Toprak hava ısı değiştirici kullanımı ile bir seranın pasif iklimlendirilmesi

Abstract

Bu çalışmayla tarım sektörü faaliyetleri arasında yer alan sera üretimindeki iklimlendirme koşulları araştırılmış, enerji verimliliğinde iyileştirme yapılması amaçlanmıştır. Eskişehir ilinde (Türkiye) toprak hava ısı değiştiricisi (THID) sistemi kullanılarak bir seranın pasif iklimlendirme sisteminin sayısal analizi amaçlanmıştır. Tarım sektörünün bir parçası haline gelen seracılıkta yaz ve kış mevsimlerinde de üretimin aksamadan devam etmesi amacıyla bu çalışma kapsamında uzunluğu 66 metre, et kalınlığı 0,002 metre ve çapı 0,2 metre olan alüminyum boru kullanılmıştır. Toprak hava ısı değiştiricisine 0°C ile giren dış ortam havasının sıcaklığı sistem çıkışında 19°C yükseltilerek sera içerisine bu sıcaklıkta girmesi sağlanmıştır. SST k- 𝜔 (Omega) türbülans yöntemi kullanılarak çözümleme yapılmıştır. Toprak hava ısı değiştiricisiyle entegre bu serada ısı eşanjörü (h=3) metre derinliğe gömülmüştür. Güneş ışınımı kaynaklı seraya kış aylarında ortalama 170 W/m2 ışınım miktarı düşerek ek ısıtma sağlanmıştır. Dolayısıyla sera için ihtiyaç duyulan sıcaklık elde edilmiştir. Sistemin doğal taşınımlı pasif ısıtması yapılmıştır. Sera içindeki tüm havanın değişmesi için geçen süre 17 saat olarak bulunmuştur. Maliyet analizi sonucu amortisman süresi 18 ay olarak hesaplanmıştır. Matematiksel model kullanılarak, enerji tasarrufu, verimliliği ve de maliyet yönünden faydaları bu çalışmada ele alınmıştır.

With this study, the climate conditions in greenhouse production, which is among the agricultural sector activities, were investigated and it was aimed to improve energy efficiency. Numerical analysis of passive air-conditioning system of a greenhouse using earth-air heat exchanger (THID) system in Eskişehir province (Turkey) is aimed. In order to continue the production without interruption in summer and winter seasons in greenhouse cultivation, which has become a part of the agricultural sector, aluminum pipes with a length of 66 meters, a wall thickness of 0,002 meters and a diameter of 0,2 meters were used within the scope of this study. The temperature of the outdoor air entering the ground-air heat exchanger at 0°C was increased by 19°C at the system exit and it was ensured to enter the greenhouse at this temperature. Analysis was performed using the SST k-𝜔 (Omega) turbulence method. In this greenhouse integrated with the ground-air heat exchanger, the heat exchanger is buried at a depth of (h=3) meters. Additional heating was provided to the greenhouse, which is caused by solar radiation, by decreasing the amount of radiation of 170 W/m2 in winter. Therefore, the required temperature for the greenhouse was obtained. Natural convection passive heating of the system was made. The time taken for all the air in the greenhouse to change was found to be 17 hours. As a result of the cost analysis, the amortization period was calculated as 18 months. Using the mathematical model, energy saving, efficiency and cost benefits are discussed in this study.