Seralarda Isıtma Kapasitelerinin Hesaplanmasına Yönelik Bir Bilgisayar Programı

Transkript

1 Seralarda Isıma Kapaselernn Hesaplanmasına Yönelk Br Blgsayar Programı Gürkan Alp Kağan GÜRDİL 1, Kemal Çağaay SELVİ 1, Hasan ÖNDER 2 1 Ondokuz Mayıs Ünverses, Zraa Faküles, Tarım Maknaları Bölümü, Samsun 1 Ondokuz Mayıs Ünverses, Zraa Faküles, Zooekn Bölümü, Samsun ggurdl@omu.edu.r Öze: Sera yeşrclğ her geçen gün popülares gderek aran br arımsal ürem şekldr. Ülkemzde sera yeşrclğnn bölgeler bazında yaygınlaşmasını kısılayan en öneml fakr yöreye a klmsel özellklerdr. Sera yeşrclğnde ısıma gderler ürem malyeler çersnde en öneml unsurdur. Bu nedenle, seralarda ısı gereksnm kapaselernn doğru br şeklde hesaplanması ürem malyelernn düşürülmes açısından son derece önemldr. Bu çalışmada, sera ç ısı gereksnm kapaselern; seranın bulunduğu bölge, yeşrlen ürün, kullanılan örü malzemes, ısıma ssem ve sera aban alanı krerlern dkkae alarak doğru br şeklde hesaplayablen br blgsayar programı gelşrlmşr. Anahar kelmeler: Sera, ısı denges, ısıma ssemler, blgsayar programı A Compuer Program for Calculang Greenhouse Heang Capaces Absrac: Greenhouse s an agrculural producon sysem whch s becomng more popular day by day. The mos lmng mporan facor for deploymen of greenhouse producon sysems among he regons n our counry s merologcal characerscs. Heang coss n greenhouses cover he man par n operang coss. Therefore, calculang he heang coss accuraely s very mporan for decreasng he operang coss. In hs work, a compuer program was developed for calculang he heang requremens of a greenhouse consderng he geographc poson of he greenhouse, ype of produc, ype of cover maeral, ype of heang sysem and he sze of ground area of he greenhouse. Keywords: Greenhouse, hea balance, heang sysems, compuer program GİRİŞ Büün sekrlerde enerj kullanımı, 1970 l yıllardan bu yana en çok önem verlen konulardan brs olmuşur. Dünya genelndek ülkeler, 1973 ve 1979 yıllarındak perol krzlernden sonra, enerj korunumuna lşkn önlemlere yoğun olarak lg gösermeye başlamışlardır. Endüsr, ulaşırma, care, konu ve arım sekrlernde enerj kullanımını azalmanın en ekn yönemlernden brs de, enerj kullanma eknlğn arırmakır. Tarım sekründe brm şlenen ha başına kullanılan enerj mkarı, 1990 yılında 3.96 GJ ken, 1995 yılında 5.30 GJ ve 2000 yılında 6.20 GJ/ha değerne ulaşmışır (Özürk, 2005). Bu enerj ükemnn yıllar baryle gderek arığı gözlemlenmekedr. Enerj kullanım eknlğnn arırılması göz önüne alındığında özellkle seracılık gb yoğun enerj kullanımını gerekren arımsal faalye alanlarında, enerjnn ekn kullanımı daha da önem kazanmakadır. Seralar, klm koşullarının açıka bk yeşrmeye elverşl olmadığı dönemlerde, külür bklernn ekonomk olarak yeşrlmesn olanaklı kılan, bksel ürem çn gerekl olan gelşm emenlern sağlayablen çnde hareke edleblr yapılardır (Çanakçı ve Akıncı, 2007). Ülkemz öneml br seracılık merkez olup, özellkle sezon dışı ürem amacıyla kullanılan seralarda yeşrlen ürünlern kale, mkar ve gelşme süres bakımından, seraların kışın soğuk dönemlerde ısıılması gerekmekedr (Kürklü ve Blgn, 2001). Serada, çevre koşullarından sıcaklığın konrol edlmes çn yapılan ısıma, büyük mkarda enerj gerekrmes nedenyle üzernde en fazla çalışılan konu olmuşur. Isıma harcamaları, bazen ürem masraflarının % 65 ne kadar ulaşablmekedr (Çolak, 2002). Dolayısıyla seralarda mekanzasyon uygulamaları dkkae alındığında, en fazla enerj ükemnn ve buna bağlı olarak şleme masraflarının öneml br bölümünün seraların ısıılması çn harcandığı görülmekedr. Bu nedenle sera ç ısı dengesnn, seradan kaybolan ve kazanılan ısı kapaseler dkkae alınarak hesaplanması gerekmekedr. Böylece sera çn gerekl ısıma kapases belrlenmş olur. Bu çalışmada, sera ç ısı denges; seranın bulunduğu coğrafk konum, yeşrlen ürün, sera örü malzemes, ısıma yönem ve sera büyüklüğü gb paramereler dkkae alarak hesaplayablen br 429

2 blgsayar programı gelşrlmşr. Bu programın ççlere, zraa mühendslerne ve bu konulara lg duyan herkese yararlı olacağı düşünülmekedr. MATERYAL ve YÖNTEM Araşırmada maeryal olarak, seralarda kullanılan bazı malzemelern kalınlıklarına göre düzenlenmş ısı lem drençler Çzelge 1 de verlmşr (Özürk ve Başçençelk, 2002). Çzelge1.Seralarda kullanılan bazı malzemelern kalınlıklarına göre düzenlenmş ısı lem drençler Malzeme d/λ (m 2 K/W) Cam (3,8 mm kalınlığındak sera camı) PVC (1 mm kalınlığında) Yapay cam (acrylglas) (2 mm kalınlığında) Çf cam (Camlar arası 6 mm) Çf cam (Camlar arası 15 mm) Çf cam ( Çelk çerçeve, camlar arası 12 mm) Plask çf yapay plaka (kalınlık 10 mm) Plask çf yapay plaka (kalınlık 5 mm) Yılın sadece belrl dönemlernde kullanılan seralar çn bölgedek aylık klm verlernden yararlanılır. Bununla brlke br sera üm yıl boyunca ürem yapılacak şeklde asarımlanmalıdır. İklm verler seranın kurulduğu bölgeye en yakın meeoroloj sasyonundan sağlanablr. Dış oram sıcaklığının belrlenmesnde, seranın bulunduğu bölgenn klm koşullarına bağlı olarak yılın en soğuk zamanında oluşan en düşük sıcaklıkların oralaması dkkae alınır. Sera ısı gereksnmnn hesaplanmasında, dış oram sıcaklığı olarak aşağıdak nedenlerden dolayı bölgenn mulak en düşük sıcaklık değer kullanılmamalıdır (Özürk ve Başçençelk, 2002). Mulak en düşük sıcaklık sadece kısa br dönem süresnce oluşur. Bkler herhang br olumsuz eklenme olmadan bu sıcaklıka yaşamlarını sürdüreblr. Sera ısı gereksnmnn hesaplanmasında mulak en düşük sıcaklık değer dkkae alındığında, ısıma ssem ekonomk boyua olmayacakır. Türkye nn çeşl yörelernde kurulablecek seraların ısıma yüklernn hesaplanmasında kullanılablecek bazı meeorolojk verler Çzelge 2 de verlmşr (Yavuzcan, 1995). Çzelge 2. Türkye nn çeşl yörelernde kurulablecek seraların ısıma yüklernn hesaplanmasında kullanılablecek değerler İln adı Oralama sıcaklık ( C) Sıcaklığı en düşük aya lşkn Oralama rüzgar hızı (m/s) Güneş enerjs mkarı (MJ/m 2.gün) Adana Adıyaman Analya Aydın Bursa Gazanep Gresun Mansa Mersn Muğla Rze Samsun Şanlıurfa Trabzon Sera ısıma kapasesnn hesaplanmasında kullanılacak olan bazı bklere a uygun sıcaklık değerler Çzelge 3 de verlmşr (Yavuzcan, 1995). Çzelge 3.Serada yeşrlen bazı bkler çn en uygun sıcaklık dereceler Ürün Sıcaklık ( C) Bber Domaes Fasulye Hıyar Palıcan Gül (kesme) Karanfl (kesme) Seralarda ısıma kapaselernn hesaplanmasına yönelk gelşrlen programın akış dyagramı Şekl 1 de verlmşr. 430

3 Ver grlmes: Seranın bulunduğu yöre Yeşrlen ürün Sera örü malzemes Isıma p Sera aban alanı Sera ç ısı denges hesaplanması Çıkış Şekl 1. Hesaplama programının algorması Program sera ısıma kapasesn aşağıdak eşlklere göre hesaplamakadır (Yavuzcan, 1995; Başçençelk ve Özürk, 1996; Anonm, 2009). Sera ısı akımı gereksnm serada kaybolan ve kazanılan ısıların farkından hesaplanmakadır. (1) 1 2 Hayır = Sera ısı akımı gereksnm (W), 1 = Seradan kaybolan oplam ısı akımı (W) 2 = Serada güneş enerjsnden kazanılan ısı (W) Seradan kaybolan ısı mkarı aşağıdak eşlkle hesaplanablr. 1 A* K *( T Td ) (2) A = Cam yada plask alanın oplamı (m 2 ), K = Toplam ısı geçş kasayısı (W/m 2 K) T = Sera ç sıcaklığı (K) Td = Dış oram sıcaklığı (K) Toplan ısı geçş kasayısı, seradan amosfere olan oplam ısı geçş ve havalandırma ısısını karşılayan ısı aşınım kasayılarının oplamıdır. K (3) K K 1 K d 1 1 (4) d K 0.19*v 2 (5) K 1 = Seradan amosfere olan oplam ısı geçş kasayısı (W/m 2 K) K 2 = Havalandırma ısısını karşılayan ısı aşınım kasayısı (W/m 2 K) = Sera ç ısı aşınım kasayısı (W/m 2 K) d = Kullanılan örü malzemesnn kalınlığı (m) = Kullanılan örü malzemesnn ısı lem kasayısı (W/m K) d = Örü yüzeynden amosfere olan dış ısı aşınım kasayısı (W/m 2 K) Ülkemzde seralarda genellkle havalı ve borulu p ısııcılar kullanılmakadır. Ancak, borulu p ısıma ssemnn (kalorferl ısıma ssem) lk yaırım ve enerj malyelernn daha yüksek olmasından dolayı seralarda genellkle havalı p ısııcılar erch edlmekedr. Havalı p ısıma ssemnde sera ç ısı aşınım kasayısı aşağıdak gb hesaplanır. (6) C * A h (7) A *( T Tö ) T * T ö 100 (8) h = Sıcak hava le sera ç havası arasındak ısı aşınım kasayısı (W/m 2 K) = Toprakan örü ç yüzeyne aşınan ısının ısı aşınım kasayısı (W/m 2 K) = Toprakan örü ç yüzeyne ışıyan ısı akımı (W) A = Toprak yüzeyne sabe eden sera örü yüzey alanı (m 2 ) T = Sera örüsünün ç yüzey sıcaklığı (K) ö C = Toprak üs yüzeynn ısıl ışıma kasayısı (W/m 2 K 4 ) A = Toprak üs yüzey alanı (m 2 ) 431

4 T = Toprak üs yüzeynn sıcaklığı (K) Sera örüsünün ç yüzey sıcaklığı aşağıdak eşlken hesaplanablr. Tö 0.43* T Td Td (9) Seradan amosfere olan oplam ısı geçş kasayını hesaplarken örü yüzeynden amosfere olan dış ısı aşınım kasayısı aşağıdak gb hesaplanır. d rü ö (10) rü = Rüzgarın neden olduğu dış ısı aşınım kasayısı (W/m 2 K) ö = Örü yüzeynden amosfere olan ısı aşınım kasayısı (W/m 2 K) Sera oramında kazanılan ısı mkarı aşağıdak eşlken hesaplanablr. I * A * (11) 2 0 ça I 0 = Oralama günlük güneş radyasyonu yoğunluğu (W/m 2 gün) A = Sera çaı alanı (m 2 ) ça = Seraya gelen güneş enerjsnn serada yararlı duruma dönüşen yüzdes (%) dr. Seralarda ısıma kapaselernn hesaplanmasına yönelk gelşrlen blgsayar programı, MS Vsual Basc 6.0 programlama dlnde yazılmışır. ARAŞTIRMA BULGULARI Yukarıda verlen verler ışığında gelşrlen blgsayar programından örnek hesaplamalar aşağıda Şekl 2 ve 3 de verlmşr. Şekl 2 de Samsun yöresnde kurulmuş 500 m 2 aban alanına sahp cam örülü br domaes serası çn hesaplama örneğ verlmşr. Bu sera çn ısıma kapases kw olarak hesaplanmışır. Programla aynı özellklere sahp sera çn Analya yöres koşullarına göre br hesaplama örneğ yapılmışır. Analya yöres çn sera ısıma kapases kw olarak hesaplanmışır (Şekl 3). Şekl 2. Samsun yöresnde kurulu 500 m 2 cam sera çn ısıma kapases hesaplanması 432

5 Şekl 3. Analya yöresnde kurulu 500 m 2 cam sera çn ısıma kapases hesaplanması TARTIŞMA VE SONUÇ Gelşrlen bu programla 1 da domaes serası çn örnek hesaplamalar yapılmış, seçlen llere ve sera örü malzemelerne göre elde edlen sonuçlar aşağıdak çzelgede verlmşr. Havalı p ısıma ssemler sab ve şleme gderlernn kalorferl ısıma ssemlerne göre daha düşük olmasından dolayı örnek hesaplama havalı p ısıma ssemne göre yapılmışır. Çzelgeden de görüldüğü üzere Analya, Mersn, Adana gb güney bölgelermzdek llerde sera ç ısıma gereksnmler dğer bölgelere oranla daha düşükür. Bu nedenle, sera yeşrclğ bu bölgelerde daha yaygındır. Ayrıca, yıl çersndek ürem peryodu daha uzundur. Örneğn, Samsun lnde yüksek ısıma malyelernden dolayı yılın sadece 5 aylık (Mayıs- Eylül) dönemnde sera yeşrclğ yapılmakadır. Bu ürem peryodu daha soğuk bölgelermze doğru gdldkçe azalmakadır. Bu bölgelermzde seracılığın gelşmemesnn başlıca neden ısıma malyelernn yüksek olmasından dolayı seracılığın kazançlı br ürem kolu olmakan çıkmasıdır. Bu nedenle, gelşrlen bu programla sera ısıma malyenn doğru ve prak br şeklde hesaplanmasının bu konuda çalışan herkese yararlı olacağı düşünülmekedr. Çzelge 4. Seçlen ller ve örü malzemelerne göre 1 da domaes serası çn gerekl ısıma kapaseler (kw) Cam (3.8 mm) PVC (1 mm) Yapay cam (acrylglas) (2 mm) Çf cam (6 mm) boşluk Çf cam (15 mm) boşluk Çf cam (12 mm) boşluk Plask çf yapay plaka (10 mm) Plask çf yapay plaka (5 mm) Adana Adıyaman Analya Aydın Bursa Gazanep Gresun Mansa Mersn Muğla Rze Samsun Şanlıurfa Trabzon

6 LİTERATÜR LİSTESİ Anonm, Greenhouse Heang and Venng. hp:// bng01s04.hml, Erşm: Mar 2009 Özürk, H.H Tarımda Yenleneblr Enerj Kaynaklarının Kullanımı. III. Yenleneblr Enerj Kaynakları Ulusal Sempozyumu (YEKSEM2005), Bldrler Kabı: , ISBN: X, Ekm 2005, Mersn, Özürk H., A. Başçençelk, Seralarda Havalandırma. Yayın No: 227. Türkye Zraa Odaları Brlğ. Ankara. ISBN: Başçençelk A., H Özürk., Seralarda Isıma. TEMAV Yayınları No: 1. ISBN: Çolak, A Isıılmayan Br Cam Serada Sera İç Sıcaklık, Çğlenme Sıcaklığı ve Bağıl Nem Desen Üzerne Br Araşırma. Ege Ünv. Zraa Fak. Derg., 39 (3): Çanakçı, M., Akıncı, İ Analya İl Seralarında Kullanılan Havalandırma ve Isıma Ssemler. Akdenz Ünverses Zraa Faküles Dergs. 20(2), Kürklü, A., Blgn, S Güneş Enerjsnn Br Çakıl Taşı Deposunda Depolanması ve Plask Br Tüneln Isıılması Amacıyla Kullanılması Konusunda Br Çalışma. Tarımsal Mekanzasyon 20. Ulusal Kongres Bldr Kabı, s , Şanlıurfa. Yavuzcan, G İçsel Tarım Mekanzsyonu. Ankara Ünverses. Zraa Faküles Yayınları No: Ders Kabı: