ANTALYA DA YENİLENEBİLİR VE ALTERNATİF ENERJİ KAYNAKLARIYLA ÖRTÜALTI TARIMSALALANIN ISITMA UYGULAMASI

Transkript

1 ANTALYA DA YENİLENEBİLİR VE ALTERNATİF ENERJİ AYNALARIYLA ÖRTÜALTI TARIMSALALANIN ISITMA UYGULAMASI Ali eal YAUT Erkan DİMEN Aet ABUL ÖZET Yapılan bu çalışayla, örtüaltı tarısal üretiinde Türkiye'de ilk defa birden fazla yenilenebilir enerji kaynağı ile atık ısının, enerji kaynağı olarak elezlenerek kullanılası tasarlandı. AkdenizÜniversitesi bünyesinde bulunan lik bir seranın ısıl konforunun ısı popası yardııyla sağlanıştır. Antalya da şubat aylarında güneş ve jeoteral kaynaklardan otoasyon planına göre çalışan ısı popasında ortalaa OP: 3,5 elde ediliştir.güneş ve jeoteral kaynaklarından elde edilen enerjiler ısı popası yardııyla daa kullanışlı ale getirilesi için sistetasarıı yapılıştır. Sonuçta, yapılan tasarı tarısal üreti paraetrelerine uyu sağlayarak,tü yıla yayılan tarısal üretiyapılabilecek,iktar,veri ve gelir yönünden sektöre katkı sağlayacağını tespit edildi. Anatar elieler: Isı Popası, Örtü Altı Tarı, Isıta, ABSTRAT In tis study, ore tan one renewable energy and waste energy ave been designed as a ybrid syste. Te use of renewable energy for greenouse eating in winter elps to conserve green far environent and save fossil fuels. Teral requireents were satisfied by eat pup on our pilot plant. Based upon te easureents ade in te eating ode, in February, averageeating OP wasobtained3,5. It is clear tat, ore efficient use of renewable resources was acieved by using eat pup. Te results sowed tat, te utilization of eat pup is suitable for greenouse eating in tis district. eywords: Heatpup, AgriculturalGreenouse, Heating 1. GİRİŞ Günüüzde ısıta/soğuta teknolojileri örtü altı tarıcılıkta öne kazanaya başlaıştır. Dış ve son zaanlarda iç pazardaki tüketicilerin doğala yakın ortalarda, doğal yöntelerle yetiştiriş ürünlere talepler etkisiyle odern örtü altı (sera) tarıcılığa ilgi artaya başlaıştır. Modern sera işletelerinde sera yapısı, ısıta sistei, uzan personel katkılarıyla, tüketicilerin taleplerine uygun üreti yapabilekte ve uygun fiyatlara satış yapabilektedir. Isıta sektörünün geleceğini bu aaçla kullanılan enerji belirleyecektir. Günüüzde bu enerji çoğunlukla klasik enerji kaynakları olarak adlandırılan fosil yakıtlardan karşılanaktadır. lasik enerji kaynaklarındaki azala ve buna bağlı olarak bu enerji kaynaklarının fiyatının gittikçe artası bizleri yeni ucuz ve çevreyi koruyan enerji kaynaklarını bulaya itiştir. Bu nedenle de enerji aliyetlerinin ısıta sistelerinin seçiini ve kullanıını etkileyen en öneli paraetrelerden biri olduğu

2 söylenebilir. Bir başka deyişle enerji aliyetlerindeki artış daa verili ciaz (daa az enerji sarf eden bir başka deyişle daa yüksek verili) ve sistelerin kullanılası gerekliliğini doğuruştur. Bunun yanında Fosil yakıtların kullanılası sonucu ortaya çıkan çevre kirliliği ve küresel ısına sorunları evcuttur. Fosil yakıtların yakılası sonucu ortaya çıkan ürünler (O 2, O, NO x, SO 2,..) insan sağlığını ve doğayı tedit etektedir. yoto anlaşası gereğince O 2 seviyelerini düşürek isteyen ülkeler O 2 eisyon değerlerinin düşürülesi için tedbirler alaktadır [1]. Yapılan bu çalışada e bitkinin talebi olan sıcaklığı sağlaak için farklı ısı kaynakların enerjisinden yararlanacak şekilde bir ısıta sistei tasarlanış, uygulanış ve sonuçları sunuluştur. 2. SERAYA URULAN ISI POMPALI SİSTEM Isı popası Akdeniz Üniversitesi Ziraat Fakültesine ait bir serada uygulandı. Çalışılan serada günüüzde yaygın olarak kullanılan çelik profil iskeletli, calı ve güneş perdeleri evcuttur lik bir alana saip seranın ısıtası ısı popasıyla sağlanıştır. Isı popalarının tasarıı ve fizibilite çalışaları literatür araştıralarında elde edilen sonuca göre siste tasarlanıştır [2-7]. Prototip olarak kuruluş ısıta sisteinde ısı popası çalışıştır. Isı deposuna kış evsiinde ısı kaynakları yeterli geldiğinden azotlu ısıta kazanı sadece test aaçlı kullanılıştır. Sisteininkoplike çalışası ve gerekli verilerin toplanası için PL li bir otoasyon sistei kuruluş ve otoasyon yazılıı geliştiriliştir. Sera içinde farklı noktalarınave gidiş-dönüş atlarına sıcaklık sensörleri yerleştiriliştir. Bu sistein çalışası esnasında 23 sıcaklık, 3 adet ne, 2 adet debi-etre sensöründen elde edilen datalar kaydediliştir. Gündüzleri güneş etkili olduğu zaanlarda ısı deposunun sıcaklığı artırıştır. Güneşin etkili oladığı durularda öncelikli toprak kaynaklı sisteden, yağurlu ve çok soğuk günlerde sondajdan ısı deposuna ısı enerjisi kaynağı sağlanıştır. 3. ISI POMPASI SİSTEMİNİN ÇALIŞMA ARATERİSTİLERİ Bir ısı popasının enerji (Terodinaiğin I. Yasa) analizini yapak için öncelikle sistein çalışa karakteristiklerini belirleek gerekir. Isı popalarının veriinin değerlendirilesinde, en yaygın kullanılan ölçüt ısıta perforans katsayısı (OP) ve enerji (ya da terodinaiğin birinci yasası) veriidir. Isıta dönei boyunca çalışan örtüaltı ısıta sisteinden elde edilen verilere göre enerji analizleri ısı popası, toprak altı ısı kaynağı, Yeraltı suyu kaynağı ve güneş enerjisi için ayrı ayrı inceleniştir. Şekil 1 de tesisat şeası gösterilen ısı popası sisteinde kopresöre arcanan güç aşağıdaki eşitlikten esaplanır [8]. W r 2 η 1 (1) opresör tarafından tüketilen gerçek enerji ise aşağıdaki forülden esaplanabilir. W Wg (2) ηc,ηc,e

3 Şekil 1. urulan sistee ait şeatik gösterii Burada µ c, ve µ c,e sırasıyla kopresörün ekanik ve elektriksel veriidir. Sistein ısıta kapasitesi Terodinaiğin I. anununa göre, kondenserden atılan ısı iktarıyla kopresör tarafından arcanan gücün farkı olarak tanılanıştır [9]. Q Q W (3) E Yukarıdaki 3 nuaralı denkle, kondenser, evaporatör ve kopresör arasındaki bağıntıyı verektedir. Burada tarafından atılan ısı ve Q E evaporatör tarafından çekilen ısı (soğuta kapasitesi), Q kondenser W kopresör gücüdür. Bu eşitliğe göre, evaporatörden çekilen ısı ile kopresöre arcanan gücün toplaı, kondenserde elde edilen ısıya eşittir. forüllerden de belirlenebilir. Q ve E Q aşağıdaki

4 Q Q E r r (4) (5) Bir ısı popası sisteinde, kopresörden biri zaanda geçen soğutucu akışkan debisi sistein kapasitesini belirler. Isıta kapasitesi bilinen bir ısı popası sisteinde akışkan debisi aşağıdaki eşitlikten belirlenir. r 1 Q 4 (6) Bir soğuta akinesi veya ısı popasının ısıl değerlendiresi, soğuta perforans katsayısı (OP) ile yapılır. Isı popası çevrii için OP aşağıdaki gibi tanılanır [8]. elde edilek istenen iş Q Q OP (7) arcanan iş W Q Q Terodinaiğin II. anununun, tersinir soğuta çevrii için OP değerini aşağıdaki şekilde tanılaaktadır. OP T T T H L H (9) Burada T H, yüksek ısı kaynağı sıcaklığı ve T L düşük ısı kaynağı sıcaklığıdır. Her iki sıcaklıkta elvin cinsindendir. Denkle (9) ile belirlenen OP değeri, T H ile T L sıcaklıkları arasında çalışan bir ısı popasının alabileceği en yüksek değerdir. Bu sıcaklık sınırlarında çalışan tü gerçek ısı popalarının perforans katsayıları daa düşük olacaktır [8]. E 4. ISI POMPALI ISITMA SİSTEMİNİN ENERJİ ANALİZİ Isı popası sisteinin birinci kanun analizinin yapılarak evaporatör sıcaklığı, kondenser sıcaklığı ve evaporatör basıncı gibi siste perforansını etkileyen değişken paraetreler ile OP nın değişiinin inceleniştir. Bu aksatla sistein er bir eleanına terodinaiğin birinci kanun analizi uygulanıştır ve Tablo 1 de verilen denkleler (eşitlikler) kullanılıştır. Isıta sisteinin çalışası esnasında aşağıda belirtilen kabuller yapılıştır: opresör ve boru atlarındaki basınç kayıpları ial ediliştir. ondenser ve evaporatördeki basınç kayıpları ial ediliş olup buralardaki faz değişileri sabit basınçlarda gerçekleşektedir. opresördeki sıkıştıra adyabatik olarak gerçekleşektedir. Soğuta sisteinde dolaşan soğutucu akışkan debisi sabittir. Siste eleanlarından dış ortaa ısı transferi oladığı kabul edilektedir. Soğutucu akışkan genleşe valfinde sabit entalpide genleşektedir. ondenserden dış ortaa ısı transferi olayıp ısının taaı suya verilektedir. Dış ortadan evaporatöre ısı transferi olayıp ısının taaı sudan alınaktadır.

5 Tablo 1. Isı popalı ısıta sisteinin enerji analizinde kullanılan denkleler AÇILAMA DENLEMLER opresör Genleşe Valfi ref ref ' ref W ref koprs koprs ondenser ref sera Evaporatör sera kaynak Jeoteral Isı aynağı (Toprak kaynaklı) Jeoteral Isı aynağı (Yeraltı suyu kaynaklı) toprak sondaj Q Q toprak güneş toprak sondaj Güneş Enerjisi güneş Q güneş güneş 5. ARAŞTIRMA BULGULAR urulan pilot tesis ocak ayından itibaren ısıta dönei içerisinde çalıştırıldı. Geliştirilen prototip ısıta sistei sayesinde pilot örtüaltı alan 24 saat gözeti altında tutularak örtüaltı alan sıcaklığının 17 üstünde kalası sağlandı. Bu ısıta dönei içinde02 03 Mart gününe ait sisteverileri aşağıda grafikler alinde veriliştir. Şekil 2 de pilot örtüaltı alanın dış ava sıcaklığına bağlı olarak değişii gözlelenektedir. Pilot tesis otoasyon sisteinde örtüaltı alan sıcaklığı 16 nin altına düştüğünde ısıta sistei devreye girekte ve örtü altı alan sıcaklığı 18 nin üzerine çıktığında ısıta sistei devreden çıkaktadır. Şekil 3 de görüldüğü gibi ısıta sistei saat 19:30ile 06:30 arasında çalışıştır. Isı popasının çalışırken seraya giden ve dönen suyun sıcaklığı şekil 3 de gözükektedir. Isı popasının çalıştırıldığında seraya ısıta sisteinin rejie gire süresi iki buçuk saat sürektedir. Gece boyunca ortalaa 5 derecelik sıcaklık farkıyla serayı ısıtaya deva etiştir. Şekil 4 de ısı popası çalışırken ısı kaynaklarının sıcaklığının zaana bağlı değişii görülektedir. Gün içinde depolanan enerji sonucu sıcak su deposu sıcaklığı 25 o sıcaklığına ulaşıştır. Isıtanın başlaasıyla birlikte sıcak su deposunun sıcaklığı periyodik olarak azalaktadır. Saat 01:40 dasıcak su deposu sıcaklığının kritik bir noktaya ulaşası sonucu öncelikli toprak kaynaklı siste devreye giriştir.daa sonra yer altı su kaynağı devreye giriştir. Yer altı su kaynağı devreye girdikten sonra, bu kaynak e pilot örtüaltı alanın ısıta itiyacını karşılarken sıcaklığının 14 o nin altına düşediği tespit ediliştir. Şekil 5 de25 adet kolektörlügüneş enerjisinden aktarılan bu ısının depodaki suyun sıcaklığı üzerindeki etkisinin zaana bağlı değişii gösterilektedir. Pilot tesisin ısıtılasında sıcak su deposu sıcaklığı 10 o sıcaklığa kadar düşekte, güneş enerji sistei sayesinde yaklaşık 28 o sıcaklığa ulaşıştır. Bu günlerde öğle saatlerinde güneş radyasyonu ile kazanılan enerjinin aktarıında güneş enerji sisteinin devreye gire sıcaklığı 40 o, devreden çıka sıcaklığı ise 30 o olarak ölçüldü. Güneş kolektörleri devreye girdikten sonra akışkan sıcaklığı tü gün boyunca 25 o nin altına düşeden çalıştığı tespit edildi.

6 Şekil 2.Dış Hava ve Sera Sıcaklığının Zaana Bağlı Değişii Şekil 3.Sera Gidiş ve Dönüş Isıta Suyu Sıcaklıklarının Zaana Bağlı Değişii

7 Şekil 4.Isı aynaklarının Sıcaklığının Zaana Bağlı Değişii Şekil 5. Güneş Enerjisine ait su deposunun Sıcaklığının Zaana Bağlı Değişii

8 Şekil 6.Isıta Tesir atsayısının (OP) Zaana Bağlı Değişii Şekil 6 da pilot tesisin siste OP değerinin zaana bağlı değişii görülektedir. Deney süresince sistein OP 3-4,5 arasında değişiştir. Güneş enerjisinin deposunda sıcaklığı yüksek olduğundan OP en yüksek değerden başlaıştır. Depodaki su sıcaklığı düştükçe OP değerleri düşüştür. Toprak kaynaklı eşanjörden ısı çekerken ortalaa OP:3,5 değerindedir. Yer altı su kaynağından sabit sıcaklıkta sürekli kaynaka sağlandığından ısı popasının OP: 4,1 değerindedir. SONUÇ Günüüzde seraların iklilendirilesinin önei gün geçtikçe artaktadır. Son yıllarda ısıta ve soğuta uygulaalarında ısı popası sisteleri öne kazanaktadır. ullanı ve uygulaa kolaylığı açısından piyasada öneli bir yere saiptir. Özellikle küçük ve büyük kapasiteli ısı popaları uygulaalarında diğer sistelere göre daa az elektrik enerjisi tüketesinden dolayı ilerleyen zaanda enerji piyasasında öneli yer tutacağı açıktır. Denee yaptığıız ısı popasına üç farklı ısı kaynağı kullanıldı. Bunlardan güneş enerjisi desteği ısı depouzu yüksek sıcaklığa çıkartabilesi ideal olasına rağen ısıta sisteinin itiyacını karşılayacakgüneş kolektörleri öneli derecede yüzey alanlarını kaplaaktadır. Bunun yerine sistee takviye olası aacıyla kullanılayan alanlarda ve tesis çatılarına ideal sayılarda yerleştirilesi uygundur. Toprak kaynağında, toprağın ısıl direnci, boruların göüldüğü etre ve uygula şakilerine değişkenlik gösterektedir. Yapılan çalışaya seralarda kış boyunca geceleri yaklaşık 10 saate yakın ısıta itiyaç duyulduğu göz önüne alındığında uygulanasında aliyet ve zorluklar diğer sistelere göre fazladır. En sonuncusu olan sondajın ısı kaynağı kullanılası bu tip sisteler için ideal gözükektedir. Buradaki en büyük proble yeraltından istenilen debide suyun çıkartılası ve geri gönderilen suyun yer altındaki suyun sıcaklık dengesini bozaası gerekektedir. Yapılan deneelerde yer altından çıkan suyun sıcaklığı o arasındadır. Seralarda kullanıın artasıyla, kullanılan diğer ısıta sistelerin (LNG, fuel-oil, otorin, katı yakıtlı) daa az kullanılası ve böylece çevreye olan zararlı eisyonların (O 2, SO 2, NO x ) azaltılası söz konusu olabilecektir. Seraların ısıtılasında enerji sarfiyatı büyük bir kısı ısıta sistelerinde kullanıldığı dikkate alınırsa, verili, çevreye dost, düşük enerji sarfiyatı yanında istenilen ikli şartlarını sağlayan siste olarak göze çarpaktadır. Isı popalarının en büyük dezavantajı ilk kurulu/yatırı aliyetinin yüksek olasıdır. Aortisan süresinin düşürülebilesi için seralarda daa kar payı yüksek ürünlerin yetiştirilesiyle sağlanabilir ya da yatırı aliyetlerinin düşürülesi için ülkeizde ısı popasının üretile geçilesi gerekektedir.

9 BİLGİLENDİRME Bu çalışa; Antalya Teknokent inde yer alan Mitas Doğal Enerji Akaryakıt Yatırı ve Dış Tic. A.Ş. Şirketinin Tübitak 1507 obi Arge kapsaında nolu projesiyle destekleniştir. AYNALAR [1] ŞEN B., Toprak-Su aynaklı Isı Popası Sistelerinin Uygulanası, Terodinaik dergisi, Sayı: 198, 2009, [2] ESEN, H., BALBAY, A., ESEN, M., Toprak aynaklı Isı Popası Sistelerinde Toprak Isı Değiştiricisi Boyunun Hesaplanası, Enerji Teknolojileri ve Mekanik Tesisat Dergisi, 97, 84-88, [3] HEPBAŞLI, A., HANIOĞLU, E., Toprak aynaklı (Jeoteral) Isı Popalarının Tasarıı, Testi ve Fizibilitesi, V. Ulusal Tesisat Müendisliği ongresi ve Sergisi, , 2001 [4] AHVEİOĞLU, H., Sera Isıta Sisteleri ve Tasarılarının Geliştirilesi, Yuksek Lisans Tezi,, Yıldız Teknik Universitesi [5] OYUN, A. VE DİZ, T., Toprak aynaklı Isı Popalarının Tasarı Değişkenlerinin Optiizasyonu, 13. Ulusal Isı Bilii ve Tekniği ongresi, onya, 2001, [6] Ozgener, O. ve Hepbaslı, A., Experiental Perforance Analysis of a Solar Assisted Ground- Source Heat Pup Greenouse Heating Syste, Energy and Buildings, 37(1), , [7] AA, S., PAYO, E., YENER, Y., Storage of Solar Teral Energy, Energy Storage Systes, Applied Sciences, 167, , [8] ÇENGEL, Y.A. VE BOLES, M.A., Müendislik Yaklaşııyla Terodinaik, Literatur Yayıncılık, İstanbul [9] DOSSAT, R.J.,. Principles of Refrigeration, Prentice Hall Inc., 512p. New Jersey, 1997 ÖZGEÇMİŞ Ali eal YAUT 1956 yılında Trabzon da doğuştur.1978 yılında aradeniz Teknik Üniversitesi Makine Elektrik Fak. Makine Bölüünde lisans öğreniini taaladı yılında Dokuz Eylül Üniversitesinden Yüksek Müendis, 1987 yılında İstanbul Teknik Üniversitesinden Doktor ünvanı alıştır yılında Akdeniz Üniversitesinde Isparta Mü. Fak. Mak. Bölüünde Yrd. Doç.Dr. olarak görev yapıştır. Süleyan Deirel Üniversitesi Teknik Eğiti Fakültesi Makine Eğitii Bölüünde 1996 yılında doçentlik ünvanı, 2002 yılında profesörünvanını alıştır. Halen Süleyan Deirel Ünv.,Tek.Eğt. Fak. Dekanı, aynı fakültenin Makine Eğitii Bölü başkanı ve öğreti üyesi olarak görev yapaktadır. Erkan DİMEN 1977 yılında Antalya da doğuştur yılında Süleyan Deirel Üni., Tek. Eğt., Fak., Tesisat Öğretenliği Bölüü nden ezun oldu yılında aynı üniversitede Fen Bil. Ens. Makine Eğitii ana bili dalında yüksek lisansını ve 2010yılında aynı enstitüde Makine Mü. Ana bili dalında doktorayı taaladı. Halen Süleyan Deirel Üniversitesi Teknik Eğiti Fakültesi nde Araştıra Görevlisi olarak çalışaktadır. Aet ABUL 1975 yılında Isparta da doğuştur yılında Süleyan Deirel Üni., Tek. Eğt., Fak., Tesisat Öğretenliği Bölüü nden ezun oldu yılında aynı üniversitede Fen Bil. Ens. Makine Eğitii ana bili dalında yüksek lisansını ve 2008 yılında aynı enstitüde Makine Mü. Ana bili dalında doktorayı taaladı. Halen Süleyan Deirel Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Enerji Sisteleri Müendisliği nde Yrd.Doç.Dr. olarak çalışaktadır.