İki Farklı Tipteki Havalı Güneş Kolektörünün Isıl Veriminin Deneysel Olarak Araştırılması

Abstract

Karadeniz bölgesinde güneşli gün sayısının az ve güneşlenme süresinin kısa olması dolayısıyla güneşten gelen ışınımın verimli şekilde alınıp ısıya dönüştürülmesini sağlayacak güneş kolektörlerinin geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez çalışmasında havalı tip güneş kolektörlerinin ısıl verimlerinin karşılaştırılması amacıyla, 1 m2 ışınım yüzeyine sahip düz ve kısmen silindirik kanal tipli havalı güneş kolektörü imal edilmiştir. Kanal geometrisinin absorbe edilen enerji miktarına ve kolektör verimine etkisi belirlemek için deneyler 4 farklı hava hızında gerçekleştirilmiştir. Hava hızının artmasıyla kolektör çıkış sıcaklığı düşmüştür. Kısmen silindirik kanal geometrisinin hava çıkış sıcaklığı uygulanan 4 hızda da düz kanal geometrisinden ortalama %13 daha yüksektir. Hava hızı arttıkça kısmen silindirik kolektör çıkış sıcaklığı düz kolektör çıkış sıcaklığına yaklaşmaktadır. Işınım değeri yüksek ise artan hava hızı ile kısmen silindirik ile düz kolektör çıkış sıcaklıkları arasındaki fark maksimum %19.7 iken, ışınım değeri düştükçe bu fark %3'e düşmüştür. Düz kolektörlerin ısıl verimleri ışınım değerlerine göre değişim göstermektedir. En düşük ısıl verim 0,5 m/s'de ortalama %35 iken en yüksek ısıl verim 3 m/s hava hızında %85 olarak hesaplanmıştır. Kısmen silindirik kolektörün en düşük ısıl verimi 0,5 m/s'de ortalama %34 olarak gerçekleşirken, en yüksek ısıl verim 3 m/s hava hızında %83 olarak hesaplanmıştır. Kısmen silindirik kolektör düz kolektöre göre 2 m/s hava hızında ortalama %8 daha verimli iken, diğer hızlarda düz kolektör kısmen silindirik kolektöre göre ortalama %2 daha verimlidir. En düşük faydalı enerji 0,5 m/s hava hızında ortalama 319 W (düz), 385 W (kısmen silindirik) iken maksimum faydalı enerji 3 m/s hava hızında ortalama 516 W (düz), 656 W (kısmen silindirik) olarak hesaplanmıştır. Yüksek sıcaklık ihtiyacının karşılanmasında kısmen silindirik kesit alanlı havalı tip güneş kolektörünün kullanımı düz kolektörlere göre daha uygundur.

In the Black Sea region, due to the low number of sunny days and the short duration of sunlight, there is a need for the development of solar collectors that can efficiently capture sunlight and convert it into heat. In this thesis study, air-type solar collectors with flat and partially cylindrical channel designs were manufactured in order to compare their thermal efficiencies. Experiments were conducted at four different air velocities to determine the effect of channel geometry on the amount of absorbed energy and collector efficiency. With the increase in air velocity, the collector outlet temperature has decreased. For the partially cylindrical channel geometry, the outlet temperature of the air is on average 13% higher than that of the flat channel geometry at four applied velocities. As the air velocity increases, the outlet temperature of the partially cylindrical collector approaches that of the flat collector. When the radiation value is high, the difference between the outlet temperatures of the partially cylindrical and flat collector with increasing air velocity is maximum at 19.7%, whereas as the radiation value decreases, this difference decreases to 3%. The thermal efficiencies of flat collectors vary according to radiation values. The lowest thermal efficiency is approximately 35% at 0.5 m/s, while the highest thermal efficiency is calculated to be 85% at an air velocity of 3 m/s. Conversely, for partially cylindrical collectors, the lowest thermal efficiency is realized at approximately 34% at 0.5 m/s, with the highest thermal efficiency at 83% at an air velocity of 3 m/s. At an air velocity of 2 m/s, the partially cylindrical collector is on average 8% more efficient than the flat collector, while at other velocities, the flat collector is on average 2% more efficient than the partially cylindrical collector. The lowest useful energy output is calculated to be an average of 319 W (flat) and 385 W (partially cylindrical) at an air velocity of 0.5 m/s, while the maximum useful energy output is calculated to be an average of 516 W (flat) and 656 W (partially cylindrical) at an air velocity of 3 m/s. The use of partially cylindrical cross-sectional air-type solar collectors is more suitable for meeting high-temperature demand compared to flat collectors