Water is generally heated in domestic buildings using an immersion-type electric water
heater (EWH) which includes a thermostat installed at the bottom of the tank. Although
these systems are powered by electricity, which is more costly than solar water heating,
they are nonetheless extensively utilized because of their convenience and low
installation costs.
The thermostat position and water set-point temperature are critical for efficient and
economic usage of electric water heaters. Accordingly, the impact of locating the
thermostat at three different altitudes, namely near the bottom, middle, and top of an
EWH, is investigated in this work. In addition, the effect of thermostat set temperature
at the bottom of the tank on the EWH's performance is tested experimentally. During
the experiments, the heated water was discharged at a rate of 5 L/min, and data was
collected. The discharge efficiencies for the thermostat position at the bottom are
found to be higher, whereas the discharge efficiencies for the thermostat positions in
the center and towards the top are quite similar but lower than the one near the bottom.
Water heating for home usage with solar energy is also a well-known and practical
technology that is widely used. Most available systems, on the other hand, have the
solar collector and the hot water storage tank as distinct components, requiring
plumbing and additional thermal insulation for both. Combining the solar collector and
the hot water storage tank into one unit eliminates extra insulation, piping, and hot
spots, and also it requires less space to install the system in buildings. Also, the
integrated solar collector water heaters can be used in colder climates without
antifreeze solution since there is no risk of freezing like in the pipes of flat plate solar
collectors. Accordingly, a novel trapezoidal-shaped integrated solar water heater is
developed and tested in this part of the study. In comparison to the previous design,
the new one allows the end-user to install and use it in a smaller area while maintaining
the same efficiency and cost savings compared to the conventional design.
The temperature profile inside the new storage tank is measured with 33
thermocouples for two different volumetric flow rates, 5 L/min, and 10 L/min, and
compared to the temperature profile inside the old storage tank. Based on the results,
the highest solar intensity and water temperature during the experiments were 890
W/m2
and 54.6 °C, respectively.
ÖZ:
Binalarda su ısıtma genellikle sıcak su tankı alt kımına yerleştirilen termostat bağlantılı
elektrikli ısıtıcılarla sağlanmaktadır. Bu sistemler elektrik enerjisi kullanımından
dolayı daha yüksek çalışma giderlerine sahip olmalarına rağmen, pratik olmaları ve
düşük yatırım maliyetleri sebebiyle yaygın kullanılmaktadır. Elektrikli ısıtıcılı
sistemlerde termostatın pozisyonu ve ayar sıcaklığı, bu sistemlerin verimli ve
ekonomik kullanımı açısından kritik öneme sahiptir.
Bu bağlamda, çalışmanın ilk bölümünde termostatın sıcak su tankı içerisinde alt, orta
ve üst kısma yerleştirilmesinin etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Bunun yanında,
termostatın tank alt kısmına yerleştirildiği durumda, thermostat ayar sıcaklığının
elektrikli su ısıtıcı performansına etkisi de analiz edilmiştir. Deneysel çalışmada su 5
L/dak debide deşarj edilmiş ve bu çalışma koşulunda veri kaydı yapılmıştır.
Termostatın alt kısma yerleştirildiği durumda deşarj verimi daha yüksek bulunurken,
orta ve üst kısma yerleştirildiği durumlarda birbirine yakın verimler elde edilmiştir.
Bina uygulamalarında güneş enerjisi ile su ısıtma da yaygın olarak kullanılan pratik
bir teknolojidir. Ancak bilinen güneş enerjili su ısıtma sistemleri, güneş
kollektörlerinin ve sıcak su tankının ayrı ayrı yer aldığı ve her iki ünite için boru,
bağlantı ekipmanları ve izolasyon malzemelerinin gerekli olduğu uygulamalardır.
Güneş kollektörü ve sıcak su tankının tek bir ünite olarak birleştirilmesi, ilave
izolasyon ve borulama gereksiniminin azalması, kayıpların azalması, ayrıca sistemin
kurulum alanının en aza indirgenmesi için avantaj sağlamaktadır. Bunun yanında, düz
palakalı kollektörlerde olduğu gibi borulama sistemi bulunmadığı için, entegre güneş
enerjili ısıtıcı, borularda donma problemini antifriz kullanıma gerek duymadan
önleyebilmektedir. Bu bağlamda, çalışmanın bu bölümünde yenilikçi trapez-şekilli
entegre güneş enerjili bir su ısıtıcı üretilmiş ve test edilmiştir. Hedeflenen tasarım
kullanıcıya herhangi bir verim ve ekonomik kayıp olmadan, daha küçük alana güneş
enerjili ısıtıcı yerleştirme imkanı verecektir.
Geliştirilen sistemde, 33 adet sıcaklık sensörü kullanarak depodaki suyun sıcaklığı 5
litre/dakika ve 10 litre/dakika debilerde ölçülerek depodaki suyun sıcaklık profili
çıkarılmıştır. Elde edilen sonuçlar geleneksel sıcak su tanklarındaki sıcaklık profili ile
karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Deneyler sırasında ölçülen en yüksek güneş
ışınımı ve tank su sıcaklığı 890 W/m2
ve 54.6 °C olarak belirlenmiştir.
