GÜNEŞLİ SU ISITICILARI

Türkiye’nin ortalama güneşlenme süresi 2640 n/yıl, toplam güneş ışınımı ortalaması 3083 kcal/m² değerindedir. Bu değerler yüksek bir güneş enerjisi potansiyelini ifade eder. Öte yandan güneş enerjisinin en verimli ve en yaygın kullanım alanı ise güneşli su ısıtıcılarıdır.

Güneşli su ısıtıcılarının ana elemanı düz toplayıcılardır.

Bu şekildeki Q güneş geliş açısını (Güneş ışınının toplayıcı düzleminin dikeyi ile yaptığı açı, S toplayıcı eğim açısı (Toplayıcı düzlemin yatayla yaptığı açı), Güneş zenit açısı (Güneş ışınının, güneş başucu yüksekliği ekseni ile yaptığı açı), A toplayıcı azimut açısı (Toplayıcı düzlemin tam güneyden, batı ve doğuya sapma açısıdır.)
Güneşli Su Isıtıcıları Tesisat Şemaları

Şekilde doğal akımlı bir güneşli su ısıtıcısının toplu şeması ve elemanları görülmektedir. Doğal akımın oluşabilmesi için toplayıcı üst düzeyi ile sıcak su deposu alt düzeyi arasında en az 35 cm yükseklik farkı bulunmalıdır. (Açık sistem)

Şekilde ise pompalı, kapalı sistem ve ısı değiştirgeçli bir güneşli su ısıtıcı tesisatının, var olan bir boyler tesisatına bağlantısı görülmektedir. Pompalı sistemde devrede bir dolaşım pompası bulunduğundan depo, güneş toplayıcısından aşağıda yerleştirilebilir. Güneşli su ısıtıcısının devreye girip çıkması sıcaklık farkına göre çalışan otomatik düzenleme aygıtı ile gerçekleşir. Toplayıcı ise su deposu arasındaki farkı belirli bir değere ulaşınca pompa devreye girer ve depodaki su ısınmaya başlar. Güneşle ısıtılan su deposu mevcut sıcak su tesisatına bir üç yollu vana ile bağlanır.

Sıcak Su Gereksiniminin Belirlenmesi

Sıcak su tesisatı konusunda kullanma sıcak su gereksinimi verilmiş ve su sıcaklığı 60ºC olarak esas alınmıştır. Güneşli su ısıtıcısında sistem verimi su sıcaklığına çok bağlıdır. Konutlarda genelde banyolarda 40ºC ve mutfakta 60ºC sıcaklıkta su kullanılır. Dolayısıyla enerji tasarrufu açısından güneşte su ısıtmada kullanma suyu tasarım sıcaklığını 45ºC almak uygun olmaktadır.
Kullanma suyu sıcaklığı 45ºC alındığında çeşitli uygulamalarda kişi başına sıcak su gereksinimi çizelge 7,1 de verilmiştir. Güneşle su ısıtma tesisatı tasarımında bu çizelgeden yararlanılabilir.

Güneşli Su Isıtıcılarının Tasarımı

Güneşli su ısıtıcılarının tasarımı şu adımlardan oluşur.

1. Güneşli su ısıtıcısının planlandığı yerin enlemi belirlenir.

2. Güneşli su ısıtıcısının planlandığı mevsim belirlenir.

3. Toplayıcı AZİMUT açısı (A) belirlenir.

4. En uygun toplayıcı eğim açısı (S) planlanan yerin enlemine ve mevsimine göre Şekil–7,4 ten alınır.

5. Yatay yüzeye gelen toplam güneş ışınımının ortalama değeri Qy planlanan yer ve mevsimine göre çizelge 7,2 den alınır.

6. Eğik toplayıcı yüzeyi için dönüşüm faktörü R, planlanan yerin enlemi, eğim açısı ve mevsimine göre çizelge 7,3 ten bulunur.

7. Toplayıcı azimut açısının düzeltme faktörü, A planlanan yerin enlemi ve toplayıcı azimut açısına göre Şekil–7,5 ten bulunur.

8. Eğik toplayıcı yüzeyine gelen toplam ışınım ortalaması

Formülüyle bulunur.
QK = Eğik toplayıcı yüzeyine gelen toplam ışınım ortalaması
Qy = Planlanan yer ve mevsime göre yatay yüzeye gelen toplam güneş ışınımı ortalama değeri
R= Planlanan yerin enlemi, eğim açısı ve mevsimine göre eğik toplayıcı yüzeyi için dönüşüm faktörü
A1 = Planlanan yerin enlemi ve toplayıcı Azimut açısına göre, toplayıcı azimut açısı düzeltme faktörü
9. En uygun toplayıcı verimi, nK toplayıcı tipi ve mevsimine göre çizelge 7,4 ten alınır.
10. Toplayıcı dışında sistemin ortalama verimi nm=0,60 alınır.

11. Yararlı ısı QN aşağıdaki formülle bulunur.
(kcal/m2.gün)

12. Sıcak su hazırlanması için gerekli ısı

(kcal/gün) formülüyle bulunur.
Sıcak su miktarı (lt/gün)
C Suyun özgül ısısı (kcal/kgºC)
Erişilmesi istenen su sıcaklığı (ºC)
Ortalama şebeke suyun sıcaklığı (ºC)

NOT: TF (Ortalama şebeke suyu sıcaklığı olup çizelge 7,5 ten 1 m derinlikteki toprak sıcaklığı olarak alınır.)

13. Gerekli toplayıcı alanı
Sıcak su hazırlamak için gerekli ısı
Formülüyle bulunur. Yararlı ısı

14. Sıcak su deposu hacmi

Formülüyle bulunur.
B1 = 0,06 (sabit)
FK= Gerekli toplayıcı alanı

15. Su dolaşım pompası debisi

Örnek: Alanya’da 50 yataklı bir otelin Haziran-Ağustos dönemindeki sıcak su ihtiyacını karşılayacak güneşli su ısıtıcı tesisatının tasarımını yapınız.
Çözüm:
1. Yer ALANYA
ENLEM 36º33ı(K)

2. MEVSİM HAZİRAN-AĞUSTOS

3. Toplayıcı AZİMUT Açısı (A) 0º

4. En uygun toplayıcı eğim açısı (S) 16

5. Yatay yüzeye gelen toplam güneş ışınımlarının ortalama değeri (Qy)=4870 (kcal/m2.gün)

6. Eğik toplayıcı yüzeyi için dönüşüm faktörü (R=1,056)

7. Toplayıcı azimut açısının düzeltme faktörü (A1=1)

8. Eğik toplayıcı yüzeye gelen toplam ışınım ortalaması

9. En uygun toplayıcı verimi nm 0,65

10. Toplayıcı dışında sistem ortalama verimi 0,60

11. Yararlı ısı (QN)

12. Sıcak su hazırlamak için gerekli ısı (Qd)

13. (FK) Gerekli toplayıcı alanı

14. Sıcak su deposu hacmi (V)

15. Pompa debisi (P)

Toplayıcı azimut açısına ve enleme göre düzeltme faktörleri

Sıcaklık farkı/ısınım şiddetli parametresi ile düz toplayıcı veriminin bulunması