طراحی سیستم گرمایشی گلخانه

انتخاب سیستم گرمایشی در یک گلخانه مستلزم شناخت و محاسبه پارامترهای مختلفی میباشد.  فاکتورهای متنوعی از جمله نوع میزان اتلاف حرارتی، نوع سازه، نوع کشت، انرژی قابل استفاده، دمای مورد نیاز کشت، میانگین برودت منطقه و موضوعات دیگر از جمله موارد دخیل در طراحی مطلوب یک سیستم گرمایشی در گلخانه میباشد. در زیر به بررسی هر یک از موارد زیر میپردازیم.

اتلاف حرارتی در گلخانه

در گلخانه هـا انتقـال حـرارت بـر اثـر عوامل رسانش، همرفتی و تابش و از طرف دیگر اتلاف حرارتی از طریـق پوشـش، وجـود منافذ، دریچه هـای تهویـه، سـازه و درهـای ورودی صـورت میگیـرد.

• اتلاف حرارت از طریق هدایت

اتلاف حرارتی بر مبنای هدایت از طریق انتقال گرما از میان سـازه یا پوشـش گلخانـه ایجاد میگردد.

•  اتـلاف حـرارت از طریق همرفت

اتلاف حرارتی بر مبنای همرفت از تبادل گرما بین یک سـیال نظیـر هـوای داخـل گلخانـه و یـک سـطح جامد صورت میپذیرد. زمانی که هـوای گلخانـه گرم میشـود، به جهت سبک بودن به سمت بالا میرود و مقداری از گرما را از پوشـش سـقف گلخانه از دسـت میدهد. پس از آن هوای سـردتر به جهت سنگین شدن، به طـرف کـف گلخانه نزول میکند. نفـوذ هـوا، معمولا از میـان سوراخها و درزهای کوچک روی سقف یا دیوارها صورت میپذیرد.

•  اتـلاف حـرارت از طریق تابش

در انتقال حرارتی تابشی،  حرارت بین دو جسم بدون تماس یا نیاز به یک ماده انتقال دهنده انجام میشود. دو نوع تابش در گلخانه اثرگذار میباشد، تابش خورشید با طول موج کوتاه و تابش با طول موج بلند که از سطح گلخانه گرم شده منعکس میگردد. تابش بسته به شـرایط میتواند حاصل ازدست دادن یا دریافت انرژی باشد. نور خورشید مثالی از گرمایش تابشی اسـت. تابش مـوج کوتـاه خورشـید، حتـی وقتـی بیـرون گلخانـه هوای سرد وجود دارد ایجاد میگردد. امواج تابشی از پوشـش گلخانه عبـور نموده و موجب گرم شدن  گیاهان، ریشه، خاک و سازه میگردد.

سردشـدن ناشـی از تابش در شبهای سـرد نیز قابل بررسی است. با توجه به اینکه سطح گیاهان، خاک و سـازه گلخانـه از محیـط اطراف خـود گرمتر هستند، حرارت  را به صورت تابشی از خود منتشر مینمایند. این گرما  به سمت بالا و پوشش گلخانه میرود و بخشی از آن به مجدد به داخل گلخانه بازتـاب میشـود، در حالـی کـه بخشی از آن از  پوشـش گلخانه عبور کرده و به محیط بیرون از گلخانه منتقل میگردد.

محاسبه گرمایش مورد نیاز گلخانه

به منظور محاسـبه مقـدار مورد  نیـاز سیستم گرمایشـی گلخانـه، میتوان از روابـط ارائه شـده در اسـتانداردهای

مربوطـه اسـتفاده نمود.

بر اساس این روابط و فرمولها داریم:

Qs + Qh = Ql

Qs انـرژی خورشـیدی ورودی بـه گلخانـه

Qh انـرژی اضافـی مصرفی برای گرمکـردن گلخانه

Ql مجمـوع تلفـات انـرژی در گلخانه

بنابراین میزان انـرژی مـورد نیـاز در  تامین گرمایش گلخانه به شرح زیر میباشد.

Qh = Ql – Qs

همانگونه که مشخص است با محاسبه و اندازی گیری  میزان انـرژی حاصـل از تابش ورودی خورشـید بـه گلخانـه و محاسـبه اتلاف انـرژی، میتـوان میزان انـرژی حرارتی مـورد نیاز را به دسـت آورد.

محاسبه و طراحی سیستم گرمایش تابشی در گلخانه

جهت محاسبه تعداد بخاری گرمایش لوله ای سقفی تابشی در گلخانه ها میتوان از رابطه ساده ای محاسبه نمود. دو مولفه بر طراحی سیستم گرمایش تابشی در گلخانه موثر است. اولین فاکتور طول سالنها میباشد و دومین پارامتر مساحت میباشد. هر ردیف یا عرض هر دهنه از گلخانه معمولا بین ۸ تا ۱۱ متر میباشد. حال اگر طول یک دهنه در حدود ۵۰ متر باشد میتوانیم از دستگاه گرماتاب مدل ۶۵ با طول حدود ۲۰ متر و ظرفیت حرارتی ۶۰۰۰۰ کیلوکالری بر ساعت استفاده نمود. برای این طول ۲ دستگاه گرماتاب تابشی کفایت میکند. برای محاسبه دقیق تر تعداد دستگاه مورد نیاز اگر مساحت گلخانه را در عددی که بر حسب پوشش، نوع سازه و موقعیت آب و هوایی که ما در حدود ۲۵۰ درنظر میگیریم ضرب نماییم و حاصل را بر ظرفیت حرارتی دستگاه انتخابی تقسیم نماییم تعداد دستگاه مورد نیاز گرماتاب در گلخانه محاسبه میگردد. شرکت ایران مشعل که برند گرماتاب را تولید مینماید دارای ۴ مدل گرماتاب برای گلخانه ها میباشد. که ظرفیت حرارتی آنها از ۲۰۰۰۰ کیلوکالری بر ساعت تا ۶۰۰۰۰ کیلوکالری بر ساعت و از ۸ متر تا ۲۰ متر میباشد. برای دریافت کاتالوگ گرماتاب در گلخانه متوانید از لینک کاتالوگ گرماتاب گلخانه استفاده نمایید.

محاسبه تلفات انرژی گلخانه

جهت محاسبه و طراحی سیستم گرمایش گلخانه و تلفات حرارتی آن، روشهای مختلفی وجود دارد. اما جامع ترین روش،  اسـتفاده از اسـتاندارد انجمن ملی گلخانه سازان آمریکا میباشد. طبـق ایـن اسـتاندارد، مقـدار انـرژی لازم به منظور تامین گرمایش گلخانـه برابر با مقـدار انرژی تلف شـده از گلخانه میباشد. تلفـات حرارتـی از گلخانـه نیز بـه عواملـی مانند نوع پوشـش ، سـطح بیرونی ، سـرعت باد، وضعیت سـازه ، دمـای بیرون و دمای مطلـوب درون گلخانه بسـتگی دارد.

L=Lcover+Lframe+Lwind

L = تلفات کل انرژی کیلوکالری بر ساعت، kcal.h

 Lcover = تلفات انرژیپوشش کیلوکالری بر ساعت، kcal.h

 Lframe  = تلفات انرژی سازه کیلوکالری بر ساعت، kcal.h

Lwind  = تلفات باد کیلوکالری بر ساعت، kcal.h

حالا به نحوه  محاسـبه هر یـک  از موارد مرتبط با اتلفـات انرژی توجه نمایید.

• میزان تلفات گرمای سـطح پوشـش گلخانه

فرمول محاسبه اتلاف انرژی سطح پوشش به شرح زیر میباشد.

Lcover=U.A.(Tinside-Toutside )

U =ضریب انتقال حرارت پوشش کیلو کالری بر ساعت °C) ×  (h×m^۲

A =مساحت پوشش (m^۲)

Tinside= دمای داخل گلخانه (سانتی گراد)

Toutside=کمینه دمای خارج گلخانه (سامنتی گراد)

ضریـب انتقال حـرارت انواع پوشـشهای گلخانه به شرح زیر میباشد:

نوع پوشش	ضریب انتقال حرارت
شیشه ساده	۱/۱۳
شیشه دوالیه	۰.۷
پالستیک تکالیه	۱.۲
پالستیک دوالیه	۰.۷
پالستیک تکالیه روی شیشه	۰.۸۵
پالستیک دوالیه روی شیشه	۰.۶
پلیکربنات دو الیه	۰.۵۸-۰.۷۲

• میزان تلفات گرمای سازه

همانگونه که گفتیم علاوه بر اتلاف انرژی که از سطح پوششی گلخانه حاصل میشود، بخشی از اتلاف هم مرتبط با تلفاتی است که از سازه رخ میدهد. اجزایی مانند شاسـی، ناودانیها، سـتونها و سـایر بخشهای سـازه که میبایست تلفات آنها محاسـبه شـوند. این تلفات از رابطه زیر محاسبه میشود.

Lframe=C.Lcover

C = ضریب ساخت گلخانهLcover= تلفات گرمای سـطح پوشـش

نوع سازه	ضریب ساخت
سازه فلزی با پوشش شیشه	۱/۰۸
سازه فلزی با پوشش فایبرگالس	۱/۰۳
سازه فلزی با پوشش پالستیکی	۱/۰۲
سازه چوبی با پوشش پالستی	۱/۰۰

• تلفات ناشی از باد

جهت محاسـبه افت دمایی ناشـی از وزش باد و خارج شدن گرما از منافذ و درزهای گلخانه، از رابطه زیر استفاده میشود. بین میزان سرعت وزش باد و اتلاف حرارتی رابطه مستقیم وجود دارد.  به عبارتی دیگر هرچه میزان سـرعت وزش باد در محل گلخانه بیشتر باشـد، تلفـات حرارتـی نیز بیشتر خواهد بود. از اینرو در موقعیت هایی که سرعت باد بالای ۲۴ کیلومتر بر سـاعت باشـد، میزان تلفـات بیشتـر از حالت عادی خواهد بود.

qi=ρi.N.V.[Cpi .(ti-to)+hfg (Wi-WO )]

qi = افت حرارتی ناشی از تبادل هوای گلخانه (وات)

ρi = چگالـی هـوای داخل گلخانـه (کیلوگرم بـر مترمکعب)

Cpi=حـرارت ویژه هوای داخـل گلخانه (ژول بر کیلوگرمبر درجه سلسیوس)

N = تعداد تبادل هوای طبیعی در ثانیه s-1 یا h-1

V = حجم داخل گلخانه به m3

h = گرمای نهان تبخیر آب در درجه حرارت t برحسب J.kg-1

Wi = رطوبـت نسـبی هـوای داخـل گلخانـه

Wo = رطوبـت نسـبی هـوای خـارج گلخانـه