Akdeniz ikliminde akifer termal enerji depolaması ile seralarda ısıtma-soğutma potansiyelinin belirlenmesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Jeoloji Mühendisliği, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2008
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Bekir Turgut
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): ŞAZİYE BOZDAĞ
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu çalışmanın amacı; yeraltında termal enerji depolama (UTES) sistemlerinden bir tanesi olan akifer termal enerji depolama (ATED) tekniğinin Akdeniz iklim kuşağında bulunan seralarda ısıtma ve soğutma amaçlı kullanım potansiyelinin ortaya konmasıdır. 2000'li yıllarda Türkiye'nin örtü altı yetiştiricilik alanı 44.000 hektara ulaşmıştır. Bu alanların yarıya yakın bir kısmında seracılık yapılmaktadır. Diğer yarısında ise yüksek ve alçak tünel yetiştiriciliği şeklinde kullanılmaktadır (Daşgan 2003). Seralardan yüksek verim ve kaliteli ürün alabilmek için kış ayları boyunca dış sıcaklık ne olursa olsun iç sıcaklığın türlere göre değişen kritik bir sıcaklığın altına düşürülmemesi gerekmektedir. Örneğin domates yetiştiriciliğinde sera içi sıcaklık değerinin en az 11-12 0C tutulması gerekmektedir. Bu veriler ışığında ve son 20 yıllık iklim verileri göz önünde bulundurulduğunda Akdeniz bölgesinde bulunan seraların ortalama 90 gün, günde yaklaşık 8 saat, 150 kW'lık ısıtma ihtiyacı bulunmaktadır. Bu ihtiyacı karşılamak için yaklaşık 5 L/m2 6 numara Fuel-Oil veya 5000 kcal/h ısıl değerinde 9kg/m2 kömür gerekmektedir (Baytorun ve Abak 1995). Fosil yakıt kullanımının işletme maliyetine getirdiği yük ve yakılması sonucu meydana gelen kül ve atmosfere salınan zararlı gazlar seracılığın önündeki en büyük engeller olarak karşımıza çıkmaktadır. Bununla birlikte yaz ayları boyunca Akdeniz iklimindeki plastik kaplı seralarda soğutma ihtiyacı vardır ve soğutma sonucu elde edilen faydalar da bulunmaktadır.Bu çalışma için Çukurova Üniversitesi Ziraat Fakültesi Bahçe Bitkileri Bölümü Araştırma Alanı içerisinde birbirinden bağımsız ancak aynı özelliklere sahip her biri 360 m2 büyüklüğünde 2 adet araştırma serası seçilerek birinde ATED tekniği ile ısıtma soğutma yapılmış, diğerinde ise konvansiyonel sistemlerle ısıtma yapılarak yetiştiricilik yapılmıştır. Böylece 2 teknik arasındaki bitkisel verim, ekonomik ve çevresel faydalar karşılaştırmalı olarak ortaya konmuştur.Tasarlanan ATED sisteminin temel çalışma prensibi ise şöyledir; Akdeniz iklimindeki plastik kaplı seralarda iç sıcaklık 5 ay boyunca günde yaklaşık 6 saat 40-70 0C civarına kadar yükselmektedir. Sera içinde biriken bu atık enerji havadan suya ısı değiştiriciler ile yer alt suyuna aktarılımış ve suyun sıcaklığı 18 0C'den 34 0C'ye çıkartılmıştır. Daha sonra ısınan su, sıcak kuyu vasıtası ile akifere geri besleme yolu ile depolanmıştır. 70 gün süren bu işlem sonucunda 103.877.123 kJ enerji depolanmıştır. Depolanan enerji bir sonraki kış ayları boyunca geri çekilip aynı ısı değiştiriciler aracılığı ile sera ısıtmasında kullanılmıştır. Sıcak geri kazanım ise 138 gün sürmüş olup bu işlem sonucunda elde edilen sıcak geri kazanım miktarı 58.711.432 kJ olarak hesaplanmıştır. 2005-2006 kış ayları boyunca hiçbir zaman ATED serası kritik sıcaklığın altına düşmemiştir (11 0C).Kış ayları boyunca ısıtmada kullanılan yer altı suyu, dış ortam sıcaklığının 10 0C'den az olduğu saatlerde sera dışında bulunan bir başka ısı değiştirici ile soğutulup soğuk kuyu ile yine akifere geri besleme yolu ile depolanmıştır. Soğuk depolama işlemi de sıcak geri kazanım işlemine paralel olarak 138 gün sürmüş olup 76.002.040 kJ enerji depolanmıştır. Soğuk depoda depolanan su ise bir sonraki bahar ve yaz aylarında, sera soğutmasında kullanılmıştır. Soğutma yönünden geri kazanım işlemi ise 32 gün yapılmış elde edilen geri kazanım miktarı 15.678.065 kJ olmuştur. 2006 bahar- yaz ayları boyunca süren soğutma işlemi sırasında ATED serası hiçbir zaman kritik sıcaklığın üzerine çıkmamıştır (30 0C).Isıtmadan kaynaklanan depolama verimi %56, COP ise 7.6 olarak hesaplanmıştır. Soğutma işleminin depolama verimi ise %20 olup COP 3.2 hesaplanmıştır. Bu uygulama ile birlikte ısıtma yönünden fosil yakıtlardan bağımsız, soğutma yönünden ise CFC gazlarından bağımsız, verimli, ekonomik ve çevre ile dost bir iklimlendirme sistemi seralara entegre edilmiştir.Sonuç olarak enerji maliyetlerinde ATED serası lehine %70 düzeyinde bir azalma elde edilmiştir. Ayrıca ilk yatırım maliyeti, amortisman süreleri ve genel işletme giderleri göz önüne alınarak yapılan ekonomik verimlilik ise hesaplarında ise ATED serasının, konvansiyonel seraya göre % 56 daha verimli olduğu bulunmuştur. Bununla birlikte ATED serası lehine bitkisel verimde (patlıcan ve domates) ortalama mevsimsel olarak %20-40 arasında bir fark elde edilmiştir. Sistemin geri ödeme süresinin 1 yıldan az olduğu saptanmıştır.