Koaksiyal tüplü vakumlu boru kolektör kullanılarak güneşle hava ısıtma sisteminin deneysel araştırması

Güneşten daha sıcak hava neden önemli

Gıdaların ve kerestenin kurutulmasından tesislerin ısıtılmasına kadar birçok günlük işlem sürekli sıcak hava akışları gerektirir. Bu ısıyı sağlamak için fosil yakıtların yakılması hem maliyetleri hem de karbon emisyonlarını artırır. Bu çalışma, dış havayı karmaşık makineler veya sıra dışı malzemeler kullanmadan güvenilir şekilde sıcak havaya dönüştürmek için cam borulu özel bir kolektör türüyle güneş enerjisinden yararlanmanın bir yolunu araştırıyor—kaynama noktasına yakın sıcaklıklara ulaşabiliyor.

Güneş ışığını hareketli sıcak havaya dönüştürmek

Araştırmacılar, güneş enerjisini yakalayıp akış halindeki havaya aktaran bir cihaz olan güneş hava ısıtıcısına odaklanıyor. Çatılarda sık görülen düz, kutu biçimli paneller yerine, vakumlu boru olarak bilinen sıra halinde yuvarlak cam tüpler kullanıyorlar. Her tüp, dışarıya ısı kaybını keskin şekilde azaltan bir termos etkisi yaratan vakum katmanına sahip. Güneş ışığı koyu renkteki iç yüzeyi ısıtır ve küçük bir üfleyici yardımıyla hava bu yüzey boyunca geçirilerek ısının havaya geçmesi sağlanır.

Tüplerin içindeki bir dönemeç

Ana yenilik, havanın her tüp içinde nasıl hareket ettiğinde yatıyor. Havanın tek açık bir boşluktan sürüklenmesine izin vermek yerine, ekip merkez boyunca daha küçük bir metal boru yerleştiriyor ve metal boru ile ısıtılmış cam iç yüzey arasında dar halka şeklinde bir geçiş oluşturuyor. Bu “tüp içinde tüp” düzeni, havanın sıcak yüzeyle daha uzun süre temas etmesini sağlayarak ısı transferini iyileştiriyor. Havanın bu sınırlı yoldan dikkatle yönlendirilmesiyle sistem, aynı güneş ışığından daha fazla faydalı ısı elde ediyor ve karmaşık hareketli parçalara gerek kalmıyor.

Farklı boru uzunlukları ve hava hızlarının test edilmesi

Deneyler Hindistan’ın güneşli Coimbatore kentinde, ortak bir hava giriş ve çıkışına bağlı 20 vakumlu tüp kullanılarak açık alanda gerçekleştirildi. Ekip iki basit ayarı değiştirdi: havanın akış hızı (saatte 50 veya 100 kilogram) ve iç metal borunun uzunluğu (1,5 metre veya bunun yarısı olan 0,75 metre). Güneş ışınımı şiddetini, birçok noktadaki hava sıcaklıklarını ve havayı sistemden geçirmek için üfleyicinin harcadığı ekstra gücü izlemişlerdir.

Hava ne kadar ısındı?

Daha uzun 1,5 metrelik iç borular ve daha düşük hava akışı için sistem, giriş havasını 94 °C'ye kadar ısıttı—sıcak bir tropik öğleden sonradan 50–60 dereceden fazla yüksek. Aynı boru uzunluğunda ancak daha yüksek akışta, maksimum sıcaklık hava daha hızlı geçtiği ve ısınmak için daha az zamanı olduğu için yaklaşık 74 °C'ye düştü. Kısa 0,75 metrelik borular genel olarak daha serin hava üretti; düşük akışta zirve yaklaşık 78 °C, yüksek akışta 69 °C civarındaydı. Basitçe söylemek gerekirse, daha uzun yollar ve daha yavaş hareket daha sıcak hava verdi; daha hızlı akış ise gelen güneş enerjisinin daha yüksek bir kısmını faydalı ısıya çevirirken son sıcaklığı düşürdü.

Faydalı ısı ile çaba arasındaki denge

Sıcaklığın ötesinde, araştırmacılar performansı verimlilikle değerlendirdi: üfleyiciyi çalıştırmak için gereken enerji çıkarıldıktan sonra gelen güneş ışığının ne kadarının kullanılabilir ısıya dönüştüğü. 1,5 metrelik borularda saatlik 50 kg akışla sistem yaklaşık %26 efektif verimlilik elde etti; daha kısa borular biraz daha yüksek, %28’in biraz üstünde performans gösterdi çünkü hava akışına daha az direnç koyuyorlardı. Daha yüksek akış oranları temel termal verimliliği artırdı ancak üfleyici gücünü de yükselterek efektif kazancı azalttı. Bu takas, tasarımcıların gerçek dünya sistemlerini boyutlandırırken “ne kadar sıcak” ile “ne kadar zorlanma” arasında bir denge kurmaları gerektiğini gösteriyor.

Gerçek dünyadaki kullanıma etkisi

Genel olarak çalışma, standart vakumlu cam kolektörlerin içine havayı yönlendirmek için merkezi bir boru eklemenin nispeten basit bir değişiklikle 70–95 °C aralığında güvenilir şekilde sıcak hava üretebileceğini gösteriyor. Bu sıcaklıklar ürün ve kereste kurutma, düşük sıcaklıklı endüstriyel işlemler ve özellikle güneşli bölgelerdeki küçük ve orta ölçekli işletmeler için mekân ısıtması gibi uygulamalara iyi uyuyor. Boru uzunluğunu ve hava akışını ince ayar yaparak işletmeciler daha sıcak hava veya daha yüksek verimlilik arasında tercih yapabilir; bu da güneş hava ısıtıcılarını yakıtlı sıcak hava sistemlerinin pratik, düşük karbonlu bir alternatifi haline getirmeye yardımcı olur.

Atıf: Ravichandran, V., Kumar, P.M., Adaikalasamy, V. et al. Experimental investigation on solar air heating system using evacuated tube collector with coaxial tube. Sci Rep 16, 7923 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39094-2

Anahtar kelimeler: güneş hava ısıtıcısı, vakumlu boru kolektörü, endüstriyel kurutma, yenilenebilir ısı, koaksiyal boru tasarımı