معايير اختيار تقنيات تبريد الدفيئة: مراجعة شاملة

تم إدخال تقنيات تبريد الدفيئة.

تم استعراض أحدث التطورات والمواصفات الفنية في اعتبارات تصميم الدفيئة وتقنياتها.

تمت مناقشة ربط أهداف التنمية المستدامة بالبيوت المحمية.

تم تحديد الاتجاهات المستقبلية لتطوير الصوبات الزراعية.

الخلاصة

يتزايد الطلب على المواد الغذائية بما يتماشى مع معدلات النمو السكاني. وفي الوقت نفسه، تكافح العديد من البلدان لضمان إنتاج المحاصيل على مدار السنة بسبب الظروف المناخية الصعبة في المواسم الباردة والدافئة. تُستخدم الصوبات الزراعية للتخفيف من الظروف المناخية القاسية والتحكم في المناخ المحلي، مما يتيح إنتاج المحاصيل على مدار العام من خلال ضمان حصول المحاصيل على المستوى المطلوب من درجة الحرارة والرطوبة والماء والضوء. تلعب عوامل التصميم المختلفة دوراً حاسماً في نجاح وضع الدفيئة. تشمل هذه المعلمات الشكل والتوجيه والهيكل ومواد التكسية وتقنيات التحكم في المناخ. تشمل استراتيجيات التحكم في المناخ تقنيات التبريد والتدفئة. تقدم هذه المقالة مراجعة شاملة لتقنيات تبريد الصوبات الزراعية، خاصة تلك المستخدمة في المناخ الحار. يتم عرض ومناقشة تقنيات مثل التهوية الطبيعية والتظليل والانعكاس والتبريد التبخيري والتبريد بالتبريد المجفف وتقنيات التبريد المدمج. علاوة على ذلك، تستعرض هذه المقالة التطورات الأخيرة في مجال تقنيات وأنظمة التبريد. كما تصف الورقة الاستراتيجيات الحالية لتوفير الطاقة وتحسين كفاءة الصوبات الزراعية. من المتوقع أن توجه نتائج هذه المراجعة الباحثين في عملية اختيار تقنية التبريد الأنسب لمنطقتهم.

مقدمة

الهواء والماء والغذاء هي احتياجات أساسية لبقاء جميع الكائنات الحية [1]. ومع الزيادة غير المسبوقة في عدد سكان العالم، ازداد الطلب على الغذاء عدة أضعاف، الأمر الذي أبرز أهمية الممارسات الزراعية الحديثة المستقلة قدر الإمكان عن البيئة الخارجية [2]، [3]. أدى نقص الإمدادات الغذائية إلى ترك 811 مليون شخص بدون طعام في عام 2017 وحوالي 820 مليون شخص بدون طعام في عام 2018 [4]. علاوةً على ذلك، من المتوقع أن يزداد الوضع سوءًا، خاصةً مع النزاعات المسلحة في جميع أنحاء العالم. إن إنتاج الأغذية وحفظها أمر بالغ الأهمية لضمان إمداد المجتمع بالغذاء [5]. ومع ذلك، تكافح العديد من البلدان لضمان إنتاج المحاصيل على مدار السنة بسبب الظروف المناخية القاسية في المواسم الباردة والدافئة. وفي البلدان ذات الظروف المناخية الحارقة، تتسبب شدة أشعة الشمس الحارقة في ارتفاع درجات الحرارة، مما يؤدي إلى محدودية إنتاج الغذاء [6]. وتركز هذه البلدان على استيراد المواد الغذائية لصعوبة إنتاج المحاصيل إقليمياً. ومع ذلك، وبسبب جائحة كوفيد-19، فُرضت العديد من القيود على الحدود وعمليات الإغلاق للحد من انتشاره، وتم تقييد نقل الأغذية بين البلدان، وتباطأ الحصاد في العديد من المناطق. علاوة على ذلك، فإن جائحة كوفيد-19 تهدد الأمن الغذائي في العالم، مما سيترك 265 مليون شخص دون غذاء بحلول نهاية عام 2020 [7].

تُستخدم الصوبات الزراعية للتخفيف من الظروف المناخية القاسية والسماح بإنتاج المحاصيل على مدار العام من خلال التحكم في المناخ المحلي وضمان حصول المحاصيل على المستوى المطلوب من درجة الحرارة والرطوبة والماء والضوء [5]، [8]. 9]. وفي الوقت نفسه، يوفر الحماية من الغبار والأتربة والحيوانات والأمطار، فضلاً عن ضمان توفير إمدادات حيوانية عالية الجودة [5]. ونتيجة لذلك، ستضمن الصوبات الزراعية توافر الإمدادات الغذائية الإقليمية. [10]من الأدوات المهمة المستخدمة للتأثير على إنتاج النباتات في الصوبات الزراعية التحكم في المناخ . يحافظ التحكم في المناخ على البيئة المثلى لبقاء النباتات ونموها من خلال الحفاظ على درجة الحرارة وكمية الضوء والرطوبة وامتصاص ثاني أكسيد الكربون على النحو المطلوب. لا تعتمد الظروف المناخية الداخلية على الظروف المناخية الخارجية فحسب، بل تعتمد أيضًا على أنواع المحاصيل المزروعة في الصوبة الزراعية. [11]تتطلب معظم الأنواع المزروعة في الصوبات الزراعية درجات حرارة تتراوح بين 17 و27 درجة مئوية. [12] [13]ويشكل هذا الوضع مشكلة بالنسبة للبلدان التي تعيش في المناطق الحارة والقاحلة ذات المناخ الحار والرطب والقاحل، . في أشهر الصيف، يمكن أن تصل درجة الحرارة المحيطة في مثل هذه البلدان إلى 50 درجة مئوية ويمكن أن تتجاوز الرطوبة 90%، مما يجعل من الضروري استخدام طرق التبريد للتحكم في درجات الحرارة والرطوبة في البيوت البلاستيكية. وبالإضافة إلى ذلك، من المهم جدًا تنظيم مستويات الرطوبة والحفاظ عليها ضمن النطاق المرغوب حيث أن مستويات الرطوبة المنخفضة ستعيق نمو النبات. [14]في المقابل، فإن ارتفاع مستويات الرطوبة سيزيد من حدوث الأمراض الفطرية النباتية التي تحد من نمو النبات وتطوره . [15]لذلك، يتراوح نطاق الرطوبة النسبية المرغوب فيه في المناطق الحارة والقاحلة بين 50% و85%.

والهدف من هذه المراجعة هو تقديم مسح شامل للأدبيات الموجودة التي تركز على تقنيات التبريد للبيوت الزجاجية. ينبع الابتكار هنا من حقيقة أن التصور الشائع لوظيفة الدفيئة عند استخدامها في المناخ الحار قد تغير، وبالتالي فإن التبريد ضروري. يشير مفهوم الصوبة الزجاجية عادةً إلى حاوية تحبس الطاقة الحرارية من خلال تعديل الأطوال الموجية للطاقة الشمسية الواردة. ويتم ذلك من خلال الاستفادة من الشمس المتاحة في المناطق ذات درجات الحرارة المنخفضة جدًا التي لا تسمح بنمو المحاصيل خلال مواسم البرد، أو في المناطق التي لا تكون فيها هذه المحاصيل أصلية بسبب انخفاض درجات الحرارة. إن تبريد مثل هذه البيوت الزجاجية للتطبيقات المذكورة أعلاه أمر غير بديهي، خاصة وأن الاحتباس الحراري الناجم عن تراكم ثاني أكسيد الكربون في الطبقات السفلى من الغلاف الجوي يرجع إلى “غازات الدفيئة” التي تنتج وتحتجز. في المناخات الأكثر دفئًا، لا يُستخدم تعريف الدفيئة حاليًا إلا للإشارة إلى بيئة محمية لزراعة المحاصيل، وبالتالي يتم تصميم طرق مختلفة للتحكم في درجة الحرارة داخل هذه المساحة المغلقة. بعض الآليات تكون سلبية وتعتمد على تقليل الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى داخل الغلاف، بينما تتطلب آليات أخرى إنفاق الطاقة للتخلص من حمل التبريد. تتضمن هذه الدراسة مقارنات ومناقشات حول عدد كبير من تقنيات التبريد في البيوت الزجاجية. يتم تصنيف هذه التقنيات وفقًا لمتطلبات الطاقة والتصميم السلبي والخصائص البصرية لمواد الطلاء. ويتعلق ذلك بمناقشات حول تقنيات التهوية الطبيعية وتقنيات التظليل والانعكاس وتقنيات التبريد التبخيري وأنظمة التبريد المجففة. وقد أُجريت في السابق أوراق مراجعة أخرى لتحليل ومناقشة تقنيات تبريد الدفيئة المختلفة، بما في ذلك Ghani et al. [16] [9]، وغولم وآخرون وكومار وآخرون. [17]. ومع ذلك، تركز هذه الدراسة على التطورات الحديثة في التقنيات المستخدمة لتبريد الصوبات الزراعية. ستساعد نتائج هذا التحقيق التحليلي الباحثين على اختيار أنسب تكنولوجيا تبريد الدفيئة المناسبة لمناطق جغرافية محددة. هناك العديد من المكونات التي يجب تحسينها في الدفيئة وهي مدرجة في الشكل 1 كمعلمات التصميم الرئيسية التي يجب أخذها في الاعتبار في مراجعة الأدبيات. هذه المعلمات هي مواد التغطية، وتصميم الضميمة، والتوجيه والهيكل، والتحكم في المناخ وتوزيع الري/المغذيات.

مقتطفات القسم

اعتبارات في تصميم الدفيئة

[18]سيؤدي التحكم في جميع الظروف المناخية المحلية للبيت الزجاجي إلى تحقيق معدل نمو مثالي للمحاصيل، والذي بدوره سيؤدي إلى مزايا ومساوئ اقتصادية واجتماعية وبيئية مختلفة. [19]في المناخات الحارة/القاحلة، تستهلك البيوت البلاستيكية المزيد من الكهرباء حيث تصبح أنظمة التبريد ضرورية للحصول على درجة الحرارة المطلوبة في البيت البلاستيكي. يمكن أن يتسبب استهلاك الكهرباء في الصوبات الزراعية في بعض المشاكل البيئية مثل استنفاد الأوزون والتلوث وتغير المناخ.

ربط أهداف التنمية المستدامة بالبيوت البلاستيكية

نظمت الأمم المتحدة (الأمم المتحدة) مؤتمراً لعرض إطار عمل سياسة الأمم المتحدة للتنمية المستدامة في عام 2015. وينص الإطار على أن تحقيق أهداف التنمية المستدامة الـ 17 والغايات الـ 169 ذات الصلة سيضمن تحقيق التنمية العالمية المستدامة. [42]وقد تم تبسيط إطار سياسات الأمم المتحدة لضمان ألا تؤثر احتياجات الأجيال القادمة على احتياجات الأجيال الحالية . من أجل تحديد هذه الأهداف الـ 17 المستدامة للبيوت البلاستيكية,

تقنيات تبريد الدفيئة

خلال موسم الصيف، تواجه العديد من البلدان العديد من التحديات في زراعة المحاصيل خلال فصل الصيف، حتى باستخدام مرافق الزراعة المحمية مثل الصوبات الزراعية. لذلك تستفيد الصوبات الزراعية من تقنيات التبريد التي تلعب دورًا مهمًا في التحكم في المناخ المحلي للبيت الزجاجي. ومع ذلك، فإن اختيار تقنية التبريد الأكثر ملاءمة لبيئة الدفيئة يمثل تحديًا يواجهه العديد من المزارعين. يتطلب اختيار تقنية التبريد المثلى النظر في المحصول

أنظمة التبريد التبخيري بالمروحة والوسادة

تُصنف أنظمة التبريد التبخيري المباشر على أنها أنظمة مروحة ووسادة وأنظمة التغشية/التعفير. [38]تُستخدم أنظمة التبريد التبخيري هذه لتحسين الظروف البيئية في الدفيئة. تعد أنظمة التبريد التبخيري بالمروحة والوسادة من تقنيات التبريد الراسخة التي تم إدخالها في عام 1954 لتجهيز الصوبات الزراعية في المناطق الحارة بمتطلبات التبريد اللازمة. تستخدم هذه الأنظمة مراوح العادم ووسادات المبخر ومضخات التدوير لتحقيق التبريد.

أنظمة التبريد بالتبخير بالرذاذ

نظام الضباب/التغشية هو النوع الثاني من أنظمة التبريد التبخيري المباشر الذي يحافظ على بيئة مواتية لنمو النباتات على النحو الأمثل. تستخدم أنظمة الرذاذ فوهات صغيرة لرش قطرات الماء الدقيقة في الدفيئة؛ ويتراوح حجم قطرات الماء من 2 إلى 60 ميكرومتر. يضمن الحفاظ على حجم القطرات ضمن هذا النطاق أن تتبخر القطرات بسرعة قبل أن تصل إلى أوراق النبات. يؤدي معدل التبخر العالي لقطرات الماء إلى انخفاض كبير في تلوث الهواء.

تقنيات التبريد المدمجة

وغالبًا ما يكون استخدام تقنية تبريد واحدة غير كافٍ للتحكم في المناخ المحلي للبيت الزجاجي في المناطق ذات الظروف الجوية القاسية. لذلك يلجأ العديد من الباحثين إلى الجمع بين عدة تقنيات تبريد متوافقة لتحقيق النتائج المرجوة. توفر تقنيات التبريد المدمجة الكمية المثلى من التبريد التي يحتاجها البيت الزجاجي. [16]وعلاوة على ذلك، تقلل التقنيات المدمجة من استخدام الطاقة ودرجة حرارة الاحتباس الحراري . ونتيجة لذلك، فإن

التوجهات المستقبلية

يقدم هذا الاستعراض لتقنيات تبريد الدفيئة ملخصًا لعملية اختيار أفضل تقنية تبريد لمناطق جغرافية محددة. ولضمان الحد الأدنى من مدخلات الطاقة، يتم البحث عن تهوية طبيعية، بالإضافة إلى اختيار مناسب للخصائص البصرية. ويشمل ذلك اختيار مادة الغطاء، واختيار اتجاه الدفيئة للاستخدام الصحيح للتظليل الطبيعي والانعكاس، واستخدام تقنيات التبريد التبخيري والمجفف والتبريد المشترك للوصول إلى أدنى مستوى.

النتائج

تقدم هذه الورقة دراسة استقصائية شاملة تركز على تقنيات التبريد الحالية المستخدمة في الصوبات الزراعية. إن تقنيات التبريد هذه مسؤولة عن توفير بيئة صوبة مواتية لإنتاج المحاصيل في ظروف الطقس الحار والجاف. وبعد إجراء مراجعة شاملة لهذه التقنيات، أصبح من الواضح أن المعيار الرئيسي لتقييم أداء هذه التقنيات هو القدرة على تطوير مناخ محلي مناسب لزيادة غلة المحاصيل إلى أقصى حد. من الواضح,

إعلان المصلحة التنافسية

يعلن المؤلفان أنه لا توجد مصالح مالية متنافسة أو علاقات شخصية يبدو أنها تؤثر على العمل المذكور في هذه المقالة.

المراجع (173)

لمزيد من المعلومات

يمكنك الاتصال فوراً

تفاصيل الاتصال

الهاتف

+90-850-308-6442
+90-532-364-8448

الموقع

تشالكايا، مير بلازا، سيريك كاد رقم: 218/ج، 07112 أكسو/أنطاليا

  © جميع الحقوق محفوظة © 2023 جميع الحقوق محفوظة.