Kaip vienodai valdyti temperatūrą dideliame šiltnamyje?

Temperatūros kaitos supratimas dideliuose šiltnamio aplinkos

Šiluminės stratifikacijos ir mikroklimato susidarymo mokslas

Orų elgsena, paremta jų tankiu, uždarose erdvėse sukelia šilumos sluoksniavimąsi. Paimkime didelę šiltnamį – šiltas oras linkęs kilti aukštyn link lubų, tuo tarpu šaltas, sunkesnis oras telkiasi arti augančių augalų. Tai reiškia, kad vertikaliai susidaro skirtingų temperatūrų zonos, viena ant kitos. Kartais skirtumas tarp apatinės ir viršutinės zonos gali būti gana didelis – net daugiau nei 4 laipsniai Celsijaus, jei niekas nedaro nieko tam pakeisti. Šie temperatūros svyravimai turi tikrų pasekmių augalų veikimui. Fotosintezės tempas mažėja šaltesnėse vietose, todėl augalai ten auga lėčiau nei jų šiltesni kaimynai.

Kodėl didelių šiltnamių dydis sustiprina temperatūros gradientus

Mastelis stiprina klimato nevienalytiškumą. Tuo tarpu kaip maži šiltnamiai dėl natūralios konvekcijos pasiekia santykinį vientisumą, pramoninio masto objektai susiduria su kaupiamais iššūkiais:

• Orų cirkuliacijos inefektyvumas virš 20 m ventiliatoriaus padavimo atstumų
• Paviršiaus ir tūrio santykiai, ribojantys šildymo ir aušinimo skvarbumą
• Vėlyvos klimato valdymo reakcijos dėl nepakankamo jutiklių apimties
  Šie veiksniai sukelia atkaklias „numirtonių zonas“, kuriose temperatūros nukrypimai lieka nepataisyti valandas po sistemos reguliavimo.

Išmatuotas poveikis: iki 8 °C vertikalios skirtumų neoptimalizuotose patalpose

Tyrimai rodo didelį sluoksniavimąsi komerciniuose šiltnamiuose be aktyvios cirkuliacijos. Neoptimalizuotose 5 000 m² patalpose vertikalūs temperatūros gradientai gali pasiekti 8 °C maksimalios saulės energijos metu, kai viršutiniai sluoksniai sugeria 70 % daugiau šiluminės energijos nei žemės paviršiuje esantys augalai. Tai sukelia derliaus svyravimus, viršijančius 18 % tokiuose augaluose kaip pomidorai.

Oro cirkuliacijos sistemų optimizavimas vienodam klimatui užtikrinti dideliuose šiltnamiuose

Horizontalios oro srauto (HAF) ventiliatoriai: tinkamas tarpas, išdėstymas ir oro srauto greičio tikslai

Horizontalių oro srauto (HAF) ventiliatorių naudojimas yra būtinas šilumos sluoksniavimuisi sutrikdyti ir užtikrinti vienodas klimato sąlygas. Tinkamas diegimas apima:

• Atstumas : Įrengti ventiliatorius kas 10–15 metrų palei šonines sienas
• Padedimas : Kampas 30–45° aukštyn nuo 2/3 maksimalaus stogo aukščio
• Greitis : Palaikyti 0,5–1 m/s oro srautą augalų vainiko lygyje

CFD modeliavimas patvirtina, kad tinkamai suprojektuotos HAF sistemos temperatūros skirtumus sumažina 70 %, o oro judėjimo greitį padidina 111 %, palyginti su natūralia konvekcija (Renewable Energy 2021).

Ištraukiamųjų ventiliatorių ir teigiamo slėgio aušinimo derinys didelio masto oro apsikeitimui

Subalansuotas oro apsikeitimas yra būtinas užtikrinti termine vienodumą dideliuose šiltnamiuose. Ištraukiamieji ventiliatoriai pašalina karštą, drėgną orą per kraigo angas, o sienose sumontuotos pritekėjimo sistemos tiekia atvėsintą orą žemutiniame lygyje. Šis integruotas požiūris leidžia pasiekti:

• 6–8 visus oro keitimus per valandą patalpose, didesnėse nei 5 000 m²
• Temperatūros skirtumai išlaikomi mažesni nei 2 °C tarp augimo zonų
• 30 % žemesnis energijos suvartojimas lyginant su atskirais aušinimo sprendimais

Pritekėjimo angų įrengimas priešingose pusėse nei išmetimo vietos skatina sluoksniuotą oro srautą, sumažindamas nejudrias zonas ir gerindamas klimato vientisumą.

Dizaino strategijos, skirtos didinti šiluminį vientisumą dideliuose šiltnamio tipų pastatuose

Stogo angos, suoliukų lygio šildymas ir spinduliuojančios sistemos: erdvinio balanso kūrimas

Gauti tinkamą šiluminį balansą patalpoje iš esmės priklauso nuo to, kaip viskas veikia kaip vieninga sistema. Stogo ventiliacijos angos leidžia karštam orui natūraliai išeiti, todėl temperatūra vertikaliai nesikaupia per daug. Tai ypač svarbu dideliuose šiltnamiuose ar sandėliuose, kur kartais skirtumas tarp grindų ir lubų temperatūros gali viršyti 8 laipsnius Celsijaus. Konkrečiai augalams, šiluma ant darbastalio lygio daro esminį skirtumą. Matome, kad auginotojai naudoja požemines vamzdynų sistemas arba mažus šildytuvus, dedamus būtent ten, kur šaknims labiausiai reikia šilumos, kad kovotų su šaltomis vietomis prie žemės. Taip pat egzistuoja spinduliuojančios plokštės, kabantys nuo lubų. Jos skleidžia infraraudonąsias bangas, kurios iš tiesų šildo objektus ir paviršius, o ne tik orą. Daugelis auginotojų pastebi, kad šios plokštės puikiai padeda išlaikyti pastovią augalų vainikų temperatūrą be nuolatinių oro srauto reguliavimų.

Sinchronizuoti šie sistemos sukuria erdvinę pusiausvyrą: stogo ventiliacijos angos valdo didelio masto oro srautą, suolių šildytuvai reguliuoja lokalias mikroklimato sąlygas, o spinduliuojančios sistemos užtikrina tolygią šiluminę sklaidą. Ši integracija sumažina energijos švaistymą ir užtikrina ±1 °C vientisumą visoje auginimo zonoje.

Automatizuotas stebėjimas ir zoninė klimato kontrolė dideliems šiltnamiams

Išmanūs valdikliai, tokie kaip TempCube Pro: leidžia atlikti realaus laiko koregavimus

Šiuolaikinė šiltnamių klimato kontrolė priklauso nuo automatinių sistemų, kurios gali greitai prisitaikyti prie besikeičiančiomis išorinėmis sąlygomis. Paimkime, pavyzdžiui, TempCube Pro – jis glaudžiai bendradarbiauja su įvairiausia įranga šiltnamiuose, įskaitant vėdinimo įrenginius, šildytuvus ir netgi apsaugines uždangas, viskas dėka jutiklių, nuolat perduodančių atgal informaciją. Jei temperatūra pradeda nukrypti nuo optimalios, šie protingi valdikliai beveik iš karto imasi veiksmų. Jie gali įjungti dažnai matomus galingus HAF ventiliatorius arba tiksliai sureguliuoti angų padėtį. Rezultatas? Nebėra karštų vietų, kurios slegia augalus, pastovus augimas visoje patalpoje, o auginotojai leidžia žymiai mažiau laiko stebėdami savo sistemas. Pagal paskutiniais metais „Greenhouse Tech Journal“ paskelbtus tyrimus, tokia automatizacija sumažina rankinio stebėjimo poreikį maždaug tris ketvirtadalius.

Optimalus jutiklių išdėstymas: mažiausiai 1 vienam 200 m² plotui, įrengiant keliose aukščio lygmenyse

Gera zoninė kontrolė labai priklauso nuo jutiklių išdėstymo visoje patalpoje, kad būtų užfiksuoti visi klimato skirtumai. Tyrimai rodo, kad sumontavus bent vieną jutiklį kas 200 kvadratinių metrų skirtinguose aukščiuose – pavyzdžiui, ant suolų, po baldakimais ir arti stogo – pradedama pastebėti temperatūros pokyčiai daugiau nei 5 laipsnių Celsijaus tameose vietose, kurios anksčiau buvo nepastebėtos. Stebėjimas iš kelių aukščių iš tikrųjų yra labai svarbus. Jei jutikliai montuojami tik žemame aukštyje, ten, kur auga augalai, praleidžiamas visas papildomas šilumos kaupimasis aukštai netoli lubų, kas gali turėti didelės įtakos tinkamam klimato valdymui šiltnamiuose ar didelėse vidinėse auginimo erdvėse.

Dažniausiai užduodami klausimai

Kaip termalinė stratifikacija veikia augalų augimą šiltnamiuose?

Šiluminė stratifikacija sukelia skirtingas temperatūros zonas, kurios gali paveikti fotosintezės tempus, dėl ko augalų augimo sparta tampa nevienoda.

Kodėl svarbu užtikrinti tinkamą oro cirkuliaciją dideliuose šiltnamiuose?

Tinkama oro cirkuliacija padeda mažinti vertikalias temperatūros gradientes ir užtikrina vienodas klimato sąlygas, taip skatinant nuolatinį augalų augimą.

Kokį vaidmenį šiltnamio klimato valdyme atlieka išmanieji reguliatoriai?

Išmanieji reguliatoriai leidžia realiuoju laiku koreguoti klimato sąlygas reaguojant į jutiklių duomenis, todėl padeda palaikyti vienodą temperatūrą ir sumažina būtinybę stebėti procesą rankiniu būdu.