Kılcal borulu hava sızdırmalı güneş toplayıcılarının teorik ve deneysel ıncelenmesi
Theoretical and experimental investigation of perforated solar air collector coupled to a capillary tube heating system
Yazar: HACER AKHAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. DOĞAN ERYENER
Trakya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

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.

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.