jeotermal enerjiden aquakültür uygulamalarında yararlanmak

Makale
JEOTERMAL ENERJİDEN
AQUAKÜLTÜR UYGULAMALARINDA
YARARLANMAK
Ahmet DAĞDAŞ* - Doç. Dr. Eecep ÖZTÜRK**
Yıldız Teknik Üniversitesi Makiaa Mühendisliği Bölümü - İSTANBUL
e-mail: (*) dagdas@yildiz.edu.tr - (**) orecep@yildiz.edu.tr
ÖZET
törlere göre dağılımı; %37'si mekan ısıtma uygu­
Jeotermal enerjiden pek çok alanda yararlan­ lamaları, %22'si banyo ve yüzme havuzu ısıtma­
mak mümkündür. Başlıca yararlanma alanları; sı, %14'ü ısı pompası uygulamaları, %12'si sera
elektrik üretimi, bölgesel ve mekan ısıtma sistem­ ısıtması, %7'si aquakültür uygulamaları, %6'sı
leri, soğutma uygulamaları, sera ısıtması, kuru endüstriyel amaçlı ısıl işlemler ve kalan kısmı ise
buz üretimi, kurutma işlemleri, endüstriyel amaç­ tarım ürünlerinin kurutulması, kar eritme, Mim­
lı proses ısı elde edilmesi ve aquakültür uygula­ lendirme uygulamaları ve diğer kullanımlardır
malarıdır. Aquakültür; tatlı su ve ya denizde yaşa­ (Lund ve Freeston, 2000). Görüldüğü gibi jeoter­
yan canlıların üretimlerini hızlandırmak ve bu mal enerjinin doğrudan kullanımı ile ilgili önem­
canhlarm kontrollü bir ortamda yetiştirilmesini li alanlardan birisi de aquakültür uygulamalarıdır.
sağlamak ile ilgili uygulamaları kapsar.
Bu uygulama ile deniz ve göllerde yaşayan bir
Bu çalışmada, jeotermal enerjiden yararlanıla­ çok balık ve diğer su canlıları daha hızlı ve eko­
rak yapılan aquakültür uygulamaları hakkında ge­ nomik yetiştirilebilmektedir. Ülkemizde aquakül­
nel ve teknik bilgiler verilmiş olup, örnek bir ha­ tür uygulamalarında kullanılabilecek çok sayıda
vuz ele alınarak temel ısı kayıpları hesaplanmış jeotermal kaynak bulunmaktadır. Diğer taraftan,
ve bu kaybı jeotermal enerjiyle karşılamak için ülkemizin endüstriyel anlamdaki su ürünleri üre­
gereken jeoakışkan debisi hesaplanmıştır.
ticiliği faaliyetleri çok yetersizdir. Bu alanda,
Anahtar kelimeler:. aquakültür, jeotermal, özellikle yurtdışı taleplerini karşılayabilecek, çok
balık üretimi
önemli bir potansiyelimiz vardır. AB ülkelerine
ülkemizden hayvansal gıda olarak sadece balık
1. GİRİŞ
ihraç edilebilmektedir. 2002 yılı verilerine göre
1999 yılı sonuna kadar toplam 55 ülkeden top­ yaklaşık 42 milyon dolarlık ihracat yapılmıştır.
lanan verilere göre jeotermal kaynaklı kurulu ter­ Ülkemizin su ürünleri üretimi 594 bin tondur ve
mal güç 16 209 MWt, yararlanılan toplam jeoa­ bu üretimin 67 bin tonu kültür balıkçılığı ile ya­
kışkan debisi 64
pılmaktadır. Halen
416 kg/s ve kullanı­
ülkemizde
1450
Haç. Dr. Sscsp ÖZTÜHK
lan toplam enerji
adet balık çiftliği
1979 yılında İDMMA, Makine Mühendisliği Bölgümürıde Lisans,
ise 162 009 TJ/yıl
Î990'da Yıldız Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makimi Mühen­
vardır. Ülkemizin
disliği Bölümü Enerji dalından Doktora ve 1998 yılında Yıldız Teknik
olmaktadır. Jeoter­
su ürünleri ihracatı
Üniversitesi, Makina Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Hidromal enerjinin kulla­
mekattifc ve Hidrolik Makînalar Anabüim dalında Doçent Doktor unva­
90 milyon $ civa­
nını almıştır. Halen aynı Anabilim Dalında görev yapmaktadır.
nılan kısmının sek­
rındadır. Bu ihracaTESİSAT MÜHENDİSLİĞİ / Kasım-Aralık 2003
•
25
tın %60'ı kültür balıkçılığından yapılmaktadır niz suyundan yararlanarak üretmek mümkün ola­
bilmektedir (Georgsson ve Fridleifsson, 1996).
(Aqua Culture, 2003).
Aquakultur uygulamalarında yaygm olarak
üretilen su canlıları; sazan, levrek, kefal, somon, 2. AQUAKÜLTÜR BALIKÇILIĞINDA
SU KALİTESİ
karides, İstakoz, yengeç, midye, kurbağa, kedi ba­
Aquakültür uygulamalarında kullanılan jeoter­
lığı, yılan balığı, tilapiadır. Jeotermal enerjili aquakültür uygulamalarında, normal aquakültür uy­ mal akışkanlar, elektrik üretimi için kullanılan
gulamalarına göre, az bir sürede daha çok balık akışkanlardan oldukça farklıdır. Tablo 1, ABDüretilebileceği görülmüştür (Rafferty,1995). Nor­ Imperial Valley'deki elektrik üretimi ve aquakülmal uygulamalarda, balık üretim havuzlan güne­ türde kullamlan jeotermal akışkanlarm arasındaki
şin ısısından yararlanılarak ısıtılmaktadır. Bu du­ farkları özetlemektedir (Raffert, 1999).
rumda havuz suyu sıcaklıkları yıl boyunca ve gün
içinde dalgalanmalar göstermektedir. Oysa jeoter­ Tablo 1: ABD-Imperial Valley'deki elektrik üretim
akışkanı 3e aquakültür akışkanı arasındaki farklar
mal enerjiden yararlanılan sistemlerde havuz sı­
caklığını yıl boyunca sabit tutmak mümkündür.
Elektrik Üretim
Aquakültür
Akışkanı
Akışkanı
Yapılan araştırmalar, balık üretim havuzlarının
Derinlik (m)
690
75
güneş ısısıyla ısıtıldığı havuzlarda, su sıcaklığının
265
Sıcaklık (°C)
63
optimum sıcaklık seviyesinin altına düşmesi du­
pH
7,8
6,1
rumunda, balıkların metabolizmasının etkilendi­
Na
(ppm)
47 300
980
ğini ve yemek yeme yeteneklerini büyük ölçüde
K
(ppm)
7 960
46
kaybettiklerini ortaya koymaktadır (RafCa
(ppm)
23 600
132
ferty,1995). Bu durum, balıkların büyüme ve ge­
Mg
(ppm)
110
33
lişmesini azaltmaktadır. Oysa jeotermal enerjili
435
Si0 2
(ppm)
65
uygulamalarda havuz sıcaklığı daima sabit tutula­
rak, üretim ve zaman kaybı ortadan kaldırılabilir.
Aquakultur uygulamaları için gereken su kali­
Öte yandan, klasik aquakültür uygulamaları yu­
muşak iklimli bölgelerde yapılmaktadır. Jeoter­ tesini etkileyen faktörler; sıcaklık, çözünmüş ok­
mal enerjiden yararlanılan aquakültür uygulama­ sijen, azotlu atıklar, pH, alkalinite, sertlik, kar­
ları için böyle bir kısıt söz konusu olmayacaktır. bondioksit, salinité (Tuzluluk), klor, hidrojen sülBugün çöl iklimine sahip bölgelerde bile jeoter­ fit olarak sıralanabilir. Bu faktörler yetiştirilecek
mal aquakültür, başarıyla uygulanabilmektedir balık türlerinin gelişmesini etkilerler.
Bu faktörlerin düzenli olarak ölçülmesi ve yö­
(Rafferty K., 1999). Çünkü bu tip uygulamalarda,
netilmesi,
canlıların hayatta kalması ve sağlıklı
yerel iklim şartlarından etkilenmeden, havuz sı­
büyümesi için, çok önemlidir. Aşağıda, su kalite­
caklığını yıl boyunca sabit tutmak mümkündür.
Aquakültür için gerekli jeotermal kaynak sı­ sini etkileyen faktörlerin etkileri ve sınır değerle­
caklığı 0 °C ile 50 °C arasında değişmektedir. Bu­ ri kısaca açıklanacaktır (Boyd ve Rafferty).
na rağmen yüksek sıcaklığa sahip jeotermal sular
Sıcaklık
üzerine kurulacak kademeli yararlanma teknikle­
Aquakültür uygulamalarındaki tüm biyolojik
rinin son halkasını aquakültür balıkçılığı oluştura­
ve
kimyasal
prosesler üzerinde, sıcaklığın önemli
bilir. Günümüzde bu şekilde kurulu çok sayıda
aquakültür uygulaması mevcuttur (Johnson, 1978) bir etkisi vardır. Her canlının, en iyi büyüme gös­
(Johnson ve Smith, 1981) (Bujakowski, 2000). tereceği, optimum su sıcaklığı değeri vardır. Sı­
Çeşitli deniz balıklarını da jeotermal enerji ve de­ caklık, optimum değerin altına düşer ve ya üstüne
26
•
TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ / Kasım-Aralık 2003
çıkarsa, büyüme hızı azalır ve hatta ölümler baş­
layabilir.
Çözünmüş Oksijen
Çözünmüş oksijen seviyesinin en düşük gü­
venli miktarı, sıcaklığa ve canlı türüne bağlıdır.
24 saatlik bir periyotta, havuzdaki çözünmüş ok­
sijen seviyesi keskin bir şekilde değişim göstere­
bilir. En düşük çözünmüş oksijen seviyesi genel­
likle gün doğumundan önce olurken, en yüksek
seviye akşam üzerine doğru olur. Ilık su balıkları,
düşük çözünmüş oksijen seviyelerine, soğuk su
balıklarından daha dayanıklıdır. Oksijen seviyesi
ılık su balıkları için 3 ppm' in, soğuk su balıkları
için de 5 ppm'in üzerinde olmalıdır.
Azotlu Atıklar
Balıkların çoğu amonyak salgılarlar. Sıcaklık
ve pH, toplam amonyak-azot (TAN) oranında de­
ğişmeye sebep olur. Zehirli, iyonize olmayan
formdaki TAN miktarı, pH ve sıcaklığın artma­
sıyla artış gösterir. Amonyak, bakteriler tarafın­
dan ortadan kaldırılır. Bakteriler amonyağı önce
"nitrit"e, sonra da "nitrat"a dönüştürürler. Yüksek
seviyedeki nitrit, balıklar için tehlikeli hastalıkla­
ra sebep olur. Nitrit konsantrasyonu 0,05 ppm'in
üzerinde olduğunda büyüme azalabilir ve balıklar
olumsuz etkilenir. Su ürünleri, birkaç yüz ppm'lik
nitrat konsantrasyonuna dayanabilmektedirler.
pH Değeri
Balıklar, en iyi büyümeyi, suyun pH seviyesi 6
ile 9 arasında olduğu zaman gösterirler. 4,5'un al­
tında ve 10'un üzerindeki pH seviyelerinde ise
ölümler meydana gelebilir. pH'ın en düşük sevi­
yeleri genellikle çözünmüş oksijenin en düşük se­
viyeleri ile bağlantılıdır. Yüksek pH, genellikle
yüksek seviyede çözünmüş oksijene denk gelir.
AlkaSinite
Alkalinite, sudaki çözünmüş karbonat ve bi­
karbonat iyonlarının bir ölçüsüdür. Alkalinitenin
uygun aralığı 20 ppm ile 300 ppm arasıdır.
Sertlik
Alkalinite, karbonat ve bikarbonat gibi negatif
iyonların bir ölçüsü iken, sertlik de kalsiyum ve
magnezyum gibi pozitif iyonların bir ölçüsüdür.
Bazı türler için, suyun sertliği çok önemli olabilir.
Sertlik 50 ppm'in üzerinde olmalıdır.
Karbondioksit
Karbondioksit problemleri genellikle, yer altı
suyu kullanıldığında, çok miktarda balığın nakli­
yesi sırasında ve tekrar sirkülasyon olan sistemler
kullanıldığında meydana gelebilir. Karbondioksit
seviyesini kabul edilebilir ölçülerde tutabilmek
için, havalandırma ve oksijen açısından zengin­
leştirme gibi işlemler yapılabilir.
Salinité
Salinité, sudaki tüm iyonların toplam konsant­
rasyonudur. Salinité, iyonize olmayan amonyağm
konsantrasyonunu etkiler. Planlama safhası bo­
yunca, suyun salinitesinin, yetiştirilecek türler
için uygun olup olmadığını belirlemek için, sü­
rekli olarak kontrol edilmesi gerekir.
Klor
Şehir suyu genellikle 1 ppm'lik klor ile arz
edilir. Sistemde eğer şehir suyu kullanılıyorsa,
klor artışı ortadan kaldırılmalıdır. 0,02 ppm kadar
yükseklikteki klor bile balıklar için stres kaynağı­
dır.
Hidrojen Suffit
Havuz suyunun oksijeni azalan dip kısmı ka­
rıştırıldığında hidrojen sülfit salınabilir. Hidrojen
sülfit, çürük yumurta kokusuna sahiptir ve balık­
lar için son derece zehirlidir. Hidrojen sülfit jeotermal sularda da bulunabilir.
Tablo 2'de yukarıda bahsedilen faktörlerin ter­
cih edilen sınır değerleri gösterilmiştir.
TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ / Kasım-Aralık 2003
•
27
Tablo 2: Aquakultur uygulamalarında sa kalitesi faktör­
lerinin uygun değer aralıkları (Boyd ve Rafferty)
Su Kalitesi Faktörü Balık kültürü için kabul edilen sınır
değerleri
Sıcaklık
Balık türüne bağlıdır
Çözünmüş Oksijen >4-5 ppm (bir çok tür için)
Toplam AmonyakAzot (İyonlze ve
syonize olmayan) NH3<0,02 ppm
Nitrit
<1 ppm; yumuşak sularda 0,1 ppm
pH
6-8
Alkalinite
50-300 ppm kalsiyum karbonat
Sertlik
>50 ppm, tercihen >100 ppm
kalsiyum karbonat
Karbondioksit
>10 ppm
Salinité
Türe bağlıdır. Tipik olarak <0,5-l ppt
(Temiz su balıkları için)
Klor
<0,02 ppm
Hidrojen Sülfit
Seviye belirsizdir.
Tablo 3'de aquakültür uygulamaları için seçi­
len bazı türlerin sıcaklık gereksinimleri ve büyü­
me süreleri görülmektedir.
Tablo 3: Aquakultur oygulamaları için seçilen bazı türle­
rin optimum ve kabul edilebilir sıcaklık değerle­
ri ile yetişme süreleri (Rafferty, 1995)
Türler
Alabalık
Optimum
sıcaklık
(°C)
Kabul
edilebilir
sıcaklık
(°C)
Satılabilir
hale gelme
süresi
(Ay)
17
0-32
6-8
Sazan
20-32
4-38
-
Tatlı su levreği
(sarı)
22-28
0-30
10
Çizgili Levrek
16-19
?-30
6-8
15
4-25
6-12
Somon (Pasifik)
İstiridye
24-26
0-36
24
Istakoz
22-24
0-31
24
Pembe Karides
24-29
11-40
6-8
Tatlı su karidesi
28-31
24-32
6-12
Kedi Balığı
28-31
2-35
6
Yılan Balığı
23-30
0-36
12-24
Tilapia
22-30
8-41
12-24
28
•
TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ / Kasım-Aralık 2003
3. AQUAKÜLTÜR UYGULAMALARINDA
ISI PROSESLER
Bu bölümde, aquakültür uygulamalarında kul­
lanılan bir balık havuzunun ısı kaybı hesaplarına
ait bazı ampirik formüller verilerek bir örnek üze­
rinde bü kayıplar hesaplanacak ve bu ısıyı sağla­
mak için gereken jeotérmal akışkan debisi belirle­
necektir. Üzerinde örtü olmayan bir havuz ile at­
mosfer arasında, buharlaşma, konveksiyon, rad­
yasyon ve kondüksiyon ile ısı alışverişi olur (Raf­
ferty, 1995).
Bu ısı kayıplarından her birisi, aşağıda ayrı ay­
rı olarak bahsedilen farklı parametrelerden etkile­
nirler. Konveksiyon ve buharlaşmayla olan ger­
çek ısı kayıpları, havuzun uzunluk ve genişliği ile
rüzgara göre konumundan etkilenir. Son tasarım
hesaplamaları için daha detaylı analizler yapılma­
lıdır.
3.1. Beharlaşma Kaybı
Buharlaşma kaybı, genellikle bir havuzdaki
toplam ısı kaybının en büyük kısmını oluşturur.
Buharlaşma söz konusu olduğunda, ısı kaybından
çok hacim kaybı akla gelir. Bununla birlikte suyu
kaynatmak (ve buharlaştırmak) için ısı gerekmek­
tedir, î kg suyu buharlaştırmak için gereken ısı
miktarı sıcaklık ve basınçla değişir.
Havuz yüzeyinden buharlaşan su havuzdaki
sudan sıvı ve buharlaşma ısınım çekecektir. At­
mosferik şartlarda buharlaşma için gerekli ısı
yaklaşık olarak 2258 kJ/kg alınabilir. Sıvı ısısı ise
havuz sıcaklığına bağlı olarak
Buharlaşma hızı, hava hızının ve havuz suyu
ile havadaki su buharı arasındaki basınç farkının
(buhar basınç farkı) bir fonksiyonudur. Havuz sı­
caklığı arttığında ve ya havanın bağıl nemi azal­
dığında, buharlaşma hızı artar (Boyd ve Rafferty).
Buharlaşma miktarını veren denklem aşağıdaki
gibidir:
Wb = (0,065 + 0,016. v).(P w -PJ.A
(D
Burada;
Wb : Buharlaşma miktarı (kg/h)
v : Hava hızı (km/h)
Pw : Havuz suyu sıcaklığındaki doymuş buhar
basıncı (kPa)
Pa : Havanın çiğ noktası buhar basıncı (kPa)
A : Havuz yüzey alanı (m2)
Aşağıda v, Pw ve Pa için yaygın olarak kullanı­
lan bazı değerler verilmiştir.
3.2. Konveksiyon Kaybı
Havuz yüzeyinden olan ısı kaybının ikinci ana
mekanizması konveksiyondur. Bu ısı kaybı, so­
ğuk havanın havuz suyu yüzeyi üzerinden geçme­
siyle meydana gelen kayıptır. Konveksiyon kay­
bının büyüklüğünü etkileyen en önemli faktörler;
rüzgarın hızı ve havuz yüzeyi ile hava arasındaki
sıcaklık farkıdır. Konveksiyon kaybı aşağıdaki
denklem ile ifade edilebilir:
qcv = 0 , 7 0 2 . v . A . ( T w - T a )
v için
16 km/h hızındaki rüzgar
24 km/h hızındaki rüzgar
P w için
P a İÇİ"
(3)
8 km/h hızındaki rüzgar
15 c C'deki su için
P w = 1,765 kPa
21 °C'deki su için
P w = 2,5 kPa
27 °C'deki su için
P w = 3,495 kPa
32 °C'deki su için
P w = 4,812 kPa
• Dış mekanlarda -1 °C tasarım kuru
termometre hava sıcaklığı için
P a =0,51kPa
- İç mekanlarda, 24 °C sıcaklık ve
%50 bağıl nemdeki tasarımlar için
P.,= 1,454 kPa
Havuzda buharlaşma ile olan ısı kaybı aşağı­
daki bağıntı ile hesaplanabilir;
(2)
burada q, havuzdaki suyun buharlaşması için ge­
rekli ısı olup kJ/kg alınacaktır.
Su yüzeyi üzerindeki rüzgar hızı, havuzun bu­
harlaşma ve konvektif ısı kayıpları üzerinde çok
önemli bir etkiye sahiptir. Havuzun tasarım ısı ka­
yıpları hesaplanacağında, gerçekçi olmayan yük­
sek rüzgar hızlarını kullanmaya gerek yoktur. Ge­
nellikle, en soğuk dış hava sıcaklıkları, yüksek
rüzgar hızlarına eşlik etmezler. Bu tip hesaplama­
larda ortalama rüzgar hızlarım kullanmak daha
uygundur (Rafferty, 1995).
Burada;
: Konveksiyonla olan ısı kaybı (W)
v : Hava hızı (km/h)
A : Havuz alanı (m2)
T w : Su sıcaklığı (°C)
: Hava sıcaklığı (°C)
Havuzun şekli ve hakim olan rüzgarın yönü
konvektif ısı kayıplarını etkiler. Burada kullanılan
metod, 30 m'ye kadar olan havuz boyutlarına ka­
dar uygundur. Çok büyük havuzlar için konvektif
ısı kayıpları burada hesaplanan değerden %25 ka­
dar daha az alınabilir (Rafferty, 1995).
Buharlaşma ve konvektif kayıplar, kullanılan
havalandırma sisteminin tipinden de etkilenebilir.
Püskürtme ve ya dalgalanma etkilerini kapsayan
bazı sistemler ısı kaybını artırabilir. Havalandır­
madan dolayı oluşan ısı kaybı ayrıca hesaplanma­
lıdır.
3.3. Raiyasyoa Kaybı
Toplam ısı kaybının en büyük üçüncü kısmı
olan radyasyon ısı kaybı, temelde, havuz yüzeyi
sıcaklığı ile çevre havası sıcaklığı arasındaki sı­
caklık farkına bağlıdır. Bu prosesi açıklayan
denklem şöyledir,
(4)
Burada;
qrd: Radyasyon ısı kaybı (W)
TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ / Kasım-Aralık 2003
•
29
Öncelikle buharlaşma miktarını bulalım;
Wb+(0,065+0,016.8).(3,495 - 0,51).45
[kg/h]
T w : Havuz suyu sıcaklığı (°C)
T a : Havuz sıcaklığı (°C)
A: Havuz yüzeyi alanı (m2)
Wb =25,92 kg/h bulunur.
3.4» Kondüksiyon Kaybı
Isı kayıplarının sonuncu tipi kondüksiyonla
olan ısı kaybıdır. Bu kayıp, havuz cidarlarından
dolayı oluşan kayıptır. Diğer kayıp mekanizmala­
rıyla kıyaslandığında kondüksiyon kaybı en kü­
çük olan kayıptır ve bu nedenle bir çok hesapla­
mada ihmal edilir. 1-1,5 m derinlikteki bir havuz
için aşağıdaki bağıntı geçerlidir.
qcd=3,46.[L+W+(0,0328.L.W)].[Tw-(Ta+8,33)]
qcd
L
W
Tw
Ta
(5)
Burada;
: Kondüksiyon ısı kaybı (W)
: Havuz uzunluğu (m)
: Havuz genişliği (m)
: Tasarım su sıcaklığı (°C)
: Tasarım dış hava sıcaklığı (°C)
Bu bağıntıda, havuzun yalıtılmış konstrüksiyonda olduğu kabul edilir yani havuz cidarların­
dan ya da tabanından su sızıntısı olmadığı varsa­
yılır.
Yukarıda belirtilen bağıntılarla bulunan ısı ka­
yıpları, pik veya maksimum ısı kayıplarıdır. Be­
lirli bir zamanda ve tasarım hesabının dışındaki
uygulamalarda, ısı kaybı bu değerden daha az
olur. Yıllık ısı ihtiyacı, pik ısı ihtiyacının 8760
h/yıl ile çarpımıyla hesaplanamaz. Çünkü bu he­
sap için, havadaki sıcaklık, rüzgar, nem değişim­
lerinin ve güneşten kazanılan ısının da dikkate
alınması gerekir. Yıllık ısı ihtiyacının hesaplan­
ması bu çalışmanın konusu değildir.
Aquakultur ısı hesaplarına ait bir uygulama
45 m2 (3 m x 15 m) yüzey alanındaki bir ha­
vuz ele alalım. Bu havuz -4 °C tasarım sıcaklığı­
na sahip bir açık alanda olsun. Rüzgar hızı 8 km/h
ve havuz suyu sıcaklığı 27 °C ise havuzun toplam
ısı kaybım hesaplayalım.
30
•
TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ / Kasım-Aralık 2003
Havuzun buharlaşma ile ısı kaybı Denklem
(2)'den aşağıdaki gibi hesaplanır;
Bu değer ısı kaybının pik ya da tasarım değe­
ridir. Verilen örnekte hesaplamanın, tasarım şart­
larına göre (en kötü şartlar) yapıldığı not edilme­
lidir. Daha yüksek dış hava sıcaklıklarında ve
farklı bağıl nemlerde bu değer azalacaktır. Önce­
den bahsedildiği gibi, buharlaşma miktarı, havuz
suyu ve havadaki su buharı arasındaki buhar ba­
sıncı farkından etkilenir. Su sıcaklığı azaldığında
buhar basınç farkı ve bundan dolayı da buharlaş­
ma hızı azalır.
Havuzun konveksiyon ısı kaybı Denklem (3)
kullanılarak hesaplanır;
q cv = 0,702.8.45.(27-(-4))
q cv = 7834 W
Havuzun radyasyon ile oluşan ısı kaybını
Denklem (4) ile hesaplarsak,
5
4
4
qrd=0,174.10- .0,0308.[(273+27) -(273+(-4)) ] .45
qrd = 6907 W
Havuzun kondüksiyon ile olan ısı kaybını da
Denklem (5) ile hesaplayalım;
qcd=3,46.[15+3+(0,0328.15.3)].[27-(-4+8,33)]
q c d =1528W
Tablo 4, 45 m 2 'lik havuz için yapılan hesapla­
maların sonuçlarım özetlemektedir.
Tablo 4: Örnek ısı kayıplarının özeti
Isı kayıpları
Kayıp (W)
Oran (%)
Buharlaşma
18 435
53,12
Konveksiyon
7 834
22,57
Radyasyon
6 907
19,90
1 528
4,41
34 704
100
Kondiiksiyon
Toplam
Böylece örnek olarak incelediğimiz aquakültür havuzumuzun toplam ısı kaybı 34 704 W ola­
rak bulunur. Tablo 4'ten de görüldüğü gibi en
yüksek kayıp oranı %53,12 ile buharlaşma kay­
bından dolayı olmaktadır. En az kayıp ise % 4,41
ile kondüksiyon kaybında olmaktadır.
4. ISI İHTİYACININ AZALTILMASI
4.1. Havuz yüzeyi örtüsü
Havuz yüzeyinden kaybolan ısı, rüzgar hızı ve
havuz ile çevre arasındaki sıcaklık farkından ol­
dukça etkilenir. Bu değerlerden herhangi birini
azaltmak için kullanılan bir yöntem, ısı ihtiyacını
önemli ölçüde azaltacaktır.
Bu sonuç büyük ölçüde, yüzebilen tip örtünün
kullanılmasıyla buharlaşma kaybının ortadan
kalkmasının bir sonucudur. Fakat üzülerek belirt­
meliyiz ki bu tip bir örtü, genellikle ticari aquakültür uygulamaları için pratik değildir.
4.2. Havuz ihatası:
Havuz ihatası, ısı kaybını azaltmak için kulla­
nılabilecek daha pahalı bir sistemdir. İhata tara­
fından sağlanan avantajlar büyük ölçüde kullanı­
lan konstrüksiyon tekniklerine bağlıdır (ihata
malzemesi, basınç veya vantilasyon etkisinin
yokluğu).
Havuza ihata yapmak için kullanılan konstrük­
siyon metodları ve malzemeler çok çeşitlidir. İha­
tanın temel avantajları şunlardır;
a) Hava hızının azalması
b) Havuz ile çevresel hava arasındaki sıcaklık far­
kının azalması
c) Havuz suyu ile hava arasındaki buhar basıncı
farkının azalması (bağıl nemin artırılması)
Bu etkiler; buharlaşma, konveksiyon ve rad­
yasyonla ilgili olan ısı kayıplarım azaltır.
4.3. Termal Kütle
Bir havuzun pik ısı ihtiyacını ya da havuz ısıt­
masını azaltmak için son metod, suyun kendisi ta­
rafından sağlanan büyük termal kütlenin kullanıl­
masında yatar. Su mükemmel bir ısı depolama or­
tamıdır. Örneğin 1,5 m derinliğinde ve 45 m2 alanıpdaki bir havuzu ele alalım. Havuzun toplam
hacmi 67,5 m3 olacaktır.
Bu hacimdeki suyun kütlesi (m);
m = V.d
m = 67,5 m 3 . 1000 kg/m3
m = 67500 kg
Havuzdaki suyun özgül ısısı c su =1,163.10-3
kWh/kg °C'dir.
1 kg su 1 °C soğutulduğunda 1,163.10-3 kWh
ısı verdiğinden, 67500 kg su içeren örnek havuzu­
muz 1 °C soğuduğunda 78,5 kWh ısı verir ki bu
ısının karşılanması gerekir. Bu depolanan ısı ka­
pasitesi ısıtma sistemindeki pik ısıtma ihtiyacını
azaltmak için kullanılabilir. Orijinal örnekte he­
saplanan 34704 W'hk pik ısı ihtiyacını kullana­
rak, termal depolamaya şöyle bir örnek verebili­
riz. Pik ısı ihtiyacının gece 8 saatlik bir periyod
boyunca olduğu, kalan zamanda hava sıcaklığının
artması ve güneşten gelen kazançlar sebebiyle ısı
yükünün azaldığı kabul edilebilir. Sistemin, pik
ihtiyacının sadece %80'ini karşıladığı düşünülür­
se, havuz sıcaklığı ne olur?
Öncelikle, 8 saatlik periyot için gereken top­
lam ısı;
8 saat. 34704 W = 277632 Wh = 277,632 kWh olur.
İkinci olarak, hesaplanan ismin %80'inin sis­
tem (havuzun termal kütlesi) tarafından sağlandı­
ğı kabul edilerek, sistemin vereceği ısı;
TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ / Kasım-Aralık 2003
•
31
277,632 . 0,80 = 222,1056 kWh olur.
Sonra havuzun soğumasıyla karşılanması ge­
reken farkı hesaplarız;
Örnek havuzumuzun 40 °C sıcaklığındaki bir
jeotermal kaynak tarafından ısıtılacağını varsaya­
lım. Buna göre;
277,632 - 222,1056 = 55, 5264 kWh
Son olarak da, suyun istenilen sıcaklığı termal
kütlesi sebebiyle karşılamasından dolayı havuz
sıcaklığındaki düşüş;
55,5264 kWh = 67 500 kg .1,163.10-3 kWh/kg °C.
= 0,7 °C olarak hesaplanır.
Sonuç olarak, havuz 0,7 °C kadar soğuyacak­
tır. Jeotermal ısıtma sistemi havuz sıcaklığını nor­
mal değere getirirken, gün boyunca hava sıcaklı­
ğının artması ve güneşten gelen kazançlar sebe­
biyle ısı ihtiyacı azalacaktır.
Havuzdaki bu tip sıcaklık dalgalanmaları bazı
aquatik canlıların yaşamasını riske atabilir. Özel­
likle karidesler sıcaklık dalgalanmalarına karşı
çok duyarlıdırlar (Johnson, 1978). Bu nedenle an­
cak jeotermal enerjiden faydalanarak bu canlıları
verimli ve ekonomik üretmek mümkündür.
DEBİ İHTİYACI:
Belirli bir havuzun pik ısı ihtiyacını karşıla­
mak için gereken debi, kaynak sıcaklığı ile havuz
suyu sıcaklığı arasındaki sıcaklık farkının bir
fonksiyonudur. Debi ihtiyacının (m) belirlenme­
sinde aşağıdaki formül kullanılabilir;
(6)
Burada,
m : Kaynağın debi ihtiyacı [kg/h]
qtop : Havuzun hesaplanan toplam ısı kaybı [kW]
Tr : Havuz sıcaklığı [°C]
Tw : Kaynak sıcaklığı [°C]
c su : 1,163.10-3 kWh/kg°C
32
•
TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ / Kasım-Aralık 2003
m = 2295,4 kg/h
(0,637 kg/s)
Tekrar belirtmeliyiz ki bu değer pik ihtiyaç de­
ğeridir. Diğer zamanlarda gereken debi ihtiyacı
0,637 kg/s'den daha az olacaktır.
Yukarıda bahsedilen metodlar, havuzlardaki
ısı kayıpları konusuyla ilgilenenlerin konuya bir
başlangıç yapmalarını sağlamak için sunulmuştur.
Kullanılan denklemler, çok karmaşık ilişkilerin
basitleştirilmiş şeklidir ve sadece ön hesaplamalar
için kullanılmalıdır. Bunlara ilave olarak, değişik
havalandırma sistemlerinden ve diğer aktivitelerden doğan kayıplar hesaba katılmamıştır.
SONUÇ
Ülkemizde jeotermal kültür balıkçılığı ekono­
mik açıdan oldukça önemli olabilecek bir potan­
siyele sahiptir. Ancak bu potansiyel, kültür balık­
çılığına ait teknik bilgi eksikliğinden dolayı değerlendirilememektedir. Ülkemizin şu andaki yıl­
lık kültür balıkçılığı üretimi 67 bin tondur. Bu ra­
kam, jeotermal enerjili kültür balıkçılığına ait ol­
mayıp, normal uygulamaları kapsamaktadır. Oysa
ülkemizde jeotermal kaynaklı kültür balıkçılığın­
da kullanılabilecek irili ufaklı çok sayıda jeoter­
mal kaynak bulunmaktadır. Düşük sıcaklıklı je­
otermal kaynaklarımızı bu şekilde ekonomiye ka­
zandırarak dünya pazarında önemli bir yer elde
etmemiz mümkün olabilecektir. Özellikle Doğu
Anadolu Bölgesi gibi düşük sıcaklıklı jeotermal
kaynaklara sahip ve kış mevsimi oldukça sert ge­
çen bölgelerde jeotermal kültür balıkçılığı, bölge
ve Türkiye ekonomisine önemli bir katkı sağlaya­
bilir. Çalışmanın diğer bölümünde jeotermal aquakültür uygulamalarında kullanılabilecek bir ha-
vuzun ısı kayıplarını bulmaya yönelik bağıntılar Geothermal Heat Recuperation Cascade System
incelenmiş ve havuzdaki sıcaklığı sabit tutabile­ for Fish and Vegetable Breeding, The PAS MEERI
cek jeoakışkan debisi belirlenmiştir. Belirtilen so­ Geothermal Laboratory, Poland" In: Proceedings
nuçlar ampirik bağıntılardan elde edilmiştir ve ön World Geothermal Congress. Kyushu, Japan,
pp.3 379-3 3 83.
fizibilite çalışmaları için kullanılabilir.
6) Johnson, W. 1978. "Culture of Freshwater
Prawns Using Geothermal Waste Water". GeoKAYNAKLAR:
1) Rqfferty, K.1995. "Aquaculture". In: Geot­ Heat Center publications.
7) Georgsson, L., Fridleifsson, G., 1996 "High
hermal Energy, edited by Dickson, M., Fanelli, M.
Technology in Geothermal Fish Farming at SilJohn Wiley& Sons, pp. 155-167.
furstjarnan
- Iceland". Orkustofnun National
2) Rqfferty, K., 1999. "Aquaculture in the Im­
perial Valley-A Geothermal success story". GHC Energy Authority Publication, Reykjavik, Iceland.
Bulletin-March.
8) Lund, J., Freeston, D. 2000. "World-wide
3) Boyd, T., Rafferty, K. "Aquaculture Infor­ Direct Uses of Geothermal Energy 2000". In:
mation Package". U.S. Department of Energy, Proceedings World Geothermal Congress. Kyus­
Idaho Operations Office.
hu, Japan, pp.1-21.
4) Johnson, W. 1981. "Use of Geothermal
9) Aqua Culture. Haziran 2003. Sayı 3. Kültür
Energy for Aquaculture Purposes, Phase III - Fi­ Balıkçüarı ve Su Ürünleri Yetiştiricileri Birlik
nal Report". Geo-Heat Center.
Derneği Dergisi.
5) Bujakowski, W. 2000. "The Pilot Project of
Dergimizin 76. sayısında yayınlanan "Yüzme Havuzlarının Bakımı İşletilmesi" isimli makaledeki Çi­
zelge 2 hatalı basılmıştır. Çizelgenin doğrusu aşağıda belirtilmiştir. Siz okurlarımız ve makale yazarın­
dan özür dileriz.
ÇİZELGE 2- Tek tabakalı Filtreler için Tanecik Grubu - Tabaka Yüksekliği - Filtrasyon Hızı
Birim
Açık Filtreler
Kapalı Filtreler
Tanecik Grubu
mm
0.71'den 1.25'e kadar veya
Tabaka Yüksekliği'
m
>0.9
Bırakılacak boşluk
m
Filtre HIZM
m/h
b) Deniz ve tuzu >2000 mg/l olan sular için
Filtre materyal yüksekliğinin ' /o25'i + 0.2 m'den fazla
vi vi
a) Tatlı sular için
>1.2
<30
<20
1 ) Mineralli sular için Filtre hızı ve Tabaka yüksekliği denenerek bulunur. Denemelerde bu çizelgedeki
değerler başlangıç için referans alınır.
TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ / Kasım-Aralık 2003
•
33