Tweet
Güneş enerjisi ile ısıtmada hesaplamalar
Uygulamada genelde sıcak sulu veya sıcak havalı kollektörlerle enerji sağlanmaktadır. Bu nedenle, öncelikle gereksinim duyulan kollektör alanının belirlenmesi gereklidir. Bu tür bir ısıtma sisteminin dizayn aşamaları aşağıdaki şekilde takip edilebilir:
1. Yatay düzleme gelen aylık ortalama günlük güneş ışınımı değeri dikkate
alınır. Bu değer Akdeniz Bölgesinde en soğuk iki ay için yaklaşık 8
MJ/m2.gün'dür.
2. Eğik yüzeye (kollektör yüzeyine) gelen ışınımı bulmak için kollektör
eğim açısı dikkate alınır. Bu açı genelde enlem derecesi +10° alınır.
Akdeniz Bölgesi için bu açı yaklaşık 46.5° (36.5+10) alınabilir. Bu
yüzeye gelen ışınım değeri, yatay yüzeye gelen değer 1.9 ile çarpılarak
bulunur( 8x1.9=15.2 MJ/m2).
3-Seranın tüm ısı gereksinimini karşılayacak kollektör alam (Ak, m2)
1000 m2 lik bir seranın ısı gereksinimi, 10 °C'lik bir sıcaklık farkı için yaklaşık 110 000 W alınırsa, bu değer 396 MJ/h eder. Günde ortalama 5 saat boyunca ısıtma yapılacağı kabul edilirse, seranın günlük ısı gereksinimi 1980 MJ (396x5) olur. Buna göre, gerekli kollektör alanı, yukarıdaki eşitliği kullanarak 130 m2 olarak bulunur. Belirlenen bu alan %100 verimli bir kollektör içindir. Uygulamada kollektör verimleri %100'den oldukça düşüktür. Ortalama verimi %60 olan bir kollektör seçilirse, toplam kollektör alam 217 m2 (130/0.6) olur. Bu değer; sera birim taban alanı başına 0.217 m2 kollektör alam demektir.
4. Bu aşamadan sonra, güneş enerjisinin depolanacağı su veya çakıl taşı deposunun büyüklüğünün belirlenmesi gerekir. Depo hacmi belirlenirken, depodaki günlük sıcaklık yükselmesi ve günlük depolanacak enerji miktarı dikkate alınır:
Su kullanılan bir depo dikkate alınırsa, yukarıdaki verileri kullanarak ve AT değerini de 35°C alarak, gerekli depo hacmi 13.5 m3 olarak bulunur. Su yerine çakıl taşlan kullanılsaydı, depo hacmi 4-5 kat daha fazla olacaktı.
5. Bu depodan, belirlenen ısıyı yaklaşık 5 saatte sera içerisine dağıtacak bir
ısı değiştirici sistemi tasarlanır. Eğer bu sistemde sıcak su boruları
kullanılacaksa, su debisinin, pompa büyüklüğünün ve gerekli boru
boyutlarının belirlenmesi gerekir.
Sıcak hava üflemeli bir sistem kullanılacak ise, yine ısı değişimini sağlayacak fanlı sistemin seçilmesi veya tasarlanması gereklidir. Isı değiştirici sistemi pasif bir sistem olacak ise, buna uygun pompa ve yüzeylerin de hesaplanması gerekir.
6. Sistemin ekonomik analizi yapılmalıdır. Bu analizde, kollektörün birim
alanının fiyatı, sistemin yıllık kullanım süresi, depo ve diğer sistem
maliyetleri ve işletme giderleri dikkate alınmalıdır. Güneş enerjili
sistemin diğer sistemlerle karşılaştırılmasında; yatırım ve diğer giderler,
toplam yakıt tasarrufu, geri ödeme süresi gibi faktörler göz önüne alınır.
7. Güneş enerjisinin serada mevcut olan ve verim artırıcı ısıtma yapan
modern bir ısıtma sistemine destek olacak şekilde kullanılması genelde
tercih edilmektedir. Bu şekilde sistem daha ekonomik olmaktadır.
Uygulamada genelde sıcak sulu veya sıcak havalı kollektörlerle enerji sağlanmaktadır. Bu nedenle, öncelikle gereksinim duyulan kollektör alanının belirlenmesi gereklidir. Bu tür bir ısıtma sisteminin dizayn aşamaları aşağıdaki şekilde takip edilebilir:
1. Yatay düzleme gelen aylık ortalama günlük güneş ışınımı değeri dikkate
alınır. Bu değer Akdeniz Bölgesinde en soğuk iki ay için yaklaşık 8
MJ/m2.gün'dür.
2. Eğik yüzeye (kollektör yüzeyine) gelen ışınımı bulmak için kollektör
eğim açısı dikkate alınır. Bu açı genelde enlem derecesi +10° alınır.
Akdeniz Bölgesi için bu açı yaklaşık 46.5° (36.5+10) alınabilir. Bu
yüzeye gelen ışınım değeri, yatay yüzeye gelen değer 1.9 ile çarpılarak
bulunur( 8x1.9=15.2 MJ/m2).
3-Seranın tüm ısı gereksinimini karşılayacak kollektör alam (Ak, m2)
1000 m2 lik bir seranın ısı gereksinimi, 10 °C'lik bir sıcaklık farkı için yaklaşık 110 000 W alınırsa, bu değer 396 MJ/h eder. Günde ortalama 5 saat boyunca ısıtma yapılacağı kabul edilirse, seranın günlük ısı gereksinimi 1980 MJ (396x5) olur. Buna göre, gerekli kollektör alanı, yukarıdaki eşitliği kullanarak 130 m2 olarak bulunur. Belirlenen bu alan %100 verimli bir kollektör içindir. Uygulamada kollektör verimleri %100'den oldukça düşüktür. Ortalama verimi %60 olan bir kollektör seçilirse, toplam kollektör alam 217 m2 (130/0.6) olur. Bu değer; sera birim taban alanı başına 0.217 m2 kollektör alam demektir.
4. Bu aşamadan sonra, güneş enerjisinin depolanacağı su veya çakıl taşı deposunun büyüklüğünün belirlenmesi gerekir. Depo hacmi belirlenirken, depodaki günlük sıcaklık yükselmesi ve günlük depolanacak enerji miktarı dikkate alınır:
Su kullanılan bir depo dikkate alınırsa, yukarıdaki verileri kullanarak ve AT değerini de 35°C alarak, gerekli depo hacmi 13.5 m3 olarak bulunur. Su yerine çakıl taşlan kullanılsaydı, depo hacmi 4-5 kat daha fazla olacaktı.
5. Bu depodan, belirlenen ısıyı yaklaşık 5 saatte sera içerisine dağıtacak bir
ısı değiştirici sistemi tasarlanır. Eğer bu sistemde sıcak su boruları
kullanılacaksa, su debisinin, pompa büyüklüğünün ve gerekli boru
boyutlarının belirlenmesi gerekir.
Sıcak hava üflemeli bir sistem kullanılacak ise, yine ısı değişimini sağlayacak fanlı sistemin seçilmesi veya tasarlanması gereklidir. Isı değiştirici sistemi pasif bir sistem olacak ise, buna uygun pompa ve yüzeylerin de hesaplanması gerekir.
6. Sistemin ekonomik analizi yapılmalıdır. Bu analizde, kollektörün birim
alanının fiyatı, sistemin yıllık kullanım süresi, depo ve diğer sistem
maliyetleri ve işletme giderleri dikkate alınmalıdır. Güneş enerjili
sistemin diğer sistemlerle karşılaştırılmasında; yatırım ve diğer giderler,
toplam yakıt tasarrufu, geri ödeme süresi gibi faktörler göz önüne alınır.
7. Güneş enerjisinin serada mevcut olan ve verim artırıcı ısıtma yapan
modern bir ısıtma sistemine destek olacak şekilde kullanılması genelde
tercih edilmektedir. Bu şekilde sistem daha ekonomik olmaktadır.