Güneş enerjisi ile koşullandırılan havanın güneş enerji destekli ısı pompası için kullanımının matematiksel ve deneysel incelenmesi

Güneş enerji destekli ısı pompası (GDIP) sistemlerine olan ilgi, güneş enerjisinin sisteme entegre edilmesi ile sağladıkları daha çevreci, sürdürülebilir ve performanslı ısıtma çözümleri nedeniyle, özellikle son yıllarda gittikçe artmaktadır. Güneş ışınım şiddetinin gün içinde ve yıl içinde değişken olması GDIP sistemlerinin güneşin yanında farklı bir ısı kaynağından da faydalanabiliyor olma zorunluluğunu getirmektedir. Hava her yerde ulaşılabilen, serbest ve kolay kullanılabilir bir ısı kaynağı olması nedeniyle ısı pompası uygulamalarının ilk ısı kaynağı tercihidir. Ekonomik ve performanslı bir GDIP sistemi de hava ısı kaynağının kullanımını göz ardı etmemelidir. GDIP sistemlerinin etkin kullanımı için ortam şartlarındaki değişimlere rağmen hava ve güneşten faydalanmaya devam edebilmesi gerekir ve bu ancak her iki ısı kaynağının aynı anda kullanımı ile mümkün olabilir. Bu çalışmada, literatürdeki temel GDIP sistem sınıflarından farklı olarak, havanın güneş enerjisi ile koşullandırılarak, güneşle birlikte ısı kaynağı olarak GDIP sisteminde kullanılabilmesi durumu incelenmiştir. Buharlaştırıcı giriş havasının sıcaklık ve bağıl nemindeki değişimin hava kaynaklı ısı pompası (HKIP) performansı üzerindeki etkisi, geliştirilen ve üretici deneysel verileri ile doğrulanan matematiksel model ile belirlenmiştir. Dış ortam hava sıcaklığı HKIP performansını etkileyen ana etkendir, bunun yanında soğuyan havadaki nemin yoğuşmasının sağladığı gizli ısı, bağıl nemin de performansa etki etmesine neden olmaktadır. Dış ortam hava sıcaklığın 7°C'den 14°C'ye yükselmesi COP değerini %30 arttırırken, bağıl nemin 0,6'dan 1,0'a yükselmesi COP değerinde yaklaşık %5 artış sağlamaktadır. Buharlaştırıcı giriş havasının bağıl nemi, pülverize edilerek suyun damlacıklar halinde hava akımına verilmesi ile sağlanabilir ve bu su güneş enerjisi ile ısıtılabilir. Bu nedenle, akım içindeki hava ve su damlacığının özelliklerinin zamana bağlı olarak değişimleri, geliştirilen ve deney sonuçları ile doğrulanan sayısal modelle belirlenmiştir. Giriş parametreleri uygulamada en basit şekilde kullanıma imkan vermesi için, giriş hava sıcaklığı, bağıl nemi, giriş damlacık sıcaklığı, çapı ve hava-su kütle karışım oranı olarak seçilmiştir; çıkış özellikleri ise çıkış hava sıcaklığı, bağıl nemi, kütle damlacık oranı ve damlacık sıcaklığı olarak belirlenmiştir. Sonuçlar, su damlacığı sıcaklığının çıkış özellikleri üzerinde neredeyse hiç etkisinin olmadığını ve buharlaşmanın her zaman hava sıcaklığı düşüşüne neden olduğunu göstermektedir. Her iki modelin sonuçlarını veren korelasyonlar, çalışmanın tam sonuçlarını paylaşmak ve araştırmacılara modelleri yeniden oluşturmaya gerek kalmadan kullanma fırsatı vermek için geliştirilmiştir.