Güneş bacası ve toprak-hava ısı değiştiricisi hibrit sisteminin bir bina için pasif soğutmada kullanılması

Binalarda kullanılan enerjinin önemli bir kısmı, ısıtma, havalandırma ve soğutma amaçlı kullanılmaktadır. Pasif soğutma sistemleri, binalarda istenmeyen iç ısıyı uzaklaştırmak ve ısıl rahatlık sağlamak amacıyla kullanılan ve düşük enerji tüketimi sağlayan teknolojilerdir. Bu alanda birçok soğutma tekniği bulunmakta olup bunları geliştirmek mümkündür. Bu çalışmada, Elazığ (Türkiye) ilindeki tipik bir bina için pasif soğutma sağlamak için Güneş bacası ve toprak-hava ısı değiştirici hibrit sisteminin sayısal olarak çözümlemesi yapılmıştır. Toprak-hava ısı değiştiricisinin ısıl performansı için PVC ve çelik (%0.5 C) olmak üzere iki farklı malzeme kullanılarak 1 metre toprak derinliği için sayısal çözümlemeler yapılmıştır. Türbülanslı akışta Reynolds sayısının farklı değerleri (Re = 5x103, 104, 15x103, 2x104, 4x104, 6x104, 105) kullanılarak, problem kararlı durum koşullarında üç boyutlu olarak çözülmüştür. Güneş bacası soğutma performansını incelemek amacıyla farklı hava kanalı ve hava giriş hızlarında sonuçlar elde edilmiştir. Güneş bacası ve toprak-hava ısı değiştiricisi hibrit sisteminde, farklı Güneş ışınım ve çevre sıcaklık değerleri, çeşitli soğurucu yüzey uzunlukları, baca eğim açıları, kanal ölçüleri ve açıklık boyutlarının sistem performansı üzerindeki etkileri için sonuçlar elde edilmiştir. Sayısal çalışma için ANSYS Fluent 12.1 ve 14.5 paket programı kullanılmıştır. Geometrik model oluşturulması için SolidWorks ve ANSYS Workbench ve oluşturulan modelin elemanlara ayırma işlemi için ANSYS Workbench Mesh Metot kullanılmıştır. Türbülans Modeli olarak standart k-ε model ve Reynolds Normalized Group (RNG) k-ε model kullanılmıştır. Sayısal sonuçları doğrulamak için, literatürdeki deneysel, teorik ve sayısal çalışmalarla karşılaştırmalar yapılmış ve oldukça uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Sonuç olarak, gün içinde Güneş bacası ve toprak-hava ısı değiştirici hibrit sistemi kullanımı ile istenilen soğutma, elektrik kullanımına ihtiyaç duyulmaksızın sağlanabileceği ortaya konulmuştur. Böyle bir hibrit sistemin binalarda kullanılacak uygun tasarımla birlikle, özellikle sıcak yaz günlerinde saatlerce ısıl konfor sağlayacağı anlaşılmıştır. Ayrıca, ihtiyaç duyulan ısıl şartlara ve soğutma kapasitesine bağlı olarak gerekli olan Güneş bacası ve toprak-hava Isı değiştiricisi sayıları ayrıca hesaplanabilir. Bu hibrit sistemlerin, özellikle yaz aylarında veya ılıman iklimli bölgelerde ısıl konforun sağlanması adına yaygın bir biçimde kullanılması beklenmektedir. Bu teknolojilerin avantajları, sınırları ve zorlukları vurgulanmış ve bu konularla ilgili gelecekte ihtiyaç duyulabilecek sistemler önerilmiştir.