مدرسه تاسیسات آموزش تاسیسات مکانیکی و الکتریکی ساختمان
در « اولين سمپوزيم بررسي وضعيت موجود سازه‌ها و اتوماسين گلخانه‌اي در ايران و راهكارهاي توسعه» كه خرداد ماه سال 1381 در شهر محلات برگزار شد، شاهد عزم جدي مسئولان و دست‌اندركاران امر گلخانه در كشور بوديم كه خواهان گسترش اتوماسيون در گلخانه‌هاي كشور بودند و اين موضوع را با ارائه مقالات و مطالب پربارعلمي و فني نشان دادند. اما به اين مهم كه چه چيزي را مي‌خواهيم در راستاي اين امر بصورت عملي بكار ببريم، هيچ اشاره‌اي نشد. در اين مقاله به بررسي سيستمهاي تاسيساتي كه ميتوان در گلخانه بكار برد ، پرداخته مي‌شود تا قسمتي از كمبود‌هاي فني اين بحث در اينگونه محافل جبران شود.
سيستمهاي تاسيساتي كه عمدتاً در گلخانه‌ها بكار برده مي‌شوند به چند بخش تقسيم مي‌شود:
- سيستمهاي گرمايش
- سيستمهاي سرمايش
- سيستمهاي تهويه و سيركولاسيون هوا
- سيستمهاي تامين Co2
- سيستمهاي تامين و حذف رطوبت
- سيستمهاي آبرساني و تغذية مواد و املاح
براي هركدام از موارد ذكر شده در بالا ، بطور متداول و معمول سيستمهاي فراواني در حال حاضر استفاده مي‌شود. موارد بسياري نيز در دست تحقيق و بررسي است. همچنين سيستمهاي تركيبي بسياري موجود مي‌باشند كه مسئول انجام همزمان كار چند سيستم هستند.
بعنوان شروع در بحث تاسيسات گلخانه‌اي خوب است به معمولترين قسمت يعني سيستمهاي گرمايش متداول اشاره شود كه بحث اين مقاله را شامل مي شود.
گرمايش Heating
تجهيزات گرمايش يك گلخانه به دماي مطلوب براي رشد گياهان ، موقعيت و نحوه ساختن گلخانه و مساحت كل تحت تابش بستگي دارد. بيشتر از 25 درصد نياز حرارت روزانه از خورشيد دريافت مي‌شود. اما يك گلخانه كه فقط عايق شده باشد در يك شب سرد زمستاني به مقدار بسيار زيادي حرارت نياز دارد. يك سيستم حرارتي خوب بايد قادر به ثابت نگهداشتن دماي روزانه و شبانه باشد.
بارهای حرارتی Heating Laod
جهت تخمين زدن بارهاي حرارتي و برودتي يك گلخانه بايد تبادل انرژي از طريق هدايت conduction ، نفوذ Infiltration و تهويه Ventilation را مد نظر قرار دهيم. بعلاوه در محاسبات خود بايد بارهاي وارده از انرژي خورشيدي و الكتريسيته را لحاض كنيم مانند منابع نور و روشنايي ، كه معمولاً اثر آنها براي گلخانه‌ها خيلي بيشتر از ساختمانهاي معمولي است.
چنانچه گلخانه حاوي محصول رسيده گياهان باشد نيمي از انرژي خورشيدي جذب شده به گرماي نهان و يك چهارم تا يك سوم به گرماي محسوس تبديل مي‌شود. باقيمانده يا به خارج گلخانه منعكس مي‌شود و يا براي فتوسنتز گياهان جذب مي‌شود.
شيشه بخش زيادي از تشعشع خورشيدي را از خود عبور مي‌دهد ولي تشعشع حرارتي با طول موج بزرگتر از 500 نانومتررا عبور نمي‌دهد. پلاستيك بيشتر تشعشع حرارتي را عبور مي‌دهد اما يطور كلي مجموع حرارتهاي دفع شده و جذب شده براي آنها مانند شيشه است. معمولاً تبديل انرژي تشعشعي در محاسبات بار حرارتي در نظر گرفته نمي‌شود.
سيستم گرمايش گلخانه Greenhouse Heating System
براي جبران بار حرارتي گلخانه از چند روش انتقال حرارت استفاده مي‌شود كه هر يك متناسب با شرايط ،تجهيزات خاص خود را طلب ميكند:
Natural Cnvection (عامل حرات بدون واسطه در معرض هواي گلخانه قرار مي‌گيرد)
Forced Conection (عامل حرارت ،هوا را بصورت اجباري و يا با واسطة يك دمنده گرم ميكند)
Conduction (عامل حرارت يكي از اجزاي گلخانه را توسط تماس مستقيم گرم ميكند)
Radiation (عامل حرارت از راه دور و بدون واسطه قراردادن هوا عمل گرم كردن را انجام مي‌دهد)
روش انتقال حرارت و تجهيزات بكار برده شده در هر روش به گياه موجود در گلخانه و شرايط استاندارد رشد آن گياه بستگي دارد. در ادامه چند نوع سيستم گرمايش متداول و مزايا و معايب هر يك توضيح داده مي‌شود:
گرمایش به کمک لوله های تعبیه شده در زیر خاک Greenhouse Underfloor Heating
در آب وهواي سرد اين سيستم مي‌تواند تا 25 درصد يا بيشتر از پيك حرارتي را تامين كند. دراين سيستم خاك و ريشة گياه بصورت مستقيم گرم مي‌شود. اما دماي ريشه نبايداز 77 درجه فارنهايت تجاوزكند.
گرمايش بكمك لوله‌هاي تعبيه شده در ديواره‌ها
محل قرارگيري اين لوله‌ها در نزديك ديواره‌ها و بصورت دسته‌اي است كه ممكن است از لوله‌هاي فين‌داريا معمولي استفاده شود. علت قراردادن لوله‌ها در راستاي ديوار ايجادجريان همرفتي بهتر است. همچنين اين روش مانع از جريان هواي سرد از ديواره‌ها و حاشية گلخانه به داخل مي‌شود و از سرمازدگي و رشد كمتر گياهان كناري جلوگيري ميكند. گاهاً براي نتيجه‌گيري بهتر لوله‌ها را زير بوته‌هاي گياهان قرار مي‌دهند. هنگاميكه حدود يك سوم كل حرارت از لوله‌هاي قرارداده شده در طول اتاقك گلخانه تامين شود دماي يكنواخت تري قابل دستيابي است. اين لوله‌ها را ميتوان بالا يا پايين بوته‌هاي محصول قرار داد. اما هنگاميكه آنها را در پايين بوته قرار داده شوند از لايه‌لايه شدن دما و ايجا سايه جلوگيري مي‌شود. براي بوجود آمدن برفك روي سقف و جهت گرمايش تكميلي از لوله‌هاي بالاي سر Overhead بصورت دستي يا خودكار استفاده مي‌شود. در آب‌وهواي سرد زير لوله آبروي Gutter متصل به گلخانه ،بايد يك لولة حرارتي قرار داد تا از تجمع برف جلوگيري گردد.
گرمايش دركشت گلخانه
منظور از كشت گلخانه‌اي كشت در تونلهاي پلاستيكي كه ابعاد آنها 5/8 در60 متر و ارتفاع20/3 متر است. محصولاتي كه در تونلهاي پلاستيكي كشت مي‌شوند سبزيجات و صيفي‌جات هستند كه بطور عمده خيار و گوجه فرنگي كشت مي‌شود. اين نوع كشت در چنين محيطهايي بصورت وسيع در كشور ما رواج دارد.
دو سيستم گرمايش متداول كه هم‌اكنون براي اين سالنها ميتوان درنظر گرفت سيستمهاي هواي گرم و آب‌گرم است.
براي سيستم هواي گرم از يك كورة هواي استفاده مي كنند بدين صورت كه هواي داخل سالن توسط مجاري تعبيه شده در پايين سالن توسط يك فن مكنده به داخل دستگاه كشيده شده سپس با نسبتي از هواي بيرون مخلوط مي شود و پس از گرم شدن توسط كانالهاي ويژه به داخل سالن منتقل مي شود و در ارتفاع نزديك سقف به داخل سالن دميده مي شود.
براي بكارگيري سيستم آب گرم لوله كشي هاي مخصوصي در داخل سالن انجام مي شود بدين صورت كه لوله هاي موازي با قطر 2 اينچ در امتداد سالن روي زمين كارگذاري مي شوند. آب گرم توسط يك پمپ سيركولاتور در داخل اين مدار لوله كشي به گردش در مي آيد. آب را مي توان توسط يك بويلر و يك منبع آبگرمكن تامين كرد.
در استفاده از اين دو سيستم بايد تنظيمات را براي دماي مناسب گياه انجام داد. ميزان حرارتي كه بايد توسط كورة هواي گرم و يا بويلر تامين شود برابر با بارحرارتي لازم براي گلخانه است.
زماني كه از سيستم آب گرم استفاده مي كنيم ممكن است سيستم در شرايط آب و هوايي خيلي سرد جوابگوي نياز حرارتي گلخانه نباشد و يا بهنگام تغييرات ناگهاني دما سيستم سرعت لازم براي مهياكردن دماي لازم با سرعت دلخاه را نداشته باشد. براي رفع اين اشكالات و جهت گرمايش تكميلي از دو يا سه يونيت هيتر استفاده شود.
همچنين براي جلوگيري از جمع شدن حرارت بيش از حد در روزهاي گرم از يك يا دو فن مكنده براي تهويه سالنها استفاده مي شود.
هیتر لوله ای بالای سر Overhead Tube Heater
از يك يونيت هيتر تشكيل شده است كه به داخل يك كانال لوله‌اي شكل 12 تا 30 اينچ مي‌دمد و به داخل گلخانه راه دارد. اين عمل باعث توزيع يكنواخت هوا با دماي مناسب مي‌شود. از فن اين سيستم بدون حرارت لوله‌ها براي گردش هوا در حالت عادي و در آب‌وهوايسرد براي تهويه استفاده مي‌شود.
هيترهاي تشعشعي Radiant Heater
هيترهاي تشعشعي را ميتوان در فضاهاي بيش از 3 متراستفاده كرد با توجه به اين موضوع از اين نوع هيتر براي گياهاني كه بوته‌هاي كوتاه قد دارند ميتوان استفاده كرد. بوته‌هاي بلندتر ممكن است در بخشهاي بالايي گياه آسيب ببينند.
حرارت در سيستم تابشي از طريق امواج مادون قرمز منتقل مي‌شود لذا امكان جهت دادن به مسير گرمايش وجود دارد. حرارت بيشتر در فضاي نزديك به كف و ساير مكانهاي مورد نياز متمركز مي‌گردد. امكان زونبندي و كنترل منطقه‌اي در سيستم تابش و قابليت انعطاف زياد اين سيستم ، امكان گرمايش در مناطق انتخابي طبق نيازهاي طراحي را ايجاد مي‌نمايد.
حرارت از طريق تابش، جذب هواي محيط نمي شود و اتلاف حرارتي در اثر تعويض هوا بسيار ناچيز است. حرارت منتقل شده از طريق تابش مستقيماً كف، بوته هاي گياهان و اشياء واقع شده در مسير را گرم مي كند بدون آنكه نيازي به گرم شدن كل محيط باشد. در تنيجه حرارت تابشي محيط را سريعتر گرم مي كند. كوتاه شدن زمان گرمايش، صرفه جويي زيادي در انرژي و وقت دربردارد. تسريع در آماده شدن محيط گلخانه و عدم نياز به روشن بودن دائم سيستم گرمايش و همچنين گرم شدن سريع محيط گلخانه در هنگام تغييرات ناگهاني هوا، از ديگر مزاياي اين سيستم است. كه هم باعث گاهش در مصرف انرژي وهزينه ها مي شود و هم از آسيب هاي وارده بر گياهان جلوگيري مي كند.
در اين سيستم ميتوان هر قسمت از سالن را كه نياز به گرمايش دارد بصورت مستقل گرم نمود و يا بعضي نقاط را بيشتر از ساير نقاط تحت پوشش قرار داد.
در سيستم گرمايش تابشي به علت واسطه قرار نگرفتن هوا و عدم وجود موتورخانه حرارت مركزي، تلفات گرمايش بسيار كم بوده و فقط 5 الي 10 درصد تلفات دودكش وجود دارد.
براي تخمين بار حرارتي تابشي، مقدار بارحرارتي بدست آمده از روش جابجايي ر امي توان در ضريب 6/0 ضرب نمود.
سيستم گرمايش به كمك هواي گرم با توزيع گسترده Ditributed Warm Air Heating System
سیستم گرمایش براي حصول اطمينان از توزيع يكنواخت دما و سيركولاسيون كامل هوا بايد از سيستمهايي استفاده شود كه هواي گرم خارج شده از كورة هواي گرم را بطور يكنواخت در داخل گلخانه توزيع كند و هواي برگشتي از گلخانه را بطور يكنواخت جمع‌آوري كند و به كورة هواي گرم بفرستد. اين نحوة توزيع و جمع‌آوري هواي گرم باعث مي‌شود تمام نقاط گلخانه دماي يكساني داشته باشند.
يونيت هيتر Unit Heater
از يونيت هيترهاي صنعتي معمولاً بعنوان گرمايش كمكي و در بعضي موارد بعنوان سيستم اصلي گرمايش استفاده مي‌شود. تركيب چيدن و استفاده از اين واحد گرمايش متفاوت و متناسب با نياز است. وجود فن روي يونيت هيتر باعث مي‌شود كه هواي گرمي كه كويل گرمايش را ترك ميكند به داخل فضاي گلخانه دميده شود. چنانچه يونيت هيتر هواي داخل گلخانه را گرم كند همزمان عمل سيركولاسيون هوا را انجام مي‌دهد. از طرفي ميتوان با وصل كردن سمت مكندة فن به هواي آزاد كار تامين هواي تازه را به يونيت هيتر محول كرد.
بهترين حالت ،استفاده از دمپر هواي تازه براي يونيت هيتر است. مشخصات خاص و كاربردهاي يونيت هيتر باعث شده كه يكي از متداولترين وسايل گرمايش باشد. اشكال مختلف با بازده‌هاي متفاوت و كاربردهاي گوناگوني ساخته شده و در گلخانه‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
- این مقاله در مجله تهویه مطبوع با همین نام به چاپ رسیده است.
- نویسنده: مسعود خانی بختیاری