Güneş Enerjisi ile Çalışan Adsorblanmalı Bir Soğutma Sisteminde
Transkript
Güneş Enerjisi ile Çalışan Adsorblanmalı Bir Soğutma Sisteminde
Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi TÜRKİYE 10. ENERJİ KONGRESİ GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ÇALIŞAN ADSORBLANMALI BİR SOĞUTMA SİSTEMİNDE ZEOLİT VE SİLİKA JEL KULLANILIMINDA TERMODİNAMİK VE EKONOMİK BAŞARIMIN KARŞILAŞTIRILMASI Derek K.BAKER ve Bilgin KAFTANOĞLU ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümü, Ankara 06531 dbaker@metu.edu.tr ve bilgink@metu.edu.tr ÖZET Güneş enerjili adsorplanma soğutma ( GEAS) sistemine ısıl geri kazanım eklemek toplaçdaki termik yükü azaltır.Toplaçın işletme sıcaklığını düşürmek toplaçın verimini artırır. Bu iki etken de sistem maliyetinin çoğunluğunu oluşturan toplaç maliyetini azaltır. Isıl geri kazanımın en fazla yükseltilebileceği sonsuz sayıda adsorban yatağının kullanıldığı ısıl geri kazanımlı bir ideal adsorplanmalı soğutma döngüsü tanıtılmıştır. Burada, ısıl geri kazanımlı bir ideal adsorplanmalı soğutma döngüsü, tek adsorban yatağı kullanan basit ideal adsorplanma soğutma döngüsü ve termik olarak sürülen tersinir bir soğutma döngüsü için termik performansı tahmin edebilecek matematik modeller sunulmuştur. Toplaç işletme sıcaklığı adsorban-soğutucu çiftinin bir foksiyonudur.Bu üç döngünün performans 0 katsayıları (COP), zeolit-su ve silika jel-su soğutucu-adsorban çiftleri, 60 - 200 C toplaç sıcaklığı aralığı için karşılaştırılmıştır. Basit döngüye ısıl geri kazanım eklemek, döngünün COP’sını 2-8 kat ve silika jel kullanımı da 1.2-1.7 kat artırır. Zeolit yerine silika jel kullanan döngünün COP’sı basit döngü için 0.6 dan 1’e kadar, ısıl geri kazanımlı döngü için ise 1- 4.6 arası değişir. Anahtar Kelimeler: Güneşli sistem, soğutma, adsorplanma, ısıl geri kazanım, zeolit, silica gel GİRİŞ Türkiye’deki soğutma taleplerinin çoğu, yoğun elektrik enerjisi kullanan kompresörlü sistemlerle karşılanmaktadır. Adsorplanmalı sistemler, kullandıkları birincil enerji düşük kaliteli termal( güneş) enerji olduğundan, cazip bir seçenek sunmaktadırlar. Adsorplanmalı soğutma sistemlerinde, su-zeolit gibi birkaç adsorban çifti kullanılabilir. Türkiye’nin geniş doğal zeolit ve güneş enerjisi kaynakları vardır ve bu ikisi güneş enerjili adsorplanmalı soğutma ( GEAS) döngüsünde kullanılabilir. Bu sistem, kompresörlü soğutma sistemlerine göre 423 Türkiye’nin yenilenebilir ve yerli enerji kaynaklarından daha iyi yararlanabilir. Adsorplanmalı soğutma sistemleri ile ilgili bilgiler literatürde görülebilir [1,2,3]. Önceki modellemelere [4] dayanarak, zeolit-su çiftinin kullanıldığı sistemlerde toplaç maliyetleri, yatırım maliyetinin çoğunluğunu oluşturur. Toplaç maliyetini düşürmenin bir yolu da , toplaçdan sağlanan ısıl enerjiyi azaltmak için, adsorplanma döngüsü içinde ısıl enerjiyi geri kazanmaktır. İkinci bir yöntem de, toplaç tarafından sağlanan güneş kaynaklı ısıl enerjinin sıcaklığının düşürülmesidir. Adsorplanmalı soğutma döngülerinde silika jel-su çifti de kullanılabilir. Zeolit-su çiftine göre, silika jel-su çifti toplaçdan daha düşük sıcaklıktaki bir ısıl enerjiye gereksinim duyar ve böylece bu çiftin kullanımı toplaç maliyetlerini düşürür. Bu bildiride, termik olarak sürülen bir tersinir soğutma döngüsünü, basit ideal adsorplanma döngüsünü ve ısıl geri kazanımı olan bir ideal adsorplanma döngüsünü içeren modeller sunulmuştur. Bu modeller, zeolit-su ve silika jel-su çiftinin performansının tahmininde kullanılmıştır. Bu iki çift için göreceli maliyet tahminleri yapılmış ve gerekli sonuçlar çıkarılmıştır. 2. SOĞUTMA DÖNGÜLERİNİN MODELLERİ Termik olarak sürülen tersinir bir döngü ve basit ve tek yatak kullanan bir adsorplanmalı yatak ile ısıl geri kazanım ile ideal adsorplanmalı soğutma döngüsü modelleri dikkate alınmıştır. Bu sistemler, Tc sıcaklığındaki bir toplaçdan Qc ısısını ve soğutulması istenen Tclg sıcaklığındaki kaynaktan da Qclg ısısını alır ve To sıcaklığındaki ortama Qo ısısını verir. Soğutma döngüsünün termik performansı, performans katsayısı (COP) ile ölçülür COPdöngü = Qclg Qc (1) Sistem performans katsayısı (COP) toplaç üzerine düşen güneş enerjisine (Qs) dayalı olarak tanımlanabilir COPsistem = Qclg Qs (2) Burada COPsistem = ηcCOPdöngü ve ηc toplaç alanı (Ac) dikkate alınarak hesaplanan toplaç verimi aşağıdaki gibi bulunur: ηc = FR (τα ) − FR UL (Tc − To ) (3) Qs Ac FR(τα) ve FRU değişkenleri, her toplaçın optik ve ısıl özellikleri belirler. Önemli bir nokta da, bütün toplaçlar için toplaç verimi artan toplaç sıcaklığı ile azalır. Ayrıca, yüksek sıcaklık sağlamak için tasarlanan toplaçlar ( küçük FRUL değeri ile belirlenmiştir ), düşük ve orta sıcaklık sağlamak için tasarlanan toplaçlardan daha pahalıdır. Güneş enerjisi destekli soğutma sistemindeki toplaç işletme sıcaklıklarını azaltan tasarım değişikliği, dolayısı ile toplaç maliyetlerini de azaltır. 424 Tersinir Döngü Sabit sıcaklıklar Tclg, To ve Tc de çalişan bir termik destekli bir soğutma döngüsü için, tersinir döngü teorik olarak en yüksek performans katsayısına (COP) ulaşır. Bu COP, tüm döngüye enerji ve entropi dengesi uygulanarak bulunabilir: T COPter = 1 − o Tc To − 1 Tclg −1 (4) Özellikle, bu yöntem döngüyü oluşturan ögelere dayanmadığı için tüm termik güçle çalışan sistemler için geçerlidir. Basit İdeal Adsorplanma Döngüsü En basit adsorplanma döngüsü, soğutucu buharını alternatifli olarak kondensere yollayan ve evaporatörden soğutucu buharı alan tek bir adsorban yatak kullanır. Soğutucu, kondenserden evaporatöre bir kesme vanasından ( throttling device) geçerek akar. Adsorbanın doyum kapasitesi Cµ,s denge konumunda Cµ,s ≡ mads/mα olarak tanımlanır, burada m kütleyi ve alt semboller ads ve α adsorplanmış soğutucu ve adsorbanı gösterir. Doyum kapasitesi, adsorban sıcaklığı Tα ve soğutucu buhar basıncı Pv nin bir fonksiyonudur; yani Cµ,s = Cµ,s(Tα, Pv). Doyum kapasitesi, azalan Tα ve artan Pv ile artar. Her gün, adsorban yatağının dört ayrı durumunu tanımlayan T1, T2, T3 ve T4 sıcaklıklardan geçerek bir termodinamik döngüsünü tamamlamaktadır. Kondenser ve evaporatörün içindeki sıcaklıklar ve basınçlar sabit olup To ve Pkond, Tclg Pevap değerlerine eşittir. İncelenen durumda, adsorban yatağında termodinamik denge kabul edilmiştir, böylece Tclg < To = T3 < T4 < T2 < T1 = Tc, Pkond = Psat(To), ve Pevap = Psat(Tclg), burada Psat sıcaklığın bir fonksiyonu olan soğutucunun doyum basıncıdır. 1 Nolu konumda, adsorban yatağı en yüksek sıcaklığa ısıtılmıştır ve Pkond basıncında ve Cµ,s,1 = Cµ,s,min en düşük doyum kapasitesindedir. Kondenser sıvı soğutucu ile doluyken, evaporatör sadece soğutucu buharını içerir. Bu döngü aşağıdaki aşamalardan oluşur: 1 2: Sistemin ögeleri arasında bir soğutucu alışverişi olmadan, adsorban yatağı çevreye ısı transferi ile T2 ara sıcaklığına soğutulur. Kapalı adsorban yatağında , bir miktar soğutucu adsorplanır. Yataktaki basınç, doyum kapasitesini çok az etkileyerek (dCµ,s = 0 ) Pkond ‘den Pevap ‘ e iner. 2 Nolu konumdaki sıcaklık Cµ,s(T2, Pevap) = Cµ,s(T1, Pkond) ilişkisi ile sabitlenmiştir. 2 3: Adsorban yatağı T3 en düşük sıcaklığına inene kadar çevreye olan ısı transferi ile soğutulur. Doymuş sıvı soğutucu kondenserden çıktıktan sonra kesme vanasından akar ve doymuş bir buhar olarak kaynadığı evaporatöre gider, takiben adsorplandığı yatağa ulaşır.Adsorplanma yatağı Pkond sabit basıncında soğur ve doyum kapasitesini en yüksek değere olan Cµ,s,3 = Cµ,s,max’a çıkarır. Evaporatördeki kaynama ısısı, bu döngü içindeki soğuma ile sağlanır. 425 3 4: Adsorban yatak ara T4 sıcaklığında güneş enerjisi ile ısıtılır ve bu sırada sistem ögeleri arasında bir soğutucu alışverişi olmaz. Kapalı adsorban yatağında bir kısım soğutucu, desorplanma sonucu doyum kapasitesini fazla değiştirmeden (dCµ,s = 0) yataktaki basıncı Pevap den Pkond ‘e artırır. 4 Nolu konumdaki sıcaklık, Cµ,s(T4, Pkond) = Cµ,s(T3, Pevap) bağıntısı ile belirlenmiştir. 4 1: Adsorban yatağı güneş enerjisi ile ısıtılmaya devam eder. Soğutucu, adsorban yatağında desorplanır ve yoğuştuğu ve toplandığı kondensere gider. Adsorban yatağının ısıtılması Pkond sabit basıncında devam eder. Güneş toplaçından adsorban yatağına ulaşan ısı transfer farkı, genel enerji dengesi kullanılarak: dQc − hv δ mkond = d U β + dUα + d Uads (5) Burada, hv and δmkond adsorban yatağından ayrılan desorplanmış soğutucu buharının entalpi ve kütlesini gösterir. U toplam iç enerjiyi, alt sembol β ise adsorban yatağının kabuğunu işaret eder. dUβ adsorban yatağının kabuğunun tasarımı ile belirlenir. dUα ve dUads terimleri ise adsorban ve soğutucu seçimlerine bağlıdır. Ideal olarak dUβ, dUα ve dUads ‘ye göre ihmal edilebilir. Bu basit döngü için adsorban ve soğutucunun mümkün olan maksimum COP üzerindeki etkilerini incelemek için sınır varsayımları yapılmıştır(dUα and dUads) >> dUβ ≈ 0. δmkond = -mαdCµ,s, mads = mαCµ,s dikkate alarak, adsorblanma ısısını hads = hv – uads olarak tanımlayarak ve özgül ısıyı c ile gösterirsek, (5) Nolu denklem aşağıdaki gibi yazılabilir: ( ) dQc = mα cα + cads Cµ ,s dT − hads mα dCµ,s (6) Her döngü için sabit bir soğutma yükünü karşılamak için gereken adsorban kütlesini hesaplamak için evaporatör üzerinde bir enerji dengesi uygulanmıştır. Burada kesme işleminin aynı entalpide yer aldığı kabul edilmiştir. mα = Qclg ( hv ,T clg − hl ,T o )( Cµ ,s,max − Cµ ,s,min ) (7) Burada alt sembol l doymuş sıvıyı göstermektedir. Denklem (6)’nın, Qc ‘yi bulmak için 31 üzerinde integrali alınmalıdır. Isı Geri Kazanımlı İdeal Adsorplanma Döngüsü Yukarıda tanıtılan basit ideal adsorplanma döngüsü için, aynı sıcaklık aralığı için 13 arasında adsorban yatağından ve 31 arasında adsorban yatağına ısı transferi meydana gelir. Bu da ısı geri kazanımı için bir fırsat olduğunu akla getirir. Isıl geri kazanımı en fazla sağlayacak yöntem, Şekil 1 de görüldüğü gibi döngü içinde adsorbanı sonsuz adsorban yatağı arasında bölmektir. Isıl geri kazanımlı bir ideal döngünün ana fikri sunulduktan sonra ayrıntılı bir matematiksel modele geçilecektir. Herhangibir zamanda, birisi soğutmada diğeri de ısıtmada olmak üzere iki adsorplanma yatağı aynı sıcaklıktadır. Bunlara adsorplanma yatak çifti denir. Her adsorplanma yatağı, döngü içinde Şekil 1 de görüldüğü gibi saat yönünün aksine 426 olarak bir yatak çiftinden diğerine ilerlediği düşünülebilir. Bu adsorban çifti için, tersinir ısı transferi, soğutulan adsorban yatağından ısıtılan adsorban yatağına geçer. Adsorban yatağı içinde ısıtılan ve desorbe olan soğutucu, kondenser akımında toplanır. Kondensere girmeden, kondenser akımı kondenser sıcaklığına indirilir. Bu işlem, ısıtılan adsorban yataklarının azalan sıcaklığı arasından geçirilerek yapılır. Kondenser akımından adsorban yataklarına tersinir ısı transferi oluşur. Benzer bir şekilde, bir evaporatör akımı da kondenserden çıkar. Bu akımdan çıkan sızıntı adsorplanma işlemi devam eden adsorplanma yataklarını besler. Evaporatör akımı, soğutulan adsorban yataklarına artan sıcaklık sırasına göre beslenerek ısıtılır. Soğutulan adsorban yataklarından evaporatör akımına tersinir bir ısı transferi meydana gelir. Şekil 1: (a) Çift oluşturan iki adsorban yatağın ayrıntıları;(b) Isıl Geri Beslemeli bir Adsorplanma Sisteminin Şeması T sıcaklığındaki adsorban yatak çiftinin fazla termik enerjisi, adsorban yatak çiftine geri dönüşü olmadan transfer edilir. Bu fazla termal enerji, adsorban yatak çiftlerine, enerji tükenene kadar giderek azalan sıcaklıklarda geri dönüşü olmadan kaskatlanır. Bu fazla termik enerji, en düşük sıcaklıktaki yatak çiftinden çevreye atılır. Güneş toplaçından bir adsorban yatak çiftine ısı transferi ancak bir termik enerji açığı olursa meydana gelir. Sıvı-buhar ısı değiştirgeçi (ID), kondenserden çıkan sıvı soğutucuyu soğutmada ve evaporatörden çıkan soğutucu buharını ısıtmakta kullanılır. Sıvı-buhar ID’deki sıvı ve buhar kütle akım hızları aynı olmasına rağmen, sıvı akımı sadece To dan T > Tclg‘e soğutulur. Bu arada, özgül ısılardaki fark nedeniyle buhar akımı Tclg den To’a ısıtılır. Geliştirilen matematiksel model sadece bir döngü içindir. Her adsorban yatağı bütün konumlardan geçer ve böylece herhangibir konumdan geçen toplam adsorban kütlesi, sistemde bulunan toplam adsorban kütlesine (mα) eşittir. T sıcaklığındaki bir adsorban çiftinin mümkün olabilecek ısıl etkileşimleri, güneş toplaçından dQh, T + dT sıcaklığındaki çiftten Qp,gir , ve T – dT sıcaklığındaki çiftten Qp,çik dir. Kondenser buhar akımı dT < 0 kadar soğutulur ve mkond kadar toplam kütle akım hızı vardır. Benzer şekilde, evaporatör buhar akımı dT > 0 kadar ısıtılır ve mevap kadar toplam kütle akım hızı vardır. Soğutucu kütlesinin δmkond kadar fark kütlesi ısıtılmakta olan adsorban yatağından desorplanır ve adsorban yatak çiftinin kondenser akımı çıkışına eklenir. Benzer şekilde, soğutucunun δmevap fark kütlesi adsorban yatak çiftinin evaporatör akımının girişinden sızabilir ve soğutulan adsorban yatağının içinde adsorplanabilir. Isıtılan ve soğutulan adsorban yataklarının özellikleri altsemboller htg ve clg kullanılarak 427 gösterilmiştir. Isıtılan ve soğutulan adsorban yatakları dThtg > 0 ve dTclg < 0 sıcaklık değişimlerini içerir. Jenerik bir adsorban yatağındaki temel enerji dengesi aşağıdaki denklemi verir: dQc + Qp,gir − Qp,çik + mkond − mevap hv T + dT − hv T − dT 2 2 (8) ( ) ( ) ( ) +hv δmevap − δmkond = d Uβ + Uα + Uads + Uβ + Uα + Uads htg clg ( ) ( ) ( ) Denklem (8) To ≤ T ≤ Tc, dQc(T) ≥ 0 ve dQc(T) koşullarına bağlıdır ve Qp,çik(T) ≥ 0 ‘daki minimum değerini alır. Denklem (8), bazı basitleştirmeler ve varsayımlar yapılarak daha uygun bir hale getirilebilir. Yataklar dThtg = -dTclg olacak şekilde dağıtılabilir. Bütün adsorban yatakları kabuk ve adsorban malzemeleri bakımından aynı olduklarından, dUβ,htg + dUβ,clg = 0 ve dUα,htg + dUα,clg = 0. İki adsorban yatağının aynı sıcaklıkta olması durumunda, basınç farklılıklarından kaynaklanan doyum kapasitesi farklılıkları sonucu: dUads,htg + dUads,clg ≠ 0. Doyum kapasitesini kullanarak ve dT = dThtg = -dTclg > 0 tanımlayarak ve (dCµ,s)htg < 0, (dCµ,s)clg > 0, mads = mαCµ,s, δmkond = -mα(dCµ,s)htg, ve δmevap = mα(dCµ,s)clg bilgisi ile, Denklem (8) aşağıdaki hali alır: dT − Cµ,s dQc + Qp,gir − Qp,çik = mα cads Cµ,s htg clg (9) −mα hads dCµ,s + dCµ,s − c p,v mkond − mevap dT htg clg ( ( ) ( ) ) ( ( ) ) Burada, cdT = du = dh sıkıştırılamaz maddeler ( katı ve sıvı) ve cpdT = dh sıkıştırılabilir maddeler ( buhar) için kullanılmıştır. mkond ve mevap terimleri ise: Tc ,Pkond mkond = − ∫ mα dCµ ,s (10) T ,Phtg Tc ,Pkond mevap = − ∫ mα dCµ ,s (11) T ,Pclg Burada, Phtg ve Pclg ,T sıcaklığında bulunan adsorban yataklarının iç basınçlarıdır. Her adsorban yatağı, basit ideal adsorplanma döngüsünde olduğu gibi dört kararsız işlevden geçtiği şekilde modellenmiştir. T1, T2, T3 ve T4 sıcaklıkları bu dört işlevin son konumlarını tanımlamakla beraber, adsorban yatak çiftlerinin üç termik rejimini de sonuçlandırır. Aşağıdaki açıklama, To = T3 < T4 < T2 < T1 = Tc (karşılık olarak T3 < T2 ≤ T4 < T1) özelliklere sahip olanlar için geçerlidir. Bunlar en yüksek COP’ları üretir. Bu termik rejimlerin açıklamaları: Sadece Desorplanma (T2 < T ≤ T1): Adsorban yatağı, ısıtma 41 işlevinden geçerken, 12 soğutma işlevinden geçer. T = T1, Qp,gir için, mkond ve mevap sıfıra eşittir 428 Desorplanma ve Adsorplanma (T4 < T ≤ T2): Adsorban yatağı, ısıtma 41’i takip ederken, 23 işlevlerini takiben soğur. Sadece Adsorplanma (T3 ≤ T ≤ T4): Soğuyan adsorban yatağı, ısıtma 34 işlevlerini takip ederken, 23 işlevlerin takip eder . T = T3 için, Qp,çik ısı transferi çevreye gider; yani Qp,o = Qp,çik(To). Bir döngü için toplaçtan adsorplanma yatak çifti’ne geçen ısı transferi, Denklem (9)’u 3’den 1’e integrali alınarak bulunur. Ayrıca, adsorban yatakları çevresinde alınan bir sınır için, bir döngü için enerji dengesi Qc = Qp,o verir. Kondenser, evaporatör, kesme vanası ve sıvı-buhar ID’i, basit adsorplanma döngüsünde olmadığı gibi, kararlı bir akım olarak çalışır. Sıvı-buhar ID etrafında bir sınır çizildiğinde, kesme vanası ve evaporatör, ve evaporatörden çıkan kızgın soğutucu buhar ideal gaz olarak davranırsa ve böylece entalpisi sıcaklığın fonksiyonu olursa, denge denklemi: ( ) Qclg = mα hlv ,To Cµ,s,max − Cµ ,s,min (12) Burada hlv buharleşma entalpisini gösterir. 3. ANALİZ VE SONUÇLAR 2. kısımda sunulan modeller soğutucu-adsorban çifti olarak su-zeolit için Tclg = 100C, To = 300C, ve 60 ≤ Tc ≤ 2000C olarak uygulanmıştır. Sentetik zeolit 3A için adsorplanma bilgileri kullanılmıştır. Adsorplanma ısısının sabit olup 4000 kJ/kgα ‘a eşit ve orta ve yüksek zeolit fiyatlarının $0.50/kg ve $4.50/kg [4] olduğu kabul edilmiştir. [5] ‘ de sunulan silika jel 3A için adsorplanma ve adsorplanma ısısı bilgileri kullanılmış ve orta ve yüksek silika jel fiyatlarının $3.37/kg [6] ve $20.16/kg [7] olduğu kabul edilmiştir. Şekil 2(a)’da, döngü COP’sı zeolit ve silika jel için toplaç sıcaklığının bir fonksiyonu olarak,tersinir döngü ( adsorban maddesinden bağımsız olarak), ısı geri kazanımlı ideal adsorplanma döngüsü, ve basit ideal adsorplanma döngüsü için verilmiştir. Özellikle, silika jel kullanımı sonucu döngü COP’sı, zeolit kullanılan basit döngüdeki tüm toplaç sıcaklıklarındakine eşit veya daha fazladır. Zeolit, bütün toplaç sıcaklıklarında ısıl geri kazanımlı ideal adsorplanma döngüsü için daha yüksek döngü COP’sına sahiptir. Bu nedenle, ısıl geri kazanımlı sistem zeolit için silika jele göre daha yararlıdır, ve bu yararlılık toplaç sıcaklığı ile artar. 1500C toplaç sıcaklığının altındaki sıcaklıklarda silika jelin basit döngü için daha yüksek döngü COP’sı olmasının sebebi, silika jelin birim kütle başına daha yüksek bir doyum kapasitesi değişikliğine ve daha küçük adsorplanma ısısına sahip olmasıdır. Isı geri kazanımlı ideal adsorplanma döngüsü için silika jelin daha düşük döngü COP’sının olmasının sebebi, adsorplanmanın daha geniş sıcaklık alanında meydana gelmesi ve bu ısıl rejimde çıkan adsorplanma ısısının, 429 sıcaklık artışı için kullanılamamasıdır. geri kazanılabilmesi buharlaşma ısısı için 10.00 Zeolit/Silica Gel Oranları (Hacimi ve Maliyeti) 10.0 COPdöngü ancak 1.0 COPter COPısg,z COPbasit,z COPbasit,sg COPısg,sg 80 100 120 140 160 0.10 0.01 60 0.1 60 1.00 180 80 100 120 200 o 160 180 200 Mz,orta/Msg,orta Mz,yük/Msg,orta o Toplaç Sıcaklığı ( C) (a) 140 Toplaç Sıcaklığı ( C) Vz/Vsg Mz,orta/Msg,yük (b) Şekil 2: (a) Döngü COP ve (b) karşı Toplaç Sıcaklığı (V = Hacim; M = Maliyet; ter = tersinir; ısg = ısı geri kazanımı; z = zeolite; sg = silica gel; yük = yüksek) Isıl geri kazanımlı ideal adsorplanma döngüsünde, silika jel yerine zeolit için, her adsorplanma yatak çifti açısından daha iyi bir ısıl uyum vardır. Yüksek ve orta maliyetleri dikkate alarak, Şekil 2(b)’de zeolit/silika jel oranları hacım ve maliyet cinsinden, toplaç sıcaklığının fonksiyonu olarak sunulmuştur. Bu 0 oranların döngü tipinden bağımsız oldukları görülmektedir. 150 C altındaki bütün sıcaklıklarda, zeolitin silica jele gore daha fazla hacım kapladığı, fakat yüksek zeolit/orta silica jel maliyet oranı hariç, zeolitin maliyeti bütün sıcaklıklar için 0 düşüktür. 150 C altındaki bütün toplaç sıcaklıklarında, hacımdaki farkın nedeni silica jelin doyum kapasitesindeki değişikliğin fazlalığıdır. Buradaki maliyetlerdeki farkın nedeni silica jelin birim kütlesinin maliyetinin fazla olmasıdır. TARTIŞMA VE SONUÇLAR Tersinir termik soğutma döngüsü,basit ideal adsorplanma soğutma döngüsü ve ısı geri kazanımlı ideal adsorplanma soğutma döngüsü için matematik modeller sunulmuştur. Modeller, zeolit-su ve silica jel-su adsorban-soğutucu çiftlerinin ısıl performansının (döngü COP) ve adsorban maliyeti tahmininde kullanılmıştır. 0 60-200 C toplaç sıcaklığı aralığında ve basit döngü için, ısı geri kazanımlı sistem döngü COP’sını zeolit için 2 - 8 arası artırır. Silika jel için bu artış 1.2-1.7 olur ve toplaç sıcaklığı ile sürekli artar. O Toplaç sıcaklıkları 150 C’den az olursa , basit döngülü sistemde COP silika jel için zeolitten daha fazladır, ancak bütün toplaç sıcaklıkları için ısıl geri kazanımlı döngüde zeolit için COP silika jele gore daha fazladır. Böylece, silica jel için basit döngü COP’sı, zeolitinkinden daha fazladır. Zeolit için ısıl geri kazanımlı döngü COP’sı, silica jele gore daha fazladır. Isıl geri kazanımlı döngü COP’sı silica jele 0 gore zeolitte çok daha fazladır.80 C’de zeolit tarafından kaplanan hacım silica jele O gore 6 kat fazladır ve bu oran 150 C’den fazla toplaç sıcaklıkları için 1’e kadar düşer. Yüksek zeolit maliyetı ve orta silika jel maliyeti dışında, zeolit maliyetinin 430 silika jel maliyetinden düşük olduğu tahmin edilmiştir. Bütün durumlarda, silika jelin göreceli maliyeti toplaç sıcaklıklarının artması ile artar. 0 Elde edilen sonuçlar, 100 C’nin altındaki toplaç sıcaklıklarında basit döngülü silika 0 jelin tasarım basitliği açısından daha uygun olabildiğini gösteriyor. Ancak, 100 C altında daha yüksek döngü COP’sı elde etmek için, daha yüksek toplaç sıcaklıklarında çalışan ısıl geri kazanımlı ve daha gelişmiş bir tasarımı gerektiren zeolit sistemi gereklidir. KAYNAKÇA 1. K. Sumathy, K.H. Yeung, and Li Yong, Technology Development in the Solar Adsorption Refrigeration Systems, Progress in Energy and Combustion Science, vol. 29, pp. 301-327, 2003. 2. A.O. Dieng, R.Z. Wang, Literature Review on Solar Adsorption Technologies for Ice-making and Air-conditioning Purposes and Recent Developments in Solar Technology, Renewable & Sustainable Energy Reviews, vol. 5, pp. 313-342, 2001. 3. Z. Kivrak, S. Ülkü, S. Beba and B. Seyrek. Enerji Depolama ve Hava Kurutmada Doğal Zeolitlerden Yararlanma, Işı Bilimi ve Tekniği Dergisi, vol. 8, pp. 23-28, 1986. 4. Baker, D.K. and B. Kaftanoğlu, "Predicted Impact of Collector and Zeolite Choice on Thermodynamic and Economic Performance of a Solar Powered Adsorption Cooling System ", Submitted to the journal Experimental Heat Transfer, 2005. 5. Ng, K.C., H.T. Chua, C.Y. Chung, C.H. Loke, T. Kashiwagi, A. Akisawa, and B.B. Saha, Experimental Investigation of the silica gel-water adsorption isotherm characteristics, Applied Thermal Engineering, vol. 21, pp. 1631-1642, 2001. 6. www.jakesmp.net, Accessed February 2006. 7. www.cwaller.de, Accessed February 2006. 431