Güneş enerjisinin sürekli kullanılabilirlik koşulu altında maddelerin spesifik ısı kapasitelerinin kullanılarak depolanabilirliğinin araştırılması
Investigation of solar energy storability using the specific heat capacities of substance under the continuous availability condition
Yazar: BERRİN KARAÇAVUŞ
Danışman: PROF.DR. AHMET CAN
Trakya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
ÖZETBu çalışmada, Edirne iklim şartlarında, hacim ısıtması ve kullanım amaçlı sıcaksu temini için güneş enerjisinin mevsimlik depolandığı bir ısıtma sistemi tasarlanarakkurulmuş ve deneysel çalışmalar yapılmıştır.Mevsimlik güneş enerjisi depolamalı ısıtma sistemi, ısı toplama ve ısı depolamaünitesi olmak üzere iki bölümden oluşmaktadır. Isı toplama ünitesi, güneş enerjisitoplayıcılarından oluşmaktadır. Isı depolama ünitesi, silindirik güneş enerjisi deposu veetrafındaki kum hacminden oluşmaktadır. Silindirik ısı depolama ünitesi yeraltınayerleştirilmiştir. Mevsimlik depolama dönemi içinde ısı toplama ünitesinden ısıdepolama ünitesine aktarılan enerjinin bir bölümü kullanım amaçlı sıcak su ile çekilmişgeri kalan kısmı ise ısı depolama ünitesi ve civarında depolanmıştır.Deneyler esnasında yapılan ölçümler üç grupta toplanmaktadır. Birinci grupölçümler ısı toplama ünitesi ile ilgili ölçümlerdir. İkinci grup ölçümler, yatay birimyüzeye gelen anlık global güneş ışınımı, dış hava sıcaklığı, rüzgâr hızı değerleri ile ilgiliölçümlerdir. Üçüncü grup ölçümler ise silindirik ısı depolama ünitesi ve çevresindekitoprak sıcaklık değerleri ile ilgilidir. Ölçüm değerleri, Temmuz 2005- Mayıs 2006arasında, bilgisayar bağlantılı bir kaydedici ile saatlik olarak alınmıştır.Saatlik sıcaklık ölçüm sonuçları yardımı ile yeraltında bulunan silindirik ısıdepolama ünitesi ve çevresindeki aylık ortalama sıcaklık dağılımları belirlenmiştir.QuickField Transient Thermal yazılımı kullanılarak belirlenen teorik sıcaklıkdağılımları ile deneysel sıcaklık dağılımları mukayese edilmiştir.Isı toplama ünitesi ve ısı depolama ünitesi için enerji ve ekserji analiziyapılmıştır. Isı toplama ünitesinin enerji ve ekserji etkenliğinin aylara göre değişimibelirlenmiştir. Isı depolama ünitesine, ısı taşıyıcı akışkan ile aktarılan aylık toplamenerji değerleri hesaplanmıştır. Isı depolama ünitesinden hacim ısıtması ve kullanımamaçlı sıcak su ile çekilen aylık toplam enerjiler belirlenmiştir. Hacim ısıtması vekullanım amaçlı sıcak su ile enerji çekilmesi durumunda, topraktan sağlanan toplamenerji kazancının aylara göre değişimi belirlenmiştir. Isı depolama ünitesinin enerji veekserji etkenliğinin aylara göre değişimi hesaplanmıştır. Kurulan ısıtma sisteminde,enerji etkenliğini etkileyen etmenler incelenmiştir.Edirne ilinde kurulan, mevsimlik güneş enerjisi depolamalı ısıtma sistemininekonomik analizi, P1 -P2 yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Kurulan ısıtma sisteminde,Temmuz 2005-Mayıs 2006 ölçüm sonuçları ve hesaplanan değerler yardımı ile ısıtmasisteminden aylık faydalanma oranları ve yıllık faydalanma oranı belirlenmiştir.Mevsimlik güneş enerjisi depolamalı ısıtma sistemi için optimum toplayıcı alanıhesaplanmıştır.Deneysel sonuçlar ile Edirne ili için, güneş enerjisinin depolanabileceği,depolanan enerjiden kullanım amaçlı sıcak su teminin yanı sıra hacim ısıtmasında daverimli şekilde faydalanılabileceği tespit edilmiştir.Anahtar Kelimeler: Güneş Enerjisi, Mevsimlik Enerji Depolama, Sıcaklık Dağılımı,Enerji ve Ekserji Analizi, Ekonomik Analiz, Faydalanma Oranı.

Abstract:
SUMMARYIn this research a heating system which is designed to store solar energyseasonally, set up in order to heat buildings and to supply hot water for housesaccording to the weather conditions in Edirne and an experimental study is carried out.The heating system with seasonal solar energy storage has two units; namely,heat collecting unit and heat storage unit. The heat collecting unit consists of thecollectors of solar energy. The heat storage unit consists of a cylindrical solar energytank and the sand around. The cylindrical solar energy tank is located under the ground.In the period of seasonal storage some of the energy transferred from the collecting unitto the heat storage unit is taken out by the water for usage and the rest of the energy isstored in and around the heat storage unit.The measurements taken during the experiments are put into three groups. Thefirst group measurements are related with the heat collecting unit. The second ones arerelated with the instant global solar radiation coming to unit horizontal surface area,exterior weather temperature and the values of the wind velocity. The third and last onesare related with those of the cylindrical heat storage unit and the earth temperaturevalues around it. The measurement values are recorded hourly between July 2005 andMay 2006 by use of a recorder connected to a computer.By the help of hourly temperature measurement results, the monthly averagetemperature distributions are determined in and around the cylindrical heat storage unit.The theoretical temperature distributions determined by using Quick Field TransientThermal are compared with experimental temperature distributions.The energy analysis and the exergy analysis are applied to the heat collectingunit and the heat storage unit. The changes of the efficiencies of the energy and theexergy of the heat collecting unit are determined according to the months. Totalmonthly energy values transferred by fluid carrying heat to the heat storage unit arecalculated. Total monthly energies spent for the heating building and supplying hotwater from heat storage unit are determined. Im the case of heating building andsupplying hot water, the variation of total energy saving, provided from the ground aredetermined with respect to the months. The monthly changes of energy and exergyefficiencies of the heat storage unit are calculated. The factors affecting energyefficiency are evaluated in the system set up.The economic analysis of the heating system with seasonal solar energy storageis performed by using the P1-P2 methods. By using the measurements taken betweenJuly 2005-May 2006 and the calculated values, the monthly and yearly solar fractionsof heating system are determined in the heating system set up. The optimum collectorarea for the heating system with seasonal solar energy storage is calculated.In conclusion, it is found that the solar energy can be stored and the energystored can be used efficiently in heating the building and providing the hot water inEdirne as a result of the experimental research.Keywords: Solar Energy, Seasonal Energy Storage, Temperature Distribution, Energyand Exergy Analysis, Economic Analysis, Solar Fraction.