Sarmal sargılı, güneş enerjili sıcak su kollektörünün farklı açılardaki performansının deneysel ve sayısal karşılaştırılması
Experimental and numerical analysis of helically-coiled solar water collector at various angular placements
Yazar: ŞAHİN KOLAY
Danışman: DOÇ. DR. HALİL İBRAHİM VARİYENLİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Türkiye coğrafi konumu nedeniyle bir çok yenilenebilir enerji kaynağının verimli kullanılmasına imkan sağladığı gibi yüksek güneş enerjisi potansiyeline ve güneşlenme süresine sahiptir. Bu sebeple birçok bölgede ve farklı sektörlerde güneş enerjisinden çeşitli şekillerde yararlanılmaktadır. Güneş enerjisini kullanan su kollektörleri, sıcak su ihtiyacını karşılamak amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada sarmal yapılı bakır borulu ve yüzeyi siyah boyalı kollektör tasarlanmış ve genel performansını belirlemek için farklı koşullarda deney yapılmıştır. Deney sonuçları kayıt altına alınarak akışkan debisinin, güneş ışınlarının geliş açısının ve hava sıcaklıklarının doğrudan etkileri incelenmiştir. Sarmal tip kollektör tasarımıyla güneş ışınlarının günün farklı saatlerinde yüzeye daha uzun süre dik gelmesinin sağlanması ve bu şekilde kollektör soğurma veriminin arttırılması hedeflenmiştir. Sarmal kollektör yapısı bize soğurucu yüzey alanını küçük bir hacimde arttırma imkanını vermiştir. Tasarlanan sarmal yapılı güneş kollektörün similasyonu hazırlanarak teorik sonuçları da elde edilmiştir. Deneysel olarak 3 farklı kollektör eğim açısında ve akışkan olarak su kullanarak farklı debilerde testler yapılmıştır. Deneysel sonuçlara göre yatay, dikey ve açısal konumlarda helisel kollektörün ısıl verimleri sırasıyla ortalama %38.86, %37.1 ve %42.61 aralıklarında elde edilmiştir. Kollektörün yatay, dikey ve açısal konumlarda sürdürülebilirlik indeks değerleri sırasıyla 1.0041-1.0091, 1.0039-1.0087 ve 1.0043-1.0102 aralığında elde edilmiştir. Çalışmada teorik ve deneysel bulgular arasındaki maksimum sapma %16 olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
Solar radiation with water collectors are widely utilized for providing hot water. In the present study, a solar water collector with helically coiled absorber has been designed, prepared testing  assembly and experimented at different conditions to determine its overall performance. One of the leading  aims of using helically-type collektor is to improve the thermal efficiency of the collector by supplying perpendicular angle or near the this angle between the collektor surface and solar rays from the sun. Also, using helically-coiled structure make it possible to increase absorber surface in a relatively small volume in comparison to conventional solar water collectors. In the next step, the manufactured helically-coiled solar collector has been experimentally tested at three different inclination angles and using for different water  flow ratio. According to the testing results, thermal effectiveness of horizontal, vertical and angular helically-coiled collector were obtained in the ranges of 38.86%, 37.1% and 42.61%, respectively. In addition, helically collektor  sustainability index values  were achieved for horizontal 1.0041-1.0091, vertical 1.0039-1.0087 and angular 1.0043-1.0102,  were achieved. End of the experiment, maximum difference between numerical analysys and experimental conclusionss was calculated as 16%.