دما

گرمایش گلخانه

• گرما (بر اساس واحد حرارتی انگلستان (Btu)): عبارت است مقدار گرمای لازم برای افزایش دمای یک پوند آب به یک درجه فارنهایت.
• رابطه بین Btu و اسب بخار hp

1hp = 33475 Btu

• گرما (سیستم متریک (cal)): مقدار گرمایی که لازم است دمای یک گرم آب را به یک درجه سانتی‌گراد افزایش دهد.
• رابطه بین cal و Btu

1cal = 3/968 Btu

• در واحدهای بین‌المللی از واحد ژول (J) استفاده می‌شود.

1J = 0/239 cal = 0/00095 Btu

1Btu = 1055J

• مقدار گرمای لازم برای گرم کردن گلخانه معادل با گرمای اتلاف شده است.

راههای کاهش تلفات حرارتی به منظور گرمایش گلخانه

تلفات حرارتی گلخانه

دمای گلخانه به تعادل انرژی وابسته است. به­ منظور اجتناب از دماهای پایین، تلفات حرارتی باید کاهش یابد و حرارت لازم فراهم شود. کاهش تلفات حرارتی باید هنگام ساخت گلخانه مدنظر قرار گیرد.

کاهش تلفات حرارت با کاهش سطوح تبادل حرارتی و تلفات گرما در واحد سطح، با استفاده از عایق­بندی و بادشکن، می­تواند مدیریت شود.

کاهش میزان تلفات گرمایش گلخانه به­ واسطه محدودکردن سطوح تبادل حرارتی با خارج از گلخانه، و ساخت گلخانه ­های جمع و جور به­ دست می ­آید.

گلخانه­ های با سقف با شیب زیاد باعث ایجاد سطح تبادل حرارتی بزرگتر می­شود موجب تلفات بیشتر حرارت ازطریق پوشش سقف میگردد.

به­ طور مشابه، مواد پوشش­ دهنده چین ­دار (به ­عنوان مثال، پانل­ های پلی ­استر سخت) سطح تبادل را نسبت به مواد پوششی که مسطح هستند افزایش می­دهند.

گرما در گلخانه به روش های مختلفی از دست می‌رود

اولین روش اتلاف گرمای گلخانه از طریق رسانایی پوشش گلخانه است.

خاصیت رسانایی انواع پوشش گلخانه (آلومینیومی، شیشه، پلی‌اتیلن، دیوارهای حاجب از جنس پنبه نسوز) متفاوت است. قابهای آلومینیومی حرارت را سریعتر از دست می دهند. شیشه نیز کمی سریعتر از فایبرگلاس فشرده مسطح (FRP) حرارت را از دست می‌دهد.

میزان اتلاف گرما در صفحات موجدار FRP از صفحات مسطح و گلخانه شیشه‌ای بیشتر است که این امر به دلیل بیشتر بودن مساحت سطح هادی در صفحات موجدار است.

بهترین روشی که بتوان پوشش گلخانه را عایق کرد و در عین حال باعث ایجاد سایه نشود روش ایجاد لایه هوای ساکن بین دو پوشش گلخانه است.

معمولاً فاصله را کمتر از 46 درصد در نظر می‌گیرند. با رعایت این فاصله می‌توان 40 درصد از حرارت مورد نیاز را ذخیره کرد.

فاصله بیشتر از 46 سانتی‌متر امکان ذخیره حرارت کاهش می‌یابد و در صورتی که فاصله بین دولایه به حدی کم باشد که دولایه با یکدیگر تماس پیدا کنند خاصیت عایق بودن خود را از دست می دهند.

پانل های شیشه ای ترموپین دولایه (دولایه شیشه که در کارخانه مهر و موم شده و بین آن‌ها یک لایه هوای ساکن وجود دارد) و حتی سه لایه نیز باعث کاهش اتلاف حرارت می شوند.

میزان اتلاف گرما در پانل‌های دولایه Btu 0/7 و در سه لایه به Btu 0/47 خواهد بود.

دومین روش اتلاف گرما در گلخانه نفوذ تدریجی هوا است. در این حالت گرما از طریق شکاف های بین قطعات FRP یا شیشه ها و اطراف تهویه و درب ها از گلخانه خارج می شود.

هوای داخل گلخانه پلی اتیلن دولایه هر 60 دقیقه یک بار، گلخانه FRP یا گلخانه شیشه ای جدید هر 40 دقیقه یکبار، گلخانه قدیمی که خوب نگهداری شده هر 30 دقیقه یکبار و گلخانه قدیمی که خوب نگهداری نشده است هر 15 دقیقه یکبار از دست می‌رود.

در گلخانه‌های شیشه ای که ساختار محکمی دارند 10 درصد کل گرما از طریق نفوذ تدریجی هوا از دست می رود.

سومین روش اتلاف گرما در گلخانه از طریق تشعشع یا تابش است.

اجسام گرم از خود تشعشع ساطع می کنند که باعث گرم شدن قابل توجه هوا نمی شود اما به اجسام سرد برخورد می کند و انها را مقداری گرم می کند

شیشه، پلاستیک وینیل، FRP و آب تقریباً مانع عبور انرژی تشعشعی می شوند اما پلی اتیلن این خاصیت را ندارد و در گلخانه های پلی اتیلن مقدار قابل توجهی گرما به صورت انرژی تشعشعی از دست میرود.

اما تشکیل لایه ای از رطوبت روی پلی اتیلن مانع عبور گرمای تابشی می شود

جهت جبران گرما از دست رفته به سه روش ذکر شده از دیگ بخار یا بخاری استفاده می شود.

کاهش تلفات حرارت گلخانه

دمای گلخانه به تعادل انرژی وابسته است. به­ منظور اجتناب از دماهای پایین، تلفات حرارتی باید کاهش یابد و حرارت لازم فراهم شود. کاهش تلفات حرارتی باید هنگام ساخت گلخانه مدنظر قرار گیرد.

کاهش تلفات حرارت با کاهش سطوح تبادل حرارتی و تلفات گرما در واحد سطح، با استفاده از عایق‌­بندی و بادشکن، می‌­تواند مدیریت شود.

کاهش میزان تلفات گرمایشی در گلخانه به­ واسطه محدود کردن سطوح تبادل حرارتی با خارج از گلخانه، و ساخت گلخانه­‌های جمع و جور به ­دست می ­آید.

گلخانه‌­های با سقف با شیب زیاد باعث ایجاد سطح تبادل حرارتی بزرگ‌تر می­شود موجب تلفات بیشتر حرارت ازطریق پوشش سقف می­ گردد.

به­ طور مشابه، مواد پوشش­ دهنده چین‌­دار (به­ عنوان مثال، پانل­‌های پلی­ استر سخت) سطح تبادل را نسبت به مواد پوششی که مسطح هستند افزایش می­دهند.

کاهش تلفات حرارتی در واحد سطح 

علاوه ­بر محدود کردن سطوح تبادل انرژی، تلفات انرژی در واحد این سطوح نیز باید کاهش یابد که با استفاده از مواد پوششی مناسب (انتقال کم اشعه مادون­ قرمز، مانند پلی­ اتیلن حرارتی) و با استفاده از صفحات حرارتی که در طول شب مستقر می­ شود، می­توان از تلفات تابشی جلوگیری کرد. تلفات جابجابی و رسانایی دما با استفاده از کاهش اثرات باد بیرون گلخانه و تعیین مناسب موقعیت و جهت گلخانه کاهش می­ یابد.

کاهش “پل­ های حرارتی” نیز باعث کاهش تلفات حرارت از عناصر سازه گلخانه به خارج می­ شود، اما بالاتر از همه، کارآمدترین ابزار، استفاده از پوشش دولایه و صفحات حرارتی است. تلفات ناشی از تجدید هوا می­ توانند با استفاده از عایق ­بندی مناسب دیواره­ ها و تهویه ­ها، برای بهبود عایق بندی گلخانه و کاهش تاثیر باد بیرون محدود شوند.

تلفات حرارتی کل 

تلفات حرارتی بستگی به اختلاف دمای بین داخل و بیرون گلخانه دارد. تلفات تابشي در گلخانه­ هاي بدون سیستم گرمایشی غالب است.

تلفات هدایت و رسانایی گرما در گلخانه­ های دارای سیستم گرمایشی نسبتاً زیاد است.

محاسبات اصلی برای کاهش تلفات حرارتی در شکل نشان­ داده شده است، که عبارتند از:

1) دولایه­ کردن دیواره­ های خارجی

2) استفاده از صفحات حرارتی قابل ­حمل (به ­ویژه در گلخانه­ های دارای سیستم گرمایشی) و

3) استفاده از پوشش­ های دولایه دائمی که ممکن است به صورت متورم ­شونده (هنگامی که از فیلم­ های انعطاف­ پذیر استفاده می­ شود) یا سلولی، در مورد پانل­ های سخت، باشد.

سایر محاسبات عبارتند از: 1) استفاده از بادشکن 2) عایق­ بندی ویژه (به­ عنوان مثال دیواره شمالی، در نیمکره شمالی) و 3) ایجاد حفاظت دولایه به­ عنوان یک معیار موقت.

 

راههای کاهش تلفات حرارتی کل 

استفاده از پوشش‌های دولایه متورم شونده، صفحات حرارتی و دیواره خارجی دولایه می توان تلفات حرارتی کل را کاهش داد

پوشش‌های دولایه متورم‌شونده

پوشش دولایه متورم­ شونده می­‌تواند تا حدود 30 درصد باعث کاهش مصرف انرژی در گلخانه­‌های دارای سیستم گرمایشی شود. ایجاد یک محفظه هوا به ضخامت چند سانتی­‌متر بین دو لایه پلاستیکی، ویژگی­‌های عایق­ بندی پوشش را بهبود می­‌بخشد، و ضریب انتقال حرارت جهانی را کاهش می­‌دهد .

مشکل آن کاهش میزان نور است که این میزان به ویژگی­‌ها و قابلیت انتقال فیلم پلاستیکی مورد استفاده بستگی دارد (با این حال، میزان نور کاسته­ شده در دسترس و ماهیت پراکندگی نور انتقال­ یافته در یک گلخانه پلاستیکی دو لایه در ماه­ های تابستان سبب ایجاد محیطی مناسب­ تر و خنک­ تر برای گیاهان (به­ ویژه برای محصولات حساس مانند خیار)، با مزایای قابل­ توجه برای تولید­ کنندگانی که علاقمند به تولید محصولاتی با دوره رشد طولانی مدت هستند، می­‌شود). همچنین پیاده سازی این پوشش‌ها نیاز به استفاده از سیستم­‌های ثابت­ کننده مخصوص دارد و بنابراین، سیستم تهویه باید سازگار باشد. باید مراقب تراکم آب در محفظه هوا بود، زیرا که ممکن است انتقال نور را حتی بیشتر محدود کند، بنابراین، توصیه می­‌شود که هوا از خارج وارد محفظه شود.

صفحات حرارتی متحرک

صفحات حرارتی در شب، زمستان و در مناطق سرد مورد استفاده قرار می­گیرند. صرفه ­جویی انرژی با استفاده از آن‌ها از پنج درصد در هوای آرام و آسمان پر از ابر، تا 60 درصد در شرایط باد قوی و آسمان صاف می­باشد. مشکل اصلی آن‌ها، اگر نفوذپذیر نباشند، افزایش رطوبت هوا است. صفحات حرارتی می ­توانند از پارچه کتانی یا مواد مشابه ساخته­ شده که ممکن است بافته­ شده باشند، یا از فیلم­ های پلاستیکی و نوارهای آلومینیومی برای بهبود راندمان آن‌ها استفاده شده باشد. نوارها پراکندگی تابشی کمی دارند، بسیار بازتابنده هستند و تابش را از خود انتقال نمی­دهند. صفحات کتانی دارای ویژگی­ های ظاهری بسیار متغیر هستند. فیلم­ های پلاستیکی نسبت به هوا بسیار عایق هستند. نصب مناسب این صفحات برای دستیابی به حداکثر کارایی از اهمیت اساسی برخوردار است آن‌ها باید طوری نصب شوند که سایه ­اندازی به حداقل برسد، چرا که نور را حداقل چهار درصد محدود می­ کنند. مدیریت صفحات حرارتی به­ صورت گستردن آن‌ها در غروب و جمع­ کردن آن‌ها در سپیده دم است. تاشوندگی باید تدریجی باشد تا از ریزش ناگهانی توده هوای سرد (انباشته ­شده در بالای صفحه) بر روی گیاهان اجتناب شود

دیواره‌های خارجی دولایه

عایق ­بندی دیواره­ های خارجی در اطراف محیط گلخانه یک اقدام موثر برای محدودکردن تلفات حرارتی است. عملکرد حرارتی آن‌ها مشابه دیوارهای متورم­ شونده است. این روش ساده و ارزان است و باعث کاهش نور نمی­ شود. رایج ­ترین مواد مورد استفاده پوشش پلاستیکی با محفظه­ های هوا است

سیستم حرارت مرکزی

سیستم موضعی

نیازمند سرمایه گذاری ابتدایی پایینی  است و مناسب برای گلخانه های کوچک که به تدریج گسترش می یابند.

سیستم دیگ بخار مرکزی

برای گلخانه‌هایی مناسب است که در مساحت های بزرگ (0/4 هکتار) آغاز به کار کرده و گسترش آنها نیز در مقیاس های بزرگ است. کارایی دیگ بخاری که بخشی از طرفیت آن مورد استفاده قرار می گیرد کم است. مقدار زیادی از گرما صرف گرم کردن دیگ بخار و لوله‌کشیهای مربوط به آن می شود.

با افزایش گرمای خالص لازم برای گلخانه مقدار اتلاف حرارت کاهش می یابد بنابراین تناسب بین دیگ بخار و فضای گلخانه مهم است

هزینه حرارت سیستم مرکزی در مقایسه با سیستم حرارت موضعی که مصرف می شود باید جبران شود که این امر به هنگام سوزاندن چوب که 20 تا 25 درصد نفت هزینه دارد میسر است در صورت سوزاندن زغال یا نفت های با درجه سنگین مقداری از این هزینه قابل جبران است.

هزینه نگهداری یک یا تعدادی دیگ بخار بزرگ ارزانتر از تعداد زیادی بخاریهای موضعی است.

جهت گیاهانی که خاک های گرمتری نیاز دارند باید از دیگ بخاری استفاده کرد که آب داغ را درون زمین و بسترهای کاشت به جریان می اندازد.

دیگ بخار را میتوان داخل و یا خارج گلخانه قرار داد. در صورتی که دیگ بخار خارج از گلخانه باشد حتی با عایق بندی مناسب نیز مقدار زیادی از گرما از طریق پوشش دیگ بخار، لوله های آب داغ و بخار آب، و لوله های برگرداننده آب سرد یا آب حاصل از میعان به دیگ بخار از دست می رود.

با قرار گرفتن دیگ بخار داخل گلخانه به دلیل اینکه رطوبت محیط بالا است باعث پوسیدگی و شکستن پیش از موقع کلیدها، پمپ ها و موتورها می شود.

برخی از گلخانه های آمریکایی علاوه بر آب داغ توسط بخار آب نیز گرم می شوند.

گلخانه هایی که مساحت کف آنها کمتر از 1820 متر مربع است با آب داغ 82 درجه سانتی گراد گرم می شوند. این گلخانه ها به آب زیادی نیاز دارند و برای به جریان انداختن آب به پمپ نیاز است.

در گلخانه های بزرگتر از سیستم بخار آب استفاده می شد زیرا 1 پوند بخار آب جوش 100 درجه به آب جوش 100 درجه تبدیل می شود 970btu انرژی حرارتی آزاد می کند و سپس به ازای 1 درجه کاهش دمای آب btu 1 انرژی آزاد می شود

مزایای سیستم های بخار آب

کوچکتر بودن دیگ بخار

فاقد پمپ های به جریان آورنده آب

لوله کشی کمتر

درگلخانه های با سیستم آب داغ، منبع تولید گرما حجم زیادی آب است که به آرامی گرما آزاد می کند و در صورت از کار افتادن دیگ بخار نیز ساعت ها از یخ زدن گلخانه جلوگیری می کند.

در سیستم های بخار آب چون گرما به سرعت پراکنده شده و تحلیل می رود، تداوم کار دیگ بخار اهمیت بیشتری دارد.

در گلخانه های دارای سیستم حرارتی آب داغ، دما ثابت تر می ماند. اما اگر دما سهواً نزول کند در سیستم های بخار می توان به نتیجه مثبت سریعتری رسید.

در سیستم‌های اروپایی از سیستم‌های تحت فشار (1 اتمسفر، 14/7 پوند بر اینچ مربع ) استفاده می شود که در آن ها دمای آب بیشتر صعود کرده (203 درجه فارنهایت یا 95 درجه سانتی گراد در مدخل ورودی گلخانه) و ظرفیت گرمایی سیستم در مقایسه سیستم‌های کم فشار افزایش می‌یابد. به همین دلیل به لوله‌ها و سیستم‌های دیگ بخار آمریکایی نیازی نیست.

در سیستم حرارت مرکزی ارتفاع دودکش باید طوری انتخاب شود که تغییر جهت باد موجب ورود گازهای متصاعد شده به درون گلخانه نشود.

بهترین روش این است که دودکش را در جایی قرار دهیم که بادهای غالب دود را از زنجیره گلخانه ها دور کنند و همچنین بر روی گیاهان سایه نیاندازند.

مثال در صورتی که گلخانه جهت باد غالب از غرب باشد سمت شمال و گوشه شمال شرقی محل مناسبی برای قرار دادن دیگ بخار و دودکش است.

سیستم حرارت موضعی جهت گرمایش گلخانه

بخاریهای مورد استفاده در سیستم حرارتی موضعی

1- بخاریهای منفرد یا تراکمی

• نرخ سیستم بخاری تراکمی با توجه به آب و هوای محلی متفاوت است.
• در این بخاریها سوخت در جعبع احتراق شونده می سوزد. گرما از طریق لوله های فلزی با دیواره نازک عبور کرده و به دودکش می رسد سپس بخارات حرارت را به دیواره سرد لوله منتقل کرده و بخارات از طریق لوله دودکش خارج می شوند. هوای گلخانه توسط پنکه تعبیه شده در پشت بخاری تراکمی به درون کشیده شده و از بخش خارجی لوله ها عبور می کند و از جلوی بخارات به محیط گلخانه وارد می‌شود و هوای سردی که از اطراف لوله‌های فلزی گرم عبور می‌کند گرم می‌شود.
• مزیت بارز بخاریهای تراکمی خودکار بودن این بخاریها است
• سوخت مورد استفاده در بخاریهای تراکمی: روغن شماره 2، نفت سفید، گاز LP و گاز طبیعی
• بخاریهای تراکمی به صورت عمودی و افقی طراحی شده اند.
• بخاریهای عمودی هوا را از حاشیه های گلخانه به درون می کشند و آن را به سمت پایین و کف گلخانه می‌رانند. این بخاری‌ها را در امتداد طول از سقف گلخانه و در ارتفاع بالاتر از قد انسان و به فواصل برابر عرض گلخانه آویزان می‌کنند.
• از جمله معایب بخاریهای عمودی: اختلاف دما و خشکی خاک است که باعث رشد ناهماهنگ می شود اما بخاری‌های افقی با توزیع افقی هوا مشکل اختلاف دما و خشکی خاک کاهش می یابد.
• بخاریهای افقی با سیستمهای گرمایی تکمیل شده و جدیدتر حرارتی، خنک کننده و توزیع افقی هوا نیز سازگاری دارند.
• در گلخانه های شیشه ای برای احتراق سوخت بخاری ممکن است اکسیژن کافی وجود داشته باشد اما گلخانه های پلاستیکی غیرقابل نفوذتر بوده و ممکن است در طول شب بخاری خاموش شده و گیاهان یخ بزنند.
• معمولاً باید به ازای هر btu 2500 از طرفیت بخاری یک دریچه به ابعاد 2/5 سانتی‌متر به بیرون وجود داشته باشد(w114/ 2cm1)
• در نزدیکی مدخل ورودی دستگاه گرماده سوختی از یک لوله بخاری سفال یا لوله برزنتی نسوز به قطر 20 سانتی متر (8 اینچ) 50 اینچ مربع لازم برای یک بخاری با ظرفیت btu 125000تامین می کند و باید انتهای آن را با یک صفحه مشبک پوشاند.
• در این بخاریها ارتفاع دودکش باید به اندازه ای باشد تا دود به هنگام خروج دوباره وارد گلخانه نشود. ارتفاع دودکش از محفظه احتراق باید 24 تا 37 سانتی متر باشد تا جریان هوا به خوبی صورت نگیرد.

2- بخاریهای کنوکسیونی یا همرفتی

بخاری های کنوکسیونی:  این بخاریها فاقد تعادل کننده گرما هستند.

سوخت مورد نیاز این بخاریها اغلب چوب، ذغال، نفت و گاز است در محفظه احتراق سوزانده می شود و دود حاصله از داخل لوله اگزوزی که در امتداد زمین یا زیر بسترهای زمینی یا سکوهای کاشت تعبیه شده اند بیرون رانده می‌شود.

دودکش همانند مبادله گرما عمل کرده و گرما را از بخارات داخل لوله به هوای گلخانه منتقل می کند. بخارات به لوله قطور منشعبی وارد می‌شوند که چندین لوله بخاری کوچکتر از آن تغذیه می‌کنند. تمام زانوها را باید با نوار ضد آتش پوشاند تا دود نتواند به داخل گلخانه نفوذ کند.

برای اطمینان از عدم نفوذ دود به داخل گلخانه باید پنکه‌ای با ظرفیت پایین در مدخل خروجی دودکش قرار داد تا پنکه دود را به بیرون کشیده و مکش یا فشار منفی در سیستم ایجاد کند.

• در کلیه سیستم های حرارتی نباید دود با گیاهان در تماس باشد. اگر سوخت به صورت کامل نسوزد یکی از محصولات حاصل از سوخت ناقص اتیلن است که برای گیاهان زیان آور است.

عوارض گاز اتیلن روی گیاهان در گلخانه:

کج شدن یا پیچیدگی ساقه

باریک شدن برگ‌ها

سقط جوانه‌ها

• در سوخت هایی نظر ذغال، انواع نفت و گاز گوگرد وجود دارد که هنگام سوختن به صورت دی اکسید گوگرد آزاد می شود و در لایه رطوبت موجود روی برگ حل شده به اسید سولفورو و درنهایت اسید سولفوریک تبدیل می‌شود و باعث سوزاندن سلول‌های روی برگی می شود که با آن در تماس هستند. روی برگ‌ها لکه‌های زرد رنگی طاهر می شود و در موارد حاد منجر به مرگ گیاه می‌شود

3- گرمایش گلخانه با بخاریهای تابشی با انرژی پایین

این بخاری‌ها باعث کاهش 30 تا 50 درصدی هزینه سوخت می‌شوند.

این بخاریها داخل گلخانه و در قسمت بالای گیاه قرار می گیرند و پرتوهای مادون قرمزی تولید می کند که در مسیر مستقیم و با سرعت نور حرکت می‌کند اشیا این انرژی مغناطیسی را جذب می کنند و سریع به گرما تبدیل می کنند.

تابش های مادون قرمز مستقیم هوا را گرم نمی‌کنند بلکه از طریق گرم کردن اشیا موجود باعث گرم کردن هوا می‌شوند.

• دمای هوا در گلخانه‌هایی که با تابش مادون قرمز گرم می‌شوند 4 درجه سانتی‌گراد (7 درجه فارنهایت) خنک‌تر از گلخانه‌های سنتی با پوشش گیاهی یکسان است.
• در سیستم سنتی ابتدا هوا گرم می‌شود، سپس هوا گیاه را گرم می‌کند. بنابراین درجه حرارت هوا در طول شب بیشتر از گیاهان است و در نتیجه باعث میعان آب بر روی سطح گیاهان می‌شود اما در گلخانه‌های مادون قرمز کمتر است و شرایط برای رشد بیماری‌ها مناسب نیست.
• اندازه بخاریهای مورد استفاده در گلخانه بین BTU 20000 تا 120000( w 5860 تا 35160) با یک ترتیب افزایش 20000 تایی
• فاصله بخاریها 9/1 تا 12/2 متر به طور یک در میان در بالای سر و در طول گلخانه نصب می‌شوند.
• در بالای این بخاری‌ها صفحه فلزی عمیق (بهترین جنس آلومینیوم) و منعکس کننده‌ای وجود دارد که کلیه اشعه‌ها را به سمت پایین و به طرف گیاه هدایت می‌کند و گرمای مناسب و یکنواختی را در تمام فضای زیر کاشت تامین می‌کند.
• بخاریها هوای گلخانه را با سوخت مخلوط کرده به درون لوله 10 سانتی‌متری تزریق می‌کنند، لوله تا حدود 480 درجه سانتی گراد گرم می‌شود این دما نمی تواند لوله را آنقدر داغ کند تا نور قرمز قابل رویت را موثر در تنظیم فتوپریود گیاه تولید شود تولید کننده عملا می تواند دما را تغییر دهد تا مناسب نیازهای خاص فضای گلخانه شود.

نحوه کار بخاریهای تابشی

لوله متصل به منبع سوخت طول گلخانه را طی می‌کند و خارج می‌شود در انتهای لوله پمپی وجود دارد که خلا ایجاد می کند و گازها را در طول لوله به حرکت در می‌آورد خلا دو اینچی از ستون آب در لوله تشکیل می‌شود یک پمپ hp 0/5 (w 370) می‌تواند حداکثر 16 بخاری کوچک را اداره کند.

به دلیل دمای بالای لوله مجاور هر بخاری گیاهان را نباید تا فاصله 1/50 متری بخاری قرار داد.

بخاریهای تابشی می‌توانند پوشش گیاهی با وسعت سه برابر ارتفاع بخاریها از سطح گیاهان را گرم کنند.

ذخیره کردن سوخت در بخاری‌های تابشی به دلیل

دمای گازهای تولید شده دراین سیستم کمتر از 65 درجه سانتی‌گراد یا 150 درجه فارنهایت است که در مقابل 204 درجه سانتی‌گراد تا 315 درجه سانتی‌گراد است که در بخاری‌های سنتی تولید می‌شود بنابراین گرمای احتراق بیشتر است و اعتقاد بر این است کارایی احتراق حدود 90 درصد است.

وقتی هوای گلخانه خنک تر باشد اختلاف آن با محیط خارج کمتر خواهد شدو گلخانه گرمای کمتری از دست خواهد داد.

جریان هوای سریع تولید شده در لوله‌های همرفتی در گلخانه‌های با سیستم گرمایشی بخاری‌های تابشی مشاهده نمی‌شود.

• دیگر مزیت سیستم گرم‌کننده تابشی مصرف الکتریکی آن حدود 0/75 درصد کمتر از سیستم‌های گرم‌کننده سنتی است.
• کمتر بودن دما در عرض پوشش گلخانه در مقایسه با محیط خارج است.
• هزینه سرمایه‌گذاری در سیستم گرم‌کننده تابشی در مقایسه با سیستم‌های گرم‌کننده Foreedan سنتی بیشتر می‌باشد.
• بخاریهای تابشی از گازهای طبیعی و مصنوعی می‌توان استفاده کرد.

عومل موثر در انتخاب وسایل گرم‌کننده ماورا قرمز:

• • کارایی حرارتی (نسبت توان گرمایی سوخت مصرفی به انرژی آزاد شده در بخاری)
  • قدرت تشعشع (اندازه گیری ظرفیت آزاد نمودن انرژی ماورا قرمز به وسیله لوله‌های بخاری)
  • انعکاس (اندازه‌گیری توانایی هدایت انرژی منعکس‌کننده‌ها)
  • کارایی قسمت‌های ثابت دستگاه (مقدار انرژی مادون قرمزکه به وسیله ثابت بخش‌های ثابت گرم‌کننده جذب می‌شود و در نهایت به گرما تبدیل می‌گردد و منتقل می‌شود این مقدار تا حد ممکن باید کم باشد).
  • کارایی الگوی ساختمانی (اندازه‌گیری توانایی انتشار مقدار انرژی مادون قرمزی که به وسیله بخش‌های ثابت گرم‌کننده جذب می‌شود و در نهایت به گرما تبدیل می‌شود).

حرارت خورشیدی

اجزا یک سیستم خورشیدی عبارتند از

1- جمع‌کننده

2- وسیله تسهیل‌کننده سیستم ذخیره گرما

3- یک وسیله مبادله‌کننده برای انتقال حرارت گرفته شده از خورشید، هوای گلخانه

4- منبع گرمایی کمکی که در صورت عدم کفایت سیستم حرارتی خورشیدی جانشین آن می‌شود

5- تنظیم کننده

انواع جمع‌کننده

1- جمع کننده با صفحه مسطح: دارای یک صفحه سیاه مسطح (پلاستیک فشرده، یک لایه نازک پلاستیک، تخته) که انرژی خورشیدی را جذب می‌کند. سطح رو به خورشید توسط دو یا چند لایه شیشه یا پلاستیک شفاف و سطح پشتی آن به وسیله ماده عایق پوشیده شده است. آب یا هوا از داخل یا از روی صفحه سیاه می‌گذرد تا گرمای به دام انداخته شده را با خود حمل کرده و به منبع ذخیره کمکی منتقل کند.

2- گلخانه نیز یک سیستم جمع‌کننده حرارت خورشیدی است. مقداری از این انرژی جمع‌آوری شده در خاک، گیاهان، اسکلت گلخانه، مسیرهای عبور مانند آن‌ها ذخیره می‌شود

حرارت باقیمانده برای رویش گیاه ممکن است زیاد باشد و به همین دلیل به بیرون رانده می‌شود. این گرمای خروجی را به سمت سنگ بستر می‌توان هدایت کرد تا ذخیره شود و برای گرم کردن گلخانه استفاده شود.

وقتی جمع‌کننده با یک صفحه مسطح را در یک ظهر آفتابی به صورت ستونی در مقابل خورشید قرار می‌دهیم جمع‌آوری حرارت به وسیله آن بیشترین کارایی خود را خواهد داشت.

زاویه انحراف زمین در اعتدال بهاره و پاییزه برابر عرض جغرافیایی است این زاویه به تدریج افزایش می‌یابد و در انقلاب زمستانه به حداکثر خود یعنی 23 درجه بیشتر از عرض جغرافیایی می‌رسد و پس از آن کاهش می‌یابد.

از انجایی که جمع‌کننده‌های متحرک هزینه را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهند یک زاویه میانگین ثابت، حدود 15 درجه بیشتر از عرض جغرافیایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مقدار کل حرارت خورشیدی توسط یک جمع‌کننده به دام نمی‌افتد.

در یک ظهر آفتابی کارایی یک جمع‌کننده با صفحه مسطح که از آب در آن استفاده می‌شود حدود 65 درصد است اما در صبح زود و اوخر غروب کارایی در دو طرف آن نقطه کاهش یافته و به صفر درصد می‌رسد.

اگر کارایی را 40 درصد در نظر بگیریم btu 240 از btu 600 تابشی که در طول یک روز به 30 سانتی‌متر مربع از جمع‌کننده برخورد می‌کند قابل جمع‌آوری برای گرم کردن یک گلخانه است.

اگر مقدار تولید یک گالن نفت را BTU 100000در نظر بگیریم جمع کننده باید سطحی معادل 12/51 متر مربع داشته باشد تا ظرفیت گرمایی آن برابر 1 گالن نفت شود.

به ازای هر 30 سانتی‌متر مربع از سطح زمین گلخانه حداقل 15 سانتی‌متر مربع از سطح گلخانه مورد نیاز است

گرمای جذب شده به وسیله صفحه سیاه رنگ (لوله‌های پلاستکی، صفحه جامد) توسط آب یا هوا منتقل می‌شود. آب و هوا . گرما را جذب می‌کند و سپس به یک مخزن ذخیره انتقال می‌دهد.

شدت جریان لازم برای جمع‌کننده‌های آب 0/4 تا 1/2 لیتر در دقیقه بر متر مربع (1 تا 3 گالن در هر ثانیه به ازای 100 فوت مربع) می‌باشد.

شدت جریان لازم برای جمع‌کننده های هوا 1/5 تا 4/6 سانتیمتر در ثانیه بر متر مربع (5-15 فوت مربع در ثانیه به ازای هر فوت مربع) از جمع‌کننده است.

• مخزن و مبادله‌کننده گرما:
• معمول‌ترین ماده ذخیره کننده گرما در گرمایش گلخانه  آب و سنگ است.
• هر گرم آب به ازای افزایش هر 1 درجه‌سانتی گراد دما 4/23 ژول گرما نگه می‌دارد بنابراین گرمای ویژه آن 1 است.
• هر گرم سنگ 0/83 ژول گرما را به ازای هر 1 درجه سانتی‌گراد افزایش دما (0/2btu /p rock /f ) نگه می دارد گرمای ویژه در این حالت 0/2 است.
• وسعت سنگ بستر باید 3 برابر مخزن آب باشد تا مقدار حرارت ذخیره شده در آن‌ها یکسان باشد.
• بستر مناسب جمع‌کننده های محتوی هوا و سیستم‌های حرارتی هوای فشرده می‌باشد. که هوای گرم شده در داخل جمع‌کننده را به همراه هوایی که در طول روز داخل گلخانه بسیار گرم شده است به داخل بسترهای سنگی فرستاده می‌شود.
• در طول شب هوای سرد داخل گلخانه از میان سنگ عبور داده شده در آنجا گرم شده و دوباره در داخل گلخانه جریان می‌یابد. هوای گرم شده از طریق لوله پلی‌اتیلن به رنگ روشن دارای سوراخ در دو طرف گرما را به طور یکنواخت در سرتاسر گلخانه توزیع می‌کند.
• بسترهای سنگی را در صورتی که به خوبی عایق‌بندی شده باشد می‌توان در زیر زمین یا خارج از گلخانه قرار داد.
• در سیستم ذخیره کننده آبی در طول روز در طول روز آب گرم جمع‌کننده به داخل مخزن ذخیره پمپ می‌شود و در زمانی که به گرما نیاز است آب گرم درون مخزن ذخیره به درون دیگ بخار آب یا آب داغ یا آب داغ لول‌های مارپیچی درون یک بخاری پمپ می‌شود.
• سیستم‌های خورشیدی با دمای پایین معمولترین سیستم برای گلخانه بوده اند. انرژی خورشیدی ورودی در طول روز نقش خازن گرمایی را دارد و دمای این گونه سیستم‌ها را تا 17 درجه سانتی‌گراد (30 درجه فارنهایت) بالاتر از دمای متوسط عصر افزایش می‌دهد. هر نیم کیلو آب یا سنگ وقتی تا 17 درجه سانتی‌گراد سرد می‌شود به ترتیب btu 30 و btu 6 حرارت فراهم می‌کند.
• در سیستم ذخیره کننده آبی در طول روز در طول روز آب گرم جمع‌کننده به داخل مخزن ذخیره پمپ می‌شود و در زمانی که به گرما نیاز است آب گرم درون مخزن ذخیره به درون دیگ بخار آب یا آب داغ یا آب داغ لول‌های مارپیچی درون یک بخاری پمپ می‌شود.
• سیستم‌های خورشیدی با دمای پایین معمولترین سیستم برای گلخانه بوده اند. انرژی خورشیدی ورودی در طول روز نقش خازن گرمایی را دارد و دمای این گونه سیستم‌ها را تا 17 درجه سانتی‌گراد (30 درجه فارنهایت) بالاتر از دمای متوسط عصر افزایش می‌دهد. هر نیم کیلو آب یا سنگ وقتی تا 17 درجه سانتی‌گراد سرد می‌شود به ترتیب btu 30 و btu 6 حرارت فراهم می‌کند.
  • • فضای زیادی را اشغال میکنند
    • درصورت قرار گرفتن بیرون از گلخانه باید عایق شوند
    • مخزن سنگی همواره باید خشک باشد زیرا تبخیر آب از سطح آن‌ها باعث از دست رفتن مقدار زیادی از گرما می‌شود.

  یک گلخانه با پوشش پلی اتیلن دولایه به ابعاد 6 متر در 30 متر به ازای هر درجه فارنهایت اختلاف دما داخل و خارج حدود Btu 3500 بر ساعت انرژی از دست می‌دهد. اگر گرمای داخلی 16 درجه سانتی‌گراد (60 درجه فارنهایت) و دمای متوسط شبانه فضای خارج 2 درجه سانتی‌گراد (35 درجه فارنهایت) بوده و مدت گرمادهی حدود 13 ساعت باشد تقریباً 1100000 (1/17 میلیون کیلوژول) گرما لازم دارد. برای تامین این میزان گرما به مخزن آب با حجم 16600 لیتر (4400 گالن)یا 57 متر مکعب سنگ (2000فوت مکعب) نیاز است.

  معایب مخازن آبی و سنگی:

  • • • فضای زیادی را اشغال میکنند
      • درصورت قرار گرفتن بیرون از گلخانه باید عایق شوند
      • مخزن سنگی همواره باید خشک باشد زیرا تبخیر آب از سطح آن‌ها باعث از دست رفتن مقدار زیادی از گرما می‌شود.
      •  

  اندازه سیستم‌های خورشیدی باید به حدی باشد که متوسط نیازهای زمستانی را تامین کند. یک سیستم سنتی کمکی با سوخت فسیلی برای تامین گرمای اضافی لازم در شب‌های سرد زمستانی نصب می‌شود این امر کمک می‌کند تا بتوان هزینه سیستم‌های حرارتی خورشیدی را تعدیل کرد.

کنترل کننده:

در یک گلخانه با سیستم حرارتی خورشیدی دارای سیستم آبی، اولین کنترل‌کننده وقتی فعال می‌شود که دمای آب داخل جمع‌کننده 6 درجه سانتی‌گراد بالاتر از تانک ذخیره باشد اگر این اختلاف 3 درجه سانتی‌گراد باشد متوقف می‌شود.

در این صورت آب از داخل جمع‌کننده به بخش بالایی تانک ذخیره پمپ و آب سردتر که در زیر تانک ذخیره قرار دارد به جمع‌کننده بر می‌گردد.  

 پمپ دیگر وقتی تانک ذخیره را به صورت یک پمپ مبادله کننده گرما فعال می‌کند که دمای هوای گلخانه به 17 درجه سانتی‌گراد (63 درجه فارنهایت) تنزل کند و وقتی به 18 درجه سانتی‌گراد (65 درجه فارنهایت) برسد متوقف می‌شود.

در صورت فراهم نشدن دمای مطلوب توسط سیستم خورشیدی کنترل سوم بخاری کمکی را در دمای 16 درجه سانتی‌گراد (60 درجه فارنهایت) به کار می‌اندازد.

و وقتی دمای جمع‌کننده به نقطه انجماد برسد کنترل سوم آب داخل آن را به تانک زیرزمینی وارد کرده و با صعود دمای جمع کننده تانک را تخلیه می‌کند.

اهمیت اقتصادی

جمع‌کننده‌های با ظرفیت بالا دمای مخزن تراکمی را بیش از 17 درجه سانتی‌گراد افزایش داده و این مزیت را دارند که فضای کمتری را اشغال کرده و به ظرفیت ذخیره‌ای کمتری نیاز دارند. سیستم‌های با ظرفیت بالا گران هستند بنابراین از سیستم‌های کم ظرفیت در گلخانه‌ها استفاده می‌شود

توزیع حرارت

• بخار آب و آب داغ
• گلخانه‌های آمریکایی آب داغ 82 درجه و گلخانه‌های هلندی آب داغ 95 درجه سانتی‌گراد را در لوله‌های 51 میلی‌متر (2 اینچی) به جریان در می‌آورند.
• بخار اب را در سیستم‌های خاص خود معمولا در دمای 102 درجه سانتی‌گراد یعنی حدود 2 درجه سانتی‌گرادبالاتر از دمایی که آب به بخار آب تبدیل می‌شود تهیه می‌کنند.
• برای گرم کردن گلخانه‌ای که به btu 160000 گرما در هر ساعت نیاز دارد باید از 1000 فوت خطی لوله‌های 5 سانتی‌متری آب داغ استفاده می‌کنیم.

این مقدار با تقسیم کردن کل گرمای لازم برای گرم کردن گلخانه بر مقدار گرمایی که 1 فوت خطی لوله تولید می‌کند به دست آمده است.

اگر تمام لوله‌های گرم کننده را در در دیوارهای جانبی و انتهایی قرار دهیم جریان نامناسبی از هوا را خواهیم داشت.

• جهت جلوگیری از ایجاد توده هوای سرد در مرکز گلخانه، 1/3 لوله‌ها در عرض گلخانه قرار داده و 2/3 لوله‌ها را در طول دیواره‌های خارجی قرار می‌دهند.
• لوله‌های جانبی باید بگونه‌ای قرار گیرند که مانع عبور نور از دیواره‌های جانبی نشوند. این لوله‌ها معمولا در تماس با دیوار حاجب می‌باشند.

• قرار گرفتن تعداد زیاد لوله‌ها روی هم باعث کاهش کارایی آنها می‌شود و برای جبران این کاهش باید از لوله‌های اضافی استفاده کرد.
• برای مثال کارایی پنج لوله که روی هم قرار دارند معادل چهار لوله است که به طور مجزا قرار گرفته اند.
•  
• در جاههایی که به حرارت چهار لوله مارپیچی در دیواره جانبی نیاز است باید پنج لوله نصب کرد.
•  
• جهت کاهش هزینه و مشکل نصب لوله‌های مارپیچی استفاده از لوله پرک استفاده می‌شد این لوله ها دارای صفحات فلزی طریف است از سطح لوله به صورت شعاعی به طرف بیرون قرار گرفته اند و موجب افزایش سطح لوله و افزایش توانایی آن‌ها برای انتقال گرما از آب داغ با بخار آب به محیط خارج می‌شود.
• لوله‌های مارپیچی به دو شکل جعبه ای یا شیپوری هستند. در سیستم آب داغ از نوع جعبه ای استفاده میشود.
• در این سیستم آب از طریق لوله اصلی وارد گلخانه و توسط یک لوله t شکل به داخل تعدادی لوله اهی کوچکتر توزیع و به انتهای دیگر گلخانه می‌رسد.
•  

• در سیستم‌های بخار آب داغ از لوله‌های مارپیچی شیپوری استفاده می‌شود. در این سیستم کاهش سریع فشار و دما در طول لوله‌ها مشکل ایجاد می کند.
• در این سیستم بخار آب از بخش بالایی لوله‌ها وارد و مسافتی را طی کرده و به انتهای گلخانه می رسد و سپس از داخل لوله زیرین عبور کرده و به مدخل ورودی بر می‌گردد و از طریق لوله سوم به انتهای گلخانه می رود. آب در انتها متراکم می‌شود و به دیگ بخار بر می گردد اما بخار آب نمی تواند وارد دیگ بخار شود.

• هوای گرم به سمت بالا حرکت می‌کند بنابراین برای محاسبه دمای بلندترین نقطه گلخانه باید توجه داشت که درجه حرارت به ازای هر یک متر از سطح زمین بالا می‌رویم 1/8 درجه سانتی‌گراد افزایش می‌یابد.
• به منظور کاهش شیب عمودی در گلخانه‌های دارای لوله‌های مارپیچی گرم کننده گلخانه از پنکه‌های عمودی بالابر هوا استفاده می‌شود. که در ردیفی در زیر باربند گلخانه‌هایی به وسیله لوله‌های مارپیچی گرم می‌شوند نصب می‌شود.

• استفاده از بخاریهای تراکمی بخار آب یا بخار آب داغ جانشینی برای لوله‌های مارپیچ است.
• این بخاری‌ها دارای پنکه برا توزیع حرارت هستند وا از پنکه‌های عمودی بالابر برای آن‌ها استفاده نمی‌شود.
• برای خالی ماندن فضای گلخانه و توزیع گرما به سمت زمین باید به جای بخاریهای تراکمی از لوله های مارپیچی استفاده کرد لوله‌ها در داخل اسکلت سکوهای کاشت و در زیر سطح بالایی نصب می شدند.
• در این سیستم‌ها از آب داغ استفاده می‌شود زیرا دمایی پایین‌تر از دمای بخار آب لازم است تا گیاهان نسوزند
• در این سیستم لوله های گرم کننده در زیر لایه ای از پشم شیشه قرار داده می‌شوند تا خاک زیر سیستم ریشه‌ای را گرم کند

گرمایش گلخانه به منظور گرم کردن محیط ریشه

1- استفاده از لوله‌های 19 میلی‌متری در زیر زمین و قرار دادن آنها با فاصله 20 تا 30 سانتی‌متری بسته به نیاز دمایی، دمای آب و عمق لوله‌ها (استفاده از لوله‌های پلی بوتلن به علت انعظاف پذیر بودن قدرت و مقاومت زیاد در برابر حرارت)  معمولا از آب داغ 38 درجه برای گرم کردن استفاده می شود.

معمولا حرارت معادل btu 20 در ساعت به ازای هر فوت متر مربع از سطح زمین استعمال می شود.

2- استفاده از لوله‌های EPDM در داخل زمین، روی سطح زمین، زیر یا روی سکوهای کاشت. برای انتقال بهتر دما بهتر است لوله‌ها روی زمین  قرار داد.

با فاصله 5 سانتی‌متری، دمای آب داخل لوله‌ها 60 درجه سانتی‌گراد است این سیستم می‌تواند نیازهای دمایی محیطی را که اختلاف بین فضای بیرون و داخل آن 56 درجه سانتی گراد است تامین کند.

منابع هوای گرم