Güneş enerjisiyle çalışan açık çevrimli absorpsiyon model bir soğutucunun iklimlendirme amaçlı geliştirilmesi

Güneş enerjisi çok geniş uygulama potansiyeline sahip olmasından dolayı alternatif enerji kaynağı olarak oldukça dikkat çekmektedir. Çevresel kontrol ve enerji ekonomisi söz konusu olduğunda güneş enerjisinin bu gereksinimini karşılayacak fonksiyonlara sahip olduğu görülür. Dünya çerçevesinde konuya yaklaşıldığında binaların ısıtılması ve soğutulması ile ilgili olarak güneş enerjisinin kullanımındaki tek amaç konvensiyonel enerji kaynaklarını korumaktır. Konvensiyonel sistemlerde enerji tüketiminin yüksekliğine karşılık birçok güneş enerjili sistem ekonomik üretim sınırlarına ulaşıp ticari olarak üretimleri gerçekleştirilmektedir. Güneş enerjisinin uygun alanlarda kullanılmaları ile enerji ekonomisi sağlanabileceği, sanayici ve tüketici açısından güneş enerjisi kullanımının çeşitliliğine ve çevre korumasına katkıda bulunacağı açıktır. Güneş enerjili sistemler sadece ısıtma veya soğutma amaçlı kullanılmak yerine bu işlemlerin birleştirilmesi ile daha ekonomik duruma ulaşırlar. Güneş enerjisi hem iklimlendirme/serinletme hem de gıdaların korunması uygulamalarında yeterli soğutma üretebilecek durumdadır. Belli iklim periyotlarında yoğun gelen güneş ışınlarından yaralanılarak ısıl konfor arayışları da karşılanabilir. Güneş enerjisi ile soğutma etkisi yaratan değişik yöntemler vardır. Sıvı nem alıcılar ile çalışan absorpsiyon çevrimli sistemler, katı nem alıcılar kullanan absorpsiyon çevrimli, güneş enerjili Rankin motoru ile buhar sıkıştırmalı çevrim, fotovoltaik panellerden aldığı elektrik ile çalışan kompresörlerin bulunduğu buhar sıkıştırmalı çevrim ve geceleyin pasif soğutma bu yöntemlere örnektir. Güneş enerjili absorpsiyonlu iklimlendirme/soğutma sistemleri mekanik sıkıştırmalı sistemlere göre elektrik enerjisi gereksinimini açısından avantajlı durumdadır. Absorpsiyonlu sistemler akışkanın aktığı ortama göre açık ve kapalı olmak üzere sürekli veya kesikli çalışma biçimlerine sahiptir. Kesikli soğutma iki ayrım çalışma biçimini içerir: Regenerasyon ve soğutma. Birinde generatör ve absorber birleştirilirken diğerinde kondenser ve evaporatör birleştirilir. Bu kesikli enerji kaynağı olan güneş enerjisi için uygun bir soğutmadır. Absorpsiyonlu sistemlerde soğutkan-nem alıcı karışımı olarak H20-NH3, LiBr-H2O, CaCl2-H2O, trietilen glikol-su vs. kullanılabilir. Bu karışımlar birbiri ile yüksek kimyasal ilgiye sahiptir. Sistem dizaynında karışımın seçimi dikkatli yapılmalıdır. Sıvı nem alıcıların katılara oranla tasarımda esneklik sağlamak açısından avantajları vardır. Nem alıcılarda istenilen bazı özellikler şunlardır: Toksik olmaması, yanıcı olmaması, kokusuz olması, ısıl ve kimyasal kararlı olması, korosif olmaması, kolay bulunulurluk ve düşük maliyetli olmak. Kapalı absorpsiyonlu soğutma çevrimi ısı değiştiricileri tarafından birleştirilen iki ayrı işlem dalını gerektirir: Bunlar soğutma işlemi ve ısı transferi dalıdır. Açık çevrimli absorpsiyonlu soğutma çevriminde ise bu dallar birleştirilir. Açık çevrimde kapalı çevrimdeki kondenser elemine edilir. Yıl boyu kullanım özelliğine sahip, etkinlik ve ekonomik açıdan çekici olan güneş enerjisi, açık çevrimli soğutma uygulamalarında geniş potansiyele sahiptir. Açık evaporatif ve açık regenerasyon soğutma işlemi olmak üzere iki değişik uygulama şekli vardır. Güneş enerjili açık evaporatif iklimlendirme işlemi nem alma/nemlendirme esasına dayanır. Dış veya iç ortamdan içeriye alınan hava katı ya da sıvı nem alıcıdan geçirilerek nemi alınır ve duyulur ısı değişimi ile ve de evaporatif olarak soğutulur. Kullanılan güneş enerjili kolektör konstrüksiyonunun basitliği, geliştirilebilecek termodinamik verimlilik ve kullanım kolaylığı nedenleri ile açık çevrimli absorpsiyonlu sistemler tercih nedeni olurlar. Absorpsiyonlu bu metod düzlemsel kolektörlerin düşük sıcaklıklardaki kullanılırlığı nedeni ile termodinamik açıdan soğutma makinesinin en uygunudur. Açık regenerasyon soğutmanın temel elemanları; güneş kolektörü / regeneratör, absorber ve evaporatördür. Bu soğutma, evaporatörde bir dış kaynaktan soğutkanın buharlaştırılması ile olur. Bu çalışmada güneş enerjili açık evaporatif tip serinletme sistemi tasarımı yapılmıştır. Sistem; güneş enerjili havalı kolektör, regeneratör, absorber, evaporatif soğutucu, pompa ve fanlardan oluşmaktadır. Ege Üniversitesi Güneş Enerjili açık evaporatif tip serinletme sisteminde CaCl2-H2O ikili karışımı kullanılmıştır. Çözelti konsantrasyonu %40 olarak belirlenmiştir. Sistemde yapılan deneyler ile tüm çalışma noktalarında sıcaklık ölçümleri alınmış, regeneratör etkinliği, absorber kapasitesi ve sistem soğutma kapasitesi araştırılmıştır. Güneş ışınımı, çevre sıcaklığı ve nemi, rüzgar hızı, çözelti konsantrasyonu ve sıcaklığı deney sonuçlarını etkileyecek parametreler arasında sayılabilir. Bu sistemde yapılacak küçük değişiklikler ile iyileştirilmiş verim sonuçları almak mümkündür. Sistemde absorbere giren ortam havasının nemi alınır, böylece havanın mutlak nemi azalırken kuru termometre sıcaklığı kullanılan soğutkan nem alıcı karışımının özelliğine göre artar veya bu deneylerde olduğu gibi sabit olabilir. Evaporatif soğutucu havanın mutlak nemini arttırırken kuru termometre sıcaklığını düşürür. Bu işlemin adyabatik olarak gerçekleştiği kabul edilir. Buradan sonra hava direkt olarak soğutulacak ortama gönderilebilir. Bu nem alma-nemlendirme prosesi yaz aylarında etkili bir serinletme fonksiyonunun yanında kış aylarında hacim ısıtma amaçlı kullanılabilir. 24 saat mümkün olmayan güneş enerjisi sebebi ile güneş enerjili sistemlerde görülen bu dezavantaj, açık çevrimli sistemlerdeki fakir ve zengin çözelti toparlama ile giderilebilir. Sistem daha kompakt hale getirilebilir. Sistemde kullanılan Cel-Dek yapı ile olumlu sonuçlar elde edilirken, ileri çalışmalar için daha farklı yapıların incelenmesi ve ekonomikliliğin denenmesinde yarar vardır. İklimlendirme/serinletme uygulamalarında güneş enerjisinin kullanılabilirliği çok açıktır. Çevresel kaygılar düşünüldüğünde temiz enerji kaynağı olarak adlandırabileceğimiz güneş enerjisi bu alandaki uygulamalar için geliştirilmeye uygun durumdadır.