mahonick Üye Puan: 1768.5  | Gönderilme Tarihi: 19 Aralık 2011 18:26:28
GÜNEŞ ENERJİSİ GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ VE DOMESTİK SICAK SU SİSTEMLERİ İLE İLGİLİ
TEMEL AVRUPA VE ULUSLARARASI STANDARTLAR
İÇİNDEKİLER
BAŞLARKEN 3
1 STANDARTLAR 4
2 CAMLI GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİNİN ISIL PERFORMANSI (ISO 9806-1) 5
2.1 Anlık verim 6
2.2 Verim için deney koşulları 6
2.3 Anlık verim eğrisi; verilerden lineer eğri eldesi 6
2.4 Anlık verim eğrisi; verilerden ikinci dereceden eğri eldesi 7
2.5 Deney raporlarında verim eğrileri 7
3 GÜNEŞ KOLLEKTÖRÜ YETERLİK/DAYANIKLILIK DENEY PROSEDÜRLERİ (ISO 9806-2) 8
3.1 Yüksek sıcaklığa direnç deneyi 8
3.2 Güneşe dayanıklılık deneyi (exposure test) 9
3.3 Yağmur sızma deneyi 9
4 DOMESTİK GÜNEŞ SICAK SU ISITMA SİSTEMLERİNİN PERFORMANSI (ISO 9459-2) 10
4.1 Performansı etkileyen faktörler 11
4.2 Güneş sistemin günlük üretimi 11
4.3 Kısa dönem sistem performansının denenmesi 11
4.3.1 Deney prosedürü 11
4.3.2 Su çekiş sıcaklık profili 12
4.3.3 Hesaplanmış su çekiş sıcaklık profilleri 14
4.4 Su çekiş durumunda depolama tankında oluşan karışım düzeyinin saptanması 14
4.5 Sıcak su depolama tankı ısı kayıpları 14
4.6 Uzun dönem sistem performansının tahmini 15
5 YARARLANILAN KAYNAKLAR 16
BAŞLARKEN
Bu dokümanın amacı;
• Sıvılı camlı güneş kollektörlerinin performansı,
• Güneş kollektörlerinin yeterlik/dayanıklılık deney prosedürleri( üreticiler için önemli ve yararlı olan bölümler),
• Domestik güneş su ısıtma sistemlerinin performansları,
konularında mevcut ola üç standardın (Avrupa ve Uluslararası) içerikleri hakkında özet bilgi sunmaktadır.
Bu raporun içeriği özellikle sıcak su üretimini amaçlayan Üretici Firmalara, Perakende satış yapan firmalara, Tasarımcılara, vb kuruluşlara yöneliktir. Ayrıca bölgesel ve yerel yöneticilere de yardımcı olacağı ümit edilmektedir.
Standartlar genellikle uzmanlara yönelik ayrıntılar içerir. Buna karşın, bu doküman basit olup söz konusu standartların yukarıda sözü edilen güneş pazarının aktörlerini doğrudan ilgilendiren temel hususları içermektedir.
Bu üç standart bugüne kadar Avrupa da uygulamaya konulmuş olan güneş ürünlerinin büyük bir bölümünü kapsamakta olan yaygın kullanımdadır. Ulusal Avrupa standartlarının büyük bölümü de bu standartlara dayandırılmıştır.
GÜNEŞ ENERJİSİ GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ VE DOMESTİK SICAK SU SİSTEMLERİ İLE İLGİLİ
TEMEL AVRUPA VE ULUSLARARASI STANDARTLAR
1 STANDARTLAR
Güneş kollektörlerinin performans ve güvenilirliği konularını içeren üç uluslararası standart 1990 lar dan beri Avrupa da kullanılmaktadır. Ayrıca Avrupa Komisyonu bu standartların geliştirilmesine yardımcı olmak üzere yapılan teknik çalışmaları desteklemiştir( [1] ve [2] nolu kaynaklara bakınız). Söz konusu standartlar aşağıda belirtilmektedir:
• ISO 9806-1(TS 4801): “Güneş Kollektörleri için Deney metotları – Bölüm 1: Basınç Düşmesi Dahil Camlı Sıvı Isıtma Kollektörlerinin Isıl Performansı”.
• ISO 9806-2(TS ISO 9806 – 2): “Kollektörleri için Deney metotları – Bölüm 2: Deney Prosedürleri”.
• ISO 9459-2: “Güneş Enerjisi – Domestik su ısıtma sistemleri – Bölüm 2: Dış ortamda sistem performans karakterizasyonu deney metotları ve sistemlerin yıllık performans tahmini”.
Özellikle, üreticinin komplike ve özel ekipmana gerek duyulmadan bu testlerin çoğunu kendi olanakları ile yapabiliyor olması çok önemlidir. Doğal olarak standartların öngördüğü tüm koşullar sağlanamasa da üreticiler bu testleri yaparak tasarımlarını ve ürünlerini daha da geliştirecek yararlı bilgiler edinme olanağına sahiptirler.
Avrupa Standartları Organizasyonunun CEN / TC 312 Teknik Komitesi güneş enerjisi ürünleri ile ilgili olarak başlıkları aşağıda yer alan dört standardı hazırlamış bulunmaktadır. Daha önce sözü edile üç ISO standardı ile ilişkilerine de kısaca değinilmektedir.
• EN 12975-1: “Isıl güneş sistemleri ve komponentler – Kollektörler – Bölüm 1: Genel koşullar”.
• EN 12975-2: “Isıl güneş sistemleri ve komponentler – Kollektörler – Bölüm 2: Deney metotları”.
Not: Bu standart (a) ISO 9806-2 yer alan test prosedürlerine çok benzeyen bir deney metodu, (b) ISO 9806-1 dekine çok benzer kararlı hal koşullarında camlı sıvı ısıtma kollektörlerinin ısıl performans deneyi, ve bunlara çok benzer, (c) kararlı hal koşullarında camsız sıvı ısıtma kollektörlerinin ısıl performansı deneyi, ve (d) ek olarak quasi-dinamik(yarı dinamik) koşullarda camlı veya camsız sıvı ısıtma kollektörlerinin ısıl performans deneyi prosedürlerini içermektedir.
• EN 12976-1: “Isıl güneş sistemleri ve komponentler – Fabrikalarda seri üretilen sistemler – Bölüm 1: Genel koşullar”.
• EN 12976-2: “Isıl güneş sistemleri ve komponentler – Fabrikalarda seri üretilen sistemler – Bölüm 2: Deney metotları”.
Not: Bu standart domestik sıcak su sistemlerinin, tüm sistem kullanılarak, ısıl performans karakteristiklerinin belirlenmesi amacıyla yapılacak iki ayrı deney metodunu tanımlamaktadır. Bunlardan birincisi ISO 9459-2 ye göre yapılan deney olup yedek ısıtma sistemi olmayan yada ön ısıtıcı olarak kullanılan sistemler için geçerlidir. Diğeri yedekli güneş sistemleri içindir ve bilgisayar simülasyonunu da içermektedir.Ayrıca standart seri olarak üretilen sistemlerin dayanıklılığı, güvenilirliği ve güvenliği konularında yapılacak deney metotlarını da tarif etmektedir.
Avrupa Standartları Organizasyonunun CEN / TC 312 Teknik Komitesi aynı zamanda müşteriye özel olarak üretilmiş olan sistemler üzerinde de çalışmıştır. Bu konuyla ilgili olarak aşağıda bahsedilen üç adet "Draft" standardı geliştirmiş olmakla beraber bu konuda kesin karar daha alınmamıştır.
• ENV 12977-1: “Isıl güneş sistemleri ve komponentler – Müşteriye özel üretilen sistemler – Bölüm 1: Genel koşullar”.
• ENV 12977-2: “Isıl güneş sistemleri ve komponentler – Müşteriye özel üretilen sistemler – Bölüm 2: Deney Metotları”.
• ENV 12977-3: “Isıl güneş sistemleri ve komponentler – Müşteriye özel üretilen sistemler – Bölüm 3: Güneşle ısıtma sistemlerinin Isıl Performans Karakterizasyonu”.
Üç ISO standardı ile ilgili özet bilgi 2, 3, ve 4’üncü maddelerde verilmektedir. Bu bilgi aynı zamanda ilgili Avrupa standartlarını da içermektedir. Olası ufak farklılıklar sırası geldikçe metin içinde vurgulanmaktadır.
2 CAMLI GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİNİN ISIL PERFORMANSI (ISO 9806-1)
Bu standart güneş kollektörlerinin kararlı hal koşullarında ısıl performansının belirlenmesi için gerekli deney ve hesaplanma metotlarını ilgili diğer hususları içermektedir. Gerek dış ortamda doğal güneş ışınımı koşullarında gerekse kapalı ortamda güneş simülatörü ile yapılacak deney metotları anlatılmaktadır. Ayrıca deneylerde kullanılacak deney ekipmanı ve ölçü aletleri ile ilgili spesifikasyonlar ve deney raporu formatı da standartta yer almaktadır.
Dış ortamda yapılan deneylerde kollektörün aşağıda yer alan özellikleri belirlenebilmektedir:
• Kararlı hal koşullarında anlık verim;
• Zaman sabiti;
• Efektif ısıl kapasite;
• Geliş açısı düzeltme katsayısı;
• Kollektör basınç düşmesi.
Bu özelliklerden yalnız anlık verim ile ilgili ayrıntılı bilgi aşağıda verilmektedir.
2.1 Anlık verim
Bilindiği üzere camlı sıvı güneş kollektörünün temel komponentleri cam tabaka, yutucu plaka (yüzey, borulama, ısıl temas), izolasyon(arka, yanlar) ve kasadır. Verimin ölçülmesi üretici firmaya tasarımın yeterliği hakkında bilgi verirken nerelerde iyileşme yapılabileceğini de gösterir.
Camlı güneş kollektörlerinin anlık verimi, kollektör aşağıda ayrıntıları verilen kararlı hal koşullarında çalışırken ölçülür:
• Kollektör düzlemine düşen toplam güneş ışınımı sabit ve 800 W/m2 den yüksek(EN 12976-2 bu değeri 700 W/m2 olarak belirlemiştir) olmalıdır.
• Isı transfer akışkanın sıcaklığı kollektör giriş ve çıkışında sabit olmalıdır.
• Isı transfer akışkanının debisi kollektör alanının her metrekaresi için 0,02 kg/s değerinde tutulmalıdır.
Akışkana aktarılan ısıl enerji debi ve kollektör akışkanın sıcaklık artışı yardımıyla kolayca hesaplanabilir. Var olan güneş enerjisi ise kollektör düzlemine gelen toplam güneş ışınımından bulunabilir. Bu iki değerin oranları da kollektörün anlık verimi olacaktır. Anlık verim kollektörün brüt alanına ya da yutucu plaka alanına ilişkilendirilebilir( EN 12976-2 standardı kollektör saydam alanını veya yutucu plaka alanını tanımlamaktadır).
2.2 Verim için deney koşulları
Anlık verim ölçümleri tüm sıcaklık aralığını temsil eden en az dört akışkan kollektör giriş sıcaklığı için tekrarlanır( çevre sıcaklığı ile 70 oC - 90 oC arasında). Her giriş sıcaklığı için en az dört bağımsız ölçüm olmak üzere toplam 16 ölçüm değeri elde edilir.
2.3 Anlık verim eğrisi; verilerden lineer eğri eldesi
Elde edilen anlık verime ait 16 değer (minimum kare regresyonu kullanılarak) aşağıda belirtilen birinci dereceden eğri(lineer) elde edilir:
n = no – UT* (2.1)
burada
T* = (tm – ta)/G (2.2)
tm = ısı transfer akışkanının ortalama sıcaklığı(oC)
ta = çevre sıcaklığı
G = global güneş ışınımı
dır.
Denklem (2.1) de, istenildiği takdirde aşağıdaki ifade de kullanılabilir:
T* = (tin – ta) / G (2.2)’
Burada
tin = akışkanın kollektör giriş sıcaklığıdır.
Elde edilen no ve U sabit katsayılar olup kollektörün ısıl performansını temsil ederler.
“no“ katsayısı kollektörün maksimum verimidir. Bu değer kollektör akışkanının sıcaklığı çevre sıcaklığına yakın olduğunda elde edilir( bu durumda kollektörden çevreye ısı kaybı yoktur). Bu katsayısı aşağıdaki parametrelere bağlıdır:
Saydam yüzeyin geçirgenlik katsayısı (τ);
Yutucu yüzeyin yutma katsayısı(α);
Borular ve kanatlar arasındaki ısıl temasın kalitesi;
Borulama sisteminin genel yapısı.
U katsayısı kollektörün ısı kayıpları ile doğrudan ilişkilidir.Kollektörde çeşitli nedenlerden, örneğin izolasyondan(arka, yanlar), çeşitli ısıl köprü oluşumlarından ve yutucu plakadan radyasyon kayıpları gibi, ısı kayıpları oluşabilmektedir.
Not: EN 12976-2 standardı “Verilerde Lineer Eğri Eldesi” hususunu spesifik olarak istememektedir.
2.4 Anlık verim eğrisi; verilerden ikinci dereceden eğri eldesi
Anlık verim eğrisi, diğer bir metot olarak( 16 ölçülen değer kullanılarak), aşağıda verilen ikinci dereceden eğri şeklinde ifade edilebilir:
n = no – a1T* - a2G(T*)2 (2.3)
no, a1 ve a2 sabit olup G değeri 800 W/m2 olarak kabul edilmiştir.
Not: EN 12976-2 standardı T*’ı yalnız ısı transfer akışkanının ortalama sıcaklığı olarak kabul etmektedir[denklem (2.2) ye bakınız].
2.5 Deney raporlarında verim eğrileri
ISO 9806-1 Standardı
Deney raporu anlık verim için sekiz eğri içermelidir. Bu sayının nedeni;
- İki ayrı toplayıcı alanı (brüt alan, yutucu yüzey)
- Akışkanla ilgili iki sıcaklık olasılığı (ortalama, kollektör girişi)
- İki eğri derecesi (lineer, ikinci derece) olmasıdır.
EN 12976-2 Standardı
Deney raporu iki anlık verim eğrisi içermelidir. Bunun nedeni iki ayrı kollektör alanının (saydam alan, yutucu plaka) tanımlanmış olmasıdır.
3 GÜNEŞ KOLLEKTÖRÜ YETERLİK/DAYANIKLILIK DENEY PROSEDÜRLERİ (ISO 9806-2)
Bu standart güneş kollektörlerinin aşınma etmenlerine dayanıklılık deney metotlarını içermektedir. Standart sıvılı ve havalı kollektörleri ve mekanik veya organik yutucu plakaları içermektedir. Yeterlik/dayanıklılık testleri aşağıda gösterilmiştir:
• Yutucu plakalar için iç basınç deneyleri;
• Yüksek sıcaklığa direnç deneyi;
• Güneşe dayanıklılık deneyi(Exposure test);
• Dış ısıl şok deneyi;
• Sıvılı güneş kollektörleri için iç ısıl şok deneyi;
• Yağmur Sızma deneyi;
• Çarpmaya direnç deneyi (opsiyonel);
• Donma deneyi (antifriz lerde gerekli değildir).
Deney ekipmanı ve ölçü aletleri için temel gerekler ve spesifikasyonları standartta yer almaktadır. Ancak, standart kollektörlerin iyi tanımlanmış ve tekrarlanabilir şartlarda denenmesi için gerekli prosedürleri ayrıntılı olarak içerirken deney sonuçları için geçer/kalır kriteri tanımlamamaktadır. Bu bölümün devamında daha önemli olarak kabul edilen deney prosedürleri hakkında özet bilgi verilmektedir.
Burada üreticilerin yeterlik deneylerinin hemen tümünü çok zorlanmadan uygulayabilecekleri hususunu bir kez daha hatırlatmakta yarar vardır.
3.1 Yüksek sıcaklığa direnç deneyi
Kollektörler ilk monte edildiklerinde veya her hangi bir nedenle içindeki akışkan drene edildiğinde durağan koşullarda ve güneş altında çok yüksek sıcaklıklara ulaşabilirler.
Bu deneyin amacı kollektörün yüksek ışınım değerleri karşısında camın kırılması, plastik tabakanın genleşerek düşmesi, plastik yutucunun erimesi veya kollektörün saydam tabakasında yüksek sıcaklıkta gaz üretmesi olası kollektör malzemesinden kaynaklanan(yutucu plaka, izolasyon malzemesi ve diğer) istenmeyen materyal birikiminin oluşması gibi olumsuzlukların hızlı bir şekilde değerlendirilmesidir.
Standart bu deneylerin dış ortamda, güneş simülatöründe veya sıcak bir akışkan devresinde yapılabileceğini öngörmektedir. Dış ortam deneyleri için ayrıntılı bilgi aşağıdadır.
Kollektör dış ortamda içinde akışkan olmadan monte edilir.Kollektörün içindeki havanın genleşmesine yardımcı olacak olan bir boru dışında diğer tüm akışkan boruları doğal konveksiyonla soğumayı engellemek amacıyla kapatılır. Yutucu plakaya deney sırasındaki sıcaklık artışını ölçmek amacıyla bir sıcaklık sensörü konur.
Kararlı hal koşulları oluştuktan sonra deney en az bir saat süreyle yapılır. Sıcak iklimler için kollektör düzlemine gelen toplam güneş ışınımı 950 W/m2 den yüksek ( EN 12976-2 standardı tek bir değer olarak 1000 W/ m2 tanımlamaktadır), ortam sıcaklığı 25 oC nin üzerinde ( EN 12976-2 standardı 20 oC - 40 oC aralığını vermektedir) ve rüzgar hızı 1m/s nin altında olmalıdır. Bu koşullarda deney sonucu olarak kollektördeki bozulma, şekil değişimi ve gaz çıkışı olup olmadığı tespit ve not edilir.
3.2 Güneşe dayanıklılık deneyi (exposure test)
Bu deneyin amacı normal koşullarda uzun süre alacak olan kollektörün doğal yaşlanma sürecindeki etkileyen faktörlerin neler olduğunun basit ve ucuz olarak belirlenmesidir.
Kollektör dış ortamda içinde akışkan olmadan monte edilir.Kollektörün içindeki havanın genleşmesine yardımcı olacak olan bir boru dışında diğer tüm akışkan boruları doğal konveksiyonla soğumayı engellemek amacıyla kapatılır. Toplam güneş ışınımı ve ortam sıcaklığı sürekli olarak kaydedilir.
Kollektör bu şekilde günlük güneş ışınım değeri 14 MJ/m2 (sıcak iklim) veya üzerinde olan en az otuz gün (bir birini takip eden otuz gün olması zorunlu değildir) güneş altında bırakılır. Kollektör ayrıca en az otuz saat süreyle ortam sıcaklığının 10 oC ve üzerinde olduğu minimum 850 W/m2 düzeyde güneş ışınımına tabi tutulur.
Güneşe dayanıklılık deneyi dış ısıl şok deneyi ile bileşik olarak yapılabilir. Birinci dış ısıl şok daha önce tanımlanan 30 h saatlik dönemin (850 W/m2 den yüksek güneş ışınımı) ilk on saatinde, ikinci ısıl şok ise son 10 saat içinde meydana gelir.
Bu deneyin saydam tabaka, yutucu plaka, izolasyon ve genel tasarımla ilgili sorunları açığa çıkartması bakımından çok önemli bir deney olduğu ve bizzat üretici tarafından da yapılabileceği vurgulanmalıdır.
3.3 Yağmur sızma deneyi
Bu deneyin amacı kollektörlerin yağmur sularının sızmasına karşı ne denli dirençli olduğunun belirlenmesidir. İyi tasarlanmış kollektörlerin serbest yada etkili yağan yağmurun kollektör içine sızmasını engellemesi gerekir. Kollektörlerde bulunabilecek havalandırma ve drenaj deliklerinin de etkili yağmur girişini engelleyecek tarzda konulması gerekir.
Bu deneyde kollektör boş ve akışkan giriş ve çıkış bağlantıları kapatılmış olarak tartılır ve deney standına 45o veya daha az eğimde veya üreticinin önerdiği yatayla minimum açıda monte edilir (EN 12976-2 standardı önermektedir).
Kollektör bütün yanlarından 4 saat boyunca suyla yağmurlanır. Bu süre boyunca kollektörün ortam sıcaklığına yakın bir sıcaklıkta tutulması püskürtülen suyun sıcaklığının ise 25oC nin altında (EN 12976-2 standardı su sıcaklığını 30oC olarak belirlemiştir) ve su debisinin kollektör alanının bir metre karesi için 0,03 l/s ile 0,05 l/s aralığında olması (EN 12976-2 standardı debi olarak 0,05 l/s/ m2 üzerinde bir değer belirlemiştir) gerekmektedir.
Deneyden sonra kollektörün tüm dış yüzeyleri kurulanır; drenaj delikleri varsa damlamanın bitmesi beklenir ve kollektör tekrar tartılır.
Ayrıca içeriye sızma varsa, sızma noktaları belirlenir.
Üretici doğru yağmurlama debisi olmasa bile bu deneyi kolayca kendisi yapabilir. Deneyden sonra güneş altına bırakılan kollektörde meydana gelebilecek bir yoğuşma yağmur sızmasının olduğunu gösterecektir.
4 DOMESTİK GÜNEŞ SICAK SU ISITMA SİSTEMLERİNİN PERFORMANSI (ISO 9459-2)
Bu standart yedek sistemi bulunmayan domestik güneş sıcak su sistemlerinin performansının belirlenmesi ve her hangi bir iklim ve işletme koşullarında yıllık performansının tahmin edilmesi deneylerinin prosedürlerini oluşturmaktadır.
Deneye alınan sistem için “ kara kutu” yaklaşımı tercih edilmekte ve hiç bir varsayımda bulunulmamaktadır. Bu nedenle prosedürler zorlanmış konveksiyon, freon yüklü ve entegre kollektör- depolama sistemleri dahil tüm sistem tipleri için geçerlidir.Ancak, depolama kapasitesinin 0,6 m3 veya altında olması koşulu vardır.
Standart ayrıca deneylerde kullanılacak ekipman ve ölçü aletleri için temel spesifikasyonları ve deney raporunun formatını da vermektedir.
Güneş sıcak su ısıtıcı sistemleri için bu deneyler yapılarak belirlene parametreler aşağıda sıralanmıştır:
• Sistem performans diyagramı;
• Sistem sıcaklık artış diyagramı;
• Çekiş sıcaklık profilleri (düşük ve yüksek ışınım) ve karşılık gelen normalleştirilmiş profiller;
• Karışım çekiş sıcaklık profili ve karşılık gelen normalleştirilmiş profil;
• Karşılaştırma amacıyla hesaplanmış çekiş sıcaklık profilleri (düşük-yüksek ışınım, düşük-yüksek ortam ve soğuk su sıcaklıkları);
• Boyler(Depolama tankı) ısı kayıp katsayısı; kollektör devresi bağlı iken ve ayrılmış iken( ters akış kontrolü);
• Sistemin güneşten sıcak su üretim düzeyinin üç ayrı yük durumunda(hacim, iki ayrı sıcaklık) yıllık bazda tahmini (her ay için ayrı değerler);
• Yıllık bazda iki ayrı sıcaklık için sistemin temin ettiği ortalama günlük ve aylık sıcak su miktarı(litre).
Koşulları standartta verilen bir seri günlük deneyler sonucu performans diyagramlarının, sıcaklık artış diyagramların ve çekiş sıcaklık profillerini elde edilmesi mümkün olmaktadır. Karışım çekiş profili ve boyler ısı kayıp katsayılarının hesaplanabilmesi için ek deneylere gereksinim vardır. Diğer tüm parametreler hesaplama metoduyla bulunur (metotlar standartta yer almaktadır).
Takip eden iki bölüm domestik sıcak su ısıtma sistemlerinin ısıl performansı ile ilgili olarak temel bazı bilgileri vermektedir.
4.1 Performansı etkileyen faktörler
Domestik güneş sıcak su ısıtıcısı sisteminin performansını etkileyen en önemli faktörler;
• Kollektör (alan, verim);
• Boyler(hacim,sıcaklık katmanlaşması,karışım);
• Sistem tasarımı (eşanjör, varsa kontrol sistemi);
• İklim (güneş ışınımı, hava sıcaklığı);
• Isıl yük (soğuk su sıcaklığı, hacim, talep edilen sıcaklık) dir.
4.2 Güneş sistemin günlük üretimi
Domestik güneş sıcak su ısıtıcısı sistemlerinin performansı çok yoğun olarak araştırılmıştır. Hem analitik modeller hem de deneysel verilere göre sabit bir sistem ve gün sonundaki sabit bir ısıl yük için ( tüm enerjinin sistemden çekildiği kabulü), sistemin günlük üretim düzeyinin;
• Günlük güneş ışınımı H (kollektör yüzeyinde toplam güneş enerjisi);
• Ortalama ortam sıcaklığı ta,av;
• Soğuk su sıcaklığı ( yani gün başlangıcında boylerin bulunduğu sıcaklık ) tc.
parametrelerinin fonksiyonu olduğunu göstermektedir.
Domestik güneş sıcak su ısıtma sisteminin günlük enerji üretimi(Qout) aşağıdaki denklemden elde edilebilir:
Qout = a1H + a2 (ta,av – tc) + a3. (4.1)
sabit katsayılardır.
4.3 Kısa dönem sistem performansının denenmesi
Denklem (4.1) de yer alan korelasyon deney metodu ve uzun dönem tahmin metodunun temelini oluşturmaktadır.
Günlük toplam güneş ışınımı H, ta,av, tc ve Qout için değişik değerler kullanarak ve çok sayıda gün süren deneyler sonucunda a1, a2 ve a3 değerleri bulunabilir.
4.3.1 Deney prosedürü
Deney prosedürü birbirinden bağımsız çok sayıda bir günlük deneylerden oluşmaktadır. Her deney günü sistem güneş öğleninden 6 saat önce başlayarak güneş öğlesinden 6 saat sonrasına kadar devam eden 12 saatlik bir süre boyunca çalışmaktadır.
Her günün başlangıcında sistem öncelikle sabit sıcaklık tc de olan su ile yıkanmak suretiyle deneylere hazırlanır ve tüm sistem sabit ve üniform sıcaklık düzeyine getirilir. Bu hazırlama aşamasında sistem güneş kalkanı yardımıyla korunmaktadır.
Sistemin 12- saatlik çalışma aşamasında aşağıdaki parametrelerin ölçümleri yapılmaktadır:
• Kollektör düzleminde toplam güneş ışınımı;
• Hava sıcaklığı;
• diğer (yaygın güneş ışınımı,rüzgar hızı).
Güneş öğleninden 6 saat sonra sistem tekrar güneş kalkanı ile korunmaya alınır ve boylerdeki su sabit debide, 600 l/h, çekilmeye başlanır. Çekilen suyun yerine sistem deneye hazırlanırken kullanılan tc sıcaklığında su sisteme basılır. Çekilen suyun sıcaklığı td sürekli olarak ölçülür. Boyler hacminin 3 katı miktarında su çekilir.
12 saatlik deney süresince yapılan toplam güneş ışınımı ölçümleri yardımıyla o güne özgün günlük toplam güneş ışınımı değeri H (MJ/m2) saptanır.
Aynı şekilde, deney süresince yapılan hava sıcaklığı ölçümlerinden yararlanılarak ortalama hava sıcaklığı ta,av (°C) saptanır.
Gün sonunda ölçümleri sürekli yapılan:
• Çekilen suyun debisi;
• Çekilen suyun sıcaklığı td (°C);
• Depoya(boylere) basılan suyun sıcaklığı tc (°C);
değerleri kullanılarak çekilen toplam su hacminde depolanan enerji, diğer bir deyişle güneş sistemi tarafından toplanan net güneş enerjisi Qout (MJ) belirlenebilir. Bu parametreler aynı zamanda çekilen suyun maksimum sıcaklık düzeyi td,max (°C) nin de hesaplanmasında kullanılmaktadır.
Son olarak soğuk suyun ölçülen sıcaklığı tc (°C) kullanılarak sıcaklık farklılıkları (td,max - tc) ve (ta,av - tc) hesaplanabilir.
Deney günleri H ve (ta,av - tc) değerleri konusunda standartta tanımlandığı şekilde belli bir aralığın tümünü kapsamalıdır.
4.3.2 Su çekiş sıcaklık profili
Her deney gününün sonunda
• Çekilen suyun sıcaklığı (td)
• Depolama tankına basılan soğuk suyun sıcaklığı (tc)
ölçülür.
Bu ölçümler yardımıyla Şekil 4.1 de gösterilen su çekiş sıcaklık profili oluşturulabilir. Bu profil çekilen sıcak su sıcaklığını çekilen suyun hacminin fonksiyonu olarak hesaplanmasını sağlar. Aynı diyagramda depolama tankına basılan soğuk suyun sıcaklığı da gösterilmektedir.
Şekil 4.1 Su çekiş sıcaklık profili
Şekil 4.2 Su çekiş sıcaklık profilleri
Bu diyagram işletme sürecindeki katmanlaşma ve çekiş sürecindeki karışmanın bileşik etkilerini de göstermektedir.
Şekil 4.2, ise ideal sistem ve kuvvetli karışım olan bir sistemin profillerini karşılaştırmalı olarak vermektedir.
Standart deney raporunda biri düşük güneş ışınımı biri de yüksek güneş ışınımı seçeneklerini temsil eden en az iki sıcaklık profilinin bulunmasını zorunlu kılmaktadır.
4.3.3 Hesaplanmış su çekiş sıcaklık profilleri
Su çekiş sıcaklık profilleri Tablo 1 de gösterilen koşullarda dört su çekiş sıcaklık profilinin belirlenmesi için kullanılabilir.
Tablo 1. Hesaplanmış su çekiş sıcaklık profilleri için değişik koşullar
H
MJ/m2 ta,av
°C tc
°C Notlar
10
20 25
25 20
20 Bahar veya yaz günü
10
20 10
10 10
10 Kış veya bahar günü
Bu profiller deney raporunda yer alır ve güneş domestik güneş sıcak su ısıtma sistemlerini değerlendirilmesinde kullanılır (standart iklim koşulları).
4.4 Su çekiş durumunda depolama tankında oluşan karışım düzeyinin saptanması
Depolama tankından sıcak su çekişi sırasında oluşan karışımın derecesi önemli bir sistem karakteristiğidir. Karışma oldukça katmanlaşma bozulur ve bu da sistemin enerji temini potansiyelini negatif yönde etkiler.
Sistem performans deneylerine ek olarak bu deneyin de ilave deney olarak yapılması gerekir. Bu deneyin amacı tank içindeki sıcak su ile tank basılmakta olan soğuk suyun sıcak su çekiş sürecinde hangi düzeyde karıştığını belirlemektir..
Karışım su çekişi profili depolama tankının içinde sabit ve yüksek sıcaklıkta bulunan suyun çekilmesi ile bulunur. Deney ayrıntıları standartta bulunmaktadır. Ölçüm verilerinden yararlanılarak oluşturulan karışım çekiş profilinin (Şekil 4.1 de gösterilene benzer) deney raporunda yer alması gerekmektedir.
4.5 Sıcak su depolama tankı ısı kayıpları
Güneş sıcak su ısıtma sisteminin boyleri(depolama tankı) için ısı kayıp katsayısı normal işletme koşullarında çalışırken saptanmalıdır. Bu katsayı kollektör devresinde oluşabilecek ters akıştan kaynaklanabilecek kayıpları da içerir. Isı kayıp katsayısı sistemin uzun dönem performansını tahmin etmek ve depo tankındaki gece kayıplarını hesaplamak için kullanılmaktadır.
Deney prosedürü aşağıdaki adımlardan oluşur:
• Tank suyu 60°C (ti) üzerinde üniform bir sıcaklığa ısıtılarak deneye hazırlanır;
• Tank 12 ila 14 saat arasında bir dönem için (Δt) soğumaya bırakılır{hava sıcaklığının da ölçülmesi gerekir (tas)};
• Deney periyodunun sonunda, depolama tankının içindeki su üniform sıcaklık (tf) ye ulaşılana kadar sirküle edilir;
• Su sıcaklıkları ti ve tf, soğutma periyodu Δt, ortalama hava sıcaklığı tas,av ve depolama hacmi Vs değerlerinden yararlanılarak ısı kayıp katsayısı hesap edilebilir.
Isı kayıp katsayısı deney raporunda bir tablo hazırlanması için kullanılır. Bu tabloda 12 saatlik soğutma dönemi sonrasında;
• çeşitli ilk başlangıç su sıcaklıkları (30°C-70°C);
• çeşitli ortalama hava sıcaklıkları(0°C-15°C);
değerlerine göre hesaplanmış tank sıcaklıkları yer alır.
Aynı deney, depolama tankı ısı kayıp katsayısı kollektör devresi iptal edilmiş olarak tekrarlanır. Böylece gerektiğinde sistem kollektör devresinde geri akış önlenecek şekilde modifiye edilebilir..
4.6 Uzun dönem sistem performansının tahmini
Deney sonuçları deneylerin yapıldığı iklim koşullarından bağımsız olarak elde edilen sistem performans parametrelerine bağlı olarak verilmelidir.
Sistem parametreleri kullanılarak her hangi bir yer(iklim koşulları) ve yük talebi için aylık ve yıllık güneş enerjisi üretimi(veya diğer veri) hesaplanabilir. Standart uzun dönem tahmini metodu ve ilgili yazılımı içermektedir.
Uzun dönem performans tahmini için sistemin monte edileceği yöre için aşağıda verilen iklimsel parametrelerin bilinmesi zorunludur:
• Kollektör düzleminde günlük toplam güneş enerjisi;
• Ortalama gündüz ve gece hava sıcaklıkları;
• Ana soğuk su sistemi sıcaklığı.
.
Bu verilerin deney raporunda yer alması gerekmektedir.
Deney raporunda yer alan enerji üretimi değerleri(her ay, yıl) gün sonundaki tek bir sıcak su çekişi seçeneğine göre ve aşağıda belirtilen üç yük için hesaplanmalıdır:
• Bir tank hacmi miktarında sıcak su çekişi;
• Sıcak su sıcaklığı 35C ye ulaşana kadar sıcak su çekişi;
• Sıcak su sıcaklığı 40C ye ulaşana kadar sıcak su çekişi.
Standartta bu hesaplamalara her hangi bir ülkede üç ayrı yer için tekrarlanması istenmektedir.
Son olarak hesaplama metodu aynı zamanda sistemden günlük sıcak su üretimini de (her ay için) tahmin edebilmektedir. Deney raporu üç ayrı yöre için aşağıdaki yük koşullarındaki sonuçları içermelidir:
• Sıcak su sıcaklığı 35C ye ulaşana kadar sıcak su çekişi;
• Sıcak su sıcaklığı 40C ye ulaşana kadar sıcak su çekişi.
5 YARARLANILAN KAYNAKLAR
[1] “Solar Collectors – Test Methods and Design Guidelines”, Solar Energy R&D in the European Community, Series A, Volume 6, D. Reidel Publishing Company, 1985
[2] “Recommendations for Performans and Durability Test of Solar Collectors and Water Heating Sistems”, Non Nuclear Energies, European Solar Collector and Sistems Testing Group, EUR 11606EN, May 1989
|
Anasayfa > Tüm İçerikler > Diğer > Eğitim > Teknik Eğitim > GÜNEŞ ENERJİSİ GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ VE DOMESTİK SICAK SU SİSTEMLERİ İLE İLGİLİ TEMEL AVRUPA VE ULUSLARARASI STANDARTLAR
Sayfalar: 
Ara
