Jak równomiernie kontrolować temperaturę w dużym szklarni?

Zrozumienie zmienności temperatury w dużych środowiskach szklarniowych

Nauka o stratyfikacji termicznej i powstawaniu mikroklimatu

Sposób, w jaki powietrze zachowuje się w zależności od swojej gęstości, prowadzi do warstwowania termicznego w zamkniętych przestrzeniach. Weźmy na przykład dużą szklarnię – ciepłe powietrze ma tendencję do unoszenia się w kierunku sufitu, podczas gdy zimniejsze, cięższe powietrze pozostaje bliżej poziomu, na którym rosną rośliny. Oznacza to, że powstają różne strefy temperaturowe ułożone pionowo jedna nad drugą. Różnica między dolną a górną strefą może być dość znaczna, nawet ponad 4 stopnie Celsjusza, jeśli nikt tego nie skoryguje. Te wahania temperatury mają rzeczywisty wpływ na wzrost roślin. Tempo fotosyntezy spada w chłodniejszych obszarach, przez co uprawy w tych miejscach rosną wolniej niż ich cieplejsze odpowiedniki znajdujące się bliżej.

Dlaczego duża wielkość szklarni nasila gradienty temperatur

Skala nasila nierównomierność klimatu. Podczas gdy małe szklarnie osiągają względnie jednolite warunki dzięki naturalnej konwekcji, obiekty przemysłowe stoją przed narastającymi wyzwaniami:

• Nieskuteczna cyrkulacja powietrza przy odległościach wyrzutu wentylatora przekraczających 20 m
• Stosunki powierzchni do objętości ograniczające przenikanie ogrzewania i chłodzenia
• Opóźnione reakcje regulatora klimatu z powodu niewystarczającego pokrycia czujnikami
  Te czynniki prowadzą do trwało istniejących „martwych stref”, w których różnice temperatur pozostają niekorygowane przez godziny po dokonaniu regulacji systemu.

Zmierzony wpływ: do 8°C różnic pionowych w niezoptymalizowanych obiektach

Badania wykazują znaczącą warstwowość w szklarniach komercyjnych bez aktywnej cyrkulacji. W niezoptymalizowanych obiektach o powierzchni 5 000 m², gradienty temperatur pionowych mogą osiągać 8°C w czasie maksymalnego nasłonecznienia, gdy górne warstwy absorbują o 70% więcej energii cieplnej niż roślinność na poziomie gruntu. To prowadzi do różnic w plonach przekraczających 18% u upraw takich jak pomidory.

Optymalizacja systemów cyrkulacji powietrza dla jednolitego klimatu w dużych szklarniach

Wentylatory do poziomej cyrkulacji powietrza (HAF): odpowiednie rozmieszczenie, umiejscowienie i docelowa prędkość powietrza

Wentylatory do poziomej cyrkulacji powietrza (HAF) odgrywają kluczową rolę w przerywaniu stratyfikacji termicznej i zapewnianiu jednolitych warunków klimatycznych. Prawidłowe wdrożenie obejmuje:

• Odstęp : Montuj wentylatory co 10–15 metrów wzdłuż ścian bocznych
• Złożenie : Ustaw kąt 30–45° do góry na wysokości 2/3 szczytu dachu
• Prędkość : Utrzymuj przepływ powietrza 0,5–1 m/s na poziomie koron roślin

Modelowanie CFD potwierdza, że prawidłowo skonfigurowane systemy HAF zmniejszają różnice temperatur o 70% i zwiększają prędkość powietrza o 111% w porównaniu z konwekcją naturalną (Renewable Energy 2021).

Łączenie wentylatorów wywiewnych i chłodzenia pod ciśnieniem dodatnim dla wymiany powietrza na dużą skalę

Zrównoważona wymiana powietrza jest kluczowa dla jednolitości termicznej w dużych szklarniach. Wentylatory wywiewne usuwają gorące, wilgotne powietrze przez świetliki kalenicowe, podczas gdy systemy nawiewu montowane na ścianach dostarczają schłodzone powietrze na poziomie gruntu. To zintegrowane podejście pozwala osiągnąć:

• 6–8 pełnych wymian powietrza na godzinę w obiektach powyżej 5 000 m²
• Różnice temperatur poniżej 2°C w całym obszarze uprawy
• o 30% niższe zużycie energii niż w przypadku samodzielnych systemów chłodzenia

Umieszczenie otworów nawiewnych naprzeciwko punktów wywiewu sprzyja przepływowi laminarnemu, minimalizując strefy martwego powietrza i poprawiając spójność klimatu.

Strategie projektowe zwiększające jednorodność temperatury w dużych konstrukcjach szklarniowych

Otwory dachowe, ogrzewanie na poziomie stanowisk i systemy promieniowe: tworzenie równowagi przestrzennej

Uzyskanie odpowiedniej równowagi termicznej w danej przestrzeni zależy przede wszystkim od tego, jak wszystkie elementy współpracują ze sobą jako system. Otwory dachowe pozwalają naturalnie uciekać gorącemu powietrzu, co zapobiega zbyt dużyemu różnicom temperatury w kierunku pionowym. Ma to duże znaczenie w dużych szklarniach czy magazynach, gdzie różnica temperatur między podłogą a sufitem może przekraczać 8 stopni Celsjusza. W przypadku roślin kluczowe znaczenie ma ogrzewanie na poziomie stanowisk. Obserwowaliśmy producentów wykorzystujących rury podziemne lub małe grzejniki umieszczane dokładnie tam, gdzie korzenie potrzebują ciepła najbardziej, aby zwalczać zimne strefy przy podłożu. Są też panele promieniujące zawieszone w suficie. Emitują one fale podczerwone, które nagrzewają bezpośrednio przedmioty i powierzchnie, a nie tylko powietrze. Większość uprawców uważa, że te panele doskonale sprawdzają się w utrzymywaniu stałej temperatury w koronach roślin, bez konieczności ciągłej regulacji przepływu powietrza.

Gdy zsynchronizowane, te systemy tworzą równowagę przestrzenną: wloty dachowe regulują przepływ powietrza na dużą skalę, grzejniki podłogowe eliminują lokalne mikroklimaty, a systemy promieniowe zapewniają równomierne rozprowadzenie ciepła. Ta integracja minimalizuje marnowanie energii i utrzymuje jednolitość temperatury na poziomie ±1°C w całym obszarze uprawy.

Automatyczne monitorowanie i zonalna kontrola klimatu w dużych szklarniach

Inteligentne sterowniki takie jak TempCube Pro: umożliwiające bieżące regulacje

Klimatyzacja szklarni w dzisiejszych czasach zależy od systemów automatycznych, które potrafią szybko dostosować się do zmieniających się warunków zewnętrznych. Weźmy na przykład TempCube Pro – działa on w pełnej koordynacji ze wszystkimi rodzajami urządzeń wewnątrz szklarni, w tym jednostkami wentylacyjnymi, grzejnikami, a nawet osłonami przeciwsłonecznymi, dzięki czujnikom ciągle przesyłającym dane zwrotne. Jeśli temperatura zaczyna odbiegać od optymalnej, te inteligentne sterowniki natychmiast podejmują działania korygujące. Mogą uruchomić potężne wentylatory HAF, które tak często widzimy, lub odpowiednio dostosować pozycje wentylacji. Rezultat? Brak obszarów o podwyższonej temperaturze stresujących rośliny, jednolity wzrost we всей przestrzeni oraz znacznie mniejszy czas nadzoru poświęcany przez uprawiarzy na swoje instalacje. Zgodnie z badaniami opublikowanymi w zeszłym roku w Greenhouse Tech Journal, tego typu automatyka redukuje potrzebę ręcznego monitorowania o około trzy czwarte.

Optymalna rozmowa czujników: minimum 1 na 200 m² z rozmieszczeniem na wielu poziomach wysokości

Uzyskanie dokładnej kontroli strefowej zależy przede wszystkim od rozmieszczenia czujników w całej przestrzeni, aby wykryć wszystkie różnice klimatyczne. Badania pokazują, że umieszczenie co najmniej jednego czujnika na każde 200 metrów kwadratowych na różnych wysokościach – np. przy stanowiskach roboczych, pod daszkami i blisko sufitu – pozwala zauważyć różnice temperatur sięgające nawet 5 stopni Celsjusza w miejscach, które wcześniej nie były dostrzegane. Monitorowanie na wielu poziomach wysokości ma istotne znaczenie. Umieszczanie czujników wyłącznie na poziomie gruntu, gdzie rosną rośliny, pomija zbierające się u góry ciepło w pobliżu sufitu, co może znacząco wpłynąć na odpowiednie zarządzanie klimatem w szklarniach lub dużych pomieszczeniach uprawnych.

Często zadawane pytania

Jak stratyfikacja termiczna wpływa na wzrost roślin w szklarniach?

Warstwica termiczna prowadzi do powstawania różnych stref temperatur, które mogą wpływać na tempo fotosyntezy, co skutkuje różnymi tempami wzrostu roślin.

Dlaczego ważne jest zapewnienie odpowiedniej cyrkulacji powietrza w dużych szklarniach?

Odpowiednia cyrkulacja powietrza pomaga zmniejszyć pionowe gradienty temperatury i zapewnia jednolite warunki klimatyczne, sprzyjając tym samym spójnemu wzrostowi roślin.

Jaką rolę odgrywają inteligentne sterowniki w zarządzaniu klimatem w szklarniach?

Inteligentne sterowniki umożliwiają bieżące dostosowywanie warunków klimatycznych na podstawie danych z czujników, co pomaga utrzymać jednolitą temperaturę i ogranicza potrzebę ręcznego nadzoru.