ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΣΕ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΑ

Transcript

1 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΑ ΓΕΩΡΓΙΟΣ NΤΙΝΑΣ, ΓΕΩΠΟΝΟΣ, MSc, PhD ΔΙΔΑΚΤΟΡ ΓΕΩΡΓΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΓΕΩΠΟΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ, Α.Π.Θ. ΠΝΕΥΜΑΤΙΚΟ ΚΕΝΤΡΟ ΕΥΡΩΤΑ, 9 ΜΑΙΟΥ 2014

2 Εισαγωγικά η αγροτική παραγωγή είναι ένας σημαντικός τομέας που σε καιρούς κρίσης και ύφεσης μπορεί να ενδυναμώσει την οικονομία μίας χώρας η παραγωγή προϊόντων σε θερμοκήπια έχει καθιερωθεί ως βιομηχανική παραγωγή γιατί εξαρτάται από ρυθμιζόμενους παράγοντες, σε αντίθεση με εκείνη στον ανοιχτό αγρό τα σύγχρονα θερμοκήπια περιλαμβάνουν νέα υλικά κάλυψης, εξελιγμένα συστήματα ελέγχου του εσωτερικού περιβάλλοντος, υποστρώματα για την εγκατάσταση υδροπονικών καλλιεργειών, ρύθμιση και συνολική διαχείριση της παραγωγικής διαδικασίας με ηλεκτρονικούς υπολογιστές 2

3 Βασικοί τύποι θερμοκηπίων σε σχέση με το σχήμα της βασικής κατασκευαστικής μονάδας Αμφίρρικτο η απλή κατασκευαστική μονάδα καθορίζεται από δύο συνεχόμενα πλαίσια Ύψος χαμηλής πλευράς Ύψος Πλάτος Μήκος Αμφίρρικτο απλό επανάληψη της κατασκευαστικής μονάδας κατά μήκος Αμφίρρικτο πολλαπλό επανάληψη της κατασκευαστικής μονάδας κατά μήκος και πλάτος 3

4 Βασικοί τύποι θερμοκηπίων σε σχέση με το σχήμα της βασικής κατασκευαστικής μονάδας Τοξωτό Μήκος η απλή κατασκευαστική μονάδα καθορίζεται από δύο συνεχόμενα τόξα Πλάτος Τοξωτό απλό επανάληψη της κατασκευαστικής μονάδας κατά μήκος Τοξωτό πολλαπλό επανάληψη της κατασκευαστικής μονάδας κατά μήκος και πλάτος 4

5 Βασικοί τύποι θερμοκηπίων σε σχέση με το σχήμα της βασικής κατασκευαστικής μονάδας Τροποποιημένο τοξωτό η απλή κατασκευαστική μονάδα αποτελείται από ορθοστάτες και τοξωτή στέγη Μήκος Πλάτος Τροποποιημένο τοξωτό απλό επανάληψη της κατασκευαστικής μονάδας κατά μήκος Τροποποιημένο τοξωτό πολλαπλό επανάληψη της κατασκευαστικής μονάδας κατά μήκος και πλάτος 5

6 Νέοι τύποι θερμοκηπίων σε σχέση με το σχήμα της βασικής κατασκευαστικής μονάδας Γοτθικού τύπου η απλή κατασκευαστική μονάδα ύψος υδρορροής: m ύψος κορφιά : m Πηγή: Γεωθερμική Α.Ε. 6

7 Νέοι τύποι θερμοκηπίων σε σχέση με το σχήμα της βασικής κατασκευαστικής μονάδας Γεωθερμικό θερμοκήπιο Πηγή: Γεωθερμική Α.Ε. 7

8 Νέοι τύποι θερμοκηπιακών κατασκευών Κτηνοτροφικές κατασκευές θερμοκηπιακού τύπου (Πηγή: Γεωθερμική Α.Ε.) Προβατοστάσια Πτηνοτροφεία Βουστάσια Μανιταροθάλαμοι Σαλιγκαροτροφεία Ιχθυοτροφεία 8

9 Νέοι τύποι θερμοκηπιακών κατασκευών Κτηνοτροφικές κατασκευές θερμοκηπιακού τύπου Πλεονεκτήματα ελαφριά κατασκευή/προκατασκευασμένη χαμηλότερο κόστος εγκατάστασης/συντήρησης εύκολη αντικατάσταση φθαρμένων τμημάτων δε χρειάζεται οικοδομική άδεια καλύτερος φυσικός αερισμός/φωτισμός μειωμένες οσμές, ιοί και βακτήρια 9

10 Υλικά κατασκευής & κάλυψης (Νικήτα-Μαρτζοπούλου, 1994) Υαλοπίνακας (γυαλί ή τζάμι) Γυαλί (απλό ή martele) ελάχιστο πάχος 3-4 mm διαπερατότητα φωτός 88-92% ικανοποιητική θερμομόνωση μεγάλη διάρκεια ζωής - ακριβό σαν υλικό - μεγάλο κόστος κατασκευής σκελετού - μειωμένη στεγανότητα (λόγω κακής επαφή γυαλιού-σκελετικών στοιχείων) - κίνδυνος καταστροφής (χαλάζι, απροσεξία) 10 Νικήτα-Μαρτζοπούλου, Θερμοκήπια. Θεσσαλονίκη.

11 Υλικά κατασκευής & κάλυψης Άκαμπτο πλαστικό Πολυκαρβονικά φύλλα (PC) πάχος 6 mm πολύ ανθεκτικό υλικό στην κρούση κ ελαφρύ διαπερατότητα έως 80% (οπτική & υπέρυθρη ακτινοβολία) Ακρυλικές πλάκες (πολυμεθακρυλικός μεθυλεστέρας, PMMA) πάχος 1 mm διαπερατότητα έως 92% (οπτική ακτινοβολία) περισσότερο διαπερατό (από το γυαλί) στη μεγάλου μήκους κύματος υπέρυθρη ακτινοβολία κίτρινο χρώμα (ύστερα από παρατεταμένη χρήση/έκθεση του στις καιρικές συνθήκες, ειδικά χωρίς προσθήκη απορροφητών UV) Πολυεστέρας ενισχυμένος με γυάλινες ίνες ( GPR ή Fiberglass ) πάχος 1 mm διαπερατότητα έως 90% (οπτική ακτινοβολία) 11

12 Υλικά κατασκευής & κάλυψης Εύκαμπτο πλαστικό Πολυαιθυλένιο (ΡΕ) Πλεονεκτήματα: μεγάλη ευκαμψία μικρό βάρος καλές οπτικές ιδιότητες δυνατότητα διαμόρφωσής του σε φύλλα μεγάλου πλάτους χαμηλό κόστος Μειονεκτήματα: μικρή διάρκεια ζωής (1-2 έτη για το απλό ΡΕ) διαπερατότητα στην ακτινοβολία μεγάλου μήκους κύματος 12

13 Υλικά κατασκευής & κάλυψης Τύποι πολυαιθυλενίου Απλό ΡΕ (πάχος 0.1 mm, διαπερατότητα - 88%) Διπλό ΡΕ PE- UV (διαπερατότητα: 0%, 3%, 5%) PE-IR PE-ANTIBLUE PE-black PE-EVA (διάρκεια ζωής 1-3 χρόνια, υψηλό κόστος, ψυχρές περιοχές) Άλλοι τύποι πλαστικού: PVC (υψηλό κόστος, ψυχρές περιοχές) ETFE 13

14 Θερμοκηπιακές καλλιέργειες Ανθοκομικά θερμοκήπια (4000 στρέμματα) Θερμοκήπια για παραγωγή λαχανοκομικών (51000 στρέμματα) Κυριότερες καλλιέργειες σε θερμοκήπια (έδαφος ή εκτός εδάφους) Τομάτα Αγγούρι Πιπεριά 14

15 Υδροπονικές καλλιέργειες υδροπονία ή εκτός εδάφους καλλιέργεια, καλείται οποιαδήποτε ανάπτυξη των φυτών που δεν έχει σχέση με το έδαφος, είτε με, είτε χωρίς κάποιο μέσο (υπόστρωμα), όπου οι συνολικές απαιτήσεις των φυτών σε νερό και θρεπτικά στοιχεία παρέχονται από το σύστημα (Hanger, 1993; Jensen, 1999) Η καλλιεργούμενη έκταση στην Ελλάδα με την υδροπονική μέθοδο φτάνει περίπου τα 200 ha (2000 στρέμματα), ενώ η συνολική έκταση σε όλο τον κόσμο φτάνει τα ha. Hanger, B., Hydroponics: The World, Australian, and South Pacific Islands Scene. In: Commercial Hydroponics in Australasia, A Guide for Growers. Pro-Set Pty Ltd, Hobart. Jensen, M. H., Hydroponics Worldwide. Acta Horticulturae, 481,

16 Στόχοι της υδροπονικής καλλιέργειας εξοικονόμηση νερού βελτίωση της ποιότητας & αύξηση της παραγωγής μειωμένη εφαρμογή λιπασμάτων & ελαχιστοποίηση χρήσης φυτοφαρμάκων προστασία του περιβάλλοντος πλήρης έλεγχος και αυτοματοποίηση της παραγωγής 16

17 Πλεονεκτήματα της υδροπονίας για τον καλλιεργητή: δε χρειάζεται να οργώνει και να ραντίζει η παραγωγή αυξάνεται ως και 50% χρησιμοποιεί κατά 40% λιγότερα λιπάσματα για τον καταναλωτή: προϊόντα απαλλαγμένα από ζιζάνια λιγότερα κατάλοιπα χημικών και λιπασμάτων για το περιβάλλον: απαιτεί λιγότερο νερό, μικρότερη επιβάρυνση από χημικά λιγότερη ενέργεια για την παραγωγή 17

18 Πλεονεκτήματα της υδροπονίας στην ανάπτυξη του φυτού: πρωίμηση της παραγωγής, λόγω των υψηλότερων μέσων θερμοκρασιών στον χώρο του ριζοστρώματος σωστότερη και πιο ακριβής θρέψη των φυτών, η οποία είναι πιο εύκολο να ελεγχθεί και να διορθωθεί σε περίπτωση λάθους δυνατότητα εφαρμογής μεγαλύτερων πυκνοτήτων φύτευσης, καθώς και φύτευση νέας καλλιέργειας άμεσα μετά την απομάκρυνση της προηγούμενης 18

19 Μειονεκτήματα της υδροπονίας απαιτείται προηγμένη τεχνολογία και εξειδικευμένες γνώσεις σχετικά με τη φυσιολογία των φυτών, αφού ο χειρισμός των αυτόματων συστημάτων της ανάμιξης και κυκλοφορίας του θρεπτικού διαλύματος, του ποτίσματος και της ρύθμισης του περιβάλλοντος του θερμοκηπίου είναι σχετικά περίπλοκος υπάρχει μικρή ανοχή σε λάθη καλλιεργητικών χειρισμών, καθώς οι δυσμενείς επιδράσεις για τα φυτά εμφανίζονται γρηγορότερα και σε πιο έντονο βαθμό, με αρνητικές επιπτώσεις στην απόδοση της παραγωγής 19

20 Υδροπονική καλλιέργεια τομάτας σε θερμοκήπια 20

21 Υδροπονικές καλλιέργειες σε θερμοκήπια Αγγούρι Πιπεριά 21

22 Υδροπονικές καλλιέργειες σε θερμοκήπια Μελιτζάνα Μαρούλι Πεπόνι Φράουλες 22

23 Οφέλη για την περιοχή Νέες επενδύσεις Μεταφορά τεχνογνωσίας αιχμής Εξαγωγή οπωροκηπευτικών Εισαγωγή συναλλάγματος Δυνατότητα συνεργασίας με τοπικούς παραγωγούς Νέες ειδικότητες-αξιοποίηση του επιστημονικού και εργατικού23 προσωπικού της περιοχής

24 Υδροπονική καλλιέργεια τομάτας επάνω σε υβριδικό ηλιακό σύστημα εξοικονόμησης ενέργειας, σε πειραματικό θερμοκήπιο στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (Αγρόκτημα Γεωπονικής Σχολής, Εργαστήριο Αγροτικών Κατασκευών και Εξοπλισμού) 210 φυτά (υβρίδιο elpida sp.) 105 για κάθε τμήμα 5 σειρές, 21 φυτά ανά σειρά μεταφύτευση φυτών (ύψος 20-30cm) τοποθέτηση σε υποστρώματα (πλάκες πετροβάμβακα) 24

25 Σκοπός της έρευνας διερεύνηση της θερμικής συμπεριφοράς ενός υβριδικού ηλιακού συστήματος εξοικονόμησης ενέργειας που εγκαταστάθηκε σε θερμαινόμενο θερμοκήπιο και αποτελείται: σακούλες πολυαιθυλενίου (ΡΕ) πληρωμένες με νερό πλευρικούς σωλήνες ΡΕ μέσα από τους οποίους διέρχεται ρεύμα αέρα πειραματική μελέτη των επιδράσεων που προκύπτουν από τη χρήση παραπάνω ηλιακού συστήματος: εσωτερικό περιβάλλον του θερμοκηπίου κατανάλωση ενέργειας από συμβατικό σύστημα θέρμανσης ανάπτυξη υδροπονικής καλλιέργειας τομάτας 25

26 Συμβατικό σύστημα θέρμανσης συμβατικό σύστημα θέρμανσης εγκαταστάθηκε και στα δύο τμήματα του θερμοκηπίου, ώστε να καλύπτει τις θερμικές τους ανάγκες καυστήρα δίκτυο μεταλλικών σωλήνων δίκτυο σωλήνων (PP-R) 2 ηλεκτροβάνες 2 αισθητήρες μέτρησης θερμοκρασίας του αέρα πίνακα ελέγχου 26

27 Σύστημα αερισμού δύο ανοίγματα αυτόματης και ταυτόχρονης λειτουργίας σε κάθε τμήμα ένα πλευρικό και ένα οροφής κρίσιμη τιμή λειτουργίας: θερμοκρασία, 23 ο C σχετική υγρασία, 75% 27

28 Υβριδικό ηλιακό σύστημα εξοικονόμησης ενέργειας συνδυασμένο με υδρορροή υδροπονίας εγκαταστάθηκε στο πειραματικό τμήμα απαρτίζεται από δύο μέρη: κυλινδρική σακούλα πολυαιθυλενίου, πληρωμένη με νερό και πάχος 200μm, περίμετρο 1.52m, διάμετρο 0.484m, μήκος 7m περιφερειακούς διάτρητους σωλήνες PE, εκατέρωθεν της σακούλας, τους οποίους διαπερνούσε ρεύμα αέρα, με πάχος 200μm, περίμετρο 0.2m, διάμετρο 0.064m και μήκος 6.86m 28

29 Σύστημα αναδιανομής του εσωτερικού αέρα του θερμοκηπίου απορροφητήρα μονής αναρρόφησης (0.5Ηp, Q=1600m 3 h -1 ) από τον οποίο εισέρχεται ο αέρας στο σύστημα, μέσω πλαστικού αγωγού κεντρικό αγωγό ΡΕ, από τον οποίο διέρχεται το ρεύμα αέρα και διοχετεύεται στους περιφερειακούς σωλήνες PE 29

30 Αποτελέσματα ομαλότερη διακύμανση της θερμοκρασίας: στον αέρα του εσωτερικού περιβάλλοντος του θερμοκηπίου στα υποστρώματα της υδροπονικής καλλιέργειας εξοικονόμηση ενέργειας, κατά 36% για τη διάρκεια του πειράματος 30

31 Αποτελέσματα ευνοϊκότερες συνθήκες βλαστικής ανάπτυξης τα φυτά στο πειραματικό τμήμα υπερείχαν εκείνων του μάρτυρα: ως προς το ύψος, κατά 12.65% ως προς την περίμετρο, κατά 2.37% 31

32 Συμπεράσματα & προοπτικές κάλυψη των ενεργειακών αναγκών του θερμοκηπίου απαιτεί εντατική κατανάλωση ενέργειας απόρροια του υψηλού λειτουργικού κόστους των θερμοκηπίων κατά τις περιόδους αυτές αποτελεί η αύξηση των τελικών τιμών των προϊόντων τα θερμοκήπια μπορούν να αποτελέσουν βασικό μοχλό για την ανάπτυξη της γεωργικής παραγωγής στην κατεύθυνση της αναδιάρθρωσης των καλλιεργειών και τη δημιουργία νέων θέσεων εργασίας στις αγροτικές περιοχές 32

33 Επιτακτική ανάγκη εφαρμογή νέων τεχνολογιών εξοικονόμησης ενέργειας κατά τη λειτουργία των θερμοκηπίων που θα συνδυάζουν μεγιστοποίηση της ανάπτυξης και της παραγωγικότητας των φυτών μείωση του κόστους παραγωγής θα πρέπει να είναι και φιλικές προς το περιβάλλον έρευνες στρέφονται προς τη σχεδίαση συστημάτων τα οποία αξιοποιούν τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας 33

34 Σας ευχαριστώ πολύ!!! 34