Isı kazancı olarak güneş ışınımının teorik ve deneysel analizi

Abstract

İnsanoğlu, fosil enerji kaynaklarının giderek azaldığı, enerji maliyetlerinin arttığı ve iklim değişikliği ve çevresel kaygıların olduğu bir süreçte binalarda konfor şartlarını sağlamak için artan enerji talebiyle karşı karşıyadır. Çünkü binaların soğutma yüküne göre iklimlendirme sistemleri büyük miktarlarda enerji tüketmektedirler. Camdan geçen güneş ışınımının, soğutma yükünün önemli bir kısmını oluşturmaktadır. Dolayısıyla camdan geçen güneş ışınımının doğru belirlenebilmesi, binalarda enerji tüketimi açısından son derece önemlidir. Bu çalışmada ısı kazancı olarak güneş ışınımı analiz edilmiş ve camdan geçen güneş ışınım miktarları Türkiye için hesaplanmıştır. Önce, yüzeye gelen güneş ışınım bileşenlerinin belirlenmesi için güneş ışınım hesaplama modelleri incelenmiştir. Yatay düzlem difüz ışınım hesaplama modelleri için en iyi modelin Erbs ve ark. modelinin olduğu belirlenmiştir. Difüz ışınım oranı ve berraklık indeksi arasındaki ilişki kullanılarak yatay düzlem difüz ışınım hesabı için yeni bir model önerilmiştir. Yatay düzleme gelen güneş ışınımı ölçümleri kullanılarak, farklı eğimdeki güneş ışınım bileşenleri literatürdeki güneş ışınım modelleri ile hesaplanmaktadır. Dik düzleme gelen toplam güneş ışınım miktarı, farklı güneş ışınım modelleri çaprazlanarak hesaplanmış ve 90º eğimli düzlem ölçüm verileri ile karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada, 90º eğimli düzlem için Bugler difüz ışınım modelinin uygun olduğu belirlenmiştir. Mahal soğutma yükünün hesaplanmasında gerekli olan Güneş Isı Kazanç Faktörü (SHGF) ve Güneş Soğutma Yükü (SCL) değerleri, güneş ışınım modelleri ve uzun yıllara ait ölçüm verileri kullanılarak Türkiye'de değişik enlemlerde yer alan 71 il için tespit edilmiştir. Ayrıca Şanlıurfa'da deneysel bir düzenek kurularak camdan geçen güneş ışınımı belirlenerek teorik sonuçlarla kıyaslanmıştır. Deneysel ölçüm değerlerinin teorik hesaplanan değerlerle uyumlu olduğu görülmüştür. Hesaplanan değerler, 40ᵒ kuzey enlemi için literatürde ASHRAE tarafından verilerin değerlerle karşılaştırılmıştır. Literatür değerlerinin ölçüm ve ölçüm sonuçlarına göre hesaplanan değerlerden önemli sapmalar gösterdiği tespit edilmiştir. Tablolarda sunulan SHGF ve SCL değerlerinin enerji ve yapı sektörü için yararlı veriler olup iklimlendirme sistemlerinin kurulum ve işletme maliyetlerini düşürmek için önemli katkılar sağlayacaktır.

Mankind is faced with increased energy demand to ensure comfort conditions in buildings in the process of fossil energy sources are increasingly decreasing, energy costs are rising, and climate change and environmental concerns are on the way. Because, the air conditioning systems consume large amounts of energy according to the cooling load of the buildings. Solar radiation passing through the glass constitutes a significant part of the cooling load. Therefore, the accurate determination of the solar radiation passing through the glass is extremely important in the calculation of energy consumption in buildings. In this study, solar radiation was analyzed as heat gain and the amount of solar radiation passing through the glass was calculated for Turkey. First, solar radiation calculation models have been examined to determine the solar radiation components incident to the surface. It has been determined that the best model for horizontal plane diffuse radiation calculation is Erbs et al. model. Using a relationship between the diffuse radiation ratio and the clearness index, a new model for the horizontal plane diffuse radiation calculation is proposed. By using the solar radiation measurements incident horizontal plane, the solar radiation components at different slopes are calculated by the solar radiation models in the literature. The amount of total radiation incident to the vertical plane was calculated by intercrossing the different solar radiation models and compared with the 90 ° inclined plane measurement data. In this study, it was determined that the Bugler diffuse radiation model is suitable for the 90 ° inclined plane. The Solar Heat Gain Factor (SHGF) and Solar Cooling Load (SCL) values required for calculating the cooling load of a room have been determined for 71 provinces located in different latitudes in Turkey using solar radiation models and long year's measurement data. In addition, an experimental setup was established in Şanlıurfa and the solar radiation passing through the glass was determined and compared with the theoretical results. Experimental measurement values were found to be consistent with theoretically calculated values. Calculated values were compared with the values given by ASHRAE in the literature for 40ᵒ North latitude. It has been determined that the literature values show significant deviations from the values calculated according to measurement and measurement results. The SHGF and SCL values presented in tables are useful data for the energy and building sector and will provide significant contributions to reduce the installation and operating costs of air conditioning systems.