağlantı elemanlarının minimum sayıda kullanılması gereklidir.

YETERSİZ BORU ÇAPLARI

Standart tip olarak anılan 930 x 1930 mm boyutlarındaki kollektörlerde saatte dolaşması tavsiye edilen su debisi, pompalı sistemlerde 120 kg/h, Geniş kasa yani 1210 x 1930 mm boyutlarındaki geniş kasa kollektörlerde ise 155 kg/h dir.

Güneşli sıcak su üreten tesisatlarda dolaşan suyun hızı ana borularda maksimum 0.75 y 0.80 m/s ve uç kısımlardaki borularda ise 0.1y0.2 m/s civarında olması tavsiye

edilmektedir.

Uç kısımlardan ana borulara doğru hızın mümkünse lineer olarak artması gerekmektedir.

(44)

Birden fazla kollektörün yan yana bağlanması

Şekil-1 Hatalı bağlantı, eşit olmayan gidiş–dönüş Şekil-2 Doğru (Tichelman) bağlantısı, eşit

boru uzunluğu boru uzunluğu.

giriş giris

çıkış çıkış

YANLIŞ DOĞRU

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04

(Ti-Ta)/GT

VERİM

1 3

• Şekil-3 Kollektörlerin şekil-1 deki gibi bağlanması durumunda 1. ve 3. kollektörlerin ısıl verimlerindeki değişme

(45)

KOLLEKTÖRLERİN SERİ BAĞLANMASI

Kış aylarında, gün uzunluğu ve güneşlenme süresinin azalması ile birlikte, dış ortam ve şebeke suyu sıcaklığının düşmesinden dolayı, kollektörlerin enerji kayıpları arttığından istenen sıcaklıklarda su elde edilememektedir.

Kış aylarında, yüksek sıcaklıkta su eldesi için güneş kollektörleri şekil-4 deki gibi seri bağlanmaktadır. Bu bağlantı ile daha sıcak su elde edilmekle birlikte, özellikle ikinci kollektörün veriminde önemli ölçüde düşme meydana gelmektedir.

Şekilde a ve b kollektörlerinin ısıl verimlerinin karşılaştırılması verildi. Şekilden de görüldüğü üzere b kollektörünün verimi a kollektörüne göre büyük oranda düşüktür.

Verim Düşük

Verim Yüksek

a b

0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7

0,017 0,019 0,021 0,023 0,025 0,027 0,029 0,031 0,033 0,035

(Ti-Ta)/GT

VERİM

a b

Şekil-4 Kollektörlerinin seri bağlanması

Şekil-5 Kollektörlerinin seri bağlanmasında kollektör ısıl veriminin değişimi YAPI TEKNOLOJİSİNDE YENİLENEBİLİR ENERJİ VE ALTERNATİF SİSTEMLER “GÜNEŞ ENERJİSİ”

(46)

giris

çikis

Toplama borusu

Dagitim borusu

Şekil-7 Tesisatlarda, havanın otomatik tahliye cihazları ile uzaklaştırılması ve cihazın yeri

Otom. hava tah. cihazi

giris çikis

TESİSATTA HAVANIN TAHLİYESİ

Güneş enerjisi sistemlerinde gün içinde suyun yüksek sıcaklık farkından dolayı hacim

değişimi ile su soğuk iken bünyesine aldığı hava, ısındığında ayrılmaktadır. Bu hava, kapalı sistemde otomatik hava tahliye cihazları yardımı ile dışarı atılmaktadır.

Sistemin kendinden kaynaklanan havanın tahliyesi için kollektör-boru bağlantıları yukarıya eğimli olmalı ve tahliye cihazı sisteme yerleştirilmelidir.

(47)

KOLLEKTÖRLERDE BASINÇ DÜŞÜMÜ

Kollektörlerde basınç düşümü, dolaşan akışkan debisi ve hız a bağlıdır.

Hız arttıkça kollektördeki basınç kaybının artmaktadır.

Şekilde görüldüğü gibi 150 kg/h debide 0.25 kPa olan basınç kaybı, 400 kg/h debide 2 kPa değerine ulaşmaktadır.

Basınç kayıplarının artması, sistem için güçlü pompa gerektirdiğini göstermektedir.

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2

100 150 200 250 300 350 400 450

Su Debisi (kg/h)

Basınç Değişimi (kPa)

Tek Kollektör Seri Bağlı (2 Adet) Seri Bağlı (3 Adet)

Kollektörlerin geçişli olarak yan yana bağlanması durumunda akışkan debisine göre basınç düşüşleri