بخشی از مقاله
چکیده
گلخانهها به دلیل ماهیت تولید در خارج فصل، دارای مصرف بالای انرژی میباشند. در طی این مدت، تحول چندانی در زمینه کنترل عوامل محیطی در ایران صورت نگرفته و به همین دلیل بازده و عملکرد در واحد سطح گلخانهها در ایران بسیار پایینتر از کشورهای خارجی است. با توجه به اهمیت انرژی و بحث هدفمندی یارانههای انرژی در کشور، بحث پرداختن به روشهای نوین و پیشرفته در مدیریت گلخانههای کشور از اهمیت ویژهای برخوردار خواهد بود.
در همین راستا، این مطالعه به بررسی و شبیهسازی گلخانههای کلاسیک - مرسوم - میپردازد. در این مطالعه ابتدا مدل هندسی مورد نظر در نرم افزار پیش پردازش گمبیت کشیده شد. بعد از مشبندی و اعمال شرایط مرزی مطلوب در فرمت msh به نرم افزار انسیس فلوئنت منتقل گردید. نرمافزار انسیس فلوئنت از توانایی بالایی برای شبیهسازی مسیر جریان سیالات و تبادلات حرارتی حین تهویه برخوردار است. برای شبیهسازی از مدل اغتشاشی k- بهره گرفته شد. سپس برای درک شرایط کلی نتایج در قالب نمودارها و ترسیمههای گرافیکی آورده شد. مشخص گردید که دینامیک سیالات محاسباتی - CFD - از پتانسیل بالایی برای شبیهسازی محیطهای بسته همچون گلخانهها برخوردار است.
مقدمه
گلخانه، ساختمانی با پوشش قابل نفوذ نسبت به نور است که در آن گرما، رطوبت، نور و میزان گاز کربنیک قابل کنترل کردن است. درون آن گیاهان را میتوان در تمامی سال، به ویژه در خارج از فصل ، پرورش داده، برخی از محصولات را پیشرس کرد و یا قادر بود برای تمام یا قسمتی از سال گیاهان را در آب و هوای نامناسب نگهداری کرد
در پی کاهش یا حذف یارانههای انرژی، الگوی مصرف انرژی تغییر خواهد یافت و در نتیجه در صورت عدم افزایش کارایی بخش کشاورزی، تولید محصولات کاهش خواهد یافت. بنابراین استفاده از منابع انرژی بصورت کارامد و مؤثر در کنار اهداف تولیدی، جهت رسیدن به کشاورزی پایدارتر، باید از رویکردهای سیاستگذاران و متولیان بخش کشاورزی باشد. استفاده مؤثر از انرژی در کشاورزی مشکلات زیست محیطی را کاهش داده، از تخریب منابع طبیعی جلوگیری کرده و کشاورزی پایدار را بهعنوان یک سیستم تولیدی اقتصادی توسعه میدهد. در نتیجه تحلیلهای انرژی و اقتصادی از ضرورتهای مهم در بررسی پروژههای کشاورزی هستند
افزایش نرخ جمعیت و رشد اقتصادی جوامع، همراه با تقاضای انرژی در بخشهای مختلف میباشد و به دنبال آن قیمت مواد غذایی و سوختهای زیستی تحت تأثیر قرار خواهد گرفت. از اینرو تلاش برای کاهش تقاضای انرژی و استفاده از منابع جایگزین سوختهای زیستی و استفاده بهینه از این منابع ضروری است
در دهههای گذشته، تلاشهای زیادی برای استفاده از منابع انرژی تجدید ناپذیر بهجای انرژی تجدیدپذیر یا سوختهای فسیلی صورت گرفته است و به بهبود بهرهوری انرژی برای گرمایش گلخانهها منجر شده است. بر اساس تحقیقات صورت گرفته در گرمایش سنتی 15 تا 25 درصد از هزینه تولید محصولات مربوط به تأمین گرمایش گلخانه میباشد. گلخانههای موجود در ایران بیشتر انرژی مورد نیاز را از منابع سوختهای فسیلی تأمین میکنند که با هدفمندی یارانهها و واقعی شدن قیمت سوخت در کشور برای کاهش هزینههای تولید نیاز به روشهای نوین برای سرمایش و گرمایش گلخانهها میباشد تا به عنوان یک سیستم کمکی برای کاهش بار گرمایی گلخانه مورد استفاده قرار گیرند. در این روشها تلاش بر این است که از منابع تجدیدپذیر برای تأمین انرژی استفاده شود
تکنولوژی گلخانهای میتواند راه حلی برای برخی مشکلات جهانی از جمله کمبود انرژی، آب، آلودگی محیط زیست باشد. ایجاد ارزش بالا برای محصولات کشاورزی با استفاده از ورودی آب کم و بازده کود بالا یکی از روشهای مورد استفاده در رفع مشکلات زیست محیطی و منابع است. برای گلخانه، فضای کمتری برای تولید محصول یکسان نسبت به بیرون نیاز است، در نتیجه افزایش بهرهوری را به دنبال خواهد داشت
با مطالعه نقش اقلیم در طراحی گلخانهها، پارامتر دما و کنترل آن در گلخانه، یکی از پارامترهای مهم در طراحی گلخانه عنوان شده است که نقش اساسی در اقتصادی بودن تولید میتواند داشته باشد. محققان در مطالعهی خود ارومیه را بهعنوان یکی از نقاط کوهستانی کشور، مورد مطالعه قرار داده و گزارش نمودند که به منظور تولید بهتر در گلخانهها از یک طرف و اقتصادی بودن تولید از طرف دیگر لزوم توجه به مصرف انرژی به ویژه انرژی سوختهای فسیلی بسیار حائز اهمیت است
در تحقیقی دو روش گرمایشی از نظر دمای هوای داخل گلخانه و مصرف انرژی مقایسه شدند. در یک روش تنها از سیستم گرمایشی آبگرم استفاده کردند و در روش دوم ترکیبی از آبگرم و هوای گرم استفاده شد. آنها بدین نتیجه رسیدند که استفاده از روش آبگرم میتواند دمای داخل گلخانه را 10 درجه گرمتر از محیط بیرون نگه دارد، در حالیکه روش ترکیبی تا 15 درجه دمای داخل گلخانه را گرمتر میکند و مصرف انرژی آن نیز 19 درصد بیشتر است
محققین در بررسی گلخانههای تولید گوجه فرنگی به صورت صنعتی دریافتند که تولید گوجهفرنگی 45,53 گیگاژول بر هکتار مصرف انرژی دارد که 34,82 درصد آن مربوط به انرژی سوخت بوده و بعد انرژی کود و سپس انرژی ماشین بیشترین درصد را بهخود اختصاص دادند
در تحقیقی دیگر شبیهسازی دمای گلخانه با تهویه طبیعی، به کمک تکنیک CFD انجام داده شد و نتیجه گرفتند که روش عددی CFD یک تکنیک کارآمد برای ارزیابی نرخ تهویه محیط گلخانه میباشد
در مطالعهای دیگر تأثیر جهت و شدت وزش باد بر روی مدلهای آشفتگی در گلخانهی تونلی بررسی شدند. در این مدل ضرایب انتقال گرما و رطوبت از خصوصیات لایه مرزی لایه برگ محصول تعیین شده است که این مقدار از حرکت هوا در بین محصول محاسبه گردیده است. آنها از نرم افزار CFD فلوئنت برای حل مدل استفاده کردهاند. هندسه سه بعدی گلخانه شامل گلخانهی تونلی شکل با 5 دریچه در هر طرف و 5 ردیف محصول گوجهفرنگی میباشد. سه مدل آشفتگی استفاده شده که عبارتند از: مدل استاندارد k-، مدل گروه نرمال نشدهی - - RNG و مدل تحقق پذیر k- ، نتیجه شبیهسازی نشان داد که وزش باد در سه جهت صفر، 45 و 90 درجه تأثیر قابل توجهی روی توزیع سرعت، دما و رطوبت در داخل گلخانه دارد
محققین یک سازهی گلخانهای را برای منطقهای در نپال مدلسازی و طراحی کردند. مدلسازی در نرمافزار Trnsys انجام گرفت و برای اعتبارسنجی مدل، مشاهدات تجربی با دادههای نرم افزار مقایسه شد . - Candy et al., 2012 - در تحقیقی دیگر پنج فرم متداول گلخانههای مناطق سردسیری شامل، گلخانه بیضوی، آلونکی متقارن و نامتقارن، نصف بیضوی و تاکستانی را از نظر میزان نرخ جذب تابش خورشیدی مقایسه شدند. این محققین با توجه به جذب حداکثری، بهترین نسبت طول به عرض گلخانه و زاویه آزیموس را برای فرمهای مختلف پیشنهاد نمودند. همچنین نتیجه گرفتند که گلخانه با فرم بیضوی بیشترین نرخ جذب تابشی را در بین فرمهای مورد مطالعه دارد. لازم به ذکر است که شبیهسازی در نرم افزار متلب انجام گرفت
محققین میزان تابش خورشیدی دریافتی سطح گلخانههای بیضوی را مورد مطالعه قرار دادند؛ ایشان با تغییر سه پارامتر نسبت اقطار بیضی از 0/25 تا 4، عرض چغرافیایی در 24-31/2 درجه و تغییر جهت جغرافیایی گلخانه به صورت تحلیلی، میزان جذب انرژی تابشی را محاسبه نمودند. نتایج نشان داد که بیشترین مقدار جذب در واحد سطح گلخانه در نسبت قطر 4 در گلخانه بیضوی حاصل میشود
در مطالعهای که در ترکیه انجام شد، ویژگیهای ساختاری و عملکردی از برخی گلخانهها تعیین شد. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که ساخت گلخانه در جهت شرقBغرب - E-W - بهرهوری انرژی خورشیدی را افزایش میدهد
تحقیقاتی نیز در مورد ساخت و ساز گلخانهها و پارامترهای مختلف طراحی مانند طول ساختمان، ارتفاع، شکل سقف جنوب و زاویه آن، ضخامت دیواره و ترکیب استفاده شده در آن و طول سقف شمالی و زاویه گلخانهها انجام شده است.
