کاهش هزینه گرمایش گلخانه ها یک چالش بزرگ برای گلخانه داران به ویژه آنهایی است که در مناطق سردسیر واقع شده اند. تکنیک های مختلفی برای کاهش هزینه های گرمایش گلخانه در فصل زمستان اجرا شده است. این مطالعه مروری جامع از تکنیک‌های مختلف صرفه‌جویی در مصرف انرژی را ارائه می‌کند که می‌تواند برای کاهش هزینه‌های گرمایش به کار رود، از جمله طراحی‌های گلخانه‌ای کارآمد از انرژی، استفاده از پوشش‌های کارآمد انرژی، استفاده از پرده‌های حرارتی، مدیریت کارآمد انرژی در میکروکلیم‌های داخلی، انتخاب گلخانه‌های کارآمد انرژی و گلخانه ها سیستم گرمایش کارآمد و پتانسیل برای استفاده از منابع انرژی جایگزین . پتانسیل صرفه جویی در انرژی پارامترهای مختلف طراحی (شکل، جهت) بسیار وابسته به مکان است، و پتانسیل صرفه جویی در انرژی اکثر سیستم های گرمایش غیرفعال (مخازن آب، بستر سنگ) ممکن است برای تولید گلخانه ای تجاری در مناطق سردسیر مناسب نباشد. منابع انرژی جایگزین مانند گرمای زباله صنعتی ، انرژی زمین گرمایی و زیست توده چوب ممکن است گزینه مناسبی برای کاهش هزینه گرمایش گلخانه برای تولید در مقیاس بزرگ باشد. با این حال، در نظر گرفتن تعادل بین نیازهای کشاورزی گیاهان و پتانسیل صرفه جویی در انرژی تکنیک های مختلف صرفه جویی در انرژی و همچنین امکان اقتصادی سیستم های صرفه جویی در انرژی در گلخانه ها مهم است. می‌توان نتیجه گرفت که این مطالعه می‌تواند برای تولیدکنندگان گلخانه‌ای، محققین و تولیدکنندگان در ایجاد تولید پایدار گلخانه‌ای کارآمد از نظر انرژی در مناطق سردسیری مفید باشد.
ورود
کشاورزی تحت کنترل محیطی، مانند تولید محصول در گلخانه ها، به دلیل عملکرد بالای آن در واحد سطح، که 10 تا 20 برابر بیشتر از تولید در فضای باز است، بسیار محبوب شده است (Nederhoff & Houter, 2007). با این حال، هزینه های بالای انرژی در تولید گلخانه ای یک چالش بزرگ است. دومین هزینه عملیاتی بزرگ در تولید گلخانه ای در مناطق سردسیر، پس از نیروی کار، هزینه انرژی است. تقریباً 65 تا 85 درصد از کل انرژی مصرف شده در گلخانه ها برای گرمایش استفاده می شود و قسمت باقی مانده برای برق و حمل و نقل استفاده می شود (Runkle and Both, 2012). در گلخانه‌ها، گرمایش (عمدتا) و تقریباً 70-85٪ از کل هزینه‌های عملیاتی را شامل می‌شود، بدون احتساب هزینه‌های مربوط به نیروی کار (Anifantis et al., 2017, Rorabaugh et al., 2002). با این حال، بسته به انواع گلخانه‌ها، شیوه‌های کنترل محیطی و مهم‌تر از همه مکان گلخانه‌ها، انرژی گرمایشی می‌تواند تا 90 درصد از کل انرژی مورد نیاز برسد (کریستینسون، 2006). بنابراین کاهش هزینه های گرمایش گلخانه می تواند تولید گلخانه ای را اقتصادی تر و پایدارتر کند. برای کاهش هزینه های گرمایش، گلخانه ها باید انرژی کارآمد بوده و بتوانند از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند خورشید، زیست توده و گرمای زمین گرمایی استفاده کنند. مطالعات زیادی برای کاهش هزینه های گرمایش گلخانه ها انجام شده است. بسته به موقعیت گلخانه ها، استراتژی هایی مانند طراحی سازه ای با صرفه جویی در مصرف انرژی، استفاده از پوشش های کم مصرف، بهبود سیستم های گرمایش و تهویه، مدیریت بهینه انرژی در ریزاقلیم های داخلی و استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر را می توان اعمال کرد. ماهیت این تکنیک ها بیشتر افزایش گرمای خورشیدی گلخانه و کاهش اتلاف حرارت از گلخانه است. شکل 1 الگوی اتلاف حرارت معمولی را از طریق رویدادهای مختلف انتقال حرارت از یک گلخانه معمولی واقع در ساسکاتون (52.1 درجه شمالی)، کانادا نشان می‌دهد (Ahamed, Guo, and Tanino, 2018a). همچنین در نظر گرفتن تعادل بین نیازهای کشاورزی گیاهان و پتانسیل صرفه جویی در انرژی تکنیک های مختلف مهم است (سانفورد، 2011). بنابراین، اطلاعات در مورد استراتژی های بهره وری انرژی و اثرات آنها بر گیاهان، و همچنین امکان سنجی اقتصادی فن آوری های موجود صرفه جویی در انرژی گرمایش برای گلخانه های معمولی، برای تولیدکنندگان گلخانه، محققان و تولیدکنندگان مفید خواهد بود. ستی و شارما (2008) فناوری‌های گرمایش غیرفعال مختلف موجود برای گلخانه‌های کشاورزی را در سراسر جهان بررسی و ارزیابی کردند. Cuce، Harjunowibowo و Cuce (2016) استراتژی‌های صرفه‌جویی در انرژی را برای سیستم‌های گلخانه‌ای، بیشتر به سمت راه‌حل‌های مبتنی بر تجدیدپذیر و پایدار مانند ماژول‌های فتوولتائیک (PV)، کلکتورهای حرارتی خورشیدی (T)، کلکتورها و سیستم‌های PV/T هیبریدی، گرمای کارآمد انرژی، مرور کردند. . پمپ ها، فن آوری های نوآورانه تهویه و سیستم های روشنایی کارآمد. با این حال، طبق بهترین دانش ما، هیچ بررسی اخیر تکنیک های صرفه جویی انرژی فعلی را برای کاهش هزینه های گرمایش در گلخانه های معمولی بررسی نکرده است. بنابراین، هدف این مطالعه ارائه یک بررسی جامع از تکنیک‌های بالقوه برای کاهش هزینه گرمایش گلخانه‌های زمستانی به سبک سنتی است.
طراحی کارآمد انرژی گلخانه ها
طراحی پوسته ای با انرژی کارآمد برای کاهش هزینه گرمایش گلخانه های معمولی واقع در مناطق سرد بسیار مهم است. هدف از طراحی کارآمد انرژی افزایش بهره انرژی خورشیدی و حفظ انرژی در گلخانه است. پارامترهای طراحی که به شدت بر نیازهای گرمایشی پوشش گلخانه تأثیر می گذارد شامل شکل، جهت و در نیمکره شمالی، ویژگی های دیوار شمالی است.
استفاده از روکش برای کاهش هزینه گرمایش گلخانه ها
انتخاب مواد پوششی برای گلخانه به عوامل مختلفی مانند هزینه سرمایه و هزینه نگهداری، تأثیر آن بر رشد و عملکرد گیاه، آب و هوای محلی و پشتیبانی فنی بستگی دارد (پاپادوپولوس و هائو، 1997). این عامل اصلی است که به شدت بر مصرف انرژی در گلخانه های پوششی یا شیشه ای تأثیر می گذارد (پاپاداکیس و همکاران، 2000). مواد پوشش دهنده خوب باید شفافیت بالایی در برابر تابش خورشیدی جهانی داشته باشند، به ویژه در محیط فعال فتوسنتزی.
پتانسیل صرفه جویی در انرژی پرده انرژی
پرده های حرارتی یا پرده های شب اغلب برای کاهش افت تابش حرارتی به آسمان در شب های زمستان استفاده می شوند. استفاده از پرده حرارتی می تواند از دست دادن تشعشعات امواج بلند شبانه در گلخانه را تقریباً 70-40 درصد کاهش دهد (اندرسون، 2010، باکر، 2006، چاندرا و آلبرایت، 1981). ستی و شارما (2008) گزارش کردند که استفاده از پرده های حرارتی در گلخانه ها بسته به محل و نوع پرده حرارتی و انرژی گرمایشی می تواند تقریباً 23 تا 60 درصد در انرژی گرمایش صرفه جویی کند.
پتانسیل صرفه جویی در انرژی عایق
پوشش های گلخانه عایق بسیار کمی دارند، زیرا حداکثر عبور نور برای گیاهان مفید است. این بخش به بررسی صرفه جویی در انرژی حاصل از عایق کاری گلخانه های معمولی می پردازد، از جمله عایق بندی شکاف هوا در پوشش دولایه، دیواره جانبی و عایق دیوار زیرزمین.
پتانسیل صرفه جویی در انرژی مدیریت ریزاقلیم داخلی
برای کاهش هزینه گرمایش گلخانه ها، کنترل بهینه ریزاقلیم های داخلی بسیار مهم است. مقادیر قابل توجهی از انرژی گرمایشی را می توان با مدیریت مؤثر ریزاقلیم های گلخانه داخلی، از جمله دمای نقطه تنظیم داخلی و رطوبت نسبی ذخیره کرد.
سهم گرمایش روشنایی اضافی
برای یک گلخانه مدرن واقع در عرض های جغرافیایی شمالی (بالای 40 درجه شمالی در آمریکا و 50 درجه شمالی در اروپا)، روشنایی تکمیلی بسیار مهم است زیرا کوتاه شدن طول روز و کاهش تابش خورشیدی بر رشد گیاهان در گلخانه ها تأثیر می گذارد (نلسون، 1985). . روشنایی تکمیلی مورد استفاده برای گلخانه ها به انتگرال نور روزانه بستگی دارد که بسته به مکان، زمان سال و نوع محصول متفاوت است. انتخاب روشنایی نیز تحت تأثیر هزینه لامپ، هزینه برق و نیاز گرمایشی است.
پتانسیل صرفه جویی در انرژی سیستم های گرمایشی
سیستم گرمایش در گلخانه ها می تواند در حالت فعال یا غیرفعال یا ترکیبی از هر دو باشد. حالت فعال سیستم های گرمایشی به معنای تامین گرما از منابع دیگر برای افزایش دمای داخلی است. در حالت غیرفعال، از انرژی خورشیدی برای گرم کردن گلخانه با ذخیره گرما با استفاده از مواد مختلف ذخیره حرارت استفاده می شود. سیستم های گرمایش غیرفعال برای گلخانه های کوچک واقع در آب و هوای معتدل مناسب هستند و حالت فعال سیستم گرمایش اغلب برای مقاصد تجاری استفاده می شود.
استفاده از انرژی های جایگزین برای کاهش هزینه گرمایش گلخانه ها
افزایش قیمت سوخت‌های فسیلی و اثرات زیست‌محیطی استفاده از سوخت‌های فسیلی، تولیدکنندگان گلخانه‌ای را تشویق می‌کند تا سوخت‌های جایگزین را برای گرمایش گلخانه‌ها در نظر بگیرند. منابع جایگزین ممکن برای گرمایش گلخانه می تواند گرمای زباله صنعتی، گرمای زمین گرمایی و زیست توده چوب باشد.
مراجع (212)
- JA Adaro و همکاران. سهم زمین گرمایی در گرمایش گلخانه، انرژی کاربردی (1999)
- ام اس احمد و همکاران. مدل شبه حالت پایدار برای برآورد نیاز گرمایشی گلخانه‌های معمولی در مناطق سردسیر محاسبات در کشاورزی (2018)
- ح الحسینی و همکاران. استفاده از استخرهای کم عمق خورشیدی به عنوان منبع گرمایش در گلخانه ها در آب و هوای سرد تبدیل و مدیریت انرژی (1998)
- آر اندروز و همکاران. ارزیابی زیست‌محیطی و اقتصادی تبادل حرارتی زباله‌های گلخانه‌ای مجله Cleaner Production (2011)
- AS Anifantis و همکاران. ارزیابی انرژی حرارتی سیستم مستقل فتوولتائیک، هیدروژن و زمین گرمایی در مقیاس کوچک برای گرمایش گلخانه انرژی تجدیدپذیر (2017)
- BJ Bailey کاهش تابش حرارتی در گلخانه‌ها با پرده‌های حرارتی – استفاده از انرژی در گلخانه‌ها / مجله تحقیقات مهندسی کشاورزی (1981)
- جی سی باکوس و همکاران گرمایش گلخانه با استفاده از انرژی زمین گرمایی زمین گرمایی (1999)
- م. بلغوثی و همکاران. بررسی تجربی رفتار حرارتی و رطوبتی خاک های مرطوب و خشک با سیستم گرمایش مویرگی تعبیه شده انرژی خورشیدی (2005)
- T. Bartzanas و همکاران. تاثیر روش گرمایش بر ریزاقلیم گلخانه و مصرف انرژی مهندسی بیوسیستم (2005)
- H. Benli تجزیه و تحلیل عملکرد انرژی سیستم پمپ حرارتی منبع زمینی با ذخیره گرمای نهان برای تبدیل و مدیریت انرژی گرمایش گلخانه (2011)
