Integrated Solar Water Heater

Abstract

ABSTARCT: Nowadays, water heating by using the solar energy has been spread all over the world. The studies on solar water heating system were stimulated the researchers due to the scarcity of natural energy resources, like fossil fuel and natural gas as well as the rising and rapidly fluctuating prices for these resources. The purpose of this study is to design and manufacture a new storage domestic electric water heater with solar collector in North Cyprus. In this project, the normal cylindrical shape of the storage, which is available in North Cyprus, will be replaced by triangular shape to include the solar collector and the storage in a compact way (i.e., Integrated Solar Water Heater). Moreover, dual heaters will be used to improve the efficiency. Further investigation was done by adding extra dimensions to the solar absorber by extending it to 10cm from the two sides and the bottom. The temperature profiles inside the new storage for two different flow rates were plotted, with and without the solar insolation. Additionally, the performance of the triangular Integrated Solar Water Heater (ISWH) was presented in terms of discharging efficiency and cumulative efficiency. The utilization of this system was studied by calculating the number of persons that can take a quick shower for electrical and solar water heating. The obtained results show that, this system can receives approximately 893 W/m2 of solar insolation with a maximum collection efficiency of 73%. In addition, the maximum discharging efficiency was 98% if amount of water withdrawn during the solar heating process at 12:00 and 14:00. This system would allow the user to get hot water as long as the ISWH can supply hot water above 40°C. If the ISWH is unable to supply hot water above 40°C, then the electric water heater turns on. The electric heater installed at a height of 47cm from the tank bottom will provide a 50L of warm water, which is the sufficient amount of water for one person to take a quick shower, with a discharging efficiency of 85.18%.

Keywords: Integrated solar water heater, Domestic hot water system, Thermal performance, Thermal stratification.

…………………………………………………………………………………………………………

ÖZ: Günümüzde su ısıtma amaçlı güneş enerjisi kullanımı tüm dünyada yayıldı. Fosil yakıtlar ve doğal gaz gibi doğal enerji kaynaklarının kıtlığı yanı sıra bu kaynakların yükselen ve hızla değişen fiyatları nedeniyle, araştırmacılar güneş su ısıtma sistemlerindeki çalışmalarını hızlandırdı. Bu çalışmadaki amaç Kuzey Kıbrıs’ta, yeni evsel güneş kolektörlü ve elektrikli su ısıtmalı bir depolama tasarımı ve imalatıdır. Bu çalışmada Kuzey Kıbrıs’ta kullanılan kesit alanı dairesel sıcak su deposu yerine daha kompakt olması için güneş kollektörünü de içeren (Entegre Güneş Su Isıtıcısı) kesit alanı üçgensel sıcak su deposu kullanılmıştır. Ayrıca, verimliliği artırmak için çift ısıtıcı kullanıldı. Güneş panelinin iki yan kenarı ve alt kenarı 10 cm uzatılarak etkisi araştırıldı. Farklı iki akış hızında, yeni depo içindeki sıcaklık profillerinin grafikleri güneşli ve güneşsiz olarak çizildi. Ayrıca, üçgensel entegre güneş su ısıtıcısının termal performansı boşaltım verimliliği ve kümülativ verimliliği olarak sunuldu. Bu sistemin kullanımı elektrikli ve güneş su ısıtıcılı olarak kaç kişinin hızlı bir duş alabileceği hesaplanarak çalışıldı. Elde edilen sonuçlara göre sistem yaklaşık 893 W/m2 güneş ışınımı almakta ve azami toplama verimliliği %73‟tür. Buna ilaveten suyun saat 12:00 ve 14:00’te çekilmesi halinde güneş ısıtma sisteminin boşaltım verimliliği %98’dir. Entegre güneş su ısıtıcısındaki su sıcaklığı 40°C‟ın üzerinde olması halinde kullanıcı sıcak suyu depodan alabilmektedir. Su sıcaklığı 40°C‟ın altına düşmesi halinde elektrikli su ısıtıcaları devreye girmektedir. Su deposunun alt kısmından 47cm yüksekliğe yerleştirilen elektrikli su ısıtıcısı bir kişilik kısa bir duş için 50 litre ılık suyu %85.18 boşaltım verimliği ile sağlayabilmektedir. Anahtar Kelimeler: Entegre güneş su ısıtıcısı, Evsel sıcak su sistemi, Termal performance, Termal tabakalaşma. DICATION.