Güneş enerjisinin mekân ısıtması amacıyla duyulur ısı depolama malzemelerinde ve faz değiştiren maddelerde depolanmasının incelenmesi
Investigation of storage of solar energy in sensible heat storage materials and phase change materials for the aim of space heating
Yazar: KEMAL ÜÇLER
Danışman: PROF. DR. KADRİ SÜLEYMAN YİĞİT ; DOÇ. DR. ALİ KİBAR
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Termal enerji = Thermal energy

Özet:
Güneş enerjisinin ısıl enerji olarak depolandığı sistemlerde ısı depolama malzemesi
olarak çeşitli malzemeler kullanılmaktadır. Genel olarak hava akışkanlı güneş
kollektörlerinde ışınım enerjisi ısı enerjisine dönüştürülmekte ve dönüştürülen ısı,
hava ile ısı deposuna transfer edilmektedir. Taşların havayla iyi temas edeceği
düşünüldüğünde depolamanın verimli olacağı öngörülmektedir. Ancak bu şekilde
kullanılan ısı depoları genelde tüm yüzeyleri kapalı olacak şekilde (güneş ışınımını
direkt olarak alamayacak şekilde) tasarlanmakta, taşlar etrafında hava dolaştırılmak
suretiyle enerji aktarımı yapılmaktadır. Bu çalışmada bazalt taşları, su ve faz değiştiren
madde olan parafin wax kullanılarak, güneş enerjisini termal enerji olarak depolayan
bir ısı deposu tasarlanmıştır. Isı deposunda klasik tasarımlardan farklı olarak güney
cepheden güneş ışığını direkt alacak şekilde cam örtü kullanılmıştır. Böylece güneş
ışınımının direkt taşlara temasının ısı deposunun performansına etkisi incelenmiştir.
Tasarlanan ısı deposunda güneşin taşlara direkt temas etmediği durumda taşların
sıcaklığı maksimum 46,6 ºC olabilirken, güneş direkt taşlara temas ettiği durumda 56,8
ºC maksimum sıcaklık elde edilebilmektedir. Isı deposunda böylelikle %11,7 daha
fazla enerji depolanabilmektedir. Yine klasik ısı deposu tasarımlarından farklı olarak
faz değiştiren madde ve suyun yüksek ısı tutma avantajı ile taşların yüksek ısı transfer
hızı (temas yüzeyinin fazla olması sayesinde) avantajı birleştirilip ısı deposunun
performansı araştırılmıştır. Faz değiştiren madde ile desteklenen ısı deposundan daha
uzun süre faydalanmanın mümkün olduğu ve %9,9 daha fazla enerji depolanabildiği
tespit edilmiştir.

Abstract:
Various materials are used as heat storage material in the systems where solar energy
is stored as thermal energy. Generally, in air-fluid solar collectors, radiation energy is
converted into heat energy and the converted heat is transferred to the heat storage
with air. Storing is predicted to be efficient when stones are thought to be in good
contact with air. However, the heat stores used in this way are generally designed as
all the surfaces closed (in such a way that they can not directly receive the sunlight),
and air is circulated around the stones to transfer energy. In this study, a heat storage
system that stores solar energy as thermal energy was designed using basalt stones,
water and a phase change material, paraffin wax. Unlike the classic designs in the heat
storage system a glass cover was used to take the sunlight directly from the south
facade. Thus, the effect of solar radiation which contacts with stones directly on the
performance of heat storage system has been investigated. In the designed heat storage
system, the temperature of the stones can be maximum 46.6 ºC when the sun does not
directly contact with the stones, and can be obtained maximum 56.8 ºC when the sun
reaches the stones directly. Thus, 11.7% more energy can be stored in the heat storage
system. Unlike conventional heat storage designs, the performance of the heat storage
has been investigated combining the high temperature holding advantage of phase
change material and water and the high heat transfer rate advantage of the stones
(thanks to the excess of contact surface). It has been determined that it is possible to
benefit from the heat storage system supported with phase change material for a longer
period and the energy can be stored up to 9.9% more.