Güneş enerjisi ısı pompasındaki faz değiştiren madde içeren silindirik enerji deposunun bilgisayarda simülasyonu ve deneysel sonuçlarla karşılaştırılması

Abstract

ÖZET Bölgemizde konutların güneş destekli ve enerji depolu ısı pompası ile ısıtı labilirliğini araştırmak amacıyla bir deney düzeneği kuruldu. Bu çalışmada silindirik'` enerji deposunun performansı deneysel, teorik ve analitik olarak incelenmiştir. Depo mo deli iki değişik kısa süreli enerji depolama tankının nüme rik tanımlanması için geçerlidir. Her iki tankta da enerji faz değiştiren maddelerin (FDM) gizli ısısı şeklinde depo lanmaktadır. Birinci tank şeklinde faz değiştiren madde (FDM) silindirler içerisine yerleştirilmiş ve ısı transfer akışka nı (İTA) silindirlere paralel akmaktadır, ikinci tank şek linde ise içerisinden ısı transfer akışkanı (İTA) geçen bo rular faz değiştiren maddenin içine yerleştirilmiştir. Her iki tank-jşekli de iki boyutlu silindirik koordinat larda matematiksel olarak model lendirilmiştir. Modelin esa sını, geçiş fazı içeren faz değiştiren maddeyi tanımlayabi- len entalpi metodu oluşturmaktadır. Denklem takımları Gauss- Seidel iterasyon yöntemi ile çözülmüştür. Modelin, basit bir faz değiştirme probleminin nümerik ve analitik çözüm sonuç larına göre uygun olduğu belirlenmiştir. Deneyler 1993 ve 1994 ısıtma sezonunda (Kasım-Mayıs) yapılmıştır. Enerji depolama tankının analizi nümerik ve deneysel olarak bilgisayarda yapılmıştır. Bilgisayar simülasyonundan elde edilen sonuçlar sistemin bazı parametreleri için gra fikler halinde verilmiş ve deney sonuçlarıyla karşı laştırıl- mıştır. Ayrıca ısı şeklinde depolanan güneş enerjisinin ısıtma yükünü karşılama yüzdeleri verilmiştir. Anahtar Kelimeler: Güneş enerjisi, günlük enerji depolama, faz değiştiren madde, gizli enerji depo lama tankı, ısı pompası. VI 1

SUMMARY In order to investigate the heating of the buildings in our region with a solar assisted heat pump system coupled with the energy storage tank, an experimental set-up was constructed. In this work the performance of cylindirical energy storage tank were investigated experimentally, theoretically and analytically. The model of tank holds the numerical description of two different short term heat-storage vessels In both vessels the energy is stored in the latent heat of phase-change materials. In one tank the phase-change material is packed in cylinders and the heat-transfer fluid flows parallel to it. In the other tank, pipes containing the fluid are embedded in the phase-change material. Both configurations can be described in a cylindirical way, resulting in a two-dimensional mathematical model. The basis of the model is the enthalpy method in which the transition range of the phase-change material is introduced. The resulting set of equations is solved by means of the Gauss-Seidel iteration process. The model is validated on the basis of a comparison between the numerical results of a simple problem and its analytical solution. Experiments were made during the heating season (from Nowember to May) of 1993 and 1994. The heat storage tank is analysed by using the numerical and experimental results. Selected of computer simulations are drawn versus some parameters of the system and compared with the experimental results. Furthermore, solar heating fractions obtained. Key Words: Solar energy, daily energy storage, phase-change material, latent heat energy storage tank, heat pump. VI 11