TARIMSAL YAPILARDA ÇEVRE KOŞULLARI Doç. Dr. Berna KENDİRLİ Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarımsal Yapılar ve Sulama Bölümü

Çevre Nedir? Canlının içinde yaşadığı, büyüyüp geliştiği ve verimlerine etkili tüm etmenlerdir. İç etmenler Sıcaklık Nem Hava hızı Işık Hava kalitesi (koku, toz)

Çevre Nedir? Dış etmenler Yöre sıcaklığı Nem durumu Rüzgar Radyasyon Bulutlu ve açık günler sayısı Toprak sıcaklığı

Hayvan Barınakları iki amaca hizmet edecek şekilde inşa edilir? Hayvanları elverişsiz çevre koşullarından korumak, (en uygun üretim ortamını sağlamak) Rasyonel ve kolay bir yemlemeye olanak sağlayarak işgücünden tasarruf etmek

Hayvan Barınaklarının Yapımında ve iyileştirilmesinde dikkat edilecek hususlar: Yapılar yazın serin, kışın sıcak olmalı, Ani sıcaklık değişimleri önlenmeli, Yapı elemanlarında nem yoğunlaşması olmamalı, Fazla amonyak ve nemin oluşması önlenmeli, Zararlı hava akımları önlenmeli, Yapı içinde uygun sıcaklık, yeterli ışık ve havalandırma ile temiz hava sağlanmalıdır.

Çevre Koşullarının Denetimine İlişkin Ana Kavramlar: Isı ve Sıcaklık Tarımsal yapılarda kontrol edilmesi gereken en önemli çevre faktörü sıcaklıktır. Sıcaklık: Herhangi bir malzemenin temas halinde bulunduğu diğer bir malzemeye ısı iletme kabiliyetinin nisbi bir ölçüsüdür. Isı: Bir enerji şekli olup, bir maddeden diğerine ancak sıcaklık farkı olması halinde gerçekleşir. Isı birimi kalori (cal)’dir.

Çevre Koşullarının Denetimine İlişkin Ana Kavramlar: Kalori: Bir gram suyun sıcaklığını 1°C yükseltmek için gerekli olan ısı miktarıdır. Herhangi bir malzeme ısı alıp verdiği zaman bir sıcaklık değişmesi meydana gelir. Isı iletimi sırasında yalnız cismin sıcaklığında bir değişim meydana geliyorsa, iletilen bu ısıya Hissedilebilir (duyulur) ısı denir. Isı iletimi sırasında maddenin şekli de değişiyorsa bu ısıya Latent (gizli) ısı denir. (suyun buz veya buhara, buharın suya çevrilmesi)

Isı İletimi Isı iletimi üç yolla olur. Kondüksiyon Konveksiyon Radyasyon Isı iletimi daima yüksek sıcaklıktan düşük sıcaklığa doğrudur.

Kondüksiyon İki maddenin molekülleri arasında meydana gelen kinetik enerji akımına kondüksiyonla ısı iletimi denir. Maddeler arasındaki uzaklıkla ters, sıcaklık farkı ve kesitle doğru orantılıdır. Malzeme cinsine göre, kondüksiyonla kolayca ısı ileten malzemeye iletken, ısı akımına direnç gösterenlere yalıtkan malzeme adı verilir.

Konveksiyon Isının akışkanların hareketiyle olan iletimine denir. Soğuk bir odaya sıcak havanın doğal veya mekaniksel yollarla verilmesi ile odanın ısınması konveksiyonla iletime bir örnektir.

Radyasyon Isının elektromanyetik dalgalarla iletilmesidir. Güneş en önemli radyasyon kaynağıdır. Güneş radyasyonunun gözle görülebilen kısa dalgaları ışık, gözle görülemeyen uzun dalgaları ise ısı olarak adlandırılır. Cisimler radyasyon enerjisini ya emerler, ya da yansıtırlar. Radyasyon enerjisi herhangi bir cisim tarafından emildiği zaman bu enerji ısı enerjisine çevrilir ve cismin sıcaklığı yükselir.

Isı iletimi

Isı iletimi ile ilgili Kavramlar Termik iletkenlik (Kondüktivite) Bir malzemenin ısı iletim kabiliyetinin bir ölçüsüdür. 1m kalınlıktaki bir malzemenin, 1m2 yüzey alanından iç ve dışta 1°C sıcaklık farkında, 1 saatte iletilen Kcal olarak ısı akımını gösterir. (k) ile gösterilir. Kondüktivitenin tersi (1/k) o malzemenin termik direncini (R) verir.

Isı iletimi ile ilgili Kavramlar Kondüktans 1 m2 malzeme yüzeyinden ve mevcut malzeme kalınlığından 1 °C sıcaklık farkında, 1 saatte Kcal olarak iletilen ısı miktarıdır. (C) ile gösterilir. ( 1/ C) malzemenin Isı Rezistansını verir. Yapı malzemesinin ısı iletme kabiliyeti çoğunlukla kondüktivite olarak verilir.

Isı iletimi ile ilgili Kavramlar Herhangi bir malzemenin termik direnci bilinirse, bu değerin malzeme kalınlığı ile çarpımı ısı rezistansını verir. 1/C = d/k C: malzemenin kondüktansı (Kcal / m2 °C h) k: Malzemenin ısı iletim katsayısı (Kcal/ m °C m2 h) d: Malzemenin kalınlığı (m)

Isı iletimi ile ilgili Kavramlar Yapı malzemesinin ısı iletim katsayısı Malzemenin yoğunluğuna, Malzemenin içerdiği nem miktarına, Zerrelerin büyüklük ve düzenine, Malzemenin kalınlığına bağlıdır.

Isı iletimi ile ilgili Kavramlar Yüzey Kondüktansı Havadan malzeme yüzeyine, malzeme yüzeyinden havaya olan termik kondüktansı gösterir. (f) ile gösterilir. fi: Malzeme iç yüzey kondüktansı fd: Malzeme dış yüzey kondüktansı

Isı iletimi ile ilgili Kavramlar Hava boşluğu kondüktansı Hava boşluğu içerisindeki ısı iletimini belirtir. (a) harfi ile gösterilir. 1.0-1.5 cm kalınlığındaki hava tabakaları için 0.14-0.22 Kcal / m2 °C h arasında alınır.

Isı iletimi ile ilgili Kavramlar Toplam ısı iletim katsayısı Herhangi bir duvarın toplam ısı iletim katsayısı, duvarın 1m2 yüzeyinden iç ve dış hava sıcaklıkları arasında her bir derece sıcaklık farkındaki ısı akışını gösterir. (U) ile gösterilir. Birimi Kcal / m2 °C h ‘dir. R = 1/ U R: Toplam termik rezistans

R= 1/fi + 1/ C1+1/a + 1/C2 +........+ 1/Cn + 1/fd 1/C = d/k R= 1/fi + d1/k1 +1/a + d2/k2 + .........+ dn/kn + 1/fd 1 U= 1/R=--------------------------------------------------------- 1/fi + d1/k1 +1/a + d2/k2 + .........+ dn/kn + 1/fd

fi:Duvar iç yüzey kondüktansı(Kcal / m2 °C h) fd: Duvar dış yüzey kondüktansı(Kcal /m2°C h) a: Hava boşluğu kondüktansı(Kcal / m2 °C h) C1,C2,Cn:Duvarı oluşturan farklı malzemenin kondüktans değerleri (Kcal / m2 °C h) d1,d2,dn: Duvarı oluşturan farklı malzemenin kalınlıkları (m) k1,k2,kn:Duvarı oluşturan farklı malzemenin kondüktivite değerleri (Kcal /m °C m2 h) R: Duvarın toplam termik rezistansı (m2 °C h/Kcal) U: Duvarın toplam ısı iletim katsayısı (Kcal / m2 °C h)

Yalıtım Tarımsal yapılarda, duvarlardan kaybedilen ısı miktarının en aza indirilmesi için, Isı iletimine karşı direnci yüksek, Isı iletim katsayısı düşük malzemeler kullanılır. Bu özellikteki malzemelere yalıtım malzemesi denir. Yapı malzemesinin yalıtım özelliği yoğunlukla ters orantılıdır. Hava boşluğunun yalıtım değeri 2cm kalınlığa kadar oldukça yüksektir.

Hava ve su buharı karışımının özellikleri Kısmi Basınç Bir ideal gaz karışımının toplam basıncı, karışımı oluşturan gazların basınçları toplamına eşittir. Hava ve su buharı basınçları toplamı, toplam hava basıncını verir. Yüksek basınçtan alçak basınca doğru daimi bir hava hareketi söz konusudur.

Hava ve su buharı karışımının özellikleri Doyma hali Belirli bir basınç altında havanın taşıyabileceği maksimum su buharı miktarı ortamın sıcaklığına bağlıdır. Hava sıcaklığı arttıkça taşıyabileceği su buharı miktarı da artar. Eğer hava belirli sıcaklık ve basınçta tutabileceği su buharını içeriyor ise, hava doyma halindedir denir.

Hava neminin ifade şekilleri Mutlak nem Birim hacim hava içerisindeki su buharının ağırlığıdır. (gr/cm3) Bağıl nem Birim hava hacmindeki su buharının aynı hacimde doygun havanın içerdiği nem miktarına oranıdır. (%) Hava sıcaklığı yükseldikçe havanın tutabileceği mutlak nem miktarı artar.

Hava neminin ifade şekilleri Belli hacimdeki hava karışımı ısıtılırsa, bağıl nem miktarı düşer. Karışımın sıcaklığı düşürüldüğünde bağıl nemi yükselir.Belli bir noktaya ulaştığında bağıl nem % 100’e kadar yükselir ve hava su buharı ile tamamen doygun hale gelir. Sıcaklık düşmeye devam ederse, su buharı yoğunlaşır. Yoğunlaşmanın başladığı noktadaki sıcaklık derecesine Çiğlenme Noktası Sıcaklığı adı verilir.

Su buharının iletimi Su buharının hareket yönü yüksek sıcaklıktan düşük sıcaklığa doğrudur. Tarımsal yapılarda bina içinin sıcaklığı ile dış hava sıcaklığı arasında daima bir fark bulunduğundan bina duvarlarında her zaman su buharı hareketi söz konusudur. Su buharının duvar içinde yoğunlaşması duvarların ömrünün azalmasında önemli bir etkendir.

Nem Denetimi Fazla nem yapılarda Kötü görüntülere (lekeler), Ahşap yapı elemanlarının çürümesine, Duvarların yalıtım özelliklerinin bozulmasına neden olur. Hayvan barınaklarında nemin başlıca kaynağı, hayvanların solunum yoluyla ortama verdikleri su buharıdır.

Yapı elemanları yüzeyinde nem yoğunlaşması Sıcaklığı çevre havanın çiğlenme noktası sıcaklığından düşük olan her yüzeyde nem yoğunlaşır. Bunun nedeni, yüzeyle temas halinde bulunan havanın soğuması ve bağıl neminin artmasıdır. Sıcaklık doyma noktasına kadar düştüğünde yoğunlaşma başlar. Binalarda dış sıcaklık iç sıcaklıktan düşük olduğu zamanlarda, duvarın iç yüzeyinin sıcaklığı içerde bulunan havanın sıcaklığından daha düşüktür.

Yapı elemanları yüzeyinde nem yoğunlaşması Nem yoğunlaşmasının olup olmayacağının saptanabilmesi için, duvar iç yüzey sıcaklığının çiğlenme noktası sıcaklığından düşük olup olmadığı araştırılır. Düşükse nem yoğunlaşması meydana gelir.

Yapı elemanları yüzeyinde nem yoğunlaşması ts = ti - U / fi (ti - td) ts=Duvar iç yüzey sıcaklığı (°C) ti= İç sıcaklık (°C) td=Dış sıcaklık (°C) fi=Duvar iç yüzey kondüktansı (Kcal / m2 °C h) U= Duvarın toplam ısı iletim katsayısı(Kcal / m2 °C h)

Yapı elemanları içerisinde nem yoğunlaşması Duvar içerisinde de nem yoğunlaşması meydana gelebilir. Nem iletimi yolu ile su buharı duvar içerisinden iletilir. Duvardan geçen su buharı duvar içindeki havanın nemini arttırır ve sıcaklık çiğlenme noktasının altına düştüğünde yoğunlaşma meydana gelir. Bu durumda yalıtım malzemesi özelliğini kaybeder, ahşap elemanlar çürür, boyalar kabarır.

Yapı elemanları içerisinde nem yoğunlaşması Bunu önlemek için, su buharının duvara nüfuz etmesini önlemek gerekir. Bu iki yolla olur: İyi bir havalandırma ile ortamın nemini azaltmak, Havanın yüksek basınç tarafından duvara nüfusunu önlemek için buhar perdeleri tesis etmek.

Yapı elemanları içerisinde nem yoğunlaşması Buhar perdeleri iki tipe ayrılır Membran tipi İç duvar ya da tavanın altına Boya tipi Asfaltik boya veya metalik alüminyum boya

ISI DENGESİ İşletme binalarının projelenmesinde dış hava koşullarının (yörenin hakim iklim koşulları) önemi büyüktür. Hayvan barınaklarında verimin arttırılması, ürün depolama yapılarında ürünün korunması için iç ortam sıcaklıklarının uygun değerlerde (optimum istekler) sağlanması gerekir. Bu nedenle yapılarda ısı dengesinin sağlanması önemle gereklidir.

ISI DENGESİ Binalarda sabit bir sıcaklığın sağlanması için dışarıya verilen ısının, içeriye giren ısıya eşit olması gerekir. Kazanılan ısı = Kaybedilen ısı Isı kaybı > Isı kazancı ise ISITMA SİSTEMİ Isı kaybı < Isı kazancı ise SOĞUTMA SİSTEMİ

ISI DENGESİ Isı dengesi hesaplarında ısı kaynağı, Hayvanların ortama yaydıkları ısı gözönünde bulundurularak hesaplanır. Hayvanlar değişik çevre koşullarında vücut ısılarını koruyabilmek için önemli düzeyde ısı yayarlar.

ISI DENGESİ Yapılarda ısı kaybı temelde iki yolla olur 1. Yapı elemanları yolu ile ısı kaybı 2. Havanın infiltrasyonu ve havalandırma yolu ile ısı kaybı

1. Yapı elemanları yolu ile ısı kaybı Bir yapı elemanından ısının iletimine neden olan faktörler: İki yüzey arasındaki sıcaklık farkı (Δt) Yapı elemanını oluşturan malzemenin toplam ısı iletim katsayısı (U) Isı iletimine maruz yüzey alanı (A)

1. Yapı elemanları yolu ile ısı kaybı Yapı elemanları yoluyla ısı kaybı: q = Σ U x A x (Δt) q: Isı iletimi (Kcal/h) U: Toplam ısı iletim katsayısı (Kcal / m2 °C h) A: Duvar alanı (m2) Δt: İç ve dış hava sıcaklıkları arasındaki fark (°C)

1. Yapı elemanları yolu ile ısı kaybı Bir hayvan barınağında duvarlar, kapılar, pencereler, döşeme ve tavan gibi yapı elemanları bulunur. Her bir yapı elemanı farklı yapı malzemesinden oluştuğu için ısı iletim katsayıları da farklıdır. Bu nedenle her kısımdaki ısı akımı, o kısma ait ısı iletim katsayısı ve alanın kullanılmasıyla hesaplanır.

1. Yapı elemanları yolu ile ısı kaybı qç = Σ Uç x Aç x (Δt) qk = Σ Uk x Ak x (Δt) qp = Σ Up x Ap x (Δt) Σq = qd + qç + qk + qp+ .........

2. Hava İnfiltrasyonu ve havalandırma yolu ile ısı kaybı Binalar tam olarak tecrid edilemediği için iç ve dış ortam arasındaki sıcaklık farkından dolayı sürekli bir hava akımı vardır. Hayvan barınaklarında kapı ve pencere etrafındaki çatlaklar buna neden olur. Kapalı bir yapıda ısı dengesinin sağlanması için hava infiltrasyonu miktarının bilinmesi gerekir. Bunun için hava değişimi metodu uygulanır.

2. Hava İnfiltrasyonu ve havalandırma yolu ile ısı kaybı Kapalı bir tarımsal yapıda saatte 1.5-2 kez hava değişimi yeterlidir. Bina içerisindeki hava hacminin hesaplanması ile bir saatte değişecek hava miktarı (m3) olarak hesaplanabilir.

2. Hava İnfiltrasyonu ve havalandırma yolu ile ısı kaybı İnfiltrasyonla ısı kaybı: qi = 0.244 x γ x Q x Δt qi: İnfiltrasyon ile ısı kaybı (Kcal/h) γ: Havanın özgül ağırlığı (kg/m3) Q: Hava infiltrasyonu miktarı (m3/h) Δt: İç ve dış sıcaklık farkı (°C) 0.244: Rutubetli hava için özgül ısı değeri

2. Hava İnfiltrasyonu ve havalandırma yolu ile ısı kaybı Havanın özgül ağırlığı 1.2 kg/m3 alınırsa, qi = 0.29 x Q x (ti – td) Havalandırma yolu ile ısı kaybının saptanmasında, hava infiltrasyonu ile kaybolan ısı eşitliği kullanılır. Ancak (Q) yerine nemin atılması için gereken hava akım miktarı değeri kullanılır.

2. Hava İnfiltrasyonu ve havalandırma yolu ile ısı kaybı Hava akım miktarı Nem kontrolü için yapılan havalandırma, nem dengesi ilkesine dayanır. Havalandırma hızı = Hayvanların ortama verdiği su buharı hızı Bunun için kış mevsimi için kabul edilen minimum hava akım miktarı temin edilmelidir.

2. Hava İnfiltrasyonu ve havalandırma yolu ile ısı kaybı Minimum hava akım miktarı Wa Q = -------------------------- ρi – ρd Q: Nemin atılması için gerekli minimum hava akım miktarı (m3/h) Wa: Ortama verilen toplam su buharı miktarı (g/h) ρi ve ρd: İç ve dış havanın mutlak nemi (g/m3)

2. Hava İnfiltrasyonu ve havalandırma yolu ile ısı kaybı Isı dengesi hesaplarında, yapılarda havalandırma ve infiltrasyonla olan ısı kayıpları birlikte dikkate alınmaz. Havalandırma sisteminin bulunduğu binalarda, hava infiltrasyonu ihmal edilerek sadece havalandırma ile kaybedilen ısı miktarı hesaplanır.

3. Isı Dengesi Qa = qi + q Qa = 0.29 x Q x (ti – td) + ΣU x A x (ti – td) Qa: Hayvanlar tarafından ortama verilen toplam ısı (Kcal/h) qi: Havalandırma ve infiltrasyon yoluyla kaybolan ısı (Kcal/h) q: Yapı elemanları yolu ile ısı kaybı (Kcal/h)