بخشی از مقاله
چکیده
کشتهای گلخانهای به دلیل ماهیت تولید خارج از فصل یکی از پرمصرفترین بخشهای مصرف کننده انرژی در بخش کشاورزی هستند که منبع عمده تأمین کننده انرژی آنها، سوختهای فسیلی هستند. با توجه به معایب مصرف سوختهای فسیلی و قوانین بازدارنده مصرف آن در سالهای آینده، بایستی مطالعه در خصوص جایگزینی درصدی از آن با انرژی خورشیدی به صورت تدریجی صورت گیرد. از طرف دیگر یکی از معایب انرژی خورشیدی نبود آن در کل شبانه روز و ساعات ابری است.
لذا استفاده از سیستم- های ذخیره کننده انرژی در طی روزهای آفتابی یکی از راه کارهاست. در این تحقیق نیاز گرمایشی شبانه یک واحد گلخانه خیار محاسبه شده و سیستم ذخیره حرارت برای تأمین گرمای مورد نیاز داخل گلخانه طراحی و ساخته شده است. به منظور ذخیره بیشینه گرمای جمع آوری شده توسط متمرکزکننده در طول روز، از مواد تغییر فازدهنده در داخل مخزن ذخیره حرارت، استفاده شده است. نتایج این تحقیق نشان میدهد با انتخاب حجم مناسب مخزن و عایق بندی آن، میتوان انرژی خورشیدی موجود در طول روز را ذخیره کرده و در شب به جای قسمتی از سوختهای فسیلی مصرف نمود.
مقدمه
محدودیت آب و خاک و ازدیاد جمعیت، توجّه دانشمندان را به این نکته معطوف ساخت تا کمبود غذا را با افزایش محصول در واحد سطح جبران کنند. یکی از این تکنیکها بهره برداری از گلخانهها است. در سه دهه اخیر یک توسعه سریع در کشتهای گلخانهای در کشورهای مدیترانهای صورت گرفته است که اکثر آنها دارای سازههای سادهای هستند که پوشش پلاستیکی دارند. این تکنیک عمری کمتر از سه دهه در ایران دارد. محصولاتی مانند خیار، گوجه فرنگی، فلفل، طالبی، توت فرنگی، کدو، بادمجان، برخی سبزیجات و انواع گلهای زینتی در گلخانههای ایران کشت میگردند. در این گلخانههای پلاستیکی در طی شبهای سرد، تغییرات زیادی در دمای هوای داخل گلخانه متناسب با تغییرات شرایط هوای بیرون اتفاق میافتد.
در این شرایط در طول شب کمینه دما معمولا به کمتر از حد مطلوب و در طول روز نیز بیشینه دما بالاتر از سطح مطلوب میرسد. اگر چه در بیشتر محصولات کشاورزی نشان دادهاست که سازگاری خوبی با تغییرات روزانه دما دارند و دمای شبانه پایین با افزایش دمای زیاد در روز جبران میشود؛ ولی به طور گسترده ثابت شده است که دمای شبانه کمتر از 12درجه سلسیوس اثرات سوء بر عملکرد و کیفیت اغلب محصولات کشاورزی دارند - حسندخت، . - 1384
برای بهبود شرایط کنترلی دما در گلخانه، راهحلهای متعددی پیشنهاد شده است؛ راهحلهایی مانند لایههای دوبل، پوششهای گرمایی، استفاده از فیلمهای پلاستیکی گرمایی، استفاده از مالچهای پلاستیکی در مراحل اولیه رشد، سیستمهای ذخیره انرژی و ... . - anonymous, 2007 - یکی از این مباحث، سیستمهای ذخیره انرژی است که به ویژه در زمان استفاده از منابع انرژی غیریکنواخت و غیردائمی مانند انرژی خورشیدی کاربرد دارد. انرژی خورشیدی با وجود محاسنی مانند پاک بودن و گستردگی در سراسر دنیا، محدودیتهایی نیز دارد. مواردی مانند دائمی نبودن، فشرده نبودن، نیاز به تکنولوژی خاص داشتن، گران بودن و ... از جمله این محدودیتها هستند. از جمله این ایرادات، دائمی نبودن است که این موضوع، استفاده از سیستم ذخیره انرژی را ضروری میکند.
در این تحقیق نیاز گرمایشی شبانه یک واحد گلخانه خیار محاسبه شده و سیستم ذخیره حرارت برای تأمین گرمای مورد نیاز داخل گلخانه طراحی و ساخته شده است. به منظور ذخیره بیشینه گرمای جمع آوری شده توسط متمرکزکننده در طول روز، از مواد تغییر فازدهنده در داخل مخزن ذخیره حرارت، استفاده شده است. استفاده از این مواد در ذخیره سازی انرژی و بهرهگیری از محاسن آن مورد توجه تعداد زیادی از محققان قرار گرفته است - - Sharma et al., .2009 در این سامانهها زمانی که خورشید میتابد مواد تغییر فازدهنده شارژ میشوند و زمانی که خورشید در دسترس نیست این مواد انرژی گرمایی را که دریافت کردهاند به آب پس میدهند که باعث دیرتر سرد شدن آب داخل مخزن ذخیره و در نتیجه کاهش مصرف انرژی میشودنتایج. تحقیقات محقّقان در دنیا نشاندهدمیبین مدّت ماندگاری آبِ گرم شده در طولِ یک شبانه روز برای دو حالتِ استفاده از مواد تغییر فازدهنده و بدون استفاده از آن، اختلاف وجود دارد.
- Chaurasia, 2000 and Sharma et al., . - 2003 نتایج آزمایشی در ژاپن در یک گلخانه با مساحت 7,2 متر مربع نشان داد با استفاده از مواد تغییر فازدهنده دمای گلخانه 8 درجه سلسیوس بالاتر از حالت طبیعی بود . - Takakura and Nishira, 1981 - مطالعات صورت گرفته روی مصرف انرژی در گلخانههای استان تهران نشان میدهد که بیش از %90 هزینههای تولید در گلخانهها به هزینه گرمایش در گلخانه اختصاص دارد - شرافتی، . - 1388
لذا با توجه به پیش بینی توسعه گلخانهها در پایان برنامه پنجم توسعه که سهم استان تهران 7000 هکتار در نظر گرفته شده، ضروری است که به مرور درصدی از سوخت مصرفی را با استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر جایگزین کرد. با وجود این که استفاده از این سامانه هزینههای ثابت را افزایش میدهد ولی با کاهش هزینه سوخت، سرمایهگذاری جاری کاهش مییابد و پیش بینی میشود در مدّت پنج سال بازگشت سرمایه صورت گیرد. این درحالیست که در کشور ما اگر مراحل بعدی هدفمندی یارانهها انجام شود و قیمت سوخت افزایش یابدبازگشت، سرمایه در مدّت کوتاهتری اتفاق میافتد.
مواد و روشها
در این تحقیق نیاز گرمایشی شبانه یک واحد گلخانه خیار در دانشکده کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس محاسبه شده و سیستم ذخیره حرارت برای تأمین گرمای مورد نیاز داخل آن طراحی و ساخته شده است. به منظور ذخیره بیشینه گرمای جمع آوری شده توسط متمرکزکننده در طول روز، از مواد تغییر فازدهنده در داخل مخزن ذخیره حرارت، استفاده شده است. محاسبه نیاز گرمایی گلخانه: در این تحقیق در ابتدا بر اساس استاندارد NGMA نیاز حرارتی داخل یک واحد گلخانه خیار به صورت ساعتی و برای کل دوره رشد با فرمول1 محاسبه شد.
