Kokie yra didelio šiltnamio vėdinimo būdai?

Didelio šiltnamio vėdinimo poreikių supratimas

Vėdinimo svarbus vaidmuo dideliuose šiltnamiuose klimato valdyme

Geras oro cirkuliavimas neleidžia per daug įšilti arba pasidaryti per drėgnai dideliuose šiltnamiuose, kas padeda išvengti mažų vietinių blogo oro sąlygų židinių, kurie gali rimtai pakenkti augalams. Pagal paskutiniais metais žurnale „AgriTech Frontiers“ publikuotą tyrimą, šiltnamiuose, kuriuose buvo geriau užtikrintas oras, grybelinės ligos sutrikdymų sumažėjo apie 40 %, o derlius augo žymiai tolygiau. Kitas svarbus dalykas – užtikrinti, kad anglies dioksidas tinkamai pasklistų, kad augalai galėtų efektyviai vykdyti fotosintezę. Kai CO2 kiekis nukrenta žemiau apie 200 tūkstančių dalių milijone, augalų augimas smarkiai sulėtėja, kartais net sumazėja perpus, kaip nurodyta USDA pranešime apie augalų fiziologiją 2023 m.

Kaip šiltnamio dydis veikia oro cirkuliavimą ir temperatūros pasiskirstymą

Dideliems pastatams būdingos unikalios problemos:

Pagrindiniai aplinkos veiksniai: temperatūra, drėgmė ir CO₂ valdymas

Trys susiję elementai nulemia vėdinimo poreikius:

1. Temperatūra : Daugumai augalų reikalinga 18–27 °C temperatūra, su <5 °C skirtumu tarp skirtingų zonų
2. Drėgmė : Optimali santykinė drėgmė 50–70 %; drėgmei virš 85 % padidėja ligų rizika (JAV žemės ūkio departamentas, 2023 m. tyrimas apie patogenus)
3. CO₂ koncentracija : Dienos valandomis palaikykite 800–1200 ppm

Automatinės sistemos, derinančios drėgmės jutiklius ir ventilių aktuatorius, suvartoją 22 % mažiau energijos lyginant su rankiniu valdymu (2023 m. Greenhouse Tech Review). Floridos dėžinėje derlingumas padidėjo 25 %, auginant rožes, naudojant suderintą vėdinimą, kontroliuojant šiuos veiksnius.

Pasyvios vėdinimo strategijos dideliems šiltnamiams

Stogo ir šoninių angų ventiliacija: natūralių konvekcijos srovių maksimalus panaudojimas

Dideliuose žalienuose veikianti priverstinės ventiliacijos sistema veikia protingai išdėstant stogo ir šonines ventiliacijos angas, atsižvelgiant į tai, kad karštas oras natūraliai kyla aukštyn. Kai saulė pašildo viduje esančius daiktus, viršutinės stogo ventiliacijos angos išleidžia šiltą orą. Dauguma sistemų turi apie 1,5–2 kubinių pėdų per minutę oro srauto vienam kvadratiniam pėdos plotui. Tuo tarpu šoninės ventiliacijos angos paprastai yra pakeltos apie 40–60 cm nuo žemės, kad į vidų patektų šviežias, vėsus oras iš išorės. Praeitais metais Žemės ūkio universitete atlikta studija parodė dar kai ką įdomaus. Žaliosios namai, kuriuose buvo tiek kraigo ventiliacijos angos, tiek automatizuotos šoninės ventiliacijos angos, patyrė apie 14 laipsnių pagal Farenheitą mažesnę maksimalią temperatūrą, palyginti su senesniais modeliais, turinčiais tik fiksuotas ventiliacijos angas. Tai visiškai suprantama, nes tokios konvekcijos srovės ypač stipriai pasireiškia didelėse erdvėse, viršijančiose 930 kvadratinių metrų (10 000 kvadratinių pėdų) plotą.

Suplankeišti šoniniai sienų uždangai ir žaliuzės mastinei skersinei ventiliacijai

Dideliuose šiltnamiuose lanksti oro srauto valdymo sistema dažnai remiasi ritininėmis sienomis ir reguliuojamaisiais langeliais. Kai vasarą temperatūra kyla, apie pusės šoninių sienų pakėlimas leidžia karštam orui greitai išeiti. Tuo pačiu metu tarpeliais suformuoti skydeliai, nustatyti 15–30 laipsnių kampu, padeda lygiai judinti orą per visą erdvę, nekurdami erzinančio turbulentiškumo. Komercininkams braškių auginimo ūkininkams, turintiems daugiau nei penkių akrų plotus, tokia konfigūracija daugumą laiko palaiko temperatūros skirtumą tarp skirtingų šiltnamio dalių mažesnį nei trys Farenheito laipsniai. Tai labai svarbu, nes taip neleidžiama susidaryti drėgnoms vietoms, kur mėgsta augti grybeliai, galintys sunaikinti visą derlių, jei nebūtų laiku sustabdyti.

Optimalus ventiliacijos angų dydis ir išdėstymas atsižvelgiant į didelio šiltnamio talpą

Pagal ASABE EP406.7 standartus, vėdinimo plotai dideliuose šiltnamiuose turi sudaryti apie 20–25 procentus bendro grindų ploto. Šiltnamiams, pastatytiems šiaurės–pietro kryptimi, būdingas geresnis oro cirkuliavimas – iki 23 % greitesnis, kai priešingose pusėse yra įrengti pakaitiniai ventiliacijos angos, nukreiptos į vėją. Paimkime standartinio dydžio šiltnamį, matuojantį 50 iki 200 pėdų. Tokiems šiltnamiams paprastai reikia stogo ventiliacijos angų, dengiančių nuo 65 iki 80 tiesinių pėdų. Papildant jas 8–10 ritininėmis šoninėmis sienomis, kurių kiekviena ne mažesnė nei šešių pėdų aukščio, augintojai gali užtikrinti oro keitimąsi per mažiau nei tris minutes per visą dieną. Toks greitas oro mainas yra būtinas jautriems augalams, tokiems kaip salotų veislės ir įvairios prieskoninės žolelės, kurios negali toleruoti stovinčių šiltų oro kišenių.

Aktyvios mechaninės vėdinimo sistemos dideliuose šiltnamiuose

Dideliems šiltnamiams, kurių plotas viršija 2 000 kv. pėdų, būtina aktyvi mechaninė ventiliacija, siekiant sumažinti karščio sluoksniavimąsi ir drėgmės kaupimąsi. Šios sistemos per minutę cirkuliuoja 1,2–2 oro tūrio vienetus – komerciniuose objektuose iki 240 000 CFM, todėl jos yra žymiai veiksmingesnės nei pasyvūs metodai ekstremaliomis klimato sąlygomis.

Išmetimo ventiliatoriai ir įleidimo sklendės: priverstinio vėdinimo sistemų pagrindiniai komponentai

Didelio našumo išmetimo ventiliatoriai (36–52 colių skersmens) sukuria neigiamą slėgį, traukdami šviežią orą per įleidimo sklendes, esančias prie priešingų sienų. Šis slėginis oro srautas pašalina 85–90 % saulės šilumos poveikio aukščiausios apkrovos valandomis, kai naudojamos aušinimo plokštės. Pagrindiniai gamintojai rekomenduoja vieną ventiliatorių kas 1 500–2 000 kv. pėdų, kad dideliuose šiltnamiuose būtų užtikrintas tolygus oro apykaita.

Cirkuliaciniai ventiliatoriai tolygiai paskirstyti orui ir kontroliuoti mikroklimatui

Horizontalios oro srauto (HAF) ventiliatoriai, išdėstyti kas 40–50 pėdas, pašalina mikroklimatus, užtikrindami 4–6 mylių per valandą oro srautą augalų lygyje. 2023 metų Rūterdžio universiteto tyrimo metu tokia sistema 5 akrų pomidorų šiltnamiuose sumažino grybelinės ligos atvejus 70 %, stabilizuodama drėgnio svyravimus žemiau 12 %.

Ventiliatorių parinkimas ir CFM reikalavimų skaičiavimas dideliems šiltnamio plotams

Energetinio efektyvumo aspektai ir eksploatacinių sąnaudų kompromisai

Kintamos dažnio varikliai (VFD) sumažina ventiliatorių energijos suvartojimą 35–40 % dideliuose šiltnamio tip o įrengimuose, atsipirkdami per mažiau nei 18 mėnesių regionuose, kuriuose elektros energijos kaina yra 0,12 USD/kWh. Tačiau veikimas 24/7 karščio bangų metu vis dar sudaro 22–28 % bendrų gamybos sąnaudų metiniuose audituose.

Hibridinė vėdinimas: pasyviųjų ir aktyviųjų metodų derinys optimaliam valdymui

Šiuolaikiniai dideli šiltnamio tipo ūkiai vis dažniau naudoja hibridinį vėdinimą, kad būtų išlaikytas pusiausvyra tarp energijos naudojimo efektyvumo ir tikslaus klimato valdymo. Derindami praeinamus stogo angų vėdinimus ir aktyvius ventiliatorių sistemas, augintojai palaiko optimalią temperatūrą ir drėgmę, tuo pačiu mažindami priklausomybę nuo energiją intensyviai naudojančių mechaninių sprendimų.

Dizaino principai adaptacinei hibridinei vėdinimui dideliuose šiltnamiuose

Hibridinės vėdinimo sistemos veikia geriausiai, kai sumaišomos automatinės stogo angos, užimančios apie 15–25 procentus stogo ploto, su horizontaliai orientuotais oro srauto ventiliatoriais, esančiais strateginėse vietose. Sistema remiasi temperatūros ir drėgmės jutikliais, kurie įjungia mechaninę vėdinimą tik tada, kai natūralus oro judėjimas nepakankamas pasiekti reikiamas sąlygas. Tai patvirtina tyrimai iš ScienceDirect, kurie rodo, kad tokios protingos sistemos gali sumažinti ventiliatorių darbo laiką maždaug dvigubai pastatuose, kurių plotas didesnis nei vienas akras. Prieš diegdami tokią sistemą, diegimo procese turėtumėte atsižvelgti į kelis svarbius veiksnius.

• Įleidimo angų montavimas ten, kur pučia vėjas
• Cirkuliacinių ventiliatorių įrengimas kas 9–15 metrų oro maišymui
• Varomųjų angų integracija su CO₂ praturtinimo sistemomis

Atvejo analizė: Energiją taupanti hibridinė sistema 929 kv. m (10 000 kv. pėdų) komerciniame šiltnamyje

Tomatų auginėjai Mичigane pasiekė įspūdingų rezultatų, derindami tradicinius metodus su šiuolaikine technologija. Vienas ūkininkas pranešė, kad sumontavęs 48 automatinio stogo ventiliacijos angas ir kintamo greičio išmetimo ventiliatorius visame savo šiltnamio komplekse, jam pavyko sumažinti energijos sąnaudas beveik 30 %. Ypač išsiskiria tai, kaip gerai tokia sistema veikia per sudėtingą perėjų sezono laikotarpį, kai kasdien kinta temperatūra. Pavasarį ir rudenį didžiąją dienos dalį natūralus oro srautas palaikydavo optimalią temperatūros ribą, kuri dienos šviesos valandomis keturis kartus iš penkių nukrypdavo ne daugiau kaip trimis Farenheito laipsniais nuo reikiamos. Klimato specialistai, tiriantys šias sistemas, sutinka, kad pereinant prie tokios įrangos paprastai 20–40 procentų mažėja poreikis brangiai mechaninei aušinimo sistemai, palyginti su šiltnamiais, kurie atitinkamose šalies vietovėse visiškai priklauso nuo priverstinio oro sistemų

Automatizacijos ir natūralaus oro srauto derinimas energijos suvartojimui mažinti

Pažangūs valdikliai dabar naudoja mašininį mokymąsi, kad prognozuotų optimalias ventiliacijos angų padėtis 3 valandas į priekį remiantis orų prognozėmis, kas kasmet sumažina nebūtiną ventiliatorių aktyvinimą 18–22 %. Vasaros naktimis šios sistemos teikia pirmenybę pralaidžiajam aušinimui per atvertas šonines sienas ir mechaninę ventiliaciją įjungia tik tada, kai rasos taško ribos artėja prie augalų saugos limitų.

Išmanios ir automatinės ventiliacijos technologijos šiuolaikiniams dideliems šiltnamiams

Šiuolaikiniai didelių šiltnamių ūkiai pasiekia beprecedentį klimato tikslumą dėka išmanios ventiliacijos sistemų, kurios sujungia jutiklių tinklus, automatizaciją ir prognozuojamąją analizę. Šios technologijos sprendžia unikalius iššūkius pastatams, viršijantiems 10 000 kv. pėdų plotą, kuriuose tradicinės metodikos susiduria su vėluojančiomis reakcijomis ir energijos neefektyvumu.

Automatiniai ventilių aktuatoriai ir drėgnumui reaguojantys išmanieji jutikliai

Savarankiškai reguliuojamos ventiliacijos sistemos dabar per 30 sekundžių sureguliuoja angas, aptikus drėgmės slenksčio viršijimą. Tikslūs jutikliai visose auginimo zonose palaiko 0,1 °C temperatūros skiriamąją gebą, kas yra būtina jautriems augalams, tokiems kaip hidroponinė žaliarūgštė, kur net 2 °F svyravimai sukelia ankstyvą žydėjimą.

Integracija su ventiliatorių ir klimato valdymo sistemomis naudojant IoT

Centrinės IoT platformos koordinuoja išmetimo ventiliatorius, cirkuliacijos sistemas ir šildymo elementus per vieną informacinį skydelį. Tai ypač svarbu dideliuose šiltnamiuose, kur operatoriai anksčiau prarasdavo 18 % darbo laiko, rankiniu būdu tikrindami pakraščių sektorius, pagal 2023 metų kontroliuojamos aplinkos žemės ūkio duomenis.

Atsirandantys trendai: dirbtinio intelekto valdoma klimato optimizacija dideliuose šiltnamių ūkiuose

Mokinimosi mašinų modeliai dabar prognozuoja vėdinimo poreikius 12 valandų į priekį, analizuodami hiperlokalius orų modelius ir dangos tankio pokyčius. Ankstyvieji naudotojai praneša apie 60 % mažiau augalų žalos dėl klimato sąlygų lyginant su laiko pagrindu veikiančiomis vėdinimo sistemomis, o dirbtinio intelekto optimizavimas automatiškai kompensuoja saulės šilumos poveikį platiaplote stiklu dengtose konstrukcijose.

DUK

Kokia yra vėdinimo svarba dideliuose šiltnamiuose?

Vėdinimas yra labai svarbus dideliuose šiltnamiuose temperatūros, drėgmės ir CO₂ lygio reguliavimui, kas padeda išvengti augalų ligų ir skatina sveiką augimą.

Kaip šiltnamio dydis veikia vėdinimo poreikius?

Dideliems šiltnamiams reikia didesnio oro apsikeitimo dažnio ir galingesnių ventiliatorių, kad būtų užtikrintas tinkamas oro cirkuliavimas ir temperatūros pasiskirstymas, taip išvengiant perkaisti ir per didelės drėgmės kaupimosi.

Kokios yra aktyvinės vėdinimo strategijos dideliems šiltnamiams?

Priešingos strategijos apima stogo ir šoninių angų naudojimą, siekiant panaudoti natūralias konvekcines sroves, kartu su ritininėmis šoninėmis sienomis ir žaliuzėmis, kad pagerinti oro pasiskirstymą.

Kaip aktyvios mechaninės sistemos naudingos dideliems šiltnamiams?

Aktyvios sistemos, tokios kaip ištraukimo ventiliatoriai ir cirkuliacijos ventiliatoriai, veiksmingai valdo šilumos sluoksniavimąsi ir drėgmę, ypač klimato sąlygose, kai vien tik pasyvūs metodai nepakankami.

Kas yra hibridinė vėdinimas ir kodėl jis naudingas?

Hibridinė vėdinimas sujungia pasyvias ir aktyvias strategijas optimaliam klimato valdymui, derindamas energijos efektyvumą su tiksliu valdymu.