OMÜ Zr. Fak. Drgs, 005,0(1):30-36 J. f Fac. f Agrc., OMU, 005,0(1):30-36 HAYVAN BARINAKLARINDA DOĞAL HAVALANDIRMA VERDİSİNİN BELİRLENMESİ İÇİN BİR BİLGİSAYAR PROGRAMI GELİŞTİRİLMESİ Gürkan A. K. GÜRDİL K. Çağatay SELVİ Fuat LÜLE Elçn YEŞİLOĞLU Ondkuz Mayıs Ünvrsts Zraat Fakülts Tarım Maknaları Bölümü, SAMSUN Glş Tarh: 14.07.004 ÖZET: Hrhang br hava harktlndrc (Fan) kullanmadan yapılardak kapı, pncr v dğr açıklıklarla yapılan havalandırmaya dğal havalandırma adı vrlr. Dğal havalandırma rüzgar v sıcaklık farkına bağlı larak grçklşr. Bunlardan rüzgar tksyl grçklşn havalandırmaya zrlanmış knvksyn, sıcaklık farkı ndnyl grçklşn havalandırmaya dğal knvksyn tkl havalandırma adı vrlr. Bu çalışmada, hayvan barınaklarında rüzgar v hava sıcaklıkları farkı l luşan dğal havalandırma dblrn pratk larak tspt tmy yönlk br blgsayar prgramı glştrlmştr. Anahtar Klmlr: Dğal havalandırma, hayvan barınağı, rüzgar, hava sıcaklığı, blgsayar prgramı. DEVELOPING A SOFTWARE FOR DETERMINATION OF NATURAL VENTILATION RATE IN ANIMAL HOUSES ABSTRACT: Th vntlatn whch s mad wth hlp f wndws, drs and thr ar nlts and utlts wthut usng an ar mvr such as fans s calld natural vntlatn. Natural vntlatn dpnds n wnd frc and thrmal buyancy. Th vntlatn rat wth wnd frc ccurs by frcd cnvctn and th vntlatn rat wth thrmal buyancy ccurs by natural cnvctn ffct. In ths study, a cmputr prgram was dvlpd fr dtrmnng th natural vntlatn rats n anmal huss whch s ralzd by wnd and thrmal buyancy frcs. Ky Wrds: Natural vntlatn, anmal hus, wnd, ar tmpratur, cmputr prgram. 1. GİRİŞ Rüzgar v sıcaklık farkı gb dğal kuvvtlrn tksyl grçklşn havalandırmaya, dğal havalandırma adı vrlr. Dğal havalandırmada, mkank havalandırmadan farklı larak, hava akımı luşturmak çn hrhang br mkank nrj grdsn grk duyulmaz v lk yatırım gdrlr daha düşüktür. Havalandırma ranı ç v dış rtam sıcaklık farkına, rüzgar hızı v yönün, yakın çvrd bulunan tp, ağaç v bna gb ngllr l bnadak hava grş çıkış açıklıklarının tasarım v yrlşmn bağlıdır. Dğal havalandırmada yapı çrsndk krl havanın dış rtama atılması v tmz havanın yapı çrsn alınmasında k kuvvt tkldr. Bunlar, rüzgar v ç - dış rtam sıcaklık farkıdır. Yapılar çn dğal havalandırma sstmlr tasarımlanırkn bu k tmnn brlkt harkt dcğ br düznlmnn yapılması grkr. Elktrk nrjs bulunmayan v lktrk fyatlarının yüksk lduğu bölglrd, hayvan barınaklarının havalandırılmasında dğal havalandırma yaygın br uygulama şkldr. Özllkl rtam sıcaklığına karşı fazla duyarlı lmayan süt v bs sığırcılığı yapılan şltmlrd dğal havalandırma daha çk trch dlmktdr. Hava şartlarının uygun lduğu bölglrd, y tasarımlanmış br dğal havalandırma sstm, glnksl tknklrl tasarımlanmış mkank havalandırma sstmlrndn daha kullanışlı lablr. Hayvan barınaklarında dğal havalandırma sstmlrnn prjlndrlmsnd blmsl yöntmlr yaygın bçmd uygulanmamaktadır. Bu ndnl şltmlrn dğal havalandırmaya karşı lgs fazla dğldr. Rüzgar tksnn çk az lduğu kışın sğuk dönmlrnd, dğal knvksyn tksyl havalandırma şlvnn yrn gtrlms çn dğal havalandırmalı barınaklarda çatı ğmnn 14 drcdn az lmaması önrlr. Bu dğrdn daha küçük çatı ğmn sahp barınaklarda, barınak çrsnd ısınan havanın, çatının n yüksk kısmına (çatı mahyasına) yrlştrln hava çıkış açıklıklarına yönlnms v dışarı çıkması zrlaşır. Bunun snucu larak da havalandırma tknlğ düşr. Çatının alt yüzynn düzgün lmaması havalandırma tknlğn azaltan dğr br tmndr (Albrght, 1990). Ilıman klm (ılık hava) kşullarında rüzgarın dğal havalandırmadak tksn arttırmak çn, barınak yan duvarlarına yapılacak hava grş açıklıklarının ytrnc büyük lması grkr (n az 1...1.5 m). Sğuk havalarda rüzgarın hayvanlar üzrnd yaratacağı lumsuz tky (strs) önlmk çn, yan duvarlar üzrndk hava grş açıklıkları büyük randa kapatılmalıdırlar. Sğuk klm kşullarında saçak altına yakın bölgd bırakılacak 0,1...0, mtr gnşlğndk hava grş açıklıkları, grkl taz havanın barınak
G. A. K. Gürdl, K. Ç. Slv, F. Lül, E. Yşlğlu çrsn grms çn çğu kz ytrl lur (Anymus, 1983; Kc v Brž, 1995). Dğal havalandırmada, çatı mahyasına yrlştrlck havalandırma açıklıklarının byutlarını blrlmk çn bast br yaklaşım önrlmktdr. Bu yaklaşıma gör; gnşlğ 1 m'y kadar lan barınaklarda 0,15 m gnşlğndk hava çıkış açıklığının dğal havalandırma çn ytrl lduğu, daha gnş barınaklar çn hr 3 m gnşlk başına yukarıda vrln dğrn 0,05 m arttırılması grktğ kabul dlr (Anymus, 1983; Albrght, 1990).. MATERYAL v METOT Hayvan barınaklarında luşan dğal havalandırma dblrn tspt tmk çn grkl vrlrn dğrlndrlms amacıyla glştrln blgsayar prgramı, MS Vsual Basc 6.0 prgramlama dlnd yazılmıştır. Hayvan barınaklarında rüzgar v hava sıcaklıkları farkı l grçklşn dğal havalandırma dblrnn blrlnms aşağıda açıklamaları vrln yöntmlr kullanılarak grçklştrlmştr. Barınaklarda Enrj (Duyulur Isı )Dngs Barınak rtamında kazanılan v barınaktan dış rtama kaçan / atılan duyulur ısılar Şkl 1'd vrlmştr; Eştlkt; Q s : Hayvanların barınak rtamına vrdklr duyulur ısı, Watt (W), Q m : Barınaktak lktrksl tüktclrdn yayılan duyulur ısı (W), Q s : Günştn kazanılan duyulur ısı (W), Q h : Isıtma sstmlryl barınak rtamına kazandırılan duyulur ısı (W), Q : Barınak rtamındak suyun buharlaşmasına bağlı larak,havanın ksln duyulur ısısı (W), Q v : Havalandırmaya bağlı larak barınak çrsn grn havanın duyulur ısısı (W), Q v : Havalandırmaya bağlı larak barınak dışına atılan havanın duyulur ısısı (W), Q w : Barınağın yapısal rganlarından (Duvar, tavan, pncr, kapı, zmn v.b.) dış rtama kaçan ısı (W), Q f : Barınak zmnnd duvar bağlantılarının yapıldığı bölgdn dış rtama kaçan ısıdır (W). Eştlğn sl tarafı barınak rtamında kazanılan ısıları, sağ taraf s kaybdln (Barınaktan dış rtama kaçan) ısıları göstrmktdr. Rüzgar Etkl Dğal Havalandırma Br yapı üzrnd rüzgar ndnyl üç farklı basınç alanı luşur (Şkl ). Bunlar; Dış rtam havasını yapı üzrndk açıklıklardan yapının çn dğru tn pztf basınç, İç rtam havasını yapı üzrndk açıklıklardan dış rtama dğru çkn ngatf basınç v Yapı l dış rtam arasında hç br hava harktn ndn lmayan nötr basınçtır. Şkl.1. Br hayvan barınağında kazanılan v kaybdln duyulur ısılar (Gürdl v ark., 001) Yukarıdak dğşknlr gör barınak çn kararlı akışlı duyulur ısı dng ştlğ aşağıda vrlmştr; Q s + Qm + Qs + Qh + Qv = Qw + Q f ± Q + Qv (1) 31
Hayvan Barınaklarında Dğal Havalandırma Vrdsnn Blrlnms İçn Br Blgsayar Prgramı Glştrlms Havalandırma açıklıklarına dk sn rüzgarlar çn E=0,50...0,60 v havalandırma açıklıklarına açılı sn rüzgarlar çn 0,5 l 0,35 dğrlr önrlmktdr. Tarımsal yapılarda rüzgar nadrn havalandırma açıklıklarına dk yönd stğ kabul dlrk (E=0,35) dğr önrlmktdr (Annymus, 1983; Albrght, 1990). Şkl. Bna trafında rüzgarın harkt çzglr (plan görünüşü), akış yavaşlaması, pztf basınç bölgs (A), akış hızlanması v ngatf basınç alanları (B, C) göstrlmştr (Kc v Brž, 1995). Yapı üzrnd rüzgar tksyl luşacak statk basıncın dğr, yapının gmtrk şkl, yapıdak çatlak v açıklıkların drnc v yapı yüzyn tk dn rüzgarın yön v hızına bağlı larak dğşr. Blnn br rüzgar hızında yapı üzrnd (yüzynd) luşacak hız basıncı s aşağıdak ştlkl hsaplanır. P v 1 = Eştlkt; P v : Hız basıncı (Pa), ρ : Havanın hacm ağırlığı (kg.m -3 ), v : Rüzgar hızı (m.s -1 )'dr. = ρ. v 0,6. v () Dğal havalandırmada rüzgarın tks tahmn dlrkn, yapının bulunduğu yrdk rtalama rüzgar hızı, hakm rüzgar yönü, rüzgarın hız v yönündk mvsmsl v günlük dğşmlr, rüzgarı tklyblck çvrd bulunan yüksk bna, tp, ağaç v dğr tmnlr dkkat alınır. Çünkü bu tmnlr rüzgarın yapı üzrnd luşturacağı basınç alanlarını dğştrblm özllğn sahptr. Rüzgar tksn dğştrbln yukarıdak dğşkn tmnlr ndnyl rüzgara bağlı dğal havalandırma dbsnn ksn bçmd blrlnms ldukça zrdur. Ancak, rüzgar kuvvtlrn ndn lduğu havalandırma ranının blrlnmsnd amprk vrlr dayanılarak glştrln aşağıdak ştlk önrlmktdr (Annymus, 1983; Albrght, 1990); Q = EAv...(3) Burada; Q : Havalandırma dbs (m 3.s -1 ), A : Hava grş açıklığının alanı (m ), v : Rüzgar hızı (m.s -1 ), E : Havalandırma açıklıklarının tknlğdr. Sıcaklık Farkına Dayalı Dğal Havalandırma Yapı çrsndk havanın sıcaklığı dış rtam sıcaklığından farklı lduğu zaman, yğunluk farkına bağlı larak yapı l dış rtam arasında basınç gradyanları (ğm) luşur. İç rtam sıcaklığı daha yüksk lduğunda yğunluğu daha az lan ç rtam havası yapı çrsnd yukarı dğru yükslr. Bu yükslm, yapı çrsn grn dış rtam havasının knd ağırlığına şt br kaldırma kuvvtyl grçklşr. Bu lay baca vya yığın tks larak tanımlanır. Dış rtam havası yapı çrsn grrkn, yapı çrsnd yukarı dğru yüksln ç rtam havası hava çıkış açıklıklarından dış rtama taşınır. Yapılarda sıcaklık farkına dayalı havalandırma dbs, hava grş çıkış açıklıkları arası düşy uzaklık v basınç farkı l dğru rantılıdır. İç v dış rtam havası sıcaklık farkı ndnyl yapı l dış rtam arasında harktlnn havanın hızı, dal gaz yasalarından yararlanılarak glştrln aşağıdak ştlkl hsaplanablr; v T T = θ g h T (4) Eştlkt; v : Hava çıkış açıklığından dış rtama atılan havanın hızı (m.s -1 ), θ : Açıklığın tknlğ, g : Yrçkm vms (m.s - ), h : Hava grş v çıkış açıklıkları arasındak düşy uzaklık (m), T : İç rtam sıcaklığı (K), T : Dış rtam sıcaklığı (K) dır. Açıklık tknlğ, barınağı trk dn havanın hava çıkış kanalı ç yüzyn sürtünms v hava çıkış kanalından gçrkn sğumasına bağlı larak hava hızında mydana gln azalmanın dkkat alındığı br katsayıdır. Barr v Sammt adlı araştırıcılar bu faktör çn (θ = 0,3...0,5) dğrn önrmşlrdr. Bnzr şkld, kskn knarlı rfslrd (dlk) açıklık tknlğ azalması çn 0,65 dğrn önrlmkt (Annymus, 1993), ancak sürtünm kayıpları l lgl hrhang br önrd bulunmamaktadır. Dış kısımları ısı transfrn karşı yalıtılmış, kar, dkdörtgn v dar kstl gnş alanlı hava çıkış 3
G. A. K. Gürdl, K. Ç. Slv, F. Lül, E. Yşlğlu kanalları çn (θ = 0,6...0,7) dğrlrnn alınablcğ br çk araştırıcı tarafından fad dlmktdr. Yapıdak hava grş ya da çıkış açıklıklarından gçn havanın hızı bulunduktan snra bu dğr açıklık alanı l çarpılarak havalandırma dbs bulunur. Ancak hayvan barınaklarının havalandırılmasında havalandırma dbs, barınak çn nrj v madd dng ştlklrndn yararlanılarak klayca hsaplanablr. Hsaplanan havalandırma dbsnn sağlanablms çn grkl hava grş v çıkış açıklık alanlarının hsaplanmasında aşağıdak ştlklrdn yararlanılır; ( T T ) Q = θ.g h A...(5) T dğldr. Bazı araştırıcılar bu k tmnn brlkt tksn dayalı havalandırma dbsnn, hr br tmnn grçklştrcğ havalandırma dblr tplamının kar kökün şt lduğunu bldrmlrn karşın, glştrln br grafktn (Şkl 4) yararlanılarak tplam havalandırma dbsnn bulunablcğn bldrlmştr (Annymus, 1993). A Q θ T g h = (6) ( T T ) Hava grş açıklıkları alanının, hava çıkış açıklıkları alanına şt lması durumunda (6) nlu ştlkl havalandırma dbs bulunur. Trs durumda (şt lmaması durumunda) ştlkl bulunan dğrn Şkl 3 d vrln grafktn yararlanılarak düzltlms önrlmktdr. Şkl 3. Yapılarda hava çıkış alanı /grş alanı arasındak rana bağlı larak havalandırma dbsnn dğşm (Annymus, 1983) Dğal Havalandırmada Rüzgar v Sıcaklık Farkının Brlkt Etks Daha önc blrtldğ üzr yapılardak dğal havalandırma, ç v dış rtam sıcaklık farkı l rüzgarın brlkt lan tksn bağlıdır. Bazı kşullarda bunlardan brs dğrn baskın lablr. Hr br tmnn tk başına grçklştrcğ havalandırma dbs dğrlrnn tplamı, bunların brlkt grçklştrcğ havalandırma dbsn şt Şkl 4. Rüzgar v sıcaklık farkının brlkt tksn bağlı dğal havalandırma dbs (Annymus, 1993) Bu yöntmd hr br tmn bağlı larak grçklşn havalandırma dblr yukarıdak ştlklrl bulunur. Daha snra sıcaklık farkına bağlı havalandırma dbs rüzgar tksn bağlı havalandırma dbsn ranlanarak grafktn tplam havalandırma dbs bulunur. Hr k tmnn grçklştrdğ havalandırma dbs şt lduğunda, tplam havalandırma dbs hr br tmnn grçklştrcğ dbdn % 30 daha yüksk lur. Glştrln bu prgramda hava sıcaklığı farklarına bağlı dğal havalandırma dbs, ç v dış rtam hava sıcaklığı v bağıl nm dğrlrndn ld dln ç v dış rtam hava yğunlukları dğrlr v tplam statk basınç dngs dkkat alınarak hsaplanmıştır (Gürdl v ark., 001). M v = µ. S.. p. ρ (7) p = p + p......(8) µ. S..( p p ). ρ = µ. S.. p. ρ.(9) 33
Hayvan Barınaklarında Dğal Havalandırma Vrdsnn Blrlnms İçn Br Blgsayar Prgramı Glştrlms V M v = (10) ρ Eştlklrd; M v : Kütlsl havalandırma dbs (kg. s -1 ) V : Hacmsl havalandırma dbs (m 3. s -1 ) µ : Hava grş açıklıkları çn br düzltm katsayısı µ : Hava çıkış açıklıkları çn br düzltm katsayısı S : Hava grş açıklığı alanı (m ) S : Hava çıkış açıklığı alanı (m ) ρ : İç rtam havasının hacm ağırlığı (kg. m -3 ) ρ : Dış rtam havasının hacm ağırlığı (kg. m -3 ) p : Tplam statk basınç (Pa) p : İç rtam statk basıncı (Pa) p : Dış rtam statk basıncı (Pa) h : Hava grş v çıkış arasındak yüksklk farkı (m) g : Yrçkm vms (m. s - ) Havanın sıcaklığı v bağıl nm dğrlr dkkat alınarak hava yğunluğunun hsaplanması aşağıdak ştlkt vrlmştr (Wlhlm, 1976): 7511.5 ln( p ws ) = + 89.6311+ T 5 0.03998970T 1.1654551x10 T 8 3 1.810336x10 T + 11 4.0998405x10 T 1.150799 ln( T ). (11) pw W = 0. 6198 (1) P pw P * W p w =...(13) 0. 6198 + W R * T v h = (1 + 1.6078W ).(14) P 1 ρ =..(15) v h Eştlkt; p ws : Su buharı dyma basıncı (kpa), p w : Su buharı basıncı (kpa), W : Nm ranı, R : Gaz sabts (J.kg -1.K -1 ) T : Sıcaklık (K), P : Tplam (atmsfr) basınç (kpa), v h : Özgül hacm (m 3.kg -1 ) ρ : Havanın hacm ağırlığı (kg. m -3 ) 3.ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE TARTIŞMA Yukarıda bahsdln ştlklr yardımıyla, hayvan barınaklarında rüzgar v hava sıcaklıkları farkı l luşan dğal havalandırma dblrn pratk larak tspt tmy yönlk br blgsayar prgramı glştrlmştr. Bu prgram MS Vsual Basc 6.0 prgramlama dlnd yazılmıştır. Prgramın grş sayfası aşağıda Şkl 5 d göstrldğ gbdr. Grş sayfasından snra hayvan barınaklarında dğal havalandırma dblrn hsaplayan br pncr açılmaktadır (Şkl 6). Bu sayfada kullanıcıya, ç v dış rtam havası kuru trmmtr sıcaklıkları l bağıl nm dğrlr, barınaklarda bulunan hava grş v çıkış açıklığı alanları, hava grş v çıkışı arasındak düşy msaf, rüzgar hızı v rüzgarın hayvan barınağına sş yönü l lgl blglr srulmaktadır. Bu blglr grldktn snra (Şkl 7), Hsapla kmutu l prgram hayvan barınağında var lan tplam dğal havalandırma dbsn hsaplamaktadır (Şkl 8). Şkl 5. Prgramın grş sayfası 34
G. A. K. Gürdl, K. Ç. Slv, F. Lül, E. Yşlğlu Şkl 6. Dğal havalandırma vrdsnn hsaplanması çn grkl vrlr Şkl 7. Prgrama grkl vrlrn grlms 35
Hayvan Barınaklarında Dğal Havalandırma Vrdsnn Blrlnms İçn Br Blgsayar Prgramı Glştrlms Şkl 8. Hayvan barınağında var lan tplam dğal havalandırma vrds 4. KAYNAKLAR Albrght, L. A. 1990. Envrnmnt Cntrl fr Anmal and Plants. St. Jsph, Mch.: ASAE. Annymus, 1983. Vntlatn f Agrcultural Structurs (Edtd: Myl A. Hllcksn and Jhn N. Walkr). ASAE Mngraph, Numbr:6, St. Jsph, Mchgan. Annymus, 1993. Handbk f Fundamntals. Amrcan Scty f Hatng, Rfrgratn and Ar-cndtnng Engnrs, Inc. Atlanta. Gürdl G. A. K., Kıc P., Dağtkn M., Yıldız Y., 001. Kümslrd Havalandırma Kapastsnn Blrlnms. Ç. Ü. Zraat Fakülts Drgs 16(3): 61-68 Adana Türky ISSN: 1300-4700 Kc P., Brž V., 1995. Tvrba Stájvéh Prstřdí (Gnratn f th Envrnmnt n Anmal Huss). Insttut výchvy a vzdělávání Mz ČR v Praz, ISBN 80-7105-106-3, p: 47. Wlhlm L. R., 1976. Numrcal Calculatn f Psychrmtrc Prprts n SI Unts. Trans. f ASAE, p:318-3. 36