SERALARIN TASARIMI (Seralarda Isıtma Sistemleri) Doç. Dr. Berna KENDİRLİ A. Ü. Ziraat Fakültesi Tarımsal Yapılar ve Sulama Bölümü

Transkript

1 SERALARIN TASARIMI (Seralarda Isıtma Sistemleri) Doç. Dr. Berna KENDİRLİ A. Ü. Ziraat Fakültesi Tarımsal Yapılar ve Sulama Bölümü

2 Seralarda Isıtma Sistemlerinin Planlanması Bitki büyümesi ve gelişmesi ile verim ve kalitesi üzerinde esas etkiye sahip olan ortam sıcaklığının kontrol altında tutulması seracılıkta önemlidir. Seralarda yetiştirilen ürünlerden beklenilen en yüksek verimin elde edilebilmesi için sıcaklığın düşük olduğu dönemlerde seraların ısıtılması gereklidir. Seralarda kararlı bir ısı dengesinin ve bunun için gerekli olan ısıtma sisteminin planlanması büyük bir önem taşımaktadır.

3 Sera iç ortamının enerji dengesi

4 Sera Isı Gereksiniminin Belirlenmesi Sera ısı gereksiniminin belirlenebilmesi için öncelikle seradan oluşan ısı kayıplarının hesaplanması gerekir. Seralarda kış mevsiminde ısıtma dönemi süresince çok fazla ısı kaybı oluşur. İletimle oluşan ısı kayıplarını azaltmak için seralar iki veya üç kat örtüyle örtülür. Geceleri ısı kayıplarını azaltmak için ısı perdeleri kullanılır.

5 Sera Isı Gereksiniminin Belirlenmesi Serada ısı kayıplarının, - örtü malzemesinden iletimle, - dışarıya sızan hava ile taşınarak olmak üzere iki şekilde gerçekleştiği dikkate alınır. Sera tabanındaki toprak içersine ve çevre duvarlardan da ısı kayıpları oluşur. Bu kayıplar tamamen ürün dolu bir serada genellikle dikkate alınmaz. Q t = q i + q c q i = iletim ile ısı kaybı (W/m 2 ) q c = taşınım ile ısı kaybı (W/m 2 ) dır.

6 Sera Isı Gereksiniminin Belirlenmesi Seradan iletimle oluşan ısı kayıpları, Sera ortamındaki ısı enerjisinin örtü malzemesi tarafından dış ortama iletilmesi ile oluşur. q i = k x A ö / A t x (t i t d ) k= örtü malzemesinin toplam ısı geçirme katsayısı (W/m 2 C) A ö =sera örtüsü yüzey alanı (m 2 ) A t =sera taban alanı (m 2 ) t i = iç ortam sıcaklığı ( C) t d = dış ortam sıcaklığı ( C)

7 Sera Isı Gereksiniminin Belirlenmesi Sera kenarları ve çatıdaki yapı elemanlarının toplam ısı geçirme katsayısı, malzemelerin ısıl dirençleri ve yüzey dirençleri toplanarak belirlenir. k= 1 / R i + R λ + R d R i = iç yüzey ısıl direnci (m 2 C / W) R λ = yapı malzemesinin ısıl direnci (m 2 C / W) R d = dış yüzey ısıl direnci (m 2 C / W)

8 Sera Isı Gereksiniminin Belirlenmesi Seralarda iç yüzey ısıl direnci ısıtma sisteminin tipi ve yerleşimine bağlıdır. Isıtma sistemi R i (m 2 C / W) Yüksek düzeyde yerleştirilmiş ısıtma boruları Duvarlardaki ve direklerdeki ısıtma boruları Yetiştirme masası altındaki ısıtma boruları Sera tabanındaki ısıtma boruları Yüksek düzeyde yerleştirilmiş hava üfleyiciler Delikli kanallardan hava üfleyiciler Borulu ve hava üflemeli karışık ısıtma sistemleri

9 Sera Isı Gereksiniminin Belirlenmesi Sera örtü malzemesinin ısıl direnci örtü malzemesinin özelliklerine bağlıdır. Örtü malzemesi R λ (m 2 C / W) Sera camı Sert plastik (1mm) Çelik çerçevelerde çift katlı cam (15 mm aralıklı) Çelik çerçevelerde çift katlı cam (12 mm aralıklı) Çelik çerçevelerde çift katlı cam (8 mm aralıklı) Çerçevesiz çift katlı sert plastik (12 mm aralıklı) Çerçevesiz çift katlı sert plastik (5 mm aralıklı) Çift katlı plastik (10 mm aralıklı) Tek katlı plastik (0.2 mm) (PVC, PE)

10 Sera Isı Gereksiniminin Belirlenmesi Sera örtüsünün dış yüzey ısıl direnci Rüzgara karşı durumu R d (m 2 C / W) Korunmuş Normal Açık Duvar Çatı

11 Sera Isı Gereksiniminin Belirlenmesi Serada toplam ısı kaybının belirlenmesi Q t = u x A ö / A t x (t i t d ) U (toplam ısı kaybı katsayısı) (W/m 2 C): Tek kat cam :7.4 Polikarbonat (10mm) :4.8 Tek kat plastik :7 Çift kat plastik :5 Isı perdesi kullanıldığında bu değerler %30 civarında azaltılabilir.

12 Sera Isı Gereksiniminin Belirlenmesi Serada ısı gereksinimi Serada ısıtma sistemi tarafından karşılanması gereken gerçek ısı gereksinimi (q h, w/m 2 ) q h = u x A ö / A t x (t i t d ) I x T x α I = dış ortamdaki toplam güneş ışınımı (w/m 2) T = sera örtü malzemesinin güneş ışınımı geçirgenliği α = sera iç ortamına ulaşan toplam ışınımın, sera iç ortam sıcaklığının artmasında etkili olan ısıl ışınıma dönüşme oranı

13 Sera Isı Gereksiniminin Belirlenmesi Sera ısıtma için gerekli yakıt miktarının belirlenmesi YM = E / c y x η E = toplam enerji gereksinimi (J) c y =yakıtın en düşük veya net ısıl değeri (J / birim miktar) η = ısı üretimi veya seraya taşıma etkinliği Isının seradan uzakta bir yerde üretilmesi durumunda, taşıma borularından oluşan ısı kaybının ısıtıcı etkinliğini % 5 10 oranında azalttığı dikkate alınmalıdır.

14 Sera Isı Gereksiniminin Belirlenmesi Sera ısıtma için yakıt seçimi Yakıt tipinin belirlenmesinde dikkate alınacak etmenler: - bulunabilirlik - maliyet - fiyat değişimi - kirletici etmenler (emisyon değerleri) - depolama gereksinimi - ekipman gereksinimi - kazan gereksinimi - bakım gereksinimi Yakıtlar genel olarak, katı, sıvı ve gaz yakıtlar olmak üzere üç gruba ayrılır.

15 Sera Isı Gereksiniminin Belirlenmesi Katı yakıtlar; kömür ve çürümüş bitkilerden elde edilen turba ( fosil ) ve biyokütle kaynakları ve yakacak odun ( fosil olmayan) yakıtlar Sıvı yakıtlar; gazyağı, mazot ve hafif-ağır petrol ürünleri kullanılır. Gaz yakıtlar; Metan gazı, maden gazı, fermantasyon gazı, doğal gaz, sıvılaştırılmış petrol gazı, biyogaz gibi yakıtlar.

16 Isıtma sisteminin özellikleri Isıtma sistemlerinde etkinlik ölçütü olarak bitki yaprak sıcaklığı dikkate alınır. Sera ortamındaki havanın akış hızı ve doğrultusu da önemlidir. Bitki örtüsünün ısı dengesi, bitki köklerinin sıcaklığına da bağlıdır. Isıtma sisteminden beklenen temel teknik özellikler: Isıtma sistemi yöresel iklim koşullarına bağlı olarak, sera içinde optimum sıcaklığı sağlamalıdır. Serada hava, toprak ve bitki sıcaklıkları olabildiğince birbirine yakın değerlerde olmalıdır.

17 Isıtma sisteminin özellikleri Sera ortamındaki hava hızı yeterli olmalıdır. Seranın aydınlanma koşullarını fazla engellememelidir. Sistem, serada değişen gereksinimlere kontrollü ve hızlı bir şekilde yanıt verebilmeli, el ile veya otomatik kontrolü kolay, hızlı ve güvenilir olmalıdır. Bitki yetiştirme süresince bitkilerde ve üründe olumsuzluklara neden olmamalıdır. Isıtma sistemi ekonomik olmalıdır. Yatırım maliyeti, işletme/bakım gereksinimi ve enerji tüketimi düşük olmalıdır.

18 Isıtma sisteminin tasarımı Bir ısıtma sisteminin tasarımı, seranın ısı gereksinimine bağlıdır. Serada ısıtma gereksiniminin belirlenmesi için öncelikle iç ortam sıcaklığının sınır değeri tanımlanmalıdır. Serada bitki gelişmesi için optimum sıcaklığın sağlanması gerekli olmasına karşın, bu durum ekonomik açıdan mümkün olmayabilir. Sıcaklık değerleri günlük ve mevsimlik olarak değiştiğinden ısıtma sistemlerinin kontrolü de buna bağlı olarak değişir. Serada birçok bitki türü, gündüz sıcaklıklarından daha düşük gece sıcaklıklarında iyi gelişir.

19 Isıtma sisteminin tasarımı Seralarda değişik tür bitkilerin yetiştirilebilmesi için, hava sıcaklığı C aralığında kontrol edilmelidir. Seranın bağıl nem değeri de optimum sınırlarda olmalıdır. Bitki büyümesi için ortam sıcaklığı, kök bölgesi sıcaklığından daha önemli olmasına rağmen, kök bölgesinin ısıtılması sürgün oluşumu ve çiçeklenme için olumlu etkiye sahiptir. Hesaplamalarda dış ortam sıcaklığı olarak, bölgenin mutlak en düşük sıcaklık değeri dikkate alınmamalıdır. Bu durumda ısıtma sistemi maliyeti artacaktır.

20 İller T d ( o C) Antalya 3 Afyon -12 Denizli -5 Hatay 0 İçel 3 Kütahya -12 Manisa -3 Samsun -3 Muğla -3 Urfa -6 İzmir 0

21 Bir seranın ısıtma kapasitesinin hesaplanması 1.Aşama: Seranın ısı kaybına maruz yüzey alanı 2.Aşama: Sera yüzeyinden iletimle kaybolan ısı miktarı 3.Aşama: Seradan havalandırma ile kaybolan ısı miktarı 4.Aşama: Seradan kaybolan ısı miktarı 5.Aşama: Serada güneş enerjisinden kazanılan ısı miktarı

22 Bir seranın ısıtma kapasitesinin hesaplanması 6.Aşama: Seraya kurulacak ısıtma sisteminin kapasitesi 7.Aşama: İnfiltrasyonla ısı kaybı için ısıtma sisteminin kapasitesi % 10 artırılır. 8.Aşama: Isıtma kaynağından ısıyı dağıtacak çelik boru uzunluğu Q L= x d x k x (t b -t i )

23 Sera içerisine ısıtma borularının yerleştirilmesinde dikkat edilecek noktalar Sera içinin gölgelenmemesi Sera içi çalışmalarına engel olmaması Üretim alanında kayba neden olmaması Serada homojen bir sıcaklık yaratması

24 Isıtma borusu Isıtma borularının yerleştirilmesi

25 Seralarda ısıtma sistemleri Seralarda kullanılan ısıtma sistemleri diğer yapılardan farklı değildir. Ancak seraların dezavantajı, - Isı kaybına maruz yüzeylerinin çok geniş olması, - Bu yüzeylerde kullanılan malzemelerin ısı geçirgenliğinin çok yüksek olması, - Sera içerisinden dış ortama yoğun bir ısı akışının olmasıdır.

26 Seralarda ısıtma sistemleri Geleneksel ısıtma sistemleri Sobalar ( turba, odun, gaz, kömür) Merkezi ısıtma sistemleri - Birden fazla bağımsız bölümün bir kazan dairesi tarafından ısıtıldığı sistemlerdir. - Isı enerjisi genellikle sıcak su ve buhar gibi akışkanlarla dağıtılır. - Merkezi sistem; kazan ünitesi, brülör, kontrol ünitesi, vanalar, pompa, yakıt ölçer ve baca gibi unsurlardan oluşur.

27 Seralarda ısıtma sistemleri Geleneksel ısıtma sistemleri

28 Seralarda ısıtma sistemleri Seralarda merkezi ısıtma sistemi

29 Seralarda ısıtma sistemleri

30 Seralarda ısıtma sistemleri Avrupa ve ABD daki seraların birçoğunda ısıtmada sıcak su kullanılmaktadır. (70-90/60-65) Borulardaki sıcak su, kazan arızalarında ve don durumunda ısı deposu görevi görür. Su sıcaklığı yüksek olduğunda gerekli yüzey alanını azaltır. Seralarda yaygın olarak, iç çapı 51mm olan çelik borular kullanılır. Bazen ısıtmada 16mm lik plastik borular da kullanılmaktadır. Çok büyük sera işletmelerinde buharla ısıtma daha verimlidir.

31 Seralarda ısıtma sistemleri Isıtma sistemi aynı zamanda sıra aralarında sehpaların yürütülmesinde ray görevi görür. 51x 2.25mm lik borular kullanılır. Boru döngüleri arası mesafe 1.1m, aynı döngüdeki iki boru arası mesafe 50cm dir. Borular basınç, sıcaklık ve sızdırmazlık testlerinden geçmiş olmalıdır.

32 Seralarda ısıtma sistemleri Sıcak sulu ısıtma sisteminin en önemli unsuru karıştırma grubu dur. Burada, ısı gereksinimine göre, otomatik olarak, bir kısım gidiş ve dönüş suyu karıştırılarak, enerji tasarrufu sağlanır ve hassas bir sıcaklık kontrolü amaçlanır. Isıtmada, sera zonlara veya sektörlere ayrılır. Her sektörde bir adet karıştırma grubu ve sıcaklık duyargaları bulunur.

33 Seralarda ısıtma sistemleri Seraların sıcak havayla ısıtılması

34 Seralarda ısıtma sistemleri Sıcak hava üflemeli sistemler hızlı bir ısıtma yaparlar, bitki sıcaklığı en fazla hava sıcaklığına eşit olabilir. Sıcak hava üflemeli sistemlerde, sistemin çalışması durduktan sonra ani soğuma nedeniyle yüzeylerde yoğuşma olabilir.

35 Seralarda ısıtma sistemleri Ülkemizde birçok yörede jeotermal kaynaklar bulunmaktadır. İzmir-Balçova, Seferihisar, Söke, Yalova, Denizli-Sarayköy, Kütahya-Simav, Balıkesir-Sındırgı, Afyon-Sandıklı, Şanlıurfa-Karaali