این بخش برای متخصصین گرمایش تابشی در نظر گرفته شده که به طراحی و قالب این سیستم‌های گرمایش تابشی در کاربردهای معمولی تسلط کافی دارند. این یک راهنما برای طراحی سیستم‌ها در گلخانه‌هاست و بهتر است که به‌عنوان مکمل در کنار دفترچه راهنمای دستگاه مورد استفاده قرار گیرد.
گرمایش گلخانه های کوچک
گلخانه‌های کوچک معمولاً طرحی مثل دیگر کاربردهای سیستم گرمایش تابشی لوله‌ای خواهند داشت و هدف اولیه آن راحتی مشتری‌ها و کارکنان خواهد بود. از آنجایی که در این گلخانه‌ها گیاهان بارور برای فروش قرار گرفته‌اند، پس نیاز زیادی به طراحی پیچیده مهندسی نخواهد داشت و می‌توانند از یک سیستم گرمایشی معمولی به خوبی استفاده کنند.
گرمایش گلخانه های بزرگ
اما در سمت دیگر، سالن‌های بزرگ صنعتی هدف‌های بزرگ‌تر و پیچیده‌تری نیز دارند. گیاهان معمولاً از یک نوع خاص هستند و همچنین صاحبان و اپراتورهای گلخانه نیازهای ویژه‌ای دارند که باید به آنها رسیدگی شود.
تمام شرایط باید برای رشد هر چه بهتر گیاهان فراهم باشد. بعضی از گیاهان مثل گیاهان فصلی، نیاز به رسیدگی‌های خاص دارند و باید در زمان خاصی حتماً آماده برداشت باشند. در غیر این صورت ارزش آنها به شدت افت خواهد کرد.
پس نگهداری و مدیریت این گلخانه‌ها به شدت با سالن‌های معمولی دیگر می‌تواند متفاوت باشد. در این مکان‌ها ایجاد یک محیط یکدست و یکنواخت در گلخانه برای رشد گیاهان ضروری است.
به این صورت اگر گیاهی آبیاری بیشتری نیاز داشته باشد و یا به‌دلیل گرمای بیشتر، زودتر از بقیه رشد کند، بقیه این دما تلف خواهد شد. پس نیاز است تا هر گوشه از گلخانه به شکل خاصی مدیریت شود.
محاسبه گرمایش گلخانه
ملاحظات اتلاف گرما
اتلاف در گلخانه‌ها به دلیل استفاده از موادی که گرما را به راحتی از خود عبور می‌دهند، بسیار بالا و چندین برابر یک ساختمان معمولی در اندازه یکسان خواهد بود. فرمول‌های اتلاف گرما در گلخانه به صورت زیر است:
مقادیر U:
تأیید موادی که در گلخانه‌ها استفاده می‌شود، پیش از نصب سیستم‌های گرمایشی بسیار پراهمیت است. بسیاری از گلخانه‌سازان، جدول مشخصات را برای محصولات‌شان منتشر می‌کنند که معمولاً هم مقادیر U نیز در آنها ذکر شده. اگر این مقادیر را پیدا نکردید، حتماً با تولیدکننده تماس بگیرید و مقدار U را بپرسید. هر چه مقدار U کمتر باشد، میزان عایق بودن ماده بیشتر خواهد بود. حتماً اگر چند لایه از یک ماده استفاده کردید، مقدار U را هم برای چند لایه حساب کنید و نه تک لایه.
جدول زیر مقادیر U را برای یک سری پوشش‌های متداول نشان می‌دهد.
تغییرات هوا و تهویه مکانیکی
متخصصان سیستم‌های تابشی اهمیت تهویه را در اتلاف گرما به خوبی درک می‌کنند. البته که جابه‌جایی و تهویه هوا برای گلخانه‌ها بسیار امر مهمی است. از آنجایی که گلخانه‌ها با امکان تهویه هوا در تابستان طراحی می‌شود، روش‌های فراوانی برای تهویه هوا وجود دارد. بعضی از انواع تهویه به گونه زیر است:
– تهویه باز جانبی
– سقف باز
– سقف بازشو
– سقف بالارونده
– دیوارهای رول شو
– هواکش و فن‌های تهویه
به این صورت برای بسته نگه‌داشتن سالنی که تعداد زیادی راه نفوذ هوا دارد، چالش بسیار سختی خواهد بود. از آنجایی که این اتلاف گرما بسیار به خود سازه و نگهداری آن بستگی دارد و گلخانه‌دار باید خود را برای تمامی این موارد که می‌تواند باعث اتلاف انرژی شود، آماده کند.
آیا تهویه در زمستان هم استفاده می‌شود؟
- آیا فن‌های تهویه قرار است استفاده شوند؟ اگر جواب بله است، چه حجمی از هوا قرار است جابه‌جا شود؟
- آیا در زمستان، روی فن‌های تهویه پوشانده می‌شود تا از نفوذ باد احتمالی جلوگیری شود؟
- آیا پوشش گلخانه کامل و بی‌نقص است و شکستگی یا پارگی در قسمت‌هایی از آن دیده نمی‌شود؟
در زیر لیستی مشاهده می‌کنید که به جابه‌جایی هوا در هر ساعت اشاره دارد. این اعداد می‌توانند با توجه به قدمت گلخانه، نوع نگهداری و سازه و سرعت باد، بسیار متفاوت باشد.
اگر گلخانه از نوع دریچه‌ای باشد باز هم شاهد افزایش بیشتر جابه‌جایی هوا هستیم و دلیل آن هم وجود درزها و شکاف‌های فراوان در سازه است. از آن طرف اگر گلخانه با پوشش‌های پلاستیکی مورد استفاده قرار گیرند به‌دلیل یکدست و یکپارچه بودن بهتر از سازه‌های دریچه‌ای عمل می‌کنند.
البته جابه‌جایی هوا باید به نسبت مکان و آب و هوا و مقدار باد آن منطقه محاسبه و تنظیم شود. مطمئناً استاندارد جابه‌جایی هوا در یک منطقه ساحلی با یک منطقه بدون دریا کاملاً متفاوت خواهد بود.
توجّه داشته باشید که سازه‌ها قدیمی می‌شوند و همچنین توان سیستم‌های گرمایشی تغییر خواهد کرد و جابه‌جایی هوا در طول زمان ثابت نخواهد ماند. پس محاسبات را طوری انجام دهید تا اندازه و توان سیستم‌های گرمایشی برای سازه‌های قدیمی و شرایط آب و هوایی بحرانی نیز مناسب باشد.
فاکتور باد
این فاکتور براساس تخمین کارشناس تعیین می‌شود. همچنین امکان محاسبه اتلاف دما را در شرایط سرعت بادهای مختلف به ما نشان خواهد داد. بادهایی با سرعت پایین‌تر از ۲۵ کیلومتر بر ساعت در نظر گرفته نخواهند شد.
پرده‌های ذخیره انرژی
این قسمت در بخش پنجم مورد بررسی کامل قرار گرفت، اگر داده‌های مشخصی از سازنده پرده‌ها در دسترس نباشد، می‌توانید پرده‌ها را در نظر نگیرید. متخصصان نمی‌توانند تصور کنند که پرده‌ها همیشه به خوبی مورد استفاده قرار می‌گیرند پس در کل نیازی به محاسبه عملکرد پرده نخواهیم داشت.
داده‌های اولیه سازه
از فرم زیر برای ثبت اطلاعات اندازه و دیگر مشخصات سازه استفاده کنید.
مثالی از اتلاف دما
یک گلخانه جدید با پوشش تک‌لایه پلاستیکی در کالیفرنیا وجود دارد. ابعاد سازه به این شکل است: عرض: ۶.۴ متر، طول: ۲۹.۲۶ متر، ارتفاع شیروانی: ۳.۶۶ متر و ارتفاع سقف ۵.۱۸ متر و فضای تراس ۳.۶۶ متر است. با دمای داخلی ۶۸ درجه فارنهایت (۲۰ درجه سانتیگراد) و دمای بیرونی ۳۶ درجه فارنهایت (۲.۲ درجه سانتیگراد). با استفاده از هندبوک ASHRAE اتلاف گرما در این سازه محاسبه خواهد شد. بخش ۸.۲ را برای مشاهده راه حل کامل مشاهده کنید.
طرحی برای توزیع دمای یکپارچه
مهمترین خصوصیت این سیستم‌های گرمایشی تابشی لوله‌ای، قابلیت انتشار یکنواخت گرمایش است. طراحان باید از طرحی استفاده کنند که بهترین توزیع را به سالن خواهد داد. بسیاری از متخصصان نصب و طراحی این سیستم‌ها از کارایی سیستم‌های مهرتاب در بدست آوردن یکپارچگی دمایی آگاهند. هر چند که گرمایش گلخانه‌های بزرگ می‌تواند خیلی پیچیده‌تر از استفاده از یک سیستم در آن باشد و باید به جزئیات نیز توجّه زیادی کرد تا گرما در سرتاسر سالن کاملاً پخش شود.
دمای یکپارچه در طول گلخانه
کاربردی‌ترین تکنیک برای استفاده از سیستم‌های مهرتاب، استفاده در حالت موازی در بالاترین حالت ممکن است. بلندی لوله‌های تابشی این سیستم‌ها کاملاً با نوع سازه گلخانه‌ای سازگار است.
از آنجایی که ما می‌دانیم که دقیقاً در ابتدای این لوله‌ها بیشترین تابش و همچنین بیشترین دما را خواهیم داشت، پس باید سعی کنیم که در لوله‌های ابتدایی از رفلکتور زیرین استفاده کنیم. این عمل به ما امکان بهبود وضیعت توزیع دمایی را خواهد داد.
همچنین لوله‌های انتهایی باید از جنس آلومینایز گرمادیده رنگ شده باشد. برای پخش دمای بهتر، همیشه از چندین هیتر متوسط به جای یک هیتر خیلی بزرگ استفاده کنید. این عمل باعث می‌شود تا همه‌ی لوله‌های تابشی به اندازه کافی داغ بمانند.
دمای یکپارچه در عرض گلخانه
تجربیات قبلی نشان داد که گیاهانی که دقیقاً در مرکز و زیر هیتر قرار دارند، بیشتر از بقیه گرم می‌شوند و نیاز به آبیاری بیشتری دارند. برای کاهش این اثر و فرستادن گرما به سمت کناره‌های دیواره یک محافظ‌هایی به نام lower clearance shields یا همان رفلکتور زیرین استفاده می‌شود. با فرستادن یک سری امواج به گوشه‌های سالن توسط این محافظ‌ها، رشد گیاه، دمای گیاه و همچنین آبیاری گیاهان حالت یکنواخت‌تری به خود می‌گیرد. این محافظ‌ها تنها در زیر ۳ متر اول لوله‌ها نصب می‌شوند و در زیر لوله‌های انتهایی مورد استفاده قرار نمی‌گیرند.
در سازه‌های عریض‌تر، ممکن است در نواحی خاصی، اگر ارتفاع هیترها برابر نباشد، تابش‌ها روی یکدیگر قرار بگیرند.
در اقلیم‌های سردتر ممکن است یک ردیف از این هیترها عملکرد قابل قبولی نداشته باشند و نیازها را برطرف نکنند. در این مواقع می‌شود از دو ردیف هیتر استفاده کرد. همچنان این هیترها باید موازی با سقف قرار بگیرند. در این موارد روی هم افتادن گرماها می‌توانند در بهبود توزیع دمایی، اثر داشته باشد. در شکل زیر شماتیک سیستم را مشاهده می‌کنید.
توان هیتر و میزان فاصله آن تا گیاهان:
انتخاب توان هیتر گلخانه نه‌تنها بستگی به نوع سازه و میزان اتلاف گرما دارد بلکه به فاصله از گیاهان و میزان ارتفاع سقف نیز بسیار وابسته است. قبل از نصب، همیشه در نظر بگیرید که گیاه در صورت رشد کامل تا چه ارتفاعی رشد خواهد کرد. همچنین باید ارتفاع نصب این هیترها نیز دقیقاً مشخص شود.
فاصله‌ای که بین گیاهان و هیتر وجود دارد، نباید به هیچ‌وجه کمتر از فاصله‌ای باشد که هیتر از مواد قابل اشتعال دارد. از آنجایی که لوله‌های انتهایی زیاد گرم نیستند، پس می‌توانند بسیار پایین‌تر از لوله‌های اصلی قرار بگیرند و آسیبی به گیاهان نرساند.
در مورد گلدان‌های آویز در گلخانه‌ها نیز می‌شود از طریق پاسخ گیاه به گرما فهمید که چه ارتفاعی مناسب آنهاست. اگر خیلی زود رطوبت خاک کم می‌شود پس احتمالاً نزدیک به هیتر قرار دارد و فاصله را باید کمی بیشتر کرد.
جایگاه لوله‌های انتهایی:
بزرگترین مزیت این لوله‌ها در جایی است که گرمایش مناسب ندارد و اتلاف در آن منطقه بالاست. در این صورت لوله‌ها می‌توانند در سطح پایین‌تری از لوله اصلی قرار گیرند و این اتلاف را جبران نمایند.
معمولاً این لوله‌ها در ارتفاعی پایین‌تر از شیروانی قرار می‌گیرند تا سایه کمتری ایجاد کند. به علاوه، انرژی گرمایی ملایمی را به نقاط موردنظر می‌تاباند. این نقاط معمولاً کناره‌ها و گوشه‌های سالن هستند که دمای کمتری دارند. به این ترتیب دمای کمتر باعث رشد کمتر گیاه نخواهد شد.
توصیه‌‌ی کلی در نصب هیتر تابشی لوله‌ای
هیتر گلخانه در بالاترین ارتفاع و کمی پایین‌تر از شیروانی و پرده نصب شود. این ارتفاع به سیستم اجازه پخش گرما به عرض ۲۴ تا ۲۶ فوت (۷.۳ تا ۷.۹ متر) را خواهد داد. استفاده از بازتاب‌کننده‌ها در زیر شیروانی می‌توانند در جهت کاهش میزان سایه و همچنین جلوگیری از یخ‌زدگی شیروانی مورد استفاده قرار گیرد.
استفاده از مواد متفاوت در طول لوله و همچنین استفاده از محافظ زیرین یا همان رفلکتور می‌تواند گرمای یکپارچه‌ای به ارمغان بیاورد. این محافظ‌ها می‌توانند گرمای بیشتری پخش کنند.
مشکلات متداول در طراحی و نصب سیستم های گرمایش تابشی
سازه
فضا و مکان، حالت قرارگیری هیترها را دیکته می‌کند. هیترها باید هم از سقف و هم از کف، فاصله مناسبی داشته باشند. گاهی اوقات سقف گلخانه تا حدی وسیع است که هیترها را در خود جای دهد اما آنقدر ارتفاع ندارد که بشود از این هیترها به‌خوبی استفاده کرد. در این موارد هیترها مستقیماً به سقف متصل می‌شوند و دیگر خبری از آویزان شدن نخواهد بود.
پرده‌ها
قبل از اقدام برای خرید باید به نوع پرده و جایی که آویزان می‌شود، فکر کرد. حتی اگر پرده‌ای در گلخانه نبود، کارشناسان نصب باید به مشتری در مورد رابطه بین هیتر و پرده هشدار دهند. همه‌ی پرده‌ها در گلخانه باید با یک فاصله خاص از هیتر نصب شوند و در غیر این صورت می‌تواند خطرآفرین باشد.
تهویه سقفی
سیستم‌های گرمایش تابشی لوله‌ای معمولاً از سطح شیروانی بالاتر نصب می‌شوند، پس فقط زمانی که این تهویه‌ها از این ارتفاع بالاتر نصب شده باشند باید مورد توجه نصّابان قرار بگیرند. مهمترین مشکل این تهویه‌ها، دریچه‌هایی هستند که باز یا بسته می‌شوند و حتماً باید در نظر داشت که با کارکرد و مکان نصب هیتر تداخل نداشته باشد.
سیستم آبیاری
روش‌های مختلفی در آبیاری استفاده می‌شود که یکی از آنها آبیاری از بالاست. وقتی از این سیستم آبیاری استفاده می‌شود حتماً باید فاصله دستگاه آبیاری و هیتر مورد توجه قرار گیرد.
نور
به‌طور کلّی ترجیح بر این است که سیستم روشنایی و گرمایی در راستای یکدیگر قرار نگیرند و فاصله مناسبی از هم داشته باشند.
تهویه‌ها
از آنجایی که هیترها به‌صورت موازی با شیروانی و گوشه‌های سقف قرار می‌گیرند، کمترین نگرانی برای جلوگیری از تهویه هوا توسط هیترها وجود خواهد داشت. اما حتماً در مورد جای تهویه و هیتر با صاحبان گلخانه صحبت کنید تا تداخل و مشکلی پیش نیاید.
کنترل‌ها کارکردهای گلخانه
امروزه این کنترل‌ها، همه کارکردهای یک گلخانه را مانند گرمایش، تهویه، روشنایی، آبیاری و میزان سایه و دمنده‌ها، میزان کربن‌دی‌اکسید و غیره را مورد بررسی قرار می‌دهد و همچنین مهم‌تر از آن، می‌شود همه اینها را از طریق کنترل و مدیریت کرد. امروزه شرکت‌ها به دنبال این هستند تا کنترل تمام شرایط یک گلخانه را به دست اپراتور آن بسپارند. البته این شرکت‌ها می‌توانند شرایطی را فراهم کنند که کامپیوترها با استفاده از محاسبات و معادلات پیچیده محیطی، به‌صورت خودکار تمام این شرایط را همزمان در سطح بهینه‌ای نگه‌دارند.
این شرکت‌ها توانسته‌اند با استخدام مهندسین نرم‌افزار، به الگوریتم‌هایی دست پیدا کنند که توانسته‌اند یک عملکرد بی‌نقص را از خود در کنترل تمام متغیّرهای محیط گلخانه به جای بگذارند.
از آنجایی که گلخانه‌داران این کنترل‌ها، محصولاتی را ارائه می‌دهند که تمام اجزا و دستگاه‌های گلخانه را در یک قسمت جمع کرده و کنترل می‌کند، پس در آینده‌ای نزدیک، همه صاحبان گلخانه به یکی از این کنترل‌ها نیاز پیدا خواهند کرد. ساده‌ترین کنترل‌ها نیز توانایی مدیریت هیترهای تابشی لوله‌ای را خواهند داشت. اتصال الکتریکی هیترها به سیستم کنترل مرکزی خیلی ساده است، در صورت عدم وجود سیستم کنترل مرکزی می‌توان از ترموستات برای کنترل این سیستم استفاده کرد.
زمان نصب هیتر در گلخانه‌ها
شرکت مهرتاب یک طرح نصب کلّی برای هیترهای گلخانه در نظر گرفته است. اما صاحبان گلخانه‌ها نیز باید یک درک کلّی از اجزا ساختار و همه ابزار و لوازم این دستگاه داشته باشند.
از آنجایی که صاحبان گلخانه درک بهتری از کارکرد کلّی گلخانه خود دارند و کارشناسان نیز دانش تخصصی نصب و به‌کارگیری این لوازم را دارند، پس کارشناس نصب و صاحب گلخانه می‌توانند در نقش مکمل ظاهر شوند تا طرح به خوبی اجرایی گردد.
زمان مناسب برای نصب این دستگاه‌ها در یک گلخانه در حال ساخت، زمانی است که سقف در حال تکمیل است. همچنین بهتر است نصب این سیستم‌های گرمایشی قبل از لوله‌کشی و سیم‌کشی و غیره انجام گیرد.
برای تخمین زمان نصب این سیستم‌ها کار سختی پیش‌رو داریم چون برای هر مکانی می‌تواند متفاوت باشد. در شرایط ایده‌آل وقتی همه امکانات در دسترس باشند، می‌توان ۳ ساعت را برای نصب کامل هر هیتر در نظر گرفت. البته اگر سیستم‌های موردنظر بزرگ‌تر و پیچیده‌تر باشد، می‌تواند زمان بیشتر را برای نصب نیاز داشته باشند.