Υλικά κάλυψης Θερμοκηπίων

Transcript

1 ΓΕΩΠΟΝΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΓΕΩΡΓΙΚΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ Μάθημα: ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΑ Καθηγητής: Γ. Ν. Μαυρογιαννόπουλος ΑΣΚΗΣΗ 1η Υλικά κάλυψης Θερμοκηπίων Υλικό Σύμβολο Περατότητα στη μικρού μήκους κύματος ακτινοβολία Περατότητα στη μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία Αντίσταση στο σκίσιμο Τρόπος συμπύκνωσης υγρασίας Εύκαμπτα πλαστικά φύλλα Σελλουλόζη Πολυαιθυλένιο Ethylene vinyl acetate Πολυαιθυλένιο UV-stabilized Πολυαιθυλένιο Θερμόφιλο Πολυβινυλοχλωρίδιο Πολυεστερικό φύλλο Fluorocarbons: Tedlar Teflon Αιθυλένιοτετραφθοροαιθυλένιο PΕ EVA UVPΕ IRPE PVC PS PVF PTFE ETFE Επιφάνειες σκληρού πλαστικού Πολυκαρβονικές επιφάνειες Ενισχυμένες πολυεστερικές επιφάνειες Πολυβινυλοχλωρίδιο Ακρυλικές επιφάνειες PC PS PVC PMMA Ονοματεπώνυμο Φοιτητή:. Ημερομηνία:.. 1

2 ΑΣΚΗΣΗ 2 η ΕΠΙΔΕΙΞΗ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ Συστήματα θέρμανσης Διάκριση με βάση τον φορέα της θερμότητας στο θερμαινόμενο χώρο - Θέρμανση με αέρα - Θέρμανση με ζεστό νερό - Θέρμανση με ατμό - Θέρμανση με ακτινοβολία Διάκριση με βάση την πηγή της θερμικής ενέργειας - Θέρμανση με γαιάνθρακα - Θέρμανση με πετρέλαιο - Θέρμανση με καύσιμο αέριο - Ηλεκτρική θέρμανση - Ειδικές περιπτώσεις (διαθέσιμο ζεστό νερό ή ατμό ή αέρια από βιομηχανική χρήση) - Θέρμανση με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (Συλλέκτες ηλιακής ενέργειας, αντλίες θερμότητας, γεωθερμική ενέργεια, βιομάζα κ.ά. ) Στοιχεία ενός συστήματος θέρμανσης Κάθε σύστημα θέρμανσης πρέπει μέσω των θερμαντικών στοιχείων να καλύψει τις αντίστοιχες θερμικές απώλειες προσάγοντας τα απαραίτητα ποσά θερμότητας. Ένα συμβατικό σύστημα περιλαμβάνει ένα χώρο παραγωγής της θερμικής ενέργειας, ένα δίκτυο διανομής, το σύστημα απόδοσης της θερμότητας στο χώρο του θερμοκηπίου και μια σειρά διατάξεις ρυθμίσεων και ασφάλειας. Στα μικρής έκτασης θερμοκήπια όλα τα στοιχεία του συστήματος θέρμανσης βρίσκονται συνήθως μέσα στο χώρο του θερμοκηπίου. Στα μεγάλης έκτασης θερμοκήπια ο χώρος παραγωγής της θερμικής ενέργειας είναι ανεξάρτητος, ευρισκόμενος περίπου στο κέντρο της μονάδας ή στο συσκευαστήριο και αναφέρεται ως κεντρικό σύστημα θέρμανσης. Κεντρικό σύστημα θέρμανσης: Στα κεντρικά συστήματα θέρμανσης, όταν η πηγή της ενέργειας είναι ένα συμβατικό καύσιμο, χρειάζεται ένα κατάλληλο λεβητοστάσιο που θα περιλαμβάνει δεξαμενή του καυσίμου *, κατάλληλο λέβητα και καυστήρα, σύστημα προσαγωγής εξωτερικού αέρα στο σύστημα καύσης και απαγωγής καυσαερίων, δίκτυο διανομής της ενέργειας, αυτοματισμούς και συστήματα ασφαλείας. Ο λέβητας (ή λέβητες) εκλέγεται με βάση τις θερμικές ανάγκες της εγκατάστασης (προσαυξημένες συνήθως κατά 20 ~ 30%), το είδος του φορέα της θερμότητας και το είδος του καυσίμου υλικού. Ο καυστήρας χρησιμοποιείται για την άντληση, ψεκασμό και ανάφλεξη υγρών και αερίων καυσίμων. Πρέπει να εκλέγεται σε συνδυασμό με τον λέβητα που θα συνεργαστεί. Η καπνοδόχος (φυσικού ή μηχανικού ελκυσμού) αποτελεί φυσική συνέχεια του λέβητα και επηρεάζει σημαντικά το βαθμό απόδοσης της εγκατάστασης. Ο κυκλοφορητής και οι συλλέκτες αναχώρησης και επιστροφής εξασφαλίζουν τη ροή του φορέα της θερμότητας προς τους χώρους θέρμανσης και την επιστροφή του φορέα στον λέβητα. Οι σωληνώσεις προσαγωγής και απαγωγής (στη θέρμανση με νερό ή ατμό) και οι αεραγωγοί (στη θέρμανση με αέρα) μεταφέρουν ποσά θερμότητας στο σύστημα απόδοσης της θερμότητας του θερμοκηπίου ή στις οπές παροχής αέρα. Αεραγωγός που μεταφέρει τον εξωτερικό αέρα στο θάλαμο καύσης του λέβητα Στη περίπτωση που ο φορέας της θερμότητας είναι το νερό ή ο ατμός, το σύστημα απόδοσης της θερμότητας (δίκτυα σωληνώσεων) λειτουργούν ως μεταλλάκτες νερού-αέρα ή ατμού-αέρα, και είναι συνήθως μεταλλικοί σωλήνες μεγάλου μήκους που διατρέχουν το θερμοκήπιο και δημιουργούν μεγάλη επιφάνεια μετάδοσης θερμότητας στον αέρα του θερμοκηπίου και ακτινοβολίας. Σ αυτό το σύστημα περιλαμβάνεται κλειστό ή ανοικτό δοχείο διαστολής, διάταξη συμπλήρωσης του λέβητα με νερό (Αυτόματος πληρώσεως 1/2 ', με μανόμετρο, για λόγους ασφαλείας), Βαλβίδα ασφαλείας και διάφορα άλλα εξαρτήματα όπως: Τρίοδη ή τετράδοδη βάνα αναμίξεως, εξαεριστηκά, Ρυθμιστική βάνα παρακαμπτηρίου, Φίλτρο νερού. Στη περίπτωση του ο φορέας της θερμότητας είναι ο αέρας, ο αερολέβητας αντλεί τον αέρα του θερμοκηπίου τον θερμαίνει και με αεραγωγούς και ανεμιστήρες οδηγείται και κατανέμεται ομοιόμορφα στο χώρο του θερμοκηπίου. Στη περίπτωση του μικτού συστήματος στο οποίο ο λέβητας παράγει ζεστό νερό ή ατμό αλλά η κατανομή της θερμότητας στο χώρο του θερμοκηπίου γίνεται με θερμό αέρα, το ζεστό νερό του λέβητα οδηγείται σε * Στην περίπτωση καυσίμου αερίου από δίκτυο πόλης ΔΕΝ χρειάζεται δεξαμενή καυσίμου 2

3 θερμαντικά στοιχεία στο χώρο του θερμοκηπίου, όπου ζεσταίνει τον αέρα, ο οποίος με ανεμιστήρες και αεραγωγούς ανακυκλώνεται στο θερμοκήπιο. Το σύστημα ασφάλειας περιλαμβάνει σε όλες τις περιπτώσεις Φίλτρο καυσίμου, μανόμετρα, θερμόμετρα και θερμοστάτες σε συνδυασμό με ηλεκτρικούς διακόπτες ή ηλεκτρονικές συσκευές που επιτρέπουν ρυθμίσεις και αυτοματισμούς στην εγκατάσταση. Λέβητες Ο λέβητας είναι χώρος καύσης κατάλληλα διαμορφωμένος για την καύση στερεών, υγρών ή αερίων καυσίμων και την απόδοση στον φορέα της θερμότητας του μεγαλύτερου δυνατού ποσού της παραγόμενης θερμότητας. Διακρίνονται: α) Με βάση το υλικό κατασκευής σε χυτοσιδηρούς και χαλύβδινους β) Με βάση τη διαμόρφωση του χώρου καύσης σε λέβητες για ξύλα, κάρβουνα, γαιάνθρακες, υγρά καύσιμα, αέρια καύσιμα. Υπάρχουν στην αγορά λέβητες που μπορούν να προσαρμοστούν στην καύση διαφόρων καυσίμων. γ) Ανάλογα με το μέγεθος σε μικρούς (~ 5 m 2 θερμαινόμενης επιφάνειας ή ~ kcal/h), μέσου μεγέθους 5~20 m 2 ή ~ kcal/h και μεγάλους (πάνω από 20 m 2 θερμαινόμενης επιφάνειας). δ) Με βάση τον φορέα της θερμότητας διακρίνονται σε λέβητες νερού, ατμού χαμηλής πίεσης, ατμού υψηλής πίεσης και αερολέβητες. Ένας τύπος λέβητα είναι ο οριζόντιος, κυλινδρικός ατμολέβητας «Σκωτικού τύπου», Υψηλής Πίεσης, αεριαυλωτός με φλογοσωλήνα και αεριαυλούς, τριπλής διαδρομής καυσαερίων, εσωτερικά επισκέψιμος, κατασκευάζεται για πιέσεις λειτουργίας από 8 μέχρι 10 atm. Άλλος λέβητας είναι ο «τύπου Ygnis» παραγωγής ζεστού νερού με ενσωματωμένο καυστήρα (Packaged Unit) με υψηλή αντίθλιψη καυσαερίων, Στους λέβητες αυτούς η φλόγα επιστρέφει στον ίδιο το θάλαμο καύσης και μεταδίδει τη θερμότητα με ακτινοβολία, μετά το φλογοθάλαμο τα καυσαέρια περνούν από αεριαυλούς με ειδικούς στροβιλιστήρες. Τα καυσαέρια φεύγουν με χαμηλές θερμοκρασίες και αναφέρεται ότι επιτυγχάνεται βαθμός απόδοσης 92% (στην πράξη 84-85%). Λέβητες καυσίμων αέριων Είναι γνωστό ότι οι λέβητες καυσίμων αερίων παρουσιάζουν σημαντικά πλεονεκτήματα και προβλέπεται ραγδαία εξάπλωσή τους όταν αρχίσει η πλήρης λειτουργία των δικτύων παροχής φυσικού αερίου, του εθνικού δικτύου αεριών καυσίμων. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι λέβητες φυσικού αερίου και υγραερίου για την υψηλή αποδοτικότητα τους, την απλότητα της εγκατάστασής τους και τη χωρίς απόβλητα λειτουργία τους. Η λειτουργία των λεβήτων αερίων είναι αθόρυβη και ιδιαίτερα αποδοτικοί σε συνδυασμό με τους κατάλληλους αυτοματισμούς. Όταν δεν υπάρχει δίκτυο φυσικού αερίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί δεξαμενή υγραερίου. Καυστήρες Για την καύση των υγρών και αερίων καυσίμων στο χώρο του λέβητα, χρησιμοποιείται μεγάλη ποικιλία ειδικών συσκευών που συνδέονται στο λέβητα και διαθέτουν αντλία άντλησης του καυσίμου από τη δεξαμενή, ψεκαστή, αναφλεκτήρα και φωτοκύτταρο. Ο καυστήρας τροφοδοτεί, ψεκάζοντας στο χώρο καύσης του λέβητα το καύσιμο, το αναφλέγει και με το φωτοκύτταρο που διαθέτει διακόπτει την παροχή στην περίπτωση που δεν αναφλεγεί. Δοχείo διαστολής Λόγω της σημαντικής μεταβολής του όγκου του νερού κατά τη θέρμανση και ψύξη του, είναι απαραίτητη η παρεμβολή ενός δοχείου που στο επάνω μέρος του περιέχει άζωτο ώστε να λειτουργεί ως απορροφητής των μεταβολών του όγκου. Ένα ανοιχτό δοχείο διαστολής πρέπει να έχει χωρητικότητα τουλάχιστον: V = 0,0016. Q (σε lit), Όπου Q είναι η θερμική ισχύς του λέβητα. Η καπνοδόχος Για την εξασφάλιση καλής και οικονομικής λειτουργίας του λέβητα, σημαντικός παράγων είναι και η καπνοδόχος. Κακός ελκυσμός δημιουργεί προβλήματα στην καύση, ενώ υπερβολικός ελκυσμός οδηγεί σε ατελή καύση και διαφυγή καυσαερίων με υψηλή θερμοκρασία. Η επιλογή της σωστής διατομής γίνεται από πίνακες, διαγράμματα ή υπολογισμούς του ελκυσμού που συσχετίζουν το συνολικό ύψος της καπνοδόχου με τη θερμική ισχύ του λέβητα. Την ομαλή απαγωγή των καυσαερίων υποβοηθά η εσωτερικά λεία επιφάνεια και η εξωτερικά αδιάβροχος επιφάνεια. 3

4 Πηγή: Φυρογένης Α.Β.Ε. Κεντρικό σύστημα θέρμανσης με θερμό νερό Δίκτυα σωληνώσεων Για την προσαγωγή του ζεστού νερού στο δίκτυο απόδοσης της θερμότητας στο χώρο του θερμοκηπίου (σε θερμοκρασία ~90 o C) και την επιστροφή του στους λέβητες (σε θερμοκρασία ~70 ο C), χρησιμοποιούνται σωληνώσεις από χάλυβα. Στο κλασικό δισωλήνιο σύστημα μια σωλήνωση χρησιμοποιείται για την προσαγωγή του ζεστού νερού και μια άλλη για την επιστροφή. 4

5 Από το διάγραμμα πτώσης πιέσεων για σωλήνα διαμέτρου 52 mm 1.5 και ταχύτητα νερού 1.6 m/s η πτώση πίεσης είναι 40 mm Στήλης Νερού / m. Γνωρίζοντας τα μέτρα των σωλήνων μπορεί να υπολογιστεί η ισχύς των κυκλοφορητών. Εξαεριστικά Τοποθετούνται στα υψηλότερα σημεία των σωληνώσεων κυκλοφορίας του θερμού νερού ώστε ο παγιδευμένος αέρα στο κύκλωμα να εξέρχεται του κυκλώματος, γιατί η ύπαρξη θυλάκων αέρα στο κύκλωμα απαγορεύει την κυκλοφορία του νερού. Γενικές οδηγίες για τη σύνταξη μελέτης Κεντρικής Θέρμανσης με φορέα θερμότητας το νερό Η κεντρική θέρμανση με ζεστό νερό κυριαρχεί ως μέθοδος θέρμανσης στα μεγάλα θερμοκήπια. Το νερό θερμοκρασίας μέχρι 90 o C αποτελεί, συνήθως, το φορέα της θερμότητας, θερμαίνεται στο λέβητα, οδηγείται με σωληνώσεις στο σύστημα διανομής της θερμότητας στο χώρο του θερμοκηπίου. Το σύστημα διανομής της θερμότητας στο χώρο του θερμοκηπίου αποτελείται από σωληνώσεις που διατρέχουν το θερμοκήπιο και αποδίδουν τη θερμότητα λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας που παρουσιάζουν σε σχέση με τη θερμοκρασία του αέρα του θερμοκηπίου. Το νερό των σωληνώσεων διανομής επιστρέφει στο λέβητα με μειωμένη θερμοκρασία (συνήθως 70 o C). Η όλη αυτή, σχετικά απλή διαδικασία, παρουσιάζει σημαντικά τεχνικά και οικονομικά προβλήματα και απαιτεί, α) σωστή επιλογή λύσεων στη φάση της μελέτης της εγκατάστασης, β) επιτυχημένη εκλογή συσκευών, υλικών και εξαρτημάτων και γ) προσεκτική υλοποίηση της μελέτης από τον υδραυλικό εγκατάσταση. Ακόμη, η έτοιμη εγκατάσταση χρειάζεται σωστές ρυθμίσεις λειτουργίας και συντήρηση. Κάθε κεντρική θέρμανση, ακόμη και η μικρότερη και η φαινομενικά απλούστερη, προϋποθέτει σωστή μελέτη. Με τη μελέτη θα υπολογιστούν οι ανάγκες του θερμοκηπίου σε ποσά θερμότητας, θα επιλεγούν η μέθοδος απόδοσης της θερμότητας στο χώρο του θερμοκηπίου, η διάμετρος και η θέση των σωλήνων απόδοσης της θερμότητας και θα γίνει λεπτομερής υπολογισμός των στοιχείων (λέβητας, καυστήρας, κυκλοφορητής, δοχείο διαστολής, δεξαμενή πετρελαίου, δίκτυο σωληνώσεων, ασφαλιστικά και ρυθμιστικά συστήματα, αυτοματισμοί κλπ.), που πρέπει να συνεργαστούν για να έχουμε μια επιτυχημένη εγκατάσταση. Αναλυτικότερα η πορεία της μελέτης θα ακολουθήσει τα παρακάτω στάδια: 5

6 Προδιαγραφές παραδοχές Η μελέτη αρχίζει με την παραλαβή των σχεδίων του θερμοκηπίου και τη διευκρίνιση ή αποδοχή μερικών βασικών προδιαγραφών. Τα σχέδια που θα απαιτηθούν για το μελετητή, περιλαμβάνουν πρόχειρο τοπογραφικό, πλήρη κάτοψη εδάφους και οροφής και κατακόρυφες τομές του θερμοκηπίου. Το τοπογραφικό θα πρέπει να δίνει στοιχεία για τον προσανατολισμό του θερμοκηπίου και τη σχετική θέση του ως προς το γειτονικό περιβάλλον ή εμπόδια που εφάπτονται ή το προστατεύουν από ισχυρούς χειμερινούς ανέμους. Με αφετηρία τη γεωγραφική αλλά και την ειδική θέση, θα εκτιμηθούν οι πιθανές ελάχιστες χειμερινές θερμοκρασίες, η προσβολή από ανέμους κ.ά. Οι κατόψεις (συνήθως σε κλίμακα 1:50), πρέπει να αναφέρουν τις διαστάσεις των χώρων και ακόμα τις διαστάσεις των ανοιγμάτων. Με τα σχέδια κατακόρυφων τομών συμπληρώνονται απαραίτητες πληροφορίες για τις υπόλοιπες διαστάσεις, όπως ύψη πλευρών και ανοιγμάτων, διαστάσεις σκελετικών στοιχείων. Εάν δεν αναφέρονται στα σχέδια, πρέπει ακόμα να διευκρινιστούν: Όλα τα κατασκευαστικά στοιχεία που χρειάζεται ο μελετητής για να υπολογίσει τους πραγματικούς συντελεστές θερμικής περατότητας του θερμοκηπίου (κάλυμμα, συστήματα εξοικονόμησης ενέργειας κλπ). Οι πιθανές καλλιέργειες. Οι ειδικές θερμοκρασιακές απαιτήσεις χώρων (π.χ. θάλαμοι πολλαπλασιασμού κλπ.). Οι βασικές αρχές του συστήματος θέρμανσης, το επιθυμητό καύσιμο (πετρέλαιο, καύσιμα αέρια, στερεό καύσιμο κλπ.), οι απαιτήσεις ποιότητας - κόστους (εκλογή εξοπλισμού, θερμομονώσεις), η θέση και η μορφή του συστήματος απόδοσης της θερμότητας (Αερόθερμα ή κεντρική θέρμανση με ζεστό νερό, κοινοί σωλήνες, πτερυγωτοί κλπ.) Το επιθυμητό επίπεδο αυτοματισμού της εγκατάστασης, η πιθανότητα αυτονομίας κατά διαμέρισμα παραγωγής, η πιθανότητα συνδυασμού θέρμανσης με ηλιακή εγκατάσταση. Στη συνέχεια ο μελετητής πρέπει να καθορίσει τις Απαιτούμενες θερμοκρασίες για την ανάπτυξη της καλλιέργειας στους διάφορους χώρους και ν αποφασίσει για πιθανές προσαυξήσεις που θα γίνουν στα θερμικά φορτία των χώρων λόγω προσανατολισμού των εξωτερικών πλευρών. Τη θέση για το λεβητοστάσιο, τις απαιτούμενες διαστάσεις του χώρου, τη θέση του απαραίτητου ανοίγματος προσαγωγής εξωτερικού αέρα στο θάλαμο καύσης, τη διατομή της καπνοδόχου, τη θέση της δεξαμενής πετρελαίου, τη θέση του φρεατίου παραλαβής πετρελαίου. Το συντελεστή θερμικής περατότητας του θερμοκηπίου και τις πραγματικές θερμικές απώλειες των χώρων. Υπολογισμός θερμικών απωλειών Κατά τη διαδικασία υπολογισμού των θερμικών απωλειών ή απαιτήσεων, υπολογίζεται η ποσότητα θερμότητας που πρέπει να δίνει το ζεστό νερό για να διατηρείται η επιθυμητή θερμοκρασία ομοιόμορφα στο εσωτερικό του χώρου, όταν στον εξωτερικό χώρο (περιβάλλον) επικρατεί η «πιθανή χαμηλότερη χειμωνιάτικη θερμοκρασία». Αν η θέρμανση αφορά πολλές διαφορετικών απαιτήσεων μονάδες, αθροίζονται οι απώλειες θερμότητας και έχουμε το σύνολο των θερμικών απωλειών. Εκλογή του εξοπλισμού Αν και η εκλογή του εξοπλισμού (μηχανήματα, συσκευές, κατασκευές, εξαρτήματα, υλικά) που χρειάζονται για μια κεντρική θέρμανση πρέπει να προδιαγράφονται στη μελέτη, η τελική επιλογή να γίνεται σε συνεργασία με τον υπεύθυνο του θερμοκηπίου (κατασκευαστής, ιδιοκτήτης, επιβλέπων γεωπόνος) και τον εγκαταστάτη υδραυλικό που θα υλοποιήσει τη μελέτη. Ειδικά η συμμετοχή του υδραυλικού θα βοηθήσει να λυθούν προβλήματα, θα συνεισφέρει πρακτική εμπειρία, αλλά και θα βοηθήσει τους δυο πρώτους να διαπιστώσουν κατά πόσον ο ίδιος ο υδραυλικός εγκαταστάτης αντιλαμβάνεται τις προδιαγραφές της μελέτης, έχει τις απαιτούμενες γνώσεις και εμπειρίες και ακόμη έχει την πρόθεση να βοηθήσει να γίνει μια τεχνικά αλλά και οικονομικά σωστή κατασκευή. Στην εκλογή του όλου εξοπλισμού πρέπει να επικρατήσει ρεαλισμός και ορθή κρίση. Πολύ συχνά τα πολύ ακριβά μηχανήματα, εξαρτήματα, υλικά, παρουσιάζουν δυσανάλογο κόστος σε σχέση με τα πλεονεκτήματά τους, αλλά και πολλά φθηνά αντίστοιχα υποβαθμίζουν εξ αρχής την εγκατάσταση και την οδηγούν σε συχνές βλάβες, αντιοικονομική λειτουργία κ.ά. Ακόμη σε πολλές περιπτώσεις, μικρές επιπλέον δαπάνες στη φάση της κατασκευής δημιουργούν προϋποθέσεις για σοβαρές οικονομίες στη φάση της λειτουργίας (π.χ. μονώσεις, αυτοματισμοί) ή διευκολύνουν τις πιθανές επισκευές (π.χ. διακόπτες που απομονώνουν περιοχές του δικτύου των σωληνώσεων). Επιδιώκεται μια καλή σχέση τιμής / ποιότητας. 6

7 ΣΥΝΗΘΗΣ ΕΠΙΘΥΜΗΤΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΤΩΝ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΝΥΧΤΑΣ Καλλιέργεια Πρίμουλα, Καλτσεολάρια 4 Μαρούλι 12 Γαρίφαλο και η Συνεράρια 10 Τομάτα 14 Τριαντάφυλλο 15 Μελιτζάνα και πιπεριά 16 Πεπόνι, Κολοκύθι, Χρυσάνθεμο, 17 Αγγούρι, ποϊνσέτια 18 Σαιντπώλια 21 o C ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΙΑ ΤΗ ΣΥΝΤΑΞΗ ΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ Έκταση θερμοκηπίου m 2 Επιφάνεια καλύμματος m 2 Συντελεστής θερμοπερατότητας του καλύμματος kcal/m 2 o C h Νυχτερινή θερμοκρασία της πιο απαιτητικής Καλλιέργειας Θερμικό φορτίο kcal/h Διάμετρος σωλήνων mm Αντιστάσεις στη ροή Παροχή l/h Θερμοκρασιακή πτώση νερού ο C Ταχύτητα ροής m/s 7

8 ΑΣΚΗΣΗ 3 η ΥΠΟΛΟΓΙΣΜOΣ ΙΣΧYΟΣ ΤΟΥ ΣΥΣΤHΜΑΤΟΣ ΘEΡΜΑΝΣΗΣ ΤΩΝ ΘΕΡΜΟΚΗΠIΩΝ Περιληπτικές πληροφορίες: Οι παράγοντες που επηρεάζουν τη θερμοκρασία και την υγρασία του αέρα του θερμοκηπίου σε διάφορα χρονικά διαστήματα είναι: Ηλιακή ενέργεια στο χώρο του Θερμότητα από τον λέβητα Θερμότητα από μηχανήματα έργου που βρίσκονται σε λειτουργία Ανταλλαγή θερμικών ακτινοβολιών Αγωγιμότητα από το κάλυμμα Διαφυγές του αέρα από ανοίγματα και εξαερισμό Αγωγιμότητα από το έδαφος και υπέδαφος Συμπύκνωση υδρατμών Εξατμισοδιαπνοή Αναπνοή φυτών Φωτοσύνθεση Για την επίτευξη της επιθυμητής θερμοκρασίας στο χώρο του θερμοκηπίου, όταν η θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα βρίσκεται σε χαμηλά επίπεδα, απαιτείται η προσθήκη θερμότητας με κάποιο μέσο (συνήθως μέσω του λέβητα). Η απαιτούμενη θερμότητα είναι τόση όση χάνεται από το θερμοκήπιο στο γύρω χώρο, όταν η θερμοκρασία του βρίσκεται στα επιθυμητά επίπεδα. Οι μεγαλύτερες απώλειες θερμότητας στο θερμοκήπιο συμβαίνουν: 1. Από το κάλυμμά του. Το μέγεθος των απωλειών εξαρτάται: α) Από το μέγεθος της επιφάνειας του καλύμματος. Οι απώλειες θερμότητας είναι ανάλογες της έκτασης του καλύμματος. Επομένως δυο θερμοκήπιο που καλύπτουν ίσες επιφάνειες εδάφους, αλλά το ένα έχει μεγαλύτερη επιφάνεια καλύμματος από το άλλο, έχουν διαφορετικές απώλειες θερμότητας και μάλιστα αυτό που έχει τη μεγαλύτερη επιφάνεια έχει και τις μεγαλύτερες απώλειες. β) Από τις ιδιότητες του υλικού με το οποίο είναι καλυμμένο το θερμοκήπιο και από το πάχος του. Επί πλέον το θερμοκήπιο που καλύπτεται με διπλό φύλλο καλύμματος, όταν τα φύλλα βρίσκονται σε κάποια απόσταση μεταξύ τους (μειώνεται σημαντικά η θερμική περατότητα), παρουσιάζει σημαντικά μικρότερη θερμοπερατότητα και έχει λιγότερες απώλειες θερμότητας (το θερμοκήπιο αυτό όμως, έχει και μειωμένη περατότητα στο φως, κατά τη διάρκεια της ημέρας). γ) Από την ταχύτητα του ανέμου έξω. Όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα του ανέμου έξω, τόσο μεγαλύτερες είναι οι απώλειες του θερμοκηπίου από το κάλυμμα. δ) Από τη διαφορά θερμοκρασίας μέσα-έξω. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά της θερμοκρασίας στο χώρο του θερμοκηπίου από αυτήν του εξωτερικού αέρα, τόσο μεγαλύτερες είναι οι απώλειες. 2. Με την είσοδο και έξοδο του αέρα μέσα από τις ενώσεις, τις συνδέσεις του υλικού κάλυψης, τις πόρτες και τα παράθυρα (διαφυγές αέρα). Οι απώλειες θερμότητας μειώνονται όσο οι διαφυγές του αέρα ελαττώνονται και η διαφορά θερμοκρασίας του αέρα μέσα-έξω μειώνεται. Οι διαφυγές του αέρα σ ένα θερμοκήπιο είναι μεγάλες όταν: α) δεν γίνεται επιμελημένη η εγκατάσταση του καλύμματος στο σκελετό, με αποτέλεσμα να χάσκει στις ενώσεις ή στην περιφέρεια των παραθύρων και της πόρτας. β) η κατασκευή είναι παλαιά και δεν συντηρείται κατάλληλα με επιδιορθώσεις, π.χ. υπάρχουν σπασμένα τζάμια ή σχισμές στο πλαστικό φύλλο. γ) η ταχύτητα του ανέμου έξω είναι μεγάλη, διότι ο άνεμος δημιουργεί θετικές και αρνητικές πιέσεις στις διάφορες πλευρές του θερμοκηπίου, με αποτέλεσμα να επιταχύνεται η είσοδος και έξοδος του αέρα. 3. Με αγωγιμότητα από το έδαφος του θερμοκηπίου. Οι απώλειες αυτές στις συνθήκες της χώρας μας αποτελούν ένα μικρό μόνο ποσοστό των συνολικών απωλειών (2-5%). Οι απώλειες αυτές αυξάνονται όσο η περίμετρος του θερμοκηπίου ανά μονάδα καλυμμένης επιφάνειας αυξάνει. 4. Με την μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία που εκπέμπει το έδαφος, τα φυτά και το ίδιο το θερμοκήπιο. Το γυαλί, οι πολυκαρβονικές επιφάνειες, ο ενισχυμένος πολυεστέρας (fiberglass) και το νερό είναι αδιαπέραστα σώματα στη μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία, ενώ το πολυαιθυλένιο είναι περατό. Η συμπύκνωση των υδρατμών όμως που γίνεται επάνω στο φύλλο του πολυαιθυλενίου τη νύχτα, περιορίζει σημαντικά την περατότητά του ή τη μηδενίζει πρακτικά. Και το ίδιο το κάλυμμα του θερμοκηπίου ακτινοβολεί ενέργεια στο διάστημα και δέχεται την ακτινοβολία του ουρανού. Θερμοκήπια που είναι καλυμμένα με υλικά που είναι περατά στη μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία, π.χ. πολυαιθυλένιο, έχουν μεγαλύτερες απώλειες ενέργειας από τα άλλα, π.χ. υαλόφρακτα. Η τοποθέτηση μιας επιφάνειας αδιαπέραστης στην υπέρυθρη ακτινοβολία μεταξύ των φυτών και του καλύμματος του θερμοκηπίου κατά τη διάρκεια της νύχτας (π.χ. θερμοκουρτίνα), περιορίζει σημαντικά τις απώλειες ενέργειας σε όλα τα θερμοκήπια, γιατί μειώνεται σημαντικά ο ολικός συντελεστής θερμοπερατότητας του θερμοκηπίου (διπλό τοίχωμα), πολύ περισσότερο όμως στα θερμοκήπια με κάλυμμα πολυαιθυλενίου που τα καθιστά επί πλέον αδιαπέραστα στη μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία. 8

9 Υπολογισμός ισχύος Για τον υπολογισμό της ισχύος του συστήματος θέρμανσης που πρέπει να τοποθετηθεί στο θερμοκήπιο, ώστε να είναι δυνατή η ρύθμιση της θερμοκρασίας του θερμοκηπίου στα επιθυμητά επίπεδα, θα πρέπει να προσδιορίσουμε πρώτα τις απώλειες ενέργειας του θερμοκηπίου την δυσμενέστερη στιγμή του έτους. Ένας απλός τρόπος για τον υπολογισμό των απωλειών ενέργειας του θερμοκηπίου στη μονάδα του χρόνου είναι με την επίλυση της παρακάτω ισότητας: Q = U * A * (To-Ti) όπου: Q = Οι απώλειες ενέργειας του θερμοκηπίου. U = ο ολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας (μέσα από το θερμοκήπιο, στο εξωτερικό περιβάλλον), σε W/m 2 o C (Πίνακας 1) A = η επιφάνεια του καλύμματος σε m 2 Ti = η επιθυμητή νυχτερινή θερμοκρασία στο εσωτερικό του θερμοκηπίου σε ο C. Η θερμοκρασία αυτή εξαρτάται από το είδος του φυτού που θα καλλιεργηθεί, για την τομάτα π.χ. είναι 14 o C, ενώ για τα φυλλώδη καλλωπιστικά φυτά γλάστρας είναι 18 o C. To = Η μέση ελάχιστη θερμοκρασία της περιοχής, το ψυχρότερο μήνα του έτους. Για τον υπολογισμό της ονομαστικής ισχύος του συστήματος θέρμανσης που πρέπει να τοποθετηθεί στο θερμοκήπιο, θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη και η αποδοτικότητα [n] του συστήματος θέρμανσης που θα εγκατασταθεί (κυρίως του λέβητα με τον καυστήρα). Έτσι η ονομαστική ισχύς [Θ] που θα πρέπει να έχει ένας λέβητας, ο οποίος παρουσιάζει απόδοση θερμότητας στο χώρο του θερμοκηπίου 80%, είναι: Θ = Q / 0,8 ΠΙΝΑΚΑΣ 1: Τιμές ολικού συντελεστή μεταφοράς θερμότητας σε διάφορα θερμοκήπια Κάλυμμα θερμοκηίου Τιμή U σε W/m2 oc Απλός υαλοπίνακας, νέα κατασκευή 6,3 παλαιά κατασκευή 7,2 Απλό πολυαιθυλένιο με στεγανή τοποθέτηση 6,8 με όχι στεγανή τοποθέτηση 7,8 Διπλό πολυαιθυλένιο 4,2 Fiber glass με πολύ καλή στεγανότητα 6,0 Σκληρό ακρυλικό διπλού τοιχώματος πάχους 15 mm 5,0 Ερωτήσεις Αφού συμπληρώσετε τις γνώσεις σας διαβάζοντας από τα σχετικά βιβλία για την εξοικονόμηση ενέργειας, απαντήστε στις παρακάτω ερωτήσεις: 1. Τα Α και Β θερμοκήπια βρίσκονται στην ίδια περιοχή, καλύπτουν ίση έκταση αγρού και διατηρούν την ίδια θερμοκρασία στο εσωτερικό τους. Το Α όμως έχει μικρότερο ύψος από το Β. Ποιο από τα δυο έχει μεγαλύτερες απώλειες και γιατί; 2. Ποια πλευρά ενός θερμοκηπίου έχει τις μεγαλύτερες απώλειες ενέργειας; Απαντήστε σε σχέση με την έκταση της επιφάνειάς του και την κατεύθυνση του αέρα. 3. Τι είναι η θερμοκουρτίνα και πότε χρησιμοποιείται; 4. α) Ο ανεμοθραύστης μειώνει τις απώλειες ενέργειας και γιατί; β) Με ποιον προσανατολισμό τοποθετείται; 5. Η θερμομόνωση της νότιας πλευράς του θερμοκηπίου με τα συνήθη στην οικοδομική θερμομονωτικά μέσα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μείωση των απωλειών ενέργειας στο θερμοκήπιο; Δικαιολογήστε την απάντησή σας. 9

10 ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1. Θερμοκρασίες - Ελάχιστη επιθυμητή θερμοκρασία στο εσωτερικό του θερμοκηπίου Ti =... - Μέση ελάχιστη θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα τον ψυχρότερο μήνα του έτους To = Διαστάσεις θερμοκηπίου Υψος χαμηλής πλευράς E =... Πλάτος θερμοκηπίου Β =... Μήκος θερμοκηπίου Γ =... Πλάτος κεκλιμένου επιπέδου της οροφής Δ =... Υψος κορυφής Η =... Αριθμός κεκλιμένων επιπέδων της οροφής Ζ = Υπολογισμός της επιφάνειας του καλύμματος του θερμοκηπίου Επιφάνεια πλευρικών τοιχωμάτων 2*(Β+Γ)*E =... Επιφάνεια οροφής Δ*Γ*Ζ =... Επιφάνεια τριγώνων στις μετόπες Β*(Η-E) =... ΣΥΝΟΛΟ A = Υλικό κάλυψης και συντελεστής απωλειών θερμότητας του θερμοκηπίου από τον Πίνακα 1 Υλικό κάλυψης U = Aποδοτικότητα του συστήματος θέρμανσης n =. 6. Απώλειες / μονάδα χρόνου: Q = U * A * (Ti-To).. [W] 7. Ονομαστική ισχύς του συστήματος θέρμανσης: Q/n [W] 10

11 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1 Δ E Η Β Γ 1. Θερμοκρασίες Ελάχιστη επιθυμητή θερμοκρασία στο εσωτερικό του θερμοκηπίου Μέση ελάχιστη θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα τον δυσμενέστερο μήνα του έτους Ti = 18 ο C To = 4οC 2. Διαστάσεις θερμοκηπίου Υψος πλευράς Πλάτος θερμοκηπίου Μήκος θερμοκηπίου E = 3 m Β = 20 m Γ = 50 m Πλάτος κεκλιμένου επιπέδου της οροφής Δ = 2,8 m Ύψος κορυφής Η = 4,26 m Αριθμός κεκλιμένων επιπέδων της οροφής Ζ = 8 3. Υπολογισμός της επιφάνειας του καλύμματος του θερμοκηπίου Επιφάνεια πλευρικών τοιχωμάτων 2*(Β+Γ)*E = m 2 Επιφάνεια οροφής Δ*Γ*Ζ = m 2 Επιφάνεια τριγώνων στις μετόπες Β*(Η-E) = 25.2 m ΣΥΝΟΛΟ A = m 2 4. Υλικό κάλυψης και συντελεστής απωλειών θερμότητας του θερμοκηπίου από τον Πίνακα 1 Υλικό κάλυψης Γυαλί U = 6.8 W/m 2 o C 5. Aποδοτικότητα του συστήματος θέρμανσης n = 80% 6. Απώλειες / μονάδα χρόνου: Q = 6.8 * 1565,2 * (18-4) = W 7. Ονομαστική ισχύς του συστήματος θέρμανσης: / 0.8 = W ή 187 [kw] 11

12 ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ E Η 1. θερμοκρασίες Β Δ Γ Ελάχιστη επιθυμητή θερμοκρασία στο εσωτερικό του θερμοκηπίου Ti =... Μέση ελάχιστη θερμοκρασία του ψυχρότερου μήνα του εξωτερικού αέρα To = Διαστάσεις θερμοκηπίου Υψος πλευράς E =... Πλάτος θερμοκηπίου Β =.... Μήκος θερμοκηπίου Γ =... Ύψος κορυφής Η =... Μήκος τόξου κορυφής Δ =... Αριθμός χώρων Ζ = Υπολογισμός της επιφάνειας του καλύμματος Επιφάνεια πλευρικών τοιχωμάτων 2*(Β+Γ)*E = Επιφάνεια οροφής Δ*Γ*Ζ = Επιφάνεια τομέων στις μετόπες 1,3*Β*(Η-E) = Σύνολο επιφάνειας καλύμματος A = 4. Υλικό κάλυψης και συντελεστής απωλειών θερμότητας από τον Πίνακα 1 Υλικό κάλυψης U = Aποδοτικότητα του συστήματος θέρμανσης n =. 6. Απώλειες / μονάδα χρόνου: Q = U * A * (Ti-To) [W] 7. Ονομαστική ισχύς του συστήματος θέρμανσης: Q/n [W] 12

13 ΠΑΔΕΙΓΜΑ 2 Δ E Η 1. Θερμοκρασίες Β Γ Ελάχιστη επιθυμητή Θερμοκρασία στο εσωτερικό του θερμοκηπίου Ti = 14 ο C Μέση ελάχιστη θερμοκρασία του ψυχρότερου μήνα του εξωτερικού αέρα To = 0 o C 2. Διαστάσεις θερμοκηπίου Υψος πλευράς E = 3,0 m Πλάτος θερμοκηπίου Β = 20,0 m Μήκος θερμοκηπίου Γ = 50,0 m Ύψος κορυφής Η = 4,0 m Μήκος τόξου κορυφής Δ = 5,6 Αριθμός χώρων Ζ = 4,0 3. Υπολογισμός της επιφάνειας του καλύμματος Επιφάνεια πλευρικών τοιχωμάτων 2*(Β+Γ)*E 420 m 2 Επιφάνεια οροφής Δ*Γ*Ζ 1120 m 2 Επιφάνεια τομέων στις μετόπες 1,3*Β*(Η-E) 26 m 2 Σύνολο επιφάνειας καλύμματος A = 1566 m 2 4. Υλικό κάλυψης και συντελεστής απωλειών θερμότητας από τον Πίνακα 1 Υλικό κάλυψης Φύλλο Πολυαιθυλενίου U = 7,3 W/m 2 o C 5. Αποδοτικότητα του συστήματος θέρμανσης n = 80% 6. Απώλειες / ανά μονάδα χρόνου: Q = 7.3 * 1566 * (14-0) = W ή Θ 160kW 7. Ονομαστική ισχύς του συστήματος θέρμανσης: / 0.8 = W ή 200 [kw] 13

14 ΑΣΚΗΣΗ 4 η ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΜΗΚΟΥΣ ΣΩΛΗΝΩΝ ΣΤΟ ΚΛΑΣΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ΜΕ ΣΩΛΗΝΩΣΕΙΣ ΘΕΡΜΟΥ ΝΕΡΟΥ Περιληπτικές πληροφορίες: Στις εγκαταστάσεις αυτές το νερό είτε θερμαίνεται σε έναν λέβητα και προωθείται με κυκλοφορητή στις σωληνώσεις που έχουν εγκατασταθεί στο χώρο του θερμοκηπίου, ή θερμαίνεται σ' ένα μεταλλάκτη ατμού - νερού και προωθείται με κυκλοφορητές στις σωληνώσεις του θερμοκηπίου. Ένας θερμοστάτης τοποθετημένος στο λέβητα ευαισθητοποιείται με τη θερμοκρασία του νερού στο λέβητα και αυτόματα μέσω του καυστήρα αναβοσβήνει τη φωτιά (ή αυξομειώνει την ένταση της), ώστε η θερμοκρασία του νερού να διατηρείται σταθερή και να μην υπερβαίνει ένα καθορισμένο όριο (συνήθως 85 o C ή 95 o C). Όταν το σύστημα ελέγχεται με διαφορικό θερμοστάτη και τρίοδο βαλβίδα, αν η διαφορά θερμοκρασίας μέσα έξω είναι μεγάλη, ο διαφορικός θερμοστάτης δίνει εντολή να ανοίξει αναλογικά μια τρίοδος βαλβίδα ώστε το νερό που επιστρέφει μέσω των σωληνώσεων στο λέβητα, όλο ή μια ποσότητα του να περάσει στο λέβητα ή στο μεταλλάκτη και να θερμανθεί πριν ξανακυκλοφορήσει στις σωληνώσεις θέρμανσης. Όταν η διαφορά θερμοκρασίας μέσα έξω είναι μικρή και δεν απαιτείται μεγάλη ποσότητα θερμότητας στο θερμοκήπιο, τότε η τρίοδος βαλβίδα οδηγεί το νερό της επιστροφής πάλι στο θερμοκήπιο, χωρίς να περάσει από το λέβητα ή το μεταλλάκτη, για εξοικονόμηση ενέργειας. Στη Β. Ευρώπη, συνήθως προτιμούν να χρησιμοποιούν λέβητα ατμού με μεταλλάκτη ζεστού νερού και εφαρμόζουν σύστημα υψηλής πίεσης που επιτρέπει υψηλότερες θερμοκρασίες στο νερό και επομένως μεγαλύτερη θερμική απόδοση, σε σχέση με τα συστήματα χαμηλής πίεσης. Στο σύστημα υψηλής πίεσης το ζεστό νερό έχει θερμοκρασία περίπου 95 o C. Στο σύστημα χαμηλής πίεσης, το ζεστό νερό, έχει συνήθως θερμοκρασία 85 o C, μπορεί όμως να αυξηθεί λίγο σε περιπτώσεις μεγάλων απαιτήσεων σε θερμότητα. Στο κλασικό σύστημα διανομής της θερμότητας στο χώρο του θερμοκηπίου με σιδηροσωλήνες, οι σωλήνες που χρησιμοποιούνται έχουν συνήθως διαμέτρου 5 cm (2") και είναι μαύροι σιδηροσωλήνες. Το μήκος των σωλήνων που χρειάζονται στο χώρο του θερμοκηπίου, προσδιορίζεται από τις απαιτούμενες θερμίδες και την απόδοση των σωλήνων. Σπουδαίο ρόλο για την ομοιόμορφη κατανομή της θερμότητας μέσα στο θερμοκήπιο παίζει η θέση που θα τοποθετηθούν οι σωληνώσεις. Το ελάχιστο μήκος των σωλήνων είναι πάντως μεγαλύτερο από το διπλάσιο του μήκους της περιμέτρου του θερμοκηπίου Watt m Διάμετρος Επιφάνεια ανά Διάταξη Διάταξη m μήκους σε m² οοο ο οο /4" 0, " 0, /4" 0, /2" 0, " 0, /4" 0, /2" 0, /4" 0, " 0,

15 Πίνακας 30. Θερμική απόδοση σιδηροσωλήνων για θέρμανση θερμοκηπίου. Για διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ ζεστού νερού και του χώρου του θερμοκηπίου 60 o C. Η απόδοση ανά m 2 επιφάνειας του σωλήνα είναι: K=837 Watt m -2 για διάταξη σωλήνων οοο και Κ=697 Watt m -2 για διάταξη σωλήνων ο ο ο Θέση των σωλήνων θέρμανσης Οι γραμμές φύτευσης, των φυτών που αποκτούν σημαντικό ύψος, πρέπει να έχουν προσανατολισμό Βορρά-Νότου. Εάν έχουν προσανατολισμό Ανατολής-Δύσης, το κάθε φυτό θα δέχεται ανομοιόμορφη ένταση φωτισμού από τις δυο του πλευρές. Οι σωλήνες θέρμανσης, για να μην εμποδίζουν την κυκλοφορία στο θερμοκήπιο, θα πρέπει να κατευθύνονται παράλληλα προς τις γραμμές των φυτών. Οι κεντρικές σωληνώσεις που φέρνουν το νερό από το λέβητα και οι σωληνώσεις επιστροφής που μαζεύουν το νερό, το οποίο επιστρέφει από το θερμοκήπιο και το οδηγούν στο λέβητα, τοποθετούνται συνήθως στην περιφέρεια του θερμοκηπίου. Η θερμότητα χάνεται πιο γρήγορα στην περιφέρεια απ' ό,τι στο κέντρο του θερμοκηπίου, γι' αυτό, για να υπάρξει ομοιόμορφη θερμοκρασία στο χώρο του, θα πρέπει ένα πολύ μεγάλο μέρος της ενέργειας να αποδίδεται στην περιφέρεια με την εγκατάσταση ικανού μήκους σωληνώσεων. Δεν είναι σκόπιμη όμως η τοποθέτηση όλων των σωλήνων περιμετρικά, γιατί τα ρεύματα του αέρα που δημιουργούνται από τις ψυχρές επιφάνειες της οροφής και το θερμό κέντρο προκαλούν κατά τόπους ψυχρές θέσεις στο εσωτερικό του θερμοκηπίου. Γενικά, όταν η διαφορά μεταξύ της επιθυμητής θερμοκρασίας στο εσωτερικό του θερμοκηπίου τη νύχτα και της μέσης ελάχιστης θερμοκρασίας του εξωτερικού αέρα τον ψυχρότερο μήνα του έτους είναι 14 o C και λιγότερο τότε τοποθετούνται 4 γραμμές σωλήνων περιμετρικά. Όταν αυτή η διαφορά είναι μεγαλύτερη των 14 o C, τοποθετούνται 6 γραμμές σωλήνων περιμετρικά. Ένα σημαντικό επίσης ποσοστό σωλήνων τοποθετείται στο εσωτερικό, χαμηλά μεταξύ των φυτών, ή ένα μέρος χαμηλά μεταξύ των φυτών και ένα άλλο μέρος στην οροφή. Η απόσταση των σωλήνων από τα φυτά, σε όσες περιπτώσεις τοποθετούνται στην οροφή, πρέπει να είναι μεγαλύτερη από cm και από το κάλυμμα της οροφής μεγαλύτερη από 30 cm. Οι σωλήνες που τοποθετούνται στα περιμετρικά τοιχώματα, μπαίνουν σε σειρές ο ένας σωλήνας πάνω από τον άλλο, με μεταξύ τους απόσταση πάνω από 5 cm, ώστε να κυκλοφορεί ελεύθερα ο αέρας ανάμεσά τους. Ο κατώτερος από τους περιμετρικούς σωλήνες θα πρέπει να τοποθετείται χαμηλά, περίπου 0,20 m από το έδαφος, ώστε η συστοιχία των σωλήνων να μην σκιάζει σημαντικά το χώρο. Στις περιπτώσεις που τοποθετούνται πολλοί σωλήνες, ο ένας επάνω από τον άλλο, η απόδοση σε θερμότητα ανά μέτρο του κάθε σωλήνα, μειώνεται. Η μείωση αυτή είναι ασήμαντη στους δυο σωλήνες, αλλά για κάθε επί πλέον σωλήνα γίνεται σημαντική. Γι' αυτό, στους πίνακες για τη θερμική απόδοση των σωλήνων πρέπει να επιλέγουμε την απόδοσή τους λαμβάνοντας υπόψη το τρόπο τοποθέτησής τους. Η σύνδεση των σωλήνων μεταξύ τους στις σειρές, μπορεί να γίνει με δυο τρόπους: α) Με το σύστημα του ορθογωνίου, όπου δυο μεγάλης διαμέτρου κατακόρυφοι αγωγοί στην αρχή και στο τέλος μιας σειράς συνδέονται με τους σωλήνες θέρμανσης κι' έτσι το καυτό νερό έρχεται από το λέβητα στον μεγάλης διατομής αγωγό και κατανέμεται στη σειρά των σωλήνων που διατρέχουν το θερμοκήπιο, στην άλλη άκρη των οποίων καταλήγει στο δεύτερο κατακόρυφο συλλέκτη. Με αυτό τον τρόπο μειώνονται οι αντιστάσεις στην κυκλοφορία του ζεστού νερού, διότι μια συγκεκριμένη ποσότητα νερού διατρέχει μικρότερη απόσταση. Οι σειρές των σωλήνων μπαίνουν με μικρή κλίση από το οριζόντιο επίπεδο (προς τα επάνω) και στα υψηλότερα σημεία τοποθετούνται παγίδες αέρα, ώστε να απομακρύνονται τυχόν φυσαλίδες αέρος που υπάρχουν στις σωληνώσεις. Επίσης για να υπάρχει ομοιόμορφη θερμοκρασία σε όλες τις πλευρές θερμοκηπίου, θα πρέπει οι σειρές των σωληνώσεων που τοποθετούνται περιμετρικά να συνδέονται με την παροχή, έτσι ώστε στις μισές το καυτό νερό να προσάγεται από τη μια πλευρά και στις υπόλοιπες από την άλλη. 15

16 Εικ. Σύστημα ορθογωνίου β) Με το σύστημα τρομπονιού όπου η κυκλοφορία του νερού γίνεται σε συνεχή σωλήνα. Οι σωλήνες οροφής μπαίνουν συνήθως σε διάταξη τρομπονιού. Εικ. Σύστημα τρομπόνι Εκτός από τους κοινούς σιδηροσωλήνες, για θέρμανση θερμοκηπίων κυκλοφορούν στο εμπόριο και οι πτερυγιοφόροι σωλήνες, έτσι ώστε η μεταφορά θερμότητας ανά μονάδα μήκους, στο χώρο, να είναι πολύ μεγαλύτερη, τετραπλάσια ή και παραπάνω από τους συνηθισμένους. Η θέση των σωλήνων θέρμανσης που τοποθετούνται στο εσωτερικό του θερμοκηπίου, εξαρτάται από τον τύπο του θερμοκηπίου και από το είδος της καλλιέργειας: α) Στα θερμοκήπια με μικρό πλάτος κατασκευαστικού στοιχείου, με προσανατολισμό Βορρά- Νότου, όταν χρησιμοποιείται ο κλασικός τρόπος τοποθέτησης, οι σωληνώσεις θέρμανσης στο εσωτερικό τοποθετούνται κατά μήκος των στύλων και στηρίζονται σ' αυτούς, αφήνοντας έτσι το έδαφος ελεύθερο προς μια κατεύθυνση για την καλλιέργεια. Η διάμετρος των μεταλλικών σωληνώσεων που χρησιμοποιούνται είναι συνήθως 5 cm (2"). β) Όπου χρησιμοποιούνται τραπέζια καλλιέργειας για τα γλαστρικά φυτά και τον πολλαπλασιασμό φυτών, οι σωλήνες θέρμανσης τοποθετούνται κάτω από το τραπέζι. γ) Στα γαρίφαλα, τριαντάφυλλα και χρυσάνθεμα που φυτεύονται σε λεκάνες, ο σωλήνας θέρμανσης τοποθετείται περιμετρικά στο χείλος της λεκάνης. Γενικά, όταν καλλιεργούνται φυτά για δρεπτά άνθη, θα πρέπει να τοποθετούνται ψηλά στο θερμοκήπιο μερικοί σωλήνες θέρμανσης, έτσι ώστε το ισοζύγιο θερμικής ακτινοβολίας να είναι θετικό για τα φυτά και ν' αποφεύγεται η συμπύκνωση υδρατμών σ' αυτά και κατ' ακολουθία οι προσβολές από μυκητολογικές ασθένειες. δ) Η τομάτα και η αγγουριά φυτεύονται σε δίδυμες γραμμές. Για τη θέρμανση αυτών των καλλιεργειών στα σύγχρονα συστήματα τοποθετούνται συνήθως περιμετρικά της δίδυμης γραμμής μια σειρά μεταλλικών σωληνώσεων διαμέτρου 2,5 cm ή δυο τρεις σειρές 1,25 cm, που κρέμονται από το σκελετό του θερμοκηπίου και μπορούν να μετακινούνται καθ' ύψος παράλληλα με την ανάπτυξη των φυτών. Με το σύστημα αυτό το έδαφος και τα φυτά επωφελούνται από τη θερμική ακτινοβολία των σωλήνων και ταυτόχρονα ο γύρω από αυτά αέρας θερμαίνεται με συναγωγή. Μ' αυτό τον τρόπο η θερμοκρασία των φυτών ρυθμίζεται στο καλύτερο δυνατό επίπεδο και ταυτόχρονα γίνεται σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας, αφού η θερμοκρασία του αέρα του θερμοκηπίου μπορεί να είναι μερικούς βαθμούς χαμηλότερη από αυτή των φυτών. ε) Όταν το θερμοκήπιο βρίσκεται σε περιοχή όπου συσσωρεύεται αρκετό χιόνι κατά τη διάρκεια του χειμώνα, η τοποθέτηση μερικών σωλήνων ψηλά, έτσι ώστε να λιώνει γρηγορότερα το χιόνι, προστατεύει το θερμοκήπιο από τον κίνδυνο κατάρρευσης. στ) Συχνά οι μεταλλικοί σωλήνες θέρμανσης συνδυάζονται με τη μηχανική μετακίνηση στο θερμοκήπιο και τοποθετούνται λίγο πάνω από την επιφάνεια του εδάφους, όπου χρησιμεύουν και ως σιδηροτροχιές κάποιου βαγονέτου μεταφοράς. Επακόλουθο αυτής της τοποθέτησης είναι η πολύ καλή θέρμανση του εδάφους και του ριζικού συστήματος των φυτών. Οι σωλήνες τοποθετούνται στους διαδρόμους. Η κατανομή της θερμότητας είναι αρκετά καλή. Σε περιπτώσεις περιοχών με χιονοπτώσεις αν δεν προβλεφθούν και σωλήνες στην οροφή, η εγκατάσταση μειονεκτεί διότι αδυνατεί να λιώσει τα χιόνια που μαζεύονται στις υδρορρόες. 16

17 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1 Υπολογισμός μήκους σωλήνων στο κλασικό σύστημα θέρμανσης για καλλιέργεια κηπευτικών Α. Απώλειες ενέργειας: 1. Θερμοκρασίες Επιθυμητή θερμοκρασία στο εσωτερικό του θερμοκηπίου τη νύχτα Ti = 14 Μέση ελάχιστη θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα τον ψυχρότερο μήνα του έτους To = 2 2. Διαστάσεις θερμοκηπίου Αριθμός αψίδων Ι = 4 Ύψος πλευράς Ε = 3 m Ύψος κορυφής Η = 4,1 m Πλάτος κεκλιμένου επιπέδου της οροφής Δ = 2,71 Πλάτος θερμοκηπίου Β = 20 m Μήκος θερμοκηπίου Γ = 50 m Μήκος περιμέτρου 2*(Β+Γ) = m 3. Υλικό κάλυψης και συντελεστής θερμότητας του θερμοκηπίου Υλικό κάλυψης Υαλοπίνακας Συντελεστής θερμότητας από U = 6,5 Wm -2 o C 4. Απώλειες: Q = U * A * (To-Ti)[W] = 6,5* 1526 * 12 = W 5. Διάμετρος σωλήνα 2 6. Απόδοση ανά μέτρο σωλήνα με κατακόρυφη διάταξη 112 Wm -1 με οριζόντια διάταξη 134 Wm -1 Β. Υπολογισμός των μέτρων σωλήνα που μπαίνουν περιμετρικά, στα πλευρικά τοιχώματα του θερμοκηπίου. 17

18 Όταν η διαφορά μεταξύ της επιθυμητής θερμοκρασίας στο εσωτερικό του θερμοκηπίου τη νύχτα και της μέσης ελάχιστης θερμοκρασίας του εξωτερικού αέρα τον ψυχρότερο μήνα του έτους είναι 14 o C και λιγότερο τότε τοποθετούνται 4 γραμμές σωλήνων περιμετρικά. Όταν αυτή η διαφορά είναι μεγαλύτερη των 14 o C, τοποθετούνται 6 γραμμές σωλήνων περιμετρικά Σ αυτή την περίπτωση τοποθετούνται 4 γραμμές σωλήνων επομένως: 4 γραμμές σωλήνων * μήκος περιμέτρου = 4*2*(Β+Γ) = 560 m σωλ. Η απόδοση των περιμετρικών σωλήνων είναι: 560 m σωλ. * 112 Wm -1 = W Υπόλοιπο θερμίδων που πρέπει να τοποθετηθούν στο εσωτερικό του θερμοκηπίου: W W = W Γ. Υπολογισμός των μέτρων σωλήνα που μπαίνουν κατά μήκος στο εσωτερικό του θερμοκηπίου. Κατά προσέγγιση τα υπολειπόμενα μέτρα είναι: W / 134 Wm -1 = m Επειδή οι γραμμές των σωλήνων στο κλασικό σύστημα τοποθετούνται στο εσωτερικό κατά μήκος των γραμμών του θερμοκηπίου και στην περίπτωση αυτή υπάρχουν τρεις σειρές στύλων μήκους 50 μείον δύο μέτρα από κάθε πλευρά μέχρι το τοίχωμα = 46m. Θεωρητικά θα έπρεπε να τοποθετηθούν: m/ (3σειρ.* 46 m) = 3 γρ. στη κάθε σειρά Ο αριθμός των γραμμών ανά σειρά στύλων μπορεί να είναι μόνο ακέραιος και ζυγός αριθμός (το ζεστό νερό πάει και επιστρέφει). Γι αυτό τοποθετούμε 4 γραμμές σωλήνων στις δύο σειρές στύλων που βρίσκονται πλησιέστερα στις πλευρές και 2 γραμμές σωλήνων στη μεσαία σειρά στύλων. Επομένως: 4γρ.*46 m * 2 σειρ. = 368 m και 2γρ.*46 m * 1 σειρ. = 92 m Επομένως στη πράξη τα μέτρα σωλήνων που τοποθετούνται κατά μήκος στο εσωτερικό του θερμοκηπίου είναι: 368 m + 98 m = 460 m Δ. Υπολογισμός των μέτρων σωλήνα που μπαίνουν συνολικά στο θερμοκήπιο. 560 m σωλ στην περιφέρεια m σωλ κατά μήκος στο εσωτερικό = Σύνολο 1020 m σωλ. 18

19 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2 Υπολογισμός μήκους σωλήνων στο κλασικό σύστημα θέρμανσης για καλλιέργεια δρεπτών ανθέων Α. Απώλειες ενέργειας: 1. Θερμοκρασίες Επιθυμητή θερμοκρασία στο εσωτερικό του θερμοκηπίου τη νύχτα Ti = 16 Μέση ελάχιστη θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα τον ψυχρότερο μήνα του έτους To = Διαστάσεις θερμοκηπίου Αριθμός αψίδων Ι = 4 Ύψος πλευράς Ε = 3 m Ύψος κορυφής Η = 4,1 m Πλάτος κεκλιμένου επιπέδου της οροφής Δ = 2,71 Πλάτος θερμοκηπίου Β = 20 m Μήκος θερμοκηπίου Γ = 50 m Μήκος περιμέτρου 2*(Β+Γ) = m 5. Υλικό κάλυψης και συντελεστής θερμότητας του θερμοκηπίου Υλικό κάλυψης Συντελεστής θερμότητας από Υαλοπίνακας U = 6,5 Wm -2 o C 4. Απώλειες: Q = U * A * (To-Ti)[W] = 6,5* * 18 = W 7. Διάμετρος σωλήνα 2 8. Απόδοση ανά μέτρο σωλήνα με κατακόρυφη διάταξη 112 Wm -1 με οριζόντια διάταξη 134 Wm -1 19

20 Β. Υπολογισμός των μέτρων σωλήνα που μπαίνουν περιμετρικά, στα πλευρικά τοιχώματα του θερμοκηπίου: Όταν η διαφορά μεταξύ της επιθυμητής θερμοκρασίας στο εσωτερικό του θερμοκηπίου τη νύχτα και της μέσης ελάχιστης θερμοκρασίας του εξωτερικού αέρα τον ψυχρότερο μήνα του έτους είναι 14 o C και λιγότερο τότε τοποθετούνται 4 γραμμές σωλήνων περιμετρικά. Όταν αυτή η διαφορά είναι μεγαλύτερη των 14 o C, τοποθετούνται 6 γραμμές σωλήνων περιμετρικά Σ αυτή την περίπτωση τοποθετούνται 6 γραμμές σωλήνων επομένως: 6 γραμμές σωλήνων * μήκος περιμέτρου = 6*2*(Β+Γ) = 840 m σωλ. Η απόδοση των περιμετρικών σωλήνων είναι: 840 m σωλ. * 112 Wm -1 = W Υπόλοιπο θερμίδων που πρέπει να τοποθετηθούν στο εσωτερικό του θερμοκηπίου: W W = W Γ. Υπολογισμός των μέτρων σωλήνα που μπαίνουν κατά μήκος στο εσωτερικό του θερμοκηπίου. Θεωρητικά τα υπολειπόμενα μέτρα είναι: W / 134 Wm -1 = 630,3 m σωλ. Οι γραμμές των σωλήνων στο κλασικό σύστημα τοποθετούνται στο εσωτερικό κατά μήκος των στύλων του θερμοκηπίου, και όταν το θερμοκήπιο προορίζεται για παραγωγή δρεπτών ανθέων εκτός από την τοποθέτηση κατά μήκος των στύλων του θερμοκηπίου, συνήθως τοποθετούνται και 2 γραμμές σωλήνων ανά αψίδα ψηλά στο χώρο του θερμοκηπίου. Στην περίπτωση αυτή υπάρχουν 4 αψίδες μήκους 50 m και πλάτους 5 m η κάθε μία και τρεις σειρές στύλων μήκους 50 m η κάθε μία. Το μήκος επομένως της γραμμής στην οροφή είναι =46 + 3m η καμπύλη. Το μήκος των σωλήνων που θα τοποθετηθεί ψηλά στο χώρο του θερμοκηπίου είναι: 4 αψίδες* 2 γρ.* (46 m +3 m) = 392 m Άρα υπολείπονται 630,3 m 392 m = 238,3 m να τοποθετηθούν στις τρεις σειρές στύλων. Στις τρεις σειρές στύλων θεωρητικά θα έπρεπε να τοποθετηθούν: 238,3 m/ (3σειρ.* 46 m) = 1.7 γρ. Ο αριθμός των γραμμών ανά σειρά στύλων μπορεί να είναι μόνο ακέραιος και ζυγός αριθμός (το ζεστό νερό πάει και επιστρέφει). Γι αυτό τοποθετούμε από 2 γραμμές σωλήνων και στις τρεις σειρές στύλων. Επομένως: 2γρ.*46 m * 3 σειρ. = 276 m Στη πράξη τα μέτρα σωλήνων που τοποθετούνται κατά μήκος στο εσωτερικό του θερμοκηπίου είναι: 392 m m = 668 m Δ. Υπολογισμός των μέτρων σωλήνα που μπαίνουν συνολικά στο θερμοκήπιο. 840 m σωλ. στην περιφέρεια m σωλ κατά μήκος στο εσωτερικό = Σύνολο 1508 m σωλ. 20