26.12.2019 bitirme projesi7 & .$5$'(1ø= 7(.1ø. h1ø9(56ø7(6ø 0h+(1'ø6/ø....

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

YAĞMUR SUYU KULLANAN GÜNEŞ ENERJİLİ DAMLA SULAMA

SİSTEMİ TASARIMI

MÜHENDİSLİK TASARIMI

Erdinç SESLİ

Ekrem Can AKYEL

Ahmet ERDOĞAN

OCAK 2019

TRABZON

2

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

YAĞMUR SUYU KULLANAN GÜNEŞ ENERJİLİ DAMLA SULAMA

SİSTEMİ TASARIMI

Erdinç SESLİ

Ekrem Can AKYEL

Ahmet ERDOĞAN

Danışman: Prof. Dr. Tülin BALİ

Bölüm Başkanı: Prof. Dr. Burhan ÇUHADAROĞLU

OCAK 2019

TRABZON

III

ÖNSÖZ

Projemizin hazırlanmasında bize yol gösteren, gerektiğinde yardımlarını

esirgemeyen sayın danışman hocamız Prof. Dr. Tülin BALİ’ ye teşekkür ederiz. Ayrıca

projemizin araştırma sürecinde yardımlarını esirgemeyen Doç. Dr. Elif BAYRAMOĞLU’

na ve arkadaşımız Elektrik Elektronik Mühendisliği öğrencisi Şakir ARSLAN’ a teşekkür

ederiz. Çalışmalarımız boyunca maddi manevi destekleriyle beni hiçbir zaman yalnız

bırakmayan ailemize de sonsuz teşekkürler ederiz.

IV

ÖZET

Gelecek nesillere yaşanılabilir bir dünya bırakmanın yolu tasarruflu bir hayat

anlayışından geçmektedir. Çağımızda en fazla israf edilen doğal kaynakların başında su

kaynakları gelmektedir. Su, en fazla tarım sektöründe kullanılmakta ve bu sektör %71’lik

payıyla dünya su tüketiminde liderliği çekmektedir. Sulama suyu eldesi için yapılan

harcamalar ve verimsiz sulama yöntemleri birleştiğinde ortaya çıkan israf çok büyük

boyutlara ulaşmaktadır. Tarım sektöründeki bu israfın ortadan kaldırılması ile dünya su

tüketiminde ciddi bir tasarruf sağlanabilir. Aynı zamanda sulama suyunun kaynaktan

alınarak sulama alanına taşınması için gerekli olan enerjiyi yenilenebilir enerji

kaynaklarından elde etmek mümkündür.

Ele alınan çalışmada, sulama suyunu yağmurdan, enerjisini güneşten karşılayan bir

sulama sisteminin tasarlanması amaçlanmış ve bu işlev için en az suyla en iyi verimi veren

sulama yöntemleri araştırılmıştır. Uygulamada birçok sulama sistemi mevcut olmakla

birlikte, maliyet açısından daha uygun özellikte olduğundan damla sulama yöntemi

seçilmiştir. Damla sulama yönteminde kirleticilerden arındırılmış suyun düşük basınçlı bir

boru sistemiyle ve en uzaktaki boru hattındaki basınç düşümlerini karşılayacak şekilde

toprak yüzeyine damlatıcılar yardımıyla verilmesi sağlanır. Burada asıl amaç, bitkinin

gereksinim duyduğu suyun zamanında, yeterli miktarda, en az enerji ve işletme gideri ile

sağlanmasıdır. Bu çalışmada Trabzon Bölgesi’nin iklimsel verileri incelenerek, yağış

rejimi ve güneş enerjisi potansiyeli araştırılmış; 100 m2’ lik bir çatıdan toplanan yağmur

suyunu kullanan, enerji ihtiyacını güneş panellerinden sağlayan ve 100 m2’lik bir alanda

bitki sulama işlevini gerçekleştiren bir damla sulama sisteminin tasarım hesapları

yapılmıştır. Ayrıca, Trabzon Bölgesi’nde yetişen ve damla sulama yöntemi ile sulamaya

uygun bitki örnekleri için, bölgenin iklim verilerine ve bitkilerin su tüketimi özelliklerine

göre bir prototip sulama deney düzeneği tasarlanmıştır.

V

SUMMARY

The way to leave a liveable world to future generations is through an understanding

of saving life. Water resources are one of the most wasted natural resources in our age.

Water is used most in the agricultural sector and this sector holds the leadership in world

water consumption with a share of 71%. When the costs of irrigation water and the

inefficient irrigation methods are combined, the waste is enormous. By eliminating this

waste in the agricultural sector, a significant saving can be achieved in world water

consumption. At the same time, it is possible to obtain the energy required for the transfer

of irrigation water from the source to the irrigation area from renewable energy sources.

In this study, it was aimed to design an irrigation system that meets irrigation water

from rain and energy from the sun and irrigation methods that give the best yield with

minimum water for this function were investigated. Although there are many irrigation

systems in practice, drip irrigation method has been chosen since it is more cost effective.

In drip irrigation method, water is supplied to the soil surface with the help of drippers to

meet the pressure drops in the furthest pipeline with the help of a low-pressure pipe

system. The main objective is to provide the water required by the plant in a timely,

sufficient amount, with minimum energy and operating costs. In this study, the climatic

data of the Eastern Black Sea Region were investigated and rainfall regime and solar

energy potential were investigated. In this study, by analysing the climatic data of the

Trabzon Region according to the rainfall regime and solar energy potential, design

calculations a drip irrigation system using rain water collected from a roof of 100 m2,

supplying the energy needs from solar panels and performing plant irrigation function in an

area of 100 m2 were made. In addition, a prototype irrigation experimental set-up was

designed for plant samples grown in the Trabzon Region and suitable for irrigation by drip

irrigation method, according to the climate data of the region and water consumption

characteristics of the plants.

VI

ŞEKİLLER DİZİNİ

Şekil 1.1. Bordür Sulama Yöntemi…………………………………………………………4

Şekil 1.2. Karık Sulama Yöntemi…………………………………………………………...4

Şekil 1.3. Yağmurlama Sulama Sistemi…………………………………………………….5

Şekil 1.4. Bir ağaç etrafındaki damlatıcıların ıslatma şekli…………………………………6

Şekil 1.5. Çatı Yüzeyinden Su Hasadı……………………..……………………………...10

Şekil 1.6 Örnek Çatı Görseli………………...……………………………………….........12

Şekil 1.7. Örnek Su Yolları Görseli…………………….………………………………..13

Şekil 1.8. Örnek Depolama Tankı Görseli………………………………………….........15

Şekil 1.9. Yeşil Bina Derecelendirme Sertifikası Leed’i alan Siemens Fabrikası…….......16

Şekil 1.10. Türkiye Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası……………………………………17

Şekil 1.11. Güneş Enerjisi Sistemi ve Bileşenleri……………………………………........18

Şekil 1.12. Güneş Işınlarının Güneş Hücrelerinde Elektrik Gerilimi Oluşturması………..19

Şekil 1.13. PV Panel Bileşenleri..........................................................................................19

Şekil 1.14. Basit Şarj Regülatörü.........................................................................................20

Şekil 1.15. Solar Akü...........................................................................................................21

Şekil 1.16. Kontrol Ünitesi………………………………………………………………...24

Şekil 1.17. Lateral Boru Hattı …………………………………………………………..25

Şekil 1.18. Damlatıcılar……………………………………………………………………26

Şekil 3.1. Prototip Sistemin Şematik Görüntüsü…………………………………………..37

Şekil 3.2. Pitot Tüpü……………...………………......……………………………………54

Şekil 3.3. Damla Sulama Sistemi-1………………......……………………………………55

Şekil 3.4. Damla Sulama Sistemi-2………………………….…………………………….56

Şekil 3.5. Damla Sulama Sistemi-3.…………………………………………………….…57

Şekil 3.6. Seçilen Tasarım Prototipi…………………………………………………….…57

VII

TABLOLAR DİZİNİ

Tablo 1.1. Damla sulamada diğer yöntemlere göre verim artışı ve sağlanan su tasarrufu.....7

Tablo 1.2. Dünyada Sektörlere Göre Su Kullanım Oranları

(%)……………………………8

Tablo 1.3. Türkiye’nin Su Kaynakları………………………………………………………9

Tablo 1.4. Çatı Malzemeleri İçin Akış

Katsayıları…………………………………………11

Tablo 1.5. Türkiye’deki Güneş Enerji Santralleri (Ocak 2017 itibarıyla)…………………17

Tablo 1.6. Türkiye’nin Yıllık Güneş Enerji Potansiyelinin Bölgelere Göre Dağılımı ........18

Tablo 2.1. Haftalık Çalışma Programı……………………………………………………..29

Tablo 3.1. Trabzon’da yıllara bağlı gerçekleşen aylık toplam yağış miktarı ortalaması

.....30

Tablo 3.2. Trabzon Koşullarında Fındık ve Kara Lahana Bitkilerine Ait ETc

Değerleri….33

Tablo 3.3. Trabzon Şehrine Ait Meteorolojik Bilgiler…………………………………….33

Tablo 3.4. Trabzon İline Ait ETo Değerleri…………………………………….………….35

Tablo 3.5. Boru Çapına Göre Sürtünme

Kayıpları…………………………………………39

Tablo 5.1. Seçilen 100 W’lık Güneş Paneli İçin Elektriksel Özellikleri…………………..56

Tablo 5.2. Seçilen 100 W’lık Güneş Paneli İçin Mekanik Özellikleri…………………….56

Tablo 5.3. Seçilen 100 W’lık Güneş Paneli İçin Sıcaklık Özellikleri……………………..56

Tablo 5.4. Seçilen Damlama Borusu Özellikleri………………………………………….56

Tablo 5.5. Sistem İçin Seçilen Malzemelerin Ürün Fiyat Listesi ………………………...57

VIII

SEMBOLLER DİZİN

A : Alan

𝑐 : Filtre Etkinlik Katsayısı

𝑐ç : Akış katsayısı

d :Her Sulamada Uygulanan Net Sulama Suyu Miktarı

d : Uygulanacak Toplam Sulama Suyu Miktarı

ET :Bitki Su Tüketimi

E :Su İletim Randımanı

E :Su Uygulama Randımanı

ET :Bitki Su Tüketimi

g :Yerçekimi ivmesi

i :Yağış miktarı

N :Birim Alandaki Damlatıcı Sayısı

P :Basınç

Pe :Etkili Yağış

P :Bitki Tarafından Gölgelenen Alan Yüzdesi

SA :Sulama Aralığı

T :Düzeltilmiş Bitki Su Tüketimi Değeri

T : Sulama Süresi

V :Hız

�̇� :Debi

ρ :Yoğunluk

γ :Özgül ağırlık

IX

İÇİNDEKİLER

Sayfa No

ÖNSÖZ ...................................................................................................................... III

ÖZET.......................................................................................................................... IV

SUMMARY ................................................................................................................ V

ŞEKİLLER DİZİNİ .................................................................................................... VI

TABLOLAR DİZİNİ ................................................................................................ VII

SEMBOLLER DİZİN ............................................................................................. VIII

İÇİNDEKİLER .......................................................................................................... IX

1. AMAÇ VE KAPSAM .............................................................................................. 1

1.1.Giriş ..................................................................................................................... 1

1.1.2. Yağmur Suyu Toplama Sistemleri ve Bileşenleri ......................................... 9

1.1.3. Güneş Enerjisi Sistemi ve Bileşenleri ......................................................... 16

1.1.4. Damla Sulama Yöntemi ve Sistem Bileşenleri ........................................... 22

1.2. Literatür Taraması ............................................................................................ 27

1.3. Kısıtlar ve Koşullar ........................................................................................... 27

1.4. Karşılayabileceği Gereksinimler....................................................................... 28

2. HAFTALIK ÇALIŞMA PROGRAMI ................................................................... 30

3. MÜHENDİSLİK HESAPLAMALARI VE ANALİZLERİ ................................. 31

3.1 Yapılan Hesaplamalar ........................................................................................ 31

3.1.1. Çatıda Tutulacak Yağmur Suyu Hesabı ...................................................... 31

3.1.2. Gerekli Panel Gücü ve Panel Sayısı Hesabı ................................................ 32

3.1.3.Bitki Sulama Suyu İhtiyacının Hesabı ......................................................... 33

3.1.4. Pompasız Prototip Sistemde Basınç Kayıplarının Hesabı ........................... 38

3.1.5. Aydınlatma İçin Kullanılan Led Hesabı…………………………………..53

3.1.6. Tasarımda Yapılan Ölçümler…………………………………………….54

3.2. Yapılan Tasarım Çalışmaları ............................................................................ 55

4. ÇEVRESEL ETKİ DEĞERLENDİRMESİ ........................................................... 58

X

5. MALİYET HESABI .............................................................................................. 59

6. SONUÇLAR .......................................................................................................... 61

7. KAYNAKLAR ...................................................................................................... 62

1

1. AMAÇ VE KAPSAM

Dünya nüfusundaki artış ve küresel ısınmanın da etkileriyle azalan su kaynaklarına olan

talep gün geçtikçe artmaktadır. Kullanılabilir nitelikteki su kaynakları azalmaktadır. Küresel

ısınmanın neden olduğu iklim değişikliklerinin bir nedeni de şehirlerin betonlaşıp geçirimsiz

tabakalarla kaplanması ve yağmur suyunun kötü yönetilmesidir. Su tüketimi için maliyetli

sistemler kurmak yerine buharlaşma yoluyla, kirlenmeden dolayı, denizlerimizden kaybolan

vb. suların yağmur ile geri kazanımı mümkündür. Yağmur suyu depolama ve kullanma

projeleri yağmur suyunun çatı gibi geçirimsiz ortamlarda yakalanarak tutulması, iletim

kanalları (oluk ve borular) ile depolanacak bölgeye iletilmesi ve kullanım amacına uygun

olarak sabitlenen tanklarda depolanmasından oluşur.

Tatlı su kaynaklarının en büyük kullanıcısı tarım sektörüdür. Bu yüzden tarımda suyun

etkin kullanılması bir zorunluluk haline gelmiştir. Damla sulama yöntemi, sulama yöntemleri

içerisinde suyu en etkili şekilde kullanan yöntemlerden birisidir.

Bu nedenle enerjisini güneşten, kullanım suyunu yağmurdan karşılayan ve bu şekilde

kendi kendine yetebilen bir damla sulama sistemi geliştirmek amaçlanmıştır. Tüm tasarruf ve

iyileştirmeler göz önüne alınarak bu çalışmada sürdürülebilir bir güneş enerjili damla sulama

sistemi prototipi modellenecektir.

1.1.Giriş

Tüm bitkiler gelişmek için suya ihtiyaç duyar ancak bu ihtiyacı her bitki her zaman

doğal yoldan karşılayamaz. Bitkileri yetiştirmek için onların bu ihtiyacını bitki yapısına ve

çevreye zarar vermeden insanlar sağlamalıdır. Sulama, daha yüksek kalitede ve daha verimli

üretim elde etmek adına, tarım ve bahçe için, suyun yapay olarak tedarik edilmesi ve ihtiyaç

duyan bitkilere sistematik olarak bölünmesidir.

Yeryüzünde susuz bir hayat düşünmek mümkün değildir. İnsanlık tarihi boyunca

medeniyetler su kenarlarında kurulmuştur. Hangi bitkinin ne kadar aralıklarla ne kadar suya

ihtiyaç duyduğunu öğrenen insanoğlu temel ihtiyacını karşılamıştır. Birleşmiş Milletler Çevre

Programı’nın 2015 raporuna göre dünyada 1400 milyon km3 su bulunuyor. Bu suyun

%2,5’tatlı su; %97,5’i tuzlu sudur. Tatlı suların da %69,5’i kutuplarda buzul olarak; %30,1’i

yer altında; %0,4’lük kısmı ise yüzey ve atmosfer sularını oluşturmaktadır. Dolayısı ile

insanlığın rahatça ulaşabileceği ve temel ihtiyaçlarını karşılayabileceği su, toplam suyun

2

%0,4’ü kadardır. Bu kısıtlı kaynağın %71’ini elinde tutan tarım sektörü en verimli şekle

kullanımından sorumludur. [1]

Sulamanın tarihteki ilk örneklerine MÖ 6. yüzyılda bugünkü İran sınırlarında bulunan

Khuzistan bölgesinde rastlanılır. Ubertini’nin 2004’teki araştırmasına göre, sulama, bölgedeki

ovalarda suyun manipülasyon aracı olarak kullanılmıştı. Sulamanın MÖ 4500 civarında

başlamış olduğu ve tarımsal yerleşimlerin büyüklüğünü ve verimini arttırdığı tahmin

ediliyordu. Kolomb öncesi Amerika’ya bakıldığında Peruda arkeologların radyokarbon

ölçümlerine göre MÖ 4. Yüzyıla ait sulama kanalları keşfedilmiştir. Daha sonra MÖ 3.

yüzyılda Mezapotamya ovasındaki çiftçilerin büyüme dönemi boyunca bitkileri suladığı

biliniyor. Eski Mısır’da ise Nil’in taşmasıyla sulamayı keşfettiler. Britannica kaynaklarına

göre daha sonraki kuraklık dönemlerinde kullanmak üzere Firavun 3. Amenemhet’in emri ile

sulama gölleri oluşturmuşlardı.[2]

Dünyada en çok su tarımda kullanılmaktadır. Sulama randımanı ortalama olarak salma

sulamada %40, yağmurlamada %70 ve damlamada %90’dır. Randımanı arttıran ve sulama

suyu ihtiyacını azaltan sulama teknikleri ile sulu tarımda kullanılan suyun yaklaşık yarısı

tasarruf edilebilir. Dünyada, başta gelişmiş ülkeler olmak üzere, su kaynaklarındaki azlığın

farkında olup bu kaynakları en verimli şekilde kullanmak için akıllı sulama sistemlerine

yönelmişlerdir. Dünyada su varlığına göre, yılda kişi başına düşen kullanılabilir su miktarı

1.000 m3’ten daha az olması durumu su fakirliği; yılda kişi başına düşen kullanılabilir su

miktarı 2.000 m3’ten daha az olması durumu su azlığı; yılda kişi başına düşen kullanılabilir su

miktarı 8.000-10.000 m3’ten daha fazla olması durumu su zenginliği olarak belirtilir. Devlet

Su İşleri verilerine göre Türkiye su zengini bir ülke değildir. Kişi başına düşen yıllık su

miktarına göre ülkemiz su azlığı yaşayan bir ülkedir ve kişi başına düşen yıllık kullanılabilir

su miktarı 1.519 m3 civarındadır. Bu durumun farkında olan ülkemiz, günümüz koşullarında

ilkel sulama yöntemlerini barındırsa da verimli yöntemler konusunda ilerleme

kaydetmektedir.[3]

King’in 1953 yılında yapmış olduğu araştırmaya göre, önümüzdeki 35-40 yıllık süreçte

sürekli artışta olan dünya popülasyonunun ihtiyacını karşılayacak olan sebze ve meyve

üretimine iki kat daha fazla ihtiyaç duyulacaktır. Bu popülasyon artışının ihtiyacını

karşılamak zorunda olmayı ve aynı zamanda küresel ısınmanın dünyanın ortalama sıcaklığını

yılda ortalama 1 ℃ arttırdığını göz önüne alırsak, sahip olduğumuz suyu en verimli şekilde

3

kullanmalıyız. Bu verimi sağlamak için yıllardır süregelen sulama uygulamaları günümüzde

ilkelliğinden sıyrılmış ve oturmuş birer yöntem olarak karşımıza çıkmaktadır bunlar; salma

sulaması, havuz sulaması, tava usulü sulama, karık sulaması, yağmurlama sulama ve damla

sulamasıdır.

Bitki gelişimi için gerekli olan fakat yağışlarla sağlanamayan suyun yapay yollarla

toprağa verilmesine sulama, bu suyun bitki kök bölgesindeki toprağa veriliş biçimine ise

sulama yöntemi denir. Sulama suyunun toprağa verilmesinde kullanılan belli başlı yöntemler;

yüzey sulama yöntemleri ve basınçlı sulama yöntemleri olmak üzere iki grupta toplanabilir.

Yüzey sulama yöntemleri; salma sulama yöntemi, bordür sulama yöntemi, karık sulama

yöntemi ve tava sulama yönteminden oluşur. Başlıca basınçlı sulama yöntemleri ise

yağmurlama sulama yöntemi ve damla sulama yöntemidir. [2]

Salma Sulama Yöntemi:

Suyun tarla başı kanallarından tarla üzerinde rasgele yayılmaya bırakılmasıdır.

Randımanı en düşük yöntemdir. Bu yöntemle tarlanın her tarafını eşit olarak sulamak

mümkün değildir. Ülkemizde kullanım alanının çok sınırlı olması gerekirken, sulama

kültürünün düşük olduğu yörelerde işçilikten kaçınmak için istenmeyen oranlarda

kullanılmaktadır. [2]

Bordür Sulama Yöntemi:

Bu yöntem uzun tava yöntemi veya kenar yöntemi olarak da adlandırılır. Hafif eğimli

arazilerde uygulanan bu yöntemle sulamada, parselin hâkim eğimi doğrultusunda paralel

toprak seddeler yapılarak dar ve uzun şeritlere bölünür. Bu yöntemde suyun göllendirilmesi

söz konusu değildir. Tava sonu açıktır ve tavadan çıkan su bir yüzey drenaj kanalı ile

uzaklaştırılır. Su, uzun tava boyunca, toprak yüzeyinde ince bir katman oluşturacak biçimde

ilerler. Uzun tava sulama yöntemi ancak su alma hızı nispeten düşük, kullanılabilir su tutma

kapasitesi yüksek olan topraklarda uygulanabilir. Sulama doğrultusuna dik yönde tavanın

eğimsiz olması gerekir. Sulama doğrultusunda genelde eğimin %3 olması tercih edilir. Bordür

sulama yöntemi Şekil 1.1.’de görülmektedir.[4]

4

Şekil 1.1. Bordür Sulama Yöntemi

Karık Sulama Yöntemi:

Yüzey sulama yöntemleri içinde en yaygın olarak kullanılan yöntem karık sulama

yöntemidir. Yöntem, eşit aralıklarla eğim doğrultusunda veya tesviye eğrilerine paralel çizilen

sığ kanallarla suyun dağıtılması şeklinde uygulanmaktadır. Göllendirme ve tava yönteminin

aksine bu yöntemde arazi yüzeyi tamamen ıslatılmaktadır. Birçok bitki bu yöntemle

sulanabilir. Bitki çeşidine ve kanal boyutuna göre karıklar oluşturulur. Şekil 1.2.’de karık

sulama yöntemine ait şematik resim verilmiştir. [5]

Şekil 1.2. Karık Sulama Yöntemi

Karık sulama yönteminde sulama suyu, bitki sıraları arasına açılan sığ kanallara yani

karıklara verilir, bu suretle su tarlaya dağıtılarak toprağa emdirilir. Bu yöntem, kullanılabilir

su tutma kapasitesi yüksek, orta ve ağır dokulu topraklarda kullanılır. Su alma hızı yüksek,

hafif dokulu topraklarda karık boyları kısa olacağından pek tercih edilmez.

5

Tava Sulama Yöntemi:

Bu yöntemle sulamada sulanacak parsel, etrafı setlerle çevrilmiş tavalara ayrılır. Sulama

için bu tavalar su ile doldurulur ve suyun kısa zamanda tavayı kapatması sağlanır. Bu yöntem

eğimsiz ya da çok düşük eğimli alanlarda uygulanabilir. Genellikle, su alma hızın nispeten

düşük, kullanılabilir su tutma kapasitesi yüksek topraklarda söz konusu olur. Derine su

sızmasını azaltmak için kontrollü sulama yapmak gerekir.[4]

Yağmurlama Sulama Yöntemi:

Yağmurlama sulama yöntemi, kullanılabilir su tutma kapasitesi düşük, su alma hızı

yüksek, hafif bünyeli topraklarda, özellikle ekonomik değeri yüksek ve topraktaki nem

eksikliğine duyarlı bitkilerin sulanmasında kullanılabilecek en uygun sulama yöntemlerinden

birisidir. Şekil 1.3.’de uygulaması gösterilmiştir.[6]

Şekil 1.3. Yağmurlama Sulama Sistemi

Yağmurlama sulama yöntemini, Alagöz suyun basınç altında püskürtülerek sulama

yapılması olarak tanımlamıştır. Güngör ve Yıldırım ise, yağmurlama sulama yöntemini, arazi

yüzeyine belli aralıklarla yerleştirilen yağmurlama başlıklarından belirli basınç altında

püskürtülerek atmosfere verilen suyun toprağa iletilmesi şeklinde tanımlamıştır. Korukçu ve

Öneş’e göre sığ köklü bitkilerin topraktaki kullanılabilir su miktarını sınırladığını ve ancak

topraktaki nemden, toprak nemi gerilimi düşük olduğunda yararlanabildiklerini

belirtmektedir. Uygun bitki gelişmesi açısından gerekli olan düşük toprak nemi gerilimi ise

sık aralıklarla yapılacak sulamalarla sağlanabilmektedir. [2]

Damla Sulama Yöntemi

Damla sulama, tarımsal sulamada kullanılmak üzere geliştirilmiş olan, sulama suyunun

filtre edilerek süzüldükten sonra gübrelendirilerek ya da gübresiz olarak toprak yüzeyine

veyahut içine damlalar halinde verilmesi işlemidir. Bu yöntemde temel ilke, bitkide nem

eksikliğinden kaynaklanan bir gerilim yaratmadan, her defasında eser miktarda sulama

suyunu sık aralıklarla olmak üzere ve yalnızca bitki köklerinin geliştiği ortama vermektir.

Şekil 1.4.’ de bir ağaç etrafındaki damlatıcıların ıslatma şekli verilmiştir.[7

Şekil 1.4. Bir Ağaç Etrafındaki

2003 yılında Westarp ve arkadaşlarının yayınladığı rapora göre, damla sulamada sulama

suyu yalnızca bikri kök bölgesine verildiğinden arazinin tamamı sulanmaz, toprak yüzeyinin

önemli bir kısmı kuru kalır. Bu yüzden diğer sulama yöntemlerine göre su kullanım etkinliği

çok yüksek olup önemli düzeyde su tasarrufu sağlar. Ayrıca akış ve derine sızma ile oluşan

kayıpları da minimize ettiğinden sulama randımanı %70 seviyelerinin altına inmezken %95’e

kadar çıkmaktadır. Bu yüzden damla sulama, yüzey sulamasına göre bitkisel üretim y

1 birim su ile daha fazla gelir elde edilmesine imkân vermektedir. Tasarruflu kullanılan su ile

de dünyanın kullanılabilir su kaynaklarına destek olunmaktadır.

Toprak Gübre ve Su Kaynakları Merkez Araştırma Enstitüsü’nün raporuna göre, damla

sulamada az su kullanılmasının bitki ve toprak üzerinde olumlu etkileri vardır. Toprak kısmi

olarak ıslatıldığı için gereksiz nemlenme önlenir ve böylece zararlı ot oluşumunun önüne

geçilmiş olunur. Bitkinin toprak üstünde kalan organları ıslatılmadığından

zararlılarının gelişmesinin de önüne geçilir. Islatılan alan bitki tarafından gölgelenir böylece

6

Damla Sulama Yöntemi:



çine damlalar halinde verilmesi işlemidir. Bu yöntemde temel ilke, bitkide nem



’ de bir ağaç etrafındaki damlatıcıların ıslatma şekli verilmiştir.[7]

. Bir Ağaç Etrafındaki Damlatıcıların Islatma Şekli

ve arkadaşlarının yayınladığı rapora göre, damla sulamada sulama



sek olup önemli düzeyde su tasarrufu sağlar. Ayrıca akış ve derine sızma ile oluşan


kadar çıkmaktadır. Bu yüzden damla sulama, yüzey sulamasına göre bitkisel üretim y


de dünyanın kullanılabilir su kaynaklarına destek olunmaktadır.[8]




geçilmiş olunur. Bitkinin toprak üstünde kalan organları ıslatılmadığından




çine damlalar halinde verilmesi işlemidir. Bu yöntemde temel ilke, bitkide nem



]

Damlatıcıların Islatma Şekli

ve arkadaşlarının yayınladığı rapora göre, damla sulamada sulama



sek olup önemli düzeyde su tasarrufu sağlar. Ayrıca akış ve derine sızma ile oluşan


kadar çıkmaktadır. Bu yüzden damla sulama, yüzey sulamasına göre bitkisel üretim yapılırken





geçilmiş olunur. Bitkinin toprak üstünde kalan organları ıslatılmadığından bitki hastalık ve


7

buharlaşma ile kaybedilen su miktarı az olacağından bitki su tüketimi de diğer yöntemlere

nazaran daha az olur bitki kök bölgesi sürekli nemli olduğu için nem gerilimi düşüktür. Düşük

gerilimde tutulan bu nem bitki tarafından fazla enerji harcamadan alınır ve bu da bitkideki

ürün artışını sağlayan en önemli faktörlerdendir. Yüksek eğimli ve dalgalı topoğrafyaya sahip

alanlarda emniyetli şekilde kullanılması ve diğer sulama yöntemlerine nazaran daha az işçilik

gereksinimi de damla sulamanın tercih edilmesindeki önemli etmenlerdendir. Tablo 1.1’de

damla sulamada diğer geleneksel sulama yöntemlerine göre verim artışı ve tasarrufu

verilmiştir.

Tablo 1.1. Damla sulamada diğer yöntemlere göre verim artışı ve sağlanan su tasarrufu [9]

1995 yılında Dua, yukarıdaki çizelgede de sunulduğu üzere bitkilerin dışında birçok

meyve ve sebzelerle yaptığı çalışmayla damla sulamanın verimini kanıtlamıştır. Damla

sulama yöntemi ile sulanan bitkilerin daha yüksek kalite ve verime, daha az su kullanarak

sahip oldukları gözlemlemiştir. Domates, biber, tatlı patates, mango, nar, hindistan cevizi,

karpuz ve pamukta %50 verimin %2 ile %98 arasında değiştiğini ve tüm bunların

ortalamasının %45 düzeyinde olduğunu bildirmiştir. Anılan bitkiler ortalama olarak %50

(%36-%62) oranında su tasarrufu sağlamışlardır. [10]

Günümüzde özellikle tarım alanlarının artmasıyla su tüketimi de artmıştır. Su ihtiyacını

karşılamak için yeterli su temini konusu acil ve önemli zorunluluklardan biridir. Canlıların en

temel ihtiyaçlarından birisi sudur. Nüfus artışı, çevre kirliliği, maliyet, bilinçsiz su tüketimi,

iklim şartlarındaki değişim gibi sebeplerden dolayı sirkülasyonunu tamamlayamamasından

dolayı dünyanın pek çok yerinde su sıkıntısı yaşanmaktadır. Bu problemin çözülebilmesi

amacı ile alternatif su kaynakları arayışına girilmiş ve farklı teknolojiler geliştirilmiştir.

Tablo-1.2.’de de görüldüğü üzere Türkiye’deki suyun büyük bir kısmı tarım sektörü

Bitki Verim Artışı (%) Su Tasarrufu (%)

Şeker Kamışı 27 51,3

Yer Fıstığı 20 42

Muz 9,8 49,8

Patates 72,2 47

Soğan 25 33

8

tarafından kullanılmaktadır. Tarımsal sulamadaki yağmur suyu kullanımı bu oranlarda

gelişmiş ülkelere yaklaşmamızı sağlar. Türkiye’deki yağmur rejimi bu tip toplama sistemleri

için uygundur. Özellikle dağlık olan kıyı bölgelerinde yağış boldur (1,000–2,500 mm/yıl),

kıyılardan iç bölgelere gidildikçe yağış azalır.

Günümüzde özellikle, önemli miktarlara ulaşan sulama suyu ihtiyacı için genellikle

içilebilir şebeke sularının kullanılması hem çevresel hem de ekonomik açıdan önemli bir

kayıptır. Bunun için bazı toplu konut alanlarında, atık suların dönüştürülerek yeniden

kullanılma çabaları olsa da bunlar henüz çok yetersizdir. Yağış bakımından uygun bölgelerde

yağmur suyu toplama sistemlerinin kullanılmasıyla çok yönlü yararlar sağlanacağı açıktır.[1].

Tablo 1.2. Dünyada Sektörlere Göre Su Kullanım Oranları (%) [11]

Sektör Dünya Gelişmiş Ülkeler

Az Gelişmiş Ülkeler

Avrupa Türkiye

Tarım 70 30 82 33 74

Sanayi 22 59 10 51 11

İçme ve Kullanma Suyu

8 11 8 16 15

Yağmur suyu tutulması ya da depolaması, yağmur suyunun yenilenebilir bir kaynak

olması, bedava olması, nispeten doğal ve temiz olmasından dolayı yaygın olarak uygulanan

bir su tutma, depolama ve suyun ihtiyaç duyulan alanda kullanımına yönelik bir doğal kaynak

tasarruf yöntemidir.

Sulama sistemleri, sulanacak alanın büyüklüğüne göre, suyun kaynağından sulama

alanına taşınması için enerjiye de gereksinim duyarlar. Çoğunlukla bu enerji fosil yakıtlardan

sağlanmaktadır. Ancak günümüzde güneş, rüzgâr gibi yenilenebilir enerji kaynakları

kullanılarak enerji ihtiyaçlarının karşılandığı sulama sistemlerinin sayısı artış göstermektedir.

Bu çalışmada yenilenebilir kaynak (yağmur suyu) ve yenilenebilir enerji (güneş enerjisi) ile

temiz ve sürdürülebilir, damla sulama yöntemi kullanılarak verimli ve düşük maliyetli bir

sulama sistemi tasarlamak amaçlanmıştır. Sistem, yağmur toplama sistemi, güneş panelinden

enerji üretim sistemi ve damla sulama sistemi olarak üç alt sistemden oluşmaktadır. Bu

9

nedenle aşağıdaki bölümlerde yağmur suyu toplama sistemi, güneş enerjisi sistemi ve damla

sulama sistemi ve bileşenlerine ilişkin bilgilere yer verilmiştir.

1.1.2. Yağmur Suyu Toplama Sistemleri ve Bileşenleri

Yağmur suyu toplama sistemleri, günümüzde dünyanın birçok ülkesinde uygulanıyor

olmasına rağmen su sıkıntısı çeken ülkeler kategorisinde yer alan ülkemizde, bu konu ile ilgili

gelişmelerin henüz yeterli olduğu söylenemez. Günümüzde özellikle, önemli miktarlara

ulaşan sulama suyu ihtiyacı için genellikle içilebilir şebeke sularının kullanılması hem

çevresel hem de ekonomik açıdan önemli bir kayıptır. Bu yüzden yağış bakımından uygun

olan bölgeler de yağmur suyu toplama sistemlerinin kullanımının çok yönlü yararlar

sağlayacağı açıktır. [12].

Tablo 1.3. Türkiye’nin Su Kaynakları

Yağmur suyu toplama sistemleri, yağmur suyunun çatı gibi geçirimsiz ortamlarda

yakalanarak tutulmasını, iletim kanalları (oluk ve borular) ile depolanacak bölgeye

iletilmesini ve kullanım amacına uygun olarak sabitlenen tanklarda depolanmasını amaçlar.

Yağmur suyu depolama sistemleri temel olarak 6 bileşenden oluşur bunlar; su tutma ya da

diğer adı ile yakalama (havza) alanı, oluk ve boru sistemi, oluk süzgeçleri, ayıraçlar ve ana

filtreler, depolama tankları ya da variller, dağıtım sistemleri, arıtma ve su kalitesi

sistemleridir. Ayrıca kullanım amacı, ortama, imkanlara, ihtiyaca ve suyun önem derecesine

bağlı olarak değişir. Örneğin, bağ, bahçe, botanik parkları ile tarımsal sahaların sulanması,

içme ve kullanma suyu olarak kullanma, yeraltında su tutan jeolojik yapıların suni olarak

beslenmesi, atık su kanallarının yükünü azaltma gibi kullanım örnekleri ve yaygın

uygulamaları mevcuttur.[13] Projemiz de yağmur suyu depolama sistemi damla sulama

Yıllık Ortalama Yağış 643 𝑚𝑚/𝑚

Yıllık Yağış Miktarı 501 ∗ 10 𝑚

Buharlaşma 274 ∗ 10 𝑚

Yeraltına Sızma 41 ∗ 10 𝑚

Yıllık Yüzey Akış 186 ∗ 10 𝑚

Kullanılabilir Su Potansiyeli 98 ∗ 10 𝑚

Yeraltı Suyu 14 ∗ 10 𝑚

Toplam Kullanılabilir Su 112 ∗ 10 𝑚

10

sistemine aracı olarak kullanılacaktır. Bu nedenle sistemimizde depolanan yağmur suyu içme

ve/veya evsel kullanım amaçlı kullanılmayacağından arıtma ve su kalitesi sistemine ihtiyaç

duyulmayacaktır.

Şekil 1.5. Çatı Yüzeyinden Su Hasadı

Yağmur Suyu Yakalama Yüzeyleri (Çatılar)

Binayı oluşturan temel birleşenlerden biri çatıdır. Kimi zaman yapıyı tamamlayan

estetik bir tasarım, kimi zamanda yapıya sağladığı iklimsel konfor değerleri sayesinde

yaşanılır mekanlar oluşturma adına önemli yapı birleşenlerinden biri olarak mimarlık ve

mühendislik disiplinlerinde yoğun olarak ele alınan bir konu olarak karşımıza çıkmaktadır.

Türk Dil Kurumu sözlüğünde, “bir yapının, evin damını kuran parçaların bütünü” olarak

açıklanan çatı kelimesinin dilimizde yaygın olarak kullanılan eşanlamlısı olan “dam”,

“yapıları dış etkilerden korumak amacıyla üzerlerine yapılan çoğu kiremit kaplı bölüm”

olarak tanımlanmıştır. Çatı kavramı, yapıyı ve dolayısı ile içinde yaşayan insanları iklimsel

etkilerden ve doğal hayatın sebep olduğu çeşitli tehlikelerden korumak üzere insanlık tarihinin

ilk sayfalarından itibaren yerini almıştır. [14]

Küçük ve orta ölçekli yağmur suyu yakalama ve depolama projelerinde suyu

yakalamada akla ilk gelen sistemler çatılardır. Birincil olarak ev ya da fabrikanın çatısı

olabileceği gibi, ikincil öncelikli sahalar olan ahır, garaj, fabrika ambarları ve depolama

alanları da olabilir. İhtiyaca göre tüm sahalar kullanılmalıdır. Bu kapasitenin artması

demektir. Ancak, ev ya da fabrika çatısı gibi öncelikli birincil öncelikli çatılar önem arz

ettiğinden daha kaliteli malzeme ile yapılırlar. İkincil öncelikli ahır ya da ambar çatıları ise,

daha az kaliteli malzemeden yapılmış olabilir. Dolayısıyla kapasitesi arttırırken suyun kalitesi

bozulabilir. Sonuçta farklı çatılardan gelen suyun kalitesi, çatı malzemesi, iklim koşulları ve

çevreleyen ortamın bir fonksiyonudur. Bu dikkat edilmesi gereken çok önemli bir unsurdur.

11

Ayrıca çatı malzemesi, akış katsayısı (𝑐ç) yani birim zamanda yağış toplama alanından iletim

kanallarına varan su miktarı ile bu bölgeye düşen maksimum yağış miktarı arasındaki orana

etki eder. Tablo 1.4.’ de tüm çatı malzemeleri için akış katsayısı oranları verilmiştir.

Tablo 1.4. Çatı Malzemeleri İçin Akış Katsayıları [15].

Malzeme

Su Emme Oranı Akış Katsayısı (𝑐ç)

Kil Esaslı Malzemeler

%13

Yıpranmış Eski: 0,75 Yıpranmamış Eski:0,80

Yeni: 0,90

Çimento Esaslı Malzemeler

%3-17


Yeni: 0,80

Metal Malzemeler

%0 Dalgalı Eski: 0,70

Dalgasız Eski: 0,75 Dalgalı Yeni: 0,85

Dalgasız Yeni: 0,90

Bitüm Esaslı Malzemeler

%0-20


Yeni: 0,80

Polimer Malzemeler

%0-0,8


Yeni :0,90

Cam Malzemeler %0 0,90

Doğal Taş Malzeme

%3 Yıpranmış Eski: 0,20

Yıpranmamış Eski:0,35 Yeni: 0,50

Bitkisel Malzemeler %15-150 0,05-0,10

Çatılar farklı malzemelerden yapılmış olabilirler. Bunlara, metal malzemeli çatılar, kil

ve beton kiremitli çatılar, karışık ve asfalt kaplı çatılar, tahta kiremitler, asfalt kaplamalar ve

taş çatılar gibi örnekler verilebilir.

Çatılarda toplanacak suyun miktarı çatının malzemesinin emme özelliği, deseni ve

pürüzlülüğü ile doğru orantılıdır. Bu yüzden metal çatılar gözenekli olmadıklarından suyu

kiremit çatılar gibi emmezler. Desenleri de genelde dövülerek düzleştirildiği ya da direk

kalıptan çıktıkları için düzgündür. Pürüzlülükleri ise suyun akışını kolaylaştıracak şekilde

olup ihmal edilebilir seviyededir. Genel de bu avantajlarından dolayı yağmur suyu yakalama

sistemlerinde metal çatılar kullanılır.

12

Yağmur suyu tutmak üzere baştan planlanan yapılarda sıklıkla kullanılan metal çatı

malzemesinin ticari adı, Galvalum’dur. %55’i Alüminyum, %45’i ise Çinko’dur. Düz kalıplar

şeklindedir. Galvalum, yine fırınlanmış mine astarlı olarak da tercih edilebilir ya da epoksi

boyalarla boyanabilir. Sıklıkla bakır içerikli metallerin ya da bakırın çatı kaplamalarında

kullanıldığı görülmektedir. Bunun bazı sakıncaları vardır. Bakır dış etkenler ile atmosferik

koşullarda etkilenen bir malzemedir. Renk değiştirir ve solar. Metal kaplı çatılar üzerlerinde

diğer çatı malzemeleri kadar çok kir tutmazlar ancak güneş enerjisini direk absorbe

ettiklerinden daha fazla ısınırlar ve geçici de olsa tıkanma halinde kirletici etmenlerin suda

çözünmelerini bir miktar daha kolaylaştırırlar.

Genel olarak tutulacak su miktarı bölgeye düşen yağışa, yağışın frekansına, yağışın

süresine, şiddetine, yağmur esnasında rüzgârın durumuna, çatının kapladığı alana, çatının

konumuna, çatı malzemesinin cinsine, sistemimizin kapasitesine ve sistemin izolasyonuna

bağlıdır. Kurak bir iklim bölgesinde, çatı ne kadar geniş, sistem depolama hacmi ne kadar

büyük olursa olsun, yağmur yeterince yağmıyorsa yeterli su tutulamaz. Yağıştan iyi su

toplanması, genellikle yoğun, uzun süreli ve yumuşak yağışlarda mümkündür.

Su toplama alanları kısaca çatıların kapladığı alanların yatay düzlemdeki izdüşümleridir.

Başka bir değişle, çatının şekline bakılmaz, alan önemlidir. Eğer, çatı alanı aynı, kullanılan

çatı malzemesi de aynı ise, çatının şekli ne olursa olsun, aynı miktarda su tutulur. Rüzgâr her

çatıyı farklı şekilde etkiler, bu da alınan yağış miktarının etkilenmesi anlamına gelir. Ancak

bu tür çalışmalarda ihmal edilebilir. Dikkat edilecek husus, çatının her bölgesinin oluklu olup

olmadığıdır. Eğer çatının yalnızca bir tarafı oluklu ise, drene edilen o bölgenin yatay

izdüşümü su toplama alanı olarak kabul edilir. [13]

Şekil 1.6. Örnek Çatı Görseli

13

Su Yolları (Oluklar)

Su yollukları ya da diğer adıyla oluklar, çatıların saçaklarına yerleştirilen ve yağmur

suyunu toplayan drenaj kanallarıdır. Diğer bir değişle, çatıya düşen yağışın yoğunlaşarak

toplandıkları akım ya da su kanallarıdır.

Esas amaçları, yağmurla gelen suyun çatı üzerinden yapıya ilave bir su yükü

getirmeden, binanın yanal yüzünde herhangi bir zarara meydan vermeden emniyetli bir

biçimde alınarak atık su kanallarına verilmesidir. Ancak, yağmur suyu toplama projelerinde

bu su atık su kanallarına verilmeyerek depolama tanklarına iletilecektir. Dolayısıyla olukların,

uygun malzemelerden ve mevcut yağmur suyunu emniyetli bir şekilde tasarlanması çok

önemlidir.

Şekil 1.7. Örnek Su Yolları Görseli

Oluklarda dikkat edilmesi gereken önemli noktalardan biri de eğimin düzgün verilmesi,

hiçbir noktada geriye akışım ya da birikmenin olmamasıdır. Sabit ve tatlı bir eğim

verilmelidir. Birikme olan noktalarda, böceklerin teması ya da ölüleri, hayvan pislikleri ya da

birikmiş organik madde ile yaprak ve toz gibi rüzgarla gelmiş kirleticiler olabilir. Bu

kirleticilerin su birikintisinde bir diğer yağmura kadar beklemeleri su içerisinde daha çok

çözülmeleri ve daha etkin olmaları anlamına gelir. Suyun kalitesi, kokusu, rengi bozulur ve

beklenmeyen sağlık problemlerine yol açabilir. Olukların saçaklara sıkı bir biçimde

sabitlenmesi, muhtemel su kayıplarını ve kirlenmeyi önleyecektir.

Olukların mevcut suyu taşıyabilecek şekilde modellenmesi, yağmur süresince gelen

suyun herhangi bir noktada oluk yatağından taşmadan ötelenerek dikey borulara verilmesi

demektir. Şiddetli yağışlarda dikey boruların su alma kapasitesi aşıldığında, su olukta hızla

yükselecek ve en sonunda taşacaktır. Taşması, oluk sisteminin zarar görmesinden çok yağmur

14

suyunun kaybedilmesi anlamına gelir. Kurak, yarı kurak ya da yağışın az olduğu bölgelerde

yağmurun yağmaması kötüdür, ancak suyun sistem kapasitesinin yanlış hesaplanmasından

dolayı kaybı daha da kötüdür. Bilindiği gibi, çatı yüzeyine düşen yağmur damlaları, eğim

boyunca çatı üzerinden akarak oluklara damlalar, düz yüzeylerde belirli bir kalınlıktaki

alansal akış ya da dalgalı yüzeylerin yarattığı kanallardaki hızlı su akışı olarak düşerler.

Dalgalı yüzeylerin oluşturduğu kanallardaki suyun hızı konsantrasyondan dolayı daha

fazladır. Oluklu kiremitli çatılar gibi dalgalı yüzeylerdeki bu akışın yatay hız bileşeninden

dolayı suyun bir miktarı oluğa düşmeden dışarıya çıkar ve yağmur suyunun bir miktarı

istemeden kaçırılmış olur.

Burada yağışın şiddeti ve yönü çok önemlidir. Oluğun su tutma performansı da bu

parametrelerden etkilenerek dakikadan dakikaya değişiklik gösterir. Genel anlamda, oluğun

suyu yakalama performansı şu parametrelere bağlıdır, oluk genişliği, düşüş uzaklığı, çıkma

mesafesi, oluk üstü mesafesi ve hız engelidir. [13]

Depolama Tankları

Depolama tankları yağmur suyu depolama sistemlerinin en pahalı ve en hassas

parçasıdır. Çatıdan gelen yağmur suyunun depolanmasında seçilecek kapasite birçok

parametreye göre belirlenir. Bunlar, bölgesel yağıştan gelecek olan su miktarı, toplam ihtiyaç,

yağmursuz geçecek sürelerin uzunluğu, toplam su tutma alanı, deponun konulacağı alanın

durumu ve estetiği, kişisel tercihler ve ekonomi olarak sıralanabilir.

Depolama tanklarının temel özellikleri bakımından ışık geçirmez ve saydam olmayan

maddelerden yapılmalıdır. Bu özellikler ya temin edilirken ya da sonradan su kimyasını

bozmayacak boyalar ile boyanarak da sağlanabilir. Böylece yosun gibi oluşumların önüne

geçilmiş olur.

Depolama tanklarının yerleştirilmesi de çok önemlidir. Depolar suyun tutulduğu

düzenekten ve sık sık kullanılan yerlerin dışında daha sakin yerlere konulmalı, kullanım

bölgesine ise yakın olmalıdır. Özellikle gün ışığından uzakta, serin ve karanlık yerlerde

olmalıdır. Pompalara kolaylık sağlamak veya kot farkından yararlanarak kullanımda depolar

mümkün olduğunca kot olarak yüksek alanlara yerleştirilmelidir. Bunlar tasarım sırasında

detaylı şekilde kontrol edilmeli ve depo girişinin dikey yağmur suyu borusunun en alçak

kotundan daha alçakta olması gerekmektedir. Borunun en alt seviyesi ile depo giriş kotu

arasında yük kayıplarından kaynaklanan akış problemini rahatlatmak için birkaç 10cm dikey

mesafe olmalıdır.

Su depolarının yüzeyde ya da yeraltında gömülü olsun, ister yüzme havuzu tipinde

isterse de kapalı beton ya da plastik ols

üzerinin örülmesi önemlidir. Çünkü yağmur suları bu alanlara daha kolay nüfus ederek

toprağın şişmesini sağlarlar ve depoya binen yanal yükü arttırabilirler. Ayrıca gömme

depoların üzeri işaretlenerek, yük

sağlanmalıdır. Depoların üzerinin örtülmesi, güneş ışınlarından, kir ve havadaki maddelerden;

kemirgenler, kuşlar, böcekler, suyu seven hayvanlar ve sürüngenlerin temas etmesi,

yakınlarda ölerek kirlilik oluşturm

erişememelerini, organik maddelerin karışmasını, çözülmesini vb. etkileri ortadan kaldırır.

Yağmur suyu depolaması projelerinde depolanan suyun miktarı yıllık bazda yeterli olsa

dahi bazı aylarda su yetmeyebilir. Eksik olan suyun bu suyun geçici olarak farklı

kaynaklardan tamamlanması gerekir. Bu kaynaklar, eğer mevcut su hattı var ise şebekeden,

kuyu varsa yeraltı suyundan ya da dışarıdan taşınarak getirilen sulardan tamamlanmalıdır.

Eğer şebeke suyundan alınma yapılıyorsa su temiz sudur ve ek bir işlem yapmaya gerek

yoktur. Sistemimizde de yağmur suyunun yetersiz olduğu durumlarda şebeke suyundan

yararlanılacaktır. [13]

Şekil

Ülkemizde ve dünyada yağmur suyu

15



isterse de kapalı beton ya da plastik olsun mutlaka örtülmelidir. Özellikle gömme depoların



depoların üzeri işaretlenerek, yük binmemesini ya da üzerinden araç geçmemesi



yakınlarda ölerek kirlilik oluşturması ya da artıklarını yakınlara bırakması ile kolayca



tmeyebilir. Eksik olan suyun bu suyun geçici olarak farklı



an alınma yapılıyorsa su temiz sudur ve ek bir işlem yapmaya gerek


Şekil 1.8. Örnek Depolama Tankı Görseli

Ülkemizde ve dünyada yağmur suyu toplama sistemi örnekleri:



un mutlaka örtülmelidir. Özellikle gömme depoların



da üzerinden araç geçmemesi



ası ya da artıklarını yakınlara bırakması ile kolayca



tmeyebilir. Eksik olan suyun bu suyun geçici olarak farklı



an alınma yapılıyorsa su temiz sudur ve ek bir işlem yapmaya gerek


16

New York’taki Dünya Ticaret Merkezi. Bu gökdelende yağmur suları çatıda

toplanarak etraftaki parkın sulanmasında ve bu binanın soğutulması için

saklanmaktadır ki bu işlem bina soğutmasında kullanılan enerjide %25 oranında

tasarruf sağlanmaktadır.

Almanya’da Marburg Tenis Kortu, dışarıdan temin edilen yağmur suyu ile

sulanmaktadır.

Siemens fabrikası Türkiye’de yeşil bina derecelendirme sertifikası LEED’i alan ilk

fabrika olma özelliğine sahiptir. Fabrikada yağmur suları çatıda kurulan sistem ile

toplanmakta ve sulama suyu olarak değerlendirilmektedir. [16]

Şekil 1.9. Yeşil Bina Derecelendirme Sertifikası Leed’i Alan Siemens Fabrikası

1.1.3. Güneş Enerjisi Sistemi ve Bileşenleri

Yenilenebilir enerji kaynakları arasında güneş enerjisi adından da anlaşılabileceği gibi

güneş kaynaklı bir enerji çeşididir. Güneş büyük bir yenilenebilir ve çevre dostu enerji

kaynağıdır. Güneş enerjisi ile ısı veya elektrik üretimi gerçekleştirilebilir.

Güneş enerjisinin kaynağı güneş yüzeyinde bulunan helyumun hidrojene dönüşmesi ile

oluşan füzyon reaksiyonlarıdır. Bu enerjinin şiddeti dünya atmosferi dışarısında yaklaşık 1370

W/m² değerinde iken, dünyanın atmosferinin etkisi ile azalarak yeryüzünde 0-1100 W/m2

değerleri arasında değişim göstermektedir.

17

Yenilenebilir enerji kaynaklarının başında gelen güneş enerjisi, sağladığı avantajlar ve

ekonomik getiri nedeniyle dünyada güneş enerjisi kullanımı oranının artmasını sağlamıştır.

Güneşten yararlanmak için ülke genelinde güneşli gün sayısının fazla olmasına gerek

olmadığı tezini ortaya çıkaran ülke Almanya, şu anda dünyanın en çok güneş enerjisi üreten

ülkelerinin başında geliyor.

Güneş enerjisi genellikle Türkiye de su ısıtmasında kullanılmaktadır. Güneş

enerjisinden elektrik elde etme teknolojik imkanların yaygınlaşmasıyla hız kazanmaktadır.

Türkiye güneş enerjisi bakımından zengin bir bölgede yer almasına rağmen güneş

enerjisinden yeteri kadar faydalanamamıştır. T.C Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı

tarafından hazırlanan, Türkiye’nin Güneş Enerjisi Potansiyeli Atlas’ına (GEPA) göre, yıllık

toplam güneşlenme süresi 2.737 saat (günlük toplam 7,5 saat), yıllık toplam gelen güneş

enerjisi 1.527 kWh/m².yıl (günlük toplam 4,2 kWh/m²) olduğu tespit edilmiştir. [17]

Türkiye, yaklaşık 114 gün boyunca güneş enerjisi potansiyeline sahiptir. Bundan dolayı

gerekli yatırımların yapılması halinde yılda ortalama olarak 1.100 kWh/m2’ lik güneş enerjisi

üretebilir.

Şekil 1.10. Türkiye Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası

Tablo 1.5. Türkiye’deki Güneş Enerji Santralleri (Ocak 2017 itibarıyla) [18]

Aktif Santral Sayısı 500

Kurulu Güç 691 Mwe

Kurulu Güce Oranı 0.88%

18

Yıllık Elektrik Üretimi GWh 1022 GWh

Üretimin Tüketime Oranı 0.39%

Lisans Durumu 2 Lisanslı 489 Lisanssız

Şebeke Bağlantısı 498 Var , 2 Yok

Tablo 1.6. Türkiye’nin Yıllık Güneş Enerji Potansiyelinin Bölgelere Göre Dağılımı [19]

Bölge

Toplam Güneş Enerjisi (𝑘𝑊/𝑚 ∗ 𝑌ı𝑙)

Güneşlenme Süresi

(Saat/Yıl)

Güneydoğu Anadolu 1460 2993

Akdeniz 1390 2956

Doğu Anadolu 1365 2664

İç Anadolu 1314 2628

Ege 1304 2738

Marmara 1168 2409

Karadeniz 1120 1971

Güneş enerjisinden elektrik üretimi için gereken ana bileşenler, güneş panelleri,

regülatör, inverter ve solar akülerdir. Şekil 1.11. de güneş enerjisi sistemi ve bileşenleri genel

olarak gösterilmiştir.

19

Şekil 1.11. Güneş Enerjisi Sistemi ve Bileşenleri

PV Paneller (Fotovoltaik Güneş Panelleri)

Güneş enerjisinden elektrik üretiminde ilk akla gelen, güneş ışınlarını elektrik haline

çeviren güneş pilleri yani fotovoltaik hücrelerdir. Fotovoltaik kelimesi, güneş ışığını oluşturan

parçacıklar yani fotonlar sözcüğü ile elektrik voltajı olan volt kelimesinden gelir.

Güneş panelleri, yarı iletken özelliğe sahip olan yüzeyine gelen güneş ışığını elektrik

enerjisine çeviren aygıtlardır. Güneş hücrelerinin üzerine güneş ışınları düştüğünde hücrelerin

uçları arasında elektrik gerilimi oluşur.(Şekil 1.12.) Bu olay fotovoltaik ilke olarak bilinir.

Güneş panelleri fotovoltaik ilkeye göre çalışmaktadır. Güneş hücrelerinin genel yapılarına

bakıldığında yüzey şekillerinin dikdörtgen, daire veya kare biçiminde olabileceği görülür.

Şekil 1.10 da dikdörtgen bir PV panelinin bileşenleri gösterilmektedir.

20

Şekil 1.12. Güneş Işınlarının Güneş Hücrelerinde Elektrik Gerilimi Oluşturması

Şekil 1.13. PV Panel Bileşenleri

Şarj Regülatörü

Şarj regülatörü, akülü/ bataryalı sistemlerin başıdır. Solar modül, tüketici ve akü/

batarya arasındaki elektrik akımını kontrol eder. Şarj regülatörü akünün/ bataryanın aşırı

yüklenmesini ve tamamen bitmesini önleyerek akü/ batarya ömrünü maksimum düzeye

çıkarır. Buna ek olarak, işletme verileri sağlar ve tüm önemli kontrol ve güvenlik işlevlerini

gerçekleştirir.

Solar akü/ batarya tamamen şarj olmadığı sürece regülatör maksimum elektrik akımına olanak

tanır. Akü/ Batarya tamamen şarj olduğunda şarj akımını keser. Basit regülatörler, sadece

elektrikli solar modülün akü/ batarya bağlantısını keser.

Çerçeve

Cam

Silikon Elastomer

Güneş Hücresi

Silikon Elastomer

Arka Tabaka

Bağlantı Kutusu

İnverterler

İnverter bir anlamda çeviricidir.

dalgalı akım) gerilimi elde etmek için kullanılan bir cihazdır.

olmadığı bir yerde 12 ve 24 voltluk

üretemez ve üretmezler. Kullan

v alternatif akıma çevirir. İnverterler şebekeye basılacak elektriğin kalitesini,

frekansını, AC-DC akım türünü ayarlar. Bu unsurlar şebeke kalitesini etkileyici en önemli

unsurların başında gelmektedir. Genel olarak inverter özelliği

ayarı yapabilmesidir. Yani inverter önce şebekelerdeki gerilimleri doğrultur, şebekede

meydana gelen tüm gerilim dalgalanmaları, pikleri ve bozucu elektrik dalgalanmalarını ara

devre elemanı olan kondansatör ve bobinlerde filtreleyip temizler.

Aküler / Bataryalar

Solar aküler / bataryalar

üniteleridir. Kurşun aküler/ bataryalar en yaygın kullanılan türdür, uygun maliyetli olmaları

ve fazla bakım gerektirmemeleri nedeniyle fotovoltaik sistemler için idealdir.

Akülerin/ Bataryaların enerji yoğun

Enerji yoğunluğu ne kadar yüksek olursa akü/ batarya yüksek akımları daha iyi kabul eder ve

kullanım ömrü o kadar uzun olur.

21

Şekil 1.14. Basit Şarj Regülatörü

İnverter bir anlamda çeviricidir. İnverter DC (doğru akım) geriliminden

gerilimi elde etmek için kullanılan bir cihazdır. İnverter sayesinde elektriğin

12 ve 24 voltluk aküden 220 volt enerji elde edilir. İ

Kullanılan tüm enerjiyi akülerden çekilir ve 12 volt

nverterler şebekeye basılacak elektriğin kalitesini,

C akım türünü ayarlar. Bu unsurlar şebeke kalitesini etkileyici en önemli

unsurların başında gelmektedir. Genel olarak inverter özelliği 0,5 ile 2000 Hz


dana gelen tüm gerilim dalgalanmaları, pikleri ve bozucu elektrik dalgalanmalarını ara

devre elemanı olan kondansatör ve bobinlerde filtreleyip temizler.

/ bataryalar (Şekil 1.15.), toplanan enerjinin depolandığı enerji saklama



Akülerin/ Bataryaların enerji yoğunluğu, kilogram başına watt-saat cinsinden ölçülür.


kullanım ömrü o kadar uzun olur.

geriliminden AC (alternatif

nverter sayesinde elektriğin

ir. İnverterler elektrik

12 volt doğru akımı 220

nverterler şebekeye basılacak elektriğin kalitesini, gerilimini,

C akım türünü ayarlar. Bu unsurlar şebeke kalitesini etkileyici en önemli

0,5 ile 2000 Hz arasında hız


dana gelen tüm gerilim dalgalanmaları, pikleri ve bozucu elektrik dalgalanmalarını ara

toplanan enerjinin depolandığı enerji saklama



saat cinsinden ölçülür.


22

Şekil 1.15. Solar Akü

Yüksek kalite solar aküler/ bataryalar aşağıdaki özelliklere sahiptir;

Uzun kullanım ömrü Yüksek enerji yoğunluğu Kendi kendine bitme oranının düşük olması İdeal şarj kabulü Yüksek işletme güvenliği Isıya dayanıklılık Aşınmaya dayanıklılık

1.1.4. Damla Sulama Yöntemi ve Sistem Bileşenleri

Damla sulama yoğun sulu tarımda kullanılmak üzere geliştirilmiş olan bir yöntemdir.

Damla sulaması toprak yüzeyine veya yüzeyin hemen altına yerleştirilen, haznedeki suyu

boşaltmak için, küçük çaplı orifis adı verilen delikler yardımıyla, arıtılmış suyu toprak

yüzeyine veya içerisine veren bir sistemdir.

Bu sistem suyun belirlenmiş bir desene alçak basınç altında verilmesine imkân sağlar.

Bu sistemde su yaygın boru ağı aracılığı ile her bitkiye kadar götürülür. Öte yandan bitkilere

verilecek gübreler de sulama suyu ile birlikte verilebilir. Kısaca sistemin esası, bitkinin

ihtiyaç duyduğu su ve besin maddesi miktarını optimum seviyede tutmaktır. Bu yöntem sera,

meyve, sebze bahçelerinde en çok kullanılan ve ekonomik su kullanımı sağlayan bir

yöntemdir. [20]

Damla sulamanın yararları:

Az su uygulamalarıyla bitkide stres yaratmadan yetiştiriciliğe olanak sağlaması, yüzey

akış ve derine sızma oluşturmadığından su besin kayıpları oluşmaması, tuz oranı çok yüksek

olan sularda sulama yapılabilmesine olanak sağlaması ve yabancı otların gelişimine imkân

23

tanımaması önemli yararlarındandır. Ayrıca sulama ile birlikte gübreleme ve ilaçlama

yapılabilmesi, gübre ve ilaçtan yarı yarıya tasarruf sağlaması, hastalıkların yok denecek kadar

asgariye indirilmesi damla sulama yönteminin tercih edilme sebepleridir. Damla sulama

yönteminde arazi engebeli olsa da sulama randımanlı yapılır, Bitkilere su ve gübre dağılımı

eşit yapılır bu sebepten aynı zamanda olgunlaşma gerçekleşir. [20]

Damla sulama sisteminin elemanları:

Su kaynağı

Pompa ünitesi

Kontrol ünitesi

Hidrosiklon (Kum ayırıcı)

Gravel filtre (Kum-çakıl filtresi)

Elek filtre

Gübre tankı

Basınç regülatörü

Su ölçüm araçları

Manometreler

Vanalar

Ana boru hattı

Manifold boru hattı

Lateral borular

Damlatıcılar

Su Kaynağı

Damla sulama için gerekli olan suyun sulamanın gerçekleşeceği ortam ile aynı seviyede

ya da daha yüksekte olması gerekmektedir. Sulamanın gerçekleşeceği ortamın su kaynağından

daha yüksekte olması durumunda ise kaynaktan santrifüj pompayla iletilir. Kullanılacak

kaynağın toz, kum, sediment ve yüzücü cisimlerden korunması için örtülmesi gerekir. Ayrıca

fazla miktarda kalsiyum ve magnezyum bileşikleri ile demir bileşikleri içeren sular da damla

sulama yöntemi için uygun değildir. [21]

Pompa Ünitesi

24

Kaynaktan daha yüksekte bulunan sulama alanlarına sulama suyu pompa ile taşınır.

Damla sulama sistemleri düşük basınçla (0,5 – 2 atm) çalıştığı için santrifüj pompa

kullanılmaktadır. Seçilecek pompa tipi, kaynağın türüne, sulamam alanının büyüklüğüne ve

kaynak-sulama alanı arasındaki kot farkına göre belirlenir. [10]

Kontrol Ünitesi

Damla sulama yönteminde damlatıcı deliklerinin tıkanmasını önlemek için suyun

sisteme verilmeden önce çok iyi süzülmesi gerekir. Kontrol birimi bu işlemin yapıldığı

birimdir. Kontrol birimi genellikle ana boru hattının başlangıcına kurulur ve birimde bulunan

elemanlar şunlardır: hidrosiklon, kum-çakıl filtre, elek filtre, gübre tankı, basınç regülatörü, su

ölçüm araçları, manometreler, vanalar.

Suda bulunun iri parçacıkların sisteme girmeden tutulmasından hidrosiklon sorumludur.

Su, hidrosiklonda yukarıdan aşağıya doğru hareket eder ve iri cisimler kendi ağırlığıyla dibe

çöker. Tabanda biriken kum belirli aralıklarla temizlenir. Gravel filtre ile su içinde bulunan

sediment ve yüzücü parçalar tutulur. Su, gravel filtreye üstten girer ve yüzücü cisimler

yukarıda kalır. Tankın tabanında, etrafı elek filtre ile sarılmış delikli boru bulunur. Burada

amaç, tanktan su ile kumun çıkışını engellemektir. Elek filtre tankında ayrıca suyun alttan

girişini ve üstteki vanadan çıkışını sağlayan geri yıkama borusu bulunur. Bu boru aracılığıyla,

zaman zaman tankın üst kesiminde biriken sediment ve yüzücü cisimler yıkanarak tank

temizlenir. Elek filtreden sonra sisteme suyun sabit ve belli bir basınç altında girmesini

sağlayan basınç düzenleyicisi konulur. Basınç düzenleyicileri gerektiğinde manifoldların

başına da konulabilir. Yine kontrol biriminde kum-çakıl tankının giriş ve çıkışına elek

filtrenin de önüne basınçölçerler yerleştirilir. Böylece basınç değişimleri takip edilerek

filtrelerin tıkanma dereceleri belirlenir ve zamanında temizlenir. Damla sulama sistemlerinde

bitki besin maddeleri sulama suyuna karıştırılarak uygulanır. Bu amaçla sıvı gübre kullanılır.

Sulanacak alanın büyüklüğüne göre hesaplanan sıvı gübre miktarı, kontrol birimindeki gübre

tankının içerisine konur. Gübre tankı ana boruya üzerinde vanalar bulunan hortumlarla iki

noktadan bağlanır. Biri gübre tankına su girişi, diğeri ise su çıkışı içindir. Ana boru üzerine

ayrıca, değinilen iki nokta arasında basınç farklılığı yaratmak amacıyla bir vana daha

yerleştirilir. Gübre uygulanacağı zaman ana boru üzerindeki vana kısmen kapatılır, gübre

tankı giriş ve çıkış vanaları açılır. Böylece, ana borudaki suyun bir kısmı gübre tankına girer,

sıvı gübre ile karışır ve tekrar ana boruya döner. Örnek kontrol ünitesi şeması Şekil 1.16’da

verilmiştir. [21]

Ana Boru Hattı

Ana boru hattı, kaynaktan gelerek pompa kontrol ünitesinden geçen suyu yan boru

hattına iletir. Genellikle sert plastik PVC(PoliVinilClorur) veya esnek PE(Polietilen)‘den

üretilen borular kullanılır. Ana boru hattı, sabit sistemlerde genellikle toprak altına gömülür.

[10]

Manifold Boru Hattı

Suyu ana boru hattından lateral boru hattına ileten kısımd

boru hattına bağlanması durumunda su girişini denetlemek için her lateralin başına bir

vananın yerleştirilmesi zorunluluğu vardır. Bu ise hem sistem maliyetini çok önemli

boyutlarda arttırır hem de sistemin işletilmesini güçle

lateral boru hattı manifold boru hattına bağlanır ve manifoldun ana boru hattıyla bağlantısı bir

vana ile sağlanır. [21]

Lateral Boru Hattı

Yan boru hattından alınan suyu arazide dağıtarak damlatıcılara veren boruların

oluşturduğu boru hatlarıdır. Bunlara su dağıtım boruları veya lateral borular da denir.

Damlatıcılar bunların üzerine 20 cm de bir delik olacak şekilde yerleştirilmiştir. Bu hat

25

Şekil 1.16. Kontrol Ünitesi


enellikle sert plastik PVC(PoliVinilClorur) veya esnek PE(Polietilen)‘den


Suyu ana boru hattından lateral boru hattına ileten kısımdır. Laterallerin doğrudan ana



boyutlarda arttırır hem de sistemin işletilmesini güçleştirir. Bunun yerine, belirli sayıdaki




Damlatıcılar bunların üzerine 20 cm de bir delik olacak şekilde yerleştirilmiştir. Bu hat


enellikle sert plastik PVC(PoliVinilClorur) veya esnek PE(Polietilen)‘den


Laterallerin doğrudan ana



ştirir. Bunun yerine, belirli sayıdaki




Damlatıcılar bunların üzerine 20 cm de bir delik olacak şekilde yerleştirilmiştir. Bu hatların

yapımında esnek özellikte PE borular veya yumuşak PVC borular kullanılır. Şekil 1.17’de

lateral boru hattı gösterilmiştir. [10]

Damlatıcılar (Emitör)

Sulama suyunu basınçsız veya sıfıra yakın basınçlı ve çok düşük debi ile toprağa

ulaştıran elemanlardır. Damlatıcı borularının (lateral) bir parçası konumundadırlar. Damlatıcı

borularda, boru boyunca su damlayarak azalarak ilerlemektedir hem basınç hem de

boyunca giderek azalmaktadır bu nedenle çapları genellikle 0,2

1.18’de standart bir emitör verilmiştir. [9

26


lateral boru hattı gösterilmiştir. [10]

Şekil 1.17. Lateral Boru Hattı



borularda, boru boyunca su damlayarak azalarak ilerlemektedir hem basınç hem de

boyunca giderek azalmaktadır bu nedenle çapları genellikle 0,2–2 mm arasındadır. Şekil

1.18’de standart bir emitör verilmiştir. [9ṁ]

Şekil 1.18. Damlatıcılar




borularda, boru boyunca su damlayarak azalarak ilerlemektedir hem basınç hem de debi boru

2 mm arasındadır. Şekil

27

1.2. Literatür Taraması

Dukes 2003 yılında “Nem Algılayıcılı Otomatik Sulama Sistemi” adlı çalışması ile aynı

türdeki ürünler için %50 oranında su tasarrufu sağlamıştır.

2006 yılında Kırnak yaptığı ‘’Bilgisayar Kontrollü Toprak Nemini Ölçen Otomatik

Damlama Sulama Sistemi’’ çalışması ile kontrollü sulama ile yetersiz sulama probleminin

çözülebileceğini ortaya koymuştur.

Kocakuşak 2018 yılında ‘’Yenilenebilir Enerji Kaynaklarından Güneş Enerjisinin,

Türkiye’deki Önemi ve Ges Kurulum Araştırması’’ adlı yüksek lisans tezinde, dünyada

yenilenebilir enerji kaynaklarından ve bu alandaki gelişimlerden bahsedilmiştir. Dünyanın

yanı sıra ülkemizdeki yenilenebilir enerji kaynakları ile güneş kaynaklı enerji üretim

sistemlerinden söz edilmiştir.

Yeşilata ve Aktacir 2001 yılında güneş enerjisi kullanan pompaların ilk yatırım

masraflarının yüksek olmasına karşın işletme masraflarının az olmasından dolayı kısa

zamanda ekonomik duruma geçebileceklerinden bahsetmişlerdir.

İ. Bektaş, A. Dinçer ve Z. Biçer'in Nisan 2018 yılında 'Çatı Kaplama Malzemelerinin

Yağış Suyu Toplanmasına Etkisinin İncelenmesi' adlı çalışmalarında 9. Ulusal Çatı & Cephe

Konferansında doğal unsurların (rüzgâr vb.) dışında çatı kaplama malzemeleri de yapısal

özellikleriyle yağış sularının toplanmasında etkili olduğunu, bu özelliklerin suyu bünyesinde

kullanma, gözenekli yapısı sayesinde yüksek emme oranına sahip olma, malzeme sertliği

dolayısıyla yağış damlalarının çarpıp sıçraması ve ısı tutumu gibi değişkenler olduğunu

göstermişlerdir.

1.3. Kısıtlar ve Koşullar

Küresel ısınmanın neden olduğu iklim değişikliklerinin bir nedeni de şehirlerin

betonlaşıp geçirimsiz tabakalarla kaplanması ve yağmur suyunun kötü yönetilmesidir. Sadece

tarımda değil aynı zamanda peyzaj uygulamalarında da kullanılabilecek, enerjisini güneşten,

kullanım suyunu yağmurdan karşılayan ve bu şekilde kendi kendine yetebilen bir damla

sulama sistemi tasarımı aşağıdaki kısıtlar ve koşullar altında yapılmıştır.

Yağmur suyu hasadı yapılacak çatı alanı 100 m2 olarak kabul edildi.

28

Çatı malzemesi metal dalgasız ve yeni olarak kabul edildi.

Filtre etkinlik katsayısı standartlardan 0,9 olarak alındı.

Çatıdaki kayıp katsayısı yüzde 80 olarak kabul edildi.

Yağış oranı Trabzon ili yağış rejimi baz alınarak hesaplanmıştır.

Güneş panellerinden üretilecek elektrik, Trabzon ilindeki aylık güneş düşme

oranı baz alınarak 1 kW’lık panel için hesaplandı.

Pompa için gerekli gücü karşılamak için sistemde inverter dönüştürücü

kullanılmalıdır.

Gerçek sistemi uygulama zorluğu nedeniyle çalışmada küçük ölçekte bir prototip sistem

tasarlanması düşünülmüş ve bu tasarım için de aşağıdaki kısıtlar ve koşullar kullanılmıştır:

Sulama için gerekli suyun depo içerisinde her zaman belirlenen miktar kadar

mevcut olduğu kabul edildi.

Sistem pompasız olarak tasarlandı ve sistem içerisinde suyun dolaşımı kot

farkından yararlanarak sağlandı.

Sistemde pompa kullanılmadığı için güneş enerjisinden üretilen elektrik

aydınlatma amaçlı kullanıldı.

Damlatıcı çıkış debisi standartlara göre 2.31 lt/h ve çıkış çapı 1 mm olarak kabul

edildi.

Sulama yapılacak alan 1 m2 olarak seçildi.

Yetiştirilecek ürün karalahana kabul edildi ve damlatıcı aralıkları tarım

sektöründeki yetkin kişilerin tecrübe ve bilgilerinden yararlanılarak 30 cm

seçildi.

1.4. Karşılayabileceği Gereksinimler

Gün geçtikçe artan enerji ihtiyacı ve küresel ısınmanın da etkileriyle azalan su

kaynaklarına ihtiyaç artmıştır. Sistem daha az suyla daha verimli bitki yetiştiriciliği yapmak

amacıyla tasarlanmıştır. Yağmur suyu biriktirilerek kaynak su olarak kullanılacak ve aktif

sistem için bir pompa yardımıyla; pasif sistem içinse pompasız olarak sisteme verilecektir.

Biriktirilen yağmur suyu yetersiz kaldığında sistemin sürekliliğinin devam etmesi adına

şebeke suyu sisteme verilecektir. Güneş enerjisinden elde edilen güç pasif sistemde

aydınlatma amacıyla kullanılacaktır. Güneş enerjisi aktif sistemde aydınlatmanın yanı sıra

29

pompaya da güç verecek şekilde kullanılacaktır. Tüm bileşenlerin konvansiyonel şekilde

çalışmasıyla kendi kendine yetebilen verimli bir sulama sistemi ortaya çıkmaktadır.

30

2. HAFTALIK ÇALIŞMA PROGRAMI

Proje için öngörülen süre 13 haftadır. Tablo 2.1.’de haftalık çalışma programı

verilmiş ve ardından iş paketlerinin içerikleri sunulmuştur.

Tablo 2.1. Haftalık çalışma programı

İş Paketleri 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

İş Paketi 1

İş Paketi 2

İş Paketi 3

İş Paketi 4

İş Paketi 5

İş Paketi 6

İş Paketi 7

İş Paketi 1 – Güneş enerjisi ve yağmur suyu kullanan bir damla sulama sisteminin

araştırılması.

İş Paketi 2 – Kapsamlı bir şekilde literatür araştırmasının yapılması.

İş Paketi 3 – Sistem bileşenleri hakkında ayrıntılı araştırmaların yapılması.

İş Paketi 4 – Sistemin genel olarak tasarlanması.

İş Paketi 5 – Tasarlanan sistemin bilgisayar ortamında çizilmesi.

İş Paketi 6 – Hesaplamaların tamamlanıp sonlandırılması.

İş Paketi 7-- İlk altı aşamada yapılan çalışmaların ve sonuçlarının raporlanması, bu

raporun danışmanlara sunulması.

3. MÜHENDİSLİK HESAPLAMALARI VE ANALİZLERİ

3.1 Yapılan Hesaplamalar

3.1.1. Çatıda Tutulacak Yağmur Suyu Hesabı

Çatıda tutulacak yağmur suyu için aşağıdaki bağlantıyı kullanabiliriz. Bağlantıya ek

olarak filtre etkinlik ve kayıp (yağış düzensizliği & depo doluluğu) katsayıları eklenebilir.

�̇� = 𝑐ç. 𝑖. 𝐴. 𝑐

Filtre etkinlik katsayısı

suyunun görünen katı maddelerden ayrıştırılması için geçirilen ilk filtrenin v

katsayısıdır. Suyun bir miktarının buradan geçemeyeceği hesaplanarak verilen bir

katsayıdır.

Hesaplamaları, kullanılacak çatı alanını 100

Müdürlüğünden alınan resmi değerlerden yararlanarak, çatı kayıp katsayısını

malzemesini metal dalgasız ve yeni olarak seçip 0,9 olarak, filtre etkinlik katsayısını

Alman standartları tarafından DIN (1986) da 0,9 olarak belirtilen katsayıyı 0,9 olarak ve

kayıp katsayısını yüzde 80 olarak kabul edip yaptık.

Tablo 3.1. Trabzon’da yıllara bağlı gerçekleşen aylık toplam yağış (�̇� 𝐴)⁄

Örnek: Trabzon ili için 100

Yer: Trabzon

Ev Çatısı: 100

Çatını kayıp katsayısı: 0.9

Filtre Etkinlik Katsayısı: 0.9

Kayıp Katsayısı: %80

Ortalama Yıllık Yağış Miktarı: 820.7mm yani 0.8207

�̇� = 0.9 * 0.8207 * 100 * 0.9 = 66.4767 ton su toplayabiliriz demektir.

Trabzon Oca. Şub. Mar.

(�̇� 𝐴) 82.4 63.7 58.7

31

MÜHENDİSLİK HESAPLAMALARI VE ANALİZLERİ

3.1 Yapılan Hesaplamalar

Çatıda Tutulacak Yağmur Suyu Hesabı


kayıp (yağış düzensizliği & depo doluluğu) katsayıları eklenebilir.

katsayısı (𝑐 ): Filtre etkinlik katsayısı, çatıdan elde edilen yağmur

suyunun görünen katı maddelerden ayrıştırılması için geçirilen ilk filtrenin v


Hesaplamaları, kullanılacak çatı alanını 100 kabul edip, Meteoroloji Genel

Müdürlüğünden alınan resmi değerlerden yararlanarak, çatı kayıp katsayısını



kayıp katsayısını yüzde 80 olarak kabul edip yaptık.

yıllara bağlı gerçekleşen aylık toplam yağış

100 ’lik çatıdan yapılacak yağmur suyu hasadı:

Filtre Etkinlik Katsayısı: 0.9

Ortalama Yıllık Yağış Miktarı: 820.7mm yani 0.8207

0.9 = 66.4767 ton su toplayabiliriz demektir.

Nis. May. Haz. Tem. Ağu. Eyl. Eki.

56.8 51.8 50.1 35.4 44.9 79.5 115.0


kayıp (yağış düzensizliği & depo doluluğu) katsayıları eklenebilir.

etkinlik katsayısı, çatıdan elde edilen yağmur

suyunun görünen katı maddelerden ayrıştırılması için geçirilen ilk filtrenin verimlilik


kabul edip, Meteoroloji Genel

Müdürlüğünden alınan resmi değerlerden yararlanarak, çatı kayıp katsayısını (𝑐ç) çatı



yıllara bağlı gerçekleşen aylık toplam yağış miktarı ortalaması

’lik çatıdan yapılacak yağmur suyu hasadı:

Kas. Ara. Yıl.

98.9 83.5 820.7

Yağış düzensizliklerini ve depo doluluğunu da hesaba katılırsa, çatıdan tutulacak su

miktarı:

66.4767 * 0.80 = 53.18136 ton bulunur.

Depo hacmi hesabı:

Yağmur suyu depolanması projelerinin en

tanklarının en uygun şekilde boyutlandırılmasıdır. Depoların uygun şekilde

boyutlandırılması demek, kullanıcının en ekonomik şekilde yeterli suyu depolaması

demektir. Bu, depolama hacminin ne az ne de fazla olacağı anla

hacmi az olursa, harcanan paraya rağmen fazla su taşarak boşa gidecek ve ihtiyaçlar

karşılanmayacaktır. Fazla olursa, aşırı masraf yapılmış ve su aşırı miktarlarda depolanmış

olacak, ihtiyaç fazlası su hiçbir zaman kullanılmayacak

suyu kullanan damla sulama sisteminde kendi kendine yetebilen bir sistem amaçladığımız

için hesaplar maksimum değerlere göre yapılmıştır. Sistemimizin depo hacmi hesabı,

maksimum yağışın olduğu Ekim ayı düşünülerek yapılmıştı

ve çatı metrekaresinin çarpılarak kayıp katsayılarının da göz önüne alınmasıyla bulunur.

Depo Hacmi: Yağış Miktarı

Ekim ayı yağış miktarı: 115.0 mm yani 0.115

0.115 * 100 * 0.90 * 0.90 = 9.315 ton

gerekir.

3.1.2. Gerekli Panel Gücü ve Panel Sayısı Hesabı

Projemizde gerekli enerjiyi karşılayacak güneş paneli güç ve adet seçimi için ilk

önce baz aldığımız Trabzon ilindeki aylık gün

Photovoltaic Geographical Information System sitesi üzerinden hesaplanır ise;

32


0.80 = 53.18136 ton bulunur.

Depo hacmi hesabı:

Yağmur suyu depolanması projelerinin en önemli safhalarından biri, depolama



demektir. Bu, depolama hacminin ne az ne de fazla olacağı anlamına gelir. Eğer depolama



olacak, ihtiyaç fazlası su hiçbir zaman kullanılmayacaktır. Proje konumuz olan yağmur



maksimum yağışın olduğu Ekim ayı düşünülerek yapılmıştır. Depo hacmi, yağış miktarının


Hacmi: Yağış Miktarı * Çatı Metrekaresi * Kayıp Katsayıları

Ekim ayı yağış miktarı: 115.0 mm yani 0.115

0.90 = 9.315 ton bulunur, yani sistemimiz için 10 tonluk depo hacmi

3.1.2. Gerekli Panel Gücü ve Panel Sayısı Hesabı


önce baz aldığımız Trabzon ilindeki aylık güneş düşme oranı 1 kWp üzerinden,



önemli safhalarından biri, depolama



mına gelir. Eğer depolama



tır. Proje konumuz olan yağmur



r. Depo hacmi, yağış miktarının


10 tonluk depo hacmi


eş düşme oranı 1 kWp üzerinden,


33

Grafikten de görüldüğü gibi Trabzon da 1 kWp solar sistem, sulama işlemine en

fazla gereksinim duyulan Marttan Ekim ayına kadar toplam 857.38 kWh elektrik üretir.

Sekiz ay boyunca 857.38 kWh elektrik üreten sistem günlük ise ortalama 857.38 kWh/

(8*30) Gün = 3.57 kWh elektrik üretir. Yani panellerin ortalama günlük 3-4 saat güneş

görmeleri yeterli olmaktadır. [22]

Gerekli güneş paneli gücü hesabı için bir günde tüketeceğimiz toplam pompa gücünü

sekiz ay boyunca bulduğumuz ortalama günlük güce bölerek, gerekli panel gücünü

bulunur.

3.1.3.Bitki Sulama Suyu İhtiyacının Hesabı

Sulanan alanlarda bitkinin tükettiği su miktarı yağışlarla ve sulama suyu ile

karşılanır. Bitki su tüketiminin sulama suyu ile karşılanacak kadar miktarı aşağıda verilen

eşitliğin kullanılmasıyla hesap edilir. [8] (Düşen yağışın %80’i etkili yağış olarak kabul

edilmiştir.)

d = T − Pe

T = ET ∗P

85

Gölgelenen alan yüzdesi,

meyve ağaçlarında (sıra aralığı 4 m’den az ise) %75, geniş dikim aralıklarına sahip meyve

ağaçlarında (sıra aralığı 4 m ve daha geniş ise) %70 alınması önerilmektedir

Tablo 3.2 Trabzon koşullarında Fındık ve Kara Lahana bitkilerine ait ET

Fındık için; (ET ) = 26,95 mm Karalahana için; (ET ) = 9,64 mm

34

Gölgelenen alan yüzdesi, tarla bitkileri ve sebzelerde %80, bağ ve sık dikim yapılan


ağaçlarında (sıra aralığı 4 m ve daha geniş ise) %70 alınması önerilmektedir

arında Fındık ve Kara Lahana bitkilerine ait ET

mm bulunur.

bulunur.

tarla bitkileri ve sebzelerde %80, bağ ve sık dikim yapılan


ağaçlarında (sıra aralığı 4 m ve daha geniş ise) %70 alınması önerilmektedir.

arında Fındık ve Kara Lahana bitkilerine ait ETc değerleri

Tablo 3.3. Trabzon şehrine ait meteorolojik bilgiler

Meteorolojiden alınan bilgilere göre

ayları için yağış ortalaması 49,62 mm ve

Aralık ayları için yağış ortalaması 99,13 mm’dir.

Fındık için düzeltilmiş su hesabı;

T = ET ∗P

85

T = (26,95) ∗75

85

T = 23,78 mm bulunur. Fındık için net sulama suyu ihtiyacı;

d = T − Pe

d = 23,78 ̵ 0,8 ∗49,62

30

d = 22,46 mm bulunur. Karalahana için düzeltilmiş su hesabı;

T = ET ∗P

85

T = (9,64) ∗80

85

T = 9,07 mm Karalahana için net sulama suyu ihtiyacı;

d = T − Pe

d = 9,07 0,8 ∗99,13

30

35

Tablo 3.3. Trabzon şehrine ait meteorolojik bilgiler

Meteorolojiden alınan bilgilere göre fındık bitkisinin su ihtiyacı olan Mart

ayları için yağış ortalaması 49,62 mm ve karalahana bitkisinin su ihtiyacı olan Ekim

Aralık ayları için yağış ortalaması 99,13 mm’dir.

Fındık için düzeltilmiş su hesabı;

Fındık için net sulama suyu ihtiyacı;

Karalahana için düzeltilmiş su hesabı;

ahana için net sulama suyu ihtiyacı;

ındık bitkisinin su ihtiyacı olan Mart - Ağustos

ahana bitkisinin su ihtiyacı olan Ekim –

36

d = 6,43 mm bulunur.

Toplam sulama suyu ihtiyacı ise net sulama suyu ihtiyacının su uygulama ve iletim

randımanlarının çarpımına bölünmesi ile bulunmaktadır. (Basınçlı borulu sulama

sistemlerinde bu değer E = %98 alınmaktadır.) [8]

d = d

E ∗ E

Sulama yöntemine göre farklılıklar gösteren su uygulama randımanları aşağıda verilmiştir;

Taşınabilir Yağmurlama sulama yöntemi için; E = %70 Sabit yağmurlama sulama yöntemi için; E = %75 Doğrusal hareketli ve dairesel hareketli (Lineer Move ve Center Pivot)

yağmurlama sulama yöntemi için; E = %80 Ağaç altı mikro yağmurlama sulama yöntemi için; E = %85 Yüzey damla sulama yöntemi için; E = %90 Yüzey altı damla sulama yöntemi için; E = %95 [8]

Bu eşitlikten yararlanılarak aylara göre bitki su tüketimi miktarından, o aya ait çok

yıllık ortalama yağış miktarları çıkartılarak çim bitkisinin aylara göre su ihtiyacı

belirlenmiş olur.

Fındık için toplam sulama suyu ihtiyacı;

d = d

E ∗ E

d = 22,46

0,9 ∗ 0,98

d = 25,46 mm bulunur. Karalahana için toplam sulama suyu ihtiyacı;

d = d

E ∗ E

d = 6,43

0,9 ∗ 0,98

d = 7,29mm bulunur.

Bitki Sulama Aralığının Hesabı:

Sulama aralığı her sulamada uygulanan net sulama suyu

su tüketimine bölünmesiyle elde edilir.

SA = d

ET

Tablo 3.4. Trabzon iline ait ET

Fındık için (ETo)ortalama = 31,58 mm

Fındık için (ETo)ortalama = 11,93 mm

Fındık için sulama aralığı;

SA = d

ET

SA = 22,46

31,58

SA = 0,711 gün ve

SA = 17,07 saat bulunur. Karalahana için sulama aralığı;

SA = d

ET

SA = 6,43

11,93

SA = 0,539 gün ve

SA = 12,94 saat bulunur. Damla sulama sisteminde sulama süresinin hesabı

T = 1000 ∗ d

q ∗ N

Fındık için sulama süresi;

37

her sulamada uygulanan net sulama suyu miktarın

su tüketimine bölünmesiyle elde edilir. [2]

Tablo 3.4. Trabzon iline ait ETo değerleri

= 31,58 mm

= 11,93 mm

ahana için sulama aralığı;

a sisteminde sulama süresinin hesabı;

nın, bitkinin günlük

38

T = 1000 ∗ d

q ∗ N

T = 1000 ∗ 25,46

2,31 ∗ 16

T = 688,85 saat bulunur. Karalahana için sulama süresi;

T = 1000 ∗ d

q ∗ N

T = 1000 ∗ 7,29

2,31 ∗ 16

T = 197,24 saat bulunur. Damla sulama bölgesindeki toplam debi hesabı;

Prototip sistemde ihtiyacı karşılayan debinin hesabında,

�̇� ö = 2,31 lt

h

Prototip sistemde 1 m2 alan için 16 emitör kullanıldı. Buradan toplam debi,

�̇� = 16 ∗ �̇� ö = 16 ∗ 2,31 lt

h

�̇� = 36,96 lt

h

Kılcal boru mesafesi hesabı;

�̇�lt

dk=

(metrekare cinsinden sulanan alan) ∗ lth

cinsinden damlatıcı debisi ∗ 166,7

(cm cinsinden kılcal boru mesafesi) ∗ (cm cinsinden damlatıcı mesafesi)

Sulanan alan = 1 m2 ; Damlatıcı debisi = 2,31

Damlatıcı mesafesi = 30 cm ; �̇� = 36,96 olarak elde edilmiştir.

0,616 =1 ∗ 2,31 ∗ 166,7

30 ∗ L

L =20,84 cm bulunur.

3.1.4. Pompasız Prototip Sistemde Basınç Kayıplarının Hesabı

39

Şekil 3.1. Prototip Sistemin Şematik Görüntüsü

16’lık damla sulama boru seçildi;

D = 16 mm d = 14 mm

P1 basıncı;

P = P + ρ ∗ g ∗ h

P = 101325 + 998 ∗ 9,81 ∗ 0,8

P = 109157,3 Pa olarak elde edilir.

Suyun depodan çıkış hızı,

V = 2 ∗ g ∗ h = 2 ∗ 9,81 ∗ 0,8

V = 3,96

olarak elde edilir.

Suyun ana borudan geçiş hızı,

�̇� = V ∗ A

�̇� = V ∗ πd

4

36,96

1000 ∗ 3600m /s = V ∗

π

V = 0,0667 m/s olarak elde edilir.

Tablo 3.5. Boru Çapına Göre Sürtünme Kayıpları

Demir ve Yürdem’in çalışmasından f

f = aRe

40

π ∗ 0,014

4

olarak elde edilir.

Tablo 3.5. Boru Çapına Göre Sürtünme Kayıpları

Demir ve Yürdem’in çalışmasından f sürtünme katsayısının değeri;

41

f = a(V ∗ d

ν)

f = 0,7545 ∗ (0,0667 ∗ 0,014

1,004 ∗ 10) ,

f = 0,1152 olarak elde edilir.

Hacimsel debi eşitliğinden;

Q̇ = Q̇ yazılır.

Böylece depo çıkışındaki çap değeri;

V ç ş ∗ A ç ş = V ∗ A

3,96 ∗ π ∗ D ç ş

4= V ∗

π ∗ d

4

3,96 ∗ π ∗ D ç ş

4= 0,0667 ∗

π ∗ (0,014)

4

D ç ş = 1,82 mm bulunur.

1-2 noktaları arasında Bernoulli denklemi yazılarak ve kayıplar hesaplanarak P2 basıncı

için;

P

γ+

V

2 ∗ g+ z =

P

γ+

V

2 ∗ g+ z + h ( )

Ani genişleme kaybı aşağıdaki eşitlik yardımı ile;

h ( ) ş= 1 −

d

d∗

V

2 ∗ g

h ( ) = 1 −1,82

14∗

3,96

2 ∗ 9,81

h ( ) = 0,7725 m olarak elde edilir.

42

P − P

γ=

V − V

2 ∗ g+ h ( )

109157,3− P

998 ∗ 9,81=

0,0667 − 3,96

2 ∗ 9,81+ 0,7725

P = 109417,13 Pa değeri elde edilir.


için;

P

γ+

V

2 ∗ g+ z =

P

γ+

V

2 ∗ g+ z + h ( )

Sürtünme kaybı aşağıdaki eşitlik yardımıyla;

h ( ) ü ü = f ∗

L

D∗

V

2 ∗ g

h ( ) ü ü = 0,1152 ∗

0,5

0,014∗

0,0667

2 ∗ 9,81

h ( ) ü ü = 0,000932925 m bulunur.

Ani daralma kaybı aşağıdaki eşitlik yardımıyla;

h ( ) = 0,42 ∗ 1 −

d

d∗

V

2 ∗ g

h ( ) = 0,42 ∗ 1 −

1

14∗

0,817

2 ∗ 9,81

h ( ) = 0,014143323 m bulunur.

Dirsek kaybı aşağıdaki eşitlik yardımıyla;

43

h ( ) = 0,5 ∗ V

2 ∗ g

h ( ) = 0,5 ∗ 0,0667

2 ∗ 9,81

h ( ) = 0,000113376 m bulunur.

Dirsek kaybı aşağıdaki eşitlik yardımıyla;

h ( ) = 4 ∗ V

2 ∗ g

h ( ) = 4 ∗ 0,0667

2 ∗ 9,81

h ( ) = 0,000907011 m bulunur.

Toplam kayıp aşağıdaki eşitlik yardımıyla;

h ( ) = 0,000932925 + 0,014143323 + 0,000113376 + 0,000907011

h ( ) = 0,016096635 m bulunur.

P − P

γ=

V − V

2 ∗ g+ h ( )

109417,13− P

998 ∗ 9,81=

0,817 − 0,0667

2 ∗ 9,81+ 0,016096635



için;

44

P

γ+

V

2 ∗ g+ z =

P

γ+

V

2 ∗ g+ z + h ( ) ü ü


h ( ) ü ü = f ∗

L

D∗

V

2 ∗ g

h ( ) ü ü = 0,1152 ∗

0,3

0,014∗

0,0667

2 ∗ 9,81

h ( ) ü ü = 0,000559755 m bulunur.

P − P

γ= h ( ) ü ü

108928,68− P

998 ∗ 9,81= 0,000559755



için;

P

γ+

V

2 ∗ g+ z =

P

γ+

V

2 ∗ g+ z + h ( ) ü ü


h ( ) ü ü = f ∗

L

D∗

V

2 ∗ g

h ( ) ü ü = 0,1152 ∗

0,3

0,014∗

0,0667

2 ∗ 9,81

h ( ) ü ü = 0,000559755 m bulunur.

45

P − P

γ= h ( ) ü ü

108923,2− P

998 ∗ 9,81= 0,000559755



için;

P

γ+

V

2 ∗ g+ z =

P

γ+

V

2 ∗ g+ z + h ( ) ü ü


h ( ) ü ü = f ∗

L

D∗

V

2 ∗ g

h ( ) ü ü = 0,1152 ∗

0,3

0,014∗

0,0667

2 ∗ 9,81

h ( ) ü ü = 0,000559755 m bulunur.

P − P

γ= h ( ) ü ü

108917,72− P

998 ∗ 9,81= 0,000559755



için;

P

γ+

V

2 ∗ g+ z =

P

γ+

V

2 ∗ g+ z + h ( ) ü ü

46


h ( ) ü ü = f ∗

L

D∗

V

2 ∗ g

h ( ) ü ü = 0,1152 ∗

0,3

0,014∗

0,0667

2 ∗ 9,81

h ( ) ü ü = 0,000559755 m bulunur.

P − P

γ= h ( ) ü ü

108912,24 − P

998 ∗ 9,81= 0,000559755



için;

P

γ+

V

2 ∗ g+ z =

P

γ+

V

2 ∗ g+ z + h ( ) ü ü


h ( ) ü ü = f ∗

L

D∗

V

2 ∗ g

h ( ) ü ü = 0,1152 ∗

0,3

0,014∗

0,0667

2 ∗ 9,81

h ( ) ü ü = 0,000559755 m bulunur.

P − P

γ= h ( ) ü ü

47

108906,76 − P

998 ∗ 9,81= 0,000559755



için;

P

γ+

V

2 ∗ g+ z =

P

γ+

V

2 ∗ g+ z + h ( ) ü ü


h ( ) ü ü = f ∗

L

D∗

V

2 ∗ g

h ( ) ü ü = 0,1152 ∗

0,3

0,014∗

0,0667

2 ∗ 9,81

h ( ) ü ü = 0,000559755 m bulunur.

P − P

γ= h ( ) ü ü

108901,28 − P

998 ∗ 9,81= 0,000559755



için;

P

γ+

V

2 ∗ g+ z =

P

γ+

V

2 ∗ g+ z + h ( ) ü ü


48

h ( ) ü ü = f ∗

L

D∗

V

2 ∗ g

h ( ) ü ü = 0,1152 ∗

0,3

0,014∗

0,0667

2 ∗ 9,81

h ( ) ü ü = 0,000559755 m bulunur.

P − P

γ= h ( ) ü ü

108895,78 − P

998 ∗ 9,81= 0,000559755



için;

P

γ+

V

2 ∗ g+ z =

P

γ+

V

2 ∗ g+ z + h ( ) ü ü


h ( ) ü ü = f ∗

L

D∗

V

2 ∗ g

h ( ) ü ü = 0,1152 ∗

0,3

0,014∗

0,0667

2 ∗ 9,81

h ( ) ü ü = 0,000559755 m bulunur.

P − P

γ= h ( ) ü ü

108890,3 − P

998 ∗ 9,81= 0,000559755

49



için;

P

γ+

V

2 ∗ g+ z =

P

γ+

V

2 ∗ g+ z + h ( ) ü ü


h ( ) ü ü = f ∗

L

D∗

V

2 ∗ g

h ( ) ü ü = 0,1152 ∗

0,3

0,014∗

0,0667

2 ∗ 9,81

h ( ) ü ü = 0,000559755 m bulunur.

P − P

γ= h ( ) ü ü

108889,76 − P

998 ∗ 9,81= 0,000559755



için;

P

γ+

V

2 ∗ g+ z =

P

γ+

V

2 ∗ g+ z + h ( ) ü ü


h ( ) ü ü = f ∗

L

D∗

V

2 ∗ g

50

h ( ) ü ü = 0,1152 ∗

0,3

0,014∗

0,0667

2 ∗ 9,81

h ( ) ü ü = 0,000559755 m bulunur.

P − P

γ= h ( ) ü ü

108884,28 − P

998 ∗ 9,81= 0,000559755



için;

P

γ+

V

2 ∗ g+ z =

P

γ+

V

2 ∗ g+ z + h ( ) ü ü


h ( ) ü ü = f ∗

L

D∗

V

2 ∗ g

h ( ) ü ü = 0,1152 ∗

0,3

0,014∗

0,0667

2 ∗ 9,81

h ( ) ü ü = 0,000559755 m bulunur.

P − P

γ= h ( ) ü ü

108878,8 − P

998 ∗ 9,81= 0,000559755


51


için;

P

γ+

V

2 ∗ g+ z =

P

γ+

V

2 ∗ g+ z + h ( ) ü ü


h ( ) ü ü = f ∗

L

D∗

V

2 ∗ g

h ( ) ü ü = 0,1152 ∗

0,3

0,014∗

0,0667

2 ∗ 9,81

h ( ) ü ü = 0,000559755 m bulunur.

P − P

γ= h ( ) ü ü

108873,32 − P

998 ∗ 9,81= 0,000559755



için;

P

γ+

V

2 ∗ g+ z =

P

γ+

V

2 ∗ g+ z + h ( ) ü ü


h ( ) ü ü = f ∗

L

D∗

V

2 ∗ g

h ( ) ü ü = 0,1152 ∗

0,3

0,014∗

0,0667

2 ∗ 9,81

52

h ( ) ü ü = 0,000559755 m bulunur.

P − P

γ= h ( ) ü ü

108867,84 − P

998 ∗ 9,81= 0,000559755



için;

P

γ+

V

2 ∗ g+ z =

P

γ+

V

2 ∗ g+ z + h ( ) ü ü


h ( ) ü ü = f ∗

L

D∗

V

2 ∗ g

h ( ) ü ü = 0,1152 ∗

0,3

0,014∗

0,0667

2 ∗ 9,81

h ( ) ü ü = 0,000559755 m bulunur.

P − P

γ= h ( ) ü ü

108862,36 − P

998 ∗ 9,81= 0,000559755



için;

P

γ+

V

2 ∗ g+ z =

P

γ+

V

2 ∗ g+ z + h ( ) ü ü

53


h ( ) ü ü = f ∗

L

D∗

V

2 ∗ g

h ( ) ü ü = 0,1152 ∗

0,3

0,014∗

0,0667

2 ∗ 9,81

h ( ) ü ü = 0,000559755

P − P

γ= h ( ) ü ü

,

∗ ,= 0,000559755 m bulunur.


3.1.5. Aydınlatma İçin Kullanılan Led Hesabı

Bu projede sera alanı aydınlatmak için güneş panelinden alınan enerji ile led

armatürler enerjilendirilecektir. Projemizde aydınlatma armatürü olarak şerit led

kullanılacaktır. Gündüz güneş enerjisi ile depolanan enerji gece armatürler

enerjilendirilerek sera alanı aydınlatılacaktır. Gün içerisinde aydınlatma süresi 4 saat

olarak belirlenmiştir. Projede kullanılan şerit led özellikleri aşağıda verilmiştir.

Şerit Led uzunluğu (m) : 10 m

Gerilimi (V) : DC 12 V

Akım değeri (A) : 12 A

Güç değeri (W) : 144 W

Renk : Beyaz

Kullanılacak armatür için uygun batarya seçimi için yapılan hesaplamalar aşağıda

yapılmıştır.

4 saatte harcanan enerji :

(Güç / 60) x 4 = (144 / 60 ) x 4 = 9,6 W/h

olarak bulunmuştur.

Şerit ledin günde harcadığı akım değeri :

(Amper / 60 ) x 4 = ( 12 / 60 ) x 4 = 0.8 Ah

olarak bulunmuştur.

Proje için seçilen batarya özellikleri :

Volt : 12 V

Amper : 1,3 Ah

Cinsi : Kuru Akü

3.1.6. Tasarımda Yapılan

Basınç Ölçümü:

Borulardaki basınç kaybını ölçmek için pitot tüpü kullanılabilir. Borunun farklı

uzunluklarında yerleştirilen bir pitot tüpü ile statik, dinamik ve toplam basınca

ulaşılabilmektedir. Pitot tüpü ile ölçüm yapılırken ölçüm alanını yüksek sıcaklıktan

korumak ve tübülans etkilerinden kaçınmak gerekmektedir.

54

(Güç / 60) x 4 = (144 / 60 ) x 4 = 9,6 W/h

Şerit ledin günde harcadığı akım değeri :

(Amper / 60 ) x 4 = ( 12 / 60 ) x 4 = 0.8 Ah

Proje için seçilen batarya özellikleri :

Yapılan Ölçümler



t tüpü ile ölçüm yapılırken ölçüm alanını yüksek sıcaklıktan

korumak ve tübülans etkilerinden kaçınmak gerekmektedir.

Şekil 3.2. Pitot Tüpü



t tüpü ile ölçüm yapılırken ölçüm alanını yüksek sıcaklıktan

55

𝑃 = 𝑃 + 𝑃

𝑃 = 𝜌𝑉

2

Akış Ölçümü:

Pandemi döneminde borudan geçen suyun debisini ölçmek için çeşitli deneysel

yollar denendi. Örneğin emitörden akan su ölçekli bir kapta biriktirildi ve litre/saniye

cinsinden debisi bulundu. Benzer yöntemle kütlesel debi için de emitörün ağzına bir balon

yerleştirildi ve Δt saniye süre boyunca balona su dolduruldu. Süre sonunda içi su dolu

balon ağırlığı ve boş balon ağırlığı hassas terazi ile ölçüldü ve alınan fark süreye bölünerek

kilogram/saniye cinsinden kütlesel debiye ulaşıldı.

3.2. Yapılan Tasarım Çalışmaları

Şekil 3.3. Damla Sulama Sistemi-1

Şekil 3.2.’ de görülen sistemde eğimli yüzey ve yatay yüzey için bir damla sulama

sistemi tasarlanmıştır. Damla suyu için gerekli su, yağmur suyunun çatılardan tutularak

56

oluklar yardımı ile depoya yönlendirilmesi ile sağlanır. Depodan çıkan suyun damlatıcı

çıkışlarını tıkamaması için elek filtre kullanılmıştır. Tasarımda pompa kullanılmamıştır ve

sistemdeki su akışı depo kot farkından yararlanılarak yapılmaktadır. Güneş enerjisinden

elde edilen enerji ile aydınlatma yapılmaktadır.


Şekil 3.3.’ de görülen sistemde dikey, eğimli ve yatay yüzey için damla sulama

sistemi tasarlanmıştır. Eğimli yüzeyler kademeli olarak düzleştirilmiştir. Bunun sebebi

damlama için kullanılan suyun eğimden kaynaklı akıp gitmemesidir. Sulanacak bölgelerin

ayrı sulama süresi olduğundan sulama yapılmayacak bölgeye su akışını kesmek için kısma

vanası kullanılmıştır. Depo çıkışına elek filtre konularak su içerisindeki pislikler

tutulmuştur. Güneş enerjisinden üretilen enerji aydınlatma için kullanılmıştır. Sistemdeki

su akışı depo kot farkından yararlanılarak yapılmaktadır.

57


Şekil 3.4.’ de görülen sistemde ise 2 ayrı yatay düzlem için damla sulama sistemi

tasarlanmıştır. Depoda bulunan sulama için gerekli su yağmur suyunun çatılardan

toplanmasıyla gerçekleştirilmiştir. Sistemde suyun dolaşımı pompa yardımı ile

yapılmaktadır. Güneş enerjisinden üretilen elektrik enerjisi pompanın gücünü

karşılamaktadır.

Bu seçenekler doğrultusunda en ergonomik ve ekonomik tasarıma karar verilmiştir.

Prototip için çalışmalar yapılmıştır.

Şekil 3.6. Seçilen Tasarım Prototipi

58

4. ÇEVRESEL ETKİ DEĞERLENDİRMESİ

Dünya nüfusundaki artış ve küresel ısınmanın da etkileriyle kullanılabilir nitelikteki

su kaynakları azalmaktadır. Tarım sektöründeki sulama ihtiyacı kullanılabilir su

kaynaklarından yapılmaktadır. Damla sulama, sulama yöntemleri içerisinde suyu en etkili

şekilde kullanan yöntemlerden biridir. Damla sulama sisteminin çevresel etkileri göz

önüne alındığında;

Damla sulama borusu üzerindeki damlatıcılar suyun istenilen miktarlarda bitki

köküne verilmesini sağlar. Klasik sulamalarda bitki suya ulaşabilmek için daha

fazla kök salar fakat damla sulama sistemlerinde su direkt bitki köküne verildiği

için bitki suya ulaşmak için daha fazla kök salmaz.

Bitki kök bölgesinde devamlı su bulunduğu için bitki daha az enerji harcar

dolayısıyla verim artışı fazla olur.

Damla sulama sistemi, havadaki nem oranını azalttığı için mantar gibi rutubetli

ortamda yaygınlaşan hastalıkları ve bakterileri önemli ölçüde engeller.

Sulu tarımda suyun aşırı ve yanlış kullanımı büyük ölçekte su ile doygunluğa,

tuzluluğa ve yer altı suyu kaynaklarının aşırı tüketilmesine sebep olmanın yanında

sulamadan dönen akışın karışması ile tatlı su kaynaklarının kirlenmesine ve derine

sızma kayıpları gibi olumsuzluklara neden olmaktadır. Damla sulama da diğer

sulama çeşitlerine göre su daha etkili kullanıldığı için bu sorunların önüne geçilir.

[23]

Ayrıca damla sulama sistemi tasarımında güneş enerjisinden ve yağmur suyundan

yararlanılması doğal kaynaklarımızın korunmasına katkı sağlamaktadır.

59

5. MALİYET HESABI

Tablo 5.1. Seçilen 100 W’lık Güneş Paneli İçin Elektriksel Özellikleri

Nominal Güç (Pmax) TT140-36P

Açık Devre Gerilimi (VOC) 22.0 V

Kısa Devre Akımı (ISC) 8.39 A

Nominal Güç Voltaj (Vmp) 17.8 V

Nominal Güç Cari (Imp) 7.88 A

Hücre Sayısı 36*(156*156)

Boyut (mm) 1480*670*40

Ağırlık (kg) 13

Maksimum Sistem Gerilimi 1000 V DC

Maximum Series Fuse Rating 15 A

Operasyon Sıcaklığı -40 ֯C & +80◌ ֯ C

Tablo 5.2. Seçilen 100 W’lık Güneş Paneli İçin Mekanik Özellikleri

Ön Kapak 4.00 mm düşük temperli cam

Çerçeve Anodize alüminyum alaşım

Bağlantı Kutusu P67, 6 diyot

Kablo 4 mm2, 1000 mm

Konnektör MC4 veya MC4 uyumlu

Tablo 5.3. Seçilen 100 W’lık Güneş Paneli İçin Sıcaklık Özellikleri

Nominal Çalışma Hücre Sıcaklığı

(NOCT)

46 ֯C ± 2 ֯C

Pmax Sıcaklık Katsayıları -0.43% / ֯C

VOC Sıcaklık Katsayıları -0.33% / ֯C

ISC Sıcaklık Katsayıları 0.056% / ֯C

Tablo 5.4. Seçilen Damlama Borusu Özellikleri

Malzeme Polietilen

Uzunluk (m) 100

Et Kalınlığı 1 – 1,1 mm

Tablo 5.5. Sistem İçin Seçilen Malzemelerin Ürün Fiyat Listesi

100 W Polikristal Güneş Paneli 372,03 TL

60

12 V 12 A Solar Sistem Aküsü 137,99 Tl

30A - 12/24V Solar Şarj Regülatörü 94,99 TL

Deliksiz Kör Damlama Sulama Borusu 49,99 TL

2*16Kurtağzı x 16Çıkış Mini Vana 6,00 TL

3*16 Kurtağzı Dirsek 1,50 TL

3*16 x 16 x 16 Kurtağzı Te 2,40 TL

3/4" (25) Plastik Filtre 59,90 TL

16 Matkap Delme Aparatı 13,81 TL

4*16Kurtağzı x 16Kurtağzı Ekleme Nipeli 2,0 TL

10*Kilitli Boru Sabitleme Kazığı Uzun Tip 7,1 TL

16*Büyük Ayarlanabilir Damlatıcı 8 TL

TOPLAM 755,71 TL

61

6. SONUÇLAR

Günümüzde, Dünyadaki tüm canlıların hayatını zorlaştıran hatta tehdit eden iklim

değişikliğine ne yazık ki insanın katkısı çok büyüktür. Doğal dengeyi bozan insan olsa da

sonuçları engellemesi, korunması ve yeni duruma uyum sağlaması gereken de yine

insandır. Bu dengeyi korumak için temiz ve sürdürülebilir kaynakların etkili bir şekilde

kullanılması gerekmektedir.

Bu çalışmada, tarımsal sulama için yağmur suyu, enerji kaynağı olarak güneş enerjisi

kullanılarak üç farklı peyzaj ve tarla düzenlemesi için damla sulama sistemleri

tasarlanmıştır.

100 m2’ lik bir çatıdan toplanan yağmur suyunu kullanan, enerji ihtiyacını güneş

panellerinden sağlayan ve 100 m2’lik bir alanda bitki sulama işlevini gerçekleştiren bir

damla sulama sisteminin tasarım hesapları yapılmıştır. Yağmur suyu depolanmasında çatı

alanının büyüklüğü depolanacak suyun miktarıyla doğru orantılı olduğundan büyük sulama

alanlarında pompa kullanılması gerekmektedir.

Trabzon Bölgesi’nde yetişen ve damla sulama yöntemi ile sulamaya uygun bitkiler -

karalahana ve fındık- için, bölgenin iklim verilerine ve bu bitkilerin su tüketimi

özelliklerine göre bir prototip sulama deney düzeneği tasarlanmıştır.

Karalahana yetiştirilen küçük ölçekte (1m2) bir bahçenin damla sulama sisteminde

gerekli sulama ihtiyacı, damlatıcı mesafeleri ve dağıtım hattındaki basınç kayıpları

hesaplanmıştır.

Sonuç olarak; sulama için yağmur suyunu, enerji kaynağı olarak güneş enerjisini

kullanan ucuz ve temiz bir sistem oluşturarak hem doğayı korumuş hem de ülke

ekonomisine destek vermiş oluruz.

62

7. KAYNAKLAR

[1]. Prof. Dr. Ayşegül TANIK, Yağmur Suyu Toplama, Biriktirme ve Geri

Kullanımı, İTÜ İnşaat Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü, Su Kaynakları ve

Kentler Konferansı, Kahramanmaraş, 25-27 Ekim 2017

[2]. Sarıkoç, E., Peyzaj Alanlarında Kullanılan Sulama Yöntemleri ve Bitki Su

Tüketim Modellerinin Türkiye’nin Üç Farklı İklim Bölgesine Uygulanması,

Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Peyzaj Mimarlığı Anabilim

Dalı, Trabzon, Haziran, 2017

[3]. Tarım ve Orman Bakanlığı DSİ Genel Müdürlüğü, 2018 Yılı Faaliyet Raporu,

Ankara, 2019

[4]. Seçkin, Ö.B. ve Çelik, H.E., Sulamaya Giriş, İstanbul Üniversitesi Yayın No:

4421, Orman Fakültesi Yayın No: 472, İstanbul, 2003

[5]. Hakgören, F., Sulama Planlama ve Projelenme İlkeleri, Akdeniz Üniversitesi

Basımevi, Akdeniz Üniversitesi Yayını, No:67 Antalya, 1996

[6]. Demirel, K., Peyzaj Projelerinde Kullanılan Farklı Yağmurlama Sulama

Başlıklarının Performanslarının Belirlenmesi Üzerine Bir Araştırma, Yüksek Lisans

Tezi, Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Çanakkale,

2005.

[7]. Aras İ., Damla Sulama Yöntemi, Toprak Gübre ve Su Kaynakları Merkez

Araştırma Enstitüsü, Ankara

[8]. Yıldırım O., Sulama Sistemlerinin Tasarımı, Ankara Üniversitesi Ziraat

Fakültesi, Ankara, 2008

[9]. Toprak Gübre ve Su Kaynakları Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü Raporu,

Ankara, 2011

63

[10]. Seven S., Alternatif Sulama Sistemleri Açısından Sulama Suyu İhtiyacının

Örnek Bir Bahçe Uygulamasında Karşılaştırılması, Süleyman Demirel Üniversitesi

Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, Isparta, 2017

[11]. WWAP (World Water Assessment Programme). 2003. United Nations World

Water Development Report 3: Water for people, water for life. Paris/London

[12]. Prof. Dr. Ayşegül TANIK, Prof. Dr. İzzet ÖZTÜRK, Y. Müh. Gökhan

CÜCELOĞLU, Türkiye Belediyeler Birliği, Arıtılmış Atık Suların Yeniden

Kullanımı ve Yağmur Suyu Hasadı Sistemleri, El Kitabı, Ankara, Mayıs 2015

[13]. Özlen DOĞANGÖNÜL, Cengiz DOĞANGÖNÜL, Küçük ve Orta Ölçekli

Yağmursuyu Kullanımı, Ankara,2008

[14]. Dr. Mahmut KÖSE, Çatı Tasarımında Malzeme Seçim ve Kullanım Kriterleri,

http://catider.org.tr/pdf/sempozyum/bildiri_7.pdf

[15]. İbrahim BEKTAŞ, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi Cilt 33,

Sayı 3, 2017

[16]. Arıtılmış Atık Suların Yeniden Kullanımı ve Yağmur Suyu Hasadı Sistemleri,

Türkiye Belediyeler Birliği, Mayıs 2015

[17]. Defne OĞUZ, Güneş Enerjisi Sistemleri ve Emf Ölçümleri Analizi, İstanbul

Arel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul, 2018

[18]. http://molekulerbiyolojivegenetik.org/turkiyenin-temiz-enerji-devrimi/

[19].Sibel EVLİ, Türkiye’de Sürdürülebilir Kalkınma ve Yenilenebilir Enerji

Kaynakları, Yüksek Lisans Tezi, Tekirdağ Namık Kemal Üniversitesi, 2018

[20]. Süzer, S. Tarımda Sulama, Trakya Tarımsal Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü,

2005

64

[21]. Akıncı, M., Sulama Sistemleri, Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü, Ankara,

Kasım 2016

[22]. https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/tools.html

[23]. Sulama Projelerinin Çevresel Etkileri, TMMOB 2. Sulama Kongresi

[24]. Kâmil B. VARINCA, Gamze VARANK, Güneş Kaynaklı Farklı Enerji Üretim

Sistemlerinde Çevresel Etkilerin Kıyaslanması ve Çözüm Önerileri, Yıldız Teknik

Üniversitesi

26.12.2019 bitirme projesi7 & .$5$'(1ø= 7(.1ø. h1ø9(56ø7(6ø 0h+(1'ø6/ø....

Documents