Havayla ısıtılan güneşli evlerde analitik ve deneysel bir inceleme /
Yazar: DOĞAN DEMİRAL
Danışman: Y.DOÇ.DR. NECDET ALTUNTOP
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 1996
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Güneş enerjisi = Solar energy ; Güneş toplayıcıları = Solar collectors ; Isıtma sistemleri = Heating systems ; Kollektörler = Collectors

Özet:
ÖZET Güneş enerjisinin konut ısıtmasında kullanılmak amacıyia Erciyes Üniversitesi (Kayseri) bünyesinde aktif tipte hava ısıtmalı güneş evi yapılmıştır. Güneş evi 144 m2 net kullanım alanına sahip iki kattan oluşmaktadır. Binanın yıllık ortalama ısı kayıp katsayısı (UA) 412 W/°C dır. Güneş evi, 32.85 m2 dik duvar ve 95.78 m2 42° eğimli çatı olmak üzere iki tip güneşli hava ısıtıcı kollektörlerine sahiptir. Koilektörlerde saydam örtü olarak 1 mm kalınhğında (xn =0.91) polikarbonat levhalar, emici yüzey olarak iki kat V formunda siyah boyalı sinek teli (xn =0.38) ve altına üzerine siyah krom kaplı 0.1 mm kalınlığında bakır plakalar kullanılmıştır. Güneş evi sisteminde ısı de posu olarak 5 m3 hacminde sıcak su tankı ve 12 m3 hacminde olan çakıl yatak kullanılmaktadır. Sistemde, açık-kapalı mantığında çalışan otomatik kontrol sistemi kullanılmıştır. Binanın ısı ihtiyacının karşılanması ve sıcak su hazırlama fonksiyonlarının yeri ne getirilmesi için sistemde beş değişik fonksiyonda çalışan modlar geliştiril miştir bunlar; kolîektörden direk ev ısıtma, ısı depolama, ısı deposundan ev ısıtma, yardımcı ısıtıcı devresinden ev ısıtma ve binanın ısı ihtiyacının olmadığı dönemlerde ise sıcak su hazırlama modiarıdır. Güneş evi ölçme sistemi olarak, 32 kanala sahip veri toplama sistemi kullanıl mıştır. Bu sistem performans deneyleri için gerekli verileri bilgisayar ortamına sürekli olarak aktarmakta ve günlük verileri dosyalamaktadır. Yukarıda bahsedilen güneş evi sisteminin performans deneyleri 1996 yılı Ka sım ve Aralık ayları için gerçek veriler kullanılarak hesaplanmıştır. Buna göre güneş evinin ısı kayıplarının Kasım ayında %97!si, Aralık ayında ise %45'i gü neş enerjisinden karşılanmıştır. Bu aylarda güneşten kazanılan enerjinin fuel-oii karşılığı ortalama; Kasım ayında 10.66 kg/gün, Aralık ayında 3.79 kg/gün ol maktadır. Ayrıca sistem 1996 Ekim ayında dahili sıcak suyu hazırlama modunda çalıştırılmış ve Üniversite mutfağının günlük 13 ton/gün sıcak su ihti yacını ortalama 16-17°C ısıtarak suyun ön ısıtmasını gerçekleştirmiştir.VI Ayrıca havayla ısıtılan sistemler için bir simülasyon programı geliştirilerek Erciyes Üniversitesi güneş evi sisteminin yıllık enerji bilançoları, sistem maliyet leri ve geri ödeme dönemi hesaplanmıştır. Sistemin kışın hacim ısıtma ısı ihti yacının %90'ı güneşten karşıladığı ve sağlanan yakıt tasarrufu ile bu sistemin 8.6 yılda yatırımını karşılayacağı hesaplanmıştır.

Abstract:
VI! SUMMARY An active type of solar house heated by air has been established in the campus of Erciyes University for using the solar energy in heating. The solar house consists of two flats with a net useful area of 144 m2, the average annual heat loss coefficient (UA) is 412 W/°C. The solar house has two types of air-heating solar collectors having different type of absorbers which are located on the vertical wall of 32.85 m2 and on 42° inclined roof of 95.78 m2. In the collectors, polycarbonate plates of 1 mm in thickness as a transparent cover (Tn=0.9), two layers of V-shaped black painted fly screen as absorption surface (Tn=0.38) and chromium coated copper sheets of 0.1 mm in thickness on and under the absorption surface have been used. The solar house has a hot water tank of 5 m3 and a rock-bed heat storage unit of 12 m3 in volume. The system was equipped with automotic control system based on the on-off logic, the five operation modes are available in order to supply the heat demand of the building and that the functions of hot-water preparation is carried out properly. Thus, these operation modes can be classified as follows; directly heating a house from the collectors, heat storage, heating house from the heat storage unit, heating house from auxiliary heating unit and heat-water preparation in the periods when the building doesn't need heating. A data-acquisition system with 32 channels has been used as a measurement system of the solar house. This system is continuously collecting the data required for the performance test and is archiving them in the computer disk. The performance tests of this solar house were carried out between November and December 1 996, and all necessary computations were made using the real measured data. In the light of these computations in the solar house, the heat losses of 97% and 45% have been provided by the solar energy during the months in question, respectively. The gain from the solar energy during these months corresponds to an energy of 10.66 kg/day and 3.79 kg/day which are provided by a fuel-oil during November and December 1996, respectively.vııı The solar house system was operated on the domestic hot water preparation mode, the pre-heating of the water of 1 3 ton/day used in the University kitchen by average addition temperature of 1 6 + 1 7°C was achieved. In addition, a computer software was developed for the simulation of the system heated by air, the annual energy balance sheet, system cost and payment for-itself period were computed. In case the internal heating demand of the system is provided at the rate of 90% from the solar energy and when the fuel economy obtained is considered, it was found that this system will pay for- itself in a period of 8.6 year.