Güneş enerjili hava kollektöründe gizli ve duyulur ısı enerjisi depolamanın deneysel incelenmesi

Bu çalışmada güneş enerjili hava ısıtma kollektörünün (GEHIK), duyulur ve gizli ısı depolama yöntemleriyle, termal veriminin ve kullanılabilirliğinin artırılması amaçlanmıştır. Eşzamanlı karşılaştırma yapabilmek amacıyla konvansiyonel düz yutucu plakalı kollektör ve farklı malzemelere sahip iki ısı depolamalı kolektör olmak üzere üçer kolektörden oluşan iki ayrı deney düzeneği hazırlanmıştır. İlk deney düzeneği; düz yutucu plakalı, sadece faz değiştiren malzemeli (FDM) ve FDM+bal peteği kombinasyonu kullanılan kollektörlerden oluşturulmuştur. İkinci deney düzeneği ise; düz yutucu plakalı, kiraz çekirdeği ve öğütülmüş kiraz çekirdeği kullanılan kollektörlerden oluşturulmuştur. Her iki ısı depolama yöntemi ayrı ayrı test edilmiştir. FDM+bal peteği, FDM'lerin kronik sorunlarından biri olan düşük ısı iletim katsayısının artırmak amacıyla kombine edilmiştir. Tarımsal bir atık olan kiraz çekirdeği ise çekirdek ve toz formunda incelenmiştir. Deneyler, doğal konveksiyonda ve 0.008 ile 0.048 kg/s arası debilerde zorlanmış konveksiyon koşulları altında gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, gizli ısı depolamalı (FDM'li) kollektör ANSYS Fluent programıyla nümerik olarak modellenmiştir. FDM ile kiraz çekirdek tozunun beraber kullanımına ilişkin çeşitli karışım oranlarına sahip numuneler diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) testine tabi tutulmuştur. FDM kullanılan deneylerde gün içi termal verim % 8.4 ile % 9.0, günlük termal verim ise % 2.6 ile % 22.3 arasında artırılmıştır. Alüminyum bal peteği kullanımıyla, FDM'nin şarj-deşarj süresi önemli derecede kısaltılmış aynı zamanda FDM sıcaklığında da 10C'ye varan artış sağlanmıştır. Gizli ısı depolamalı deneylerde gün batımından sonra giriş-çıkış sıcaklığının eşitlenmesi düz yutucu plakalı kollektör için yaklaşık 1 saat sürerken FDM'li kollektörler için 6-10 saat arasında değişmiştir. Ancak, sadece FDM ile FDM+bal peteğinin kullanıldığı kollektörlerin verimleri birbirine oldukça yakın çıkmıştır. Kiraz çekirdeği ve tozunun kullanıldığı kollektörlerde güniçi termal verim şarj periyodunda düşük debiye bağlı olarak % -4,7'ye varan azalma olurken yüksek debilerde ise % 10,6'ya varan artış gözlemlenmiştir. Duyulur ısı depolama kullanımı ile günlük termal verim % 2,8 ile % 18,7 arasında artırılmıştır. Duyulur ısı depolamalı kollektörlerin gün batımından sonra giriş-çıkış sıcaklığının eşitlenmesi düz yutucu plakalı kollektöre göre 5-6 saat daha uzun sürmüştür. Kiraz çekirdeğinin ve tozunun kullanıldığı kollektörlerin termal verimleri birbirine oldukça yakın çıkmıştır. DSC sonuçlarında kiraz çekirdek tozu ile FDM'in karışım oranlarına paralel sonuçlar verdiği ve birlikte rahatlıkla kullanılabileceği tespit edilmiştir. Dahası, nümerik modelleme sonuçları da deneysel verilerle paralellik arz etmiştir. Deneysel sonuçlar, tasarlanan GEHIK'larda gizli ısı depolama malzemesi olarak FDM ve FDM ile birlikte bal peteğinin kullanımı, duyulur ısı depolama malzemesi olarak ise kiraz çekirdeği ve tozunun kullanımı ile kollektör termal veriminin önemli ölçüde artırılabileceğini ve kolektörün gün batımından sonra da uzun bir süre kullanılabileceğini göstermiştir.