طراحی سیستم گرمایش گلخانه باید همزمان سه هدف مهم را تأمین کند:
- تولید انرژی حرارتی مورد نیاز گلخانه
- انتقال مؤثر گرما در سالن
- رساندن گرمای یکنواخت به محدوده تاج گیاهان
ظرفیت گرمایشی کافی با پخش یکنواخت همان ظرفیت دو موضوع کاملاً متفاوت هستند. داشتن یک هیتر با ظرفیت حرارتی بالا به تنهایی تضمین نمیکند که انرژی حرارتی تولید شده به تمام بخشهای گلخانه و بهخصوص ناحیه تاج گیاه برسد.
در بسیاری از موارد، کاهش عملکرد حرارتی نه به دلیل کمبود ظرفیت هیتر، بلکه به دلیل ضعف در انتقال و گردش هوا اتفاق میافتد.
عواملی مانند پرتاب هوای ناکافی، وجود موانع در مسیر خروجی هیتر، طراحی نامناسب مسیر جریان هوا یا نبود فن سیرکوله، باعث میشوند گرما در نزدیکی محل نصب دستگاه تجمع پیدا کند و به بخشهای انتهایی سالن نرسد.
انواع اختلاف دما در گلخانهها
برای بررسی عملکرد واقعی طراحی سیستم گرمایش گلخانه، اختلاف دما باید در دو جهت اصلی بررسی شود: اختلاف دمای افقی در طول و عرض گلخانه و اختلاف دمای عمودی بین کف، تاج گیاه و بخش بالایی سازه.
اختلاف دمای افقی در فضای گلخانه
اختلاف دمای افقی معمولاً در بخشهای زیر دیده میشود:
- دو انتهای سالن
- کنار دیوارههای جانبی
- زیر ناودانها
- اطراف درهای ورودی
- روبهروی خروجی هیترها
اختلاف دمای عمودی گلخانه
به اختلاف دما از کف تا سقف گلخانه گفته میشود. مطالعات جدید مبتنی بر شبیهسازی محاسبات دینامیک سیالات (CFD) نشان دادهاند که پخش دما در فضای گلخانه یک پدیده کاملاً سه بعدی است و تنها با بررسی دمای یک نقطه نمیتوان عملکرد واقعی سیستم گرمایش را بررسی کرد.
در سیستمهای گرمایش گلخانه، هوای گرم تمایل دارد به سمت ارتفاع بالاتر حرکت کند و در صورت نبود گردش مناسب هوا، اختلاف دمای قابل توجهی بین محدوده تاج گیاه و سقف گلخانه ایجاد میشود. نتایج این مطالعات نشان میدهد که طراحی سیستم گرمایش گلخانه باید علاوه بر تأمین انرژی مورد نیاز، انتقال این انرژی به ناحیه رشد گیاه را نیز هدف قرار دهد.
:English text
“Spatial analysis shows vertical thermal stratification, with the most uniform
conditions at mid-height and localized effects in the lower and upper regions.”
تحلیل فضایی نشان میدهد که در گلخانه، لایهبندی حرارتی عمودی شکل میگیرد؛
بهطوریکه یکنواختترین شرایط دمایی در ارتفاع میانی ایجاد میشود و در
نواحی پایین و بالایی گلخانه، اثرات موضعی دمایی مشاهده میشود.
Sogbaike, S., Albayati, I., Badiee, A., Bingham, C., & Aliyu, A. (2026).
Transient CFD analysis of greenhouse microclimate under
temperature-regulated heating. Next Energy, 12, 100753.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2949821X26002437
محاسبه ظرفیت گرمایش مورد نیاز گلخانه
ظرفیت اسمی هیتر گلخانه بهتر است با یک ضریب اطمینان حدود 10 درصدی نسبت به بار حرارتی طراحی انتخاب شود تا افت عملکرد ناشی از شرایط واقعی کار، کاهش راندمان و تغییرات محیطی جبران شود.
برای تعیین دقیق و سریع ظرفیت حرارتی گلخانه خود اینجا کلیک کنید.
محل مناسب نصب هیترهای گلخانهای
هیتر گلخانه نباید بهگونهای نصب شود که جریان هوای گرم مستقیماً ترموستات محیطی گلخانه را گرم کند یا به دیوار یا سقف برخورد کند و یا اینکه تنها بخش کوچکی از محیط را گرم کند.
همچنین در مقابل خروجی هوای گرم بخاری گلخانه نیز نباید مانعی وجود داشته باشد زیرا مسیر جریان هوا مختل شده و دمای کوره افزایش پیدا میکند.
ارتفاع نصب و فاصله استاندارد هیتر از اجزای گلخانه
ارتفاع نصب هیتر روی عملکرد حرارتی و ایمنی سیستم تأثیر مستقیم دارد. برای هیترهای نصب شده در ارتفاع، فاصله پایه دستگاه تا کف حداقل 1.8 متر در نظر گرفته میشود تا دسترسی برای سرویس و فاصله مناسب از گیاهان و افراد فراهم شود.
حداکثر ارتفاع توصیه شده نصب پایه هیتر حدود 3.5 متر از کف گلخانه است. نصب در ارتفاع بیشتر میتواند باعث تجمع هوای گرم در قسمت بالایی سازه و افزایش لایه بندی دمایی شود.
فاصلههای آزاد مورد نیاز اطراف هیتر
همچنین باید فاصلههای آزاد اطراف هیتر رعایت شود:
- فاصله از دیواره جانبی: حداقل فاصله 90 سانتی متر
- فاصله از اجزای سقف و سازه: حداقل 15 تا 30 سانتی متر
- فضای آزاد مقابل خروجی هوا: حداقل 90 سانتی متر
تأثیر فاصله هیتر از دیوار بر نصب و سرویس دستگاه
بزرگترین مشکل در هنگام طراحی سیستم گرمایش گلخانه، رعایت نشدن فاصله مناسب هیتر از دیوار است.
فاصله هیتر از دیوار حداقل باید 90 سانتی متر باشد. اما اگر مشعل در پشت هیتر قرار گرفته باشد، این فاصله باید به اندازه ابعاد مشعل بیشتر در نظر گرفته شود تا هنگام سرویس و نگهداری مشکلی ایجاد نشود.
در غیر این صورت، برای خارج کردن، نصب مجدد و سرویس مشعل، کار بسیار دشوار میشود؛ زیرا ممکن است مجبور شوید کل دستگاه را جابهجا کرده و کانال و زانویی را باز کنید.
تنظیم جهت پرتاب هوا و زاویه خروجی هوای گرم
خروجی هیتر معمولاً باید در امتداد طول گلخانه و نزدیک به مسیر گردش اصلی هوا تنظیم شود. هدایت جریان به صورت عرضی در پهنای سالن ممکن است به جلوگیری از نفوذ سرما کمک کند، اما میتواند یکنواختی دمای گلخانه را کاهش دهد.
زاویه خروجی هوا باید بهگونهای تنظیم شود که جریان افقی یا کمی رو به بالا حرکت کند تا پیش از رسیدن به گیاه، اختلاط مناسب با هوای محیط انجام شود.
جلوگیری از برخورد مستقیم جریان هوا با گیاه
حرکت شدید برگها میتواند نشانه نامناسب بودن شدت یا جهت جریان باشد. بهتر است جریان هوا در دهانه و راهروها باشد و باد مستقیم نباید به گیاه برخورد کند زیرا باعث گلریزی می شود.
بوتههایی که در نزدیکی خروجی هوای گرم قرار دارند، ممکن است دچار سوختگی و خشکی شوند.
جلوگیری از انسداد مسیر خروجی هوای گرم
نباید در مقابل خروجی هوای گرم مانعی ایجاد شود، زیرا این کار باعث افزایش دمای کوره و در نتیجه افزایش احتمال آسیب رسیدن به دیگ میشود.
برای پخش یکنواختتر هوای گرم، بهتر است از کانالهای پلاستیکی سوراخدار استفاده شود که از قسمت بالای گلخانه نصب شده و با ایجاد سوراخهایی در فواصل مناسب، جریان هوای گرم را به صورت یکنواخت در سطح گلخانه پخش کنند.
جانمایی هیتر در گلخانههای بزرگ و طولانی
در گلخانههای با طول زیاد، یکی از مشکلات اصلی کاهش انرژی جریان هوا در طول مسیر است. در برخی گلخانهها، یک راهروی سیمانی در وسط گلخانه قرار میدهند و هیترها را با فاصله در این راهرو نصب میکنند تا بتوانند دو طرف گلخانه را گرم کنند.
هرچه مسیر حرکت هوا طولانیتر شود:
- سرعت جریان کاهش پیدا میکند.
- اختلاف دما افزایش مییابد.
- احتمال ایجاد نقطه سرد در مرکز یا انتهای سالن بیشتر میشود.
در گلخانههای بزرگ چند دهانه، حتماً باید در دهانه ابتدایی و انتهایی گلخانه یک هیتر نصب شود. این کار باعث کاهش نفوذ هوای سرد میشود. سایر هیترها نیز باید در فضای باقی مانده، با فاصله مناسب جانمایی شوند.
اهمیت اندازه استاندارد دودکش هیتر در گرمایش گلخانه
انتهای دودکش باید حداقل 1.2 متر بالاتر از پوشش گلخانه قرار گیرد. این کار احتمال برگشت محصولات احتراق مانند مونوکسید کربن (CO)، اتیلن و سایر گازهای حاصل از احتراق را در اثر جریانهای نزولی هوا کاهش میدهد.
مسیر دودکش نباید بیش از حد طولانی و افقی شود. این کار باعث میشود مشعل عملکرد مناسبی نداشته باشد و تحت فشار قرار بگیرد. در نتیجه، شعله کوچکتر میشود و هیتر کمتر از ظرفیت واقعی خود گرما تولید میکند و عملاً بخش زیاد از سوخت هیتر نیز هدر میرود.
فشار گاز بالا یا پایین نیز میتواند باعث کوچک شدن شعله و کاهش گرمای تولیدی هیتر شود. در چنین شرایطی، ممکن است نیاز به استفاده از بالانسر باشد.
نمونه طراحی و اجرای سیستم گرمایش در گلخانه خیار سبز در کاشان
در این بخش، نمونهای عملی از طراحی و اجرای سیستم گرمایش در یک گلخانه کشت خیار سبز در کاشان را بررسی کردهایم.
مشخصات گلخانه و سیستم انتخابی
- نوع کشت: خیار سبز گلخانهای
- مساحت: حدود 3000 متر مربع
- سیستم گرمایش انتخابی: 3 دستگاه هیتر صنعتی 250000 کیلوکالری بر ساعت مدل ECO250 به همراه فنهای سیرکوله برند کولاک گستر یزد.
اصول جانمایی هیترها و کانالکشی پخش هوا
در این طرح هیترها به صورت موازی در امتداد دیواره جانبی (طولانی) گلخانه نصب شدند. این جانمایی به چند دلیل فنی انجام شد:
- نصب در مجاورت دیواره: این کار امکان خروج مستقیم، کوتاه و ایمن دودکشها به بیرون از سالن را فراهم کرد.
- قرارگیری در ابتدای سالن (در عرض): چیدمان هیترها در یک خط در ابتدای سالن باعث شد پرتاب هوای گرم به موازات طول گلخانه انجام شود. همچنین، دسترسی تکنسینها برای تعمیر، سرویس و سوختگیری بسیار آسانتر بوده و نیازی به تردد در میان بستر کشت نیست.
جزئیات کانالکشی خروجی هوای گرم
هر هیتر دارای سه خروجی هوای گرم است که با کانالهای گالوانیزه با قطر 35 سانتی متر مجهز شدند. برای جلوگیری از برخورد مستقیم هوای گرم به اولین ردیف بوتهها و همچنین کمک به پخش یکنواخت، کانالها در ارتفاع حدود 1.5 متری و با زاویهای حدود 30 تا 45 درجه نسبت به افق به سمت داخل سالن تنظیم شدند.
برای تکمیل پخش یکنواخت، از فنهای سیرکوله استفاده شد. فنهای سیرکوله در ارتفاع 4 متری از سطح زمین و در وسط هر دهانه در طول گلخانه نصب شدند تا هوای گرم را از نزدیکی هیترها به سمت مرکز و انتهای دهانهها هدایت کنند.
برای مشاهده نمونههای مختلف طراحی و اجرای سیستمهای گرمایش گلخانه، به صفحه پروژههای اجرایی مراجعه کنید:
پروژههای اجرایی در گلخانه
پروژههای اجرایی برای گلخانهها
مشاهده
نقش فن سیرکوله در گرمایش یکنواخت گلخانه
تحقیقات انجام شده نشان میدهد که فنهای سیرکوله تنها برای افزایش گردش هوا استفاده نمیشوند، بلکه نقش مهمی در کنترل ساختار حرارتی داخل گلخانه دارند.
گردش مناسب هوا در گلخانه باعث کاهش مناطق مرده، کاهش تجمع هوای گرم در قسمت بالایی سازه و افزایش یکنواختی شرایط محیطی در محدوده رشد گیاه میشود.
:English text
“The CFD model was validated against measured indoor temperature data…
During daytime, placing circulation fans at an appropriate height minimized
air age and suppressed thermal stratification.”فاصله استاندارد بین فنهای سیرکوله برای گرمایش یکنواخت گلخانه
معمولاً برای هر دهانه یک فن سیرکوله باید در نظر گرفته میشود. اگر هیترها در یک طرف گلخانه نصب شده باشند، جریان هوای سیرکوله یک طرفه خواهد بود؛ اما اگر هیترها در دو طرف گلخانه نصب شده باشند، جریان هوا بهصورت رفتوبرگشتی باید ایجاد شود.
- فاصله بین فنهای سیرکوله: معمولاً 9 تا 15 متر
- فاصله فن سیرکوله از دیواره جانبی: یک چهارم عرض گلخانه
- فاصله اولین فن با دیواره انتهایی گلخانه: 3 تا 4.5 متر
آخرین فن قرار گرفته در یک ردیف نیز نباید بیش از حد به دیواره مقابل نزدیک باشد. افزایش فاصله فنهای سیرکوله به بیش از18 متر میتواند باعث کاهش انرژی حرکتی جریان هوا و افزایش احتمال ایجاد ناحیه مرده، برگشت زود هنگام جریان و یا ایجاد جریان هوای کوتاه شود.
البته این فواصل یک عدد ثابت برای همه گلخانهها نیست و باید با توجه به عرض گلخانه؛ ارتفاع سازه، نوع محصول، وجود موانع و ظرفیت هوادهی فن سیرکوله تعیین شود.
بهترین محل نصب ترموستات گلخانه برای پایش دقیق دما
ترموستات را باید جایی نصب کرد که باد مستقیم هیتر نباید به ترموستات برخورد کند. همچنین ترموستات نباید در مسیر جریان هوای سیرکوله یا اگزاست فن گلخانه قرار داشته باشد.
بهتر است ترموستات محیطی از سقف آویزان شود و در ارتفاعی تا نیمه ارتفاع گیاهان قرار بگیرد.
شرایط نصب سنسورهای کنترل گرمایش از جمله ترموستات محیطی گلخانه
- در ارتفاع تاج گیاه بالغ
- نزدیک مرکز ناحیه کشت
- دور از خروجی مستقیم هیتر
- دور از دیواره سرد
- دور از تابش مستقیم خورشید
ارتفاع تاج گیاه در طول فصل رشد تغییر میکند. بنابراین بهتر است ترموستات یا سنسورها با کابل قابل تنظیم و یا پایه متحرک نصب شوند تا ارتفاع آنها همراه با رشد گیاه تنظیم شود.
چگونه عملکرد واقعی طراحی سیستم گرمایش گلخانه را آزمایش کنیم؟
گرمایش یکنواخت باید بر اساس اندازهگیری و پایش دمای نقاط مختلف گلخانه انجام شود؛ نه صرفاً بر مبنای عدد نمایش داده شده روی ترموستات یا احساس اپراتور گلخانه از دمای محیط.
برای بررسی دقیق عملکرد طراحی، سیستم گرمایش گلخانه باید حداقل 6 ساعت کار کند. گلخانه دار باید در 6 یا 7 نقطه از گلخانه دماسنج جیوهای قرار دهد و دما در این نقاط حداقل به مدت 6 ساعت پایش شود.
زمانی که تمام نقاط به دمای مطلوب رسیدند، یکی از نقاط مناسب باید برای نصب ترموستات محیطی انتخاب شود و دمای ترموستات نیز بر اساس دمای همان نقطه تنظیم شود.
برای بررسی حرفهای تر میتوان از نقشه برداری دمایی، اندازهگیری اختلاف دما عمودی و افقی، و تحلیل الگوی جریان هوا استفاده کرد.
جمع بندی طراحی سیستم گرمایش گلخانه
طراحی سیستم گرمایش گلخانه تنها با انتخاب یک هیتر قدرتمند ایجاد نمیشود. ایجاد گرمایش یکنواخت و موثر در گلخانه نیازمند هماهنگی میان ظرفیت حرارتی، جانمایی صحیح تجهیزات، مسیر گردش هوا، فنهای سیرکوله، سنسورها و سیستم کنترل است.
در طراحی حرفهای سیستم گرمایش گلخانه باید موارد زیر همزمان بررسی شوند:
- ظرفیت حرارتی واقعی دستگاه
- راندمان حرارتی واقعی
- میزان نیاز به سرویس و نگهداری
- میزان پرتاب هوا و توانایی انتقال گرما به ناحیه کشت
مهمترین توصیه در طراحی سیستم گرمایش گلخانه این است که فاصله مناسب هیتر از دیوار و امکان سرویس و نگهداری را از ابتدای طراحی در نظر بگیرید