Deneylerde, her yarım saatte bir aşağıdaki ölçümler yapılmıştır. a- Güneş ışınımı ölçümü b- Sıcaklık ölçümü c- Debi ölçümü d- Basınç ölçümü e- Güç ölçümü 4.1. Güneş Işınımının Ölçümü
2005 ve 2006 yıllarında sonbahar, kış ve ilkbahar başlangıç mevsimi boyunca güneş ışınımı Kıpp-Zonen solarimetresi ile ölçülerek solarimetreye bağlı data loger’da kaydedilmiştir. Ölçümlerde Elazığ Devlet Meteroloji İstasyonundan alınan değerlerle karşılaştırma yapılmıştır.
4.1.1. Deneyler Sırasında Kullanılan Ölçme Cihazları
Deney düzeneğinde sıcaklıklar 0.05 mm çapındaki T-tipi bakır-constant (Cu-CuNi) ısıl çift ile ölçülmüştür. Kullanılan ısıl çiftler -200 ila +400 oC arasında, 0.1 K kararlıkta ve % ±0.1 hata ile sıcaklık ölçümü yapabilmektedir.
Isıl çiftler, ZA9000FST bağlantı elemanı (connector) ile veri toplayıcıya bağlanmıştır. Bağlantı elemanının şematik görünüşü ve fotoğrafı Şekil 4.1’da verilmiştir.(Ahlborn, 2005,Almemo product Catalog, Germany).
Şekil 4.1 ZA9000FST Bağlantı elemanının şematik görünüşü
Şekil 4.2. FVA645TH3 Thermoanemometre akış sensörünü
Termoaneometre akış sensörünün (Thermoaneometer Flow Sensor) teknik özellikleri Tablo 4.1’de verilmiştir
Tablo 4.1 FVA645TH3 Akış sensörünün teknik özellikleri
Ölçüm aralığı 0.1-15 m/s Sıcaklık aralığı (-20)-(+80) oC Etkili aralık (0)- (+70) oC Telafi aralığı (+10)-(+36) oC Nominal sıcaklık +22 oC ±2 K Hava nemi 0-90% r.H. Çalışma gerilimi 6-13 V Akım 50 mA
Boyutlar 300 mm uzunluk, 8 mm çap
Kablo uzunluğu 1.5 m
Kollektör giriş-çıkışındaki basınç farkını belirleyebilmek için FDA612MR Basınç modülü kullanılmıştır. Basınç modülünün fotoğrafı ve şematik görünüşü ile detayı sırasıyla Şekil 4.3 ve 4.4’de görülmektedir.
Şekil 4.3. FDA612MR Basınç modülü
Şekil 4.4. FDA612MR Basınç modülünün şematik görünüşü ile detayı
Basınç modülünün teknik özellikleri Tablo 4.2’de belirtilmiştir.
Tablo 4.2 Basınç modülünün teknik özellikleri
Ölçüm aralığı ±1000 mbar
Yükleme kapasitesi Maksimum 3 kat ölçüm aralığı
Nominal sıcaklık 22 oC±2K
Çalışma sıcaklığı (-10)-(+60) oC
Hava nemi 10-90 % r.H.
Boyutlar 37 mm x 36 mm x 22 mm
Sensör malzemesi Alüminyum, naylon, silikon, silika jel
4.2 Sıcaklık Ölçümü
Yapılan deneyler boyunca sistemin çeşitli yerlerinden Şekil 3.1 görülen komple resimden soğutucu akışkan, sistemde dolaşan salamura su, toprak sıcaklığı, toprakta dolaşan suyun giriş ve çıkış sıcaklıkları, hava kolektörleri, giriş ve çıkış sıcaklıkları, hava fanı giriş sıcaklığı, sera giriş sıcaklığı, sera iç ve dış ortam sıcaklıkları, kimyasal madde tankı sıcaklıkları, sıcak hava giriş sıcaklığı, kondenser ve evaporatör gaz sıcaklıkları bakır- konstantan termoeleman çifti ile ölçülerek data loger ile kaydedilmiştir. Ayrıca sera iç ve dış ortam sıcaklıkları ve bağıl nem seranın iki ayrı yerine kurulan digital termometreler ile de ölçülmüştür.
4.2.1 Soğutucu Akışkanın Sıcaklık Ölçümleri
Deney düzeneğinde ısı pompasının kompresörünün, kondenserin, su kaynaklı evaparatörün giriş ve çıkış noktalarındaki soğutucu akışkanın (R-22) sıcaklıkları yine aynı termoeleman çiftleri ile ölçülmüştür.
4.2.2 Sistemde Dolaşan Suyun Sıcaklık Ölçümleri
Deney düzeneğinde, toprak altında dolaşan salamura suyun, su kaynaklı evaparatörün, suyun topraktan çıkış ve toprağa giriş sıcaklıkları yine aynı termoeleman çiftleri ile ölçülerek data loger ile kaydedilmiştir.
4.2.3 Sistemde Dolaşan Havanın ve Ortamın Sıcaklık Ölçümleri
Deney düzeneğinde, toprak kaynaklı evaparatörün, kondenserin ve toprak ısı değiştiricisinin hava giriş ve çıkış kanalların belirli yerlerine yerleştirilen termoeleman çiftleri ile bu noktalardaki hava sıcaklıkları ölçülmüştür.
4.2.4 Sistemdeki Kimyasal Madde Sıcaklık Ölçümleri
Deney düzeneğinde kimyasal maddenin şarj ve deşarj anındaki sıcaklık değerleri hava giriş, hava çıkış, ve tank cidarlarına yerleştirilen termoelemanlar yardımıyla tank sıcaklığı ölçülmüştür.
4.3 Sistemdeki Debi Ölçümleri
Deney sırasında sistemde dolaşan suyun ve hava kanallarındaki havanın debileri ayrı ayrı ölçülerek kaydedilmiştir.
4.3.1 Sistemde Dolaşan Salamura Suyun Debisinin Ölçümü
Sistemde dolaşan salamura su (antifrizli su) sera içine yerleştirilen bir tankla açık sisteme dönüştürülmüştür. Suyun dönüş hattına yerleştirilen bir rotametre ile suyun debisi ölçülmüştür.
4.3.2 Sistemdeki Hava Kanalındaki Havanın Debisinin Ölçümü
Deney düzeneğinde kondenser çıkışındaki havanın tank giriş ve çıkış arasındaki debisi kızgın tel anonometresi ile ölçülerek veri toplayıcıya aktarılmıştır.
4.4 Sistemdeki Basınç Ölçümü
Isı pompası sisteminde kompresör giriş ve çıkışında soğutucu akışkanın basınçları manometreler ile ölçülerek kaydedilmiştir. Basınç ölçümünde kullanılan manometreler tekrar kalibre edilmiştir.
4.5 Sistemdeki Güç Ölçümü
Deney düzeneğinde kullanılan güneş kolektörü fanı, ısı pompasında kullanılan fanlar, su sirkülasyon pompası ve kompresörün çektiği güç sera içine yerleştirilen bir elektrik sayacı ile hesaplanmıştır. Bu da bize sistemin çekmiş olduğu enerjiyi rahatça kontrol etme imkanı sağlamıştır.
4.6. Deneylerin Yapılışı
Bu çalışmada son 20 yıldır Ülkemizde üretici için yeni bir geçim kaynağı olan seracılığın en önemli sorunlarından olan ısıtma problemleri ile ilgili çalışmalar yapılmıştır. Ülkemizin bazı bölgelerinin etkin olduğu Akdeniz ikliminin seracılık yönünden çok büyük atılımlar yaptığı bilinmektedir. Bizim amacımız kısmen Akdeniz ikliminin tipik bazı özelliklerini karşılayan Doğu Anadolu ve Güney Doğu Anadolu bölgesinde seracılığın yaygınlaşması ve yapılmasıdır. Özellikle GAP projesinin tam olarak işyerlik kazanması sayesinde seracılığın daha büyük atılımlar yapacağını ummaktayız. Seracılıkta kullanılan klasik ısıtma sistemleri (odun, kömür, petrol türevli yakıtlar) yerine daha alternatif sistemlerin kullanılmasıdır. Bu çalışmamızda daha önce ülkemizde hiç yapılmayan bir uygulama ile sera ısıtılması yapılmıştır. Bu temel sistemleri aşağıda sıralarsak;
a- Güneş destekli (Havalı Güneş Kolektörleri) sera ısıtma sistemi. b- Güneş destekli ve enerji depolamalı sera ısıtma sistemi.
c- Isı pompalı ve enerji depolamalı sera ısıtma sistemi.
4.6.1. Güneş Destekli Sera Isıtma Sistemi
Bu sistem Şekil 4.5 den de görüldüğü gibi havalı güneş kolektörleri, tesisat, dağıtım kanalları, sera ve diğer yardımcı ölçüm ve kontrol cihazlarından meydana gelmiştir.
Bu sistemde havalı güneş kolektörleri ile havanın açık ve bulutsuz olduğu günlerde sabah saatlerinde hava fanı çalıştırılarak sera içine sıcak hava gönderilmiştir. Burada sera
Kolektörlerde seri bir devre kurulmuştur. Birinci gurup 6 kollektörden, ikinci gurup 4 kollektörden oluşmuştur.
Toplanan tüm ısı bir ana dağıtım borusunda toplanarak toprak altına izoleli bir şekilde yerleştirilen PVC borular ile sera içine sevk edilmiştir. Güneşli fakat soğuk günlerde sera taban alanı etrafına döşenen borulara da hava sevk edilerek ısının toprak tabanına mümkün olduğunca yakın olması sağlanmıştır.
4.6.2.Güneş Destekli ve Enerji Depolamalı Isıtma Sistemi
Bu sistem şekil 4.5 den de görüldüğü gibi havalı güneş kolektörleri, tesisat, dağıtım kanalları, enerji depolayıcı, (kimyasal madde tankı) sera ve diğer yardımcı ölçüm, kontrol cihazlarından meydana gelmiştir.
Bu sistemde havalı güneş kolektörleri ile elde edilen sıcak hava dağıtım kanalları yardımıyla sera içine yerleştirilen kimyasal madde tankına sevk edilmiştir. Bu sistem önceki sistemden farklı olarak sıcak hava ile kimyasal madde tankındaki tuz hidratın şarjı yani erimesi sağlanmıştır. Bu işlem gelen havanın hava kanallarından direkt olarak tanka yönlendirilerek tank içindeki hava kanallarından geçerek kimyasal maddeyi eritme işlemidir. Tank içerisinden geçen sıcak hava tekrar sera içine verilmiştir. Şarjı tamamlanan kimyasal maddenin deşarjı için gece vakti tankın uç kısmına yerleştirilen ağır devirli bir fan ile depoya sera içi hava üflenmiş ve deşarjı sağlanmıştır. Otomatik olarak devreye giren düşük devirli eksenel fan deşarjı kolaylaştırmak ve ısının sera içine yayılması için kullanılmıştır. Seranın ısıtılmasında ilave bir ısı kazancı sağlamıştır.
4.6.3. Isı Pompalı ve Enerji Depolamalı Sera Isıtma Sistemi.
Bu sistem Şekil 4.6 den de görüldüğü gibi toprak kaynaklı bir ısı pompası, enerji deposu, su sirkülasyon pompası ve diğer yardımcı elemanlardan oluşmuştur. Bu sistem de toprak kaynaklı ısı pompası ile topraktan alınan enerji ısı pompası ile sera içerisine verilmekte gündüz kimyasal maddenin şarjı sağlanmakta, gece ise ısı pompası sürekli çalıştırılmakta klima sıcak hava girişi ve kimyasal madde girişleri ayrı yönlerden verilmektedir. Kimyasal maddenin şarjı tankın uç kısmına yerleştirilen nispeten soğuk olan sera havasının ağır devirli bir fan ile deşarjından yararlanarak sera içerisi kimyasal madde ile ısıtılmaktadır. Bu sayede hem ısı pompasının enerjisinden hem de kimyasal maddenin şarjından elde edilen enerjiden faydalanmıştır. Isı pompası cihazı 24 saat çalıştırılmıştır, kimyasal madde deşarjı için gece vakti hava durumuna göre fan uygun bir saatte çalıştırılmıştır.
H A V A L I G Ü N E S K O L L E K T Ö R L E R I 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 C A M S E R A I S I P O M P A S I K I M Y A S A L M A D D E T A N K I S E R A H A V A G I R I S I H A V A F A N I H A V A G IR IS I
KOMPRESÖR KONDENSER ISI DEĞİŞTİRİCİ GENLEŞME VALFİ SERAYA 3 I 2 m KİMYASAL MADDE TANKINA 2 1 3 4 5 II III IV TOPRAK ALTI BORU DEMETI LIKIT TANKI NEM ALICI SALAMURA SU GIRIS SALAMURA SU CIKIS I= KOMPRESOR II=KONDENSER III=GENLESME VALFI IV=ISI DEGISTIRICI
KOMPRESÖR KONDENSER ISI DEĞİŞTİRİCİ GENLEŞME VALFİ SERA 3 I 2 m KİMYASAL MADDE TANKI 2 1 34 5 II III IV TOPRAK ALTI BORU DEMETI LIKIT TANKI NEM ALICI
SALAMURA SU GIRIS SALAMURA SU CIKIS
HAVALI GÜNES KOLLEKTÖRLERI
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 HAVA FANI HAVA GIRISI T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T15 T13 T14 T16 T1 T19 T1 T18 T32 T31 T30 T20 T29 T28 T26 T27 =KOMPRESOR R-22 CIKISI =KOMPRESOR R-22 GIRISI T21 T22
= ISI DEGISTIRICI R-22 GIRISI = ISI DEGISTIRICI R-22 CIKISI =KONDENSER HAVA CIKISI
T23 =TOPRAK SICAKLIGI
T24 =SALAMURA SU TOPRAK CIKIS
T25 =SALAMURA SU TOPRAK GIRIS
=SERA IC ORTAM
T17 =DIS ORTAM (CEVRE)
I. GURUP GÜNES KOLLEKTÖRLERI II. GURUP GÜNES KOLLEKTÖRLERI
DATA LOGER
BİLGİSAYAR
T17 =DIS ORTAM ( CEVRE )
T1
T16 =SERA İÇ ORTAM
T1
T15 =KIMYASAL MADDE SICAKLIGI (ALT)
T1
T14 =KIMYASAL MADDE SICAKLIGI (ORTA)
T1
T13 =KİMYASAL MADDE SICAKLIGI
(UST) T
1
T1 =HAVALI GUNES KOLLEKTORU
1.NOLU KOLLEKTOR GIRIS
T2 =HAVALI GUNES KOLLEKTORU
1.NOLU KOLLEKTOR CIKIS
T3 =HAVALI GUNES KOLLEKTORU
2.NOLU KOLLEKTOR CIKIS
T4 =HAVALI GUNES KOLLEKTORU
3.NOLU KOLLEKTOR CIKIS
T5 =HAVALI GUNES KOLLEKTORU
4.NOLU KOLLEKTOR CIKIS =HAVALI GUNES KOLLEKTORU 5.NOLU KOLLEKTOR CIKIS =HAVALI GUNES KOLLEKTORU 6.NOLU KOLLEKTOR CIKIS =HAVALI GUNES KOLLEKTORU 7.NOLU KOLLEKTOR GIRIS =HAVALI GUNES KOLLEKTORU 7.NOLU KOLLEKTOR CIKIS =HAVALI GUNES KOLLEKTORU 8.NOLU KOLLEKTOR CIKIS
T6
T7
T8
T9
T10
=HAVALI GUNES KOLLEKTORU 9.NOLU KOLLEKTOR CIKIS
T11
=HAVALI GUNES KOLLEKTORU 10.NOLU KOLLEKTOR CIKIS
T12
T17 =DIS ORTAM ( CEVRE )
T1
T16 =SERA İÇ ORTAM
T1
T15 =KIMYASAL MADDE SICAKLIGI (ALT)
T1
T14 =KIMYASAL MADDE SICAKLIGI (ORTA)
T1
T13 =kİMYASAL MADDE SICAKLIGI (UST) T26 =SALAMURA TOPRAK SU SICAKLIGI Su1 T27 =SALAMURA TOPRAK SU SICAKLIGI Su2 T28 =SALAMURA TOPRAK SU SICAKLIGI Su3 T29 =SALAMURA TOPRAK SU SICAKLIGI Su4 T30 =SALAMURA TOPRAK SU SICAKLIGI Su5 T31 =SALAMURA TOPRAK SU SICAKLIGI Su6 T32 =SALAMURA TOPRAK SU SICAKLIGI Su7 T24 T25 T23
5. HESAPLAMA YÖNTEMLERİ