SMYO Tarım Makinaları Programı. İçsel Tarım Mekanizasyonu

(1)

SMYO

Tarım Makinaları Programı

İçsel Tarım Mekanizasyonu

(2)

Seralarda Çevre Koşullarının

Düzenlenmesinde Kullanılan Tesisler Mekanizasyonu

Hafta 4

(3)

Seraların Isıtılması

Seralarda ısıtma gereksinimini azaltmak amacıyla alınacak önlemler arasında;

 Kuzeyi kapalı, hafifçe güneye eğimli arazilerde kurulması,

 Uzun kenarı doğu-batı yönüne gelecek şekilde yerleştirilmesi,

 Rüzgardan koruyucu önlem alınması,

 Alçak yapılı seraların seçilmesi,

 İlkbahar ve sonbahar yetiştiriciliğin yeğlenmesi,

 Dondan koruma önlemleri (yağmurlama, plastik örtü, pasif güneş enerjisi sistemlerinden yararlanma)

(4)

Seralar için düşünülecek ısıtma sistemlerinden beklenenler tüm ısıtıcı sistemlerden beklenenlerden herhangi bir fark içermezler. Bu

sistemlerin;

 Her dış hava sıcaklığında, sera içi havası istenen sıcaklıkta tutabilmesi,

 Ekonomik çalışması,

 Arızasız çalışması ve az bakım gerektirmesi,

 Yakıtının yakın çevreden kolayca temin edilebilmesi,

 Çevre kirliliği payının kabul edilebilir derecede az olması gibi özelliklere sahip olması istenir.

(5)

Seraların ısıtma düzenlerinin kurulmasında ilk adım, seranın gereksinim duyduğu ek ısının belirlenmesidir. Bu ısı;

 Beklenen en düşük hava sıcaklığına,

 İstenen sera içi hava sıcaklığına,

 Seranın içeri giren güneş ışınları nedeniyle kazandığı ısıya,

 Seradan dış çevreye yayılan kayıp ısıya bağlıdır.

(6)

Seralarda Isıtma Sistemlerinin Planlanması

Seralarda Isıtma Sistemlerini Planlanması

 Seracılıkta ortam sıcaklığının kontrol altında tutulması bitki büyümesi ve gelişmesi ile verim ve kalitesi üzerinde önemli bir

etkiye sahiptir.

 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.

(7)

Seralarda Isı Gereksinimin Belirlenmesi

Seralarda Isı Gereksiniminin Belirlenmesi

 Serada 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.

(8)

Seralarda Isı Gereksiniminin Belirlenmesi Serada ısı kayıplarının,

 Örtü malzemesinden iletimle,

 Dışarıya sızan hava ile taşınarak

olmak üzere iki şekilde gerçekleştiği dikkate alınır.

𝑸_𝒕 = 𝒒_𝒊 + 𝒒_𝒄

𝑞_𝑖 : iletim ile ısı kaybı (W/m²) 𝑞_𝑐 : taşınım ile ısı kaybı (W/m²) dır.

(9)

Seralarda Isı Gereksiniminin Belirlenmesi Seradan iletimle oluşan ısı kayıpları,

Sera ortamındaki ısı enerjisinin örtü malzemesi tarafından dış ortama iletilmesi ile oluşur.

𝒒_𝒊 = 𝒌. 𝑨_ö⁄𝑨_𝒕 . (𝒕_𝒊 − 𝒕_𝒅)

𝑘 : örtü malzemesinin toplam ısı geçirme katsayısı (W/m²°C) 𝐴_ö : sera örtüsü yüzey alanı (m²)

𝐴_𝑡 : sera taban alanı (m²) 𝑡_𝑖 : iç ortam sıcaklığı (°C) 𝑡_𝑑 : dış ortam sıcaklığı (°C)

(10)

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 (m² °C/W)

𝑅_λ : yapı malzemesinin ısıl direnci (m² °C/W) 𝑅_𝑑 : dış yüzey ısıl direnci (m² °C/W)

(11)

Seralarda iç yüzey ısıl direnci ısıtma sisteminin tipi ve yerleşimine bağlıdır.

Isıtma sistemi 𝑹_𝒊 (m² °C/W) Yüksek düzeyde yerleştirilmiş ısıtma boruları 0.09

Duvarlardaki ve direklerdeki ısıtma boruları 0.09 Yetiştirme masası altındaki ısıtma boruları 0.10

Sera tabanındaki ısıtma boruları 0.12 Yüksek düzeyde yerleştirilmiş hava üfleyiciler 0.09

Delikli kanallardan hava üfleyiciler 0.10 Borulu ve hava üflemeli karışık ısıtma sistemleri 0.10

(12)

Sera örtü malzemesinin ısıl direnci örtü malzemesinin özelliklerine bağlıdır.

Örtü malzemesi 𝑅_λ (m² °C/W)

Sera camı 0.01

Sert plastik (1 mm) 0.01

Çelik çerçevelerde çift katlı cam (15 mm aralıklı) 0.14 Çelik çerçevelerde çift katlı cam (12 mm aralıklı) 0.11

Çelik çerçevelerde çift katlı cam (8 mm aralıklı) 0.09 Çerçevesiz çift katlı sert plastik (12 mm aralıklı) 0.15

Çerçevesiz çift katlı sert plastik (5 mm aralıklı) 0.08 Çift katlı plastik (10 mm aralıklı) 0.10 Tek katlı plastik (0.2 mm) (PVC, PE) 0.01

(13)

Seralarda Isı Gereksiniminin Belirlenmesi Sera örtüsünün dış yüzey ısıl direnci ise;

Rüzgara karşı durumu 𝑹_𝐝 (m² °C/W)

Duvar Çatı

Korunmuş 0.08 0.07

Normal 0.055 0.045

Açık 0.03 0.02

(14)

Seralarda Isı Gereksiniminin Belirlenmesi Serada toplam ısı kaybının belirlenmesi

𝑸_𝒕 = 𝒖. 𝑨_ö⁄𝑨_𝒕 . (𝒕_𝒊 − 𝒕_𝒅)

U (toplam ısı kaybı katsayısı) (W/m²°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.

(15)

Seralarda Isı Gereksiniminin Belirlenmesi Serada ısı gereksinimi

Serada ısıtma sistemi tarafından karşılanması gereken gerçek ısı gereksinimi (𝑞_ℎ, w/m²)

𝒒_𝒉 = 𝒖. 𝑨_ö⁄𝑨_𝒕 . (𝒕_𝒊 − 𝒕_𝒅) − 𝑰. 𝑻. 𝜶

I: dış ortamdaki toplam güneş ışınımı (w/m2) 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

(16)

Sera ısıtma için gerekli yakıt miktarının belirlenmesi 𝒀𝑴 = 𝑬 𝒄⁄ _𝒚 . ɳ

E: toplam enerji gereksinimi (J)

𝒄_𝒚 : yakıtın en düşük veya net ısıl değeri (J/birim miktar) ɳ : 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.

(17)

Seralarda 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

(18)

Yakıtlar katı, sıvı ve gaz yakıtlar olmak üzere üç gruba ayrılır;

 Katı yakıtlar;

Kömür ve çürümüş bitkilerden elde edilen turba ( fosil ) ve biyokütle kaynakları ve yakacak odun ( fosil olmayan) yakıtlar

 Sıvı yakıtlar;

Gazyağı, mazot ve hafifağır petrol ürünleri kullanılır.

 Gaz yakıtlar;

Metan gazı, maden gazı, fermantasyon gazı, doğal gaz, sıvılaştırılmış petrol gazı, biyogaz gibi yakıtlar.

(19)

Isıtma Sistemlerinin 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.

(20)

Isıtma Sistemlerinin 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.

(21)

Isıtma Sistemlerinin 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.

(22)

 Seralarda değişik tür bitkilerin yetiştirilebilmesi için, hava sıcaklığı 10-28 °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.

(23)

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 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

𝑳 = 𝑸

𝝅. 𝒅. 𝒌. (𝒕_𝒃 − 𝒕_𝒊)

(24)

Isıtma borularının yerleştirilmesinde dikkat edilecek noktalar;

 Sera içinin gölgelenmemesi

 Sera içi çalışmalarına engel olmaması

 Üretim alanında kayba neden olmaması

 Serada homojen bir sıcaklık yaratması

Isıtma borularının yerleştirilmesi

(25)

Seralarda Isıtma Sistemleri

Seralarda kullanılan ısıtma sistemleri diğer yapılardan farklı değildir.

Ancak seraların dezavantajı,

 Isı kaybına maruz yüzeylerinin çok geniş olması,

 Kullanılan malzemelerin ısı geçirgenliğinin çok yüksek olması,

 Sera içerisinden dış ortama yoğun bir ısı akışının olmasıdır.

1. Geleneksel ısıtma sistemleri Sobalar ( turba, odun, gaz, kömür)

2. 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.

(26)

(27)

(28)

 Avrupa ve ABD’deki 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 51 mm olan çelik borular kullanılır.

 Bazen ısıtmada 16 mm’lik plastik borular da kullanılmaktadır.

 Çok büyük sera işletmelerinde buharla ısıtma daha verimlidir.

(29)

(30)

(31)

 Hızlı bir ısıtma yaparlar, bitki sıcaklığı en fazla hava sıcaklığına eşit olabilir.

 Sistemin çalışması durduktan sonra ani soğuma nedeniyle yüzeylerde yoğuşma olabilir.