Güneş Duvarı (Solarwall) Nedir? Nerelerde Kullanılır?

Güneş enerjisi, günümüzde ısı ve elektrik üretmek amacıyla kullanılmaktadır. Her ne kadar fotovoltaik sistemlerle güneşten elektrik üretimi popülerleşse de, ısıl uygulamalarda güneş duvarı sistemi de her geçen gün yaygınlaşmaya başladı. Bu içeriğimiz de sizlere güneş duvarı sistemini ve nerelerde kullanıldığını derledik.

Güneş Duvarı Nedir?

Güneş duvarı sistemi binaların güneş enerjisi ile ısıtılmasında kullanılan bir sistemdir. Bu sistem trombe duvarına benzerlik gösterse de bundan farklı olarak iç ortama sürekli olarak temiz hava sağlar.

Merkezi havalandırma sistemlerinde bina içinin ısıtlması için kullanılan sistemlerde ön ısıtıcı vardır. Bu ön ısıtıcı dışarıdan alınan temiz havayı nem oranını düşürmek amacıyla ısıtır. Güneş duvarı sisteminde ise ön ısıtıcı görevini her hangi bir enerji tüketmeden pasif olarak güneş duvarı üstlenir. Bu şekilde havalandırma sisteminin enerji sarfiyatı ciddi oranlarda düşer, ve ortama sağlanan taze hava ile de konforlu bir ortam sağlanır.

Güneş duvarı binaların dış yüzeyine monte edildiğinden yıl boyunca binanın ısı kayıplarını da minimuma indirerek bir nevi yalıtım malzemesi görevi görür.

Güneş Duvarının Yapısı

Güneş duvarı, konutların güney cephelerine ısıtılacak hava katmanı oluşturmak amacıyla binanın dış duvarı ile yaklaşık 10 ile 30 cm aralık bırakılarak monte edilir. Güneş duvarının yapısı absorber denilen delikli bir yapıya sahip soğurucu metal bir yüzeyden meydana gelmektedir. Bu da soğurucu yüzey kolektörü olarak isimlendirilir. Genellikle kolektör olarak kalınlığı 1 mm civarında yüzeyi boya veya seçici yüzey ile kaplanmış, ısı iletim katsayısı yüksek alüminyum veya çelik levhalardan meydana gelmektedir. Isı iletim katsayısı yüksek bir diğer malzeme olan bakır ise güneş duvarının uygulamalarında maliyetinin fazla sebebiyle genellikle tercih edilmez.

Absorber soğurucu yüzeyin, belirli bir seçici yüzey ile kaplanmasındaki temel amaç ışınım ile oluşabilecek kayıpları minimuma indirmektir. Güneş duvarının yapısındaki bu soğurucu levha oluklu olarak imal edilmektedir. Bu şekilde ise gelen havanın daha fazla yüzey alanı ile temas etmesi sağlanırken, soğurucu yüzeyin rüzgar gibi diğer dış etkilere karşı da dayanıklılığı arttırılmış olur. Ayrıca soğurucu levhanın da çok ince yapılması güneşin tüm plakayı hızlı ve homojen bir şekilde ısıtabilmesine olanak sağlar.

Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi güneş duvarı, bina yüzeyine, dikey yönde hava akışı oluşturacak biçimde yerleştirilmiştir. Bu sistem, çelik konstrüksiyon üstüne monte edilmiş olan soğurucu absorber yüzey, bunun altında ve üstünde bulunan havalandırma kapakları, güneş duvarıyla bina arasında sıkışan ara bölge, burada ısınan havayı da istenilen bölgelere dağıtacak dağıtım kanalları ve fandan meydana gelmektedir.

Güneş Duvarının Çalışma Prensibi

Güneş duvarlarının çalışma prensibini aşağıda bulunan görsel ile 4 bölgede inceleyeceğiz. 1. bölge, soğurucu plakanın yaklaşık 60-70 cm uzağına kadar olan bölgedir. 2. bölge ise soğurucu levha üzerinde bulunan delikleri, alt ve üst havalandırma kapaklarını oluşturur. 3. bölge ise absorber plaka ile dış duvar arasında kalan kısımdır. 4. bölge ise güneş enerjisi ile 3. bölgede ısınan havanın yükselerek iç ortama dağıtıldığı, dağıtım kapağı, fan ve dağıtım kanalından meydana gelmektedir.

Güneş duvarının çalışma prensibi, mevsimsel farklılık göstermektedir. Öyle ki, çalışma prensibini yaz ve kış uygulaması olarak iki başlıkta inceleyebiliriz. Çünkü bu sistem pasif bir sitemdir ve özellikle kış aylarında bu sisteme ihtiyaç duyulur. Bu yüzden 2 mevsime göre sistemin çalışma prensibi farklıdır.

Güneş Duvarı Kış Uygulaması

Kış uygulamasında 2. bölgede bulunan üst havalandırma kapağı kapalı, alt havalandırma kapağı ve 4. bölge içerinde yer alan dağıtım kanalı kapağı açık konudadır. Konut içerisine giren sıcak hava soğuyarak alçalır ve bir kısmı alt havalandırma kapağı ile dışarı atılır. Geri kalan kısmı da tekrar kullanılmak üzere ara bölge yani soğurucu yüzey ile dış duvar arasındaki kısma girer. Ara bölgeye giren bu hava da 1. ve 2. bölgede ısınan yeni temiz havayla bir araya gelerek 4. bölgedeki dağıtım kanalı ile konut içerisine tekrar girer.

1. bölgeden soğurucu yüzeye temas eden hava, deliklerden içeri girmeye çalıştığından yüzeye temas süresi uzar. Böylece de bu hava daha dış yüzeye temas ederken taşınma ve iletim yoluyla ısınmaya başlar. Isınma olayının yaklaşık %62’si bu kısımda meydana gelir. Deliklerden geçen hava (2.bölge) yine taşınım ve iletim yoluyla ısınmaya devam eder ve bu da toplam ısınma miktarının %28’ni oluşturur. Binanın dış duvarı ile soğurucu yüzey arasında yer alan hava (3.bölge) ve konutun içerisinden geri dönen bir miktar havada burada taşınım ve ışınım yoluyla ısınır. Bu da toplam ısınma miktarının %10’nunu oluşturur. Isınan bu hava da fan yardımıyla veya havanın ısınıp yükselme özelliğiyle üst kısma doğru çekilir ve burada da dağıtım kanallarıyla istenilen ortama gönderilir.

Güneş Duvarı Yaz Uygulaması

Yaz uygulaması ile güneş duvarı konutun serinliği için kullanılabilir. Bu uygulamaya göre alt ve üst havalandırma kapakları sonuna kadar açılır ve dağıtım kapağı kapatılır. Bu şekilde ara bölgede (dış duvarla soğurucu levha arası) bir hava sirkülasyonu sağlanır bu şekilde güneş duvarı sıcak havaya karşı bir kalkan gibi davranır. Ayrıca konutun kuzey cephesinden de açılan bir pencere vasıtasıyla da serin hava konuta girer konutu serin tutulması sağlanır.

Güneş Duvarı Nerelerde Kullanılır?

Güneş duvarı sistemleri birçok ısıl uygulamada kullanılabilir.

Bu sistemler;

• Endüstriyel ve tarımsal kurutma uygulamalarında,
• Konutların ısıtılmasında,
• Havalandırma sistemlerinde ön ısıtıcı yerine kullanılması amacıyla
• Sıcak havanın gerekli olduğu diğer uygulamalarda kullanılır.

Dünya’da Güneş Duvarı Sisteminin Kullanımı

Güneş duvarı sistemleri ön ısıtma amacıyla 1981 yılından bu yana dünyanın çeşitli ülkelerinde kullanılmaktadır. Özellikle de Avrupa,Kanada ve ABD’de, alışveriş merkezi, belediye binaları, okullar ve hayvan çiftlikleri gibi yerlerde kullanılmaktadır. Bunların dışında da sıcak iklime sahip bölgelerde de kurutma amacıyla kullanılmaktadır. Minnesota’da bulunan bir okuldaki sistem ile yıllık yaklaşık %22 oranında bir verim elde edildiği ve Kanada’nın Windsor kentinde kurulan bir sistemden de %28 verim ile 4860 $ tasarruf sağlandığı kayıtlara geçmiştir.

Türkiye’de Güneş Duvarı Sistemleri

Türkiye bulunduğu coğrafik konum itibariyle bir güneş ülkesidir. Türkiye’de ortalama yıllık güneşlenme süresi 2640 saat yani günde ortalama 7,2 saattir. Ortalama toplam ışınım şiddeti de 1311 kW/m2-yıl yani günlük ortalama 3,6 kW/m2 değerindedir.

Güneşlenme süresi ve ışınım miktarı ile Türkiye güneş duvarı sistemi için oldukça uygun koşullara sahiptir. Aşağıda da ülkemizin 10 ilinde alınan iklim verilerini görebilirsiniz.

Kaynak: TÜBİTAK Dergipark

Güneş duvarı sistemlerini derlediğimiz bu yazımızla ilgili görüşlerinizi ve önerilerinizi yorum olarak belirtmeyi unutmayınız.