Yaygın olarak kullanılan doğal ve zorlamalı havalandırma sistemleriyle,
seralarda yeterli düzeyde hava değişimi sağlanır.
Seralardaki havalandırma sistemleri aşağıdaki etmenler üzerinde etkilidir:
Hava sıcaklığı
Hava bağıl nemi
Yüzeyler üzerinde nem yoğuşması
Sera ortamında sıcaklık dağılımı
İç ortamdaki hava hızı
Ortam havasındaki koku ve gaz yoğunluğu
Bitkilerin bulunduğu ortamda zararlı organizmaların gelişmesi
Ilıman iklim bölgelerinde açık ve güneşli günlerde, sera ortamında güneş ışınımından kazanılan fazla miktardaki ısı enerjisinin uzaklaştırılması için seraların havalandırılması gerekir.
Seralarda havalandırmanın amaçlan aşağıdaki gibi özetlenebilir:
Sera içerisinde ortam sıcaklığının aşırı yükselmesini önlemek
Sera ortamındaki bağıl nem oranını bitki gelişimi için uygun bir düzeyde tutmak
Bitkilerden transpirasyon sonucunda açığa çıkan su buharını ortamdan uzaklaştırmak
Bitkiler tarafından fotosentez işleminde kullanılan CCb gereksinimini karşılamak
Sera içerisinde tekdüze bir hava akımı sağlamak
Sera ortam havasındaki gaz yoğunluğunu kabul edilebilir bir düzeyde tutmak.
Seralarda havalandırma işleminin en önemli amacı, ortamdaki duyulur ısı ve su buharının (gizli ısı) uzaklaştırılmasıdır. Toplam güneş ışınımının yüksek okluğu durumlarda, sera ortamında kazanılan ısı enerjisinin önemli bir bölümü bitkiler tarafından transpirasyon işleminde kullanılır. Bu durumda güneşten kazanılan duyulur ısı gizli ısıya dönüşür. Sera ortamına ulaşan güneş ışınımının % 50-801 evapotraspirasyon için kullanılır (Van der Post ve ark., 1974).
Havalandırma aynı zamanda, sera içerisindeki bitkilere zararlı gazların ortamdan uzaklaştırılmasında da önemli rol oynar.
Seralarda yetiştirilen bitkilere zarar verdiği bilinen kirletici etmenler; ozon, etilen, sülfürdioksit, civa buharı ve fenollerdir (Aldrich, 1986).
Sera ortamındaki zararlı gazlar aşağıdaki kaynaklardan açığa çıkar:
Bitkinin kendisi (etilen)
Fotokimyasal tepkimeler
Yakıtların yanması
Fungusit-pestisitler
Ahşap malzemeleri korumak için kullanılan kimyasal maddeler.
Havalandırmayla, bu kaynaklardan açığa çıkan zararlı gazların sera içerisinde birikmesi önlenir.
Sera ortamındaki hava hızı; transpirasyon, solunum ve fotosentez gibi bitki büyümesiyle ilişkili bir çok işlemi etkiler. Bitki büyüme ve gelişmesi açısından sera ortamındaki en uygun hava hızı 0.5-0.7 m/s olmalıdır (Aldrich ve ark., 1983). Hava hızının l m/s'den daha yüksek olması durumunda bitki büyümesi yavaşlar ve 4.5 m/s'den daha yüksek olan hızlarda bitkiler fızikse olarak zarar görür. Havalandırmanın diğer bir işlevi de, sera ortam havasındaki CO2 miktarını artırmak veya belirli bir düzeyde tutmaktır.
SERALARDA DOĞAL HAVALANDIRMA
Seralarda doğal havalandırma, sera içerisinde ve dış ortamdaki doğal basınç farklılıkları nedeniyle, serada kontrol edilebilen havalandırma açıklarından oluşan hava değişimidir.
Seralarda doğal havalandırma sistemlerinin uygun olarak tasarımı güç olmakla birlikte, bu tip sistemlerin bazı üstünlükleri vardır.
Elektrik enerjisi tüketimi daha düşüktür.
Az sayıda alet-ekipmana gereksinim vardır.
Kullanılan alet-ekipmanların bakımı kolay ve ucuzdur.
Sistemde fan kullanılmadığından, zorlanmış havalandırma uygulamalarına oranla daha 32 gürültü oluşur.
Seralardaki doğal havalandırma uygulamalarında, doğal hava akışının ayrıntılı olarak incelenmesi için hesaplamalı akışkan dinamiği (CFD) modeli kullanılmaktadır.
Diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında CFD modeli, seralardaki doğal havalandırma uygulamalarının incelenmesinde bazı üstünlüklere sahiptir. CFD modelinde; kararlı ve belirli sınır koşulları sürdürülürken, gerçek hava koşulları ve yapısal özellikler simüle edilebilmekte ve değiştirilebilmektedir. Enerji dengesi modellerinden farklı olarak CFD modeliyle, sera iç-dış ortamındaki her bölgede hava akışı ve psikrometrik özellikler hesaplanabilmektedir (Lee, 1998). Woodruff (1997), Kaçıra ve ark. (1998), Lee (1998), Al-Helal (1998) ve Lee ve Short (2000) tarafından doğal ve mekanik havalandırmalı farklı tip seralarda yürütülen araştırmalarda CFD modeli kullanılmıştır. 6u araştırmalarda; hava koşullan, seranın yapısal özellikleri, havalandırma açıklığı şekilleri ve yerleşimi, iç-dış ortam gölgeleme perdeleri, seradaki bölme sayısı ve bitki-yetiştirme masalarının bulunuşunun seradaki hava değişim oranına etkisi incelenmiştir.
DOĞAL HAVALANDIRMADA ETKİLİ KUVVETLER
Seranın doğal olarak havalandırılabilmesi için, rüzgar veya sıcaklık farkı nedeniyle basınç farkı oluşması gerekir. Doğal havalandırma, ısınan havanın yükselmesi için yüzdürme kuvveti veya hız basıncına ve rüzgar tarafından oluşturulan kuvvetlere bağlıdır. Sera içerisinde güneş ışınımı veya ısıtma sistemi etkisiyle ısınan havanın yoğunluğu azalır. Bu durum, havanın sera çatısına doğru yükselmesine neden olur. Ilık hava sera çatısındaki açıklıklardan dışarıya çıkar ve seranın alt kısmında bulunan havalandırma açıklıklarından soğuk ve temiz hava girer. Etkin bir şekilde havalandırma sağlanabilmesi için, Havalandırma açıklıklarının boyutları çok önemlidir.
Rüzgar ve sıcaklık farkı etkisiyle basınç farkı oluşabilmesi için, seranın çatı ve yan kenarlarında havalandırma açıklıkları bulunmalıdır. Sadece yan kenarlarında havalandırma açıklıkları bulunan seralarda hava değişimi, sadece. Rüzgar basıncına bağlıdır ve genellikle daha az etkilidir. Doğal havalandırmada rüzgar tarafından oluşturulan kuvvetlerin etkisi, hız basıncı ve yüzdürme kuvvetlerinden daha fazladır. Sera yüzeylerinde rüzgar etkisiyle oluşan pozitif ve negatif basınçlar Şekil 1'de gösterilmiştir.
Serada rüzgar etkisiyle doğal havalandırma sağlanması için, havalandırma açıklıklarının sera yan kenarına ve çatıya yerleştirilmesi önemlidir. Seranın rüzgar etkisindeki kenarında oluşan pozitif basınç, havanın sera içerisine girmesini sağlar. Çatı ve kenar duvarın rüzgar etkisinde olmayan bölümlerinde oluşan negatif basınç ise, havanın seradan dışarıya çıkmasına neden olur.
Akdeniz bölgesindeki seralar doğal havalandırma açısından genellikle aşağıdaki özelliklere sahiptir:
Bölme sayısı azdır.
Sera taban alanı küçüktür.
Havalandırma için sürekli açıklıklar bulunmaktadır.
Bu özelliklere sahip olan seralarda, rüzgar hızının düşük olduğu sıcak dönemlerde yetiştirilen ürünler için en düşük havalandırma oranı, ısıl yüzdürme kuvvetlerce sağlanır. Isıl yüzdürme kuvvetleri, serada çatı ve yan kenarlardaki havalandırma açıklıklarını ayıran mesafeye bağlıdır. Çatı ve yan kenarlarında havalandırma açıklığı bulunan seralarda doğal havalandırmada etkili kuvvetler:
Baca Etkisi. Isıl yüzdürme kuvvetleri nedeniyle oluşur.Çatı ve kenar açıklıkları arasındaki basınçların düşey dağılımında etkilidir.
Statik Rüzgar Etkisi. Rüzgar hızı nedeniyle oluşur. Serada basınçların uzaysal dağılımını sağlar.
Rüzgarın Türbülans Etkisi. Havalandırma açıklıkları boyunca rüzgar hızı etkisiyle düzensiz basınç değişimi nedeniyle gerçekleşir. Havalandırma açıklıklarından giren-çıkan hava akımlarını artırır.
Doğal havalandırma açısından statik rüzgar etkisinin işlevleri aşağıda verilmiştir:
Çatı ve kenar açıklıkları arasında düşey basınç dağılımı sağlar.
Seranın rüzgar altı ve rüzgar üstü bölümleri arasında yatay basınç dağılımında etkilidir.
Statik rüzgar etkisi, yukarıda belirtilen etkileri nedeniyle "yan duvar etkisi" olarak adlandırılır. Statik rüzgar etkisi, yukarıda belirtilen etkileri nedeniyle aşağıdaki hava akımlarının gerçekleşmesine neden olur:
Düşey Havalandırma Akımı. Baca etkisi ve statik rüzgar basıncının düşey dağılımıyla gerçekleşir.
Yatay Havalandırma Akımı. Yan duvar ve türbülans etkileri nedeniyle gerçekleşir.
Doğal Havalandırma Açıklığı Alanı
Serada doğal havalandırmayla en uygun oranda hava değişimi sağlanması için, çatı ve yan duvarlardaki havalandırma açıklıklarının toplam alanı, sera taban alanının en az % 15'i oranında olmalıdır. Doğal havalandırma için seradaki toplam havalandırma açıklığı alanının, taban alanın % 15-251 oranında olması gerekir. Bununla birlikte, seradaki toplam havalandırma açıklığı alanının taban alanının % 30'una eşit olması önerilir.
Cam seralarda genellikle çatıdaki havalandırma açıklıklarından yararlanılır . Çatıdaki havalandırma açıklıklarının etkinliği, doğal taşınım akımlarına ve seradan havanın taşınması için rüzgar etkisine bağlıdır. Sera çatısındaki havalandırma açıklıklarının aşağıdaki özelliklere sahip olması gerekir:
Çatının en üst bölgesinde ve sera sırtının her iki tarafında olmalıdır.
Sera uzunluğu boyunca kesintisiz olarak bırakılmış olmalıdır.
Çatıdaki havalandırma açıklıklarının alanı, sera taban alanının 1/6'sına eşit olmalıdır.
Çatı ve yan duvarlardaki havalandırma açıklıklarının alanı yaklaşık olarak eşit olmalıdır.
Havalandırma açıklıkları, yatay durumda yukarıya doğru ve çatıyla 60° açı yapacak şekilde açılabilmelidir.
Sera yan duvarları ve çatısındaki havalandırma açıklıklarının yeterli büyüklükte olması ve uygun olarak tasarımlanması durumunda, bir çok iklim bölgesinde etkin sıcaklık kontrolü sağlanarak, gerekli havalandırma oranına ulaşılabilir.
Seralarda doğal havalandırmayla ulaşılabilen havalandırma oranı aşağıdaki etmenlere bağlıdır:
Rüzgar hızı ve yönü
Havalandırma açıklıklarının boyutları ve yerleşimi
Toplam havalandırma açıklığı alanı taban alanının % 27'sine eşit olan bir
serada, sadece çatıdaki havalandırma açıklıklarının açık olması durumunda,
Rüzgar, seraya köşelerden etki ettiğinde bazı sorunlarla karşılaşılır. Bu durumda hava, seranın rüzgar alan ucundan girer ve sera içerisindeki hava rüzgar almayan uçta birikir. Bu sorun, seranın rüzgar alan ve almayan bölümlerindeki havalandırma açıklığı boyutları ayarlanarak önlenebilir.
Doğal havalandırma sistemlerinin en önemeli olumsuzluğu, havalandırma açıklıklarının otomatik kontrolünün güç ve pahalı olmasıdır. Bu nedenle, doğal havalandırma açıklıkları genellikle elle açılıp-kapatılır. Bununla birlikte, modern seralardaki doğal havalandırma sistemlerinde, termostatla kontrol edilen ve elektrik motorundan hareket alan dişli-kol üniteleri kullanılmaktadır. Elektrik motorundan hareket alan kontrol ünitelerinin kullanıldığı seralarda, genellikle sadece çatıdaki havalandırma açıklıkları otomatik olarak kontrol edilir. Havalandırma pencerelerinin açılıp-kapatılması sırasında mekanik zorlanma oluşursa, seradaki camların kırılması gibi yapısal zararlarla karşılaşılabilir. Açma-kapatma sistemleri ahşap konstrüksiyonlu seralarda etkin olarak çalışmaz.
Cam Seralarda Doğal Havalandırma
Modern seralarda ortam kontrolü önemli bir gereksinim olduğundan, havalandırma açıklıklarının tasarımı günümüzde giderek önem kazanmaktadır. Venlo tip seralarda,
İki veya üç yarım cam paneli (boyu
Bir cam paneli(her sera bölmesinde
boyutlarındaki pencereler kullanılır. İki yarım cam paneli boyutlarında havalandırma penceresi bulunan Venlo tip bir sera çatısı aşağıdaki şekil 3’de verilmiştir. Bu tip seralarda l m boyundaki pencereler de kullanılmaktadır.
Havalandırma açıklıkları sera çatısının sırt kısmında bırakılmalıdır. Venlo tip seralarda çatıdaki havalandırma pencereleri,
Git-gel hareketi yapan bir mil yardımıyla veya.
Kafes kiriş üzerinde düzenlenen ray mekanizmasıyla açılıp-kapatılır.
Ray mekanizmasında sistemin ana mili kafes kirişin üst kısmına yerleştirilirken, git-gel hareketli mekanizmalarda kafes kirişler arasına yerleştirilmektedir.
Kaydırma hareketiyle pencerelerin açılıp-kapanmasını sağlayan ray mekanizması, çatıdaki gölgeleyici elemanları azaltmak için geliştirilmiştir.
Plastik Seralarda Doğal Havalandırma
İklim koşullarının yetiştiricilik açısından daha uygun olduğu Akdeniz bölgesinde sera tarımı yaygın olarak uygulanmaktadır. Örtü altındaki birim alanda daha düşük maliyetle üretim yapabilmek için, sera tasarımına ilişkin bazı özelliklerin dikkate alınması gerekir. Bu nedenle, sera tekniğinde aynı çatı altında daha geniş üretim alanının kaplanması istenir. Sera çatısının daha geniş üretim alanını kaplaması durumunda aşağıdaki üstünlükler sağlanır:
Etkin üretim yönetimi
Etkin bir şekilde ve daha tekdüze sıcaklık kontrolü
Enerji korunumu
Tasarım malzemelerinin daha ekonomik kullanımı
Sera çatısının daha geniş üretim alanını kaplaması için oluktan bağlantılı 'sera tasarımı uygulanır.
Seraların bu şekilde tasarımlanmasıyla, tasarım maliyeti azalır ve daha etkin olarak doğal havalandırma sağlanır. Oluktan bağlantılı seraların çatısı, sera ortamından ılık hava çıkışını engellemeyecek ve çatı iç yüzeyi boyunca yüksekliği artan şekilde tasarımlanabilir . Bu tip seralarda, düşey durumdaki havalandırma açıklıklarının tasarımında oluklardan yararlanıldığı için maliyet azalır.