Yeni tip havalı bir güneş kolektörünün tasarımı imalatı ve performans analizi
Design manufacturing and performance analysis of a new type double pass solar air collector
Yazar: AZİM DOĞUŞ TUNCER
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA AKTAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Havalı güneş kolektörleri, düşük maliyetli ve kolay uygulanabilir sistemler olup, dünya çapında mahal ısıtma, kurutma, sera ısıtması gibi pek çok uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Havalı güneş kolektörlerinin verimlerinin artırılması için, ısı transfer yüzey alanının artırılması ve ısı kayıplarının azaltılması amaçlanır. Bu çalışmada, bahsedilen amaçları sağlayabilmek için çift geçişli, V-oluklu ve kanatçıklı yeni tip bir havalı güneş kolektörü (Tip-II) tasarlanmış, imal edilmiş ve performans analizi gerçekleştirilmiştir. Bunun yanında emici plakaları haricinde aynı özelliklere sahip bir kolektör (Tip-I) daha üretilmiş ve iki kolektör de aynı şartlarda test edilmiştir. Kış aylarında yapılan testler, iki deney serisini (Deney Serisi-I ve Deney Serisi-II) kapsamaktadır. Her deney serisi 1,5 m/s, 2,0 m/s ve 2,5 m/s hava hızlarında (0,014 kg/s, 0,019 kg/s ve 0,024 kg/s kütlesel debilerde) gerçekleştirilen üçer deneyden oluşmaktadır. Deneyler sonucunda Tip-II kolektörünün veriminin Tip-I kolektörüne göre daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Bunun yanında sis ve bulutluluğun kolektör performansına etkisi de tartışılmıştır. Tip-I kolektörünün veriminin %24,58-72,32 arasında, Tip-II kolektörünün veriminin ise %37,99-81,75 arasında değiştiği gözlemlenmiştir. En yüksek ortalama kolektör verimi Deney Serisi-I'de Tip-II kolektörü için 2,5 m/s hava hızında gerçekleştirilen deneyde %70,48 olarak görülmüştür. Kolektör verimliliğinin hava hızıyla doğru orantılı olarak arttığı deneyler sonucunda görülmüştür. Ancak performans katsayısı (COP) değerlerinin, fan gücünün daha düşük olması nedeniyle düşük hava hızlarında daha yüksek değerlerde olduğu gözlemlenmiştir. En yüksek ortalama COP değeri 8,59 ile Deney Serisi-II'ye ait 1,5 m/s hava hızında gerçekleştirilen deneyde Tip-II kolektöründe bulunmuştur. Kolektörler, yenilikçi tasarımlarından dolayı yüksek verime ve düşük enerji tüketimine sahip olduklarından özellikle kış şartlarında konut ve ticari hava ısıtma prosesine farklı bir bakış açısı getirecektir.

Abstract:
Solar air collectors are low cost and easily applicable systems that are widely used in many applications worldwide such as space heating, drying, greenhouse heating. In order to increase the efficiency of the solar air collectors, it is aimed to increase the heat transfer surface area and reduce the heat losses. In this study, a new type of V-corrugated double-pass solar air collector (Type-II) with fins was designed, manufactured and performance analysis was carried out in order to achieve the mentioned objectives. In addition, a collector (Type-I) with the same characteristics, except for the absorber plate, was manufactured and two collectors were tested under the same conditions. Tests made during the winter include two test series (Experiment Series-I and Experiment Series-II).Each experiment series consisted of three experiments carried out at air velocities of 1.5 m/s, 2.0 m/s and 2.5 m/s (at 0,014 kg/s, 0,019 kg/s and 0,024 kg/s mass flow rates). Experiments showed that the efficiency of the Type-II collector is higher than Type-I collector. The effects of fog and cloudiness on collector performance are also discussed. Efficiency of Type-I collector was ranged by 24,58-72,32%, efficiency of Type-II collector was ranged by 37,99-81,75%. The highest average collector efficiency was 70,48% for the experiment conducted at 2.5 m/s air velocity for the Type-II collector in the Experiment Series-I. Experiments have shown that the collector efficiency increases in direct proportion to the air velocity. However, coefficients of performance (COP) values were observed to be higher at low air velocities due to lower fan power. The highest average COP value was observed as 8,59 in the Type-II collector in the experiment carried out at the air velocity of 1,5 m/s in Experiment Series-II. The collectors will bring a different perspective on the domestic and commercial air heating process, especially in winter conditions as they have high efficiency and low energy consumption due to their innovative design.