Güneş kolektörleri ve güneş havuzundan oluşan entegre bir sistemin enerji ve ekserji veriminin incelenmesi ve ısıtma uygulamaları
Investigation of the energy and exergy efficiencies of the solar pond integrated with solar collectors and its heat applications
Yazar: AYHAN ATIZ
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET KARAKILÇIK
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, güneş enerjisinden termal enerji üretmek, depolamak ve ısıtma uygulamaları yapmak için bir entegre güneş enerjisi sistemi inşa edilmiştir. Entegre sistem 0,80 m yarıçapında, 1,65 m derinliğinde bir güneş havuzuna entegre 1,90 m × 0,90 m boyutlarında dört düzlem ve 1,65 m × 1,55 m boyutlarında dört vakum tüplü güneş kolektöründen oluşmaktadır. Isıtma uygulamasında 67,5 m3 hacminde yan duvarları yalıtımlı bir test odası ve 3 adet döküm radyatörden oluşan bir ısıtma sistemi kullanılmıştır. Entegre sistemin sıcaklık dağılımları bilgisayar kontrollü olarak çalışan 16 kanallı bir veri toplama sistemi ile sürekli olarak ölçülmüş ve kaydedilmiştir. Havuzunun tuzlu su tabakalarının yoğunluk dağılımlarını ölçmek için hidrometreler, test odası sıcaklığını, ısıtma sistemine giren-çıkan akışkanın kütle debisi ve sıcaklığını ölçmek için de kalorimetre ve ısıl çiftler kullanılmıştır. Deneysel çalışmada, kolektörler tarafından üretilen termal enerji, kapalı sistem ısı eşanjörü kullanılarak serbest konveksiyonla havuza başarılı bir şekilde transfer edilmiş ve depolanmıştır. Ayrıca, depolanan bu enerji, bir pompa ile test odasına transfer edilmiştir ve test odası başarılı bir şekilde ısıtılmıştır. Isıtma uygulamaları, Çukurova Üniversitesi Kampüsü'nde yılın en soğuk olduğu aylar için yapılmıştır. Sonuç olarak, değişik aylarda entegre sistemin maksimum enerji ve ekserji verimi sırasıyla, vakum tüplü kolektör için Ocak'ta % 22,83, % 5.58, dört düzlem kolektör ve havuz için Şubat'ta % 22 ve % 4,60 ve tüm sistem için Mart'ta % 15,96 ve % 3,48 olarak bulunmuştur

Abstract:
In this study, an integrated solar energy system has been built in order to produce thermal energy from solar energy and for storing and heating applications. The integrated system is consisted of a solar pond having a radius of 0.80 m, a depth of 1.65 m integrated with four flat-plate solar collectors with dimensions of 1.90 m × 0.90 m and four evacuated tube solar collectors with 1.65 m × 1.55 m. In heating applications, a test room of volume 67.5 m3 with insulated side walls and a heating system with 3 pieces of cast iron radiators were used. The temperature distributions of the integrated system was continuously measured and recorded with a computer-controlled data acquisition system with 16 channels running. Hydrometers were used to measure density distributions of the salty water layers of the pond. The temperature distributions of the test room, input-output fluid of heating system and mass flow rate were measured by infrared temperature meter and calorimeter. In the experimental work, the thermal energy produced by the collectors was successfully transferred and stored to the storage zone with free convection using the closed system heat exchanger in the solar pond. Thus, this stored energy was transferred by a pump to the test room and it was successfully heated. Heating applications were carried out during the coldest months of the year at Cukurova University Campus. As a result, the maximum energy and exergy efficiency of the integrated system in various months are found to be 22.83%, 5.58% for the four evacuated tube collectors in January, 22%, 4.60% for the four plane collectors and solar pond in February and 15.96%, 3.48% for the whole system in March, respectively.