Termoelektrik modül kullanılan seradaki bir bitkinin toprak altı ve üstü sıcaklığının sayısal ve deneysel incelenmesi
Numerical and experimental investigation of the sub-ground and above temperature of a plant in a greenhouse using the thermoelectric module
Yazar: ALP BÜYÜKBAYRAKTAR
Danışman: PROF. DR. ELİF ÖĞÜT
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: ANSYS = ANSYS ; Don olayı = Frost incident ; Peltier = Peltier ; Seralar = Greenhouses ; Termoelektrik = Thermoelectric

Özet:
Ülkemizde seracılık faaliyetleri 1960'lı yılların başlarında Antalya Bölgesinde 
başlamıştır. Yetişen ürünlerin %94'ünü sebze ve meyve türleri %5'ini kesme çiçek ve 
%1'ni süs bitkileri oluşturmaktadır. Fakat halen istenilen ürün kalitesi ,ve işletme maliyeti 
amaçlanan hedefe ulaşamamıştır. Bunun sebebi seralarda ısıtma sistemlerinin pahalılığı 
ve ısıtma ücretlerinin yüksek olmasından kaynaklanmaktadır. Bu durum sera üreticilerini 
sonbahar ve ilkbahar aylarında üretime yönlendirirken kış aylarında ise sadece bitkileri 
dondan korumak amacıyla düzensiz ısıtma işlemlerine yöneltmektedir.. Seralarda kış 
aylarında üretimi artırmadaki en önemli faktör, sera içindeki bitkinin olgunlaşıp 
büyümesini sağlayan, gerekli konfor sıcaklığına ulaşmak için kullanılan yakıt ile ısıtma 
sistemlerinin işletme ve tasarım maliyetleridir. Ülkemizde klasik seralarda çoğu zaman 
merkezi ısıtma sistemi kullanılmaktadır. Bu sistemler bir kalorifer kazanı yardımıyla 
havanın sıcaklığını artırmayı amaçlarken enerjinin büyük bir kısmını da sera tabanından 
atmosfere taşımaktadır. Bu durum ısıtma sistemlerinde verimi azaltmakta ve sera 
girişimcilerini toprak ısıtma sistemlerine yönlendirmektedir. Toprak ısıtma sistemleri ile 
birlikte bitkilerde önemli ölçüde verim artışı gözlemlenmiştir.. Bu çalışmada, 
Termoelektrik modül ile toprağın ısıtılması amaçlanmaktadır. Termoelektrik modülün 
ısıtma yükünden yararlanılıp önce kontak malzemeye ısı aktarmasını, sonrada ısınan 
kontak malzemesinin toprağı ısıtması ve doğal taşınım etkisiyle bitki yapraklarının
ısıtılması amaçlanmıştır. Farklı bir yaklaşımla termoelektrik modül kullanarak 
alüminyum blok tasarlanmış olup bitkinin kök ve tohum çimlenme sıcaklığı arttırması 
amaçlanmıştır, bitkinin yaprak sıcaklığı ise kübik bir termoelektrik modül hazırlayarak 
toprağın üstüne yerleştirilerek elde edilmiştir. Tasarım alüminyum blok bitkinin kök 
sıcaklığının arttırarak don olayından koruma sağlarken kübik termoelektrik modül bitki 
yapraklarındaki don olayını azaltarak kök ve sera içi ısınmayla daha verimli ve çok daha 
ekonomik bir üretim amaçlanmaktadır. Çalışmada Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği 
(HAD) analizleri Ansys Fluent yazılımı kullanarak elde edilmiştir. Yapılan deneysel 
çalışmada toprak tipi , kontak malzemesi , çevre ve ortam koşulları, bitki kök konumu 
gibi parametreler incelenmiştir. Birbiri ile ilişkili olan bu terimler de değişiklik yapılarak 
ideal tasarımın elde edilip optimum konfor sıcaklığına ulaşması tezin ana amacıdır.

Abstract:
Greenhouse activities in our country started in the Antalya Region in the early 1960s. 
94% of the products grown are vegetable and fruit types, 5% are cut flowers and 1% are 
ornamental plants. However, the desired product quality and operating cost have not yet 
reached the intended target. This is due to the expensiveness of the heating systems in 
greenhouses and the high heating costs. While this situation directs greenhouse producers 
to production in autumn and spring months, it directs them to irregular heating processes 
only in order to protect plants from frost in winter. The most important factor in increasing 
production in greenhouses in winter months is the heating systems with fuel used to reach 
the required comfort temperature, which enables the plant in the greenhouse to mature 
and grow. operating and design costs. Central heating system is mostly used in classical
greenhouses in our country. While these systems aim to increase the temperature of the 
air with the help of a heating boiler, they carry most of the energy from the greenhouse 
floor to the atmosphere. This situation reduces the efficiency in heating systems and 
directs greenhouse entrepreneurs to soil heating systems. A significant increase in yield 
has been observed in plants with soil heating systems. In this study, it is aimed to heat the 
soil with the Thermoelectric module. It is aimed to transfer heat to the contact material 
first by making use of the heating load of the thermoelectric module, then to heat the soil 
by the heated contact material and to heat the plant leaves with the effect of natural 
convection. With a different approach, an aluminum block was designed using a 
thermoelectric module and it was aimed to increase the root and seed germination 
temperature of the plant, while the leaf temperature of the plant was prepared by a cubic 
thermoelectric module and a Cubic thermoelectric module was placed on the soil. While 
the design aluminum block provides protection from frost by increasing the root 
temperature of the plant, the cubic thermoelectric module aims to reduce the frost on the 
leaves of the plant and to heat the root and greenhouse, resulting in a more efficient and 
much more economical production. In the study, Computational Fluid Dynamics (CFD) 
analyzes were obtained using Ansys Fluent software. In the experimental study, 
parameters such as soil type, contact material, environmental and ambient conditions, and 
the position of the plant roof are included. The main aim of the article is to obtain the 
ideal design and reach the optimum comfort temperature by changing these terms that are 
related to each other.