برچسب: بخاری گلخانه

کنترل کامپیوتری گرمایش گلخانه

در این تحقیق ضمن طراحی، ساخت، و پیاده سازی یک سیستم کنترل و مانیتورینگ کامپیوتری برای گلخانه، مدل، رفتار حرارتی، و رطوبتی درون گلخانه در شرایط مختلف جوی نیز بررسی شده است. برای آزمایش های میدانی، یک گلخانه به مساحت ۸ متر مربع (۴×۲ متر) طراحی و ساخته شد. برای پوشش گلخانه از دو لایه نازک پلاستیکی با ضخامت ۲۰۰ میکرومتر استفاده شد. چندین سنسور، یک کنترلر، چندین عمل کننده، و یک سیستم پردازش و جمع آوری و ثبت داده عناصر اصلی این سیستم را تشکیل می دهند.

چندین عمل کننده شامل سیستم های گرمایشی، مهپاش، آبیاری و تهویه و چهار سنسور دما و رطوبت داخل و خارج گلخانه نصب و اطلاعات آنها به واسطه یک میکروکنترلر از طریق پورت RS232 به یک سیستم جمع آوری داده مبتنی بر یک کامپیوتر شخصی متصل شد . برای اجرای الگوریتم کنترل و نیز مانیتورینگ لحظه ای اطلاعات، یک رابط گرافیکی کاربر طراحی گردید. برای ارزیابی میدانی کنترلر، سیستم طراحی شده همراه با کلی تجهیزات مربوط به عمل کننده ها و غیره در گلخانه مدل نصب و آزمایشهای میدانی متعددی در آذرماه ۱۳۸۲ در دانشکده کشاورزی کرج اجرا شد.

این نتایج حکایت از عملکرد صحیح بخش های مختلف سیستم، مانیتورینگ، و کنترل دارد. ضمناً کارایی سیستم برای تثبیت دما بسیار مطلوب و ثابت زمانی برای ثابت نگه داشتن دما در محدوه تنظیمی در حدود ۱۰ دقیقه بود.

– طراحی تجهیزات کنترلی شرایط محیطی

تجهیزات کنترلی مورد نیاز برای کنترل دما، رطوبت، و آب مصرفی مطابق با ابعاد گلخانه طراحی و داخل گلخانه نصب شد. تجهیزات کنترلی سیستم شامل سیستمهای گرمایشی، تهویۀ مکانیکی، توزیع هوای یکنواخت، مه پاش، و سیستم آبیاری قطرهای است که مطابق شکل شمارۀ ۲ در داخل گلخانه نصب شد.

سیستم گرمایشی شامل یک هیتر سه مرحلهای متشکل از ۸ فیلامان سیستم تهویه مکانیکی شامل یک فن ورودی و دو فن خروجی سیستم توزیع هوای یکنواخت شامل یک تیوب پلیاتیلنی مشبک به طول ۳ متر و قطر ۲۵ سانتیمتر (شکل شمارۀ ۲ ،(سیستم مه پاش شامل ۴ نازل پودر کنندۀ آب، شیرهای برقی مه پاش، جریان هوا، و کنترل دبی، و سیستم آبیاری قطرهای شامل یک شیر برقی ، شیلنگ، و ۸ قطره چکان است. محل واقعی استقرار این تجهیزات در شماتیک شکل شماره ۲ نشان داده شده است.

برای محاسبه توان حرارتی از جداول استاندارد موجود برای گلخانه های کوانست (قوسی شکل) استفاده شد.با توجه به ابعاد گلخانه مدل، حداکثر اختلاف دمای محیط بیرون و درون گلخانه و درونیابی از جداول استاندارد، کل توان حرارتی مورد نیاز ۴۹۰۰ وات محاسبه شد. با توجه به اینکه توان حرارتی مورد نیاز برای گرمایش گلخانه با میزان اختلاف دمای محیط بیرون و دمای درون گلخانه رابطه مستقیم دارد در انتخاب هیترها سعی گردید تا توان حرارتی تولید شده در محدوده حداکثر اختلاف دماهای داخل و بیرون گلخانه باشد. به همین دلیل ۴۹۰۰ وات مورد نیاز به دو قسمت مستقل۱۹۰۰ و ۳۰۰۰ وات تقسیم شد تا فرآیند گرمایشی را متناسب با نیاز (شرایط جوی، ساعت روز، فصل و غیره) در سه توان حرارتی مختلف به انجام رساند.

شرایط گرمایش گلخانه
سنجش گرمایش گلخانه

گرمایش و سرمایش گلخانه

این بخاری ها گاز سوز بوده که به صورت واحد های مستقل در طولی گلخانه نصب می شوند . در این بخاریہا انرزی حرارتی گاز المانهائی بخاری هارا سرخ کرده و باعت تشعشع امواج مادون قرمز از المان می شود . ویژگی خاصی تشعشع مادون قرمز اینست که حرارت آن کمتر جذب هوا می گردد.

لذا در حالیکه حرارت محیط گلخانه در این روش نسبتا کمتر است گیاهان موجود در گلخانه حرارت مورد نیاز را از بخاریہا جذب خواھند کرد بخاریها بایستی حداقل ۱/۵ متر از گیاه ، ۱/۲ متر از سقف و ۳ متر از دیواره ها فاصله داشته باشند. در عین حالی در این روشی برای چرخشی بهتر هوا می توان از پینکه های با جریان افقی HAF که سرعت باد در آنها کم و ملایم است استفاده نمود

اگر چه به ظاهر بخاری های خورشیدی از انرژی مجانی خورشید استفاده می کنند ولی بدلیل هزینه اولیه احدات، نیاز به فضای زیاد جهت جمع آوری و ذخیره انرزی خورشیدی اولا در حال حاضر در مملکت ما از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبوده و تانیا قابل اعتماد برای گلخانه نیستند .

با این وجود در مناطقی که شرایط اقلیمی روزهای آفتابی زیادی را نشان می دهشد و امکان دسترسی به لوله کشی گاز وجود ندارد شاید استفاده از بخاری های خورشیدی قابل توجیه باشد تا مصرف سوختهائی فسیلی جهت گرمایش ، کاهش یابد، برای مثال می توان مخازن و منابع آب را با رنگ مشکی رنگ آمیزی کرد تا مقداری گرما جذب آب شود.

در عین حالی خود گلخانه نمی تواند بعنوان منبعی جهت جمع آوری انرژی خورشیدی مورد استفاده قرار گیرد زیرا درجه حرارت گلخانه همواره بایستی در یک درجه حرارت نسبتا ثابت و یکنواختی باقی بماند.

پوشش سقف گلخانه

همانطور که میدانیم پوشش شفاف سقف و دیواره گلخانه به راحتی اجازه عبور تشعشع خورشیدی به داخل گلخانه را می دهند. برای مثال در یک روز کاملا آفتابی که در مملکت ما فراوان اتفاق میافتد در یک گلخانه با مساحت ۳۰۰ مترمربع حدود ۳۲ میلیون BTU که معادل ۷ هزار کیلو وات ساعت است حرارت وارد گلخانه می شود. اگر چنین گلخانه ای کاملا پوشیده از گیاه باشد حدود نیمی از این گرما صرف تبخیر و تعرق می گردد ولی چنانچه پوشش گیاهی کم باشد و یا در مراحل اولیه رشد بدون پوشش گیاهی باشد گرمای موجود می تواند درجه حرارت داخل گلخانه را تا ۶۵ درجه سانتیگراد و بیشتر نیز افزایش دهد.

چنین درجه حرارت هایی می تواند اثرات نامطلویی بر روی گیاهان به شرح زیر بگذارد.

۱- کاهش مقاومت ساقه گیاهان
۲- تولید گلهائی کوچکتر
۳- تاخیر در گلدهی
۴- کاهش تعداد جوانه های تکامل یافته (Bud Abortion)

بنابراین مقدار گرمای اضافه بر نیاز تبخیر و تعرق گیاهان بایستی به طریقی از گلخانه خارج گردد. چنانچه گلخانه در روزهای آفتابی از بیرون سایه اندازه داشته باشد از ورود بخش عمده ای از حرارت به داخل گلخانه جلوگیری خواهد شد. حتی اگر سایه اندازی در داخل گلخانه از طریق اسطوح روشن باشد بخشی به صورت انعکاس خارج خواهد شد .

سرمایش در گلخانه می تواند به صورت طبیعی و با استفاده از هواکش ها انجام گیرد در این صورت بخش عمده ای از حرارت موجود در گلخانه تخلیه خواهد شد. با تمام این موارد بخصوص در فصل تابستان ممکن است که درجه حرارت داخل گلخانه از درجه حرارت مطلوب برای گیاهان گلخانه تجاوز نماید بنابراین براساس شرایط اقلیمی منطقه و حداکثر درجه حرارت محیط لازمست سیستم مناسبی جهت کاهش درجه حرارت داخل گلخانه و تخلیه حرارت، طراحی و پیاده گردد.

توزیع حرارت در گلخانه
کنترل دما گلخانه

انواع سیستم های گرمایش در گلخانه

با توجه به اندازه گلخانه ، تغییرات آب هوایی محل، سطح تکنولوژی استفاده شده و میزان حساسیت گیاه گلخانه ای سیستم های زیر در گلخانه ها ممکن است مورد استفاده قرار گیرد؛

واحد های مسنتقل کرمایشی

منظور همان بخاری های کوچک با ظرفیت گرمایی محدود می باشند که ممکن است به دو صورت زیر موجود باشند

۱- بخاری های معمولی

۲- بخاری های دارای هواساز یا فن دار (Forced Air Heater)

۳- سیستم های حرارت مرکزی (Central Heating)

۴- بخاری مادون قرمز

۵- گرمکن های خورشیدی

بخاری های معمولی که به صورت نفت سوز و گاز سوز موجود می باشند به دلیل پایین بودن ظرفیت حرارتی و عدم توزیع یکنواخت حرارت در محیط، در گلخانه های صنعتی و بزرگ قابل توجیه نبوده و صرفا از آنها در گلخانه های با سطح بسیار کم موسوم به گلخانه های خانگی می توان استفاده نمود.

ظرفیت بخاری گلخانه

ظرفیت گرمایی این بخاری گلخانه حداکثر ۱۲۰۰۰ تا ۱۵۰۰۰ در ساعت می باشد و راندمان حرارتی آنها در صورت طراحی مناسب به ٪۹۵ می رسد. بخاری های فن دار به دلیل اینکه دارای سیستم هوا ساز بوده و از طریق ایجاد جریان هوا در داخل بخاری جابجایی حرارت بخاری را بهتر انجام می دهند در گلخانه های کوچک تولیدی قابل توجیه هستند.

این بخاری ها در داخل گلخانه و با توجه به ظرفیت گرمایی که دارند به فواصل مساوی از همدیگر نصسبب می گردند. این روش ایجاد گرما در واقع ساده ترین و ارزانترین روش گرمایش گلخانه ای در گلخانه های تولیدی می باشند. این بخاری ها از اجزاء زیر تشکیل گردیده اند.

الف) محفظه احتراق
ب) محفظه تبادل حرارتی
ج) هواساز
د) دودکش

در این بخاری ها به دلیل ظرفیت بالای حرارتی ممکن است مشعل (محفظه احتراق) نیز دارای فن باشد تا هوای مورد نیاز سوخت وارد محفظه احتراق گردیده تا از احتراق ناقص که حاصل آن سوخت نسوخته و دوده باشد.

سوخت مصرفی

اشتعالی سوخت در محفظه احتراق باعت ایجاد گازهای داغ شده ، این گازها وارد محفظه تبادل حرارتی شده و هوای ارسال شده از طرف هواساز حرارت گازهای داغ را از این محفظه گرفته و به محیط گلخانه انتقال می دهد . به منظور انتقال گازهای احتراقی، این بخاریها حتما مجهز به دودکشی بوده تا به خارج از گلخانه انتقال یابند .

هرگونه اشکال در دودکشی باعت احتراقی ناقص در بخاری و افزایش غلظت گازهایی متلی CO۲، هیدروکربنها، اتیلن و سولفور می گردد که می توانند اثر سوء بر رشد گیاه داشته باشند.

با توجه به اینکه این بخاری ها در داخلی گلخانه هستند اکسیژن موجود در گلخانه را مصرف می کنند لذا این اکسیژن بایستی از هوای خارج و از طریق هواکش ها وارد گلخانه شود به طور تقریب به ازع هر حرارت تولیدی بایستی یک سانتی متر مربع هواکش در گلخانه در نظر گرفته شود.

واحدهای مستقل گرمایشی اگرچه دارای سیستم هواساز بوده و حرارت را به مسافت بیشتری در گلخانه انتقال می دهند، با این وجود توزیع حرارت در گلخانه به صورت مطلوب یکنواخت نبوده و نواحی که در مقابل جریان خروجی از هواساز واحد گرمایشی قرار دارند به مراتب گرمتر از سایر نقاط می باشند.

بنابراین در واحدهای گلخانه ای که به صورت صنعتی اداره می شوند تجهیزات دیگری در کنار این بخاری ها استفاده می کنند که وظیفه توزیع و پخش یکنواخت حرارت در محیط گلخانه را بعهده دارند . بدین
منظور دو روش زیر مرسوم می باشد.

تجهیزات گلخانه ای
تهویه گلخانه خیار

تجهیزات گلخانه ای

بدین منظور تجهیزاتی مثل ایجاد حرارت و سرما، آبیاری، کوددهی و غیره مورد نیاز می باشند. این تجهیزات به همراه وسایل اندازه گیری و کنترل می توانند شرایط دلخواه مدیر گلخانه را فراهم نمایند.

لذا مهمترین تجهیزاتی که در اینجا تحت عنوان تجهیزات گلخانه ای مورد بحت قرار می گیرد عبارتند از:

عملگرها (Actuators) : این دستگاه ها انجام بعضی از وظایف مثل ایجاد حرارت، سرما، تزریق Co۲ ، آبیاری و غیره را بعهده دارند.

دستگاه های اندازه گیری و حسگرها (Sensors) : این تجهیزات وظیفه اندازه گیری شرایط موثر بر محیط داخل گلخانه را بعهده دارند عواملی مثل درجه حرارت ، رطوبت هوا، نور ، میزان CO۲ ، از مهمترین مواردی هستند که این تجهیزات بایستی بطور مداوم اندازه گیری و ثبت نمایند.

کنترل کننده ها ( Controllers) : این تجهیزات در واقع رابط بین عملگرها و دستگاه های اندازه گیری می باشند. به طور کلی شرایط مطلوب محیطی (Set Points) از نقطه نظر درجه حرارت، رطوبت و … توسط مدیر گلخانه به عنوان مقادیر مطلوب مشخص و در اختیار کنترل کننده ها قرار می گیرند ، از طرف دیگر مقادیر اندازه گیری شده توسط دستگاه های اندازه گیری و سنسورها نیز مرتبا در اختیار کنترل کننده قرار می گیرد.

تجهیزات گلخانه ای

دستگاه اضطراری مولد برق (Backup power) : با توجه به اینکه در یک گلخانه صنعتی تجهیزات فوق عموما توسط برق بکار میافتند، قطع برق حتی در کوتاه مدت می تواند شوک های حرارتی، رطوبتی و غیره را به گیاهان داخل گلخانه وارد کرده به گونه ای که اثرات آن جبران ناپذیر خواهد بود ، بنابراین وجود اینچنین دستگاه هایی نیز ضروری می باشد . در فصول بعد ھر یک از تجہیزات فوق باتفصیل بیشتری مورد توجه قرار می

گرمایش گلخانه Greenhouse Heating : همان طور که می دانیم گیاه جهت رشد نیازمند شرایط مناسب می باشد عواملی که محیط مطلوب برای رشد گیاه را فراهم می کنند ، شامل درجه حرارت، نور ، رطوبت و تغذیه می باشد.

از آنجایی که اصولا فلسفه وجودی گلخانه اینست که محیطی برای گیاه فراهم کنیم که متفاوت از شرایط خارج باشد، یکی از این شرایط مهم درجه حرارت است. مطمئنا گیاهان گلخانه ای در فصلی یا فصولی از سال رشد خواهند که درجه حرارت بیرون به مراتب کمتر از درجه حرارت مورد نیاز می باشد بنابراین ایجاد حرارت مصنوعی در داخل گلخانه از ضروری ترین تجهیزات مورد نیاز در گلخانه می باشد.

حال چنانچه لحظه ای را در نظر بگیریم که حرارت داخل گلخانه مطلوب گیاه بوده ولی از حرارت بیرون به مراتب بیشتر است، این اختلاف درجه حرارت سبب می گردد انتقال حرارت به طرق مختلف از داخل گلخانه به محیط خارج انجام میگردد.

برای اینکه بتوانیم درجه حرارت داخل گلخانه را در همان حد مطلوب نگه داریم لازم است با همان شدتی که محیط گلخانه ای شما با تبادل حرارتی با محیط بیرون حرارت از دست می دهد به همان شدت توسط یک سیستم گرمایش مناسب به طور یکنواخت حرارت به محیط گلخانه وارد نماییم .

روشی های اتلافیه حرارت از گلخانه

در یک گلخانه با توجه به اینکه سقف و دیوارهای آن عموما شیشه ای، مواد فایبرگلاس، پلاستیکی و نازک می باشد. انتقال حرارت از داخل به بیرون به یکی از طرق زیر یا با ترکیبی از آنها انجام می گیرد

الف) شندایت و انتقال : منظور حرارتی است که از بین دیوارهای محافظ گلخانه به خارج انتقال می یابد .

این نوع انتقال حرارت تحت تاثیر سه عامل می باشد ، ضخامت دیوارها، جنس دیواره و اختلاف درجه حرارت داخلی و بیرون، هرچه ضخامت دیواره ها بیشتر انتقال حرارت کمتر ، هرچه جنس دیواره ها دارای ضریب انتقال حرارت کمتری باشد (عایق حرارت) انتقال حرارت کمتر و هر چه اختلاف دمای داخلی و بیرون بیشتر باشد، شدت انتقال حرارت بیشتر خواهد بود.

ب) نفوذ غوا : منظور حرارتی است که از درهای ورود و خروج ، منافذ و پنجره ها صورت می گیرد. انتقال حرارت در این روش با ورود هوای سرد به داخلی و خروج هوای گرم از داخل صورت می گیرد عموما این روش اتلاف حرارت متاثر از میزان وزش باد می باشد ، بطوریکه با افزایش سرعت باد افت حرارتی بیشتری خواهیم داشت

ج) تشعشع حرارتی : عبارتست از تلفات حرارتی از طریق ساطع شدن انرژی حرارتی به صورت تشعشع از طرف جسم گرمتر به اجسام سردتر.

تهویه گلخانه خیار
کنترل دمای گلخانه خیار