HAKKÂRİ ŞARTLARINDA SICAKLIK VE BAĞIL NEMİN PLC İLE

DENETLENDİĞİ GÜNEŞ ENERJİLİ SERA SİSTEMİ

Adem YILMAZ

DOKTORA TEZİ

MAKİNA EĞİTİMİ ANABİLİM DALI

GAZİ ÜNİVERSİTESİ

FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

TEMMUZ 2014

Âdem YILMAZ tarafından hazırlanan “HAKKÂRİ ŞARTLARINDA SICAKLIK VE

BAĞIL NEMİN PLC İLE DENETLENDİĞİ GÜNEŞ ENERJİLİ SERA SİSTEMİ” adlı tez

çalışması aşağıdaki jüri tarafından OY BİRLİĞİ ile Gazi Üniversitesi Makine Eğitimi

Anabilim Dalında DOKTORA TEZİ olarak kabul edilmiştir.

Danışman: Prof. Dr. Hikmet DOĞAN

Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Gazi Üniversitesi

Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Doktora Tezi olduğunu onaylıyorum

....………….……..

Başkan : Prof. Dr. Çetin ELMAS

Elektrik Elektronik Eğitimi Ana Bilim Dalı, Gazi Üniversitesi

Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Doktora Tezi olduğunu onaylıyorum

.…………….…….

Üye : Doç. Dr. Mustafa AKTAŞ

Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Gazi Üniversitesi

Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Doktora Tezi olduğunu onaylıyorum

.……….………...

Üye : Prof. Dr. Adem ACIR

Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Gazi Üniversitesi

Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Doktora Tezi olduğunu onaylıyorum

...…………………

Üye : Doç. Dr. Sezai YILMAZ

Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Karabük Üniversitesi

Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Doktora Tezi olduğunu onaylıyorum

...…………………

Tez Savunma Tarihi: 18/07/2014

Tez Savunma Tarihi:

Jüri tarafından kabul edilen bu tezin Doktora Tezi olması için gerekli şartları yerine

getirdiğini onaylıyorum.

…………………….…….

Prof. Dr. Şeref SAĞIROĞLU

Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü

ETİK BEYAN

Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tez Yazım Kurallarına uygun olarak

hazırladığım bu tez çalışmasında;

Tez içinde sunduğum verileri, bilgileri ve dokümanları akademik ve etik kurallar

çerçevesinde elde ettiğimi,

Tüm bilgi, belge, değerlendirme ve sonuçları bilimsel etik ve ahlak kurallarına

uygun olarak sunduğumu,

Tez çalışmasında yararlandığım eserlerin tümüne uygun atıfta bulunarak

kaynak gösterdiğimi,

Kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı,

Bu tezde sunduğum çalışmanın özgün olduğunu,

bildirir, aksi bir durumda aleyhime doğabilecek tüm hak kayıplarını

kabullendiğimi beyan ederim.

(Adem YILMAZ)

18/07/2014

iv

HAKKÂRİ ŞARTLARINDA SICAKLIK VE BAĞIL NEMİN PLC İLE

DENETLENDİĞİ GÜNEŞ ENERJİLİ SERA SİSTEMİ

(Doktora Tezi)

Adem YILMAZ

GAZİ ÜNİVERSİTESİ

FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Temmuz 2014

ÖZET

Mevcut sera sistemlerinde otomasyon sistemlerinin yetersiz olması sebebiyle, enerji maliyetleri yüksek olmaktadır. Tarımsal faaliyetlerde sıcaklık ve bağıl nem kontrolü önemli role sahiptir. Sıcaklığın ve bağıl nemin istenen değerler aralığında tutulamaması da maliyetin artmasında ve ürün kalitesinde çok önemli bir role sahiptir. Bu nedenle bu çalışmanın esası ortamın bağıl nem ve sıcaklığını istenilen değerlerde tutabilmeyi teşkil etmektedir. Ayrıca güneş enerjisi kullanarak, bağıl nem ve sıcaklığı daha da az maliyetle otomatik olarak sağlamak bu çalışmanın ana hedefidir. Tasarlanan sistemdeki otomasyon sayesinde daha az enerji ile bağıl nem ve ısı ihtiyacının istenilen değerlerde tutulmasını mümkün kılmak için bir tasarım gerçekleştirilmek istenmiştir. Buna göre bu tasarım; gündüzleri ihtiyaç duyduğu enerjiyi güneş kolektörlerinden, sağlarken ihtiyaç fazlası enerjiyi de ihtiyaç duyulduğunda (güneş enerjisini olmadığı zamanlarda) kullanılmak üzere depolayacaktır. Tasarıma, deneyler sırasında elde edilen bütün verilerin izlenmesi, kontrolü ve kaydının tutulması amacıyla özel bir sera yazılımı eklenmiştir. Hakkâri ili şartlarında yapılan deneysel çalışma ile seranın bağıl nemi ve sıcaklığı belirlenen değerlerde tutulması başarıyla gerçekleştirilmiştir. Deneysel olarak bağıl nem; %30–40, %40–50, %50–60, %60–70, %70–80, %80–90, değerlerinde tutularak deneysel sonuçlara kaydedildi. Sıcaklık değerleri de 15-20oC, 20-25oC ve 25-30oC arasında istenilen değerlerde tutularak kaydedildi. Dolayısıyla tasarım, farklı sıcaklık ve bağıl nemlerde kontrol edilmiş olup, enerji analizleri yapılmıştır. Ayrıca verilerin kaydedildiği bilgisayarın internet bağlantısının yapılması halinde sera sisteminin internet ulaşımının bulunduğu her yerden sıcaklık, bağıl nem, damla sulama ve havalandırma gibi özelliklerinin kontrolü de test edilmiştir. Otomasyonsuz bir sera ile tarafımızdan tasarlanıp uygulaması yapılan bu otomasyonlu modern sera, bilimsel verilerin yanında yetiştirilen bitkilerin özellikleri de görsel olarak izlenerek karşılaştırılmıştır. Her iki serada da sebzelerin büyümesi, çiçeklenmesi, ürün vermesi, ürün kalitesi gibi bilgiler de gözlemlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre otomasyonlu modern seranın nem ve sıcaklığı istenilen değerlerde tutulduğunda; salatalıkların yetişme süresinin 10 gün kısaldığı gözlemlenmiştir. Bilim Kodu : 708.3.015 Anahtar Kelimeler : Nem kontrolü, güneş enerjisi, sera, enerji analizi Sayfa Adedi : 127 Danışman : Prof. Dr. Hikmet DOĞAN

v

SOLAR ENERGY GREENHOUSE SYSTEM IN WHICH TEMPERATURE AND

RELATIVE HUMIDITY IN HAKKARI CONDITIONS ARE MONITORED BY PLC

(Ph. D. Thesis)

Adem YILMAZ

GAZİ UNIVERSITY

GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES

July 2014

ABSTRACT

Due to the lack of automation systems in existing greenhouse systems, energy costs are

high. The control of temperature and relative humidity has an important role in agricultural activities. Not being able to retain the temperature and relative humidity at the

desired range of values also plays a very important role in the increase of the cost and the product quality. Therefore, the base of this study constitutes retaining the relative humidity and temperature of the medium at the desired values. In addition, to automatically provide the relative humidity and temperature with less cost by using solar energy is the main goal of this study. Therefore, in this thesis, it is intended to provide relative humidity control of a closed medium (greenhouse) by using alternative energy sources and automatic control elements along with it. Accordingly, the present design will store the surplus energy to be used when needed (when there is no solar energy), while generating the energy needed during the day from solar collectors. A special greenhouse software was added to the design in order to track, control and record all the data obtained during the experiments. Under the conditions of Hakkari, retaining the relative humidity and temperature of the greenhouse was conducted successfully through experimental study. Experimental daily relative humidity was kept at the values of %30–40, %40–50, %50–60, %60–70, %70–80, and % 80–90 and was recorded to the experimental results. The temperature was retained and recorded at the desired values between 15-20oC, 20-25oC and 25-30oC. So, the design was tested at different temperatures and relative humidity, and the energy analysis was performed. In addition, in case of supplying the internet connection of the computer in which the data was saved, the control of the characteristics such as temperature, relative humidity, drip irrigation and ventilation was also tested from anywhere with the internet access of the greenhouse system. In this automated modern greenhouse which was designed with a greenhouse without automation and applied by us, the characteristics of the plants grown as well as the scientific data were observed and compared visually. In both greenhouses, the information such as vegetable growth, flowering, fruiting, product quality was observed. According to the results obtained, it was observed that the rise time of cucumber shortened 10 days when the relative humidity and temperature of the automated modern greenhouse were kept at the desired values. Science Kode : 708.3.015 Key Words : Humidity Control, solar energy, greenhouse, energy analist Page Number : 127 Supervisor : Prof. Dr. Hikmet DOĞAN

vi

TEŞEKKÜR

Bu tez çalışmasının bütün aşamalarında görüş ve önerilerinden faydalandığım,

yönlendirme ve bilgilendirmeleriyle çalışmamı tamamladığım sayın hocam Prof. Dr.

Hikmet DOĞAN’a, çalışmalarımda verdiği desteklerden dolayı sayın Doç. Dr.

Mustafa AKTAŞ’a, tez süresi boyunca yardımlarını esirgemeyen ve tez çalışmamın

tamamlanmasında emeği olan arkadaşım Dr. Seyfi SEVİK’e teşekkür eder,

saygılarımı sunarım. Ayrıca bu tez çalışması sırasında bana maddi - manevi destek

veren eşim Arzu YILMAZ’a, tüm aileme, moral ve motivasyon kaynağım olan

çocuklarım Azra Nur, İsmail, Kerem Can ve Cem Somer’e teşekkürlerimi ve

saygılarımı sunarım.

vii

İÇİNDEKİLER

Sayfa ÖZET .............................................................................................................. iv ABSTRACT .................................................................................................... v TEŞEKKÜR .................................................................................................... vi İÇİNDEKİLER ................................................................................................ vii ÇİZELGELERİN LİSTESİ ............................................................................... x ŞEKİLLERİN LİSTESİ .................................................................................... xi RESİMLERİN LİSTESİ ................................................................................... xiii SİMGELER VE KISALTMALAR ..................................................................... xiv

1. GİRİŞ ....................................................................................................... 1

2. LİTERATÜR TARAMASI ........................................................................................... 5

2.1.Güneş Enerjisi ve Isı Pompası ............................................................ 5 2.2.Seralarda Bağıl Nem ve Sıcaklık Kontrolü ........................................... 9

3. SERALAR ................................................................................................... 15

3.1. Türkiye’de ve Dünyada Seracılık ............................................................ 16 3.2. Sera Çeşitleri ........................................................................................... 19

3.2.1. Klasik sera sistemleri. ................................................................... 20 3.2.2. Yarı otomatik sera sistemleri ........................................................ 20 3.2.3. Tam otomatik sera sistemleri. ....................................................... 21

3.3. Sera Otomasyonu ................................................................................... 21

3.4. Seraların Kontrolü ve Sera Planlamasının Yapılması ........................... 23

3.4.1. Seralarda sıcaklık kontrolü. ........................................................... 24 3.4.2. Seralarda nem kontrolü. ................................................................ 25

viii

Sayfa 3.4.3. Seralarda diğer kontroller. ............................................................. 30 3.4.4. Sera toprağının yapısı ve kalitesi. ................................................ 33

4. GÜNEŞ ENERJİSİ VE SERALARDA KULLANIMI ......................... 35

4.1. Güneş Enerjisinin Kullanım Alanları ....................................................... 35 4.2. Güneş Enerjisi Kullanımının avantajları ................................................. 35

4.3.Türkiye’nin Güneş Enerjisi Potansiyeli .................................................... 36 4.4. Güneş Enerjisinin Depolanması ............................................................ 37

4.4.1. Sıcak su olarak depolama. ............................................................ 37

4.4.2. Kimyasal enerji olarak depolama. ................................................. 37

4.4.3. Gizli ısı tekniği ile depolama ......................................................... 38

4.5. Güneş Enerjili Isıtma Sistemleri ............................................................. 38 4.6. Seralarda Güneş Enerjisi Destekli Isı Pompalı Isıtma Sistemleri .......... 39 4.7. Isıtma ve Isıtma Teorisi ........................................................................... 39

5. PROGRAMLANABİLİR LOJİK KONTROL SİSTEMLERİ (PLC) 41

5.1. PLC’nin Kullanım Amacı ......................................................................... 41 5.2. PLC’nin Yapısı ........................................................................................ 42 5.3. PLC Sistemlerinin Avantajları ................................................................. 42 5.4. PLC Programının Çalışması ................................................................... 43

6. MATERYAL VE METOD ........................................................................ 45

6.1. Deney Düzeneğinin Hazırlanması .......................................................... 45

6.1.1. Güneş enerjisi sisteminin kurulumu. ............................................. 52 6.1.2. Isı Pompası Sisteminin kurulumu. ................................................ 57 6.1.3. Nemlendirme sisteminin kurulumu. .............................................. 61 6.1.4. Ölçü Aletleri ve Bağlantıları........................................................... 62

ix

Sayfa 6.1.5. Yetiştirilecek Ürünlerin Seçimi. ..................................................... 68

6.2. Teorik Analiz ........................................................................................... 68

6.3. Ekonomik Analiz ...................................................................................... 82

7. DENEYLERİN YAPILIŞI VE DENEY VERİLERİNİN ÇİZELGELENDİRİLMESİ ...................................................................... 85

7.1. Sistemin Test Edilmesi ........................................................................... 85 7.2. Sistemin Çalıştırılması ............................................................................ 86 7.3. Deneylerin Yapılışı .................................................................................. 87 7.4. Deney Verilerinin Çizelgelendirilmesi ..................................................... 87

8. DENEY VERİLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ .............................. 89

8.1. Sera İçerisine Ürün Dikilmeden Yapılan Deneyler ................................ 89 8.2. Sera İçerisine Ürün Dikildikten Sonraki Yapılan Deneyler .................... 98 8.3. Sistem verilerinin ısıl analizi ................................................................... 99 8.4. Ürünlerin Kontrolü ve Karşılaştırılması .................................................. 102

9. SONUÇ VE ÖNERİLER .......................................................................... 105

KAYNAKLAR .................................................................................................. 107

EKLER ............................................................................................................ 115 EK-1. Ürün dikilmeden yapılan deneyler sonucunda elde edilen veriler ......... 116 EK-2. Ürün dikildikten sonra yapılan deneyler sonucunda elde edilen veriler 117 EK-3. Sistem kurulum resimleri ...................................................................... 118 EK-4. Seradaki ürünlerin resimleri .................................................................. 123 ÖZGEÇMİŞ ......................................................................................................... 126

x

ÇİZELGELERİN LİSTESİ

Çizelge Sayfa Çizelge 1.1. Türkiye’nin yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı elektrik

üretimi ......................................................................................... 3 Çizelge 3.1. Türkiye'de seraların dağılımı ....................................................... 16 Çizelge 3.2. Sera ortamında yetiştirilen bazı ürünler için ihtiyaç duyulan

ortalama sıcaklık değerleri .......................................................... 24

Çizelge 6.1. Vakum tüp güneş kollektörünün teknik özellikleri ........................ 53

Çizelge 6.2. Isı pompasının teknik özellikleri .................................................. 57 Çizelge 6.3. Sistemin değerlerini almak için kullanılan cihazlar ve özellikleri . 64 Çizelge 6.4. Polikarbon levhanın özellikleri .................................................... 64 Çizelge 7.1. Deneyler sırasında ölçümü yapılan veriler .................................. 87 Çizelge 7.2. Serada elde edilen verilerin tablosu ............................................ 88

xi

ŞEKİLLERİN LİSTESİ

Şekil Sayfa Şekil 1.1. Dünya genelinde güneş ışınımını en fazla alan bölgeler ................ 2 Şekil 3.1. Su püskürtmeli nemlendiricinin çalışma prensibi ............................ 29 Şekil 4.1. YEGM Güneş enerjisi potansiyel atlası (GEPA) ............................. 36 Şekil 5.1. PLC sisteminin örnek bir uygulaması .............................................. 41 Şekil 6.1. Tasarlanan seranın görünümü ....................................................... 46 Şekil 6.2. PC ve PLC hissedicilerin bağlantı şeması ..................................... 50 Şekil 6.3. Sera içerisine yerleştirilen kollektör ................................................ 52 Şekil 6.4. Vakum tüp kollektör detayı............................................................. 54 Şekil 6.5. Seri bağlanmış vakum tüp kollektörlerinin birleştirilmesi ............... 54 Şekil 6.6. Vakum tüp güneş kollektörünün bağlantı şeması .......................... 56 Şekil 6.7. Isı pompası tesisatının bağlantısı .................................................. 58 Şekil 6.8. Güneş enerjisi ve ısı pompası sistemlerinin şematik görünümü .... 60 Şekil 6.9. Su püskürtmeli nemlendirme sistemi ............................................. 61 Şekil 6.10. Sera havasının soğutma yöntemi ile bağıl neminin alınması ....... 62 Şekil 6.11. Sera için hazırlanan programın görüntüsü ................................... 65 Şekil 6.12. Mollier diyagramında havanın özelliklerini bulma ......................... 75 Şekil 6.13. Isı pompasının T-s ve log P-h diyagramları ................................. 81 Şekil 8.1. Sera içi bağıl nem değerleri .......................................................... 89 Şekil 8.2. Sera içi sıcaklık değerleri ............................................................... 90 Şekil 8.3. Sera içi bağıl nem ile sıcaklık değerlerinin karşılaştırılması ........... 91 Şekil 8.4. Sera iç ve dış bağıl nem değerleri .................................................. 92 Şekil 8.5. Sera iç ve dış bağıl nem değeri %80-90 arası .............................. 93 Şekil 8.6. Sera iç ve dış bağıl nem değeri %70-80 arası .............................. 94

xii

Şekil Sayfa Şekil 8.7. Sera iç ve dış bağıl nem değeri %40-50 arası ............................... 95 Şekil 8.8. Sera iç ve dış sıcaklık değeri ......................................................... 96 Şekil 8.9. Sera içi sıcaklık değeri 20-25oC arasında ...................................... 96 Şekil 8.10. Sera içi sıcaklık değeri 25-30oC arasında ................................... 97 Şekil 8.11. Sera içi bağıl nem değerleri %40-60, sera içi sıcaklık değeri 20-25oC arasında ........................................................................ 98 Şekil 8.12. Sera içi bağıl nem değerleri %60-80, sera içi sıcaklık değeri 20-25oC arasında.......................................................................... 98 Şekil 8.13. Mollier diyagramında, havanın, soğutma yöntemi ile neminin alınması ....................................................................................... 101

xiii

RESİMLERİN LİSTESİ

Resim Sayfa Resim 3.1. Çelik iskele ve naylondan yapılmış sera ....................................... 15 Resim 4.2. Sera ısıtmasında kullanılan güneş kollektörlerinin konumu .......... 39 Resim 6.1. Yerden ısıtma boruları ve kollektörün görünümü .......................... 47 Resim 6.2. Isıtma sistemindeki selenoid vanaların yerleşimi .......................... 48 Resim 6.3. Elektrik ve bilgisayar kumanda paneli .......................................... 48 Resim 6.4. Havalandırma kanalı ve havalandırma fanları ............................ 49 Resim 6.5. Manuel (Elle) olarak kullanılan sıcaklık ve nemölçerler ............... 49 Resim 6.6. Damla sulama sistemi .................................................................... 51 Resim 6.7. Vakum tüp güneş kolektörü ......................................................... 52

Resim 6.8. Sera içinde nem ve sıcaklık hissedicilerinin (sensörleri) yerleri ... 63 Resim 6.9. Nem ve sıcaklık hissedicileri (sensörler) ...................................... 63 Resim 6.10. PLC kumanda paneli ................................................................. 64 Resim 6.11. Sıcaklık ve rüzgâr ölçüm cihazları ............................................. 66 Resim 6.12. Seranın polietilen karbon ile kaplanmış hali .............................. 67 Resim 8.1. Otomasyonlu serada hızlı büyüme gösteren hıyar fidesi ............. 102 Resim 8.2. Normal serada yetişen hıyar fidesinde gözlenen çiçeklenme ...... 103 Resim 8.3. Otomasyonlu serada yetişen hıyar fidesinde gözlenen

çiçeklenme ................................................................................. 103

xiv

SİMGELER VE KISALTMALAR

Bu çalışmada kullanılmış simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda

sunulmuştur.

Simgeler Açıklamalar

A Alan (m2)

Agka Gerekli kolektör alanı (m2)

At Faydalı yüzey alanı (m²)

c Özgül ısı (kJ/kgK)

D Tank çapı (m)

F Isı kaybeden yüzey alanı (m2)

Fk Kolektör yüzey alanı (m2)

Ft Kolektör ısı kazanç faktörü

g Yerçekimi ivmesi (9.81 m/s2)

H Entalpi (kJ)

h1 Soğutkanın kompresöre giriş entalpisi (kJ/kg)

h2 Soğutkanın kompresörden çıkış entalpisi (kJ/kg)

h3=h4 Soğutkanın genleşme valfin giriş-çıkış entalpileri (kJ/kg)

I Kolektör yüzeyine gelen güneş ışınımı (Ws/m2)

Kütle (kg)

Havanın kütlesel debisi (kg/s)

Np Pompa gücü (W)

P Basınç (N/m2)

Pd Su buharının doyma basıncı (kPa)

Sh Isı pompası çalışma süresi (saat)

Kondenser kapasitesi (kJ/s)

Kompresör gücü (kJ/s)

Evaporatör kapasitesi (kJ/s)

Isı enerjisi (kJ/s)

Akışkana geçen enerji (faydalı enerji) (kJ/s)

Depolanan enerji (kJ/s)

Güneş kolektöründen fazladan kazanılan enerji (kJ/s)

xv

Simgeler Açıklamalar

T Güneşlenme süresi (saat)

Ttg Suyun kolektöre giriş sıcaklığı (ºC).

Ttç Çevre sıcaklığı (ºC).

Ty Yutucu yüzey sıcaklığı (ºC)

Ti Ortalama iç sıcaklık (19 ºC)

TE Evaporatör sıcaklığı (ºC)

TK Kondenser sıcaklığı (ºC)

Tü Ürün sıcaklığı (ºC)

tort Ortalama günlük dış hava sıcaklığı (ºC).

tkol Kolektör ortalama sıcaklığı (ºC)

u Akışkan hızı (m/s)

Vw Rüzgâr hızı (m/s)

Vdepo Depo hacmi (litre)

W Yapılan iş (kJ)

Fanın harcadığı enerji (kJ/s)

L Sera uzunluğu (m)

h Sera yan duvar yüksekliği (m)

b Sera genişliği (m)

bç Sera çatısının genişliği (m)

hm Sera mahya yüksekliği (m)

A Sera dış yüzey alanı (m2)

U Sera yapı malzemelerinin ısı geçirme katsayısı (W/m2K)

fi Sera örtüsü ısı geçirgenlik katsayısı (W/m2K)

d Kullanılan örtü malzemesinin kalınlığı (m)

fd Örtü yüzeyinde ısı geçiş katsayısı(W/m2K)

vs Sera iç hacmi (m3)

ρ Hava yoğunluğu (kg/m3 )

σ Stefan-Boltzman

xvi

Kısaltmalar Açıklamalar

COPIP Isı pompası performans katsayısı

COPSM Soğutma makinesi performans katsayısı

DGGDIP Direkt genleşmeli güneş destekli ısı pompası

GE Güneş enerjisi

GDTKIP Güneş destekli toprak kaynaklı ısı pompası

GDIP Güneş destekli ısı pompası

GESIS Güneş enerjili sıcak sulu sistem

HDO Hava değişim oranı

IP Isı pompası

PLC Programlanabilir mantıksal kontrol

SCADA Uzaktan kontrol ve gözleme sistemi

TKIP Toprak kaynaklı ısı pompası

1

1. GİRİŞ

Dünya nüfusunun ve yaşam standartlarının her geçen gün arttığı günümüz

toplumlarında enerjiye olan ihtiyaç daha da artmaktadır. Dolayısıyla enerji, verimli

ve aynı zamanda çevreye karşı da duyarlı bir şekilde tüketilmelidir. Enerji tüketimi,

insanların yaşam seviyelerinin artması ve ülkelerin endüstrileşmesi ile doğrudan

ilgilidir. Bu nedenle çoğu kere, devletlerin kalkınmışlığı, tükettiği enerji miktarı ile

ifade edilmektedir. Petrol rezervlerinin giderek tükenmesi ile enerji fiyatları da hızla

yükselmektedir. Bu nedenle; mevcut enerji stoklarının daha ekonomik olarak

kullanılması ve atık enerjinin yeniden kazanılması gerekli hale gelmiştir. Buna

bağlı olarak dünyanın hemen her yerinde, yöneticiler (sorumlular) ve bilim

adamlarınca enerjide devamlılığın sağlanması, enerji ve enerji kaynaklarının

verimli kullanılarak enerji maliyetlerinin ekonomi üzerindeki yükünün hafifletilmesi,

iklim değişikliği ve çevre ile ilgili çalışmalar yapılmaktadır.

Çevre sorunlarının ve kirliliğinin büyük bir bölümünü; enerji kaynaklarının iyi

değerlendirilmemesi ve üretilen enerjinin de bilinçsiz bir şekilde tüketilmesi,

endüstrinin bıraktığı atıklar, hızla çoğalan araçların egzost gazlarından oluşan

zararlı atıklar gibi birçok etken oluşturmaktadır. Bu nedenle, bütün ülkelerde zararlı

atıkların yayılmasını azaltmak amacıyla, yasa ve yönetmelikler çıkartılmakta,

uluslararası antlaşmalar yapılmaktadır. Ayrıca yeni enerji üretim teknolojileri

konusunda araştırma-geliştirme çalışmaları da hızla sürdürülmektedir. Enerji

politikasında, enerji ve ekonominin gelişmesi ile birlikte çevrenin de dikkate

alınması öngörüldüğünden, enerji güvenliği, ekonomik büyüme ve çevrenin

korunması hedefleri arasında uyum sağlanması gerekmektedir.

Türkiye’nin temel enerji üretiminde kullandığı kaynaklar genel olarak petrol, linyit

kömürü, odun, doğalgaz, jeotermal enerji ve hidroelektrik enerjisi gibi kaynaklar

olarak bilinmektedir. Türkiye’nin sahip olduğu en önemli enerji kaynağı fosil bir

yakıt olan düşük kaliteli linyit kömürüdür ve bu kömürün yakılmasıyla çevreye

zarar verilmektedir. Türkiye yenilenebilir özelliği olmayan fosil kaynaklar

bakımından fakir bir ülkedir ve doğalgaz, petrol, petrol ürünleri ve yüksek kalitede

kömür alımı için milyarlarca dolarlık ithalat yapmaktadır. Oysa Türkiye birçok

2

ülkeye göre güneş enerji yoğunluğu (ortalama 3,6 kWh/m2gün) yüksek olan bir

ülkedir. Bu nedenle bir yandan fosil yakıtları azaltırken bir yandan da alternatif

enerji kaynaklarına yönelmelidir.

Dünya haritasına bakıldığında; Türkiye Şekil 1.1’de görüldüğü gibi, “güneş kuşağı”

olarak adlandırılan bir bölgede bulunmaktadır. İstatistiklere göre Türkiye bir yılda

yaklaşık 380 MWh güneş enerjisi potansiyeline sahiptir. Çizelge 1.1’de Türkiye’nin

yenilebilir enerji kaynaklarındaki enerji potansiyeli verilmiştir. Türkiye’nin bu

zenginliğinin en önemli nedeni; dünya üzerindeki konumunun “güneş kuşağı”

olarak adlandırılan ve fazla ışınım alan “kırmızı bölge” olarak bilinen bölgede

olmasıdır [1]. Bu güneş kuşağı üzerinde Türkiye ile birlikte, İspanya, İtalya,

Yunanistan, İsrail, Suriye, Mısır, Suudi Arabistan, Libya, Cezayir, Fas, Iran,

Pakistan, Çin, Japonya, Amerika, Meksika, Güney Afrika ve Avustralya gibi ülkeler

sayılabilir.

Şekil 1.1. Dünya genelinde güneş ışınımını en fazla alan bölgeler [1]

3

Çizelge 1.1. Türkiye’nin yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı elektrik üretimi [1]

Enerji Türü Üretim Potansiyeli Milyar (kWh)

Hidroelektrik 80-100

Rüzgâr 90-100

Jeotermal 5 -16

Güneş 380

Biyogaz 35

Toplam 590-631

Alternatif enerji kaynakları içinde (güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi, jeotermal enerji,

dalga enerjisi gibi) güneş enerjisi çok önemli bir yer tutmaktadır. Güneş enerjisi

tükenmeyen bir kaynak oluşu, ileri teknolojiler gerektirmeden de kolayca elde

edilebilmesi, çevreye zarar vermemesi gibi özelliklerinden dolayı yaygın bir şekilde

kullanılabilme özelliğine sahiptir. Güneş enerjisinin bu özelliklerine rağmen,

Türkiye’de, güneş enerjisinden sadece kullanım sıcak suyu hazırlama gibi bir

sektör oluşmuştur. Diğer sektörlerde henüz arzu edilen kullanım miktarına

ulaşılamamıştır.

Bu çalışmada, Türkiye’nin enerji potansiyeli göz önünde tutularak, enerji ihtiyacının

güneşten sağlandığı bir sera sisteminin tasarlanması düşünülmüştür.

Tarafımızdan tasarlanan bu serada, kullanılacak enerji, alternatif enerji

kaynaklarından olan güneş enerjisinden sağlanırken, sera içindeki yetiştirilecek

olan ürünlerin, özelliklerine göre, sera havasının sıcaklık ve bağıl neminin kontrol

altında tutularak daha iyi verim alınması hedeflenmiştir. Nasıl ki: mobilya ve

elektronik sanayisi gibi yerlerde kuru (nem yönünden fakir), tekstil ve deri sanayisi

gibi yerlerde de nemli (nem yönünden zengin) havaya ihtiyaç varsa; seralarda da

nem yönünden zengin havaya ihtiyaç vardır. Ancak sera içerisindeki yetiştirilen

ürünler çok farklı nemli havaya ihtiyaç duymaktadırlar. Bu nedenle tasarlanan

serada salatalık (hıyar) üretileceğinden, hıyarın ihtiyaç duyduğu nem miktarı esas

alınmıştır. Sera içindeki sıcaklığın ve bağıl nemin istenilen değerlerde sabit halde

tutabilmek içinde otomatik kontrol sistemlerine ihtiyaç duyulduğundan bu

4

çalışmada daha çok sera içindeki hava şartlarını istenilen değerlerde tutabilmek ve

seranın ihtiyaç duyduğu enerjiyi güneşten sağlama üzerine çalışmaya

yoğunlaşmıştır.

Sayılan düşüncelerden hareketle çalışmada daha öze inilerek, güneş enerjisi ile

bir seranın bağıl nemi ve sıcaklığı kontrol edilerek, bu değerlerin istenilen şartlara

getirilmesi hedeflenmiştir. Ayrıca bu tez çalışmasında; enerji tüketimini en az

seviyede tutan şartlar kullanarak, bir ısı aktarım sisteminin ve termodinamik

analizinin yapılması amaçlanmıştır. Düşünülen sistem hava şartlarının

gerektiğinde uzaktan kontrol edilebilmesi için de internet ve bilgisayar alanından

faydalanılması çalışma kapsamına alınmıştır.

5

2. LİTERATÜR TARAMASI

Bu çalışma; seralarda bağıl nem kontrolü ve ısı ekonomisi (tasarrufu) başta olmak

üzere, seralar için gerekli olan enerji, bu enerjinin ısı pompası ve güneş enerjisi

gibi kaynaklardan temini ve bunların otomatik olarak kullanımı gibi konuları

kapsamaktadır. Sera kurulumu için yapılan ön çalışmalarda; ürün üretimi için

harcanan enerji miktarı, sera içi hava çalışma şartları (sıcaklık, nem, sistem içi

hava hareketi vb.) ayrıntılı bir şekilde incelenmesi gerektiği tespit edilmiştir. Ayrıca

seralardan daha iyi verim alabilmek için, daha gelişmiş kontrol teknolojilerinin

kullanılması gerektiği görülmüştür. Bu tez çalışmasının muhtevası geniş

olduğundan, çalışmanın daha anlaşılır şekilde incelenebilmesi açısından, literatür

taramasının özünü; güneş enerjisi ve ısı pompası kullanımı, seraların özellikleri,

sıcaklık ve bağıl nem kontrolü, gibi konular teşkil etmiştir.

2.1. Güneş Enerjisi

Literatürde, güneş enerjisi konusunda çok değişik ve farklı amaçlar için çalışmalar

yapıldığı görülmektedir. Hatheway ve Converse (1981), güneş destekli ısı

pompalarının ekonomik karşılaştırmasını, Chen ve ark. (1982), havalı güneş

kollektörlü, 1,5 BG’lik güce sahip ısı pompası ile destekleyerek ve nem alıcılı bir

fırın imalatını yapmışlardır. Çalışmalar sonucunda güneş kollektörleri ve ısı

pompalarının çalışmaları hakkında genel bilgiler ve ekonomik verileri vermişlerdir

[2], [3].

Yamankaradeniz (1982), güneş enerjisi destekli bir ısı pompası deney düzeneği

kurarak deneyler sonucunda ısı pompasının performans katsayısının 4 ile 5

arasında ve kollektör verimini ise %25 ile %65 arasında bulmuştur. Buna göre

güneş enerjisi destekli ısı pompası sistemlerinin diğer tip ısı pompası sistemleri ile

rekabet edebileceği sonucuna varmıştır [4].

Konu ile ilgilenen araştırmacılardan, Matsuki ve ark. (1987), Çomaklı (1991), Şahin

(1995), Yamankaradeniz ve Horoz (1998), Sağlam (2000), güneş kollektörleri ve

ısı pompaları üzerine değişik çalışmalar yapmışlardır. Yapılan çalışmalarda

sıcaklıkları, ısı pompasında kullanılan ısıtıcı akışkanları değiştirmişler ve bunların

6

sonucunda verim analizleri yapıp performans katsayılarını bularak karşılaştırma

yapmışlardır. Verimi artırabilmek için de yorumlarda bulunmuşlardır [5], [6], [7], [8],

[9].

Hawlader ve ark. (2000), tarafından güneş enerjisi destekli bir ısı pompası sistemi

ile ilgili olarak Singapur’da yapılan çalışmada, sistemde R134a soğutkanlı bir

devre ve üzeri açık olan düz levha bir güneş kolektörü kullanılarak deneysel ve

teorik incelemelerde bulunulmuştur. Çalışma sonucunda; COP değerini 9 ve

kolektör verimini de %75 olarak belirlenmiştir [10].

Kaşka (2002), tarafından yapılan çalışmada, güneş enerjisinin ısıtma sezonunda

günlük olarak silindirik bir enerji deposunda depolanması ve ısı pompası desteği

ile bir mahalin ısıtılmasından ısıl verimi deneysel olarak incelenmiştir. Sonuç

olarak, ısı pompası ve sistem performans katsayıları depodaki su sıcaklığının

artmasına bağlı olarak yükseldiği gözlemlenmiştir. Isı pompasının performans

katsayısı en yüksek 3,9’a ulaşırken, aynı değer tüm sistem için 3,23 olarak elde

edilmiştir. Performans katsayılarının en düşük değerleri ise ısı pompası için 2,5,

sistem için 2,0 olarak görüldüğü ifade edilmiştir [11].

Erbil (2002), güneş enerjisi destekli toprak kaynaklı bir ısı pompası sisteminin

teorik ve deneysel olarak enerji ve ekserji analizlerini yapmıştır. Toprak kaynaklı

veya jeotermal kaynaklı ısı pompası sisteminin bileşenlerinden biri olan toprak ısı

değiştiricisinin dönüş hattına bir güneş kolektörü bağlanarak güneş enerjisi

destekli toprak kaynaklı bir ısı pompası sistemi oluşturmuştur. Sonuç olarak

sistemin ısıtma performans katsayısını 2,3 ile 3,4 arasında; ikinci yasa verimini ise

0,01 ile 0,11 arasında bulmuştur [12].

Badescu (2002) ve Tan (2004), mevcut ısıtma sistemleri üzerine bir evin toprak

kaynaklı ısı pompası ile ısıtılması konularında I. ve II. kanun analizleri yaparak

akışların, basınç, sıcaklık, entalpi, entropi, ekserji değerleri ve sistemdeki

bileşenlerin ekserji tüketimlerini hesaplayarak daha verimli çalışabilmesi için

çözümler önermişlerdir [13], [14].

7

Yuehong ve ark. (2004), tarafından yapılan çalışmada güneş ve toprak kaynaklı ısı

pompaları incelenmiştir. Toprak kaynağı ile çalışan ısı pompası, güneş destekli

toprak kaynağı ile çalışan ısı pompası ve güneş enerjisi ile destekli ısı pompası

sistemleri mukayese edilmiştir. Deneysel çalışma sonucunda Güneş destekli ısı

pompası sisteminde ısıtma yükü 2334 W ve COP değeri 2,73 bulunmuştur. Toprak

kaynaklı ısı pompası sisteminde ısıtma yükü 2298 W ve COP değeri 2,83 ve

güneş destekli toprak kaynaklı ısı pompası sisteminde ısıtma yükü 2316 W ve

COP değeri 2,73 bulunmuştur [15].

Yamaç (2005), tarafından yapılan sistem, düzlemsel bir sıcak su kollektörü

tarafından desteklenmiştir. Yapılan hesaplamalarda; bir işletmenin ihtiyacı olan

günlük 5 ton şebeke suyunun 14°C’den 50°C’ye çıkarılması için ısı pompası

sisteminin ihtiyaç duyduğu ısı yükünün ne kadarının kollektörden karşılandığı ve

ne kadarının karşılanamadığı incelenmiş ve sistemin performans katsayısı değeri

hesap edilmiştir. Bunların yanında ısı yükü için gerekli olan kollektör alanı ve ısı

pompası elemanları hesaplanarak sistemin boyutlandırılması yapılmıştır [16].

Özgener (2005), Güneş destekli toprak kaynaklı ısı pompası sıcak sulu ısıtma

sisteminin (GDTKIPSIS) enerjik ile ekonomik modellemesini teorik ve deneysel

olarak incelemiştir. Yapılan ölçümlere bağlı olarak, toprak kaynaklı ısı pompası

(TKIP) ünitesinin ve tüm sistemin ortalama ısıtma performans katsayısı değerlerini

sırasıyla 2,84 ve 2,27 olarak elde etmiştir. TKIP ve sistemin en yüksek performans

değerleri, sırasıyla, 3,14 ve 2,79 olarak elde etmiştir. Sistemin ortalama ekserji

verimi, %68,11 bulutluluk göstergesi 0,60 olarak hesaplamıştır. Buna karşın dış

hava sıcaklığının çok düşük olması durumunda, tek başına merkezi bir ısıtmanın

çalıştırılmasının seranın tüm ısı yükünü karşılayamayabileceğini ortaya koymuştur

[17].

Çağlar (2006), vakum tüplü kollektörlü bir güneş ısıtma sisteminin performansını

teorik ve deneysel olarak incelemiştir. Farklı çevresel, tasarım ve çalışma

parametrelerinin sistemin performansı üzerine olan etkilerini incelemek için

matematik modele dayalı olan bir bilgisayar benzetim programı geliştirmiştir.

Güneş destekli ısı pompasının en fazla performans katsayısı 4,85 ve

8

termodinamiğin ikinci kanun verimi ise %4,8-27,4 arasında olduğunu elde etmiştir

[18].

Ji ve ark. (2007), güneş kolektörünün ısı pompasının evaporatörü olarak

kullanıldığı ve sistemin fotovoltaik panel ile desteklendiği güneş destekli ısı

pompası sisteminin termal analizini yapmıştırlar [19].

Uzun (2010), güneş enerjisi depolama olanakları ve bir yöntemin değerlendirilmesi

üzerine çalışma yapmıştır. Isı enerjisi depolamanın önemi ve depolama çeşitleri,

ısı enerjisinin depolanması durumunda ısı enerjisi kayıpları, toprak içinde

depolamanın toprak üstünde depolamaya göre sağladığı enerji tasarrufu,

depolamada yalıtımın önemi irdelemiştir [20].

Dilaver (2010), tarafından ısı değiştiricisi kullanılmayan ve içinde inşa edilmiş

güneş enerjili su pompası bulunan su ısıtma sisteminin (GESIS) ekserji analizi

yapılmıştır. GESIS 1 m veya daha az deşarj yükü ile evsel kullanım için uygun

bulunmuştur. Yüksekliği değişen üst tankta, potansiyel enerjiden kaynaklanan

ekserji kaybı değerleri, toplam ekserji kaybını bulmada en belirleyici etken olduğu

belirtilmiştir [21].

Ceylan (2010), müstakil bir binanın güneş enerjisi ile desteklenmiş hava kaynağı

kullanılan ısı pompası ile döşemeden ısıtılmasının analizi yapmıştır. Isı

pompasının gidiş suyu sıcaklığı en fazla 65°C’ye çıkabilmektedir. Yapılan

hesaplamalarda, Isı pompası, güneş enerjisi panelleri tarafından desteklenmesi

durumunda binanın ısıtılmasında böyle bir sistemin binanın ısı ihtiyacını

karşılayacağı görüşünde bulunmuştur [22].

Çolak (2012), tarafından Erzurum’da dikey toprak kaynaklı ısı pompası sisteminin

performansı üzerine yaptığı çalışmalar sonucunda ısı pompası ve sistemin

performans katsayıları sırasıyla 2,6 ve 2,2 olarak hesaplanmış ve Erzurum’da

dikey toprak kaynaklı ısı pompası sisteminin kullanılabileceği belirlenmiştir [23].

9

2.2. Seralarda Bağıl Nem ve Sıcaklık Kontrolü

Seralarda ürünlerin gelişmesinde havanın nem durumu da en az sıcaklık kadar

önem arz etmektedir. Dolayısıyla bilim adamları bu konuda da çok değişik

çalışmalar yapmışlardır.

Bu çalışmalardan, Yüksel (1987), sera içi sıcaklıklarına göre seraları üçe

ayırmıştır. Gündüz iç sıcaklığı 20oC’nin üstünde tutulan ve gece 10oC’nin altına

düşmeyen seraları “sıcak sera”, gündüz ve gece sıcaklığı 10–20oC arasında

tutulan ve ısıtma ile desteklenen seraları “ılık sera”, doğal iklim şartlarında iç

sıcaklığı değişen seraları da “soğuk sera” olarak sınıflamıştır [24].

Kendirli (Cartoğlu) (1995), Seginer ve Zlochin (1996), tarafından yapılan

çalışmalarda sera içi koşulların yeterlilikleri ve geliştirme imkânlarını incelemiştir.

Seralar da geceleri nemin yüksek olması mantar hastalıklarına yol açabileceği

belirtilmiştir. Çalışmalarının sonucunda seralarda kış aylarında istenilen sıcaklık

değerlerinin sağlanamadığını, yaz aylarında ise özellikle plastik tünel tipi seralar

da sera içi sıcaklığın ve bağıl nemin oldukça yüksek olduğunu belirlemiştir [25],

[26] .

Saygın (1998), tarafından Programlanabilir Lojik Kontrolör cihazı kullanılarak

seralarda bitkilerin büyümesi için gerekli olan ortamın sıcaklık ve nem değerini

sağlayan sistem programlanmıştır. Bağıl nem değeri ile topraktaki nem oranı da

algılayıcılarla ölçülerek, ihtiyaç durumunda gerekli nemlendirme ve sulama

sistemlerine sinyal gönderilerek sistemin çalışması sağlanmıştır [27].

Önder (1998), seraların yapısal ve teknik yönden sorunlarının saptanması ve

seraların ısı yüklerinin belirlenmesini amaçlamıştır. Seraların %84,50'sinde UV+IR

katkılı PE kullanıldığı saptanmıştır. Seralar için ısı gereksinimi hesaplamış ve

Hatay yöresindeki seralarda kış aylarında ısıtma yapılması gerektiği belirlemiştir

[28].

Teitel ve Tanny (1999), Tawegoum ve ark. (2000), yapmış oldukları teorik ve

deneysel çalışmada çatı pencerelerinin açılmasının sera içi sıcaklığını ve nemin

10

tepki vermesiyle boyutsuz kütle ve enerji tasarrufuna dayalı denklemler

geliştirmişlerdir. Bir serada sıcaklığı takip etmeyi ve istenilen nispi nemi sağlamayı

amaçlamışlar ve sistemi bir simülasyon programıyla kontrol etmeyi, enerji

tüketimini en aza indirgemeyi hedeflemişlerdir. Çalışma sonucunda hava sıcaklığı

ve nem oranı zamanla ve kararlı durumda bir azalış gösterdiğini belirtmişlerdir

[29], [30].

Hocagil (2003), tarafından seralarda sera içi havasının sıcaklığını ve sera

içerisinde oluşan bağıl nem miktarını kontrol altında tutabilmek için, “Venlo tip”

diye adlandırılan camdan oluşturulmuş bir serada araştırma yapılmıştır. Bu

araştırmada, sera içerisinden gelen sinyaller, sayısal ve analog olarak ayrılmış ve

bilgisayara kaydedilmiştir. Kaydedilen veriler yapılan incelemeler sonucunda sera

içi sıcaklığının ve sera içi bağıl nem değerinin kontrol edilebileceği düşünülmüştür

[31].

Yılmaz (2003), tarafından Ankara’da kurulu 700 m2’lik bir mantar fabrikasında

kompost miktarı ve nem ayarı kontrol edilerek en yüksek verimi sağlayacak

kompost miktarı ve nem araştırması yapılmıştır. Yapılan uygulamada nem kontrol

altına alındığında %70-75 nemde ve 60-140 kg/m2 kompostla üretim denenmiştir.

Sonuçta uygun kompost miktarı 125 kg/m2 ve uygun bağıl nem miktarı da %70

olarak belirlenmiştir [32].

Başak (2009), Türkiye’de yaygın olarak uygulaması yapılan seracılık faaliyetinde

ısıtma ihtiyacının santralden çekilen ısı enerjisi ile sağlanmasını incelemiştir.

Sistemin metrekare basına maliyet hesabı yapılarak ısıtma giderlerinin maliyet

içerisindeki payına değinmiş ve ısıtma giderlerini ve maliyeti düşürmek için

önerilerde bulunmuştur [33].

Beyhan (2010), herhangi bir ısıtma sisteminin kullanılmadığı seralarda, bitkilerin

gelişim sıcaklıklarını korumak için faz değiştiren maddede termal enerji

depolamayla topraksız tarım uygulamalarında kök bölgesinin ısıtılmasını

araştırmıştır. Enerji hesaplamalarına baktığında ölçüm yapılan zamanda, gece

hava sıcaklıklarının daha uygun olması nedeniyle depolamanın etkinliğinin daha

yüksek olduğunu belirlemiştir [34].

11

Soy ve ark. (2008), tarafından yapılan çalışmada sera iklimlendirme sisteminin

bulanık mantık ile kontrolü ele alınarak seranın sıcaklık ve nem değerleri gömülü

bir kontrolör tarafından kontrol edilebileceği belirtilmiştir [35].

Ciğer (2010), tarafından yapılan “Bilgisayar Kontrollü, İnternet Destekli Sera

Otomasyonu” adlı çalışmada, seralarda kullanılmakta olan otomasyon

sistemlerinde görülen eksikliklerin giderilmesi için bir otomasyon sistemi kurmak

amaçlanmıştır. Yapılan çalışmadaki otomasyon sisteminde; her türlü ölçme

elemanı ve kontrol elemanı ile çalışabilecek program tasarlanmıştır [36].

Aydıner (2011), serada topraksız domates üretiminde yetiştirme ortamının farklı

nem düzeylerinde yapılan sulamaların verim ve kaliteye etkilerini saptamak

amacıyla polietilen örtülü serada bir araştırma yapmıştır. Yapılan çalışmada

toplam verim, sonbaharda %19,22 ve %19,26, ilkbaharda %35,23 ve %32,07

oranlarında azalmıştır. Araştırma sonuçlarına göre su kısılmasının sonbahar

döneminde uygulanabileceği, ilkbahar döneminde riskli olabileceği sonucuna

varılmıştır [37].

Arı (2011), tarafından yapılan birden fazla seranın, PLC ve SCADA yazılımı ile

kontrolü sera içi iklimsel koşullar (sıcaklık, nem, ışık) izlenmiş bu değerler program

sayesinde bilgisayara aktarılmıştır. Ayrıca, sahaya gitmeye ihtiyaç duyulmadan

sera içi iklim değerleri internet üzerinden izlenmiştir [38].

Atiş (2011), çalışmasında farklı özelliklerde seralar kullanmış, doğal havalandırma

sistemlerinin aerodinamik etkisini belirlemiştir. Bölgeye uygun olacağı düşünülen 5

farklı sera modellerinin, serada hava değişim oranlarına ve hava akış özelliğine

etkisi, bilgisayar programıyla farklı dış hava hızları (0,5, 1,2 m/s) altında olduğunu

vermiştir [39].

Şahin (2012), Bayburt ilinde kurulacak olan güneş enerjilerinin binalarda ve

seralarda en verimli bir şekilde yararlanabilmek için kollektörlerin yönleri, şekilleri,

ölçüleri vb. bilgilerin neler olacağı hakkında bir model geliştirmiştir. Çalışma

sonunda; güneş enerji sistemlerinde binaya konacak olan kollektörlerin şekli

çizilerek, binaya bağlı olarak ölçü ve yön bilgileri hesaplanmaktadır [40].

12

Gecesefa (2012), tarafından Doğu Anadolu Bölgesi’nde jeotermal enerji

kaynakların sera ısıtılmasında kullanılabilme imkânları incelenmiştir. Jeotermal

enerji kuyusu, kuyudan enerji çekme sistemleri, seralar ve seraların enerji

ihtiyaçları, jeotermal ısıtma sistemleri detayları ve sera ısı ihtiyaçları ele alınmıştır

[41].

Doğdu (1991), tarafından yapılan deneylerde muz bitkisi yetiştirilmiş ve sera içi

hava sıcaklığı tehlike sınırı olan 5°C’ye geldiğinde ek ısıtma yapılmıştır. Yapılan

ısıtma muz bitkisinin fizyolojik olarak aktif olmasında yeterli olamamıştır. Bitkinin

fizyolojik olarak aktif olması için ne kadar enerji gerektiği bu çalışma ile

hesaplanmıştır. Gerekli olan ısıtmayı sağlamak için ne kadar enerji gerektiği

belirlenmiştir. 240l gaz yağı yaktığında muz üretimi bitki başına 16,5-21 kg

arasında olduğunu ispatlamıştır [42].

Üstün (1993), Garcia ve ark. (1998), Zaimoğlu (Kocabaş) (1999), seraların

ısıtılması üzerine çalışmalar yapmışlardır. Çalışmada seranın ısıtılması ile ilgili

hesaplar yapmış olup, bilgisayarda yazılan programlar ile en ekonomik yöntemler

araştırılmış ve sera ısıtması hakkında tavsiyelerde bulunmuşlardır [43], [44], [45].

Kempkes ve Braak (2000), çiçek yetiştirilen bir serada ısıtma borularının sera

içerisindeki yüksekliğine bağlı olarak seradaki sıcaklık dağılımı ve enerji sarfiyatını

incelemişlerdir. Çalışmalarının sonucunda ısıtma borularının yere yakın

kurulmasında %7-9 ısıtma giderlerinde tasarruf sağladığını bulmuşlardır [46].

Hocagil ve Öztürk (2004), tarafından seralarda bağıl nemin ve sıcaklığın kontrol

altına alınması ile ilgili bir araştırma yapılmıştır. Araştırmada dış hava sıcaklığı 7°C

gibi bir fark oluşturmasına karşın sera içi sıcaklıkta 4°C’lik fark meydana gelmiştir.

İç ortam sıcaklığı da 18°C’ye kadar düşürülmüş bağıl nem değeri de belirli

aralıklarla %5 artırılmıştır [47].

Çanakçı ve Akıncı (2007), seralarda ki havalandırma sistemi ve ısıtma sisteminin

özelliklerini belirlemek üzere bir araştırma yapmışlardır. Yapılan araştırmada

mevcut seraların çoğunluğunun plastik sera olduğu bu oranında %52 kalan

%48’ninde cam sera olduğu söylenmiştir. Havalandırma için gerekli olan çatı

13

açıklığının seraların taban alanına oranı cam seralar için %2,2 hesaplanmış bu

oran plastik seralar için de %0,8 olarak verilmiştir [48].

Çanakçı ve Acarer (2009), seraların çoğunda sera kurulduktan sonra ısınma

problemlerinin çıktığını belirtmektedirler. Bu çalışmada jeotermal kaynaklar

kullanılarak yapılan ısıtmalar için temel tasarım standartları ve bu problemlere

uygulanan çözüm yöntemleri tartışılmıştır [49].

Yüksel (2011), ısıtma sistemi olarak ısı pompası sistemi kullanmış ve ısı pompası

sisteminde kullanılacak elemanların, biyogaz tesisinin tasarım ve kurulumlarını

yapmıştır. Gece saatlerinde ısıl yüklerin çok fazla artığını ve sera ısı kayıplarının

ısıl enerji deposunda depolanan enerjiden sağlanabileceğini belirtmiştir [50].

Tezcan (2011), tarafından yapılan çalışmada, birçok seranın farklı bölgelerine

yerleştirilen, sıcaklık, rüzgâr hızı ve nemölçerler ile seralardaki değerleri

ölçmüşlerdir. Yapılan çalışmalarda dış ve iç şartlardaki ölçülen sıcaklık değerleri

arasında %93, nem değerleri arasında %90 ve rüzgâr hızı değerleri arasında da

%80 oranında iyi bir uyumlu değer bulunmuştur [51].

Ergün (2012), çalışmasında bilgisayar yazılımı ile sera otomasyonu kontrol etmek

istemiştir. Çalışma sonunda bir seranın sıcaklık, nem, ışık ve CO2 parametrelerinin

bitkilerin ihtiyacı olan değerlerine yönelik kontrolü, “Zeki Etmen Mimarisi” adlı bir

yazılım ile gözlemlemiş ve değerler elde etmiştir [52].

14

15

3. SERALAR

Seralar; ağaç, çiçek, meyve ve sebze gibi çeşitli bitkilerin yetişmesi için dış iklim

şartlarından bağımsız olarak, içeride üretime uygun iklim şartları oluşturmak

maksadıyla hazırlanmış kapalı yerlerdir. Seranın yapımında gün ışığından ve

güneş ışınımından faydalanabilmek için, kullanılan örtü malzemeleri, genelde

şeffaf (cam, plastik, fiberglas, fiber karbon, naylon vb), ışınımı ve ışığı geçiren

malzemelerdir. Dolayısıyla seralar, dış iklim şartlarına bağlı kalmadan, yıl boyunca

bitkilerin üretilebileceği tarlalar olarak da tanımlanabilir [53]. Bu manada seralar,

iklimin değişiklik gösterdiği durumlarda çevre şartlarına bağlı kalmadan, sıcaklık,

nem ve hava gibi çevre şartlarını istenilen değerler aralığında sabit tutan ve yıl

boyunca oluşturulan uygun şartlarda ürün sağlayan yerlerdir.

Türkiye’de, Akdeniz ve Ege bölgeleri seracılık faaliyetleri açısından oldukça

elverişli iklime sahiptir. İç bölgelerde iklimin elverişli olduğu yerlerde de kısmen

seracılık yapılmaktadır. Resim 3.1’de çelik iskeleden yapılmış naylon örtülü bir

sera grubu görülmektedir.

Resim 3.1. Çelik iskele ve naylondan yapılmış sera [54]

16

Genel nüfus artışı göz önünde bulundurulduğunda; gıda ihtiyacının

karşılanabilmesi için, üretilecek olan tarım ürünlerinin verimli, ucuz ve her mevsim

elde edilebilir hale getirilmesi gerekir. Tarım alanlarının giderek azalması ve

mevcut alanlarda da yeteri kadar tarımın yapılmaması ürün miktarı ve kalitesinin

yetmemesi, istenildiği zaman ürün elde edilememesi üreticileri farklı alanlara

itmektedir. Tarımsal üretimde görülen bilinçsiz ilaçlama ve gübreleme de çevre

kirliliğini ortaya çıkarmakla birlikte verimi düşürmektedir. Bu bakımdan yılın her

mevsiminde ürün alabilmek için seralarda ürün yetiştirmek önem arz etmektedir.

Yukarıda bahsedildiği gibi; sera içerisinde şartların istenildiği gibi tutulması

durumunda, dış çevre şartlarından etkilenmeden yılın her ayı ürün elde etmek

mümkündür. Seralar dış çevreden gelen soğuk, sıcak, ışık, nem, kar, yağmur gibi

iklim olaylarından etkilenmediklerinde ve ürünlere bulaşabilecek hastalıklar

engellendiğinde daha kaliteli, daha çok ve daha hızlı ürün elde edilebilmektedir.

3.1. Türkiye’de ve Dünyada Seracılık

Türkiye’de seracılık, daha çok sıcak iklime sahip bölgelerde yapılmaktadır.

Kuzeyde Yalova ve çevresinde, batıda İzmir ve çevresinde, güneyde de Antalya

ve Mersin gibi yerlerde seracılık yapılmaktadır. Çizelge 3.1’de Türkiye’de seraların

bölgelere göre dağılımı görülmektedir [55]. Seralarda, sera içi sıcaklığını istenilen

değerlerde tutamamak seraların en büyük problemlerinden biridir. Bu nedenle

sıcak iklimli bölgelerde seracılık ekonomik ve sürdürülebilir olmaktadır.

Çizelge 3.1. Türkiye'de seraların dağılımı [55]

Bölgeler Cam seralar Plastik seralar

Yüksek tünel seralar

Alçak plastik tünel seralar

Toplam %

Akdeniz bölgesi 7525,4 17355,2 5115,9 17131,3 47127,8 86,9

Ege bölgesi 691,4 2695,5 602,9 484,3 4474,1 8,3

Karadeniz bölgesi 1,7 659,7 430 465,5 1556,9 2,8

Marmara bölgesi 2,3 359,7 481,3 10,4 853,7 1,6

Orta Anadolu bölgesi 0,3 58,4 45,7 0 104,4 0,2

Doğu Anadolu bölgesi 0 13,7 14,7 6,9 35,3 0,1

G.doğu Anadolu böl. 4,2 25,8 5,5 28,1 63,6 0,1

Toplam 8225,3 21168,0 6696,0 18126,5 54215,8 100

17

Türkiye’de seracılığa yıl bazında bakıldığında 1940’lı yıllar olmak üzere Akdeniz

bölgesinde başlamıştır. 1960’lı yıllara kadar yavaş ilerlemiş 1975 ile 1985

yıllarında hız kazanarak günümüze kadar hızlı bir şekilde gelmiştir. Toplam 78

milyon hektar yüzey alanı bulunan Türkiye’de, tarım alanı 27 575 000 hektar yani

%36’dır [56]. Seracılıkta ürün yetiştirmenin yanında, ürünün tüketim yerlerine

ulaştırılması ve pazarlanması gibi etkenler sera işletmeciliğinde etkili olmaktadır.

Pazarlanacak yere yakın olması, nakliyenin kolay olması, ısıtma masraflarının

düşmesi için sıcak bölgelere kurulması vb. etkenler sera yapımında dikkate

alınması gereken önemli unsurlardır. Seracılığın Türkiye’deki yıllık artış hızı

ortalama %15 dolaylarındadır [53]. Türkiye’deki seraların büyük bir oranında (%95)

sebze, çok az bir oranında (%4) süs bitkisi, sayılmayacak oranda ise (%1) meyve

türleri yetiştirilmektedir. Sebze yetiştiriciliğine bakıldığında %51’ile domates başta

olmak üzere, %20,2 hıyar (salatalık), %17,3 biber, patlıcan ise %8,6 oranında

yetiştirilmektedir. Meyve olarak yetiştirilen en önemli meyveler muz ve çilektir [56].

Yapılan araştırmalarda Türkiye’deki 1687 hektar domates serasından ortalama

700 milyon dolarlık domates üretilmektedir [57].

Türkiye’de seraların ısıtılmasında çeşitli enerji kaynaklarından faydalanılmaktadır.

Bunlar; güneş enerjisi, fosil enerjiler, elektrik enerjisi ve jeotermal enerji (sürekli bir

enerji kaynağı olması sebebiyle) olarak sayılabilir [58]. Sayılan bu kaynaklardan en

çok kullanılanı güneş enerjisidir. Güneş enerjisi kullanılmasının sebebi fazla bir

masraf gerektirmemesi ve kurulum ve kullanım maliyetinin diğer kaynaklara göre

daha az oluşudur.

Türkiye’de sera işletmeleri; teknoloji kullanımı, sera büyüklüğü ve seraların yapısal

özellikleri açısından aile işletmeleri ve modern işletmeler olarak tanımlanabilir. Aile

işletmeleri; teknoloji kullanımının sınırlı olduğu ve ısıtmanın sınırlı imkânlarla

yapıldığı küçük ölçekli işletmelerdir. Modern işletmeler ise, iklim kontrolünün

yapıldığı, topraksız yetiştirme tekniklerinin uygulandığı, ziraat mühendisi ve

teknisyenlerin çalıştığı 10 dekar ve daha fazla kapalı alana sahip işletmelerdir.

Seralarda, modern işletmelerde, küçük aile işletmelere göre, insan sağlığına ve

çevreye duyarlı üretim yapılmaktadır [59].

18

Seracılık yalnız Türkiye’ye mahsus bir durum da değildir. Bugün dünyanın değişik

ülkelerinde değişik ürün yetiştirme amacıyla seralar kurulmaktadır. Bu seraların

kurulumunda, o ülkenin ekonomik durumuna ve serayı kuran müteşebbisin

ekonomik durumuna göre çok değişik malzeme ve teknolojik ürünler

kullanılmaktadır. Avrupa’da evlerinin güneye bakan taraflarını cam ya da plastikle

örterek ürün yetiştirildiği görülmektedir. İtalya’da ve Roma’da evlerin güney

kısımlarına çukurlar açılarak ve üzeri şeffaf örtü ile örtülerek sebze yetiştiriciliği

yapılmaktadır [55]. Dünya genelinde sera yetiştiriciliği ile en çok Amerika Birleşik

Devletlerinde, daha sonra Japonya, Hollanda gibi ülkelerde ürün elde edilmektedir.

ABD’de seraların %39’unu cam seralar oluşturmakta ve bunların %78’inde de

çiçekçilikle uğraşılmaktadır. Fransa, İspanya ve İtalya’da halen plastik seralar

kullanılmaktadır [53].

Ülkeler ilkim kuşaklarına göre ayrılırsa serin–soğuk, ılıman–sıcak diye ikiye

ayrılabilir. Serin–soğuk bölgesinde kalan ülkeler; Hollanda, İngiltere, Romanya,

Almanya, Bulgaristan ve ılıman–sıcak bölgesini de Türkiye, Japonya, İtalya,

İspanya, Fransa, İsrail, Yunanistan diye sıralamak mümkündür [53]. Yapılacak

olan seralarda da seranın kurulacağı ülkenin coğrafi konumu ve teknolojik yapısı

mutlaka göz önünde bulundurulmalıdır. Aksi takdirde yatırım çok pahalıya

patlayacağı gibi uygun malzemenin seçilmemesi durumunda alınan ürün maliyeti

karşılamayacaktır.

Serin–soğuk iklim bölgesinde kurulacak seralar:

a. Seraların örtü malzemesi cam olmalıdır,

b. Isıtılması gerekir,

c. İşletme masrafları yüksektir,

d. İşgücü pahalıdır,

e. Üretim teknolojisi yüksektir.

Ilıman–sıcak iklim bölgesinde kurulacak seralar:

a. Yatırım maliyeti düşüktür,

b. Örtü malzemesi plastik olabilir,

19

c. Isıtma asgari düzeydedir,

d. Üretim teknolojisi düşüktür,

e. İşletme giderleri azdır,

f. İşçilik daha azdır.

3.2. Sera Çeşitleri

Seralar; kullanım amacına, büyüklüğüne, yerleşim yerinin iklimine, kurulacak yerin

topografig ve ekolojik özelliğine, işletmelerinin mali gücüne ve benzeri özelliklere

göre belirli kısımlara ayrılır. Seranın kurulacağı bölgenin iklim şartları, yağış rejimi,

sıcaklık, rüzgâr oranı gibi sebeplerden dolayı seranın iskeleti daha dayanıklı ve

sert malzemeden yapılmalıdır. Maliyet açısından kurulumun az maliyette olması

daha sonra maliyetin artmaması gerekir. Genel olarak seralar; büyüklüklerine,

yetiştirilecek ürüne, kuruluş şekline, kurulumunda kullanılan malzemenin

özelliğine, çatı şekillerine, kullanım amacına ve taşınabilirlik durumuna göre

sınıflandırılabilir [60]. Seralarda asıl dikkat edilmesi gereken seraların nasıl kontrol

edileceğidir. Serayı dış iklim koşullarından koruduktan sonra içeride de istenen

iklim koşullarını sağlayabilmek önemlidir.

Seralar örtü malzemesine göre;

1. Cam örtülü seralar,

2. Naylon örtülü seralar,

3. Fiberglas ve benzeri plastiklerle örtülü seralar olmak üzere üçe ayrılabilir.

Cam seraların ışık geçirgenliği çok iyidir. Bunun yanında, ısı kaybının yüksek

olması, pahalılığı ve ağırlığından dolayı daha güçlü kafese ihtiyaç duyması

sebebiyle kullanılabilirliği kısıtlanmaktadır. Bu tip seralarda çatı cam ile kaplanır,

yan yüzeyler hafiflik ve ekonomiklik açısından fiberglasla kaplanır. Naylon filmli

seraların ısı kaybı azdır, bu seralarda çift katlı naylon film arasına hava basılarak

yalıtımı önemli ölçüde arttırılır. Cam seralara göre ışık geçirgenliği azdır. Fiberglas

ve benzeri malzemelerin ise hafiflik avantajı olması nedeniyle tercih edilirler.

Fiberglas ve benzeri malzemelerin seraların yan duvarlarında da kullanıldığı sık

görülür. Kafesler çoğunlukla galvanizli demir, çelik veya alüminyum çubuklardan,

20

temel ise betonarme yapıdan oluşur. Seralar çatı şekline göre ise beşik çatılı,

yuvarlak çatılı ve basit çatı şeklinde sayılabilir [61]. Sera kurulurken, sera yapılan

yerin, bölgenin ve güneş ışınımının mutlaka göz önünde bulundurulması

gerekmektedir.

3.2.1. Klasik sera sistemleri

Sera içerisindeki kontrolün, serayı kontrol eden kişiye bırakılması haliyle ürün

kalitesinin ve veriminin bu kişinin ilgisine bağlı olarak değişiklik gösterdiği sera

sistemleridir. Bu sistemlerde; sıcaklıkölçer ve nemölçerler dışında herhangi bir

cihaz bulunmamakla birlikte, sistem manuel olarak kontrol edilmektedir. Mevcut

olan manuel kontrol edilen sıcaklıkölçer ve nemölçerler ile sadece değer

okunabilmektedir. Havalandırma, ısıtma, vb. uygulamalar manuel olarak ve basit

yöntemlerle yapılmaktadır. Klasik tip seralar genelde iklim değişikliklerinin fazla

olmadığı bölgelerde tercih edilir [62]. Seralarda en önemli etkenlerden birisi

ısıtmadır. Isıtma sera kurulumunda ve işletme giderlerinde maliyeti artıran bir

etken olduğundan klasik sera sistemleri sıcak iklim bölgelerinde tercih edilme

sebebidir. Maliyet ve kullanım bakımından bölgesel ürünlerin yetiştirilmesi

uygundur.

3.2.2. Yarı otomatik sera sistemleri

Yarı otomatik seralarda; her bir eleman (sıcaklıkölçer, nemölçer, hızölçer vb.)

bağımsız olarak çalışmaktadır, işlemler otomatik olarak gerçekleşirken merkezi bir

birim tarafından yönetilmektedir. Bu sistemlerdeki sıcaklık ve nem hissedicilerinin

(sensörlerin) kontrolü, zaman röleleri ve ayarlı termostatlar vasıtası ile

yapılmaktadır [38]. Örnek verilirse; sera içerisindeki sıcaklık değeri arttığı zaman

havalandırma ve fan sistemi devreye alınmakta fakat havalandırmanın bağıl nem

ve ısıtma sistemi ile birlikte yapılması gerçekleşmemektedir. Klasik sera

sistemlerine nazaran, yarı otomatik sera sistemleri biraz daha kontrollü ve istikrarlı

bir ortam da çalışmaktadırlar.

21

3.2.3. Tam otomatik sera sistemleri

Tam otomatik sera sistemleri; sürecin tamamı bir merkez tarafından kontrol altına

tutulan otomatik sistemlerdir. Bir mikro denetleyici, PLC ya da PC sisteminin ayrı

ayrı olduğu gibi, hepsinin bir arada olduğu bir sistemde olabilir. Tam otomatik sera

sistemlerinde, PC üzerinde bulunan bir operatör paneli aracılığı ile kullanıcı

tarafından belirlenen iklim değerleri, çevresel birimlerden gelen iklim bilgileri (nem,

ısı, ışık vb.) ile merkezi denetleyici biriminde saklanır. Saklanan bilgiler PLC ya da

Mikro denetleyici tarafından kontrol algoritması aracılığı ile hem ayrı ayrı, hem de

birbirleri ile olan bağıntıları dikkate alınarak işlenir [38]. Elde edilen kontrol

sinyalleri vasıtasıyla havalandırma, ısıtma, nemlendirme gibi iklimlendirme araçları

devreye alınır.

Tam otomatik sistemlerde, sistem hafızasına girilmiş olan veriler ışığında ve sera

içerisindeki sensörler vasıtası ile alınan bilgiler bilgisayar tarafından

karşılaştırılarak; ısıtma gerekiyorsa ısıtma, soğutma gerekiyorsa soğutma,

havalandırma gerekiyorsa havalandırma, sulama gerekiyorsa sulama,

nemlendirme gerekiyorsa nemlendirme gibi birçok işlem otomatik olarak

gerçekleşir. Böylelikle serada yetiştirilen ürünler tamamen istenen şartlarda

büyüme ve gelişme gösterir. Ürün kalitesi ve yetiştirme hızı da artmış olur.

3.3. Sera Otomasyonu

Sera üreticileri, üretim alanından en verimli şekilde yararlanmayı hedeflerler.

Bundan dolayı mevcut alandan en fazla ürünü elde etmeyi düşünürler. Seralarda

bitkilerin ihtiyacı olan ışık, sıcaklık, bağıl nem, havalandırma, sulama, gübreleme,

vb. şartların kontrollü olarak oluşturulması; bitki hastalıklarının daha kısa sürede

tespit edilebilmesi ve önlenmesi; verimli ve kaliteli ürün üretilmesine imkân sağlar.

Seraların en etkili şekilde yönetilebilmesi ve işletilebilmesi için bilgisayarlı

otomasyon sistemlerine ihtiyaç duyulmaktadır.

Seracılıkta, modern işletmeciliğin benimsendiği, üretimin planlı bir şekilde

yapıldığı, ülke için yüksek verime ve kaliteye sahip ürünlerin üretildiği, milli

ekonomi için parasal kaynakların sağlanmasından dolayı sera işletmelerinin

22

otomasyonlu olması büyük önem arz etmektedir [57]. Seranın otomasyonlu

olması durumunda; insan kontrolü en aza indirgenir, hata yapma olasılığı

neredeyse yok denecek kadar azalır, verim artar, ürün kalitesi artar, ürün alma

süresi kısalır. Otomasyonlu seralarda algılayıcılardan gelen veriler bilgisayarda

işlendikten sonra, gerekli olan donanımın çalıştırılmasına veya çalıştırılmamasına

karar vererek sistemi kontrol eder.

Sera otomasyonu donanım ve yazılım olarak iki kısımdan oluşmaktadır. Bunlar;

1. Otomasyon donanım kısmı,

2. Otomasyon yazılım kısmı,

olarak alınırsa sistemin tamamı; donanım kısmı, bilgisayar, PLC’li sistem, mikro

denetleyicili sistem veya bunların karışımından oluşan bir kontrol sistemi ile

bunların kontrol ettiği çıkış elemanlarından (selenoid vana, röle, kontaktör, anahtar

vb.) oluşmaktadır. Yazılım kısmı algılayıcılardan (nem hissedicisi, sıcaklık

hissedicisi vb.) aldığı bilgileri işlemciye aktarır, işlemci karar verme işlemini

yaparak ne yapılacaksa donanım kısmını harekete geçirir.

Modern bir sera sistemi, otomasyon alt yapı bileşenleri ile olması gereken bazı

sistem donanımlarına sahiptir. Seralarda üretilmek istenen ürüne göre,

otomasyonlu bir sera sistemi için olması gereken altyapı bileşenleri ve sistem

donanımlarına ihtiyaç duyulmaktadır [57].

Otomasyonlu bir serada olması gereken sistemler;

a. Sinyal algılama sistemi,

b. Sulama sistemi,

c. Isıtma sistemi,

d. Havalandırma sistemi,

e. Serinletme sistemi,

f. Gölgeleme sistemi,

g. Gübreleme sistemi,

h. Sisleme sistemi,

ı. Karbondioksit akıtma sistemi,

i. Sera kontrol sistemi [57].

23

Bu genel donanımların yanına, ihtiyaca göre daha fazla sistem (toprak işleme, su

temini, vb.) eklenebilir.

3.4. Seraların Kontrolü ve Sera Planlamasının Yapılması

Sera otomasyon başlığı altında verilen sistemlerin her birisi ayrı ayrı birer sistem

olduklarından dolayı bunları ayrı ayrı kontrolleri de oldukça önemlidir.

Sera yerleşimi ve planlanması konusunda uzman kişiler tarafından

projelendirilmelidir. Projelendirme yapılırken kaliteli ürün ve yüksek verim

hedeflenmelidir. Kaliteli ve yüksek verimde ürün almada önemli faktörlerden en

önemlisi sera içi iklim değerleridir. Bu değerlerin başında düşük sıcaklık ve yüksek

değerde bağıl nemdir. Sıcaklık ve bağıl nem değerlerini dengede tutabilmek için

sera içerisinin ısıtılması gerekmektedir. Projelendirmede önemli olan diğer bir

etken de yapıya gelecek olan yükleri tahmin etmek ve ekonomik bakımdan uygun

bir yapı tasarlamaktır. Yükler denildiğinde rüzgâr yükü, asılı bitki yükü, tesisat

ağırlığı, işçi ağırlığı, kar yükü, yağmur yükü akla gelmelidir [63]. Serayı kurmadan

önce mutlaka projelendirilmeli ve projeye uygun şekilde hareket edilmelidir.

Seraların kurulmasında; kurulma yönü, temeli, boyutları, hangi malzemeden

yapılacağı, kontrol sistemlerinin ve su depolarının nereye konacağı, kontrol

sistemlerinin nasıl çalışacağı, hangi ürünlerin yetiştirileceği gibi temel bilgiler

toplanarak iyi bir şekilde hesaplama ve planlama yapılıp yerleştirme yapılmalıdır.

Seralar, otomatik kontrol sistemi ile kontrol edilmesi, yapılacak plana göre

sıralamasının yapılması, işleyişin uygun şekilde ilerlemesi ve yapılacak olan

otomasyon sisteminin kurulması, oluşturulan plana göre tasarlanması gerekir.

Seranın kurulumunda ve işletmesinde, maliyetin düşürülmesi, aynı şekilde sera

içerisinde elde edilecek ürünün kalitesinin de yükseltilmesi temel prensip olmalıdır.

Uygun ortamın, uygun malzemenin ve uygun ürünün seçilmesi işletmenin verimli

çalışmasını olumlu yönde etkilemektedir.

24

3.4.1. Seralarda sıcaklık kontrolü

Seralarda dikkat edilmesi gereken en önemeli unsurlardan birisi de sıcaklıktır.

Seralarda yetiştirilen ürünlerin sıcaklık değerleri yüksek olması sebebiyle sera

içerisinde olması gereken en az sıcaklık değeri 10°C civarındadır. Ürün için gerekli

şartlar sağlandığında, bitkiye zarar verecek en yüksek sıcaklık aşılmadığı takdirde,

sera içi sıcaklık derecesinin ortalama 10°C kadar artması, yetiştirilecek olan

üründe 2 kat daha fazla gelişim gözlemlenmiştir. Bitki için gerekli değerin

üzerindeki sıcaklık da bitkiler için zararlıdır. Çünkü sıcaklık arttıkça havadaki bağıl

nem miktarı artar. Bu da bitkilerde terlemeyi azaltır, sıvı ortam sebebiyle bitki

hastalıklarına sebep olur. Bazı bitkiler için gerekli olan sıcaklık değerleri tabloda

verilmiştir [63].

Çizelge 3.2. Sera ortamında yetiştirilen bazı ürünler için ihtiyaç duyulan ortalama sıcaklık değerleri [63]

Sebze Gündüz(oC) Gece (

oC)

Kesme çiçek Gündüz(oC) Gece (

oC)

Domates 19 – 24 14 – 18 Karanfil 12 – 15 7 – 10

Patlıcan 25 – 30 18 – 19 Lilium 18 – 20 13 – 15

Biber 21 – 27 15 – 19 Gladiol 16 – 20 10 – 12

Hıyar 22 – 24 16 – 18 Krizantem 18 – 21 12 – 13

Kavun 20 – 25 16 – 18 Gerbela 20 – 22 10 – 12

Fasulye 22 – 26 12 – 16 Gül 21 – 23 15 – 16

Seraların ekonomik ve kullanılabilir olmasında, sıcaklığın sağlanabilmesi için bir

ısıtma sisteminin uygun şekilde seraya kurulması gerekmektedir. Hâlihazırda

kullanılmakta olan modern seralarda, yaygın olarak su ısıtmalı sistemler

kullanılmaktadır. Seraların ısıtılması için harcanan enerji soğuk iklim bölgelerinde

ki en önemli problemlerden biridir. Sera havasını ısıtmak için harcanan enerjinin

maliyeti, işletme maliyetini oldukça artırmaktadır. Bu bakımdan önce sera

ısıtmasında en ekonomik ve kullanılabilir olarak hangi enerjinin kullanılacağı tespit

edilir, sonrasında ise serada ısı kaybı hesabı yapılarak seraya gerekli ısıtma

sistemi yerleştirilir.

25

Seralarda ısıtıcı yüzey olarak kullanılan borular; ürün yetiştirme masalarının altına,

sera tabanına, sera yan duvarlar boyunca ve tabana yakın yerlere, yerleştirilirler

[64]. Otomasyonlu seralarda, topraktan ve sera içerisinden ısı algılayıcılar

tarafından alınan sinyaller ana işlemciye gönderilerek işlenir. İşlemci tarafından

işlenen sinyallerde, sıcaklık değerinin yetersiz olduğu yerlerde ısıtma sistemi

devreye girerek istenilen değere ulaşıncaya kadar sistem çalıştırılır. İstenilen

sıcaklık değerleri elde edildiğinde ısıtma sistemi devre dışı bırakılır.

Seralardaki ısı ihtiyacı, seralardan kullanılan ve çeşitli nedenlerle kaybolacak olan

ısı miktarlarına bağlıdır. Seralarda meydana gelecek olan ısı kayıpları; iletim

(kondüksiyon), taşınım (konveksiyon) ve ışınım (radyasyon) ile oluşur. Seraların

kaybettikleri ısı, seranın ısı kaybı denklemlerin tamamı toplanarak hesaplanır [65].

Seralarda kullanılan malzeme sınırlı olduğu için ısı kayıplarını önlemek

zorlaşmaktadır. Isı kayıplarını karşılamak amacıyla çok çeşitli ısıtma sistemleri

kullanılmaktadır. Bu ısıtma sistemleri sıcak sulu sistemler, buharlı sistemler, fosil

yakıt kullanılan ısıtma sistemleri, güneş enerjisi sistemleri, klimalı sistemler,

elektrikli ısıtıcılar ve benzerleridir [64].

3.4.2. Seralarda nem kontrolü

Sanayide, seralarda, deri fabrikaları, tekstil fabrikaları vb. nem değerinin önem

taşıdığı yerlerde ürün kalitesi etkileyen en önemli sebeplerden biridir. Bulunulan

mekânın neminin kontrol altına alınması insan sağlığı açısından ve üretilen ürünün

kalitesi bakımından önem arz etmektedir. Bağıl nem değeri ne düşük nede yüksek

olmalıdır. Ortamda istenilen değer aralığında olmalıdır. Seralarda bağıl nem değeri

elde edilecek ürünün özelliğine göre değişiklik göstermektedir. Sera içerisindeki

hava dolaşım yaparken ve havalandırma esnasında bağıl nem değeri değişiklik

gösterir ki bu da istenmeyen bir durumdur. Sera içerisindeki hava değişiklik

göstermesi durumunda bağıl nem değerinin istenilen değerler arasında olması

gerekmektedir. Nem ile ilgili bilinmesi gereken bazı terimler aşağıda verilmiştir.

26

Nem:

Havadaki su buharı olarak tarif edilir. Diğer bir adı da rutubettir. Yeryüzünde

bulunan suların sıcaklık ve basıncın etkisiyle buharlaşarak atmosfer havasına

karışması ile oluşur. Nem, ısıl konforu etkileyen ve genelde insanlar tarafından

fark edilmeyen parametrelerden biridir [65]. Havadaki nem oranına göre havaya

nemlendirme veya nem çekme işlemi uygulanır.

Bağıl nem:

Havada bulunan su buharı miktarının aynı sıcaklıktaki doymuş havada bulunan su

buharı miktarına oranıdır [66]. Hava, belirli bir sıcaklıkta belirli bir miktarda nem

taşıyabilir. Taşıyabildiği bu sınıra doygunluk sınırı denir. Doymuş havanın bağıl

nem değeri %100’dür.

Mutlak nem:

Havada bulunan birim miktardaki nemli havanın ihtiva ettiği su buharı miktarıdır.

Başka bir deyişle 1 kg havadaki nemin gram cinsinden miktarıdır. Havanın

sıcaklığına göre nem miktarı da farklıdır [66].

Özgül nem:

Nemli havanın içerisindeki su buharı kütlesinin, kuru hava kütlesine oranıdır.

Güneş ışınları sera hava sıcaklığını doğrudan etkiler. Hava sıcaklığı ve bağıl nem

değerleri birbiri ile yakından ilişkilidir. Mutlak nem miktarı sabitken hava sıcaklığı

düşerse bağıl nem değeri artar. Kuru termometre sıcaklığı düşerse bağıl nem

değeri artar. Aksine ortam havasının kuru termometre sıcaklığı artarsa da bağıl

nem değeri azalır. Sıcaklık ile orantılı olarak buharlaşma gerçekleşmezse

havadaki nem açığı artar ve bağıl nem düşer [67]. Aynı şekilde havanın kontrol

dışı olması, içeride ürünlerin emdiği (absorbe ettiği) nemin havaya salınması ve

sulama işlemi gibi işlemlerde sera içi havanın nem miktarı artırabilir. Nem artışı ve

azalışı yetişen ürünün yeşermesi, çiçeklenmesi, büyümesi gibi durumları olumsuz

yönde etkileyeceğinden sera havasında bağıl nem kontrolü önemli bir hal alır.

Kontrolsüz seralarda tabii havalandırma ile problem giderilmeye çalışılırken

27

otomasyonlu sistemlerde yazılımlarla bağıl nem kontrol altına alınmaktadır. Özel

olarak hazırlanmış nemlendirme ekipmanları, nem alma malzemeleri ve nem

hissedicileri ile seralarda bağıl nem kontrol edilmektedir.

Çimlenme, büyüme, ürün verme işlemleri belirli derecelerde fizyolojik faaliyetlere

bağlıdır. Büyüme ve gelişme fizyolojisinin temeli olan fotosentez olayı bitkilerin

topraktan aldıkları suyu kullanmasıyla gerçekleşebilir. Sera içerisindeki havanın

bağıl nem miktarı kontrol edilmesi gerekir. Havada bulunan bağıl nem miktarı hava

sıcaklığı ile ilişkilidir. Sera havasında meydana gelecek olan sıcaklık değişimi sera

havasının bağıl nem miktarını yükseltir veya düşürür. Buda sera içerisinde

çiğlenmeye neden olur [68]. Topraktaki nem miktarı ise sulama suyu ile

dengelenir. Sera içerisindeki nem miktarı kurulacak nemlendirme sistemleri ile

dengelenmelidir.

Sera havasının nemlendirilmesi ve neminin alınması:

Havadaki bağıl nem oranı istenilen değerin altında kaldığında bu değerin istenilen

değere gelinceye kadar havaya nem verme işlemine havanın nemlendirilmesi

denmektedir. İnsan yaşamı için konfor şartlarında ortamda bulunması gereken

nem oranı %35 ile %65 arasında olmalıdır. Eğer havadaki nem oranı %35’in altına

düşerse havanın nemlendirilmesi, % 65’in üzerine çıkarsa da nemin çekilmesi

gerekir.

Seralarda da yetiştirilecek ürünlerin nem ihtiyacı durumuna göre nemlendirme

yapılır. Genelde seralar kapalı mahaller olduğundan, içerinin sıcaklığı arttığı

zaman birim hacmine düşen bağıl nem miktarı azalmış olur ki, bu da havanın bağıl

neminin düşmesi demektir. Ürünlerin cinsi ve cinsine bağlı olarak ihtiyaç

duydukları nem miktarları değişir. Ürünün kalitesi ve yetiştirme hızları dikkate

alındığında, sera iç havasına yetiştirilen ürünün ihtiyaç duyduğu kadar bağıl nemin

verilmesi gerekir.

Eğer dış havanın bağıl nemi düşükse; havalandırma yaparak da içerinin bağıl

nemi düşürülebilir. Bağıl nem, tabii havalandırma yöntemi ile düşürülemeyecek

kadar yüksek ise, hava, soğuk bir yüzeyden geçirilerek fazla nemi soğuk yüzeyde

bırakması sağlanır. Hava, çiylenme noktasının altına kadar soğutulduğunda

28

soğutma miktarı kadar nemi soğuk yüzeyde bırakır. Çünkü hava, belli sıcaklıklarda

belli miktarlarda su buharı bünyelerine alırlar. Bu işlem h,x-Mollier Diyagramında

gösterimi aşağıdaki verilen Şekil 3.1’deki gibidir. Seralarda bağıl nemin yüksek

olması ürün kalitesini bozmakta ve hastalıklara sebebiyet vermektedir. Otomasyon

sisteminin olmadığı seralarda havalandırma pencereleri açılarak bağıl nem

ayarlaması dengesiz biçimde kısmi olarak giderilmiş olur.

Nemlendirme işlemini yaparken değişik ekipmanlar kullanılır. Bu ekipmanlar

nemlendirilecek mekâna, nemlendirme cihazına ve nemlendirme şekline göre

değişir. Nemlendiricilerin seçilebilmesi için kullanılacak ortamın bazı özelliklerinin

bilinmesi gereklidir. Bu bilgiler ışığında en uygun nemlendirme cihazı seçilebilir.

En uygun nemlendirici seçmek için;

a. Mahal boyutları,

b. Ortam sıcaklığı,

c. Mevcut nispi nem,

d. İstenilen nispi nem,

e. Nem toleransı,

f. Havalandırma bilgisi,

g. Depolanan malzeme cinsi,

ğ. Seralarda üretilen malzeme cinsi,

h. Malzeme hareketi sıklığı, gereken kriterlerdir [69].

Nem verilecek ortam için gerekli bilgiler toplandıktan sonra uygun kapasitede,

uygun ölçülerde ve uygun özellikte nemlendirici seçimi yapılır.

Seralarda kullanılan nemlendirme çeşitleri;

a. Evaporatif nemlendiriciler,

b. Su püskürtmeli (atomizerli) nemlendiriciler,

c. Buharlı nemlendiriciler,

d. Ultrasonik nemlendiriciler, diye sınıflandırılabilir [4].

29

Evaporatif nemlendiriciler:

Evaporatif nemlendiriciler soğutma petekleri şeklinde ıslatılmış şilte veya selülozik

malzemeden oluşur. Dolgu malzemesi bir devir-daim pompası ile sürekli ıslatılır.

İçerisindeki özel kimyasallar sayesinde yanmaya karşı korunmuş olur.

Nemlendirme hava hızı 2-3 m/s arasında olmalıdır. Nemlendirici verimi %60-95

arasında değişir [4].

Kılcal delikli memeler ve basınçlı su püskürtmeli nemlendiriciler:

Paslanmaz çelikten imal edilen memeler ve kontrol ünitesi sayesinde istenilen

nemlendirmenin yanı sıra, memeler sayesinde çok ince sis tabakası şeklinde

nemlendirme yapılabilmektedir. Nemlendirilecek ortam küçük ise belirli bölgelere

yerleştirilebilir, büyük bir alan nemlendirilecek ise havalandırma kanalının içerisine

de monte edilebilmektedir [67]. Su püskürtmeli bir nemlendirme cihazının çalışma

şekli Şekil 3.1’de verilmiştir. Paslanmaz çelikten yapılması, çok ince sis tabakası

oluşturması, enjektör prensibi ile çalışması, düşük enerji tüketimi, hijenik olması

gibi avantajlarını sıralanabilir.

Şekil 3.1. Su püskürtmeli nemlendiricinin çalışma prensibi [69]

30

Ultrasonik nemlendiriciler:

Bir su kabı içerisine konulan rezönator adı verilen malzeme ile nemlendirme işlemi

gerçekleştirilir. Rezönator alternatif akım kullanılarak yüksek frekansta titreşim

oluşturmakta ve oluşan titreşim sayesinde su kendi viskozitesinden dolayı

titreşimleri takip edemeyip su kabarcıklarına dönüşür. Oluşan su kabarcıkları sise

benzer biçimde yukarı doğru çıkarak nemlendirme gerçekleşir. Ultrasonik

nemlendirme oldukça yeni bir tekniktir. Ultrasonik nemlendirme yapılan su

tuzlardan ayrılmış olur. Piyasada kapasiteleri 25 kg/h kadar olmakta ve

nemlendirme kapasitesi en fazla 4 g/kg.h kuru havadır. Rezanötor ömrü 8000-

10000 işletme saatidir. Ayrıca nemlendirme işlemi yaş termometre doğrusu

boyunca gerçekleşir. Çünkü adyebatik nemlendirme olur. Bu şekilde nemlendirme

yapıldığı takdirde dezenfeksiyon uygulamasına gerek kalmamaktadır.

Buharlı nemlendiriciler:

İki şekilde kullanımı mevcuttur. Biri buharı kendisi üreten sistemler diğeri ise

mevcut olan basınçlı buharı kullanan sistemlerdir. Bir kap içerisindeki suyu elektrik

enerjisi kullanarak buhar haline dönüştüren nemlendirme sistemleridir. Kullanımı

kolay ve hijyenik olmasının yanında enerji tüketimi yüksektir. Mevcut olan buharı

kullanmada ise kazanlarda hazır halde bulunan buharı serpantinlere göndererek

nemlendirme işlemi gerçekleşir.

3.4.3. Seralarda diğer kontroller

(soğutma, havalandırma, gölgeleme, sulama, ışık)

Seralardaki soğutma sistemlerinin kontrolü:

Isıtma işleminin tersine sera içerisindeki sıcaklık istenilen değerin üzerinde ise

içerisi doğal yollarla veya cebri (zorlamalı) olarak modern seralarda kurulmuş olan

soğutma sistemleri ile soğutularak istenilen değere düşmesi sağlanır. Sıcak iklim

bölgelerinde sera örtü malzemesi güneşin etkisi ile oldukça fazla ısınabilir.

Güneşin yoğun olduğu saatlerde otomasyon sistemi yoksa ve havalandırma gereği

kadar yapılmazsa içerinin sıcaklığı istenilen değerlerin üzerine çıkabilir. Soğutma

havalandırma işlemi yapılmadığı takdirde sera içerisinde yetiştirilen ürün

etkilenmekte ve zararlı bakterilerin oluşumuna zemin hazırlanmaktadır.

31

Otomasyonlu seralarda sıcaklık algılayıcılar algıladıkları sinyalleri işlemciye

gönderir, sıcaklık değeri yüksek ise soğutma sistemi açılır ve istenilen değere

gelene kadar çalışır. Basit sistemlerde genelde havalandırma fanları sayesinde

sera içerisi cebri olarak havalandırılır böylelikle soğutma yapılır. Ya da tavan (üst)

ve yanlara konulan pencereler açılarak havanın devir-daimi sağlanır.

Seralardaki havalandırma sistemlerinin kontrolü:

Sera içinin havasız kalması, sıcaklığın ve bağıl nemin artması durumunda

soğutma sistemi devreye girmeden basit olarak pencere havalandırma sistemi

çalıştırılarak sıcaklığın ve bağıl nemin düşmesi içerinin havalandırılması sağlanmış

olur. Ayrıca serada yetiştirilecek ürünler için gerekli olan oksijenin havalandırma ile

verilmesi gerekir. Sera içinin yeteri kadar havalandırılmaması ürünlerin

hastalanmasına, tohumlanma işleminin yeteri kadar iyi gerçekleşmemesine neden

olabilir. Havalandırma camlar açılarak, tavana yerleştirilen havalandırma kapakları

açılarak veya otomasyonlu bir şekilde düzenlenmiş havalandırma sistemi

kullanılarak yapılır.

Bunun için tasarlanmış olan programlar vardır. Tasarlanan kart üzerinde yer alan

elektronik sistem tarafından kontrol edilebilen elektrik motoru veya hidrolik bir

sistem mekanik sistemi kontrol eder. Havalandırma kapakları yüzdelik değerliklerle

açılıp-kapatılabilmektedir. Kapakların tam olarak açık veya kapalı olma durumlarını

kontrol eden sınır anahtarları konularak, havalandırma sistemi açma ya da

kapatma anında sistemin sınırların dışına çıkması veya mekanik zorlama yapması

engellenmektedir. Kapakların, rüzgâr hızının yüksek olduğu durumlarda, sistem

tarafından otomatik olarak kapatılması sağlanmaktadır [70].

Seralardaki gölgeleme sistemlerinin kontrolü:

Aşırı sıcak bölgelerde ve güneş ışınlarının istenmediği durumlarda seranın

doğrudan güneş ışınlarının etkisinde kalmaması için gölge yapılması gerekir.

Gölgelemede otomasyonlu veya elle kontrol (manuel olarak) yapılabilmektedir.

Seranın duvarlarına ve çatısına yerleştirilen perdeler sayesinde gölgeleme

yapılmaktadır. Gölgeleme aynı zamanda sıcaklığın arttığı durumlarda

havalandırma gibi soğutma sistemini açmadan basit olarak soğutmayı yapmış olur.

32

Manuel kontrolün yanında oluşturulan motor düzenekleri ile sistem tarafından

kontrol edilebilir. Bu kontrol sistemi otomasyona bağlanarak otomatik olarak

yapılmaktadır.

Seralardaki sulama sistemlerinin kontrolü:

Yetiştirilecek olan ürün için ihtiyaç duyulan su seraya belirli aralıklarla verilir.

Otomasyon sisteminde PC yardımı ile süre girilerek istenilen saatte istenilen süre

kadar sulama yapılabilir. Diğer bir otomasyon ise otomatik kontrollü sulama

sistemlerinde algılayıcılar topraktan, bitkiden veya çevreden elde edilen bilgileri

algılayıcı cihazlarla toplayarak mikroişlemcilere gönderir. Mikroişlemciden çıkan

sulama kararına göre de sulama işlemi gerçekleştirilir. Sera sulama sistemi, ya

topraktan akıtılarak klasik şekilde, ya da fıskiyelerle “fıskiyeleme usulü” usulü ile

yapılır [71].

Sulama suyunun otomatik olarak açılıp kapanabilmesi için selenoid vana kullanılır.

Su deposunda su muhafaza edilir ve sulama vanasının açılması ile birlikte, pompa

yardımı ile veya yapılmış olan sisteme göre kendi basıncı ile su sistemde belirtilen

süre boyunca sulama işlemini gerçekleştirir. Otomasyon sisteminde sulama da

kontrol altında tutulmaktadır. Selenoid vanaların kontrolü hazırlanmış olan PLC

sistemi sayesinde istenilen sürelerde açılıp kapanarak kontrol yapılmaktadır.

Seralardaki ışık oranı:

Işık bütün canlılarda olduğu gibi bitkilerde de hayatın devamı için gerekli bir enerji

kaynağıdır. Işık bitkilerde büyümeyi ve gelişmeyi sağlayan en önemli faktörlerden

biridir. Işığın yeterli miktarda olması durumunda yetiştirilen bitkilerde daha fazla

mineral madde bulunduğu bilinmektedir. Fotosentezin oluşmasını sağlar.

Bitkilerin yeşil hücrelerinde bulunan klorofil maddesi, enzimleri yardımı ile güneş

ışığını emerek bitkinin havadan aldığı karbondioksit (CO2) ile topraktan aldığı suyu

(H2O) birleştirip ilk basit şeker molekülünü oluşturur. Böylece ışık enerjisi, kimyasal

enerjiye dönüştürülmüş olur [72].

33

3.4.4. Sera toprağının yapısı ve kalitesi

Seralar, yoğun tarımın yapıldığı yerler olması nedeniyle seraların toprağının kaliteli

olması gerekir. Seralarda kaliteli toprağın yanı sıra yapay olarak iyi karışımla

hazırlanan, taşıma ve doldurma toprak da kullanılabilir. Toprak ince ve alt

tabakaları geçirgen ise sulama ve yağış sularının toprağı etkilememesi için drenaj

sistemi kurulmalıdır. Eğer drenaj sistemi kurulmazsa; biriken sular toprağın

soğumasına, havasız kalmasına, köklerin hastalanmasına sebep olabilir.

Seralarda yerden ısıtma yapıldığı zaman toprağın yapısının ve kalitesinin

bozulmaması gerekir. Eğer toprak ısıtılıyorsa ısıtma sisteminin uygun şartlarda ve

uygun sıcaklık değerlerinde çalışması sağlanmalıdır. Aksi takdirde toprağın yapısı

ve kalitesi bozulabilir.

34

35

4. GÜNEŞ ENERJİSİ VE SERALARDA KULLANIMI

Güneşin yaymış olduğu enerjinin çok çok azı (milyarda biri) Dünyaya

ulaşmaktadır. Kaynaklara göre; insanoğlunun dünya üzerindeyken harcadığı enerji

miktarı, güneşten 30 günde dünyaya ulaşan enerji miktarına eşit olduğu

söylenmektedir [73]. Güneş enerjisinin şiddeti ortalama olarak atmosfer dışında

1370 W/m² olduğu bilinmektedir. Ancak 0 ile 1100 W/m2 aralığında bir değer

yeryüzüne ulaşmaktadır [74]. Yapılan araştırmalarda dünya üzerine bir yılda düşen

güneş enerjisi miktarı dünyadaki bilinen petrol rezervlerinin 516 ve bilinen kömür

rezervlerinin 157 katıdır [75]. Güneşten gelen ışınımların %30 kadarı geri

yansıtılırken %20’si atmosfer ve bulutlarda tutulur ve %50 civarı ise atmosferden

geçerek dünyaya ulaşmaktadır [76]. Güneş enerjisi, alternatif enerji kaynakları

içerisinde, kullanılan en eski temiz ve tükenmeyen enerji kaynağıdır. Güneşin

bulunduğu her yerde istenildiği gibi kullanıldığından taşıma gibi sıkıntısı yoktur.

Dünyadaki sıcaklığın 1oC artması iklim kuşaklarının değişmesine, 3oC artması ise

kutuplardaki buzulların erimesine, göllerin kurumasına ve kuraklığa neden

olmaktadır [77]. Güneşin dünya üzerinde yaymış olduğu enerji potansiyeli oldukça

fazla olması nedeniyle bu enerji potansiyelinden daha fazla faydalanılması gerekir.

4.1. Güneş Enerjisinin Kullanım Alanları

Güneş enerjisinden çok değişik alanda faydalanılmaktadır. Bunlar; ısıtma-

soğutma, havuz suyu ısıtılması, kurutma, su damıtımı, seracılık, sulama, buhar

jeneratörleri, güneş fırınları, elektrik üretimi, güneş pilleri gibi alanlar sayılabilir. Bu

uygulamalardan en çok kullanılan alan sıcak su üretimi ve sera ısıtmasıdır [78].

Seralarda şeffaf örtüler kullanılarak güneş enerjisinden doğrudan

faydalanılmaktadır. Sıcak su üretiminde güneş kollektörleri kullanılarak konut

ısıtması, sera ısıtması, havuz ısıtması vb. alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

4.2. Güneş Enerjisi Kullanımının Avantajları

Bol ve tükenmeyen bir enerji kaynağı olan güneşin diğer enerji kaynaklarına göre

birçok üstünlüğü vardır. Temiz olması, sınırsız olması, çevreye zarar vermemesi,

herkes tarafından ulaşılabilirliği her yer de kullanılması avantajlarının başında

36

gelir. En basitinden en karmaşık haline kadar her yerde kullanılır. Örneğin basit bir

hesap makinesi, saat, çakmak, karmaşık olarak da elektrik üretimi, arabalarda

kullanılması ve santraller sayılabilir. İşletme maliyeti düşük, yerel uygulamalara

elverişli ve dışa bağımlılığı yoktur.

4.3. Türkiye’nin Güneş Enerjisi Potansiyeli

Türkiye, yerküre üzerine düşen güneş enerjisinden oldukça fazla yararlanmaktadır.

Araştırmalar göstermektedir ki, Türkiye’de güneş enerjisinden 1 yıl boyunca

ortalama %17 olarak faydalanırken, fazla güneş alan 10 ay da ise %63 gibi büyük

bir oranda faydalanılmaktadır. Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü tarafından

güneş enerjisi potansiyel atlası (GEPA) hazırlanmıştır (Şekil 4.1) [79]. Türkiye’nin

güneşlenme süresi ve güneş ışınımı şiddeti değerleri temel alındığında, toplam

yüzeyine bir yılda düşen güneş enerjisi 3517x1012 kJ olarak hesaplanmıştır [73].

Türkiye’de güneş enerjisini daha çok ısı enerjisine dönüştürülerek kullanılmaktadır.

Güneşten elde edilen ısı enerjisi sıcak su üretiminde yaygın olarak Akdeniz, Ege

ve Güneydoğu Anadolu Bölgelerinde kullanılmaktadır.

Şekil 4.1. YEGM Güneş enerjisi potansiyel atlası (GEPA) [73]

37

4.4. Güneş Enerjisinin Depolanması

Güneş, mevsimlere, aylara ve günün saatlerine göre farklı ışınım şiddetlerinde

yerküreye ulaşmaktadır. Dolayısıyla Güneş ışınımı gün boyu dünyanın aynı

bölgelerine aynı şiddette gelmiyor, bu nedenle güneşin olmadığı durumlarda

güneşten elde edilen enerjiyi depolama durumu doğmaktadır. Ancak güneş

enerjisini bugünkü şartlarda depolamak da kolay olmamaktadır. Bu nedenle elde

edilen güneş enerjisini kısa sürelerde de olsa bir katı kütleye ya da akışkana

yükleyerek depolamak mümkün olabilmektedir. Bunun için de enerji yüklenen katı

kütlenin ya da akışkanın etrafının yalıtımının iyi yapılmış olması gerekmektedir.

Depolanan enerji 100oC’yi geçmeyen uygulamalarda kullanılır. Isı depolayan

materyalin iç enerjinin değişmesi sonucunda gizli ısı, duyulur ısı gibi bileşenler

sayesinde depolanabilir [80].

4.4.1. Sıcak su olarak depolama

Güneş ışınımı güneş kollektörleri aracılığı ile emilerek taşıyıcı bir akışkana

aktarılır. Bu akışkan enerji depo edilmek istenen depo içerisine yerleştirilen ısı

dönüştürücülerden geçirilerek depodaki enerji yüklenmek istenen katı ya da

akışkana aktarılır. Güneşin var olduğu sürelerde yeterince enerji depo edilirse,

güneşin olmadığı durumlarda, kısıtlı da olsa bu enerjiden faydalanmak

mümkündür.

Mevcut şartlarda elde edilen enerji daha çok su depolarında muhafaza edilmeye

çalışılmaktadır. Bu depolardaki yalıtımın zayıf olması, depo edilen sıcak suyun

hızlı ısı kaybına sebep olduğundan, kullanım süresi de kısalmış olur. Bunun için de

dış yüzeyleri yalıtılmış, çelik, galvaniz, plastik, betonarme vb. malzemeden

yapılmış su depoları kullanılmaktadır.

4.4.2. Kimyasal enerji olarak depolama

Isı enerjisinin depolanması zor olduğu için alternatif yöntemler aranmaktadır.

Kimyasal enerjiye dönüştürüp depolama alternatiflerden biridir. Kimyasal olarak ısı

38

depolama iki veya daha fazla kimyasal bileşeni tersinir tepkimeler ile kimyasal

bağlarda ısı depolama yöntemidir. Isı borusu yardımıyla kimyasal enerjiden

faydalanılarak yüksek sıcaklıkta nükleer enerji, güneş enerjisi, endüstriyel

kazanlarda damıtma çevrimleri gibi uygulamalarda depolama işlemi yapılmaktadır.

Termokimyasal ısı borularında, sistem içinde meydana gelen tepkimeler de kolay

yoğunlaşmayan gaz halindeki reaktifler kullanılır [81]. Isı enerjisinin daha uzak

mesafelere iletilmesinde ısı borusundan yararlanılır. Çünkü ısı borusunu birim

zaman içinde aktardığı ısı miktarının, aynı boyutlarda yapılmış, bakır bir çubuğa

oranla 4 bin kat daha fazla olduğu bilinmektedir [82].

4.4.3. Gizli ısı tekniği ile depolama

Su gereken sıcaklık sınırlarına geldiğinde faz değiştirir. Bu faz değiştirme

esnasında açığa çıkan ısı enerjisi gizli ısıdır ve bu gizli ısı depolanabilir. Bu

depolama işleminde değişik akışkanlar kullanılır. Faz değişimi ile gizli ısının açığa

çıkması değişik faz değişimleri ile meydana gelir. Sıvı-buhar şeklinde meydana

gelen faz değişiminin verimi, katı-katı veya katı-sıvı faz değişiminden oluşan gizli

ısıdan daha yüksektir [80]. Katı-sıvı faz değişiminde kullanılacak hacim ise

diğerlerinden daha azdır. Gizli ısı depolamada belli sıcaklıklarda eriyip katılaşarak

faz değişmesi nedeniyle ısı elde edildiğinden ergime ısısı depolama da

denmektedir.

4.5. Güneş Enerjili Isıtma Sistemleri

Güneş enerjili ısıtma sistemleri; güneşten gelen ışınların kollektör yüzeyinde

emilmesi ve kollektörden geçen akışkanın ısıtılması ile elde edilir. Kollektörde

ısıtılan akışkan borular vasıtasıyla ısıtılacak ortama aktarılır. Genellikle kullanım

suyu ısıtmada çok tercih edilir. Hacim ısıtmalarında yerden ısıtma, seraların

ısıtılması, havuz ısıtılması, sıcak su depolama vb. yerlerde kullanılır. Hacim

ısıtmasında seranın güneş görmeyen alanlarının iyi yalıtılmış olması, düşük enerji

ihtiyaç duyması, ısıtma sezonunun kısa olması (güney bölgeler) gibi etkenler

verimi artırmaktadır. Resim 4.2’de güneş enerjisi ile ısıtılan bir seranın güneş

kollektörlerinin yerleşim şekli görülmektedir.

39

Resim 4.2. Sera ısıtmasında kullanılan güneş kollektörlerinin konumu [83]

4.6. Seralarda Güneş Enerjisi Destekli Isı Pompalı Isıtma Sistemleri

Güneş enerjisi, ısıtmada yeterli olmadığı durumlarda ısı pompası paralel ısı

kaynağı olarak kullanılabilir. Güneş enerjisi ve ısı pompası sistemlerinin birlikte

kullanıldığı sistemler ısıtma ihtiyacı duyulan seraların ısı ihtiyaçlarını karşılamak

üzere tek bir merkezden kontrol edilen birleşik sistemlerdir. Bu tür sistemler;

yerden ısıtma sistemleri, kullanım suyu hazırlama sistemleri ve hava ısıtma

sistemlerinde de kullanılabilirler. Çünkü GE ve IP sistemleri ayrı ayrı veya birlikte

kullanıldığından, GE sistemi IP sisteminin dezavantajını avantaja dönüştürürken,

IP sistemi de GE sisteminin dezavantajını avantaja dönüştürebilmektedir.

4.7. Isıtma ve Isıtma Teorisi

Isıtma sistemlerinde önemli olan, kaybolan ısı kadar ısıyı başka bir kaynaktan

alarak, mahalin sıcaklığını istenilen değerlerde sabit tutabilmektir. Dış ortam ile iç

ortam arasında sıcaklık farkı olduğundan, sıcaklığı yüksek olan kısımdan diğerine

ısı akışı olacaktır. Bu nedenle iyi yalıtılmış bir mahal ısıtıldıktan sonra ısının

mahalden akışı asgariye indirilerek ısı kaybı azaltılmış olur.

40

Mahallerin ısıtılmasında tükenebilir enerji kaynakları (odun, kömür, petrol,

doğalgaz gibi) kullanan sistemler (ocak, soba, kazan, kombi vb.) dışında alternatif

enerji (güneş enerjisi, jeotermal enerji, biyogaz, rüzgâr enerjisi gibi) kullanan

sistemler de kullanılmaktadır.

Herhangi bir mahale yapılacak olan ısıtma sisteminde, yukarıda belirtilen enerji

çeşit ve sistemlerinden hangisinin kullanılacağı sistem kurulmadan, sistemin ve

enerji kaynağının durumuna göre analiz edilerek belirlenmelidir. Analizlerde

sistemin kullanım süresi, ısıtılacak ortam, yakıt cinsi, yalıtım özelliği, tesisat ve

işletme maliyeti, atık ve çevre etmenleri dikkate alınarak ısıtma için en uygun

enerji çeşidi ve sistemi seçilmelidir.

Isıtma sistemleri enerji çeşitlerinin yanında; enerji kullanım ve donanım şekline

göre de kısımlara ayrılır. Lokal ısıtma sistemleri, merkezi ısıtma sistemleri, sıcak

sulu, kaynar sulu, buharlı ısıtma sistemleri vb. çeşitleri sayılabilir. Lokal ısıtma

sistemleri genellikle küçük kapasiteli ısıtma sistemleri (şömine, soba, kombi,

elektrik ocakları vb.) iken; merkezi ısıtma sistemleri bir merkezden yönetilen

kazanlar sayesinde yapılan ısıtma sistemleridir.

41

5. PROGRAMLANABİLİR LOJİK KONTROL SİSTEMLERİ (PLC)

Programlanabilir lojik kontrolörlerin çıkışı 60'lı yılların sonunda başlamıştır. Röleli

kumanda sistemlerinin yapmış olduğu işlemleri, mikro işlemcili kontrol sistemi ile

yapan sistemler PLC sistemleridir. PLC sistemlerinde giriş elemanları sensörler,

çıkış elemanları da iş yapan mekanizmalar denilebilir. Lojik temelli röle

sistemlerine alternatif olarak uygulandığından; Programlanabilir Lojik Kontrolör

(Programmable Logic Controller) (PLC ) adı verilmiştir. Endüstride ve her alanda

artık el değmeden elde edilen üretimlerde PLC kullanılmaktadır.

5.1. PLC’nin Kullanım Amacı

PLC’ler, endüstri olmak üzere birçok alanda kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Bir

sistemi ya da sistem gruplarını giriş çıkış kartları ile denetleyen, içerisinde bulunan

zamanlama, sayma, saklama ve aritmetik işlem fonksiyonları ile kontrolü sağlayan

elektronik bir cihazdır. Aritmetik işlem yapabilmeleri ile geri beslemeli kontrol

sistemlerinde de kullanılabilmektedir [84]. PLC sistemleri, fiziksel hareketleri,

ölçüm cihazları ile belirlenen bilgileri hazırlanmış olan programa göre

değerlendirerek, mantıksal işlemler sonucu ortaya çıkan sonuçlara göre işlem

yaparlar. Küçük bir makinanın kontrolünü yapabildikleri gibi büyük bir fabrikanın

tamamının kontrolünü de yapabilirler. Şekil 5.1’de PLC sistemlerine örnek bir

uygulama şeması gösterilmiştir.

Şekil 5.1. PLC sisteminin örnek bir uygulaması

42

5.2. PLC’nin Yapısı

PLC sistemleri bilgisayar başta olmak üzere değişik ekipmanlardan oluşmaktadır.

İşlemlerin bir hafızaya kaydedilmesi, giriş birimlerinin elde ettiği verileri işleyen ve

çıkış birimlerini harekete geçiren bir programlara kartı ve bunları besleyen güç

kaynakları olmak üzere çeşitli malzemelerden oluşmaktadır. PLC’nin genel olarak

ekipmanları;

Merkezi işlem birimi,

Hafıza (Bellek elemanları),

Programlama kartı,

Güç kaynakları,

Dijital giriş/çıkış birimleri,

Analog giriş / çıkış birimleri,

Haberleşme modülleri,

Genişleme birimleri,

Bağlantı modülleri ,

Tamamlayıcı ekipmanlar,

Kartların takıldığı raflardır.

PLC’ler kullanım alanlarına göre sıra kontrolü, hareket kontrolü, süreç denetimi ve

veri yönetimi gibi değişik kontrol sistemlerinde kullanılırlar.

5.3. PLC Sistemlerinin Avantajları

PLC’li sistemlerde eski sistemlerin oluşturduğu bir takım zorlukların üstesinden

gelinmiştir. Fiziki olarak daha az yer kaplaması ile kullanımı artmıştır. Buna bağlı

olarak kontrol sisteminin konulduğu panolar küçülmüş, kullanılan kablolar kısalmış,

sarf malzemeler azalmış ve maliyet en aza indirgenmiştir. Uygulanan sistemlerde

değişiklik ve ilaveler yapmak kolaylaşmış, buna bağlı olarak da endüstride

kullanımı artarak yaygınlaşmıştır [84]. PLC sistemleri, otomatik kontrol

sistemlerinde; hız, güvenlik, kullanım esnekliği, personel sayısında değişiklik, elde

edilecek olan ürünlerin kalitesinde artış gibi işletmelere çeşitli avantajlar

sunmaktadır.

43

5.4. PLC Programının Çalışması

Program belirli bir sistem içerisinde belirlenmiş olan değerler arasında giriş

birimlerinden aldığı bilgileri işleyerek çıkış birimlerinin çalışmasını sağlar. Öncelikli

olarak sistemin çalışma hikâyesi oluşturulur. Sistemin giriş ve çıkış birimleri tespit

edilir. Tespit edilen tüm giriş ve çıkış birimlerine adresler atanır. Her bir çıkış için

çalışma ve kesilme şartları belirlenir ve meydana gelen eksiklikler tamamlanır.

Program yazılır ve bağlantılar belirlendiği gibi yapılır. Daha sonra tüm giriş ve

çıkış bağlantıları kontrol edilmelidir. Program aşama aşama denenir ve eksikler

düzeltilir. Enerji kesilip verildikten sonra programın çalışması tekrar denenir ve

sistem tamamlanmış olur.

44

45

6. MATERYAL VE METOD

Seralarda nem kontrolü; serada yetişen ürünün kalitesi, daha çabuk yetişmesi ve

daha çok ürün vermesi gibi özelliklerin öne çıkmasını sağlamaktadır. Seralarda

nem kontrolü yapılırken sera iç hava sıcaklığı ve hava hızının etkileri de göz

önünde bulundurulması gerekmektedir. Sera iç hava sıcaklığı, bağıl nem ve

karbondioksit miktarı gibi değerlerin artması veya azalması ürünün kalitesini

etkilemektedir. Bu değerleri dengede tutmak amacıyla sera içerisindeki hava

zaman zaman yenilenir. Bununla birlikte, sera içerisindeki havanın dolaşımı,

içerideki nem ve sıcaklığı etkilediği gibi ürünlerin üremesindeki tohumlanmayı da

etkilemektedir.

Bu bilgiler ışığında, sera sisteminin tasarımı yapılırken nem, sıcaklık ve hava hızı

gibi unsurlar dikkate alınmıştır. Yapımı tasarlanan sera sistemi, Hakkâri

Üniversitesi Meslek Yüksekokulunun arazisinde kurulması uygun görüldü. Sistem

tasarımı yapılırken Hakkâri ilinin iklim şartları ve coğrafik konumu da göz önünde

bulunduruldu ve bu şartlara uygun malzemeler seçildi. Kurulum yapılırken hem

deney yapabilmek, hem de deney sonrası Üniversitenin ilgili bölümlerince

kullanılabilecek bir şekilde olması kararlaştırıldı.

6.1. Deney Düzeneğinin Hazırlanması

Sera kurulumu için mekân olarak, yetkililer tarafından önerilen; Hakkâri

Üniversitesi Çölemerik Meslek Yüksekokulu’nun bahçesi seçilmişti. Öncelikli

olarak; serayı kurmak için bir takım çizimler ve hesaplamalar yapılmıştır. Bölgeye

uygun malzeme seçimi yapılarak ortam şartlarına uygun tasarım modellemesi

yapılmıştır. Tasarlanan sera, Hakkâri Üniversitesi Çölemerik Meslek Yüksekokulu

Ziraat Bölümü için uygulama alanı olarak kullanılacağı da gözetilerek en uygun

tasarım modeli geliştirildi (Şekil 6.1).

46

Şekil 6.1. Tasarlanan seranın görünümü

Tasarlanmış olan sera sistemi 50 m2’lik bir alana inşa edilirken, sera kurulumuna

başlamadan önce, sera zeminine dolgu malzemesi doldurularak betonarme ile

kaplandı. Sera iskelesi, Hakkâri şartlarında kar, yağmur, rüzgâr gibi dış tepkilere

dayanacak şekilde, kalın profil demirden kaynaklı birleştirme ile kuruldu. Serada

yetişecek ürünün uygun büyümesine imkân sağlaması için belirtilen Yüksekokulun

Ziraat Bölümü uzmanlarının önerilerine uygun olarak; sera yüksekliği 2,5 m seçildi.

Duvarlar cam bölmelerden oluşmakla birlikte, cam bölmelere ve çatı kısmına

güneşi içeriye alıp muhafaza etme özelliğine sahip 10 mm kalınlığında polietilen

karbon malzeme yerleştirildi. Bu malzeme aynı zamanda ısı yalıtımı olarak da

kullanıldı.

Seranın dışarı ile teması kesildikten sonra, içerisinde çalışmaların ve kontrolünün

kolay ve temiz olması için, seranın içine betonarme saksılar oluşturuldu. Saksının

yapımında, su sızdırmaması için; mozaik ve yalıtım malzemesi kullanıldı. Seranın

tamamına ve saksıların içerisine, hesaplamalar sonucunda elde edilen verilere

47

göre; belirlenen çap ve boyutta, yerden ısıtma boruları döşendi. Daha sonra

saksılara ortalama 50 cm yüksekliğe kadar toprak dolduruldu.

Seradaki ısı kayıpları kullanılan malzemelerin cins ve özelliklerine göre hesaplar

yapılarak bulundu. Bulunan bu ısı kaybı hesabına göre de; kollektör yüzey alan

hesabı, boru çapı tayini, havalandırma kanal çapı, havalandırma fan gücü gibi

gerekli olan bilgiler hesaplandı. Bu hesaplara göre sera içerisine dağıtım

kollektörleri ayrı ayrı yerleştirilerek yerden ısıtma ve saksı ısıtma sistemlerinin

kontrolü sağlandı (Resim 6.1).

Resim 6.1. Yerden ısıtma boruları ve kollektörün görünümü

Kollektörlerin bilgisayar ile kontrolünü sağlayabilmek amacıyla her bir sıcak su

dağıtım kollektörü için ayrı ayrı (yerden ısıtma için, saksı ısıtması için, saksıların

sulanması için) selenoid vanalar yerleştirildi (Resim 6.2). Birisi bilgisayar kontrolü

için diğeri de elektrik için olmak üzere iki adet kumanda paneli kullanıldı. Elektrik

ve bilgisayar için hazırlanan kumanda panelleri Resim 6.3’de görüldüğü gibi sera

duvarlarına monte edildi.

48

Resim 6.2. Isıtma sistemindeki selenoid vanaların yerleşimi

Resim 6.3. Elektrik ve bilgisayar kumanda paneli

Havalandırma işlemini gerçekleştirebilmek için uygun çapta hava kanalları ile

uygun kapasitede havalandırma fanlarının yerleştirilmesi yapıldı. Seranın

içerisinde taze hava ihtiyacı duyulduğunda (sıcaklığın düşürülmesi, bağıl nemin

düşürülmesi vb. için) havalandırma işleminin yapılabilmesi için, kumandası,

hissediciler (sensörler) tarafından yapılan fanlar sera duvarına Resim 6.4’de

görüldüğü gibi yerleştirildi. İstenilen değer elde edildiğinde havalandırma fanlarının

otomatik kontrolü, kumanda paneli tarafından yapılacak şekilde ayarlandı.

49

Resim 6.4. Havalandırma kanalı ve havalandırma fanları

Nemlendirme işlemini gerçekleştirebilmek için su püskürtmeli bir nemlendirme

cihazı devreye bağlandı. Nemlendirme cihazının kontrolü, PLC kontrol panelinden

arzu edilen değerler girilerek nemlendirme sisteminin otomatik olarak çalışacak

şekilde ayarlandı.

Kontrol için sayısal göstergeli sıcaklık ölçerler ve nem ölçüm cihazları uygun

yerlere konularak bilgisayarla bağlantısı yapıldı. Ayrıca elle kontrol (manuel

kontrol) için bilgisayarla bağlantısı olmayan sıcaklık ölçerler ve nemölçerler (Resim

6.5) kullanıldı.

Resim 6.5. Manuel (Elle) olarak kullanılan sıcaklık ve nemölçerler

Sistemi kontrol edebilmek için bilgisayar sistemi (PC) kuruldu. Sera için

hazırlanmış otomatik kontrol sistemi ve PLC sistemi birleştirildi. Böylece, PLC

programı, uygun yerlere monte edilen hissedicilerden aldığı bilgileri PC sistemine

taşıyacak şekilde ayarlandı (Şekil 6.2).

50

Şekil 6.2. PC ve PLC hissedicilerin bağlantı şeması

51

Ürün köklerine gelecek şekilde damla sulama sistemi tesisat bağlantıları

yerleştirildi (Resim 6.6). Damla sulama sistemi PLC kontrol paneli ile bilgisayara

bağlantısı yapıldı. İstenildiği zaman diliminde ve istenildiği süre kadar sulama

otomatik olarak yapılacak şekilde ayarlandı. Damla sulama sisteminin çalışması

kontrol edildi ve uzmanlarca belirlenen süre aralıkları bilgisayara girildi. Bu süre

aralıkları her gün sabah 06:00 saatlerinde açılacak ve ortalama 15 dakika sonra

(06:15) otomatik olarak kapanacak şekilde ayarlandı (bu süre gerektiğinde,

uzmanlarca toprak kontrol edilip, değiştirilebilecektir).

Resim 6.6. Damla sulama sistemi

Teknik olarak işlemler tamamlandıktan sonra, konusunda uzman kişilerce

belirlenen toprağa gübreleme yapılarak, sera deneylere hazırlanmış oldu. Hazırlık

yapılırken her aşamada, ürün yetiştirme ve geliştirme konusunda, Üniversitenin

Bahçe Tarımı Bölümü’ndeki uzman kişilerden alınan bilgiler dikkate alındı.

Güneş kollektörlerinin toplamış olduğu ısı enerjisi; akışkana (suya) yüklenip, daha

sonraları güneşin olmadığı zamanlarda da bu enerjinin kullanılması düşüncesiyle

bir sıcak su deposu hazırlandı. Sera içerisindeki sıcaklık değeri düştüğü zaman

mevcut depodaki sıcak su ile ısıtmanın yapılacağı ve mevcut deponun yeterli

olmadığı durumlarda da ısı ihtiyacının karşılanacağı bir ısı pompası sistemi

52

kuruldu. Isı pompası ve güneş enerjisi sistemlerinin sıcak su akış kontrolünü

sağlayan boru bağlantı kollektörü yapıldı (Şekil 6.3). Sistem çalıştırılarak

nemlendirme cihazı, ısıtma sistemi, havalandırma sistemi, PLC kontrol panel ve

PC’nin düzgün çalışıp-çalışmadığı kontrol edildi.

Şekil 6.3. Sera içerisine yerleştirilen kollektör

6.1.1. Güneş enerjisi sisteminin kurulumu

Seranın bulunduğu bölge itibariyle donma riskinin yüksek olması ve iklim

şartlarının ağır geçmesi nedeniyle bölgeye uygun ekipmanın seçilmesi

gerekmektedir. Güneş enerjisinden yararlanmak için; verimleri daha yüksek ve

donmaya karşı da daha dayanıklı olduklarından vakum tüplü güneş kolektörleri

seçildi (Resim 6.7).

Resim 6.7. Vakum tüp güneş kolektörü

53

Çizelge 6.1’de teknik özellikleri verilen vakum tüplü güneş kollektörleri; diğer (kasa

tipi) güneş kollektörlerine nazaran; kurulumu, dayanıklılığı, tamiri gibi avantajlar

sunmaktadır.

Çizelge 6.1. Vakum tüp güneş kollektörünün teknik özellikleri

Malzeme Teknik özellik

Panel tipi 16 adet vakum tüp panel

U boru malzemesi Bakır

U boru çapı ve adeti 8mm / 16 adet

Vakum tüp uzunluğu 1800 mm

Vakum tüp çapı 58 mm

Toplam alan 2 m2

Vakum tüpün güneş gören alanı 1.08 m2

Ağırlık 43 kg

Basınca dayanıklılık 9 bar

Montaj açısı 0-90 derece

Kauçuk kapak halkalar UV dayanıklı silikon kauçuk

İzolasyon Taşyünü

Ana boru malzemesi Bakır

İskelet malzemesi Anodize (yalıtılmış) alüminyum

Vakum tüplü güneş kollektörleri kendi içerisinde; borusuz tüplü, tek bakır borulu ve

çift bakır borulu olmak üzere 3 kısma ayrılırlar. Tasarlanan sistemde çift bakır

borulu vakum tüplü güneş kollektörü kullanıldı. Bu kollektörün çalışma prensibi;

Şekil 6.4’de görüldüğü gibi soğuk su tüp içerisindeki bakır boruya alttan girmekte

ve ısınarak üstteki borudan çıkmaktadır. Akışkan, paralel bir şekilde tüplerin

içerisindeki bakır borulardan dolaşmakta ve devam etmektedir. Alttaki bakır

borunun etrafı koruyucu plaka ile kaplanmıştır. Alttaki boruda fazla ısınamayan su,

ağırlığı ile aşağı inmekte ve yukarı doğru çıkmaya başlayınca ısınmaya

başlamaktadır.

54

Şekil 6.4. Vakum tüp kollektör detayı

Vakum tüplü güneş kollektörleri sisteme seri olarak bağlanmıştır. Yapılan

hesaplamalarda seranın ısıtılması için 7 adet vakum tüpe ihtiyaç duyulmaktadır.

Vakum tüplerin seri bağlantıları Şekil 6.5’de gösterildiği gibi yapıldı.

Şekil 6.5. Seri bağlanmış vakum tüp kollektörlerinin birleştirilmesi

55

Güneşten gelen enerji vakum tüpler sayesinde emilmektedir. Emilen ısı enerjisi

suya aktarılmakta ve sıcak su pompa ile basılarak sıcak su deposunda

depolanacaktır. Burada depo edilen sıcak su sera için gerektiği zaman ısıtma

sistemine ayrı bir pompa sistemi sayesinde pompalanacaktır. Güneş enerjili sıcak

su sisteminde, genellikle toplayıcıya göre 1m2 toplayıcı yüzey alanı için 50-100 litre

hacminde tanklar seçilmektedir. Sisteme kollektör için ortalama 0,5 ton’luk depo

seçildi. Isıl enerji ihtiyaç duyulduğunda depodaki mevcut ısı kullanılacaktır. Vakum

tüp güneş enerji sisteminin depo ile pompa bağlantı şeması Şekil 6.6’de

gösterilmiştir.

Su deposunun yalıtımı yapılarak ısı kayıplarının en aza indirilmesi düşünülmüştür.

Kollektör ile sıcak su deposu arasına, akışkan dolaşımını sağlamak için uygun bir

pompa bağlantısı yapıldı. Deneylerin yapılması planlanan zamanda donma riski

olmadığı için kolektörlerde ısıtkan (sıvı akışkan) olarak su tercih edildi. Sistemin

soğuk aylarda da kullanılabilmesi ve don olaylarının yaşanmaması için güneş

enerjisi toplama sisteminde ısıtkan (sıvı akışkan) olarak su yerine antifriz de

kullanılabilmektedir.

Şekil 6.6’da görüldüğü gibi güneş enerjisi sistemi direkt sistem olarak

kullanılmaktadır. Kollektörden gelen su depoda birikmekte burada herhangi bir ısı

dönüştürücü sistemi kullanılmadan ısıtma sistemine doğrudan pompa ile basılması

planlanmıştır.

56

Şe

kil

6.6

. V

aku

m t

üp

gü

ne

ş k

olle

ktö

rün

ün b

ağ

lan

tı ş

em

ası

57

6.1.2. Isı pompası sisteminin kurulumu

Isı pompası sistemi bütün bir sistem olarak seçilmiştir. Yani her şeyi içerisinde

hazır bir ısı pompası alınarak sisteme monte edildi. Isı pompası sistemde yedek

enerji kaynağı olarak kullanılacaktır. Vakum tüp güneş kollektörü kullanarak depo

edilen sıcak su yetersiz kaldığı durumda, ısı pompası devreye girecektir. Isı

pompasının teknik özellikleri Çizelge 6.2’de gösterildi.

Isı pompası tesisatı, sıcak su deposu tesisatı ile birlikte kollektörlere paralel olarak

bağlandı. Sıcak su deposu ile beslenen sistemin enerjisi yetmediği zaman sıcak su

deposu kesilerek ısı pompası hattı devreye girecektir. Bu olay, otomatik kontrol

sistemleri sayesinde sıcak su deposundaki bir algılayıcı, sıcaklığın yetersiz

geldiğini algıladığında sisteme bilgi verecek sistemde sıcak su deposundaki

selenoid vanayı kapatarak ısı pompasındaki selenoid vanayı açıp, ısı pompasının

devreye girmesini sağlayacaktır. Isı pompası ile sıcak su deposunun birleştiği

kollektör devresi Şekil 6.7’de gösterilmiştir.

Çizelge 6.2. Isı pompasının teknik özellikleri

A/W 50511000-6 3/N/PE 50 Hz 230 V / 400 V

Koruma sınıfı EN 60529 IP 24 Soğutucu Kg *2 P =30 bar

Ortalama Voltaj ve koroma sigortası 400 V – A

Ortalama güç tüketimi A2W35 - kW

Başlatma ile yol verici - A Isıtma kapasitesi A7 / W 35 kW

Hava akımı (ısıtma)oC -15 to + 35 Isıtma akış sıcaklığı min 18

oC

Hava akımı (soğutma) oC + 15 to + 40

Soğutma kapasitesi A 27 / W 07 kW

Ölçüler Yükseklik*En*Genişlik cm 180*100*80 Soğutma akış sıcaklığı min 7 / max 20

oC

58

Şekil 6.7. Isı pompası tesisatının bağlantısı

59

Güneş enerjisinden elde edilen ısı enerjisinin depolanabilmesi için sıcak su

deposu ve gerektiğinde kullanabilmek için soğuk su depoları uygun yerlere

yerleştirilerek bunların tesisat bağlantıları yapıldı. Isı pompası bir bütün (kompakt)

sistem şeklinde tek parça halinde satın alınarak, bağımsız olarak hazırlanmış olan

sera sistemine kurulumu yapıldı. Güneş enerjisi, ısı pompası ve depoların tesisat

bağlantıları birleştirilerek birbiri ile uyumlu bir şekilde kullanılabilmesi için hazır

hale getirildi (Şekil 6.8). Sistemin temelinde güneş enerjisinden faydalanmak ve

güneş enerjisini depolayıp, depo edilen güneş enerjisinin kullanımı ön plandadır.

Bu nedenle güneş enerjisine alternatif olarak ısı pompası kuruldu.

60

Şe

kil

6.8

. G

ün

eş e

ne

rjis

i ve

ısı p

om

pa

sı

sis

tem

lerin

in ş

em

atik g

örü

nü

mü

61

6.1.3. Nemlendirme sisteminin kurulumu

Sisteme, nemin yetersiz olduğu durumlarda içerinin nem ihtiyacını karşılamak için

kurulmuş olan püskürtmeli nemlendirme cihazı eklendi. Tarafımızca yapılan

nemlendirme sisteminde; sera içerisinde istenilen nem değerine ulaşıncaya kadar

çalıştırılması düşünülmüş, istenilen değere ulaşınca otomatik kontrol sistemi

sayesiyle kapatılması planlanmıştır. Su bağlantısı yapılan ve çalışmaya hazır hale

getirilen nemlendirme sistemi Şekil 6.9’de verilmiştir.

Şekil 6.9. Su püskürtmeli nemlendirme sistemi

Bağıl nemin artması durumunda havalandırma sistemi devreye girerek bağıl nem

düşürülür. Havalandırma sistemi, iç havanın dış hava ile yer değiştirmesini sağlar.

Böylece sera içerisindeki nemli hava atılırken kuru dış hava sera içine üflenir ve

sera içi bağıl nemi düşürülür. Dış havanın bağıl neminin yüksek olması durumunda

iç havanın bağıl nemi düşürülemez. Böyle durumda, sera içerisindeki havanın

soğutularak nem değerinin düşürülmesi gerekti. Sera içerisindeki hava

62

soğutulduğu zaman nem değeri düşmeye başladı, ancak sera içerisinin

sıcaklığının da istenilen değerde olması gerekiyor. Bunun içinde aşağıdaki şekilde

(Şekil 6.10) görüldüğü gibi bir kanal oluşturuldu ve öncelikli olarak hava soğutuldu

ve nem çekildi daha sonra bir ısıtıcı yardımı ile ısıtılarak seranın ihtiyacı olan

sıcaklık değeri sağlanmış oldu.

Şekil 6.10. Sera havasının soğutma yöntemi ile bağıl neminin alınması

6.1.4. Ölçüm cihazları ve bağlantıları

Sera içerisinde bağıl nem değerlerini ölçmek için nem hissedicileri (sensörleri)

kullanıldı. Bu hissediciler sayesinde bulundukları ortamdaki nem değerini

algılayarak ana panele iletecektir. Buradan da PLC programı sayesinde

bilgisayara gönderilerek ve kayıt altına alınması düşünülmüştür. Aynı şekilde

sıcaklık içinde sıcaklık hissedicileri kullanıldı ve çalışması nem hissedicisi ile

aynıdır. Resim 6.8’de yerleştirilmiş olan nem ve sıcaklık hissedicilerinin yerleri,

Resim 6.9’da da nem ve sıcaklık hissedicileri (sensörler) görülmektedir.

Hazırlanan bir PC programı yardımıyla PLC ve bilgisayar kontrollü olarak mahal

(sera) ısısı, nem oranı, havalandırması ve damla sulama gibi özellikler analog ve

dijital hissediciler (sensörler) sayesinde izlenecektir.

63

Resim 6.8. Sera içinde nem ve sıcaklık hissedicilerinin (sensörleri) yerleri

Resim 6.9. Nem ve sıcaklık hissedicileri (sensörleri)

Otomatik kontrolü yapabilmek için bir PLC kumanda paneli ve elektriğin kontrolü

içinde elektrik kumanda paneli hazırlandı. PLC sistemi sera için özel olarak

hazırlanmış bir yazılımla birlikte kullanılacaktır. Serada yapılacak olan işlemlerin

tamamı Resim 6.10’da gösterilen bu PLC kumanda paneli sayesinde otomatik

olarak gerçekleşecektir. Nemlendirme sistemi, havalandırma sistemi, ısıtma

sistemi ve damla sulama sistemi bu kontrol panosuna bağlıdır ve otomatik olarak

çalışacak şekilde ayarlandı.

64

Resim 6.10. PLC kumanda paneli

Deneylerde kullanılan cihazların teknik özellikleri Çizelge 6.3’de gösterilmiştir.

Kullanılan bu cihazlar deney seti için hesaplanan kapasitelerde seçilmiştir. Sera

için özel kullanılan polikarbon levhanın özellikleri de Çizelge 6.4’te gösterilmiştir.

Çizelge 6.3. Sistemin değerlerini almak için kullanılan cihazlar ve özellikleri

Ekipmanlar Özellikleri Ölçüm aralığı Hassasiyet

Sıcaklık ölçüm cihazı (termometre)

Omega OM-DAQPRO-5300

NTC 10KΩ, 25 to 150 C

± 0.3°C

Sıcaklık ve nem sensörü

Çıkış sıcaklıkla doğru orantılı 0V – 5V

-20oC - 100

oC ± 0.3°C

Işınım ölçer (Solarmetre)

Çalışma sıcaklığı: - 15 °; c 60 °; c, - Frekans 1999 ve Mu; w/cm2

Frekans aralığı: 50mhz-2000mhz

-

Hava hızı ölçüm cihazı (anemometre)

Ölçüm özellikleri: km/h, m/s

1.1 - 150 km/h 0.4 saniye

Termometre (Termokupl)

K tipi termokupl girişli -50-1372 C %3

Elle kontrollü sıcaklık ve nem ölçüm cihazı

Bağıl nem, sıcaklık probu Nem 30 - 90% RH İç sıcaklık:0-50 °C Dış sıcaklık:-20-70 °C

%8RH

0.1 C ± 1.0 °C

Çizelge 6.4. Polikarbon levhanın özellikleri

Kalınlık (mm)

En büyük genişlik (mm)

Görünür ışık

geçirgenliği

Kızılötesi radyasyon geçirgenliği

Hava yeteneği

Nihai gerilme kuvveti (N mm

-2)

Yırtılma mukavemeti

(N mm-1

)

Kırılma indisi

Isı iletkenliği (W/mK)

0.06-0.10

1.4 0.85-0.92 --- İyi 55-80 7.5-10 1.586 0.192

65

Sera için hazırlanmış olan program sayesinde tüm veriler görülecek ve

kaydedilebilecektir. Program seraya konulan bir bilgisayara yüklenerek PLC

kartından bir kablo ile bağlantı yapıldı. İnternet bağlantısı yapılarak da herhangi bir

bilgisayarda bilgileri görmek kopyalamak ve kontrol etmek mümkün olmaktadır.

Program bilgisayarda açıldığında Şekil 6.11’de görüldüğü gibi sistem hakkında

bilgiler görülmektedir. Bu bilgiler; sera iç bağıl nemi, sera dış bağıl nemi, sera iç

sıcaklığı, sera dış sıcaklığı gibi seranın anlık verileridir. Bu bilgiler aynı zamanda

bilgisayara istenildiği süre aralığında istenilen hassasiyette kaydedilebilecektir.

Şekil 6.11. Sera için hazırlanan programın görüntüsü

Sistemde sıcaklıkların ölçümü için farklı noktalarda sıcaklık ölçüm cihazları

kullanılacaktır. Güneş enerjisine ve sıcak su deposuna bağlı olan sıcaklık

değerlerini ölçüp bilgisayara aktarmak için OM-DAQPRO-5300 kodlu OMEGA

cihazı yerleştirildi (Resim 6.11). İç ve dış ortamın rüzgâr hızı da Skywatch marka

(Resim 6.11) rüzgâr ölçüm cihazı ile ölçülmesi düşünülmüştür.

66

Resim 6.11. Sıcaklık ve rüzgâr ölçüm cihazları

Tüm cihazların bağlantıları yapıldıktan sonra bilgisayar programı çalıştırılarak

ayarları yapılıp, sistemin otomasyonunu yapacak ve deney verilerini de

kaydedecek şekilde kontrolü yapıldı. İstenildiği zaman bu ayarlar değiştirilerek

istenilen değerler girilebilir. Örneğin sera içerisinde bağıl nemin %50 ile %70

arasında olması isteniyorsa, ayarlar kısmından nem değeri açılarak en düşük

değere %50, en yüksek değere de %70 girilir ve bu değerler arasında olması

sağlanır. Aynı zamanda, girilen ve mevcut değerleri bilgisayar ekranından görmek

de mümkün olacak şekilde programlandı. Sistem bu değerleri kontrol ederken

anlık bağıl nem değeri diyelim ki %50’nin altına düştü, bilgisayar otomatik olarak

PLC kartına sinyal göndererek, sisteme bağlı bulunan püskürtmeli nemlendirme

cihazı devreye girer ve sera içerisinin bağıl nem miktarı artmaya başlar. Sistem,

sera içerisindeki bağıl nem miktarı %50’yi geçtikten sonra tekrar sinyal göndererek

açık olan nemlendirme cihazını kapatır. Aynı şekilde bağıl nem miktarı istemiş

olunan en fazla değer olan %70 değerini geçince ise yine sinyal göndererek bu

sefer de havalandırma fanlarını devreye sokarak içerinin havalanmasını sağlar ve

böylelikle içerideki bağıl nem oranının düşmesi sağlanır. İstenilen değerin altına

inince ise tekrar sinyal göndererek havalandırma fanlarının devre dışı kalması

sağlanmaktadır.

Ayarlar sekmesinden sıcaklık ayarları açılır ve sera içerisinde olması istenen

sıcaklık aralığı girilmelidir. Örneğin sera içerisi en az 19oC en fazla ise 26oC olması

isteniyorsa, bu değerler girildiğinde sistemin ana ekranında anlık sıcaklık değerleri

67

görülecektir. Sıcaklık en az değer olan 19oC’nin altına düştüğü zaman

kollektörlerde takılı olan selenoid vanaya ve pompaya sinyal göndererek vananın

ve pompanın açılması sağlanacaktır. Vakum tüp güneş kollektörleri sayesinde

depolanan sıcak su, bu şekilde sıcak su deposundan ısıtma sisteminde dolaşmaya

başlayacaktır. Sıcaklık 19oC’nin üzerine çıkıldığı zaman vana ve pompa devre dışı

bırakılır. Eğer sıcaklık en yüksek değer olan 26oC’yi geçince ise sistem

havalandırma fanlarını açarak içerideki sıcak havanın dışarı atılmasını sağlar ve

26oC’nin altına inene kadar çalışmaktadır. Eğer bu arada havalandırma yapılırken

istenilen bağıl nem oranı istenilen en az değerin altına düşecek olursa

nemlendirme cihazı devreye girerek istenilen bağıl nem oranı dengelenmiş

olacaktır.

Sera içerisinde ısıtma bu şekilde güneş enerjisi yetersiz gelirse güneş enerjisinden

depo edilen sıcak su kullanılacaktır. Güneşin olmadığı ve soğuk havalarda ise

sisteme paralel bağlanmış olan ısı pompası devreye girerek seranın içerisi ısı

pompası sistemi ile ısıtılmış olacaktır. Seranın polikarbon levha ile kaplanmış ve

dış görünüşü Resim 6.12’de gösterilmiştir.

Resim 6.12. Seranın Polietilen karbon ile kaplanmış hali

68

6.1.5.Yetiştirilecek ürünlerin seçimi

Seraya dikilecek olan ürünler rastgele seçilmiş olup, ürünler için gerekli şartlar

araştırıldı. Bu çalışmanın asıl amacı ürün yetiştirmek veya ürün özelliklerini

araştırmak değil, kapalı bir ortam olarak seçilen seranın bağıl nem, sıcaklık ve

hava hızı gibi özelliklerinin kontrol altına alınmasıdır. Bu nedenle seraya dikilecek

ürün, toprak, gübre gibi özellikler Hakkâri Üniversitesi’nde bulunan konusunda

uzman akademisyenlerce belirlenerek onların görüşleri alındı. Gerekli olan toprak

ve gübre üniversitedeki bitki uzmanlarınca belirlenerek saksılara dolduruldu. Ürün

olarak hıyar ürünü seçildi ve ürünler pazardan fide şeklinde satın alındı.

Hıyar ürünü seçilmesinde sıcaklık ve bağıl nem değerleri bakımından uygun

deneylerin yapılabileceği ve hıyar ürününün yaygın olup hızlı yetişmesi önemli rol

oynamıştır. Bu ürünlerin büyüme, çiçeklenme ve yetişme süreleri, sıcaklıkları,

gerekli olan nem miktarları, sulama zamanı ve miktarı araştırıldı. Araştırmalar

sonrasında saksılara dikilmek üzere ortalama 50 adet, toplamda 150 adet hıyar

fidesi hazırlandı.

Tasarlanmış olan sera sisteminin kurulumu tamamlandıktan sonra deneylerin

yapılması için hazır hale gelmiş durumdadır. Deneyler başlamadan önce sistem

çalıştırıldı. Sistemin çalışması esnasında güneş enerjisi, ısı pompası, nemlendirme

sistemi, havalandırma sistemi gibi sistemlerin bilgisayar ile bağlantılarının hatasız

olarak çalıştığı görüldü. PLC kontrol sisteminin yukarıda sayılan sistemleri kontrol

ettiği test edildi. PLC sistemine bilgi aktaracak olan hissedicilerin (dış nem

sensörü, iç nem sensörü, dış sıcaklık sensörü, iç sıcaklık sensörü) değerleri iletip

iletmediği denendi. Sistem, çalışmaya ve deney verilerini kaydetmeye hazır hale

getirildi.

6.2. Teorik Analiz

Sera sistemi ısıtma, soğutma, havalandırma, nemlendirme ve nem alma

uygulamalarını içermektedir. Sürekli akışlı sürekli açık sistem için enerjinin ve

kütlenin korunumu kanunu uygulanmıştır. Bunun için Eşitlik 6.1 kullanılmıştır.

Kütlenin Korunumu Kanununun genel eşitliği sera sistemine uygulandığında;

69

Enerjinin korunumunun genel eşitliği;

∑ (

)

(6.1)

eşitliği elde edilir.

Su buharı için kütle korunumunun genel eşitliği;

∑ ∑ (6.2)

ya da

∑( ) ∑ (6.3)

ya da

∑( ) ∑ (6.4)

şeklinde olup, eşitlikte sistemin diğer kısımlarındaki kinetik enerji değişimleri ihmal

edilmiştir [85].

Gerekli olan ısı kayıplarının hesaplanabilmesi için seranın alanlarının tamamının

bilinmesi gerekir. İmalatı yapılan seranın toplam dış yüzey alanı;

(6.5)

ile hesaplanır.

AT: Seranın toplam dış yüzey alanı (m2)

Ay: Seranın yan yüzeylerinin alanı (m2)

Aö: Seranın ön yüzeyinin alanı (m2)

Aç: Seranın çatısının alanı (m2)

Az: Zemin alanı (m2)

olarak verilmiştir.

70

Sera yan duvar alanı:

( ) (6.6)

Sera ön ve arka yüzey alanı:

[ (

)] (6.7)

Çatı yüzey alanı:

(

) (

) (6.8)

Zemin alanı:

(6.9)

eşitlikleri ile hesaplanır [86]. Eşitlik 6.5’teki seranın toplam yüzey eşitlik

6.6;6.7;6.8ve 6.9 yardımı ile hesaplanmıştır.

Seranın ısıtılması için gerekli ısı miktarı ( ), sera örtüsünün ısı iletim katsayısına

(λ), sera dış yüzey alanı büyüklüğüne (A), sera tipi ve yüksekliğine (h) bağlı olarak

değişmektedir. Sera yüksekliğinin Türkiye koşulları için en az 2,00-2,20 m

arasında ve toplam sera mahya yüksekliğinin ise 3,5-4,0 m arasında olması

gerekmektedir [86]. Tarafımızca yapılan seranın sera yüksekliği 2,5 m ve mahya

yüksekliği de 3,7 m’dir. Seraların örtü malzemesi olan cam ve plastiğin ısı geçirme

özelliğinin yüksek olması nedeniyle, seralar çabuk ısınır ve çabuk soğurlar.

Yapılan seraya ne kadar ısı verileceği veya seradan ne kadar ısı çekileceği

aşağıdaki hususlar dikkate alınarak hesaplanabilir.

71

Seraya verilecek ısının miktarı şu hususlara bağlıdır;

1. Sera dışındaki hava sıcaklığına,

2. Sera içinde istenilen sıcaklık derecesine,

3. Seranın dış yüzeylerinin toplam alanına,

4. Sera örtü malzemesinin tipine ve ısı iletim katsayısına,

5. Seranın yapı kalitesine bağlı olarak değişir.

Yukarıdaki veriler neticesinde, sera için gerekli olan ısı ihtiyacını;

( ) (6.10)

eşitliği ile hesaplamak mümkündür. Eşitlikte;

: Seranın ısı ihtiyacı (W)

: Seradan kaybolan toplam ısı miktarı (W)

: Güneş enerjisinden kazanılan ısı miktarı (W)

: Isı pompasından kazanılan ısı miktarı (W)

: Güneş kollektöründen kazanılan ısı miktarı (W), olarak verilmiştir.

Seraların geniş olması ve ısı kaybeden yüzeylerin fazla olması sebebiyle ısı

kayıpları oldukça fazladır. Bu ısı kayıplarını önlemek için tedbirler almak, elde

edilecek enerjinin verimli kullanılmasını sağlamak ve kaybedilen ısının bir miktarını

kazanmış olmak verimliliği artıracaktır. Seralarda ışınım, taşınım ve iletim ile ısı

kayıpları meydana gelmektedir.

Genel olarak seradan kaybolan ısı miktarı;

(6.11)

72

Burada;

: İletim ile ısı kaybı (W),

: Taşınım ile ısı kaybı (W),

: Işınım ile ısı kaybını (W) olarak verilmiştir.

Serada iletimle oluşan ısı kaybı:

İletim yoluyla oluşan ısı kaybı seranın tamamı polikarbon örtü malzemesi ile kaplı

olduğu için bu örtü malzemesinden dış ortama geçen ısı enerjisi ve diğer dış

yüzeylerden (sera iskeleti, seramik ve betonarme zemin) kaybedilen ısı

enerjilerinin toplamı iletimle oluşan ısı kaybını verir. Sera malzemesinin ısı

geçirgenlik katsayısına bağlı olarak ısı kaybı miktarı değişir. İyi bir örtü malzemesi

seçimi ile örtüden kaybolan ısı enerjisi düşürülebilir, buda seralarda verimliliği

artırır.

Serada iletim yoluyla kaybolan toplam ısı miktarı;

( ) (6.12)

ile bulunur [90]. Serada yüzeyin tamamı örtü malzemesi ile kaplı olduğu için örtü

malzemesinin özellikleri önemlidir. U değeri;

(6.13)

eşitliği ile hesaplanır. Burada;

: Toplam ısı geçirme katsayısı (W/m2

K),

: Seradan atmosfere olan toplam ısı geçiş katsayısı (W/m2

K),

: Havalandırma ısısını karşılayan ısı geçiş katsayısı (W/m2

K) .

Sera bölgesinde ortalama rüzgâr hızına göre değeri;

73

(6.14)

: Ortalama rüzgâr hızı (m/s),

Ortalama rüzgâr hızı yapılan deneyler sonucunda günlük olarak m/s cinsinden

hesaplanmıştır.

(

) (6.15)

Eşitlik 6.14 ve 6.15 kullanılarak eşitlik 6.13 hesaplanır ve U değeri 3,5 olarak

hesaplanır.

Sera PVC gövde ve polikarbon örtü ile kaplı olduğundan her iki yapı tek değer

üzerinden alınarak hesaba dahil edilmiştir. Bu durumda ön, arka ve yan duvarlarda

oluşan iletim yoluyla ısı kayıpları hesaplanmıştır.

Havalandırma ve sızıntı yoluyla gerçekleşen ısı kayıpları:

Sera örtüsü iç yüzeyinde yoğuşan nemin bitkilerin üzerine damlaması, mantar

enfeksiyonlarını artırdığı için, bu yoğuşmanın önlenmesinde en etkili yöntemin

nem dengesi esasına göre yapılan havalandırma uygulaması olduğu bilinmektedir.

Seranın içindeki ılık ve nemli hava daha soğuk olan örtünün iç yüzeyi ile diğer yapı

unsurlarının yüzeylerine değdiğinde, eğer bu yüzeylerin sıcaklığı, havanın

çiylenme sıcaklığından daha azsa, havadaki su buharı, soğuk yüzey üzerinde

yoğuşur. Sera örtü yüzeylerinde nem yoğuşması sorununun genellikle dış ortam

sıcaklığı 10 C’nin altına indiğinde meydana geldiği, kış aylarında çok soğuk

bulutlu günlerin dışında, gündüz saatlerinde seraya giren güneş ışınımının,

yoğuşmayı önlediği tespit edilmiştir. Yoğuşmanın en yoğun olduğu saatlerin, dış

ortam sıcaklığının en düşük olduğu, güneşin doğmasına yakın saatler olduğu

görüldü. Sera örtülerinde yoğuşmayı kontrol etmek amacıyla uygulanabilecek

yöntemler;

1- Havalandırma yoluyla sera içindeki nemli havayı dışarı atıp, yerine

74

alınan taze havayı ısıtmak,

2- Sera içinde sürekli hava dolaşımı sağlamak,

3- Sera yüzeylerinde ve içinde ısı yalıtımını artırıcı önlemler almak,

4- Damla oluşturmayan katkı maddeli sera örtü malzemesi kullanmak, şeklinde

verilmiştir.

Yapılan çalışmada, seralarda yoğuşma kontrolü için “havalandırma-ısıtma”

uygulamasının yapılabilirliğini incelemek amacıyla, sera tek kat polietilen (PE)

esaslı örtü ile kaplanmıştır. Serada, örtü iç yüzeyinde meydana gelebilecek su

buharı yoğuşmasının önlenmesi amacıyla gerekli en düşük havalandırma ve

ısıtma ihtiyacını belirlemek için kullanılabilecek bir hesaplama modeli geliştirilmeye

çalışılmıştır. Ancak bu uygulama işletme masrafları açısından ek maliyet

getirmiştir.

Sera örtüsünün iç yüzeyinde ortam havasındaki su buharının yoğuşmaması için,

sera iç yüzey sıcaklığının, havanın çiy noktası sıcaklığından bir miktar daha

yüksek olmasına dikkat edilmiştir. Bu çalışmada, sera örtüsünün iç yüzey

sıcaklığının, iç ortam havasının yoğuşma sıcaklığından 2 0C daha yüksek olduğu

görülmüş ve en düşük hava debisi bu değeri sağlayacak şekilde aşağıda belirtilen

eşitlik yardımıyla hesaplanmıştır.

(6.16)

: Havalandırma debisini (kg/m2h);

ωi : Dış ortam havasının mutlak nemini (kg/kg);

ωi : İç ortam havasının mutlak nemini (kg/kg);

: Bitkilerden buharlaşan su buharı miktarı (kg/m2h).

Şekil 6.12’deki Mollier diyagramı yardımıyla, deneylerde elde edilen parametrelere

bağlı olarak mutlak nem değerleri belirlenip eşitlikte yerine yazılarak havalandırma

hesaplanmıştır. Buna göre sera iç hacminde oluşturulması gereken havalandırma

75

debisine göre uygulanması gereken hava değişim miktarı da hesaplanır. Örtü iç

yüzey sıcaklığı Ty aşağıdaki belirtilen eşitlik yardımı ile hesaplanır.

( ) (6.17)

Verilen eşitlikten örtü yüzey sıcaklığı 19,44 oC olarak bulunur.

Şekil 6.12. Mollier diyagramında havanın özelliklerini bulma

Havalandırma esnasında veya kapı, pencere gibi açılan kısımların açılması ile

sera içerisindeki hava sürekli dış hava ile yer değiştirmesi meydana gelmektedir.

Bir saat içerisinde sera içindeki havanın dış ortamdaki hava ile yer değiştirmesi

olayına hava değişim sayısı denir. Hava değişim sayısı seranın havalandırılma

süresi, sera tasarımı, örtü malzemesinin çeşidi, sera içi sıcaklık oranı, sera içi

bağıl nemi, rüzgâr hızı, pencere ve kapı sayısı gibi özelliklere bağlı olarak değişir.

Hava değişimi ile gerçekleşen ısı kaybı aşağıdaki gibi hesaplanır.

Hava değişim miktarı;

HDS = 1-20 (defa/h): Yetersiz havalandırma

HDS = 20-50 (defa/h): İyi havalandırma

HDS > 50 (defa/h): Çok iyi havalandırma

76

İyi bir havalandırma yapacak şekilde 40 (defa/saat) hava değişim sayısına göre

aşağıdaki bağıntılarla havalandırma yoluyla kaybedilecek ısı yükü hesaplanır [66].

( ) (6.18)

: Havanın ısıtılması için gerekli güç (W)

: Kütlesel debi (m/s)

: Havanın özgül ısısı (J/kg K)

: Dış hava sıcaklığı (K)

: İç hava sıcaklığı (K)

Işınımla olan ısı kaybı;

(

) (6.19)

eşitliği ile hesaplanır.

Seranın güneşten kazandığı toplam ısı miktarı;

(6.20)

eşitliği kullanılarak hesaplanır. Burada;

: Ortalama günlük radyasyon yoğunluğu (MJ/m2-gün)

: Sera örtüsü toplam ısı geçiren yüzey alanı (m2)

Serada, ışık geçirgenliği yüksek materyaller kullanıldığında ek ısı ihtiyacı

azalacaktır. Gerekli olan ek enerji güneş kollektörü veya ısı pompası yardımı ile

takviye edilebilir.

Güneş enerjisi sisteminin enerji analizi:

Güneş enerjisi (GE) sistemi; güneş kollektörü, sıcak su deposu, devir-daim

(sirkülasyon) pompası, bağlantı boruları ve genleşme tankı gibi elemanlardan

77

oluşmaktadır. Güneşten gelen enerjiyi ısıya dönüştüren ekipman kollektör olduğu

için kolektörden sağlanan faydalı enerji önem arz etmektedir. Güneş enerjisinden

ısıtma elde edilmesinde genellikle düzlemsel güneş kollektörü ile vakum tip güneş

kollektörü kullanılmaktadır. Sistemde; gelişmiş bir teknik kullanılmış ve donmaya

karşı daha mukavemetli olması sebebiyle vakum tip güneş kollektörü kullanıldığı

için; vakum tip güneş kollektörünün özellikleri değerlendirilmiştir. Kollektör

yüzeyine gelen güneş enerjisinin bir kısmı yutularak kollektör içerisinde dolaşan

ısıtkana (akışkana) iletilirken, bir kısmı da ışınım, taşınım ve iletim ile sistem dışına

çıkarak kaybolmaktadır.

Vakum tip güneş kollektörü için enerji dengesi;

( ) (6.21)

şeklinde yazılabilir. Burada;

: Işınım, taşınım ve iletimle olan ısı kayıplarının toplamı,

: Akışkana geçen enerji,

: Depolanan enerji,

: Faydalı yüzey alanı,

: Kolektör üzerine gelen güneş ışınımıdır [73].

Güneş kollektörü verimi; kollektörlerde ısıtılan akışkana geçen toplam ısı

enerjisinin kollektör yüzeyine gelen güneş enerjisine oranı olarak tanımlanır [87].

Güneş kolektörlerden elde edilen enerji yükü;

( ) (6.22)

Isıtılan akışkanın kütlesel debisi;

(6.23)

78

eşitliği ile hesaplanabilir [90].

Güneş kollektöründen çevreye olan ısı kayıpları;

( ) (6.23)

Güneş kollektörü tarafından emilen enerji;

( ) (6.24)

Kollektöre gelen güneş enerjisi miktarı;

(6.25)

Kollektör verimi de;

(6.26)

( ) ( )

(6.27)

Çevre sıcaklığının gün doğuşu ve batışı arasındaki değişimi;

[

( )] (6.28)

eşitliği ile hesaplanır [ 90]. Burada;

: Güneş zamanı

: Gün uzunluğu (h)

: Günlük ortalama dış sıcaklık (oC)

: Günlük ortalama en yüksek ve en düşük dış sıcaklık farkıdır (oC).

79

Kolektörlerin hesaplanan ay için günlük ortalama verimlerinin belirlenmesinde

kullanılmak üzere kolektör ortalama su sıcaklığı;

(6.29)

eşitliği ile hesaplanır [ 90].

Kolektör verimi yılın her ayında farklılık gösterdiğinden, verime bağlı olarak

toplayıcı alanı seçiminde 12 aya göre ayrı hesap yapmak gerekmektedir. Gerekli

kolektör alanında bulunan değerler aşağıda verilen eşitliklerde yerine konarak

hesaplanacak olursa;

Gerekli ışın toplayıcı sayısı;

(6.30)

Gerekli ışın toplayıcı alanı;

(6.31)

Bir kolektörün topladığı faydalı enerji de:

(6.32)

eşitliği ile hesaplanır [90].

Güneş ışınımından elde edilen enerjiyi bulabilmek için (W/m2) cinsinden ölçüm

yapan bir güneş ışınımı ölçer kullanılmıştır. Literatürde devir-daim pompa debisi;

güneş enerjisi sistemlerinde, kolektörlerin 1 m2 yüzeyinden saatte 60–80 litre suyu

aktarabilecek kapasitede seçilmesinin uygun olduğu ifade edilmektedir [88].

Pompa gücü;

80

(6.33)

eşitlikten bulunur. Burada;

: Pompa gücü (W);

: Toplam manometrik yükseklik (mSS) (depolama tankı ile kritik devredeki

kolektör arasındaki yükseklik ve sürtünme kayıplarının toplamıdır, kritik

devredeki sürtünme kayıpları toplam yüksekliğin % 10-15’ i alınabilir);

: Pompa debisi (l/sn);

: Yerçekimi ivmesi (9,81 m/s2);

: Pompa verimi (% 70–80 alınabilir)

Depo hacmi; güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemlerinde kullanılan sıcak su

deposu hacminin kollektör yüzey alanına oranı ortalama 50 1/m2 alınabilir [89].

(6.34)

olarak hesaplanır.

Isı pompası sisteminin enerji analizi:

Şekil 6.13’de ısı pompası çevriminin T-s ve Log, p-h diyagramı verilmiştir. Bu

diyagram kullanılarak gerekli buharlaştırıcı, yoğuşturucu ve kompresör kapasiteleri

hesaplanmıştır. Serada kullanılacak ısı pompası güneşin olmadığı ve depolanmış

ısının tükendiği zamanlarda ve her durumda en kötü iklim şartlarına, diğer

kaynaklarının devreye girmesi için geçecek süreye kadar yetebilecek güçte

seçilmiştir.

81

Şekil 6.13. Isı pompasının T-s ve log P-h diyagramları

Isı pompasının yoğuşturucudan atılan ısı miktarı;

( ) (6.35)

(6.36)

Yoğuşma sıcaklığı (Ty) ile buharlaştırıcı sıcaklığı (Tb) arasındaki ideal bir soğutma

çevrimi için en yüksek ısıtma tesir katsayısı (COPc,h) Carnot çevrimi ile belirlenir.

(6.37)

Sistemde elektrik enerjisi tüketimi ısı pompasının kompresöründen meydana

gelmektedir. Ayrıca diğer ekipmanlardan da (fan, Selenoid vana vb.) tüketim söz

konusu olabilir. Bir ısı pompası sisteminin Isıtma Tesir Katsayısı (COPhp,h)

aşağıdaki eşitlik ile hesaplanır.

(6.38)

kompresör, fan ve diğer ekipmanlar için;

(6.39)

hesaplanır.

82

Sera havasının nemlendirilmesi ve nem çekilmesi:

h,x-Mollier Diyagramı üzerinde hesaplama yaparken; ekipmanların (ısıtıcı,

soğutucu, nemlendirici) gücünü bulmak için;

(6.40)

(6.41)

( ) (6.42)

( ) (6.43)

eşitliklerden yararlanılır. Eşitliklerde;

: Saatte çekilen nem miktarı (kg/h)

: Havanın mutlak nemi (g/kg)

: Havanın kütlesel debisi (kg/h)

: Havanın hacimsel debisi (m3/h)

: Havanın yoğunluğu (kg/m3)

: Entalpi (kJ/kg)

: Isıtıcının ve soğutucunun gücü (W)

olarak verilmiştir.

6.3. Ekonomik Analiz

Prototip olarak kurulan sistemin, termodinamik analizlerini yaparken ekonomik

analizinin de yapılması gerekmektedir. Böylelikle yapılan sistemin ekonomik

açıdan da verimli olup olmadığı söylenebilir. 50 m2’lik bir seranın otomasyonu ile

birlikte ilk yatırım maliyeti ortalama 20 000 $’dır. Sistemin hurda değeri 2 000 $’dır.

Hakkâri iklim koşulları göz önünde bulundurulduğunda 8 ay çalıştırılabilir. Doğru-

hat amortisman yöntemi kullanılarak kurulmuş olan sera sisteminin amortisman

83

giderleri aşağıdaki eşitlik ile hesaplanır [ 91].

(6.44)

Eşitlikte,

: Periyodundaki kurutucu amortisman gideri ($/yıl),

: Kurutma sistemi faydalı ömrü (yıl),

: Hurda değeri ($) ve

: Kurutma sisteminin şimdiki değeri ($) olarak ifade edilebilir.

Geri ödeme süresi, bir yatırımda sağlanan nakit girişlerinin, yatırım miktarının

karşılayabilmesi için gerekli süresidir. Geri ödeme süresi, bir yatırımın kendisini ne

kadar hızlı geri ödeyebileceğinin bir göstergesidir [91].

girişi nakit net Yıllık

tutarı Yatırımdönemi ödeme Geri (6.45)

Ayrıca sistem için yatırım karlılığı ise; (6.46)

tutarı Yatırım

girişi nakit net ortalama Yıllıkkarlılığı Yatırım

şeklinde ifade edilebilir.

84

85

7. DENEYLERİN YAPILIŞI VE DENEY VERİLERİNİN ÇİZELGELENDİRİLMESİ

Deneyler Mayıs 2012-Aralık 2012 tarihleri arasında yapılmış olup, elde edilen tüm

veriler otomatik olarak bilgisayara kaydedilmiştir. Seraya hiçbir ürün ekilmeden en

düşük ve en yüksek değerler arasında deneyler yapılarak test edildi. Ürün

ekilmeden deney yapılmasının amacı; her şartta istenilen değerlerin elde edilip

edilemeyeceğinin kontrolünün yapılabileceğinin garanti edilmesidir. Bilgisayara

bağlı olan kontrol ünitesi sayesinde istenilen şartlarda elde edilen verilerin tamamı

bilgisayara kaydedilebilecektir. Daha sonra seranın amacına uygun olarak gerekli

ürün dikilip, ürün için gerekli olan değerler sisteme girilmiş ve sistem girilmiş olan

değerler arasında çalıştırılarak bilgisayara kayıtlar yapılmıştır.

7.1. Sistemin Test Edilmesi

Sistemde ilk olarak nem kontrolü gerçekleştirildi. Bağıl nem değeri %20-30 olarak

giriş yapıldı. Sistem tarafından, bağıl nemin %20 değerinin altına düştüğü zaman

nemlendirme cihazı açılarak nem oranı yükseltildi. Bağıl nem %30 seviyesini

geçince nemlendirme cihazı kapatıldı. Nem %30 değerini geçtiği zaman ise

havalandırma kanalını açarak içerideki nemli havayı dışarı atmaya çalışıldı. Bağıl

nem oranı %30’un altına inince havalandırma işlemini kapatıldı. Bu şekilde

ortamdaki bağıl nem miktarı %20 ile %30 arasında tutulmuş oldu. Bu işlemlerin

tamamı otomatik olarak bilgisayarla ayarlandığı gibi yapıldı. Bu işlem 24 saat

devam ettirildi. Deneysel değerleri saat 08:00 ile 17:30 arasında bilgisayar

otomatik olarak kaydetti. Gerekli olan bağıl nem miktarını %20’den başlatıp 10

birim aralıklar ile %90 değerine kadar deneyler yapıldı. Aynı şekilde sıcaklık içinde

sıcaklığı 15-19oC arasında giriş yapıldı. Sıcaklık değeri 15oC’nin altına inince

ısıtma sistemi devreye girerek seranın içerisini ısıtmaya başladı, sıcaklık 15oC’yi

geçince ısıtma sistemi kapatıldı. Sıcaklık 19oC’yi aştığı zaman da havalandırma

sistemi devreye girerek içerideki sıcak havanın dışarı atılması sağlandı. Sıcaklığın

19oC’nın altına inildiğinde de sistem otomatik olarak kapatıldı.

Bununla birlikte bağıl nem ve sıcaklık değerini aynı anda sabit tutarak deneyler

yapıldı. Mesela bağıl nem miktarı %40-50 arasında iken sıcaklık değeri de 19-

23oC arasında deneyler yapıldı. Böylelikle sıcaklık değeri ve bağıl nem istenilen

86

aralıklarda sabit tutulmaya çalışıldı. Bu anlatılanların tamamı daha önce belirtildiği

gibi sera için yazılmış olan özel bir, PLC program sayesinde otomatik olarak

gerçekleştirildi. Sera için özel olarak tasarlanmış kumanda paneli sayesinde

sistem otomatik olarak işlemleri gerçekleştirmiş oldu.

Havalandırma kanalındaki fanın açılıp kapanması kumanda panelinde

havalandırma için ayrılan anahtar ile gerçekleştirildi. Güneş enerjisindeki sıcak

suyun sisteme verilip-verilmemesi yine kumanda panelindeki sıcak su için ayrılan

anahtar ile ısıtma tesisatına yerleştirilen selenoid vanalara kumanda ederek açma

kapama işlemleri gerçekleştirildi. Ayrıca damla sulama sistemi de kumanda

panelinden saat aralığı girilerek selenoid vanaları açıp kapatarak kontrolü

sağlanmış oldu.

7.2. Sistemin Çalıştırılması

Sera sisteminin otomasyonu tamamen otomatik olarak yapıldı. Güneş enerjisi ile

elde edilen enerji sıcak su deposunda muhafaza edilecektir. Sera için ısı ihtiyacı

duyulduğunda güneş enerjisinden ısı ihtiyacı karşılanacaktır. Güneşin olmadığı

durumlarda ve güneş enerjisinin yetersiz gelmesi durumunda depo edilen sıcak su

kaynağından ısı ihtiyacı karşılanacaktır. Güneş enerjisi ve depo edilen ısı, seranın

ısıtılması için yeterli gelmemesi durumunda ise ısı pompası devreye girerek gerekli

olan ısı ihtiyacını karşılayacaktır.

Serada yetirilecek ürünler için gerekli olan sıcaklık ve bağıl nem değerleri

araştırılmış olup, bu değerlerin en düşük ve en yüksek değerleri sisteme girilerek

deneylerin yapılmasına olanak sağlandı. Sera hiçbir ürün dikilmeden boş halde

sıcaklık değerleri 15-19oC, 19-23oC, 23-26oC arasında, bağıl nem değerleri ise,

%30-40, %40-50, %50-60, %60-70, %70-80, %80-90 aralığında sabit tutularak

ayrı ayrı deneylerin yapılması planlandı. Daha sonra ise salatalık fidesi dikilerek

sıcaklık 20-25oC ve bağıl nem değeri %60-80 aralığında sabit tutularak deneylerin

yapılması için sistem hazır hale getirildi.

87

7.3. Deneylerin Yapılışı

Deneylere başlandığında, öncelikli olarak seraya hiçbir ürün dikilmeden seranın

istenilen değerler aralığında tutulup tutulmadığını ispatlamak amacıyla; farklı

aralıklarda bağıl nem ve sıcaklık değerleri girilerek veriler kaydedilmiştir. Sıcaklık

değeri ortalama olarak, 17oC alt sınırı ve 35oC üst sınırı ele alınarak sıcaklığın

girilen değerler aralığında sabit tutulduğu görüldü. Bağıl nem değeri olarak ta,

ortalama alt sınır % 30, üst sınır ise % 90 alınarak bağıl nemin de kontrol edildiği

görüldü. Daha sonra seraya hıyar dikilerek hıyarın ihtiyaç duyduğu sıcaklık değeri

(20-25oC) ile bağıl nem değerleri (% 60-80) sisteme girildi. Günlük olarak alınan

veriler değerlendirildiğinde sıcaklığın ve bağıl nem değerinin istenilen aralıklarda

kaldığı görülmüş oldu.

7.4. Deney Verilerinin Çizelgelendirilmesi

Bağıl nemin ve sıcaklığın kontrolü sırasında, ölçüm cihazları sayesinde çizelge

7.1’ te verilen verilerin bir kısmı bilgisayar programı sayesinde dakika dakika

bilgisayara kaydedilirken, bir kısmı ise cihazlardan okunarak 30 dakikada bir

bilgisayara kaydedilmesi düşünüldü.

Çizelge 7.1. Deneyler sırasında ölçümü yapılan veriler

Ölçümü yapılan veri Birimi

Dış havanın sıcaklığı oC

Sera içi havasının sıcaklığı oC

Dış havanın bağıl nemi %

Sera içi havasının bağıl nemi %

Güneş kollektörü çıkış sıcaklığı oC

Güneş kollektörü giriş sıcaklığı oC

Sıcak su deposundan sisteme giden suyun sıcaklığı oC

Sıcak su deposuna sistemden gelen suyun sıcaklığı oC

Sera içinde sisteme set edilen sıcaklık oC

Sera içinde sisteme set edilen bağıl nem %

Sera içerisindeki havanın hızı m/s

Dış havanın hızı m/s

Serada saksı içerisindeki toprak sıcaklığı oC

Güneş ışınımı W/m2

88

Deneyler yapılmaya başlandığında bilgisayara kaydedilen veriler Çizelge 7. 2’de

görüldüğü gibi tablo haline dönüştürülecektir. Veriler anlık olarak bilgisayar

kaydedilirken, tablo yapılırken yarım saatlik aralarla alınacaktır. Ve kayıtları sabah

saat 08:00’de başlayıp yarım saatlik zaman aralıklarıyla saat 17:30’da son

bulacaktır. Bu elde edilen veriler, teorik analiz kısmında verilen hesaplamalarda

kullanılacak ve hesaplamalar sonucunda bulunmuş olan sonuçlar grafikler halinde

anlatılacaktır. Seranın kontrolünde çizelge 7.2’ alınacak olan verilerin teorik

hesaplamalarda ilgili eşitliklerde kullanılması planlandı.

Çizelge 7.2. Serada elde edilen verilerin tablosu

TARİH OLMASI ZAMAN (24 SAAT)

05.10.2012 GEREKEN* 08:00 08:30 09:00 09:30 …… …… …… ……

DIŞ

ŞA

RT

LA

R

HAVA SICAKLIĞI (oC)

HAVA HIZI (M/S)

BAĞIL NEM (%)

GÜNEŞ IŞINIMI (W/M

2)

SE

RA

İÇ

İ Ş

AR

TL

AR

I

HAVA SICAKLIĞI (oC)

HAVA HIZI (M/S)

BAĞIL NEM (%)

TOPRAK SICAKLIĞI (oC)

DE

PO

Ş

AR

T. SU SICAKLIĞI

(oC)

SU HACMİ (LT)

*NOT: NORMALDE OLMASI GEREKEN DEĞERLER (BU DEĞERLER SİSTEM ÇALIŞTIRILDIĞINDA SERA İÇERİSİNDE İSTENİLEN DEĞERLERDİR)

89

8. DENEY VERİLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ

Deney sonuçları sağlıklı olarak karşılaştırılabilmesi için serada iki farklı ölçüm

yapıldı. Önce hiçbir ürün ekilmeden sistemin istenildiği gibi çalışıp çalışmadığını

görmek için; sıcaklık, nem ve hava hareketi değerleri test edilerek sistemin sağlıklı

çalıştığı görüldü. Daha sonra da dikim yapıldıktan sonra, sağlıklı bir şekilde

çalıştığı görülmesi üzerine, deney verileri alındı.

8.1. Sera İçerisine Ürün Dikilmeden Yapılan Deneyler

Cihazlar ve tüm ekipmanlar hazır hale geldiğinde bağıl nem değerleri %30’dan

başlayarak %30-40, %40-50, %50-60, %60-70, %70-80, %80-90 aralıklarında

bilgisayara girilerek, bu değer aralıklarında kalıp-kalmadıkları kontrol edildi. Şekil

8.1’de ürünsüz ve otomatik kontrolsüz bağıl nem değişimi gösterilmiştir.

Şekil 8.1. Sera içi bağıl nem değerleri (2 Ekim 2012)

Şekilden de (Şekil 8.1) görüldüğü gibi; sera iç bağıl nemi, ürünsüz ve otomatik

kontrolsüz tabii olarak ölçüldüğünde, bağıl nem değerleri %80 ile %24 arasında

çok farklılık göstermektedir. Eğer ürün bu şekli ile ekilmiş olsaydı, istenilen nem

ayarı sabit tutulamadığından ürünün yetişmesinde, süre ve kalite bakımından

mahzurlar oluşacaktı.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Bağ

ıl n

em

%

Zaman

Sera içi bağıl nem miktarı Bağıl nem

90

Aynı şekilde bağıl nem değeri gibi sera içi sıcaklık değerleri de; sera içi uygun olan

en düşük sıcaklık olan 15oC ile en yüksek sıcaklık olan 35oC aralığında [45],

bilgisayara girilerek bu değerler aralığında kalıp kalmadıkları kontrol edildi. Şekil

8.2’de ürünsüz ve otomatik kontrolsüz sera içi sıcaklık değişimi gösterildi.

Şekil 8.2. Sera içi sıcaklık değerleri (2 Ekim 2012)

Sıcaklık verileri değerlendirildiğinde (Şekil 8.2) görülmüştür ki; sera iç sıcaklık

değerleri, ürünsüz ve otomatik kontrolsüz tabii olarak ölçüldüğünde, sıcaklık değeri

27oC ile 40oC gibi çok değişik aralıklarda seyretmektedir. Eğer ürün bu şekli ile

ekilmiş olsaydı istenilen sıcaklık ayarı sabit tutulamadığından ürünün

yetişmesinde, süre ve kalite bakımından mahzurlar oluşacaktı.

Yapılan deneylerde gün içerisinde bağıl nem değeri ile sıcaklık değeri ölçüldü. Bu

değerlerin grafikleri ayrı ayrı değerlendirildi. Şekil 8.3’de aynı gün alınmış olan

bağıl nem değerleri sıcaklık değerleri ile birlikte verilmiştir. Yapılan bu deneyde

sera otomasyonu devre dışı bırakılmış olup, sıcaklığın bağıl nem ile ilgisinin olup

olmadığı kontrol edildi. Günlük olarak kaydedilen verilerden faydalanılarak grafikler

oluşturuldu (2 Ekim 2012 tarihinde alınan veriler EK-1’de verildi).

2526272829303132333435363738394041

Sıca

klık

(oC

)

Zaman

Sera içi sıcaklık değeri İç sıcaklık

91

Şekil 8.3. Sera içi bağıl nem ile sıcaklık değerlerinin karşılaştırılması

Şekilde (Şekil 8.3); sera içerisindeki bağıl nem ile sıcaklığın 24 saat

gözlemlendiğinde, iç havanın sıcaklığı ile bağıl nemi karşılaştırıldığında yine sabit

bir durum ortaya çıkmamıştır. Sera içerisindeki sıcaklığın artması ile sera içi bağıl

nem düşmeye başladı. Sera içi havası sıcaklığını artırmak sera havasındaki bağıl

nem düşmektedir. Otomasyon sisteminin olmaması sıcaklığın değişmesine buna

bağlı olarak da bağıl nem değerinin farklılık göstermesine neden oldu. Böyle

sıcaklık ve nem değişiminin çok düzensiz olması serada yetişecek olan ürünü

olumsuz yönde etkilemektedir.

Sera havası havalandırma ile dış havayla değişimi sağlanmaktadır. Bu durumda

sera havasının dış hava şartlarından etkilenip etkilenmediği önem arz etmektedir.

Dış havanın bağıl neminin azalması veya artması, sera iç havasının bağıl nemini

ne ölçüde değiştirdiği sera otomasyonlarında bilinmesi gerekmektedir, çünkü sera

iç havasının bağıl nemi, sera havasının ısınması ile değişim göstermektedir.

Sistem çalıştırılmadan hem sera içi hem de sera dışı bağıl nem değerleri grafik

halinde Şekil 8.4’de gösterildi.

1015202530354045505560657075808590

Sıca

klık

(oC

) /

Bağ

ıl n

em (

%)

Zaman

Sera içi sıcaklık ve bağıl nem eğrisi Bağıl nem İç sıcaklık

92

Şekil 8.4. Sera iç ve dış bağıl nem değerleri (3 Ekim 2012)

Şekil 8.4’de de görüldüğü gibi, sera içerisindeki bağıl nem değerini, dış havanın

bağıl nem değeri etkilemiştir. Dış havanın bağıl nemini düşmesi, şekilde (Şekil 8.4)

de görüldüğü gibi iç havanın nem değerini de düşürmüştür. Dış havanın nemi

arttığında iç havanın bağıl nemi de dış hava ile birlikte artmaktadır. Sera içi bağıl

nem değerleri, %80’den başlayıp %22’lere kadar düşmekte ve gün içerisinde

%74’lere kadar çıkmaktadır. Bu bağıl nem değerinin kararsızlığı serada

istenmeyen bir durum arz etmektedir. Bu değişimin sürekli olması serada

yetişecek olan ürünü olumsuz etkiler.

Sera içerisindeki hava şartlarının sık değişmesi, özellikle istenilen bağıl nem

değerinin sabit tutulamaması istenmeyen bir durumdur. Müdahale edilmediğinde

sera içerisindeki değerler çevre şartlarına ve sera içerisinde meydana gelen

olaylara göre değişiklik göstermektedir.

Aşağıdaki grafikte (Şekil 8.5) sistem çalıştırıldığındaki grafik eğrileri görülmektedir.

Bu grafikte sera içi bağıl nemi %80-90 değerleri arasında tutularak ölçüm

alınmıştır. Dış havanın bağıl nemi ile sera iç havasının bağıl nemi

karşılaştırılmıştır. Şekil 8.5’de, otomasyon sisteminin 24 saat boyunca, sera içi

bağıl nemin istenilen değerlerde tutup, dış hava şartlarından etkilenip

etkilenmediği gösterildi.

0102030405060708090

100

Bağ

ıl n

em

%

Zaman

Sera içi ve dışı bağıl nemi Dış bağıl nem İç bağıl nem

93

Şekil 8.5. Sera iç ve dış bağıl nem değeri %80-90 arası (9 Ekim 2012)

Sistem çalıştırılmadan ölçüm değerlerinde çok farklı dalgalanmalar görülürken

tarafımızdan hazırlanmış olan sistem çalıştırılıp bağıl nem değeri de %80-90

aralığına ayarlandığında ölçülen bağıl nem değerleri Şekil 8.5’deki gibi istenilen

değerler arasında sabit kaldığı gözlenmiştir.

Burada bağıl nem değerinin %80’in altına düşeceği durumlarda nemlendirme

cihazı otomatik olarak çalıştırılarak değerler istenilen şartlara yükselti. Aynı

zamanda dış bağıl nem değerinin %36 ile %76 arasında olduğu görülmektedir.

Şayet müdahale olmasaydı, sera içi bağıl nem değerlerinin de ortalama dış hava

bağıl nem değerlerine yakın olacaktı. Oysa burada nemlendirme cihazının sürekli

çalışır halde olduğundan kontrol altındaki sera havası istenilen şartlarda kararlılık

gösterdiği görülmektedir. Bu da tabii ki; yetiştirilecek olan ürünün kalitesini

doğrudan etkileyecektir. Otomasyon ile yapılan havalandırmada, sera içerisindeki

havanın karışması ile birlikte; hava sıcaklığı, havanın bağıl nemi, sera içinde

oluşacak kötü koku vb. etkenler dengelenmiş oldu. Ayrıca sera içerisindeki

yüzeylerde oluşacak yoğuşma da, havalandırma ile önlenmiş oldu.

3035404550556065707580859095

Bağ

ıl n

em %

Zaman

Sera içi ve dışı bağıl nemi Dış bağıl nem İç bağıl nem

94

Bağıl nem değerinin, güneşin olduğu zamanlarda (gündüz) %70-%80 arasında

sabit tutularak grafik çizildiğinde, aşağıda verilen grafik (Şekil 8.6) elde edildi.

Şekil 8.6. Sera iç ve dış bağıl nem değeri %70-80 arası (10 Ekim 2012)

Şekil 8.6’da rüzgâr hızının farklılıklar göstermesinden dolayı dış bağıl nemin

oldukça değişken olduğu görüldü. İç bağıl nem ise verilen değerler olan %70 ile

%80 arasında olduğu ve bu değerlerin dışına çıkılmadığı görülmektedir. Dış bağıl

nem değeri %60 ile başlamış, hızlı bir şekilde %75 gibi değere ulaşmış daha sonra

%58’ düşüp tekrar %74’lere çıkmıştır. Bu şekilde gün içerisinde belirli aralıklarda,

%28 ile %79 aralığında inip çıkmıştır. Eğer sera içerisinde bir otomasyon sistemi

olmasaydı, dışarıda meydana gelen bu inip çıkmalar, sera içerisinde de benzer bir

şekilde inip çıkmalar görülecekti. Bu ani inip çıkmalar seranın nem dengesini

bozan ve istenmeyen bir durumdur. Şekil 8.6’deki iç havanın bağıl nemine

bakıldığında, dış havadan etkilenmediği görüldü. Dış havanın bağıl nemi

yükselirken, iç havanın bağıl nemi de yükselmeye başlıyor. Sınır değer olan %80’e

ulaşınca otomasyon sistemi devreye giriyor ve iç havanın bağıl nemini düşürüyor.

Böylelikle dış havanın artan bağıl neminden etkilenmeyen iç havanın bağıl nemi

sabit kalıyor. Bu işlem bağıl nemi istenilen değerlerin altına düşmesi durumunda

da devreye giriyor ve dış hava bağıl nemi %34’lerde görülürken, iç havanın bağıl

nem değeri alt sınır olan %70’te sabit kalıyor. Gerekli olan nem, otomasyon

30354045505560657075808590

% B

ağıl

nem

Zaman

Sera içi ve dışı bağıl nem değeri Dış bağıl nem İç bağıl nem

95

sisteminin devreye girmesiyle, nemlendirme cihazı tarafından eksilen nem miktarı

tamamlanmış oluyor.

Dış bağıl nem değeri yüksekken, sera içerisindeki bağıl nem değerinin %40-50

aralığında olması durumundaki 24 saatlik (gündüz ve gece) deney sonuçları, Şekil

8.7’de ki grafikte gösterildi.

Şekil 8.7. Sera iç ve dış bağıl nem değeri %40-50 arası (13 Ekim 2012)

Yapılan deneylerde, dış bağıl nemin çok değişken olduğu durumlarda da, iç bağıl

nemin, verilen %40 ile %50 aralığındaki değerlerde sabit kaldığı görüldü.

Sera içerisinde bağıl nem değerinin istenilen değerlerde sabit tuttuktan sonra sera

içerisinde sıcaklığın istenilen aralıkta sabit tutulması için de deneyler yapılmıştır.

Nem gibi sera sıcaklığı da seraya herhangi bir ürün dikilmeden sabit tutulmaya

çalışıldı. Sabit tutulan bu değerler sera içerisinde yetiştirilecek ürünün cinsine göre

değişmekte olup araştırmalarda 14oC-35oC arasında olması gereken bir sıcaklık

aralığı olması gerektiğinde, sıcaklık ayarları bu bilgilere göre ayarlanmıştır [45].

Ölçüm sırasındaki bu değerler ± 4-5oC fark alınarak alınmıştır. Sıcaklık

değerlerinin düzensizliğini görebilmek için sistem çalıştırılmadan güneşin olduğu

(gündüz) zamanda sera içi ve sera dışı sıcaklık değerleri Şekil 8.8’de

gösterilmiştir.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Bağ

ıl n

em

%

Zaman

Sera içi ve dışı bağıl nem değeri Dış bağıl nem İç bağıl nem

96

Şekil 8.8. Sera iç ve dış sıcaklık değeri (13 Ekim 2012)

Sıcaklığında bağıl nem değeri gibi sera içinde ve sera dışında dengesiz bir

biçimde inip çıktığı görülmektedir. Örnek olarak sera içi sıcaklığı kontrollü 20-25oC

arasında alındığında Şekil 8.9’da sıcaklık değerinin 20 ile 25oC arasında tutulduğu

görülmektedir. Dış hava sıcaklığının yükseldiği görülmektedir. Bu durumda sera

içerisinin sıcaklığında da artma olacaktır. Sıcaklığın istenilen değerde tutulabilmesi

için sera içerisinin soğutulması gerekmektedir. Havalandırma sisteminin

çalıştırılması ile sera içi sıcaklık düşürülmüştür.

Şekil 8.9. Sera içi sıcaklık değeri 20-25oC arasında (17 Ekim 2012)

101214161820222426283032343638404244

Sıca

klık

oC

Zaman

Sera içi ve dışı sıcaklık değerleri Dış sıcaklık İç sıcaklık

02468

101214161820222426283032343638

Sıca

klık

oC

Zaman

Sera içi ve dışı sıcaklık değerleri İç sıcaklık Dış sıcaklık

97

Sera içi sıcaklık değerinin 25-30oC arasında deney değerleri de Şekil 8.10’da

gösterilmiştir. Dış hava sıcaklığının daha geniş bir değişim aralığı (16 ile 35oC

arasında) görülmektedir. Sera içi sıcaklığın istenilen değerin altına düştüğünde

güneş enerjisi sisteminin devreye girmesi ile ısıtma yapılmıştır. Sera içi sıcaklık

istenilen değerin üstüne çıkması ile de havalandırma sistemi çalışarak sıcaklık

düşürülmüştür.

Şekil 8.10. Sera içi sıcaklık değeri 25-30oC arasında (18-19 Ekim 2012)

Şekil 8.11’de bağıl nem değerinin %40-60 aralığında ve sıcaklık değerinin de 20-

25oC aralığında olduğu görülmektedir. Veriler 10 saat olarak grafik haline

dönüştürüldü. Şekil 8.11’de oluşturulan grafik 24 saat olarak oluşturuldu. Bu

durumda gece hareketliliği de verildi. Sera içerisindeki bağıl nem değerinin 24 saat

boyunca istenilen değerler aralığında kaldığı görüldü.

0,03,06,09,0

12,015,018,021,024,027,030,033,036,039,0

Sıca

klık

oC

Zaman

Sera iç ve dış sıcaklık değerleri İç sıcaklık Dış sıcaklık

98

Şekil 8.11. Sera içi bağıl nem değerleri %40-60, sera içi sıcaklık değeri 20-25oC arasında (01 Kasım 2012)

8.2. Sera İçerisine Ürün Dikildikten Sonraki Yapılan Deneyler

Sera içerisine hiçbir ürün dikmeden bağıl nem ve sıcaklık değerlerin istenilen

değerler arasında sabit tutularak deneyler yapıldıktan sonra seraya ürün dikildi.

Ürün olarak nem ve sıcaklık değeri deneylerde uygun şekilde kullanılması

bakımından hıyar seçildi. Literatürlerden tespit edildiğine göre hıyarın ihtiyaç

duyduğu bağıl nem değerleri %60-80 arasında ve sıcaklık değerleri de 20-25oC

arasında olduğundan sera içi değerleri, bu değerlere göre ayarlandı. Sera içinde

bulunan beton saksılara dikilen hıyar (salatalık) fideleri istenilen bağıl nem ve

sıcaklık aralıklarında tutularak yetiştirilebilmesi sağlandı. Dikimden itibaren ürün

çiçeklenme ve büyüme evresine kadar kontrol altında tutuldu. Bu evrelerdeki

sıcaklık ve bağıl nem değerleri aynı anda Şekil 8.12’de gösterilmiştir.

0,05,0

10,015,020,025,030,035,040,045,050,055,060,065,0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Sıca

klık

(oC

)

Bağ

ıl n

em (

%)

Zaman aralığı

Sera içi ve dışı sıcaklık Sera içi ve dışı bağıl nem

Sera içi bağıl nem Sera dışı bağıl nem

Sera iç sıcaklığı Sera dış sıcaklığı

99

Şekil 8.12. Sera içi bağıl nem değerleri %60-80, sera içi sıcaklık değeri 20-25oC

arasında ( 02 Kasım 2012)

Aynı anda gösterilen değerlerden; sıcaklık, 10 oC ile 30 oC arasında, oC cinsinden,

bağıl nem değeri ise aynı sütün üzerinde %50 ile %95 arasında % cinsinden

gösterilmektedir. Grafikte görüldüğü gibi; sıcaklığın gün içerisinde 20 ile 25oC

arasında olduğu ve bu değerleri aşmadığı görülmektedir. Aynı şekilde bağıl nem

değeri de %60 ile %80 arasında bulunmaktadır. Dış sıcaklık ve bağıl nem

değerlerine bakıldığında istenilen değerlerden çok farklı olduğu görülmektedir.

Değerler bu şekilde hıyar fidesi ürün verene kadar alındı (EK-2’de günlük olarak

alınan veriler verildi).

8.3. Sistem Verilerinin Isıl Analizi

Deneylerin yapılması ve verilerin alınmasından sonra ilgili eşitlikler kullanılarak,

sera sisteminin kapasitesini belirlemek için hesaplamalar yapıldı. Alanı 135,2 m2

olarak tespit edilmiş olan seranın toplam ısı kaybı yükü Eşitlik 6.11’den

faydalanılarak bulundu. Örtüsü Polikarbon malzemeden olan seranın ısı

geçirgenlik verimi % 85 alındığında (bu yüzde değeri üretici firma tarafından

verilen bilgidir), seranın güneş enerjisinden doğrudan kazanmış olduğu ısı yükü

miktarı ise; Eşitlik 6.20’den bulunmuştur. Bulunan bu değer, seranın enerji yükü

ihtiyacını karşılamadığı için, sistemde ek olarak, vakum tüplü güneş kollektörü

100

kullanılmıştır. Karşılanması gereken ısı vakum tüplü güneş kollektörlerinden

karşılanmıştır.

Vakum tüplerinin her birinin gücü Eşitlik 6.31’le hesaplandığında, eksik kalan enerji

için, bu vakum tüplerinden 88 adet vakum tüpüne ihtiyaç duyulduğu tespit edildi.

Bir kollektörde 16 adet vakum tüp bulunduğundan, eksik enerji ihtiyacını güneşten

karşılamak için bu kollektörden 7 tane güneş kollektörü kullanılmıştır. Bu

kollektörlerden elde edilen enerji yükü de, Eşitlik 6.22 ile hesaplandığında

kollektörlerden kazanılan enerji yükü miktarı seranın ısıtılması için yeterli olduğu

görüldü.

Güneş enerjisi sisteminde kullanılan vakum tüp kollektörün verimi Eşitlik 6.26’dan

faydalanılarak % 79 olarak bulundu. Debi ölçerle yapılan ölçümlerde akışkanın

(su) debisi 0,064 kg/s olarak bulundu ve enerji hesapları bu debiye göre yapıldı.

Sistemde devir daimi sağlayan pompanın gücü Eşitlik 6.34’den 0,055 kW olarak

hesaplandı. Güneşin olmadığı durumlarda, seradan kaybolan enerji ısı

pompasından sağlanacaktır. Ancak; tarafımızca yapılan deneyler sırasında ısı

pompası da kullanım hazır olduğu halde, güneş enerjisinden alınan enerji miktarı

yeterli geldiği için, ısı pompasını kullanmaya ihtiyaç duyulmamıştır.

Depo kapasitesi; güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemlerinde kullanılan sıcak

su deposu hacminin kollektör yüzey alanına oranı yaklaşık metrekare başına 50

1/m2 alındığından [89], (bu bilgiye dayanarak) Eşitlik 6.35’de yapılan

hesaplamalardan su deposunun kapasitesi bulundu.

Sera içi hava şartları 25 oC ve % 70 bağıl nemde olduğunda (Şekil 8.13’de

gösterilen 1 noktası) yüzey sıcaklığı 10 oC olan soğutma makinesinin buharlaştırıcı

yüzeyinden geçirildi. Bu esnada; (2 noktası) hava çiylenme noktasının altında

soğuduğu için, buharlaştırıcı yüzeyinde, sera havası içinde bulunan fazla nem

yoğuşturularak dışarı atıldı (3 noktası). Yoğuşma sırasında havanın sıcaklığı sera

ortalama havasının çok altına düştüğü için; 10 oC olan soğuk yüzeyden geçerek

soğuyan hava tekrar sera havası üfleme sıcaklığına kadar ısıtılarak üflendi (4

noktası). Böylece seranın sıcaklığının sabit kalması sağlandı.

101

Şekil 8.13. Mollier diyagramında, havanın, soğutma yöntemi ile neminin alınması

102

8.4. Ürünlerin Kontrolü ve Karşılaştırılma İşlemi

Ürün büyüdükten sonra normal otomasyonsuz seradaki salatalıklarla

karşılaştırması yapıldığında otomatik kontrollü serada yetişen ürünün, klasik

serada yetişen ürüne göre daha düzenli geliştiği görülmüştür.

Ürün yetiştirme, gübreleme, büyüme, çiçeklenme vb. özellikler ayrı bir dal olduğu

için bu özellikler hakkında ayrıntılı yorum yapılmadı. Ana amaç seranın içerisindeki

nem ve sıcaklık gibi özelliklerini otomasyon sayesinde istenilen değerler arasında

sabit tutmaktır. Yapılan deneylerde nem ve sıcaklık değerleri istenilen aralıklarda

sabit tutulmuştur. Bu otomasyon sağlandığında seradaki ürünlerin ne derece

etkilendiğini görebilmek için normal otomasyonsuz bir serada ki ürünlerle gelişimi

gözlemlendi. Ürünler zamanla büyümeye ve çiçek açmaya başladı. Normal serada

hıyar fideleri yavaş bir gelişim gösterirken otomasyonlu serada (Resim 8.1) daha

gür ve fazlaca bitkinin oluştuğu gözlemlendi. Normal serada çiçeklenme geç

olurken, (Resim 8.2) otomasyonlu serada çiçeklenme (Resim 8.3) ortalama 7-10

gün daha önce açtı, yapraklar ve dallar daha belirgin büyüdü ve gelişti.

Resim 8.1. Otomasyonlu serada hızlı büyüme gösteren hıyar fidesi

103

Resim 8.2. Normal serada yetişen hıyar fidesinde gözlenen çiçeklenme

Resim 8.3. Otomasyonlu serada yetişen hıyar fidesinde gözlenen çiçeklenme

104

105

9. SONUÇ VE ÖNERİLER

Güneş enerjisi alternatif enerji kaynağı olarak birçok alanda kullanılmaktadır.

Güneş enerjisinin diğer enerji kaynakları ile ortak bir şekilde uygun ortamlarda

kullanılması ile önemli ölçüde enerji tasarrufu sağlanmaktadır.

Bu tez çalışmasında da seraların ısıtılması için; alternatif enerji kaynaklarının

başında gelen güneş enerjisi ve ek ısı kaynağı olarak da ısı pompası kullanılması

düşünülmüştür. Sera içerisinde olması gereken bağıl nem ve sıcaklık gibi

termodinamik değerler otomasyon sistemi ile kontrol edilen değerler olup, sera

içerisinde yetiştirilecek ürünün özelliklerine göre, belirli değer aralıklarında

tutulmuştur. Yapılan deneyler ve analizler, böyle bir sistemin otomasyonlu olarak

başarılı bir şekilde çalıştırılabileceğini göstermiştir. Tarafımızdan yapılan Ekim ve

Kasım aylarındaki deney verilerine göre yapılan hesaplamalarda serayı ısıtmak

için ihtiyaç duyulan toplam enerji yükü vakum tüplü güneş enerjisinden

sağlanmıştır.

Sisteme ilave edilen ısı pompası, sistem test edilirken kullanılmış ve ısı pompası

verileri de sera boşken alınan veriler olup, yapılan deneyler sırasında, hava şartları

müsait olduğu için, ısı pompasına ihtiyaç duyulmadığından bu bölümde ısı

pompası ile ilgili bilgi verilmemiştir.

Sistemdeki otomatik kontrol, bilgisayar programı tarafından sağlanarak, sera içi

şartları (havanın sıcaklığı, bağıl nemi ve hava hareketi) istenilen değerlerde

tutulabilmiştir. Otomatik kontrol sisteminde PLC denetleyiciler kullanılmış ve

kontrolün hassas bir şekilde yapıldığı görülmüştür. Böyle olunca otomatik kontrollü

olarak yapılan serada üretilen ürünlerin (hıyarların), diğer klasik seralarda

yetiştirilen ürünlere göre daha kaliteli ve yetişme süresinin de yaklaşık 10 gün

kadar kısaldığı deneysel olarak görülmüştür.

Sistemde, bilgisayar ve pompaların kullanmış olduğu enerjilerin dışında kalan

enerjilerin tamamı güneşten karşılandığı için işletme maliyeti düşmüştür.

Dolayısıyla otomatik kontrollü serada üretilen ürün daha ucuza elde edilmiştir. Bu

çalışmada tasarlanan ve deneysel olarak incelenen seranın kontrolünün otomatik

106

olarak yapılması ve alternatif enerji kullanarak gerekli ihtiyaçların karşılanması ile

verimliliğin artığı görülmüştür. Şayet yapılan sera otomatik kontrollü ve güneş

enerjili olarak düşünülmeseydi, güneşten alınan enerjinin tamamını başka

kaynaklardan karşılamak durumu doğacağından işletme maliyeti yükselecek ve

ürün daha pahalıya mal olacaktı.

Hakkâri ili şartlarında tarımsal ürünlerin yetiştirilmesi için bir sera tasarlanmış,

örnek olarak salatalık yetiştirilmiş, bu bölgede kullanılabilecek verimli ve modern

bir sera hayata geçirilmiştir. Bu sera ile yetiştirilecek ürünlerin kalitesi artacak, hem

zamandan ve hem de enerji ve işçilikten ciddi oranda tasarruf yapılabilecektir.

Geliştirilen sistem, sıcaklık ve bağıl nem kontrolünün gerekli olduğu bu tarz

uygulamalarda başarılı bir şekilde kullanılabilmiştir.

Bu tez çalışmasının sonucunda; aynı sistem biraz daha geliştirilerek sera

dışındaki, ihtiyaç duyulan alanlarda da (kurutma, biyogaz üretimi, konutların

ısıtılması, klima santrallerinin ısıtıcıları vb.) kullanılabileceği kanaati oluşmuştur. Isı

pompası sisteminde dış ünite toprak kaynaklı olarak kullanıldı, yeraltına don

olmayacak derinliğe ısı pompasının buharlaştırıcını (evaporatör görevi yapan

borular) yerleştirmek zahmetli ve zor olduğundan; kurulumu daha kolay

olacağından, ısı pompasının hava kaynaklı olarak da kullanılması düşünülebilir.

Sulama sistemi damla sulama olarak yapıldı, fıskiye yöntemi ile sulama yapılsa

ürün kalitesini etkileyebilir, dolayısıyla; fıskiyeli sulamanın da yan etkilerini (iyi ya

da kötü yönde) incelenebilir…

107

KAYNAKLAR

1. Altuntop N., Erdemir D. (2013). Dünyada ve Türkiye’de güneş enerjisi ile ilgili gelişmeler, Mühendis ve Makine, cilt 54, sayı 639, s. 69-77.

2. Hatheway, F. M. and Converse, A. O. (1981). Economic comparison of solar assisted heat pumps, Solar Energy, 27:561-569.

3. Chen, P. Y. S., Helwer, W. A., Roen H. N. and Barton, D. J. (1982). Experimetal solar dehumidifier kiln for lumber drying, Forest Products J, Southern Illinois University, Usa, 32(9): 35-41.

4. Yaman Karadeniz, R. (1982). Güneş enerjisi kaynaklı ısı pompasının teorik ve deneysel incelenmesi, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul.

5. Matsuki, K., Shinobu, Y. and Yoshikawa, M. (1987). A prototype direct-expansion solar heat pump system, ASHRAE Trans, 93:15.

6. Çomaklı Ö. (1991). Güneş kollektörlü enerji depolu ısı pompası sisteminin deneysel ve teorik incelenmesi. Doktora Tezi. Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. Trabzon, (131).

7. Şahin M. (1995). Performance analysis of an air to air and solar asisted heat pump. Yüksek Lisans Tezi. Orta Doğu Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği, Ankara, (90).

8. Yamankaradeniz, R. and Horuz, I. (1998). The theoretical and experimental investigation of the characteristics of solar-assisted heat pump for clear days. International Communications in Heat and Mass Transfer, 25 (6): 885-898.

9. Sağlam Ş. (2000). Türkiye'nin güneş enerjisi potansiyelinin ve kullanım alanlarının incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, İstanbul, (113).

10. Hawlader, M. N. A., Chou, S. K. and Ulah, M. Z. (2000). The performance of a solar assisted heat pump water heating system, Applied Thermal Engineering, 21:1049-1065.

11. Kaşka Ö. (2002). Experimental investigation of performance of solar assisted heat pump space heating system with an energy storage”, Yüksek Lisans Tezi, Gaziantep Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Gaziantep, (138).

12. Erbil T. (2002). Güneş enerjisi destekli toprak kaynaklı hibrit ısı pompası tesisinin enerji ve ekserji analizinin teorik ve deneysel olarak incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Mühendisliği Anabilim Dalı, İzmir, (147).

13. Badescu, V. (2002). First and second law analysis of solar assisted heat pump based heating system, Energy Conversion and Management, 43:2539-2552.

108

14. Tan U. U. (2004). Toprak kaynaklı bir ısı pompasının termoekonomik analizi, Yüksek Lisans Tezi, Trakya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Edirne, (90).

15. Yuehong, B., Tingwei, G., Liang, Z. and Lingen, C. (2004). Solar and ground source heat-pump system, Science Direct., 78: 231-245.

16. Yamaç Ö. (2005). Güneş enerjisi destekli ısı pompalarının teorik incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Mustafa Kemal Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Mühendisliği Anabilim Dalı, Antakya.

17. Özgener Ö. (2005). Sera ısıtması için güneş enerjisi destekli toprak kaynaklı bir ısı pompası sisteminin tasarımı ile enerji, ekserji ve eksergoekonomik analiz yöntemleri kullanarak performansının değerlendirilmesi, Doktora Tezi, Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Güneş Enerjisi Enstitüsü Ana Bilim Dalı, İzmir, (129).

18. Çağlar A. (2006). Theoretıcal and experımental performance analysıs of a solar assısted heat pump, The Degree of Master of Scıence, The Graduate School of Natural and Applıed Scıences of Mıddle East Technıcal Unıversıty, Ankara.

19. Ji, J., Keliang, L., Tin-Tai, C., Gang, P. and Hanfeng, H. (2007). Thermal analysis of PV/T evaporator of a solar-assisted heat pump, International Journal of Energy Research, 31:525-45.

20. Uzun M. H. (2010). Güneş enerjisi depolama olanakları ve bir yöntemin değerlendirilmesi, Yüksek Lisans Tezi, Trakya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Mühendisliği Anabilim Dalı, Edirne.

21. Dilaver Ö. (2010). Isı değiştiricisi kullanılmayan ve güneş enerjisi ile çalışan bir su ısıtma sisteminin ekserji analizi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.

22. Ceylan T. (2010). İki katlı bir binanın, güneş enerjisi destekli hava kaynaklı ısı pompasıyla ısıtılması ve sıcak su eldesinin analizi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.

23. Çolak D. (2012). Toprak kaynaklı ısı pompasının performans analizi, Yüksek Lisans Tezi, Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Erzurum.

24. Yüksel, A. N., Kocaman, İ. (1987). Sera projeleme. Trakya üniversitesi , Ziraat Fakültesi, Genel Yayın, No:242, Tekirdağ.

25. Kendirli (Cartoğlu) B. (1995). Yalova ve çevresindeki kesme çiçek seralarında sera içi koşulların yeterlilikleri ve geliştirme olanakları, Doktora Tezi, Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarımsal Yapılar ve Sulama Anabilim Dalı, Ankara, (180)

26. Seginer I., Zlochin I. (1996). Night-time greenhouse humidity control with a cooled wetness Sensor, Agricultural and Forest Meteorology 85 (1997) 269-

109

277, Agricultural Engineering Department, Technion, Israel, 4 September 1995; revised 23 April 1996.

27. Saygın A. (1998). Programlanabilir kontrolör (PLC) ile bir seranın sıcaklık ve nem kontrolü, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (72).

28. Önder D. (1998). Hatay İli Samandağ İlçesindeki seraların yapısal ve teknik yönden incelenmesi ve yöre seraları için ısı yükünün belirlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana.

29. Teitela M., Tannyb J. (1999). Natural ventilation of greenhouses: experiments and model”, Agricultural and Forest Meteorology, 96 (1999) 59±70, Israel.

30. Tawegoum R., Teixeira R., Chasse’riaux G. (20 September 2000). Simulation of humidity control and greenhouse temperature tracking in a growth chamber using a passive air conditioning unit, Control Engineering Practice, 14 (2006) 853–861, France.

31. Hocagil M. M. (2003). Seralarda sıcaklık ve bağıl nem kontrolü üzerine bir araştırma, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarım Makineleri Anabilim Dalı, Adana, (69).

32. Yılmaz Y. (2003). Kültür mantarı yetiştiriciliğinde nem kontrolünün ve kompost miktarının verime olan etkisinin deneysel incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (91).

33. Soy H., Yılmaz E., Dilay Y. (2008). Gömülü kontrolör ile sera iklimlendirme sisteminin bulanık kontrolü, Elektrik – Elektronik – Bilgisayar Mühendisliği Sempozyumu, ELECO, Bursa.

34. Başak M. (2009). Santral atık ısılarıyla seraların ısıtılması, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı, İstanbul.

35. Beyhan B. (2010). Sera uygulamaları için faz değiştiren maddelerde termal enerji depolama, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Anabilim Dalı, Adana, (46).

36. Ciğer M. (2010). Bilgisayar kontrollü, internet destekli sera otomasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarım Makinaları Anabilim Dalı, Adana.

37. Aydıner E. (2011). Topraksız tarımda yetiştirme ortamının farklı nem düzeyinde yapılan sulamaların sera domateslerinde verim ve kaliteye etkileri, Yüksek Lisans Tezi, Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Bahçe Bitkileri Anabilim Dalı İzmir.

38. Arı Y. S. (2011). Birden fazla seranın, PLC ve SCADA yazılımı ile kontrolü ve internet üzerinden izlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Mekatronik Anabilim Dalı, İstanbul.

110

39. Atiş A. (2011). Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (cfd) kullanılarak Samsun koşullarına uygun farklı sera modellerinde doğal havalandırma etkinliğinin belirlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.

40. Şahin E. (2012). Bayburt ilindeki sera ve konutların güneş enerjisinden doğrudan en uygun şekilde faydalanabilmeleri için optimum şekillerinin ve oryantasyonlarının belirlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Bayburt Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Bayburt, (210).

41. Gecesefa Ö. F. (2012). Erzurum yöresindeki jeotermal enerji kaynaklarının seraların ısıtılmasında kullanımı ve geliştirilen excel programıyla yöre koşullarına uygun sera tasarımı, Yüksek Lisans Tezi, Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarımsal Yapılar ve Sulama Anabilim Dalı, Erzurum.

42. Doğdu Y. (1991). Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü tarafından geliştirilen serada muz yetiştirilmesinde hava sıcaklıklarının optimizasyonunun araştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü, İzmir, (106).

43. Üstün, S. (1993). Çukurova bölgesinde farklı sera içi iklim koşullarında ısı gereksiniminin hesaplanması üzerine bir araştırma, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana.

44. Garcia J.L. (1998). Evaluation of the Feasibility of Alternative Energy Sources for Greenhouse Heating, Agricultural Engineering Research, 69:107-114.

45. Zaimoğlu (Kocabaş), Z. (1999). Plastik seralarda ısıtmanın bitki gelişimine etkisi ve ısıtma ekonomisinin belirlenmesi, Doktora Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarımsal Yapılar ve Sulama Anabilim Dalı, Adana.

46. Kempkes F.L.K., Braak N.J. (2000). Heating system position and vertical microclimate distribution in chrysanthemum greenhouse, Agricultural and Forest Meteorology, 104:133- 142.

47. Hocagil M. M., Öztürk H. H. (2004.) Seralarda sıcaklık ve bağıl nem kontrolü üzerine bir araştırma, Alatarım Dergisi, 3 (2): 43 – 50.

48. Çanakcı M., Akıncı İ. (2007). Antalya ili seralarında kullanılan havalandırma ve ısıtma sistemleri”, Akdeniz Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 20(2),241-252.

49. Çanakçı C., Acarer S. (2009). Jeotermal enerji ile sera ısıtma sistemleri tasarım esasları, IX. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi ve Sergisi.

50. Yüksel T. (2011). Biyogaz, güneş ve toprak enerjisi kaynaklı sera ısıtmasının araştırılması, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Eğitimi Anabilim Dalı, Elazığ, (175).

51. Tezcan A. (2011). Doğal havalandırmalı seralarda ölçülen ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile simüle edilen sera içi iklim etmenlerinin

111

karşılaştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Akdeniz Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü , Tarımsal Yapılar ve Sulama Anabilim Dalı, Antalya, (103).

52. Ergün S. (2012). Zeki etmenler ile sera kontrolü, Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elektronik – Bilgisayar Eğitimi Anabilim Dalı, Isparta,(103).

53. MEGEP, (2007). Mesleki eğitim ve öğretim sistemlerinin değerlendirilmesi projesi, bahçecilik sera yapım teknikleri, Milli Eğitim Bakanlığı, Ankara.

54. İnternet: Sera imalatı. Ozz grup http://www.ozzsera.com/sera.asp 01.07.2014’de alınmıştır.

55. Beyhan B. (2010). Sera uygulamaları için faz değiştiren maddelerde termal enerji depolama, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Anabilim Dalı, Adana.

56. Sevgican A., Tüzel Y., Gül A., Eltez R. Z. (2008). Türkiye’de örtüaltı yetiştiriciliği, TMMOB, Tarım ve Mühendislik.

57. İnternet: Sera Otomasyonu. http://w3.gazi.edu.tr/~asenses/Uygulamalar4.htm 2013’de alınmıştır.

58. Kelkit A., Bulut Y. (1998). Seralarda süs bitkileri yetiştiriciliğinde jeotermal enerjinin önemi, Çev-Kor, Cilt: 8, Sayı: 29, 21-24.

59. Özkan B., Hatırlı S. A., Öztürk E., Aktaş A. R. (2008). Antalya ilinde serada domates üretiminin kar etkinliği analizi, Türkiye Bilimsel ve Teknik Araştırma Kurumu, Tarım, Ormancılık ve Veterinerlik Araştırma Grubu, Proje No: TOVAG-106 O 026, Antalya.

60. Yüksel A.N. (2004). Sera yapım tekniği, Hasad Yayıncılık, ISBN 975-8377-09-4, İstanbul, (287).

61. Çanakçı C., Acarer S. (2009). Jeotermal enerji ile ısıtma sistemleri tasarım esasları, IX. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi Ve Sergisi, Jeotermal Enerji Semineri, 115.

62. Kaptaner H. Seracılık sektör raporu. Sektörel analiz raporu, DAKA, Doğu Anadolu Kalkınma Ajansı, Bitliş, Muş, Hakkari, Van.

63. Üstün S., Baytoron A. N. (2003). Sera projelerinin hazırlanmasına yönelik bir uzman sistemin oluşturulması”, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Fen ve Mühendislik Dergisi, 6 (1), 168.

64. Genç Ö., Yüksel A. N., Şişman C. B., Gezer E. (2010). Balıkesir koşullarında sera ısı gereksinimlerinin belirlenmesi, Uludağ Üniversitesi, Ziraat Fakültesi Dergisi, Cilt 24, Sayı 2, 73-84.

65. Yağanoğlu A.V., Örüng İ. (1997). Seracılıkta son gelişmeler ve sera tipleri, 2. Seracılık Sempozyumu, Kütahya.

112

66. Doğan H. (2008). Havalandırma ve iklimlendirme esasları, Seçkin Yayıncılık, ISBN: 978-975-02-0748-8 s. 86.

67. Soy H., Yılmaz E., Dilay Y. (2008). Gömülü kontrolör ile sera iklimlendirme sisteminin bulanık kontrolü, Elektrik – Elektronik – Bilgisayar Mühendisliği Sempozyumu ve Fuarı, ELECO, Bursa .

68. Taplamacıoğlu M. C., Saygın A., Değirmenci E., Tezcan C. (2002). PLC cihazı ile serada sıcaklık ve nem kontrolünün PID denetleyiciyle gerçekleştirilmesi, Elektrik – Elektronik – Bilgisayar Mühendisliği Sempozyumu ve Fuarı, ELECO, Bursa.

69. MEGEP. (2008). Mesleki eğitim ve öğretim sistemlerinin değerlendirilmesi projesi, tesisat teknolojisi ve iklimlendirme havalandırma tesisat elemanları, Milli Eğitim Bakanlığı, Ankara.

70. Ciğer M. (2010). Bilgisayar kontrollü, internet destekli sera otomasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarım Makinaları Anabilim Dalı, Adana.

71. Titiz, S. (2004). Modern seracılık yatırımcıya yol haritası, Antalya Sanayici ve İşadamları Derneği (ANSİAD) yayınları, S:21, Antalya.

72. İnternet: (20140). Sera Ekolojisi Der Notları, OMÜ Ziraat Fakültesi. http://www2.omu.edu.tr/docs/dersnotu/1407.pdf 2014’de alınmıştır.

73. Şevik Ş. (2011). Isı pompası ve güneş kolektörünün birlikte kullanıldığı, ısıtma ve kurutma amaçlı sıcak hava üretim sisteminin tasarımı, imalatı ve deneysel incelenmesi, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Eğitimi Anabilim Dalı, Ankara.

74. İnternet: Güneş enerjisi ve teknolojileri. http://w3.gazi.edu.tr/~enyilmaz/ensongunes.pdf 2014’de alınmıştır.

75. Güneş Enerjisi Sektör raporu. (2011). Batı Akdeniz Kalkınma Ajansı, BAKA.

76. Yamaç Ö. (2005). Güneş enerjisi destekli ısı pompalarının teorik incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Mustafa Kemal Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Mühendisliği Anabilim Dalı, Antakya.

77. Varınca K. B., Gönüllü M. T. (2006). Türkiye’de güneş enerjisi potansiyeli ve bu potansiyelin kullanım derecesi, yöntemi ve yaygınlığı üzerine bir araştırma, I. Ulusal Güneş Ve Hidrojen Enerjisi Kongresi, UGHEK, Eskişehir.

78. Altuntop N., Erdemir D. (2012). Türkiye’de ısıl ve elektrik enerjisi açısından güneş enerjisi sektörünün gelişimi ve bugünkü durumu, 18 th. International Energy and Enviroment Fair and Conference, ICCI.

79. internet: Elektrik işleri Etüt idaresi Genel Müdürlüğü (EiE), Güneş enerjisi. ttp://www.eie.gov.tr 2009’da alınmıştır.

113

80. Öztürk H. H. Güneş enerjisinin gizli ısı tekniği ile depolanması, Makine Mühendisleri Odası, TMMOB.

81. internet: (2013) Semai güneş enerjisi sistemleri. http://gunesenerjisiisitmasistemleri.com 2013’de alınmıştır.

82. Doğan, H. (1995). Isı borulu güneş kollektörü ile meyve ve sebze kurutulmasında önemli parametrelerin belirlenmesi, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Eğitimi Anabilim Dalı, Ankara.

83. İnternet: (2013) E Tarım Türkiye’nin Tarımsal haber ve paylaşım sitesi http://www.etarim.net/ 2013’de alınmıştır.

84. MEGEP, (2006). Mesleki eğitim ve öğretim sistemlerinin değerlendirilmesi projesi, Elektrik elektronik teknolojisi, Temel PLC sistemleri, Milli Eğitim Bakanlığı, Ankara.

85. Aktaş M. (2007). Isı pompası destekli fındık kurutma fırınının imalatı ve deneysel incelenmesi. Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Eğitimi Anabilim Dalı, Ankara.

86. Arın S., Akdemir S. (2002). Seralarda doğalgazın ısıtma amacıyla kullanılabilirliği, Trakya Üniversitesi Bilimsel Araştırmalar Dergisi B Serisi, Cilt 3, No 1, 89-99, ISSN 1302 647X.

87. Kılıç, A. ve Öztürk, A. (1983). Güneş enerjisi, Kipaş Dağıtımcılık, s. 328.

88. Ersöz, M. A., Yıldız A. (2013). Isı borulu vakum tüp güneş kollektörlerinde optimum boru çapının belirlenmesi, TMMOB Makine Mühendisleri Odası, Tesisat Mühendisliği, sayı 133, 10:01.

89. Shariah, A. M. and Lo, F. (1996). The optimization of tank volume to collector area ratio for thermosyphon solar water heater, Renewable Energy, 7:289-300.

90. Aktaş M., Kara M. Ç. (2013). Güneş enerjisi ve ısı pompalı kurutucuda dilimlenmiş kivi kurutulması, Gazi Üniversitesi, Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 28, No 4, 733-741.

91. Şevik S., Aktaş M., Doğan H., Yılmaz A. (Baskıda). Küçük ölçekli sera tipi bir kurutucuda kırmızıbiber kurutulmasının termoekonomik analizi, Politeknik Dergisi.

115

EKLER

116

EK-1. Ürün dikilmeden yapılan deneyler sonucunda elde edilen veriler

Çizelge 1.1. 2 Ekim 2012 tarihinde yapılan deneyler sırasında elde edilen veriler

Tarih 2 Ekim 2012 Gün SALI

No

Saat

Dış

bağıl n

em

İç b

ağıl n

em

Topra

k s

ıcaklığı

İç s

ıcaklık

Dış

sıc

aklık

Güneş k

olle

k.

giriş

sıc

aklığı

Güneş k

olle

k.

çık

ış

sıc

aklığı

Sis

tem

e

giriş

sıc

aklığı

Sis

tem

de

n ç

ıkış

sıc

aklığı

Depo İ

çi sıc

aklığ

ı

Havanın

hız

ı

Güneş Işın

ımı

h % %

oC

oC

oC

oC

oC

oC

oC

oC m/s w/m

2

1 08:00 35,1 79,2 21,8 27,8 21,0 17,7 38,2

Sis

tem

Ça

lışm

ıyor

2 08:30 33,5 36,8 21,8 29,5 24,0 25,5 48,2

3 09:00 32,4 33,2 22,3 31,5 23,2 37,4 40,9

4 09:30 30,2 35,3 22,9 32,1 24,9 40,6 43,2

5 10:00 28,5 33,7 23,6 35,3 26,6 42,8 44,4

6 10:30 26,3 28,5 23,8 36,4 30,5 44,4 46,4

7 11:00 23,9 29,4 24,1 34,8 31,4 46,2 48,2

8 11:30 25,3 26,7 24,8 35,8 31,1 48,6 49,3

9 12:00 22,9 24,4 25,2 36,2 32,8 50,1 51,1

10 12:30 22,2 25,4 25,5 37,0 31,3 50,4 51,8

11 13:00 21,0 29,3 25,7 37,0 34,0 50,4 50,4

12 13:30 20,9 26,5 25,7 36,5 33,5 50,4 50,3

13 14:00 21,8 31,9 25,7 33,6 30,8 53,5 53,2

14 14:30 23,2 34,7 25,8 36,3 36,1 52,7 52,2

15 15:00 25,5 36,2 26,9 34,8 35,1 55,8 55,8

16 15:30 23,6 32,9 25,8 33,6 31,1 54,8 54,7

17 16:00 22,4 34,7 25,4 31,9 29,6 55,1 54,5

18 16:30 34,0 40,4 25,1 29,6 28,1 54,0 52,9

19 17:00 37,0 41,6 24,3 26,3 24,4 51,5 49,8

20 17:30 38,6 50,8 24,5 26,5 23,3 43,9 43,8

117

EK-2. Ürün dikildikten sonra yapılan deneyler elde edilen veriler

Çizelge 2.1. 8 Ekim 2012 tarihinde yapılan deneyler sırasında elde edilen veriler (Saat 08:00-08:00 arası – 24 saat)

Tarih 8 Ekim 2012

No

Saat

Dış

bağıl n

em

İç b

ağıl n

em

Topra

k s

ıcaklığı

İç s

ıcaklık

Dış

sıc

aklık

Güneş k

olle

k.

giriş

sıc

aklığ

ı

Güneş k

olle

k.

çık

ış s

ıcaklığı

Depo içi sıc

aklığı

Havanın

hız

ı

Güneş Işın

ımı

Saat % %

oC

oC

oC

oC

oC

oC m/s w/m

2

1 08:00 90,2 80 18,6 19,7 13,3 9,8 11,2 21 0,1 15

2 09:00 74,8 78,4 19,5 21,2 16,8 25,1 25,3 25 0,1 513

3 10:00 71,7 75,4 20,8 24,9 18,3 27,5 28,6 29 0,2 620

4 11:00 74,7 72,4 21 24,7 19,2 28,6 29,5 31 0,7 420

5 12:00 91,8 72,4 21,3 23,4 17,5 29,6 29,9 32 0,2 31

6 13:00 83,2 76,4 21,8 24,9 17,8 30,6 31,8 33 0,4 20

7 14:00 77,5 78,7 22,5 24,4 18,1 32,9 33,5 35 0,8 567

8 15:00 71,8 75,9 22,6 24,9 20,8 34,5 34,6 35 0,8 214

9 16:00 82,1 77,3 22,5 24 17,3 31,7 33,5 34 0 24

10 17:00 81,1 78,8 22,1 22,5 16,2 32 33,2 34 0,6 4

11 18:00 78,2 78,9 21,9 21,5 16,2 26,7 33,1 33 0,5 0

12 19:00 65,5 78,8 21,8 21,2 15,6 25,8 26,1 32 0,9 0

13 20:00 70,4 78,8 21,8 21 17,3 19,1 16,3 31 0,2 0

14 21:00 64,7 74,5 21,6 20,7 16,7 17,7 16,4 30 0,1 0

15 22:00 58,7 74,2 21,4 20,4 17,1 16,5 16,3 28 0,8 0

16 23:00 55,3 72,4 21,3 20,3 17 15,5 15,8 26 0,3 0

17 00:00 60,9 72,3 21,1 20,1 16,7 15,2 15,9 25 1,2 0

18 01:00 59,2 75,4 21,1 19,9 16,2 14,9 15,7 24 0,4 0

19 02:00 49,7 75,2 20,9 19,8 15 13,8 14,6 22 1,8 0

20 03:00 54,1 76,4 20,8 19,5 13,6 13 13,7 22 0,9 0

21 04:00 62,8 75,4 20,6 19,3 13,2 12,4 13,3 21 0,7 0

22 05:00 64,3 74,8 20,4 19 13,2 11,9 12,9 20 0,7 40

23 06:00 57,1 73,4 20,4 19 12,7 12,2 13,3 20 0,3 105

24 07:00 69,8 72,9 20,4 19 14,4 11,6 12,7 20 0,5 218

25 08:00 70,2 71,7 20,5 19,9 19,2 22,3 19,4 24 0,4 94

118

EK-3. Sistem kurulum resimleri

Şekil 3.1. Seranın tasarım hali, dış görünüşü

Şekil 3.2. Seranın tasarım hali, iç görünüşü

119

EK-3. (devam) Sistem kurulum resimleri

Resim 3.1. Seranın kurulum hali, temelinin atılması

Resim 3.2. Seranın kurulum hali, İskelesinin kurulması

120

EK-3. (devam) Sistem kurulum resimleri

Resim 3.3. Seranın kurulum hali, İskelesinin kurulması

Resim 3.3. Seranın kurulum hali, İskelesinin kurulması

121

EK-3. (devam) Sistem kurulum resimleri

Resim 3.4. Seranın kurulum hali, Saksıların toprak ile doldurulması ve damla sulama sistemi

Resim 3.5. Seranın kurulum hali, Fiberglas sera örtüsünün montajı

122

EK-3. (devam) Sistem kurulum resimleri

Resim 3.6. Seranın kurulumunun bitmiş görünüşü

Resim 3.6. Seranın kurulumunun son hali

123

Ek-4. Seradaki ürünlerin resimleri

Resim 4.1. Serada salatalık fidesinin gelişim aşaması, dikim yapılmış hali

124

Ek-4. (devam) Seradaki ürünlerin resimleri

Resim 4.2. Serada salatalık fidesinin gelişim aşaması, çiçeklenmenin başlangıcı

125

Ek-4. (devam) Seradaki ürünlerin resimleri

Resim 4.3. Serada salatalık fidesinin gelişim aşaması, ürün çıkmış hali

Resim 4.4. Serada salatalık fidesinin gelişim aşaması, ürün büyümüş hali

126

ÖZGEÇMİŞ

Kişisel Bilgiler

Soyadı, adı : YILMAZ, Adem

Uyruğu : T.C.

Doğum tarihi ve yeri : 18.09.1979, Afyonkarahisar

Medeni hali : Evli

Telefon : 0 542 740 81 82

E-mail : ademteknik2002@mynet.com

Eğitim

Derece Eğitim Birimi Mezuniyet tarihi

Yüksek Lisans Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü

Makine Eğitimi Bölümü 2003

Lisans Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi

Makine Eğitimi Bölümü 2000

Lise Bolvadin Teknik Lise ve Endüstri Meslek Lisesi 1996

İş Deneyimi

Yıl Yer Görev

2000 - 2002 İntem Doğalgaz Taahhüt Ltd. Şti. Teknik Eleman

2003 - 2012 Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi.

Makine Eğitimi Bölümü (Sözleşmeli) Öğretim Görevlisi

2004 - 2005 Gazi Üniversitesi Atatürk MYO

Makine Bölümü (Sözleşmeli) Öğretim Görevlisi

2005 - 2010 Termostar İnş. Müh. Mak. Ltd. Şti. Şirket Yöneticisi

2012- Halen Hakkari Üniversitesi Çölemerik MYO Uzman

2012- 2013 Hakkâri Üniversitesi Yapı İşleri ve Şube Müdürü

Teknik Daire Başkanlığı (Vekâleten)

2012- Halen Hakkâri Üniversitesi Yapı İşleri ve

Teknik Daire Başkanlığı (Vekâleten) Daire Başkanı

127

Yabancı Dil

İngilizce

Yayınları

Ulusal Hakemli Dergilerdeki Yayınlar

1. Özkaya M. G., Variyenli H. İ., Yılmaz A. (2009). Güneş enerjisi destekli içten ısıtmalı fermantasyon tankında biyogaz üretimi, Politeknik Dergisi Cilt:12 Sayı: 4 s.255-261.

2. Şevik S., Aktaş M., Doğan H., Yılmaz A. (Baskıda). Küçük ölçekli sera tipi bir kurutucuda kırmızı biber kurutulmasının termoekonomik analizi, Politeknik Dergisi.

Hobiler

Araştırma Yapmak, Seyahat etmek.

128

GAZİ GELECEKTİR...