Dolgu malzemelerinin bitkilendirilmiş sistemlerde farklı çevresel parametrelere etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of fillers on various envornmental parameters in planted systems
- Tez No: 876910
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖMER HULUSİ DEDE
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sakarya Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 153
Özet
Yeşil duvar uygulamalarında kullanılacak yetiştirme ortamı karışımlarında organik malzeme ihtiyacı tarımsal kökenli organik atıklardan karşılanabilir. Bu yöntem hem yetiştirme ortamının maliyetini azaltır hem de tarım kaynaklı organik atıklar için ekolojik bir bertaraf alternatifi sağlar. Bu düşünceden yola çıkılarak gerçekleştirilen bu çalışmada, ülkemizde oldukça bol olarak bulunan tarımsal kökenli atıklar ve bazı inorganik materyaller kullanılarak yeşil duvar sistemleri için yetiştirme ortamı karışımları oluşturulmuş ve bu yetiştirme ortamlarının, yeşil duvarlardaki bitki büyümesi, ısı ve ses izolasyonuna olan etkileri incelenmiştir. Bu amaçla yeşil duvar uygulamalarında sıklıkla kullanılan torf ve tarımsal kökenli organik atıklardan fındık zurufu ana karışım materyalleri olarak seçilmiş ve bu ana materyallere hacimsel olarak %12.5, %25 ve %50 oranında pirinç kabuğu ve perlit karıştırılarak yetiştirme ortamları hazırlanmıştır (T: % 100 torf, F: % 100 fındık zurufu, TF1: %87.5 torf+%12.5 fındık zurufu, TF2: %75 torf+%25 fındık zurufu, TF3: %50 torf+%50 fındık zurufu, TP1: %87.5 torf+%12.5 pirinç kabuğu, TP2: %75 torf+%25 pirinç kabuğu, TP3: %50 torf+%50 pirinç kabuğu, TPE1: %87.5 torf+%12.5 perlit, TPE2: %75 torf+%25 perlit, TPE3: %50 torf+%50 perlit, FP1: %87.5 fındık zurufu+%12.5 pirinç kabuğu, FP2: %75 fındık zurufu+%25 pirinç kabuğu, FP3: %50 fındık zurufu +%50 pirinç kabuğu, FPE1: %87.5 fındık zurufu+%12.5 perlit, FPE2: %75 fındık zurufu +%25 perlit, FPE3: %50 fındık zurufu+%50 perlit,)Torf ve tarımsal kullanıma uygun perlit ticari ürünlerdir ve satın alınmıştır. Fındık zürufu ve pirinç kabuğu ise hasat işleminden sonra temin edilmiş, fındık zürufu parçalayıcı makineden geçirilmiştir. Pirinç kabuğuna ise herhangi bir ön işlem uygulanmamıştır. Tüm yetiştirme ortamı karışımları 50 litre olacak şekilde hazırlanmıştır. Hazırlanan tüm yetiştirme ortamlarının fiziksel ve kimyasal özellikleri standart yöntemler ve bilimsel çalışmalarda uygulanmış analiz metotları kullanılarak belirlenmiş ve elde edilen sonuçlar ideal bitki yetiştirme ortamlarında istenen değerlerle karşılaştırılmıştır. Yeşil duvar sisteminin kurulabilmesi ve ısı ve ses yalıtımındaki etkilerinin özdeş ortamlarda test edilebilmesi için model binalar inşa edilmiştir. Model binaların inşasında 125 cm x 125 cm x 125 cm ölçülerinde ve 2 cm kalınlığında betopan levhalar kullanılmıştır. Model binaların yeşil duvar sistemlerinin dışında kalan alanları olan zemin ve çatılarına 5 cm kalınlığında karbon takviyeli strafor ile yalıtım uygulanmıştır. Yeşil duvar sistemleri model binanın dört cephesinede, duvar yüzeyinden 3 cm boşluk kalacak şekilde monte edilmiştir. Yeşil duvar sistemi 5 mm kalınlığında tellerden örülmüş çelik kafes üzerine belirli bir açı ile tutturulmuş plastik saksılar ve damla sulama sistemlerinden oluşmaktadır. Yeşil duvar sistemindeki saksılar bitki dikimi öncesi hazırlanan yetiştirme ortamları ile doldurulmuş ve iğne ve düz yapraklı bitkileri temsil edecek şekilde seçilen mazı (Thuja plicata) ve şimşir (Buxus sempervirens L.) bitkileri dikilmiştir. Bitkiler düzenli olarak çeşme suyu ile sulanmıştır. Hazırlanan yetiştirme ortamlarının bitki büyütmedeki başarıları, bu çalışmaya özgün bir yöntem olarak, görüntü işleme yöntemiyle belirlenmiştir. Bu amaçla bitki büyütme dönemini oluşturan, nisan, mayıs, haziran, temmuz, ağustos ve eylül aylarında yeşil duvardan dijital görüntüler alınmış, bu görüntülerden imageJ programı kullanılarak, mazı (Thuja plicata) ve şimşir (Buxus sempervirens L.) bitkilerinin yeşil duvarda oluşturduğu bitki alanı hesaplanmıştır. Yeşil duvar uygulamalarının ısı izolasyonuna olan etkilerinin belirlenmesi için, yeşil duvar sistemi kurulmuş ve yeşil duvar sistemi bulunmayan boş model binalara sıcaklık ölçüm sensörleri yerleştirilmiş ve sıcaklık ölçümleri alınmıştır. Sıcaklık ölçümleri 06:00, 09:00, 12:00, 15:00, 18:00 ve 21:00 saatlerinde gerçekleştirilmiştir. Ayrıca yetiştirme dönemi olan nisan-eylül arasındaki tüm aylarda ölçüm alınarak, bitki alanındaki değişimin ısı izolasyonu arasındaki etkileri gözlemlenmiştir. Yeşil duvar sistemlerinin ısı izolasyonuna etkilerinin daha iyi anlaşılabilmesi için, sıcaklık ölçümlerine ilave olarak termal görüntüleme de gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında yeşil duvar uygulamalarının ses izolasyonuna etkileri, UNE-EN ISO 10140-2 standartlarına göre üretilen sesin (üçüncü oktav bantlarındaki) yeşil duvar sistemi kurulan ve kurulmayan model binalarda ölçülmesi ve oluşan farktan frekansa bağlı ses azaltma indeksinin hesaplanması ile belirlenmiştir. Çalışmada farklı frekansların etkilerinin belirlenmesi amacıyla 0.125 kHz, 0.250 kHz, 0.500 kHz, 1.000 kHz ve 2.000 kHz frekansları kullanılmıştır. Çalışma kapsamında gerçekleştirilen tüm analiz ve ölçümler üç tekerrürlü olarak yapılmış ve sonuçlar ortamalar olarak sunulmuştur. Tüm sonuçlar bilgisayar yazılımı kullanılarak yapılan Anova ve LSD testleri ile istatistiksel incelemesi de yapılmıştır. Yetiştirme ortamlarının fiziksel özelliklerinin incelenmesinde, fındık zürufu (F) (0.28 g/cm3) en yüksek, pirinç kabuğu (P) (0.11 g/cm3) ise en düşük hacim ağırlığına sahip bulunmuştur. Torf (T) ve perlitin (PE) hacim ağırlıkları sırasıyla 0.21 g/cm3 ve 0.15 g/cm3'tür. Karışımlarda pirinç kabuğu oranının yükselmesi, yetiştirme ortamının hacim ağırlığını önemli ölçüde azaltmaktadır. Pirinç kabuğu oranının en yüksek olduğu (%50) TP3 ve FP3 uygulamalarının hacim ağırlıkları sırasıyla 0.15 g/cm3 ve 0.18 g/cm3'tür. İncelenen tüm yetiştirme ortamlarının yığın yoğunluğu, ideal yetiştirme ortamı için istenen sınır dahilindedir. Genel olarak, yetiştirme ortamının porozitesi, hacim ağırlığının azalmasıyla birlikte artar. Perlitin hacim ağırlığı pirinç kabuğuna göre daha düşük olmasına rağmen porozitesi (%94.39 V/V) yüksek bulunmuştur. Bu durum perlitin mikro gözenekli yapısından kaynaklanmaktadır Fındık zürufu (%81.43 V/V) en düşük porozite değerine sahiptir. Bu nedenle %87.5 fındık zurufu içeren FH1 (%82.41 V/V) ve FPE1 (%82.4 V/V) uygulamalarının porozite değerleri diğer uygulamalara göre daha düşüktür. Yetiştirme ortamında perlit ve pirinç kabuğu oranının arttırılması ise porozite değerlerini arttırmıştır. Yetiştirme ortamı bileşenleri olan torf (770.38 mg/l) ve fındık zurufunun (619.29 mg/l) su tutma kapasiteleri, pirinç kabuğu (114.88 mg/l) ve perlitten (229.26 mg/l) önemli ölçüde yüksek bulunmuştur. %50 fındık zurufu ve %50 pirinç kabuğu içeren FP3'ün (566.95 mg/l) ve %50 fındık züruf ve %50 perlit içeren FPE3'ün (580.51 mg/l) su tutma kapasitesi ideal değer aralığının oldukça altındadır. Yetiştirme ortamlarının kimyasal özelliklerinin incelenmesinde, yetiştirme ortamlarında ölçülen tüm pH değerleri süs bitkileri için istenilen aralıkta bulunurken, elektriksel iletkenlik değerlerinin tamamı ideal yetiştirme ortamı için istenilen değerlerden düşük bulunmuştur. Ölçülen en yüksek elektriksel iletkenlik değeri 482.78 µS/cm (FPE3)'dir. Elektriksel iletkenlik değerlerinin düşük olması, yeşil duvarların uzun süreli sulanması, saksıda kurumuş yaprak ve dalların ayrışması gibi EC'yi arttıran durumlar nedeniyle avantaj olarak değerlendirilmiştir. İnorganik yetiştirme ortamı bileşeni olan perlitin kullanıldığı tüm yetiştirme ortamı uygulamalarında, karışımdaki perlit miktarı arttıkça organik madde miktarı azalmıştır. Yetiştirme ortamları arasında en düşük organik madde içeriği FPE3 uygulamasında (%50.74) bulunmuştur. Bitki gelişimi için en önemli besin elementlerinden olan azot ve potasyumun en yüksek değerleri fındık zürufunda (N: %1.48; K: 2442.67 mg/kg), fosfor en yüksek değeri ise pirinç kabuğunda (P: 3231.26 mg/kg) bulunmuştur. Ayrıca torf en yüksek Ca (2587.28 mg/kg) ve Fe (192.39 mg/kg) içeriğine, pirinç kabuğu en yüksek Mg (1183.74 mg/kg) içeriğine ve fındık zürufu en yüksek Cu (5.87) ve Zn (36.35 mg/kg) içeriğine sahiptir. İnorganik yetiştirme ortamı bileşeni olan perlitin makro ve mikro besin içeriği oldukça düşük bulunmuştur. Bitki alanının görüntü analizi ile incelenmesi çalışmalarında ise, mazı bitkisinde en yüksek bitki alanına TF1 yetiştirme ortamında ulaşılmıştır. Bu yetiştirme ortamı kullanılan yeşil duvar sisteminde başlangıç (nisan) bitki alanı 0.327 m2 ve yetiştirme dönemi sonu (eylül) bitki alanı 0.962 m2 olarak hesaplanmıştır. Yeşil duvardaki en küçük bitki alanı artışı, 0.343 m2 başlangıç bitki alanı ve 0.612 m2 son bitki alanı ile FP3 uygulamasında belirlenmiştir. Mazı bitkisinde elde edilen sonuçlara benzer şekilde şimşir bitkisi kullanılan yeşil duvar sistemlerinde de TF1 yetiştirme ortamında en yüksek bitki alanına ulaşılmıştır. En yüksek değerlerin elde edildiği TF1 uygulamasında başlangıç bitki alanı 0.412 m2, son bitki alanı ise 0.594 m2 olarak gerçekleşmiştir. En düşük değer ise (0.521 m2) FP3 uygulamasında elde edilmiştir. Yetiştirme ortamlarının fiziksel ve kimyasal özellikleri ile bitki alanı arasındaki en yüksek pozitif korelasyonlar, su tutma kapasitesi (R2:0.86; p
Özet (Çeviri)
There has been a significant population shift from rural areas to cities in the last century. The movement of people living in rural areas to cities has rapidly increased the demand for new buildings and cities have grown significantly. This situation has led to a decrease in green areas, defined as concretion, in cities, and important problems have begun to emerge in terms of the natural environment and human health. The formation of heat islands in cities, decrease in biodiversity, pollution of water resources and city noise can be listed as the most important of these problems. In recent years, important studies have been carried out to develop a solution to this situation. The focus of these studies, which are based on the basic idea of creating sustainable cities and living spaces, is to increase green areas in cities. One of the best solutions developed to increase green areas in cities is the widespread use of green wall and roof systems. Green wall and roof systems can basically be explained as planning plants as part of the architectural design and growing them on building walls, roofs or interiors. These systems are frequently used in today's architectural designs because they make a significant aesthetic contribution to architectural designs. However, studies on green wall systems in recent years reveal that these systems, in addition to being an aesthetic element in architectural design, can make much more important contributions to buildings and cities. Studies on the subject have shown that green wall systems reduce air pollution, capture greenhouse gases that cause global warming, reduce heat islands in cities, increase biodiversity, contribute to sound and heat insulation in buildings, reduce the amount of energy used especially for cooling purposes, harvest rainwater and gray water It is reported that it has a significant potential in many areas such as purification. Especially in these days when climate change is being combated on a global scale and intense efforts are being made to create carbon neutral cities, it is very important to use the potential of green wall systems in this field. That is why, in many countries, in order to accelerate sustainable city transformation, significant support is given for the installation of green wall systems in new or existing buildings. However, green wall systems require maintaining a complex application such as plant cultivation as a part of architectural design. Considering that plant cultivation is a complex task even in gardens and fields where it is conventionally practiced, the difficulty of successfully carrying out this process in systems mounted on building walls and above the ground can be better understood. In order for plants to survive healthily in the green wall system, many factors important for plant development such as irrigation, meeting plant nutrient needs, and combating diseases and pests must be taken into consideration and optimized with engineering applications. In addition, even if ideal conditions for plant growth are created, the green wall system must also meet the aesthetic goals foreseen in the architectural design of the building. One of the most important needs for green wall systems to meet the desired aesthetic criteria and to achieve healthy plant growth is the plant growing media to be used. Essentially, growing plants in green wall systems is similar to growing potted ornamental plants. However, the growing media to be used in green wall systems are required to have additional qualities compared to those used in potted ornamental plant cultivation. These qualities can be listed as being light enough not to put too much load on the building, having a high water retention capacity so that it does not require too much irrigation, and being free of plant diseases. To meet these qualities, a good solution is to use growing media consisting of a mixture of different organic and inorganic materials. The need for organic materials in growing media mixtures to be used in green wall applications can be met from organic wastes of agricultural origin. This method both reduces the cost of the growing media and provides an economical and ecological disposal alternative for organic waste of agricultural origin. In this study, which was carried out based on this idea, growing media for green wall systems were prepared using agricultural wastes and some inorganic materials, which are abundant in our country, and the effects of these growing media on plant growth, heat and sound insulation in green walls were examined. For this purpose, peat, which is frequently used in green wall applications, and hazelnut husk, one of the organic wastes of agricultural origin, were selected as the main mixture materials, and growing media were prepared by mixing rice hull and perlite in the ratio of 12.5%, 25% and 50% by volume to these main materials (P: 100% peat, H: 100% hazelnut husk, PH1: 87.5% peat+12.5% hazelnut husk, PH2: 75% peat+25% hazelnut husk, PH3: 50% peat+50% hazelnut husk, PR1: 87.5% peat+ 12.5% rice hull, PR2: 75% peat+25% rice hull, PR3: 50% peat+50% rice hull, PPE1: 87.5% peat+12.5% perlite, PPE2: 75% peat+25% perlite, PPE3 : 50% peat + 50% perlite, HR1: 87.5% hazelnut husk + 12.5% rice hull, HR2: 75% hazelnut husk + 25% rice hull, HR3: 50% hazelnut husk + 50% rice hull, HPE1: 87% .5 hazelnut husk + 12.5% perlite, HPE2: 75% hazelnut husk + 25% perlite, HPE3: 50% hazelnut husk + 50% perlite). Peat and perlite suitable for agricultural use are commercial products and were purchased. Hazelnut husk and rice hull were provided after the harvesting process, and the hazelnut husk was passed through the shredding machine. No pretreatment was applied to the rice hull. All growing media mixtures were prepared as 50 liters. The physical and chemical properties of all prepared growing media were determined using standard methods and analysis methods applied in scientific studies, and the results obtained were compared with the desired values in ideal plant growing media. Model buildings were built so that the green wall system could be installed and its effects on heat and sound insulation could be tested in identical environments. Concrete boards measuring 125 cm x 125 cm x 125 cm and 2 cm thick were used in the construction of the model buildings. Insulation was applied to the floors and roofs of the model buildings, which are areas outside the green wall systems, with 5 cm thick carbon-reinforced styrofoam. Green wall systems were mounted on all four facades of the model building, leaving a 3 cm gap from the wall surface. The green wall system consists of plastic pots and drip irrigation systems attached at a certain angle on a steel cage woven from 5 mm thick wires. The pots in the green wall system were filled with growing media prepared before planting, and thuja (Thuja plicata) and boxwood (Buxus sempervirens L.) plants, selected to represent needle and flat-leaved plants, were planted. The plants were watered regularly with tap water. The success of the prepared growing media in growing plants was determined by the image processing method, which is a unique method for this study. For this purpose, digital images were taken from the green wall in the months of April, May, June, July, August and September, which constitute the plant growth period, and from these images, using the imageJ program, thuja (Thuja plicata) and boxwood (Buxus sempervirens L.) plants were formed on the green Wall plant area has been calculated. In order to determine the effects of the green wall system on thermal insulation, a green wall system was installed and temperature measurement sensors were placed in empty model buildings without a green wall system and temperature measurements were taken. Temperature measurements were carried out at 06:00, 09:00, 12:00, 15:00, 18:00 and 21:00. In addition, measurements were taken in all months between April and September, which is the growing period, and the effects of the change in plant area on heat insulation were observed. In order to better understand the effects of green wall systems on thermal insulation, thermal imaging was also carried out in addition to temperature measurements. Within the scope of the study, the effects of green wall applications on sound insulation were determined by measuring the sound produced (in the third octave bands) according to UNE-EN ISO 10140-2 standards in model buildings with and without green wall systems and calculating the frequency-dependent sound reduction index from the difference. In the study, frequencies of 0.125 kHz, 0.250 kHz, 0.500 kHz, 1.000 kHz and 2.000 kHz were used to determine the effects of different frequencies. All analyzes and measurements carried out within the scope of the study were made in three replicates and the results were presented as means. All results were analyzed statistically by ANOVA and LSD tests using computer software. In the examination of the physical properties of the growing media, hazelnut husk (H) (0.28 g/cm3) was found to have the highest volume weight, and rice hull (R) (0.11 g/cm3) had the lowest volume weight. The volumetric weights of peat (P) and perlite (PE) are 0.21 g/cm3 and 0.15 g/cm3, respectively. Increasing the rice husk ratio in mixtures significantly reduces the volume weight of the growing media. The volume weights of PR3 and HR3 applications, which have the highest rice hull ratio (50%), are 0.15 g/cm3 and 0.18 g/cm3, respectively. The bulk density of all growing media examined was within the desired limit for ideal growing media. In general, the porosity of the growing medium increases with decreasing bulk weight. Although the bulk weight of perlite is lower than rice husk, its porosity (94.39% V/V) was found to be high. This is due to the microporous structure of perlite. Hazelnut husk (81.43% V/V) has the lowest porosity value. For this reason, the porosity values of HR1 (82.41% V/V) and HPE1 (82.4% V/V) applications containing 87.5% hazelnut hull are lower than other applications. Increasing the ratio of perlite and rice hull in the growing media increased the porosity values. The water retention capacities of the growing media components peat (770.38 mg/l) and hazelnut husk (619.29 mg/l) were significantly higher than rice hull (114.88 mg/l) and perlite (229.26 mg/l). was found high. The water retention capacity of HR3 (566.95 mg/l) containing 50% hazelnut husk and 50% rice hull and HPE3 (580.51 mg/l) containing 50% hazelnut husk and 50% perlite is well below the ideal value range. In the examination of the chemical properties of the growing media, all pH values measured in the growing media were within the desired range for ornamental plants, while all electrical conductivity values were found to be lower than the desired values for the ideal growing media. The highest measured electrical conductivity value is 482.78 µS/cm (HPE3). Low electrical conductivity values were considered as an advantage due to situations that increase EC, such as long-term watering of green walls and decomposition of dried leaves and branches in pots. In all growing media applications where perlite, an inorganic growing medium component, was used, the amount of organic matter decreased as the amount of perlite in the mixture increased. The lowest organic matter content among the growing media was found in the FPE3 application (50.74%). The highest values of nitrogen and potassium, which are the most important nutritional elements for plant development, are in hazelnut husk (N: 1.48%; K: 2442.67 mg/kg), while the highest value of phosphorus is in rice hull (P: 3231.26 mg/kg) was found. Additionally, peat has the highest Ca (2587.28 mg/kg) and Fe (192.39 mg/kg) content, rice hull has the highest Mg (1183.74 mg/kg) content, and hazelnut husk has the highest Cu (5.87) content. and Zn (36.35 mg/kg). The macro and micronutrient content of perlite, which is an inorganic growing media component, was found to be quite low. In the studies examining the plant area by image analysis, the highest plant area of the thuja plant was reached in the HR1 growing media. In the green wall system using this growing medium, the initial (April) plant area was calculated as 0.327 m2 and the end of the growing period (September) plant area was calculated as 0.962 m2. The smallest plant area increase in the green wall was determined in the HR3 application with an initial plant area of 0.343 m2 and a final plant area of 0.612 m2. Similar to the results obtained with thuja, the highest plant area was reached in the PH1 growing medium in green wall systems using boxwood. In the PH1 application, where the highest values were obtained, the initial plant area was 0.412 m2 and the final plant area was 0.594 m2. The lowest value (0.521 m2) was obtained in the HR3 application. The highest positive correlations between physical and chemical properties of growing media and plant area were water retention capacity (R2:0.86; p
Benzer Tezler
- Effects of fillers on morphological, mechanical, flow and thermal properties of bituminous composites
Dolgu malzemelerinin bitümlü kompozitlerin morfolojik, mekanik, akış ve ısısal özelliklerine etkisi
ÜMİT TAYFUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERDAL BAYRAMLI
- Effects of fillers on the mechanical properties of injection molded polypropylene
Dolgu malzemelerinin enjeksiyon kalıplama yöntemiyle üretilen polipropilen üzerindeki etkileri
VOLKAN KIZIL
Yüksek Lisans
İngilizce
2001
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SABRİ ALTINTAŞ
- Nanopartikül takviyeli dental dolgu malzemelerinin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical properties of nanoparticle reinforced dental filling materials
KADİR DOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine Mühendisliğiİnönü ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İSMAİL YASİN SÜLÜ
- Estimating compaction characteristics of engineering fill materials based on soil index parameters using artificial neural networks
Mühendislik dolgu malzemelerinin kompaksiyon özelliklerinin zemin indeks parametrelerine bağlı olarak yapay sinir ağları ile tahmin edilmesi
FATİH IŞIK
Doktora
İngilizce
2012
İnşaat MühendisliğiDokuz Eylül Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜRKAN ÖZDEN