Bugünkü yaşam standartlarında doğal kaynakları koruyarak ve düşük emisyonlar oluşturarak enerji ihtiyacının karşılanması için yenilenebilir enerji kaynaklarının yoğun olarak kullanımı şarttır. Somut bir ifadeyle mimari tasarımlar ve tesisat mühendisliği için güneş enerjisinin farklı amaçlar ile kullanımı bu açıdan çok önemli bir konu haline gelmiştir.
İçindekiler
Bu bölüm, güneş enerjisi sistemlerinin kullanım suyu ısıtması için tasarlanmasına, üretilen bağımsız olarak yardımcı bilgiler sunmayı hedeflenmektedir. Bu bölümde bahsedilen planlama esasları VDI 6002 normuna dayanmaktadır.
Ön sistem tasarımı burada verilen bilgilere göre yapılmalı, gereksinimler ve diğer tüm parametreler dikkate alınarak tekrar kontrol edilmelidir. En uygun yöntem bilgisayar destekli simülasyon programları ile optimizasyonun yapılmasıdır.
Güneş enerjisi sistemi doğru olarak tasarlanmasının ardından her bileşen için, devreye alma, bakım ve fonksiyon testleriyle ilgili tüm üretici kılavuzları dikkate alınmalıdır. Sıcak su sistemlerinde hijyen, tasarım ve uygulama esasında dikkate alınması gereken en önemli konulardan birisidir. Bu bölüm, ana uygulama alanı olan kullanım suyu ısıtma sistemlerini incelemektedir.
Güneş Enerjisinin Toplanması
Güneş en yüksek konumda iken dünya yüzeyine düşen küresel ışınımın enerji yoğunluğu 1.000 W/m²’nin biraz üzerindedir. Bunun bir kısmı yayılı (yansıma ve atmosfere yayılma yoluyla oluşan) bir kısmı da doğrudan ışınım olarak dünya yüzeyine ulaşır. Doğrudan ışınım, yansıtıcı sistemler kullanılarak toplanabilir. Yayılı ışınımın yani güneş enerjisinin tamamı toplanamaz.
Şekil 1’de dünya yüzeyine düşen yıllık güneş ışınımı miktarı bölgesel olarak gösterilmiştir. Şekil 2’de belirtilen ortalama değerler güneş enerjisi teknolojileri ile faydalanılabilecek enerji potansiyeli hakkında fikir verebilir.
Güneş enerjisi ile kullanım suyu ısıtması yapan küçük ölçekli sistemlerde güneşe doğru yönelim (azimut) ve eğim açısındaki değişim güneş enerjisi kazancında her zaman çok büyük kapasite kaybı yaratmaz (Şekil 3). Kolektör alanının engellerle (bina, ağaç vb.) ya da diğer kolektörlerle gölgelenmesi güneş enerjisi kazancında çok büyük negatif etkiye sahiptir. Bu yüzden kolektörlerin gölgelenme durumu mutlaka kontrol edilmelidir.
Gölgeleme, kolektörün montaj yerindeki ufuk çizgisinin belirlenmesi ile güneş pozisyonlarının diyagramından saptanabilir. Şekil 4’te bu diyagramın basitleştirilmiş bir şematik gösterimi mevcuttur. İlkbahar ve sonbahar aylarında sabahları kısmi gölgeleme ve kışın belirgin gölgeleme gösterilmektedir. Bu çeşit bir gölgeleme, güneş enerjisi kazancı, simülasyon programı ile hesaplanırken göz önünde bulundurulmalıdır. Çatıda değişiklik planlanırken güneş kolektörleri için düşünülen ya da uygun olan çatı alanlarının gölgelenmesi engellenmelidir.
Türkiye Güneş Verileri
Türkiye’nin her bölgesinde güneş enerjisinden faydalanmak mümkündür. Türkiye’de yıllık güneş ışınımı 1.000 kW/m² arasındadır. Güneş ışınımı haritası (Şekil 5), bölgelere göre hesaplanan yıllık ortalama güneş enerjisi miktarını göstermektedir.
Bina tesisatında güneş enerjisi sistemleri, kullanım suyu ısıtması ve istenirse ısıtmaya destek ve yüzme havuzu ısıtması için kullanılmaktadır. Kullanım suyu ısıtmasında güneş enerjisi sistemleri günümüz koşullarında ekonomiktir., enerji tasarrufu sağlar ve çevreyi kirletmez. Bu nedenle kullanımı yaygındır. Kullanım suyu ısıtması ile beraber ısıtma desteği sağlayan güneş enerjisi sistemleri ise giderek yaygınlaşmaktadır.
Güneş enerjisinin elektrik eldesi için kullanımı ise özellikle teşvik programları ile desteklenerek yaygınlaşmaktadır. Yüksek verimlere ulaşabilmek için bu alanda yapılan çalışmalar devam etmektedir.
Güneş enerjisi ile toplanan güneş ışınımının çok önemli bir kısmı, ısı üretiminde kullanılır. Bu uygulama, yakıt tasarrufu sağladığı gibi zararlı gaz emisyonları ile çevrenin kirletilmesini de önler.
Güneş Enerjisi Sisteminde Binanın Konumu Neden Önemlidir?
Binanın konumu, kışın mümkün olduğunca fazla güneş ışınımı yakalama ve yazın gölgeleme sağlamak amacıyla önemlidir. İdeal konumlandırma için güney yönünü belirleyip evin uzun cephesinin bu yönle uygun açıyı yapması sağlanmalıdır. Yazın gölgeleme elde etmen için güneş yönü ile bina arasına kışın yapraklarını döken ağaçlar yerleştirilebilir. Bu sayede sonbaharda ağaçlar yapraklarını döktüğünde güneş ışığının evin içine ulaşması sağlanır. Çam, sedir ağacı veya diğer yapraklarını dökmeyen ağaçları kuzey ve doğu yönlere rüzgârı kesmesi için yerleştirmek mümkündür. Ağaçsız alanlarda rüzgâr ve fırtına etkisini azaltmak için çeşitli yapılar ve çevredeki binalar kullanılabilir.
Şehirde bir ev tasarlanıyor ise, güneşin arazi üzerinde izlediği yol dikkate alınmalı ve gelecekte yapılabilecek binaların gölgeleme etkisi göz önünde bulundurulmalıdır.
Güneş Enerjisi Sisteminde Binanın Yalıtımının Önemi
Yalıtımsız ve infiltrasyon kaybı fazla olan bir bina enerji verimliliği açısından elverişli değildir. Enerjiyi muhafaza etmek, üretmekten daha ekonomiktir. Yazın soğutma yükleri yüksek bir binada, tavan arasında ışınım ile oluşan ısı kazancını azaltacak önemler almak gereklidir.
Güneş Enerjisi Sisteminde Pencere Tasarımının Önemi
Pencereler evin pasif güneş kolektörleridir. Dikey yerleştirilmiş olan camlar kışın düşük eğimli gelen güneş ışınlarını geçirirken, yazın dik gelen ışınları almamaktadır. Böylece normal bir mimari ile en yüksek güneş enerjisi verimliliği elde edilir.
- Camların büyük bölümü binanın güney cephesine (en uzun cephe) yerleştirmek faydalıdır.
- Dengeli bir pasif ısıtma yaklaşımında güney cephedeki cam yüzey alanı, normal şartlarda toplam döşeme alanının %7’sini geçmemelidir. Eğer geçiyorsa gece oluşacak ısı kaybının dengelenebilmesi ve gündüz saatlerinde konforsuzluğun önlenebilmesi için, iç mekanlarda ilave ısı depolayıcı yapı bileşenleri kullanılmalıdır. Normal şartlarda duvar, döşeme, tavan ve mobilyalarda depolanan ısı enerjisi yeterli olmaktadır.
- Mümkün olan en yüksek kalitedeki camlar seçilmelidir. Üç camlı ve Kripton gazı dolgulu camlar en verimli olanlardır ve gece ısı kayıpları düşüktür.
- Evin güney cephesinde veya ışınım toplayıcı olarak kullanılması düşünülen pencerelerde düşük verimli camlar kullanılmamalıdır.
- Evin hakim rüzgarın etkisinde olan cephesindeki ve tam karşı cephesindeki pencerelerin açılır tasarlanması gece saatlerinde evin serinletilmesi için faydalı olacaktır. Pasif soğutma sistemlerinde pencereler büyük önem arz etmektedirler. Pasif olarak iklimlendirilen bir evde bazı pencerelerin doğal havalandırma yapabilmesi için açılabilir olması gerekmektedir. Ancak unutulmamalıdır ki, açılabilir pencereler ısı kaybı yaratırlar ve ilk yatırım maliyetleri sabit pencerelere göre daha fazladır. Bu sebeple en verimli sistemi elde etmek için birkaç pencerenin açılabilir seçilmesi yeterli olacaktır.
- Kuzey, kuzeydoğu ve kuzeybatı yönlerdeki cam yüzeyleri sınırlı tutulmalıdır.
- Güney yönünde de aşırı miktarda cam yüzeyinden kaçınılmalıdır çünkü aşırı cam yüzeyi aşırı ısı kazancı anlamına gelir.
