ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΓΕΩΠΟΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗ ΓΕΩΡΓΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ Θ. ΒΑΦΕΙΑΔΗ Πτυχιούχου Γεωπόνου, MSc Υπότροφου ΙΚΥ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣE ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΑ ΜΕ ΕΜΠΛΟΥΤΙΣΜΟ CO 2 ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2008

ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ Θ. ΒΑΦΕΙΑΔΗ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣE ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΑ ΜΕ ΕΜΠΛΟΥΤΙΣΜΟ CO 2 ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ Υποβλήθηκε στη Γεωπονική Σχολή Μεταπτυχιακή Ειδίκευση Γεωργικής Μηχανικής και Υδατικών Πόρων Ημερομηνία Προφορικής Εξέτασης: 7 Φεβρουαρίου, 2008 Εξεταστική Επιτροπή: Καθηγήτρια Χ. Νικήτα Μαρτζοπούλου, Επιβλέπουσα Καθηγητής Γ. Μαρτζόπουλος, Μέλος Τριμελούς Συμβουλευτικής Επιτροπής Ομοτ. Καθηγητής Α. Γκατζιάνας, Μέλος Τριμελούς Συμβουλευτικής Επιτροπής Καθηγητής Κ. Κίττας, Εξεταστής Αν. Καθηγητής Α. Σιώμος, Εξεταστής Αν. Καθηγητής Γ. Παπαδάκης, Εξεταστής Επ. Καθηγητής Σ. Βουγιούκας, Εξεταστής 1

Δημήτριος Θ. Βαφειάδης Α.Π.Θ. ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣE ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΑ ΜΕ ΕΜΠΛΟΥΤΙΣΜΟ CO 2 ISBN «Η έγκριση της παρούσης Διδακτορικής Διατριβής από τη Γεωπονική Σχολή του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης δεν υποδηλώνει την αποδοχή των γνωμών του συγγραφέως» (Ν. 5343/1932, άρθρο 202, παρ. 2) 2

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σύμβολα και μονάδες...12 Πρόλογος...14 Περίληψη...17 Summary...21 Κεφάλαιο 1 ο Εισαγωγή...25 1.1.Τα θερμοκήπια στην Ελλάδα... 25 1.2.Τα προβλήματα του κλάδου των θερμοκηπίων στην Ελλάδα... 30 1.3.Η κατάσταση του κλάδου των θερμοκηπίων στη Βόρεια Ελλάδα και η αναγκαιότητα της εξοικονόμησης ενέργειας... 32 1.4.Οι παράγοντες του περιβάλλοντος του θερμοκηπίου και η επίδραση τους στην ανάπτυξη των φυτών... 36 Κεφάλαιο 2 ο Το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) και η επίδραση του στη φυσιολογία και στην ανάπτυξη των φυτών...41 2.1.Εισαγωγή... 41 2.2.Μονάδες μέτρησης της συγκέντρωσης του CO 2... 43 2.3.Επίδραση του CO 2 στη φυσιολογία των φυτών... 47 2.3.1.Εισαγωγή... 47 2.3.2.Δέσμευση του CO 2 από τα φυτά... 47 2.3.3.Διάχυση του CO 2... 53 2.4.Επίδραση του CO 2 στα φυτά σε σχέση με την ηλιακή ακτινοβολία, τη θερμοκρασία και με την πρόσληψη θρεπτικών στοιχείων... 54 2.4.1.Επίδραση του CO 2 στα φυτά σε σχέση με την ηλιακή ακτινοβολία... 54 2.4.2.Επίδραση του CO 2 στα φυτά σε σχέση με τη θερμοκρασία... 57 2.4.3.Επίδραση του CO 2 στην πρόσληψη θρεπτικών στοιχείων από τα φυτά... 62 2.5.Απορρόφηση του CO 2 σε σχέση με την ηλικία των φύλλων και τη φυλλική επιφάνεια της καλλιέργειας... 64 Κεφάλαιο 3 ο Εμπλουτισμός των θερμοκηπίων με CO 2...67 3.1.Εισαγωγή... 67 3.2.Ιστορική ανασκόπηση της χρήσης του CO 2 στα θερμοκήπια... 68 3.3.Τα οφέλη του εμπλουτισμού με CO 2 στις θερμοκηπιακές καλλιέργειες... 70 3.4.Περιοριστικές τιμές της συγκέντρωσης του CO 2... 73 3.5.Πηγές εμπλουτισμού CO 2... 76 3.5.1.Καθαρό CO 2... 76 3.5.1.1.Εξάτμιση υγρού CO 2... 76 3.5.1.2.Εξάχνωση στερεού CO 2 (ξηρός πάγος)... 80 3.5.2.Καύση υδρογονανθράκων για παραγωγή CO 2... 80 3.5.2.1.Επιπτώσεις στις καλλιέργειες από την καύση υδρογονανθράκων... 86 3.5.3.Αποσύνθεση οργανικής ουσίας... 87 3.6.Διανομή και μέτρηση του CO 2 στα θερμοκήπια... 89 3.6.1.Διανομή του CO 2... 89 3.6.1.1.Συστήματα διανομής... 92 3.6.2.Μέτρηση του CO 2... 96 3

3.7.Μέθοδοι εμπλουτισμού των θερμοκηπίων με CO 2, ανάλογα με τις κλιματολογικές συνθήκες... 101 3.7.1.Η επίδραση του κλίματος στη διαχείριση του CO 2 στα θερμοκήπια... 101 3.7.2.Η μέθοδος των εμπλουτισμών με αυξημένες θερμοκρασίες... 103 3.7.2.1.Η μέθοδος των ασυνεχών εμπλουτισμών... 106 3.7.3.Η μέθοδος των εμπλουτισμών με ταυτόχρονο αερισμό του θερμοκηπίου... 108 3.8.Διακύμανση της υγρασίας κατά τη διάρκεια εμπλουτισμών με CO 2... 111 3.8.1.Εισαγωγή... 111 3.8.2.Επίδραση της υγρασίας στα φυτά... 112 3.8.2.1.Εισαγωγή... 112 3.8.2.2.Επίδραση της υγρασίας στη λειτουργία της διαπνοής και της φωτοσύνθεσης... 112 3.8.2.3.Επίδραση της υγρασίας στην ανάπτυξη των φυτών... 113 3.8.2.4.Επίδραση της υγρασίας στην ανάπτυξη μυκητολογικών ασθενειών... 114 3.8.3.Διακύμανση της υγρασίας κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών με CO 2 ανάλογα με τις εποχές του έτους... 115 3.8.4.Αλληλεπίδραση υψηλής συγκέντρωσης CO 2 και υψηλής σχετικής υγρασίας στην ανάπτυξη των φυτών... 120 Κεφάλαιο 4 ο Εξοικονόμηση συμβατικών καυσίμων στα θερμοκήπια...122 4.1.Εισαγωγή... 122 4.2.Εφαρμογή των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στα θερμοκήπια... 123 4.2.1.Εισαγωγή... 123 4.2.2.Γεωθερμική ενέργεια... 123 4.2.2.1.Εισαγωγή... 123 4.2.2.2.Εξάπλωση των γεωθερμικών θερμοκηπίων... 124 4.2.2.3.Συστήματα αξιοποίησης της γεωθερμικής ενέργειας στα θερμοκήπια... 126 4.2.3.Βιομάζα... 128 4.2.3.1.Εισαγωγή... 128 4.2.3.2.Μέθοδοι αξιοποίησης της βιομάζας για τη θέρμανση θερμοκηπίων... 128 4.2.4.Ηλιακή ενέργεια. Τεχνικές εφαρμογές για τη θέρμανση των θερμοκηπίων... 131 4.2.4.1.Εισαγωγή... 131 4.2.4.2.Εξωτερικός ηλιακός συλλέκτης... 133 4.2.4.3.Εσωτερικοί ηλιακοί συλλέκτες... 136 4.2.4.4.Σύστημα υπόγειου εναλλάκτη θερμότητας εδάφους-αέρα... 137 4.3.Τεχνικές εξοικονόμησης και διατήρησης της ενέργειας στα θερμοκήπια... 139 4.3.1.Εισαγωγή... 139 4.3.2.Θέση και προσανατολισμός του θερμοκηπίου... 139 4.3.3.Υλικά κάλυψης του θερμοκηπίου με στόχο την εξοικονόμηση ενέργειας... 141 4.3.4.Η πολλαπλή κάλυψη του θερμοκηπίου... 142 4.3.5.Μόνωση του θερμοκηπίου... 143 4.3.5.1.Οι θερμοκουρτίνες... 144 4.3.6.Τα χαμηλά σκέπαστρα... 146 4.3.7.Το παθητικό ηλιακό σύστημα των πλαστικών σωλήνων με νερό... 147 4.3.7.1.Εισαγωγή... 147 4.3.7.2.Αρχες λειτουργίας του συστήματος... 148 4.3.7.3.Τα πλεονεκτήματα της χρήσης του παθητικού ηλιακού συστήματος... 153 4.3.7.4.Αλληλεπίδραση μεταξύ του παθητικού ηλιακού συστήματος και της καλλιέργειας... 156 4.3.7.5.Τεχνικά χαρακτηριστικά του παθητικού ηλιακού συστήματος... 159 4.3.7.6.Εγκατάσταση και διάταξη του παθητικού ηλιακού συστήματος στο θερμοκήπιο... 162 4

Κεφάλαιο 5 ο Αντικείμενο και σκοπός της έρευνας- Ερευνητικός σχεδιασμός...164 5.1.Αντικείμενο και σκοπός της έρευνας... 164 5.2.Ερευνητικός σχεδιασμός... 166 Κεφάλαιο 6 ο Πειραματικός σχεδιασμός- Υλικά και μέθοδοι...169 6.1.Το θερμοκήπιο... 169 6.2.Όργανα μετρήσεων... 171 6.3.Το σύστημα καταγραφής των μετρήσεων... 175 6.4.Το σύστημα εμπλουτισμού με CO 2... 175 6.5.Το παθητικό ηλιακό σύστημα των πλαστικών σωλήνων με νερό... 176 6.6.Επιλογή των καλλιεργειών... 178 6.7.Χρονοδιαγράμματα των πειραμάτων... 182 6.8.Προκαταρκτικές εργασίες και καλλιεργητική πρακτική... 184 6.8.1.Προετοιμασία των θερμοκηπίων και του εδάφους... 184 6.8.2.Εγκατάσταση της καλλιέργειας... 185 6.8.3.Καλλιεργητική πρακτική... 187 6.8.4.Άρδευση της καλλιέργειας... 188 Κεφάλαιο 7 ο Μελέτη της επίδρασης του εμπλουτισμού με CO 2 στην εξοικονόμηση ενέργειας στα θερμοκήπια...189 7.1.Εισαγωγή- Σκοπός της μελέτης... 189 7.1.1.Μεθοδολογία του εμπλουτισμού με CO 2 και αερισμού των θερμοκηπίων... 189 7.2.Μελέτη της επίδρασης του εμπλουτισμού με CO 2 στην εξοικονόμηση ενέργειας του θερμοκηπίου αξιοποιώντας μόνο τη θερμοχωρητικότητα του... 192 7.2.1.Εισαγωγή- Σκοπός της μελέτης... 192 7.2.2.Ερευνητικός σχεδιασμός της μελέτης... 192 7.2.3.Αποτελέσματα (πρώτο πείραμα, Απρίλιος- Μάιος 2004)... 193 7.3.Μελέτη της επίδρασης του εμπλουτισμού με CO 2 στην εξοικονόμηση ενέργειας του θερμοκηπίου αξιοποιώντας τη θερμοχωρητικότητα του και τη θερμοχωρητικότητα του παθητικού ηλιακού συστήματος... 200 7.3.1.Εισαγωγή- Σκοπός της μελέτης... 200 7.3.2.Ερευνητικός σχεδιασμός της μελέτης... 201 7.3.3.Αποτελέσματα... 202 7.3.3.1.Φθινοπωρινή περίοδος, δεύτερο πείραμα, (Οκτώβριος- Νοέμβριος 2004)... 202 7.3.3.2.Ανοιξιάτικη περίοδος, τρίτο πείραμα, (Απρίλιος- Μάιος 2005)... 215 7.4.Συμπεράσματα... 220 Κεφάλαιο 8 ο Μελέτη της διακύμανσης της υγρασίας στα θερμοκήπια κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών με CO 2...224 8.1.Εισαγωγή- Σκοπός της μελέτης... 224 8.2.Ερευνητικός σχεδιασμός της μελέτης... 225 8.2.1.Μεθοδολογία των εμπλουτισμών με CO 2... 225 8.3.Αποτελέσματα... 227 8.3.1.Πρώτο πείραμα, (Μάιος- Ιούνιος 2004)... 227 8.3.2.Δεύτερο πείραμα, (Οκτώβριος- Νοέμβριος 2004)... 232 8.4.Συμπεράσματα... 235 5

Κεφάλαιο 9 ο Μελέτη της επίδρασης του εμπλουτισμού με CO 2 στην ανάπτυξη των φυτών...237 9.1.Εισαγωγή- Σκοπός της μελέτης... 237 9.2.Ερευνητικός σχεδιασμός της μελέτης... 237 9.2.1.Μεθοδολογία των μετρήσεων... 238 9.3.Αποτελέσματα... 239 9.3.1.Πρώτο πείραμα... 239 9.3.2.Δεύτερο πείραμα... 242 9.3.3.Τρίτο πείραμα... 244 9.4.Συμπεράσματα... 246 Κεφάλαιο 10 ο Τελικά συμπεράσματα- προτάσεις βελτίωσης...248 Βιβλιογραφία...250 Παράρτημα I, Στατιστικής ανάλυσης...270 Παράρτημα II, Φωτογραφιών...274 6

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 1.1. Γεωγραφική κατανομή θερμοκηπιακής καλλιέργειας τομάτας... 28 Πίνακας 1.2. Γεωγραφική κατανομή θερμοκηπιακής καλλιέργειας αγγουριού... 28 Πίνακας 1.3. Γεωγραφική κατανομή θερμοκηπιακής καλλιέργειας πιπεριάς... 29 Πίνακας 1.4. Γεωγραφική κατανομή θερμοκηπίων ανάλογα με τον τρόπο κατασκευής τους... 30 Πίνακας 1.5. Ταξινόμηση της ηλιακής ακτινοβολίας ανάλογα με το μήκος Κύματος... 38 Πίνακας 2.1. Φυσικοχημικές ιδιότητες του CO 2... 44 Πίνακας 3.1. Χρονοδιαγράμματα καλλιέργειας αγγουριάς, τομάτας και πιπεριάς στα θερμοκήπια της Κρήτης και της Κεντρικής Μακεδονίας... 116 Πίνακας 4.1. Χαρακτηριστικά γεωθερμικών πεδίων χαμηλής ενθαλπίας στη Βόρεια Ελλάδα... 125 Πίνακας 4.2. Θερμογόνος ισχύς καυσίμων... 129 Πίνακας 4.3. Θερμοκρασία τήξης ορισμένων υλικών αποθήκευσης ενέργειας... 135 Πίνακας 4.4. Υλικά κατασκευής θερμοκουρτίνων και συντελεστές θερμικής μεταφοράς τους... 145 Πίνακας 4.5. Μεταβολή της θερμοκρασίας σε σωλήνες νερού σε σχέση με τη διάμετρο και τον όγκο νερού που περιέχουν... 160 Πίνακας 7.1. Διαφοροποίηση στη θερμοκρασία του εδάφους των δύο Θερμοκηπίων για διάφορες νύχτες της φθινοπωρινής περιόδου, κατά τη δύση και κατά την ανατολή του ηλίου... 208 Πίνακας 7.2. Διαφοροποίηση στη θερμοκρασία του εδάφους των δύο θερμοκηπίων για διάφορες νύχτες της ανοιξιάτικης περιόδου, κατά τη δύση και κατά την ανατολή του ηλίου... 217 Πίνακας 9.1. Το ύψος των φυτών τομάτας του θερμοκηπίου- μάρτυρα... 240 Πίνακας 9.2. Το ύψος των φυτών τομάτας του πειραματικού θερμοκηπίου... 240 Πίνακας 9.3. Η περίμετρος του κεντρικού βλαστού των φυτών τομάτας, σε ύψος 10 cm από το έδαφος... 241 Πίνακας 9.4. Το ύψος των φυτών αγγουριού του θερμοκηπίου- μάρτυρα... 242 Πίνακας 9.5. Το ύψος των φυτών αγγουριού του πειραματικού θερμοκηπίου... 243 Πίνακας 9.6. Το ύψος των φυτών αγγουριού του θερμοκηπίου- μάρτυρα, στο τρίτο πείραμα... 245 Πίνακας 9.7. Το ύψος των φυτών αγγουριού του πειραματικού θερμοκηπίου, στο τρίτο πείραμα... 245 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 3.1. Δεξαμενές αποθήκευσης CO 2, οριζοντίου τύπου... 77 Εικόνα 3.2. Φιάλη CO 2 χωρητικότητας 50 kg... 77 Εικόνα 3.3. Δεξαμενή αποθήκευσης CO 2, κατακόρυφου τύπου, μεγάλης χωρητικότητας... 78 Εικόνα 3.4. Δεξαμενή CO 2, χωρητικότητας 10 τόνων, με κατακόρυφο Εξαερωτήρα... 79 Εικόνα 3.5.Εκτονωτής πίεσης και ηλεκτροβάνα στο σημείο σύνδεσης του αγωγού εφαρμογής με τον κεντρικό αγωγό διανομής... 79 Εικόνα 3.6. Καυστήρας ανοιχτού τύπου που τοποθετείται πάνω από την καλλιέργεια... 84 Εικόνα 3.7. Καυστήρας κλειστού τύπου με ενσωματωμένο ανεμιστήρα διανομής... 85 Εικόνα 3.8. Καυστήρας θέρμανσης θερμοκηπίου που μπορεί να 7

χρησιμοποιηθεί και για παραγωγή CO 2... 85 Εικόνα 3.9. Φορητός (α) και σταθερός (β) αναλυτής αερίων για τη μέτρηση του CO 2 στον αέρα του θερμοκηπίου... 97 Εικόνα 3.10. Σύστημα συλλογής και ανάλυσης δειγμάτων του αέρα του θερμοκηπίου. Στο κέντρο απεικονίζεται ο ηλεκτρικός πίνακας και κάτω δεξιά ο αναλυτής CO 2. Δίπλα από τον αναλυτή βρίσκεται η αντλία που συλλέγει δείγματα από διαφορετικά θερμοκήπια, με τη βοήθεια δικτύου σωληνώσεων... 100 Εικόνα 4.1. Άποψη του παθητικού ηλιακού συστήματος των πλαστικών σωλήνων με νερό... 148 Εικόνα 6.1. Ο αισθητήρας CO 2... 172 Εικόνα 6.2. Το πυρανόμετρο για τη μέτρηση της ηλιακής ακτινοβολίας... 172 Εικόνα 6.3. Οι αυτόνομοι αισθητήρες υγρασίας- θερμοκρασίας... 172 Εικόνα 6.4. Αισθητήρας θερμοκρασίας αέρα κάτω από ισοθερμικό κύπελλο... 173 Εικόνα 6.5. Αισθητήρας θερμοκρασίας εδάφους... 173 Εικόνα 6.6. Αισθητήρας θερμοκρασίας νερού του παθητικού ηλιακού συστήματος... 173 Εικόνα 6.7. Λεπτομέρεια του δικτύου διανομής του CO 2... 176 Εικόνα 6.8. Στερέωση των σωλήνων σε πασσάλους... 177 Εικόνα 6.9. Γενική άποψη του παθητικού ηλιακού συστήματος... 178 Εικόνα Π.1. Οι καλλιέργειες της τομάτας και της πιπεριάς στο θερμοκήπιο- μάρτυρα, 10 ημέρες μετά τη μεταφύτευση... 275 Εικόνα Π.2. Οι καλλιέργεια της τομάτας στο πειραματικό θερμοκήπιο, 10 ημέρες μετά τη μεταφύτευση... 275 Εικόνα Π.3. Οι καλλιέργεια της πιπεριάς στο πειραματικό θερμοκήπιο, την ημέρα της μεταφύτευσης... 276 Εικόνα Π.4. Οι καλλιέργεια της τομάτας του θερμοκηπίου- μάρτυρα, στο τέλος του πειράματος... 277 Εικόνα Π.5. Οι καλλιέργεια της τομάτας του πειραματικού θερμοκηπίου, στο τέλος του πειράματος... 277 Εικόνα Π.6. Οι καλλιέργεια της πιπεριάς του θερμοκηπίου- μάρτυρα, στο τέλος του πειράματος... 278 Εικόνα Π.7. Οι καλλιέργεια της πιπεριάς του πειραματικού θερμοκηπίου, στο τέλος του πειράματος... 278 Εικόνα Π.8. Η καλλιέργεια του αγγουριού του θερμοκηπίου-μάρτυρα την ημέρα της μεταφύτευσης... 279 Εικόνα Π.9. Η καλλιέργεια της πιπεριάς του θερμοκηπίου-μάρτυρα την ημέρα της μεταφύτευσης... 279 Εικόνα Π.10. Η καλλιέργεια του αγγουριού του πειραματικού θερμοκηπίου την ημέρα της μεταφύτευσης... 280 Εικόνα Π.11. Η καλλιέργεια της πιπεριάς του πειραματικού θερμοκηπίου την ημέρα της μεταφύτευσης... 280 Εικόνα Π.12. Η καλλιέργεια του αγγουριού στο πειραματικό θερμοκήπιο την ημέρα της εγκατάστασης του παθητικού ηλιακού συστήματος. Διακρίνονται οι αγωγοί εφαρμογής του CO 2... 281 Εικόνα Π.13. Η καλλιέργεια της πιπεριάς στο πειραματικό θερμοκήπιο την ημέρα της εγκατάστασης του παθητικού ηλιακού συστήματος... 281 Εικόνα Π.14. Το θερμοκήπιο- μάρτυρας την ημέρα της εγκατάστασης του παθητικού ηλιακού συστήματος... 282 Εικόνα Π.15. Η καλλιέργεια της πιπεριάς του θερμοκηπίου- μάρτυρα μετά τη συγκομιδή των καρπών... 282 Εικόνα Π.16. Η καλλιέργεια της πιπεριάς του πειραματικού θερμοκηπίου μετά τη συγκομιδή των καρπών... 284 Εικόνα Π.17. Τα φυτά του θερμοκηπίου- μάρτυρα δύο εβδομάδες μετά από τη μεταφύτευση... 284 Εικόνα Π.18. Τα φυτά του πειραματικού θερμοκηπίου δύο εβδομάδες 8

μετά από τη μεταφύτευση... 284 Εικόνα Π.19. Η καλλιέργεια του αγγουριού του πειραματικού θερμοκηπίου την ημέρα της απομάκρυνσης του παθητικού ηλιακού συστήματος... 285 Εικόνα Π.20. Η καλλιέργεια του αγγουριού του θερμοκηπίου- μάρτυρα την ημέρα της απομάκρυνσης του παθητικού ηλιακού συστήματος... 285 Εικόνα Π.21. Η καλλιέργεια της πιπεριάς του πειραματικού θερμοκηπίου την ημέρα της απομάκρυνσης του παθητικού ηλιακού συστήματος... 286 Εικόνα Π.22. Η καλλιέργεια της πιπεριάς του θερμοκηπίου- μάρτυρα την ημέρα της απομάκρυνσης του παθητικού ηλιακού συστήματος... 286 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 1.1. Εξέλιξη των θερμοκηπίων στην Ελλάδα κατά τη περίοδο 1955-2003... 26 Σχήμα 1.2. Ποσοστιαία κατανομή των θερμοκηπίων στην Ελλάδα κατά περιφέρεια... 26 Σχήμα 1.3. Ποσοστιαία κατανομή των θερμοκηπιακών κηπευτικών καλλιεργειών στην Ελλάδα... 27 Σχήμα 1.4. Αναλογία τυποποιημένων και χωρικού τύπου θερμοκηπίων στην Ελλάδα, κατά έκταση... 29 Σχήμα 2.1. Αντιδράσεις της RuBP. Η αντίδραση 1 ευνοείται από υψηλή συγκέντρωση CO 2 και χαμηλή Ο 2. Η αντίδραση 2 συμβαίνει παρουσία μικρής συγκέντρωσης CO 2 και υψηλής Ο 2 (κανονικές ατμοσφαιρικές συνθήκες)... 49 Σχήμα 2.2. Ανταλλαγή CO 2 συναρτήση της συγκεντρώσεως του. Το σημείο (α) όπου η πρόσληψη ισορροπεί την απώλεια CO 2, είναι το σημείο ισοστάθμισης του CO 2 και χρησιμεύει για την εκτίμηση της φωτοαναπνοής... 51 Σχήμα 2.3. Εξάρτηση της καθαρής φωτοσύνθεσης τυπικών C 3 και C 4 φυτών από τη συγκέντρωση του CO 2... 52 Σχήμα 2.4. Τυπική καμπύλη ανταλλαγής CO 2 για ένα φυτό συναρτήσει της έντασης του φωτός. (+) = πρόσληψη CO 2. ( -) = αποβολή CO 2. I s = σημείο φωτοκορεσμού. I c = σημείο ισοστάθμισης του φωτός... 55 Σχήμα 2.5. Επίδραση της συγκέντρωσης του CO 2 στην καθαρή φωτοσύνθεση φύλλων τομάτας για δύο επίπεδα ακτινοβολίας... 56 Σχήμα 2.6. Επίδραση της ακτινοβολίας και της συγκέντρωσης CO 2 στην καθαρή φωτοσύνθεση σε τριαντάφυλλα... 56 Σχήμα 2.7. Μεταβολές στη φωτοσύνθεση σε σχέση με τη θερμοκρασία σε συγκεντρώσεις που προκαλούν κορεσμό της φωτοσυνθετικής αφομοίωσης του CO 2 (Α) και σε κανονικές ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις του CO 2 (Β). Η φωτοσύνθεση εξαρτάται ισχυρά από τη θερμοκρασία σε συγκεντρώσεις κορεσμού του CO 2... 58 Σχήμα 2.8. Επίδραση της συγκέντρωσης του CO 2 στην καθαρή φωτοσύνθεση φύλλων τομάτας ανάλογα με τη θερμοκρασία... 59 Σχήμα 2.9. Φωτοσύνθεση φύλλων αγγουριάς ανάλογα με τη θερμοκρασία και την ακτινοβολία για δυο επίπεδα συγκέντρωσης CO 2... 60 Σχήμα 2.10. Επίδραση του εμπλουτισμού με CO 2 στην καθαρή φωτοσύνθεση σε καλλιέργεια γαρύφαλλου, για διαφορετικά επίπεδα ακτινοβολίας... 61 Σχήμα 2.11. Ανάπτυξη στελεχών τριαντάφυλλων σε τέσσερα επίπεδα αλατότητας με τρία διαφορετικά επίπεδα συγκέντρωσης CO 2... 63 Σχήμα 2.12. Διαφοροποίηση της καθαρής φωτοσύνθεσης ανάλογα με την ηλικία των φύλλων τοματιάς, για επίπεδα ακτινοβολίας 300 Wm -2... 64 9

Σχήμα 2.13. Διαφοροποίηση της καθαρής φωτοσύνθεσης ανάλογα με την ηλικία των φύλλων τοματιάς για επίπεδα ακτινοβολίας 80 Wm -2... 65 Σχήμα 3.1. Μεταβολή του ρυθμού ανάπτυξης, με διάφορες συγκεντρώσεις CO 2 σε σύγκριση με το ρυθμό ανάπτυξης σε ατμοσφαιρικά επίπεδα CO 2 (100%). Με συγκέντρωση 100 ppm CO 2 ο ρυθμός ανάπτυξης είναι μόνο 40%, σε σύγκριση με τον ρυθμό ανάπτυξης στα 330 ppm, ενώ με συγκέντρωση 50 ppm μηδενίζεται τελείως... 74 Σχήμα 3.2. Διακύμανση της συγκέντρωσης του CO 2 στις 26 Απριλίου σε θερμοκήπιο με καλλιέργεια χρυσάνθεμου και δυναμικό αερισμό... 90 Σχήμα 3.3. Μεταβολή της συγκέντρωσης του CO 2 σε καλλιέργεια τριαντάφυλλου με τους ανεμιστήρες σε μέγιστη ένταση λειτουργίας... 91 Σχήμα 3.4. Διάφορες διατάξεις δικτύων διανομής CO 2... 95 Σχήμα 3.5. Σχηματική παράσταση αναλυτή CO 2 (IRGA)... 98 Σχήμα 3.6. Παραγωγή τριαντάφυλλων (έναρξη συγκομιδής τον Οκτώβριο) με δύο διαφορετικές θερμοκρασίες έναρξης αερισμού και δύο επίπεδα CO 2... 104 Σχήμα 3.7. Σχηματική παράσταση αυτόματου συστήματος εμπλουτισμού. Ο PLC (Programmable Logic Controller) καταγράφει και μεταβιβάζει, στον ηλεκτρονικό υπολογιστή (PC), τις μετρήσεις από τους αισθητήρες. Ο Η/Υ μετά την ανάλυση των μετρήσεων ρυθμίζει μέσου του PLC τη λειτουργία των εξοπλισμών του θερμοκηπίου. (Τ) αισθητήρας θερμοκρασίας, (RH) αισθητήρας υγρασίας, (V) ανεμόμετρο, (1) πυρανόμετρο, (2) αισθητήρας CO 2, (H 2 O) εξοπλισμός άρδευσης- λίπανσης, (3) ανεμιστήρες, (CO 2 ) δεξαμενή αποθήκευσης CO 2 ή καυστήρας παραγωγής CO 2... 105 Σχήμα 3.8. Ημερήσια διάρκεια εμπλουτισμού με CO 2 ανάλογα με τις θερμοκρασίες. Σημείο έναρξης εξαερισμού: 30 C. Η διακεκομμένη γραμμή (Τ εσωτερική ) παριστάνει τη θερμοκρασία που θα αναπτυσσόταν μέσα στο θερμοκήπιο χωρίς εξαερισμό... 107 Σχήμα 4.1. Εξωτερικός ηλιακός συλλέκτης για τη συλλογή της ηλιακής ενέργειας... 133 Σχήμα 4.2. Σύστημα θέρμανσης θερμοκηπίου με εξωτερικό ηλιακό συλλέκτη νερού... 134 Σχήμα 4.3. Θέρμανση θερμοκηπίου με υπόγειο εναλλάκτη θερμότητας εδάφους-αέρα... 138 Σχήμα 4.4. Τροχιά του ηλίου στον ουρανό σε γεωγραφικό πλάτος 40 ο... 140 Σχήμα 4.5. Σχηματικό διάγραμμα θερμοκηπίου με διπλή κάλυψη. Η μόνωση της κατασκευής αυξάνεται καθώς διοχετεύονται συσσωματώματα πολυστυρενίου κατά τη διάρκεια της νύχτας... 143 Σχήμα 4.6. Σχηματικό διάγραμμα λειτουργίας του παθητικού ηλιακού Συστήματος... 149 Σχήμα 4.7. Ισοζύγιο ενέργειας του παθητικού ηλιακού συστήματος. Τα σύμβολα με τους πλάγιους χαρακτήρες αντιπροσωπεύουν την ακτινοβολία μεγάλου μήκους κύματος... 150 Σχήμα 4.8. Διακύμανση της θερμοκρασίας του αέρα ενός θερμοκηπίου με παθητικό ηλιακό σύστημα σε σύγκριση με τη θερμοκρασία του θερμοκηπίου μάρτυρα και με την εξωτερική θερμοκρασία. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια νύχτας παγετού στο Ισραήλ... 155 Σχήμα 4.9. Τομή του παθητικού ηλιακού συστήματος... 162 Σχήμα 4.10. Κατακόρυφη διάταξη του ηλιακού παθητικού συστήματος στις πλευρές του Θερμοκηπίου... 163 Σχήμα 6.1. Κάτοψη και διαστάσεις των θερμοκηπίων... 170 Σχήμα 6.2. Οι θέσεις των αισθητήρων στα θερμοκήπια και οι διατάξεις του παθητικού ηλιακού συστήματος και του συστήματος 10

εμπλουτισμού με CO 2... 174 Σχήμα 6.3. Η διάταξη τοποθέτησης των φυτών του πρώτου πειράματος... 186 Σχήμα 6.4. Η διάταξη τοποθέτησης των φυτών του δεύτερου και τρίτου Πειράματος... 186 Σχήμα 6.5. Η διάταξη του αρδευτικού δικτύου... 188 Σχήμα 7.1. Μεταβολή της θερμοκρασίας του αέρα του πειραματικού θερμοκηπίου και τις συγκέντρωσης του CO 2, στις 02.11.04... 191 Σχήμα 7.2. Διαφοροποίηση της θερμοκρασίας του αέρα και του εδάφους των δύο θερμοκηπίων κατά τη διάρκεια της νύχτας 17.4.04-18.4.04... 195 Σχήμα 7.3. Μεταβολή των θερμικών απωλειών του πειραματικού θερμοκηπίου (q π ) και του θερμοκηπίου- μάρτυρα (q μ ) κατά τη διάρκεια της νύχτας 17.4.04-18.4.04... 197 Σχήμα 7.4. Διαφοροποίηση της θερμοκρασίας του αέρα, του νερού των Σωλήνων και του εδάφους των δύο θερμοκηπίων κατά τη διάρκεια της νύχτας 23.10.04-24.10.04... 203 Σχήμα 7.5. Διαφοροποίηση της θερμοκρασίας του αέρα, του νερού των σωλήνων και του εδάφους των δύο θερμοκηπίων κατά τη διάρκεια της νύχτας 5.11.04-6.11.04... 205 Σχήμα 7.6. Μεταβολή των θερμικών απωλειών του πειραματικού θερμοκηπίου (q π ) και του θερμοκηπίου- μάρτυρα (q μ ) κατά τη διάρκεια της νύχτας 23.10.04 24.10.04... 209 Σχήμα 7.7. Μεταβολή των θερμικών απωλειών του πειραματικού θερμοκηπίου (q π ) και του θερμοκηπίου- μάρτυρα (q μ ) κατά τη διάρκεια της νύχτας 5.11.04-6.11.04... 209 Σχήμα 7.8. Διαφοροποίηση της θερμοκρασίας του αέρα, του νερού των σωλήνων και του εδάφους των δύο θερμοκηπίων τη νύχτα 19.11.04-20.11.04, κατά τη διάρκεια της οποίας σημειώθηκαν έντονες διακυμάνσεις της εξωτερικής θερμοκρασίας... 211 Σχήμα 7.9. Μεταβολή των θερμικών απωλειών του πειραματικού θερμοκηπίου (q π ) και του θερμοκηπίου- μάρτυρα (q μ ) κατά τη διάρκεια της νύχτας 19.11.04-20.11.04... 213 Σχήμα 7.10. Διαφοροποίηση της θερμοκρασίας του αέρα, του νερού των σωλήνων και του εδάφους των δύο θερμοκηπίων κατά τη διάρκεια της νύχτας 03.05.05-04.05.05... 216 Σχήμα 7.11. Μεταβολή των θερμικών απωλειών του πειραματικού θερμοκηπίου (q π ) και του θερμοκηπίου- μάρτυρα (q μ ) κατά τη διάρκεια της νύχτας 03.05.05-04.05.05... 218 Σχήμα 8.1. Μεταβολή της σχετικής υγρασίας και της θερμοκρασίας με εφαρμογή πρωινού και απογευματινού εμπλουτισμού στις 2.5.04 Σχήμα 8.2. Μεταβολή της σχετικής υγρασίας και της θερμοκρασίας... 228 κατά τη διάρκεια πρωινού εμπλουτισμού στις 16.6.04. Η διάρκεια του εμπλουτισμού ανήλθε σε 2 ώρες και 24 λεπτά... 229 Σχήμα 8.3. Μεταβολή της σχετικής υγρασίας και της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια απογευματινού εμπλουτισμού στις 3.6.04... 230 Σχήμα 8.4. Μεταβολή της σχετικής υγρασίας και της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια πρωινού εμπλουτισμού στις 12.6.04., όπου παρατηρήθηκε συμπύκνωση των υδρατμών στο κάλυμμα του θερμοκηπίου... 231 Σχήμα 8.5. Μεταβολή της σχετικής υγρασίας και της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια πρωινού εμπλουτισμού στις 25.10.04... 233 Σχήμα 8.6. Μεταβολή της σχετικής υγρασίας και της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια ολοήμερου σχεδόν εμπλουτισμού με CO 2 στις 16.11.04. Σχήμα 9.1. Αρίθμηση των φυτών και των σειρών. Κάθε σειρά (Σ)... 234 περιλαμβάνει 15 φυτά. Με πιο έντονο χρώμα σημειώνονται τα φυτά της κάθε καλλιέργειας, τα οποία συμμετείχαν στις μετρήσεις... 239 11

Σύμβολα και μονάδες A c : επιφάνεια του υλικού κάλυψης του θερμοκηπίου [m 2 ] A g : επιφάνεια εδάφους του θερμοκηπίου [m 2 ] A G-SS : επιφάνεια του εδάφους που καλύπτεται από το παθητικό ηλιακό σύστημα [m 2 ] A G-SS-cont : επιφάνεια των σωλήνων που είναι σε επαφή με το έδαφος [m 2 ] A S-SS-free : ελεύθερη επιφάνεια του παθητικού ηλιακού συστήματος [m 2 ] [CO 2 ] ext : συγκέντρωση του CO 2 στον αέρα [gm -3 ] [CO 2 ] int : συγκέντρωση του CO 2 μέσα στο φύλλο [gm -3 ] C SS : σταθμισμένος όρος ανταλλαγής ακτινοβολίας [Wm -2o K 4 ] h cy : συντελεστής θερμικής μεταφοράς [Wm -2 ο Κ] k: συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας [Wm -1o C] LAI: δείκτης φυλλικής επιφάνειας, αδιάστατο μέγεθος n: αριθμός των moles P: πίεση [kpa] P: φωτοσύνθεση [gm -2 s -1 ] PAR: φωτοσυνθετικά ενεργός ακτινοβολία, αδιάστατο μέγεθος q: ένταση θερμικού ρεύματος [Wm -2 ] q cd : απώλεια θερμότητας με αγωγή, λόγω της θερμικής ροής προς το έδαφος [Wm -2 ] qcv: απώλεια θερμότητας με μεταφορά [Wm -2 ] q loss-ss : συνολική απώλεια θερμότητας ανά m 2 της επιφάνειας του συστήματος [Wm 2 ]. q LR : απώλεια θερμότητας με ακτινοβολία [Wm -2 ] q π : θερμικές απώλειες του πειραματικού θερμοκηπίου [Wm -2 min] q μ : θερμικές απώλειες του θερμοκηπίου- μάρτυρα [Wm -2 min] R: παγκόσμια σταθερά των αερίων [8.314 Jmol -1 K -1 ] r a : αντίσταση του οριακού στρώματος του φύλλου [sm -1 ] r m : αντίσταση του μεσόφυλλου [sm -1 ] r s : αντίσταση των στομάτων του φύλλου [sm -1 ] T: θερμοκρασία [K] T α : θερμοκρασία του περιβάλλοντος αέρα [ ο Κ] Τ α-lr : θερμοκρασία της επιφάνειας που δέχεται την ακτινοβολία [ o K] T soil : θερμοκρασία στην επιφάνεια του εδάφους [ ο C] T w : θερμοκρασία της επιφάνειας του σωλήνα [ o K] 12

U: ολικός συντελεστής θερμικής μεταφοράς [Wm -2 ο C -1 ] V: όγκος [m 3 ] X: πάχος του φύλλου του μονωτικού πλαστικού [m] θ i : θερμοκρασία αέρα θερμοκηπίου [ ο C] θ ο : θερμοκρασία αέρα εξωτερικού περιβάλλοντος [ ο C] C: βαθμός Κελσίου, μονάδα θερμοκρασίας cm: εκατοστό, μονάδα μήκους g: γραμμάριο, μονάδα ποσότητας hr, h: ώρα, μονάδα χρόνου J: Joule, μονάδα θερμότητας k, K: βαθμός Kelvin, μονάδα θερμοκρασίας Kg: χιλιόγραμμο, μονάδα ποσότητας Km: χιλιόμετρο, μονάδα μήκους μ: μικρό, μονάδα μήκους Pa: Pascal, μονάδα πίεσης l: λίτρο, μονάδα όγκου m: μέτρο, μονάδα μήκους mg: χιλιοστό γραμμαρίου, μονάδα ποσότητας min: λεπτό, μονάδα χρόνου mm: χιλιοστό, μονάδα μήκους ppm: μέρη στο εκατομμύριο, μονάδα συγκέντρωσης s: δευτερόλεπτο, μονάδα χρόνου W: Watt, μονάδα ισχύος μ: μικρό, μονάδα μήκους Προθέματα που χαρακτηρίζουν πολλαπλάσια μονάδων k: Kilo= 10 3 M: Mega= 10 6 13

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Τα ελληνικά γεωργικά προϊόντα τα τελευταία χρόνια δέχονται έντονο ανταγωνισμό από τα αντίστοιχα του εξωτερικού. Οι έλληνες αγρότες με το μικρό μέσο κλήρο αδυνατούν να αντεπεξέλθουν στους σκληρούς όρους του παγκόσμιου πλέον εμπορίου. Άλλωστε η επιβίωση χιλιάδων γεωργικών εκμεταλλεύσεων στη χώρα μας, την τελευταία τουλάχιστον εικοσαετία, βασίστηκε στις οικονομικές ενισχύσεις της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Η Ε.Ε., σύμφωνα με τη νέα κοινή αγροτική πολιτική (Κ.Α.Π.) μειώνει σταδιακά τις επιδοτήσεις για την παραγωγή γεωργικών προϊόντων και ενισχύει στα πλαίσια της οικονομίας της υπαίθρου, δράσεις του δευτερογενούς και τριτογενούς τομέα, όπως είναι η μεταποίηση και ο αγροτουρισμός. Ήδη για πολλές καλλιέργειες (βαμβάκι, καλαμπόκι, καπνά, σιτηρά κ.α.) οι επιδοτήσεις μειώθηκαν και μετά το 2013 πιθανόν να παύσουν τελείως. Το γεγονός αυτό θα οδηγήσει χιλιάδες αγρότες με μικρές και μεσαίες εκτάσεις γης στην αναζήτηση νέων τρόπων εξασφάλισης ικανοποιητικού εισοδήματος. Για όσους επιλέξουν να παραμείνουν στην παραγωγή πρωτογενών προϊόντων οι λύσεις οι οποίες προσφέρονται είναι συγκεκριμένες: Η παραγωγή πιστοποιημένων προϊόντων ποιότητας (βιολογικά, ονομασίας προέλευσης), η παραγωγή κηπευτικών προϊόντων εκτός εποχής στα θερμοκήπια ή ανθοκομικών καθ όλη τη διάρκεια του έτους και οι νέες καλλιέργειες. Τα νέα είδη φυτών στη πλειοψηφία τους προέρχονται από υποτροπικές- τροπικές χώρες και η καλλιέργεια τους στην Ελλάδα είναι εφικτή μόνο στα θερμοκήπια. Διαφαίνεται ότι με τη νέα κατάσταση η οποία διαμορφώνεται οι θερμοκηπιακές επιχειρήσεις στο άμεσο μέλλον θα ασκούν πρωταγωνιστικό ρόλο στην ελληνική γεωργία. Η ανάπτυξη του κλάδου των θερμοκηπίων στη χώρα μας, τα τελευταία χρόνια, χαρακτηρίζεται στάσιμη και απειλείται, ακόμη και με συρρίκνωση. Η πλειοψηφία των θερμοκηπιακών επιχειρήσεων αντιμετωπίζει προβλήματα οργάνωσης και σωστής λειτουργίας, δείχνοντας έτσι μια εικόνα αποθάρρυνσης προς τους πιθανούς υποψήφιους νέους επενδυτές. Οι παραγόμενες στα θερμοκήπια ποσότητες κηπευτικών εκτός εποχής δεν καλύπτουν την εγχώρια κατανάλωση, οι τιμές τους διαμορφώνονται σε ιδιαίτερα υψηλά επίπεδα και η αυξημένη ζήτηση αντιμετωπίζεται 14

με εισαγωγές και μάλιστα από χώρες με μεγαλύτερο κατακεφαλήν Α.Ε.Π. από αυτό της Ελλάδας όπως είναι η Ολλανδία, η Ισπανία και το Ισραήλ. Για να υπάρξει βελτίωση και περαιτέρω ανάπτυξη του κλάδου των θερμοκηπίων στη χώρα μας θα πρέπει να δημιουργηθούν νέες μονάδες, οι οποίες θα λειτουργούν πιο αποδοτικά, με μεγαλύτερες στρεμματικές αποδόσεις και με μικρότερο ενεργειακό κόστος παραγωγής, ιδίως στην περιοχή της Βόρειας Ελλάδας. Αν εκπληρωθούν αυτοί οι στόχοι θα είναι δυνατή η παραγωγή θερμοκηπιακών προϊόντων εκτός εποχής σε ανταγωνιστικές τιμές και σε επαρκείς ποσότητες τόσο για την κάλυψη της ζήτησης στην εγχώρια αγορά και τον περιορισμό των εισαγωγών, όσο και για την πραγματοποίηση εξαγωγών, με όλα τα θετικά αποτελέσματα στο εμπορικό ισοζύγιο και την οικονομία της χώρας. Η περιοχή της Βόρειας Ελλάδας παρουσιάζει γεωγραφικό πλεονέκτημα στην εξαγωγή των θερμοκηπιακών προϊόντων προς τις αγορές της Κεντρικής και Βόρειας Ευρώπης, σε σύγκριση για παράδειγμα με την Κρήτη. Μια από τις τεχνικές, οι οποίες βελτιώνουν την παραγωγική διαδικασία και αυξάνουν τις στρεμματικές αποδόσεις των θερμοκηπίων είναι ο εμπλουτισμός με CO 2. Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκε, πέρα από την επίδραση του εμπλουτισμού με CO 2 στην ανάπτυξη των φυτών και η δυνατότητα να επιτευχθεί εξοικονόμηση ενέργειας, αξιοποιώντας μια λειτουργία της φυσιολογίας των φυτών. Με αυτόν τον τρόπο δίνεται ταυτόχρονα μια ικανοποιητική λύση σε δύο πάγια προβλήματα των θερμοκηπίων, ιδιαίτερα αυτών της Βόρειας Ελλάδας: η βελτίωση των χαμηλών στρεμματικών αποδόσεων και η μείωση του ενεργειακού κόστους. Η εργασία αυτή πραγματοποιήθηκε υπό την επίβλεψη της Καθηγήτριας της Γεωπονικής Σχολής του Α.Π.Θ., κ. Χρυσούλας Νικήτα-Μαρτζοπούλου, την οποία ευχαριστώ ιδιαίτερα για την επιστημονική της καθοδήγηση, τις πολύτιμες συμβουλές και για τη διόρθωση της διδακτορικής διατριβής. Επιπλέον την ευχαριστώ θερμά για τη συμπαράσταση και βοήθεια της καθ όλη την διάρκεια των μεταπτυχιακών μου σπουδών. Ευχαριστίες οφείλω επίσης και στους παρακάτω: 15

Τον Καθηγητή κ. Γεράσιμο Μαρτζόπουλο, για τις ιδιαίτερα χρήσιμες συμβουλές του στη διεξαγωγή των πειραμάτων, για τη διόρθωση της διδακτορικής διατριβής και για την εποικοδομητική συνεργασία την οποία αναπτύξαμε τα τελευταία χρόνια. Τον ομότιμο Καθηγητή κ. Αθανάσιο Γκατζιάνα για τις συμβουλές του στα θέματα της φυσιολογίας των φυτών και για τη μελέτη και διόρθωση της διδακτορικής διατριβής. Τον κ. Δρ. Αναστάσιο Λιθουργίδη προϊστάμενο του Γεωργικού Τμήματος του Αγροκτήματος του Α.Π.Θ για τις χρήσιμες οδηγίες και την πρακτική βοήθεια στη διεξαγωγή των πειραμάτων. Την Καθηγήτρια κ. Κατερίνα Τζαβέλα-Κλωνάρη, για την ανάλυση των δειγμάτων φυτών στο Εργαστήριο Φυτοπαθολογίας της Γεωπονικής Σχολής. Το τεχνικό προσωπικό του ΕΘ.Ι.ΑΓ.Ε. για τις τεχνικές οδηγίες στην εγκατάσταση του παθητικού ηλιακού συστήματος. Τον κ. Διδασκάλου Γεώργιο, γραφίστα, για την συμβολή του στην επεξεργασία των σχημάτων και εικόνων. Τους συναδέλφους γεωπόνους της εταιρίας AgriPlant για τη δωρεά των φυτών. Όλους τους γνωστούς και φίλους οι οποίοι βοήθησαν πρακτικά στο δύσκολο έργο της καλλιέργειας των φυτών. Τέλος οφείλω να ευχαριστήσω το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών για την οικονομική στήριξη που μου παρείχε κατά τη διάρκεια των διδακτορικών μου σπουδών. 16

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα διατριβή έχει ως κύριο σκοπό τη μελέτη της επίδρασης του εμπλουτισμού με CO 2 στην εξοικονόμηση ενέργειας στα θερμοκήπια. Ο εμπλουτισμός με CO 2 εκτός από μια τεχνική αύξησης της ανάπτυξης και της παραγωγικότητας των φυτών μπορεί να εφαρμοστεί και για την επίτευξη εξοικονόμησης ενέργειας στα θερμοκήπια σύμφωνα με την παρακάτω ανάλυση: Κατά τη διάρκεια της άνοιξης, η οποία είναι η κύρια καλλιεργητική περίοδος των κηπευτικών στα θερμοκήπια στην Ελλάδα, αλλά και το φθινόπωρο υπάρχουν πολλές ημέρες, όπου οι θερμοκρασίες μέσα στο θερμοκήπιο ξεπερνούν τα επιθυμητά επίπεδα την ημέρα και πέφτουν κάτω από αυτά τη νύχτα. Η θερμοκρασιακή αυτή διαφορά μεταξύ ημέρας και νύχτας εμφανίζεται ιδιαίτερα έντονη στην περιοχή της Βόρειας Ελλάδας και εξαιτίας αυτού του θερμοκρασιακού φαινομένου δημιουργείται η αναγκαιότητα ψύξης των θερμοκηπίων κατά τη διάρκεια της ημέρας και θέρμανσης κατά τη διάρκεια της νύχτας. Με την αύξηση της συγκέντρωσης του CO 2 σε επίπεδα υψηλότερα από τα κανονικά μετατοπίζεται υψηλότερα η άριστη θερμοκρασία ανάπτυξης των περισσοτέρων C 3 φυτών. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη μετατόπιση του σημείου έναρξης του αερισμού σε υψηλότερα επίπεδα επιτρέποντας στο θερμοκήπιο τη συλλογή περισσότερης ενέργειας κατά τη διάρκεια της ημέρας. Η ενέργεια αυτή αποδίδεται κατά τη διάρκεια της νύχτας περιορίζοντας έτσι την παροχή τεχνητής θέρμανσης. Η μέθοδος εμπλουτισμού με CO 2 η οποία εφαρμόστηκε είναι αυτή των υψηλών θερμοκρασιών. Σε πρώτη φάση ερευνήθηκε η επίδραση του εμπλουτισμού στο ενεργειακό ισοζύγιο του θερμοκηπίου αξιοποιώντας μόνο τη θερμοχωρητικότητα του και σε δεύτερη φάση αξιοποιώντας και τη θερμοχωρητικότητα ενός συστήματος εξοικονόμησης ενέργειας όπως είναι το παθητικό ηλιακό σύστημα των πλαστικών σωλήνων με νερό. Δευτερεύων σκοπός της διατριβής είναι η μελέτη της διακύμανσης της υγρασίας του αέρα στα θερμοκήπια κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών με CO 2, με στόχο να διαπιστωθεί, αν η υγρασία αποτελεί περιοριστικό παράγοντα του εμπλουτισμού. Η μελέτη αυτή κρίθηκε σκόπιμη, καθώς η υγρασία είναι ο μόνος παράγοντας του 17

περιβάλλοντος του θερμοκηπίου, ο οποίος δύναται να μειώσει την αποτελεσματικότητα του εμπλουτισμού στη δυνατότητα εξοικονόμησης ενέργειας, με το δεδομένο ότι τα χρονικά διαστήματα της εφαρμογής του εμπλουτισμού καθορίζονται από τη θερμοκρασία και την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας. Τέλος μελετήθηκε και η επίδραση του εμπλουτισμού με CO 2 στην ανάπτυξη και απόδοση των φυτών για όσο διάστημα διήρκεσαν οι μετρήσεις της μελέτης για την εξοικονόμηση ενέργειας. Η όλη έρευνα πραγματοποιήθηκε σε δύο πανομοιότυπα θερμοκήπια (πειραματικό θερμοκήπιο και θερμοκήπιο- μάρτυρας) στα πλαίσια τριών πειραμάτων: την άνοιξη του 2004, το φθινόπωρο του 2004 και την άνοιξη του 2005. Στο πρώτο πείραμα συνδυάστηκαν οι καλλιέργειες της πιπεριάς και της τομάτας, ενώ στο δεύτερο και τρίτο πείραμα οι καλλιέργειες της πιπεριάς και του αγγουριού. Η χρήση του παθητικού ηλιακού συστήματος των πλαστικών σωλήνων με νερό έγινε στο δεύτερο και τρίτο πείραμα Από την ανάλυση των αποτελεσμάτων προέκυψαν τα παρακάτω γενικά συμπεράσματα: 1. Ο εμπλουτισμός με CO 2 συμβάλλει στην καλύτερη αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας τόσο από το θερμοκήπιο όσο και από το παθητικό ηλιακό σύστημα των σωλήνων πολυαιθυλενίου με νερό. Η διατήρηση υψηλών επιπέδων CO 2 με εμπλουτισμό μείωσε τις ανάγκες αερισμού του πειραματικού θερμοκηπίου από 3 ως 8 ώρες ανά ημέρα, σε κάθε πείραμα, συμβάλλοντας έτσι στη δέσμευση μεγαλύτερων ποσών ενέργειας. Το γεγονός αυτό αποτυπώθηκε τόσο στις διαφορές των θερμοκρασιών του αέρα, του εδάφους και του νερού των σωλήνων, όσο και στη διαφορά των θερμικών απωλειών μεταξύ των δύο θερμοκηπίων κατά τη διάρκεια της νύχτας. Οι διαφορές στη θερμοκρασία του αέρα των θερμοκηπίων δημιούργησαν και διαφορετικές πορείες πτώσης της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της νύχτας, με αποτέλεσμα να μην ήταν καθόλου απαραίτητη η παροχή θέρμανσης στο πειραματικό θερμοκήπιο κατά 8 νύχτες, από ένα σύνολο 42 ημερών του πρώτου πειράματος, κατά 14 νύχτες από ένα σύνολο 39 ημερών του δεύτερου πειράματος και κατά 10 νύχτες 18

από ένα σύνολο 28 ημερών του τρίτου πειράματος. Για τις υπόλοιπες ημέρες παρατηρήθηκε ότι η παροχή θέρμανσης στο πειραματικό θερμοκήπιο ήταν απαραίτητη από 0.5 έως 4 ώρες (πρώτο πείραμα) και από 1.5 ως 6 ώρες (δεύτερο και τρίτο πείραμα) αργότερα από ό,τι στο θερμοκήπιο- μάρτυρα. Υπολογίζοντας τα ποσά της θερμικής ενέργειας κατά τη δύση του ηλίου που δεσμεύτηκαν σε κάθε θερμοκήπιο προέκυψε ότι στο πειραματικό θερμοκήπιο δεσμευόταν από 10 ως 25% περισσότερη ενέργεια στο πρώτο πείραμα και από 35 ως 70% περισσότερη ενέργεια στο δεύτερο και τρίτο πείραμα, από ότι στο θερμοκήπιομάρτυρα. Η ποσότητα ισοδύναμου πετρελαίου η οποία θα έπρεπε να χρησιμοποιηθεί έτσι ώστε να ύπαρξη εξομοίωση των ενεργειακών διαφορών μεταξύ των δύο θερμοκηπίων, για το σύνολο των νυχτών του πρώτου, δεύτερου και τρίτου πειράματος ήταν 399 Kg/στρέμμα (για 42 νύχτες), 760 Kg/στρέμμα (για 39 νύχτες) και 567 Kg/στρέμμα (για 28 νύχτες), αντίστοιχα. Στην πράξη οι ποσότητες αυτές πετρελαίου αυξάνονται κατά ένα ποσοστό, ανάλογα με το βαθμό απόδοσης του καυστήρα. Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα του πρώτου πειράματος με αυτά του δεύτερου και τρίτου προκύπτει το συμπέρασμα ότι η χρήση του παθητικού ηλιακού συστήματος επεκτείνει τη δυνατότητα εξοικονόμησης ενέργειας από την εφαρμογή εμπλουτισμών με CO 2. Αντίστροφα και η εφαρμογή των εμπλουτισμών με CO 2 οδηγεί σε βελτίωση της αποδοτικότητας του παθητικού ηλιακού συστήματος. 2. Η άνοδος της σχετικής υγρασίας του αέρα κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών κυμάνθηκε κάτω από τα ανώτερα επιτρεπτά όρια, με θετικό αποτέλεσμα να μην περιορίζεται η συνολική χρονική διάρκεια εφαρμογής του εμπλουτισμού και κατ επέκταση η αποτελεσματικότητα του, καθώς δεν ήταν απαραίτητος ο αερισμός του θερμοκηπίου για τη μείωση της σχετικής υγρασίας. Συμπεραίνεται, ότι η προσπάθεια για την επίτευξη εξοικονόμησης ενέργειας στα θερμοκήπια με την εφαρμογή εμπλουτισμών με CO 2, δεν περιορίζεται από την υγρασία και συνακόλουθα δεν επηρεάζεται αρνητικά η ανάπτυξη των φυτών. 3. Η μέθοδος εμπλουτισμού CO 2 με υψηλές θερμοκρασίες όχι μόνο δε δρα περιοριστικά στην ανάπτυξη των φυτών, αλλά επιφέρει και θετικά αποτελέσματα, όπως και οι άλλες μέθοδοι εμπλουτισμού. Τα φυτά στο πειραματικό θερμοκήπιο 19

απορροφούσαν έντονα το CO 2 και παρουσίασαν καλύτερη ανάπτυξη και μεγαλύτερη παραγωγικότητα σε σύγκριση με τα φυτά στο θερμοκήπιο- μάρτυρα, παρά το γεγονός ότι αναπτύσσονταν σε υψηλότερες από τα κανονικά επίπεδα θερμοκρασίες. Τελικά, ο εμπλουτισμός με CO 2, εκτός από τη βελτίωση της ανάπτυξης και απόδοσης των φυτών θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί αφενός ως μια τεχνική εξοικονόμησης ενέργειας στα θερμοκήπια, και αφετέρου ως μια τεχνική βελτίωσης της αποδοτικότητας του παθητικού ηλιακού συστήματος των πλαστικών σωλήνων με νερό. 20

ARISTOTLE UNIVERSITY OF THESSALONIKI SCHOOL OF AGRICULTURE DEPARTMENT OF HYDRAULICS, SOIL SCIENCE AND AGRICULTURAL ENGINEERING ENERGY SAVING IN GREENHOUSES WITH CO 2 ENRICHMENT Ph.D Thesis By Dimitrios T. Vafiadis SUMMARY In this thesis, the effect of the CO 2 enrichment on the energy saving in greenhouses was investigated. Besides a technical increase in the productivity and growth of the plants, the CO 2 enrichment can also be applied on energy saving in greenhouses in respect according to the following analysis: In Greece, the vegetable cultivation period in greenhouses is mainly spring but also autumn. The temperatures inside the greenhouses, during many days of these periods exceed the demands level during the day and drop below this level during the night. This temperature difference between day and night appears more intense in the north Greece region. Because of this phenomenon, it is vital to cool greenhouses during the day and heat them during the night. With the increase of CO 2 concentration to levels higher than normal, the optimal temperature of C 3 plant growth is moved higher. This has the result of the change of the starting point of ventilation to higher level allowing the collection of more energy in the greenhouse during the day. This energy is produced during night limiting the supply of artificial heating. 21

The CO 2 enrichment method used in the experiments was the method with the rising temperatures. In the first phase, the effect of CO 2 enrichment on the energy balance in greenhouses was examined exploiting only its thermal capacity. In the second phase the examination was carried out exploiting the thermal capacity of an energy saving system such as the passive solar system of the plastic tubes filled with water. The study of the air humidity variation in greenhouses during the CO 2 enrichment was the second goal of this dissertation. Its purpose is to find if the humidity is a restricted factor of this enrichment. This study is necessary due to the fact that humidity is the only environmental factor in greenhouse that could reduce the effectiveness of the enrichment in the energy saving possibility. This happens because the enrichment application is defined both from the temperature and from the intensity of solar radiation. Finally, the CO 2 enrichment influence on the growth and the yield of the plants was studied during the experimental time. The whole research was carried out in two identically greenhouses (experimental greenhouse and control greenhouse). Three experiments were conducted during the spring of 2004, the autumn 2004 and the spring of 2005. In the first experiment, pepper and tomato cultivations were combined, while in the two others experiments the combination was with pepper and cucumber cultivations. The passive solar system of the plastic tubes with water was used in the second and third experiment. The main outcomes of this study are: 1. The CO 2 enrichment contributes to the better solar energy utilization both from the greenhouse and from the passive solar system of the PE tubes with water. The high CO 2 level conservation with enrichment reduced the ventilation requirements of the experimental greenhouse from 3 to 8 hours per day, in each experiment. This means that more energy amounts have been stored. This can be seen from the temperature differences in the air, in the soil and in the water inside the pipes in the difference of the thermal loss between the two greenhouses during the night. 22

Different fall courses of the temperature during the night were created by the air temperature differences in greenhouses. The result of this was that the heating supply in the experimental greenhouse for 8 nights in a period of 42 days in the first experiment, for 14 nights in a period of 39 days in the second experiment and for 10 nights in a period of 28 days in the third experiment was not necessary. For the other days the heating supply in the experimental greenhouse was necessary from 0.5 until 4 hours (first experiment) and from 1.5 until 6 hours (second and third experiment) later than in the control greenhouse. From the thermal energy amounts calculation during the sunset that were absorbed in each greenhouse it was derived that in the experimental greenhouse 10-25% more energy in the first experiment and 35-70% more energy in the second and third experiment was absorbed than in the control greenhouse. The amount of the equivalent oil that had to be used so that equalization of the energy differences between the two greenhouses could exist for the nights of the first, second and third experiment was 3.99 tn/ha (for 42 nights), 7.6 tn/ha (for 39 nights) and 5.67 tn/ha (for 28 nights) respectively. In practice, these amounts of oil are raised at a rate according to the burner efficiency factor. After analyzing the results of the first experiment compared to the results of the second and third experiment the following conclusion is derived: the use of the passive solar system enlarges the energy saving possibility from CO 2 enrichment application. Conversely the CO 2 enrichment application leads to the improvement of the passive solar system efficiency. 2. The raise of the proportional air humidity during the enrichments fluctuated below the higher demand levels, with the positive result of not limiting the total application time duration of the enrichment and consequently its effectiveness, as the greenhouse ventilation was not necessary for the relative humidity reduction. It is concluded that the effort for the energy saving achievement in the greenhouses with the CO 2 enrichment application is not limited from the humidity so the plant growth is not influenced negatively. 3. Τhe CO 2 enrichment method with rising temperatures acts not only restrictively in the growth of plants, but also brings positive results as the other enrichment methods. The plants in the experimental greenhouses absorbed the CO 2 intensely 23

and presented better growth and higher productivity compared with the plants in the control greenhouse despite the fact that they grew in higher temperatures than the normal temperature levels. Finally, the CO 2 enrichment, besides the improvement of the growth and the plants yield if could be used as an energy saving technique in the greenhouses and as technique of the improvement of a passive solar system with water plastic pipes efficiency. 24

Κεφάλαιο 1 ο Εισαγωγή 1.1.Τα θερμοκήπια στην Ελλάδα Οι θερμοκηπιακές επιχειρήσεις έχουν ως κύριο σκοπό την παραγωγή κηπευτικών και ανθοκομικών προϊόντων εκτός εποχής. Η μεγάλη στρεμματική απόδοση τις καθιστά από τις πιο εντατικές εκμεταλλεύσεις στην ελληνική γεωργία συμβάλλοντας σημαντικά τόσο στη διαμόρφωση του γεωργικού εισοδήματος, όσο και στην ενίσχυση του εθνικού εισοδήματος. Τα κηπευτικά είναι μια από τις πιο σημαντικές καλλιέργειες στη χώρα μας καταλαμβάνοντας το 25% της συνολικής ακαθάριστης αξίας της φυτικής παραγωγής. Η αξία των κηπευτικών στα θερμοκήπια αντιπροσωπεύει το 15% της αξίας του συνόλου των κηπευτικών, [Υπουργείο Γεωργίας,2001]. Κατά την περίοδο 1960-1990 η αύξηση των θερμοκηπιακών εκτάσεων στην Ελλάδα ήταν ιδιαίτερα θεαματική, (σχήμα 1.1). Την τελευταία όμως 15ετία εμφανίζεται μια προοδευτική στασιμότητα, παρά το γεγονός ότι ο κλάδος των θερμοκηπίων θεωρείται κλάδος με συγκριτικό πλεονέκτημα για τη χώρα μας, εξαιτίας κυρίως των ευνοϊκών κλιματικών συνθηκών που επικρατούν. [Ινστιτούτο Ανάπτυξης και Διαχείρισης Φυσικών Πόρων,1994]. Μεταξύ των μεσογειακών χωρών η Ελλάδα καταλαμβάνει την έβδομη θέση με πρώτη την Ισπανία με 283.500 στρέμματα θερμοκηπίων. Από το σύνολο των 1.034.020 στρεμμάτων αυτών της Μεσογείου η Ελλάδα κατέχει μόνο το 3.85%, [Γεωργία- Κτηνοτροφία,1999]. Η γεωγραφική κατανομή των θερμοκηπίων στη Ελλάδα καθορίζεται από τις κλιματολογικές συνθήκες που επικρατούν. Τα περισσότερα θερμοκήπια είναι συγκεντρωμένα στις περιοχές με ήπιο χειμώνα, γιατί μειώνονται σημαντικά οι ανάγκες σε θέρμανση [Βασιλείου,1992]. Τέτοιες περιοχές είναι η Κρήτη, η Νοτιοδυτική Πελοπόννησος, η Αττική, οι Κυκλάδες, η Χαλκιδική, κ.α.. Στο σχήμα 1.2, δίνεται η ποσοστιαία γεωγραφική κατανομή των θερμοκηπίων ανά περιφέρεια για το έτος 2001. 25

45000 40000 35000 Έκταση (στρέμματα) 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 1955 1960 1970 1980 1990 1998 2003 Χρόνος (έτη) Σχήμα 1.1. Εξέλιξη των θερμοκηπίων στην Ελλάδα κατά τη περίοδο 1955-2003. [Υπουργείο Γεωργίας,2003] Κρήτης Νοτίου Αιγαίου Βορείου Αιγαίου Πελοποννήσου 3,58 0,99 13,7 41,83 Αττικής 3,04 Στερεάς Ελλάδος 0,64 Δυτικής Ελλάδος 8,54 Ιονίου Νήσων 0,49 Θεσσαλίας 2,36 Ηπείρου 4,72 Δ. Μακεδονίας Κ. Μακεδονίας Α. Μακεδονίας-Θράκης 0,075 1,8 17,65 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 % του συνόλου Σχήμα 1.2. Ποσοστιαία κατανομή των θερμοκηπίων στην Ελλάδα κατά περιφέρεια. [Υπουργείο Γεωργίας,2003] 26

Τα κυριότερα κηπευτικά είδη που καλλιεργούνται στα θερμοκήπια είναι οι τομάτες και τα αγγούρια. Σε μικρότερη έκταση βρίσκονται οι πιπεριές, τα κολοκυθάκια, οι μελιτζάνες, οι φράουλες, τα φασολάκια, τα μαρούλια, και τα καρπούζια (σχήμα 1.3). 23% 54% 9% 3% 3% 3% 2% 2% 1% Τομάτα Αγγούρια Πιπεριά Κολοκυθάκια Μελιτζάνες Φασολάκια Φράουλα Καρπούζια Μαρούλια Σχήμα 1.3. Ποσοστιαία κατανομή των θερμοκηπιακών κηπευτικών καλλιεργειών στην Ελλάδα. [Υπουργείο Γεωργίας,2003] Πιο αναλυτικά στους πίνακες 1.1, 1.2 και 1.3, δίνονται αντίστοιχα οι γεωγραφικές κατανομές των καλλιεργειών τομάτας, αγγουριού και πιπεριάς για το έτος 2001. 27

Πίνακας 1.1. Γεωγραφική κατανομή θερμοκηπιακής καλλιέργειας τομάτας. [Υπουργείο Γεωργίας,2003] Περιφέρεια Έκταση (στρέμματα) % της συνολικής έκτασης 1η Παραγωγή (τόνοι) 2η Παραγωγή (τόνοι) Συνολική Παραγωγή (τόνοι) Ανατολικής Μακεδονίας-Θράκης 447 1,98 3280 174 3454 Κεντρικής Μακεδονίας 3485 15.4 30012 8463 38475 Δυτικής Μακεδονίας 18 0,08 111 2 113 Ηπείρου 1497 6.6 14433 1810 16243 Θεσσαλίας 884 3.9 8509 965 9474 Ιονίου Νησιών 160 0.71 1716 100 1816 Δυτικής Ελλάδος 1545 6.84 16344 380 16724 Στερεάς Ελλάδος 193 0.85 2024 60 2084 Αττικής 765 3.4 8672 1740 10412 Πελοποννήσου 2594 11.47 25758 1520 27278 Βορείου Αιγαίου 249 1.1 2855 200 3055 Νοτίου Αιγαίου 793 3.5 4995 150 5145 Κρήτης 9971 44.12 119063 40820 159883 Γενικό σύνολο χώρας 22601 100 237772 56384 294156 Πίνακας 1.2. Γεωγραφική κατανομή θερμοκηπιακής καλλιέργειας αγγουριού. [Υπουργείο Γεωργίας, 2003] Περιφέρεια Έκταση (στρέμματα) % της συνολικής έκτασης 1η Παραγωγή (τόνοι) 2η Παραγωγή (τόνοι) Συνολική Παραγωγή (τόνοι) Ανατολικής Μακεδονίας-Θράκης 175 1.75 1635 61 1696 Κεντρικής Μακεδονίας 1441 14.37 16037 9965 26002 Δυτικής Μακεδονίας 4 0.04 25 10 35 Ηπείρου 273 2.72 4277 1140 5417 Θεσσαλίας 260 2.59 1887 1085 2972 Ιονίου Νησιών 27 0.27 242 40 282 Δυτικής Ελλάδος 425 4.24 5575 1480 7055 Στερεάς Ελλάδος 48 0.49 44 304 348 Αττικής 443 4.42 3541 3756 7297 Πελοποννήσου 1163 11.6 21232 10790 32022 Βορείου Αιγαίου 126 1.26 1944 231 2175 Νοτίου Αιγαίου 340 3.39 2800 3500 6300 Κρήτης 5303 52.88 59480 9890 69370 Γενικό σύνολο χώρας 10028 100 118719 42252 160971 28

Πίνακας 1.3. Γεωγραφική κατανομή θερμοκηπιακής καλλιέργειας πιπεριάς. [Υπουργείο Γεωργίας,2003] Περιφέρεια Έκταση (στρέμματα) % της συνολικής έκτασης 1η Παραγωγή (τόνοι) 2η Παραγωγή (τόνοι) Συνολική Παραγωγή (τόνοι) Ανατολικής Μακεδονίας-Θράκης 30 0.79 91 2 93 Κεντρικής Μακεδονίας 1847 48.64 11490 1000 12490 Δυτικής Μακεδονίας 10 0.26 30 0 30 Ηπείρου 16 0.42 44 0 44 Θεσσαλίας 88 2.32 233 0 233 Ιονίου Νησιών 3 0.08 8 6 14 Δυτικής Ελλάδος 16 0.42 72 0 72 Στερεάς Ελλάδος 0 0 0 0 0 Αττικής 2 0.05 7 8 15 Πελοποννήσου 620 16.33 3810 440 4250 Βορείου Αιγαίου 3 0.08 7 0 7 Νοτίου Αιγαίου 56 1.49 295 0 295 Κρήτης 1106 29.13 10810 0 10810 Γενικό σύνολο χώρας 3797 100 26897 1456 28353 Ένα ακόμα στατιστικό στοιχείο που παρουσιάζει ενδιαφέρον είναι η συνολική αναλογία και η γεωγραφική κατανομή των τύπων των θερμοκηπίων (σχήμα 1.4 και πίνακας 1.4). 47% 53% Τυποποιημένα Χωρικού τύπου Σχήμα 1.4. Αναλογία τυποποιημένων και χωρικού τύπου θερμοκηπίων στην Ελλάδα, κατά έκταση. [Υπουργείο Γεωργίας,2003] 29

Πίνακας 1.4. Γεωγραφική κατανομή θερμοκηπίων ανάλογα με τον τρόπο κατασκευής τους. [Υπουργείο Γεωργίας,2003] Τυποποιημένα Χωρικού τύπου Σύνολο (έκταση) Περιφέρεια Ανατολικής Μακεδονίας-Θράκης 491 280 771 Κεντρικής Μακεδονίας 2409 5156 7565 Δυτικής Μακεδονίας 7 25 32 Ηπείρου 1258 765 2023 Θεσσαλίας 950 308 1258 Ιονίου Νήσων 122 88 210 Δυτικής Ελλάδος 1684 1977 3661 Στερεάς Ελλάδος 213 60 273 Αττικής 1172 130 1302 Πελοποννήσου 2505 3366 5871 Βορείου Αιγαίου 236 190 426 Νοτίου Αιγαίου 455 1078 1533 Κρήτης 11021 6903 17924 Γενικό σύνολο χώρας 22523 20326 42849 1.2.Τα προβλήματα του κλάδου των θερμοκηπίων στην Ελλάδα Η ανάπτυξη του κλάδου των θερμοκηπίων στη χώρα μας χαρακτηρίζεται στάσιμη και απειλείται, εξαιτίας ενός συνόλου προβλημάτων, ακόμη και με συρρίκνωση. Τα σημαντικότερα από τα προβλήματα αυτά είναι τα εξής: H έλλειψη οικονομικών ενισχύσεων από την πολιτεία, τουλάχιστον για το κόστος πρώτης εγκατάστασης. Το αυξημένο κόστος κατασκευής και εξοπλισμού των θερμοκηπίων. Η έλλειψη σε ειδικευμένο επιστημονικό και τεχνικό προσωπικό σε θέματα θερμοκηπίων Η ανεπαρκής κατάρτιση των παραγωγών στη σωστή διαχείριση των θερμοκηπιακών επιχειρήσεων. Η αναγκαιότητα εξασφάλισης πολλών εργατικών χεριών κατά περιόδους ( φύτευση, συγκομιδή κ.α.) Τα υψηλά επιτόκια χορηγήσεων και οι μεγάλες εγγυήσεις που απαιτούν οι τράπεζες για το δανεισμό σε θερμοκηπιακές επιχειρήσεις. 30

Ο ανταγωνισμός από το εξωτερικό και από τα προϊόντα υπαίθριας καλλιέργειας. Από το Μάιο ως τον Οκτώβριο τα θερμοκηπιακά προϊόντα ανταγωνίζονται τόσο τα προϊόντα που παράγονται στην ύπαιθρο, όσο και αυτά που εισάγονται με χαμηλότερες τιμές από τις όμορες χώρες. Κατά τη χειμερινή περίοδο ο ανταγωνισμός προέρχεται κυρίως από χώρες, όπως η Ολλανδία ή το Ισραήλ, όπου τα εισαγόμενα προϊόντα όχι μόνο καλύπτουν την εγχώρια έλλειψη, αλλά είναι και ποιοτικώς καλύτερα εξαιτίας των άριστων συνθηκών καλλιέργειας που επικρατούν στα θερμοκήπια των χωρών αυτών. Οι χαμηλές στρεμματικές αποδόσεις και οι αυξομειώσεις στην παραγωγή εξαιτίας της εξάρτησης από τις καιρικές συνθήκες κάθε χρονιάς δυσχεραίνουν τον προγραμματισμό των εξαγωγών και τις πωλήσεις με σταθερά συμβόλαια σε μεγάλες αλυσίδες λιανικής πώλησης. Η κακή οργάνωση της εμπορίας των κηπευτικών και ανθοκομικών προϊόντων και η έλλειψη συνεταιρισμών ή οποιασδήποτε άλλης μορφής συλλογικής οργάνωσης των παραγωγών, για την προώθηση των προϊόντων, τους καθιστά ευάλωτους στις πιέσεις των εμπόρων. Τα περισσότερα θερμοκήπια στην Ελλάδα είναι κατασκευές κακής ποιότητας και παρουσιάζουν πολλές ατέλειες. Το 47% των θερμοκηπίων είναι χωρικού τύπου, δηλαδή ξύλινες κατασκευές χαμηλού ύψους χωρίς εξοπλισμούς. Στα τυποποιημένα θερμοκήπια καταγράφονται ακατάλληλα πλαστικά κάλυψης που έχουν απολέσει το χρόνο ζωής τους και επίσης βασικές ελλείψεις σε εξοπλισμούς. Οι κλιματολογικές συνθήκες σε συνδυασμό με την αδυναμία ελέγχου και ρύθμισης του μικροπεριβάλλοντος του θερμοκηπίου εξαιτίας της έλλειψης βασικών και συμπληρωματικών εξοπλισμών. Έτσι, κατά τη θερινή περίοδο, υφίσταται το πρόβλημα των υψηλών θερμοκρασιών, που πρέπει να αντιμετωπιστεί με αερισμό ή δροσισμό ενώ κατά τη χειμερινή το πρόβλημα του υψηλού κόστους θέρμανσης, ιδιαίτερα στην περιοχή της Βόρειας Ελλάδας. 31

1.3.Η κατάσταση του κλάδου των θερμοκηπίων στη Βόρεια Ελλάδα και η αναγκαιότητα της εξοικονόμησης ενέργειας. Από έρευνα που έγινε στα πλαίσια της διατριβής και στηρίζεται σε στοιχεία του Υπουργείου Γεωργίας, των Διευθύνσεων Αγροτικής Ανάπτυξης των Νομαρχιακών Αυτοδιοικήσεων της Κεντρικής Μακεδονίας, της Κεντρικής Αγοράς Οπωροκηπευτικών Θεσσαλονίκης και επιτόπιες επισκέψεις σε θερμοκηπιακά κέντρα της περιοχής ( Βασιλικά, Αγγελοχώρι, Λαγκαδάς, Απολλωνία, Νιγρίτα, Αγ. Γεώργιος Ημαθίας κ.α.), προκύπτουν τα παρακάτω δεδομένα για την κατάσταση του κλάδου των θερμοκηπίων στην Κεντρική Μακεδονία: Στην Κεντρική Μακεδονία βρίσκεται εγκατεστημένο το 17.65% των συνολικών θερμοκηπίων της χώρας. Τα θερμοκήπια αυτά, (7565 στρέμματα) αποτελούν το 90.5% της συνολικών θερμοκηπίων των τριών περιφερειών της Βόρειας Ελλάδας, (8368 στρέμματα). Το 68.15% των θερμοκηπίων είναι χωρικού τύπου. Πρόκειται για ξύλινες κατασκευές, χαμηλού ύψους με φυσικό αερισμό. Ο μόνος εξοπλισμός που υπάρχει σε ορισμένες περιπτώσεις είναι κάποιο υποτυπώδες σύστημα θέρμανσης για προστασία της καλλιέργειας από πολύ χαμηλές θερμοκρασίες νωρίς την άνοιξη. Το 90% των θερμοκηπιακών μονάδων είναι οικογενειακής μορφής επιχειρήσεις με έκταση από 2 ως 4 στρέμματα. Τα τυποποιημένα θερμοκήπια είναι μεταλλικές κατασκευές με υλικό κάλυψης πολυαιθυλένιο (PE). Ένας μικρός αριθμός θερμοκηπίων χρησιμοποιεί για υλικό κάλυψης και πολυβυνιλοχλωρίδιο (PVC), κυρίως για τα πλευρικά τοιχώματα. Τα γυάλινα θερμοκήπια ανέρχονται περίπου σε 50 στρέμματα. Ένα πολύ σημαντικό μειονέκτημα των πλαστικών θερμοκηπίων είναι ότι λειτουργούν με υλικά κάλυψης που έχουν καταστεί ακατάλληλα. Οι παραγωγοί δεν κατανοούν την σημασία του φωτισμού στην ανάπτυξη των φυτών με αποτέλεσμα τα πλαστικά κάλυψης να παραμένουν στα θερμοκήπια ως και 6 φορές περισσότερο από ό,τι είναι ο χρόνος ζωής τους. Τα τυποποιημένα θερμοκήπια συνήθως φέρουν τον ελάχιστο δυνατό εξοπλισμό που απαιτείται για να μπορεί να υπάρξει ανάπτυξη των φυτών: όπως το σύστημα θέρμανσης, το σύστημα άρδευσης και το σύστημα φυσικού αερισμού. Υστερούν όμως σε συμπληρωματικό εξοπλισμό με τον οποίο δημιουργούνται οι άριστες συνθήκες ανάπτυξης των φυτών. Απόρροια αυτών των 32

ελλείψεων είναι η ιδιαίτερα χαμηλή στρεμματική απόδοση που παρουσιάζουν τα θερμοκήπια στη Κεντρική Μακεδονία: Οι καλλιέργειες της τομάτας, του αγγουριού και της πιπεριάς καταλαμβάνουν το 89.53% της συνολικής έκτασης των θερμοκηπίων. Η τομάτα καλλιεργείται σε 3485 στρέμματα και η συνολική παραγωγή ανέρχεται σε 38475 τόνους. Η μέση ετήσια στρεμματική απόδοση είναι 11.04 τόνοι. Η καλλιέργεια αγγουριού καταλαμβάνει 1441 στρέμματα και η συνολική παραγωγή ανέρχεται σε 26002 τόνους. Η μέση ετήσια στρεμματική απόδοση είναι 18.04 τόνοι. Η πιπεριά καλλιεργείται σε 1847 στρέμματα και η συνολική παραγωγή ανέρχεται σε 12490 τόνους. Η μέση ετήσια στρεμματική απόδοση είναι 6.76 τόνοι. Στην περιοχή της Μακεδονίας υπάρχουν δύο περίοδοι παραγωγής, [Ντόγρας,2001]: η ανοιξιάτικη, με έναρξη τέλος Φεβρουαρίου- αρχές Μαρτίου και λήξη το καλοκαίρι, και η φθινοπωρινή, με εγκατάσταση της καλλιέργειας το καλοκαίρι και λήξη τέλος Νοεμβρίου. Η πιο σημαντική καλλιεργητική περίοδος είναι η ανοιξιάτικη, καθώς το 80.8%, το 73.8% και το 94.8%, των συνολικών ποσοτήτων τομάτας, αγγουριού και πιπεριάς, αντίστοιχα παράγονται αυτήν την περίοδο. Τα μόνα προϊόντα που εξάγονται είναι μια σχετικά μικρή ποσότητα αγγουριών και σε ακόμη μικρότερη ποσότητα πιπεριές, σε εποχή όμως που οι τιμές στις αγορές του εξωτερικού είναι ήδη χαμηλές, (προς το τέλος της άνοιξης). Αντιθέτως σχεδόν όλα τα κηπευτικά προϊόντα από τα μέσα του φθινοπώρου ως και την άνοιξη, είτε εισάγονται από το εξωτερικό είτε μεταφέρονται από τη Νότια Ελλάδα. Υπάρχουν δύο περιπτώσεις θερμοκηπιακών μονάδων που λειτουργούν και κατά τη διάρκεια του χειμώνα: πρώτον αυτές, οι οποίες θερμαίνονται με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, δεύτερον αυτές, που κάνουν χρήση συμβατικών καυσίμων με συστήματα εξοικονόμησης ενέργειας (π.χ. θερμοκουρτίνες) και επίσης διαθέτουν σταθερά συμβόλαια πώλησης των παραγόμενων προϊόντων τους. Από τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας εφαρμόζεται η γεωθερμία σε 167 στρέμματα, [Φυτίκας και Ανδρίτσος,2004] με σημαντικότερο κέντρο τη Νιγρίτα Σερρών και η 33

βιομάζα με σημαντικό κέντρο καύσης βιομάζας το δήμο Δοβρά του νομού Ημαθίας, όπου 124 στρέμματα θερμοκηπίων θερμαίνονται με καύση πυρήνων οπωροφόρων, [Μαρτζόπουλος,2001]. Υπάρχει και ένας μικρός, μη καταγεγραμμένος αριθμός θερμοκηπίων, ο οποίος θερμαίνεται με άλλο είδος βιομάζας πέραν του πυρηνόξυλου. Από τα συστήματα εξοικονόμησης ενέργειας διαδεδομένο είναι το παθητικό ηλιακό σύστημα των πλαστικών σωλήνων με νερό. Τέλος οι θερμοκηπιακές μονάδες, οι οποίες χρησιμοποιούν συμβατικά καύσιμα αναφέρουν ότι κατά τη διάρκεια των ψυχρών περιόδων του έτους, το κόστος θέρμανσης ανέρχεται μέχρι και στο 80% του συνολικού κόστους παραγωγής. Το γεγονός αυτό αποτυπώνεται στις τιμές των προϊόντων, αφού οι τιμές πώλησης σε πολλές περιπτώσεις μπορεί να είναι και 10πλάσιες κατά τη διάρκεια του χειμώνα συγκριτικά με το καλοκαίρι. Σύμφωνα με όσα αναφέρθηκαν παραπάνω προκύπτει το γενικότερο συμπέρασμα ότι ο κλάδος των θερμοκηπίων στη Βόρεια Ελλάδα είναι αρκετά περιορισμένος και υπολειτουργεί. Η ανάπτυξη του κλάδου ιδιαίτερα στην Κεντρική Μακεδονία επιβάλλεται για δύο κυρίως λόγους: 1. Για την κάλυψη της τοπικής ζήτησης και τον περιορισμό των πολυδάπανων εισαγωγών. 2. Για την αξιοποίηση του συγκριτικού πλεονεκτήματος της Κεντρικής Μακεδονίας εξαιτίας της γεωγραφικής της θέσης καθώς, είτε μέσω της Εγνατίας οδού και του λιμανιού της Ηγουμενίτσας είτε οδικώς από τις χώρες της πρώην Γιουγκοσλαβίας, τα θερμοκηπιακά προϊόντα μπορούν να εξάγονται στις μεγάλες αγορές οπωροκηπευτικών της Κεντρικής Ευρώπης ευκολότερα και με χαμηλότερο κόστος, από ό,τι τα προϊόντα που παράγονται στη Νότια Ελλάδα και ιδιαίτερα στην Κρήτη. Για να αλλάξει η σημερινή κατάσταση πρέπει να δημιουργηθούν πολλές νέες θερμοκηπιακές μονάδες, να λειτουργούν πιο αποδοτικά και με μικρότερο ενεργειακό κόστος παραγωγής. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με : Την κατασκευή σύγχρονων- τυποποιημένων θερμοκηπίων που να φέρουν εξοπλισμούς ελέγχου περιβάλλοντος, (τεχνητό φωτισμό, εμπλουτισμό με CO 2 ). 34

Την ελαχιστοποίηση της χρήσης συμβατικών καυσίμων κατά τη διάρκεια των ψυχρών περιόδων του έτους. Το συνδυασμό των ανωτέρω. Ο περιορισμός της χρήσης συμβατικών καυσίμων επιτυγχάνεται με δύο τρόπους: Με τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, όπου το κόστος της πρώτης ύλης για την παραγωγή θερμότητας είναι συγκριτικά πολύ χαμηλό (π.χ. καύση βιομάζας, γεωθερμική ενέργεια, ηλιακά υβριδικά και παθητικά συστήματα). Με συστήματα εξοικονόμησης και διατήρησης της ενέργειας. Η οποιαδήποτε προσπάθεια εξοικονόμησης συμβατικών καυσίμων έχει άμεση θετική επίδραση τόσο στη δυνατότητα παραγωγής, όσο και στην τιμή των θερμοκηπιακών προϊόντων. Η μείωση της τιμής των κηπευτικών θα οδηγήσει σε αύξηση της ζήτησης τους, καθώς με τις επικρατούσες τιμές πολλοί καταναλωτές αδυνατούν οικονομικά να προμηθεύονται κηπευτικά εκτός εποχής. Η αύξηση αυτή της ζήτησης θα δώσει ώθηση σε μια σημαντική οικονομική δραστηριότητα της ελληνικής γεωργίας. Επισημαίνεται επίσης ότι τα κηπευτικά είναι απαραίτητα για την υγιεινή διατροφή του ανθρώπου, καθώς αποτελούν πηγές πλούσιες σε βιταμίνες και ιχνοστοιχεία. 35

1.4.Οι παράγοντες του περιβάλλοντος του θερμοκηπίου και η επίδραση τους στην ανάπτυξη των φυτών. Οι παράγοντες, οι οποίοι επηρεάζουν την ανάπτυξη και κατ επέκταση την παραγωγικότητα των φυτών στα θερμοκήπια μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: α.) Αυτοί που επηρεάζουν τις λειτουργίες του φυτού στο υπόγειο τμήμα τους (στη ρίζα) και β.) Αυτοί που αντίστοιχα επηρεάζουν τις λειτουργίες του φυτού στο υπέργειο τμήμα τους. Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν οι παράγοντες του εδάφους, όπως η θερμοκρασία, το οξυγόνο, η περιεκτικότητα σε ανόργανα θρεπτικά, το νερό, η οργανική ουσία και το ph. Οι παράγοντες της δεύτερης κατηγορίας συνιστούν το περιβάλλον του θερμοκηπίου και είναι η θερμοκρασία, το φως, η υγρασία και το CO 2. Η μεγιστοποίηση της ανάπτυξης και της παραγωγικότητας των φυτών στο θερμοκήπιο προϋποθέτει τον έλεγχο όλων αυτών των παραγόντων. Ο έλεγχος των παραγόντων του εδάφους μπορεί να γίνει σχετικά εύκολα με την κατάλληλη προεργασία του εδάφους και τη χρήση λιπασμάτων ή με την εφαρμογή συστημάτων υδροπονίας. Ο έλεγχος όμως των παραγόντων που συνιστούν τον αέρα του θερμοκηπίου δεν είναι εύκολος, καθώς υπάρχει άμεση αλληλεπίδραση μεταξύ τους και η προσπάθεια ρύθμισης του ενός μεταβάλλει τις τιμές των υπολοίπων. Τα άριστα για την ανάπτυξη ενός συγκεκριμένου είδους φυτού επίπεδα, για έναν μόνο από τους παράγοντες του περιβάλλοντος μπορούν να καθοριστούν με την προϋπόθεση ότι οι υπόλοιποι έχουν συγκεκριμένες τιμές. Ο καθορισμός αυτός δυσχεραίνεται ακόμη περισσότερο, αν συνυπολογιστούν και στοιχεία από την καλλιέργεια, όπως το στάδιο ανάπτυξης και η πυκνότητα φύτευσης. Στη συνέχεια αναλύεται η επίδραση της θερμοκρασίας και του φωτός στην ανάπτυξη των φυτών. Οι παράγοντες του περιβάλλοντος, CO 2 και υγρασία, αναλύονται εκτενέστερα στο δεύτερο και τρίτο κεφάλαιο αντίστοιχα, καθώς αποτέλεσαν αντικείμενα μελέτης της παρούσας διατριβής. 1. Θερμοκρασία Η θερμοκρασία θεωρείται ο σημαντικότερος παράγοντας του περιβάλλοντος του θερμοκηπίου, καθώς επηρεάζει όλες τις φυσιολογικές λειτουργίες και βιοχημικές αντιδράσεις του φυτού (τη φωτοσύνθεση, την αναπνοή, τη διαπνοή το μεταβολισμό 36

κ.α.). Άλλωστε ο σημαντικότερος λόγος για τον οποίον κατασκευάζονται τα θερμοκήπια είναι για τον έλεγχο και τη ρύθμιση της θερμοκρασίας. Κάθε είδος φυτού έχει μια ορισμένη θερμοκρασία, στην οποία αποδίδει το μέγιστο της παραγωγικότητας του και αυτή ονομάζεται άριστη θερμοκρασία. Η άριστη θερμοκρασία ανάπτυξης του κάθε φυτού έχει ισχυρά γενετικά και φυσιολογικά αίτια, διαφέρει ανάλογα με το στάδιο ανάπτυξης του και καθορίζεται πάντα σε σχέση με τους άλλους παράγοντες του περιβάλλοντος του θερμοκηπίου. Μικρές αποκλίσεις από την άριστη θερμοκρασία επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό τις αποδόσεις και την ποιότητα των παραγόμενων προϊόντων. Τα περισσότερα C 3 φυτά έχουν άριστες θερμοκρασίες ανάπτυξης ημέρας κυμαινόμενες από 16 C - 25 C και νύχτας από 14 C - 18 C, [ASHRAE,1989], [Οικονόμου,1992]. Οι υψηλότερες θερμοκρασίες, από το εύρος αυτό των θερμοκρασιών, ευνοούν τη βλάστηση των σπόρων και την ανάπτυξη των σποροφύτων, ενώ με την αύξηση της ηλικίας των φυτών οι απαιτήσεις σε θερμοκρασία μειώνονται. Η θερμοκρασία επηρεάζει άμεσα τη λειτουργία των στομάτων στα φύλλα των φυτών με αποτέλεσμα, τόσο στις υψηλές, όσο και στις χαμηλές θερμοκρασίες, να κλείνουν και συνεπώς να περιορίζουν τη φωτοσύνθεση. Επίσης η υψηλή θερμοκρασία προκαλεί βλάβες στο πρωτόπλασμα και αυξάνει την αναπνοή και τη διαπνοή των φυτών. Τα επίπεδα της άριστης θερμοκρασίας διαφοροποιούνται ανάλογα με την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας. Κατά κανόνα με την αύξηση της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας αυξάνονται και οι απαιτήσεις των φυτών σε θερμοκρασία μέχρι ενός ορίου. Η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας κατά τη διάρκεια της ημέρας επηρεάζει και την απαιτούμενη διαφορά θερμοκρασίας ημέρας-νύχτας για την καλύτερη ανάπτυξη των φυτών. Ειδικότερα τις ημέρες με ηλιοφάνεια συνιστάται διαφορά θερμοκρασίας ημέρας και νύχτας μέχρι 8 ο C, ενώ τις ημέρες με νέφωση 3 έως 6 ο C [Ντόγρας,2001]. Η διατήρηση των άριστων επιπέδων θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της νύχτας έχει επίσης μεγάλη σημασία στη φυσιολογία των φυτών. Σε χαμηλές θερμοκρασίες μειώνεται η αναπνοή σε βαθμό ώστε να μην καλύπτονται οι ενεργειακές ανάγκες του φυτού, ενώ σε υψηλές υφίσταται υπερβολική απώλεια αποταμιευμένων ουσιών. Ένας άλλος παράγοντας που καθορίζει τις άριστες θερμοκρασίες για την ανάπτυξη των φυτών είναι η συγκέντρωση του CO 2 στο χώρο του θερμοκηπίου. Με 37

συγκεκριμένα επίπεδα θερμοκρασίας και χωρίς άλλους περιοριστικούς παράγοντες, η αύξηση της συγκέντρωσης του CO 2 προκαλεί αύξηση του ρυθμού φωτοσύνθεσης μέχρι ένα σημείο. Με ταυτόχρονη, όμως, αύξηση της συγκέντρωσης του CO 2 αλλά και της θερμοκρασίας ο ρυθμός φωτοσύνθεσης αυξάνεται ακόμα περισσότερο, [Berry και Bjorkman,1980], [Ludwig και Withers,1984]. Συγκεκριμένα, για τα περισσότερα C 3 φυτά με την αύξηση της συγκέντρωσης του CO 2 σε επίπεδα τριπλάσια από τα κανονικά (350 ppm) η άριστη θερμοκρασία ανάπτυξης μετατοπίζεται υψηλότερα κατά 5-10 C, φτάνοντας τους 30-32 ο C, [Hanan,1973], [Jiao et al.,1988]. Η αλληλεπίδραση αυτή της θερμοκρασίας και του CO 2 στη φωτοσύνθεση και κατ επέκταση στην ανάπτυξη των φυτών αποτέλεσε το θεωρητικό υπόβαθρο για την διεξαγωγή της παρούσας διατριβής και αναλύεται εκτενέστερα στα επόμενα κεφάλαια. 2. Φως Από όλους τους παράγοντες που επηρεάζουν τη φωτοσύνθεση το φως δρα άμεσα στη φωτοσυνθετική απόδοση και στην παραγωγικότητα των φυτών. Η απαιτούμενη φωτεινή ενέργεια στα θερμοκήπια προέρχεται από τον ήλιο, ή παρέχεται τεχνητά με συμπληρωματικό φωτισμό. Ηλιακή ακτινοβολία Η ηλιακή ακτινοβολία ταξινομείται ανάλογα με το μήκος κύματος στο οποίο εκπέμπεται, (πίνακας 1.5). Πίνακας 1.5. Ταξινόμηση της ηλιακής ακτινοβολίας ανάλογα με το μήκος κύματος [Cathey και Cambell,1980]. Ταξινόμηση Υπεριώδης (UV) UV-C UV-B UV-A Μήκος κύματος 0.1-0.38μ 0.1-0.28μ 0.28-0.32μ 0.32-0.38μ Ορατή 0.38-0.78μ Υπέρυθρη 0.78-2.5μ Θερμική 2.5μ < 38

Η υπεριώδης ακτινοβολία (0-0.38μ) αποτελεί ένα μικρό ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει στη επιφάνεια της γης και προκαλεί εγκαύματα ή νέκρωση στα ανώτερα φυτά και στους μικροοργανισμούς. Η υπεριώδης ακτινοβολία με μήκος κύματος μικρότερο από 0.28μ απορροφάται από το όζον και το οξυγόνο της ατμόσφαιρας. Η είσοδος της υπεριώδους ακτινοβολίας στο εσωτερικό του θερμοκηπίου εξαρτάται από το υλικό κάλυψης. Το γυαλί, ο πολυεστέρας και το πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC) εμποδίζουν σε μεγάλο ποσοστό (50%) την είσοδο της υπεριώδους ακτινοβολίας, ενώ αντίθετα το πολυαιθυλένιο (ΡΕ) κατά κανόνα είναι διαπερατό. Ωστόσο υπάρχουν και τύποι πολυαιθυλενίου μη διαπερατοί στην υπεριώδη ακτινοβολία (UV resistance). Η υπέρυθρη ακτινοβολία διαιρείται σε δύο περιοχές, στην υπέρυθρη ακτινοβολία μικρού μήκους κύματος (0.78-2.5μ) και στην υπέρυθρη ακτινοβολία μεγάλου μήκους κύματος (>2.5μ). Η υπέρυθρη ακτινοβολία μικρού μήκους κύματος αποτελεί το 52% της ηλιακής ακτινοβολίας. Το τμήμα αυτό του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος δε χρησιμοποιείται στη φωτοσύνθεση, αλλά απορροφάται από το φυτόχρωμα μέσω του οποίου ελέγχονται άλλες φυσιολογικές λειτουργίες του φυτού, όπως η άνθηση, ο λήθαργος των σπόρων κ.α. Συγκεκριμένα το φυτόχρωμα παρουσιάζει μέγιστο απορρόφησης στην περιοχή του κόκκινου στα 0.66μ και στην υπέρυθρη περιοχή στα 0.73μ, [ASHRAE,1993]. Η υπέρυθρη ακτινοβολία είναι θερμική ενέργεια και προκαλεί την αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα, του εδάφους και των φυτών συμβάλλοντας έτσι στη διαμόρφωση του θερμικού περιβάλλοντος στο εσωτερικό του θερμοκηπίου. Από τα υλικά κάλυψης των θερμοκηπίων το γυαλί είναι διαπερατό στην υπέρυθρη ακτινοβολία σε ποσοστό 20% σε μήκη κύματος από 3μ έως 5μ, ενώ σε μήκη κύματος μεγαλύτερα των 5μ είναι μη διαπερατό. Το πολυαιθυλένιο (ΡΕ) παρουσιάζει μεγαλύτερη διαπερατότητα στη μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία καθώς είναι διαπερατό σε μήκη κύματος 4-6μ και 7-12μ. Τέλος το πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC) είναι διαπερατό σε μήκη κύματος 4-6μ και 10μ-14μ, [Νικήτα-Μαρτζοπούλου,1994]. Η ορατή ακτινοβολία έχει μήκος κύματος 0.38μ-0.78μ και αποτελεί το φάσμα της ηλιακής ακτινοβολίας που χρησιμοποιείται από τα φυτά για τη φωτοσύνθεση. Η ακτινοβολία αυτή καλείται και φωτοσυνθετικά ενεργός ακτινοβολία (PAR: Photosynthetic Active Radiation) και ανέρχεται στο 50% περίπου της ολικής 39

ακτινοβολίας, [Gates,1965]. Η ορατή ακτινοβολία περιλαμβάνει τα μήκη κύματος: 0.38μ-0.51μ που αντιστοιχεί στο μπλε φως, 0.51μ-0.61μ που αντιστοιχεί στο πράσινο φως και 0.61μ-0.78μ που αντιστοιχεί στο κόκκινο φως, [Nelson,1991]. Η χλωροφύλλη, χρωστική στην οποία οφείλεται το πράσινο χρώμα των φύλλων, απορροφάει τα μπλε και κόκκινα μήκη κύματος του φωτός, ενώ αντανακλά το πράσινο φως. Το τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος με μήκος κύματος 0,7-0.78μ δε χρησιμοποιείται στην φωτοσύνθεση αλλά απορροφάται από το φυτόχρωμα. Από τα υλικά κάλυψης το γυαλί παρουσιάζει μια διαπερατότητα στη φωτοσυνθετικά ενεργό ακτινοβολία πού κυμαίνεται ανάλογα με τον τύπο από 88% έως 92%. Για τον πολυεστέρα η διαπερατότητα στη φωτοσυνθετικά ενεργό ακτινοβολία κυμαίνεται από 85% έως 87% ενώ για το πολυαιθυλένιο (ΡΕ) από 80% έως 87%, [Νικήτα- Μαρτζοπούλου,1994]. Ένα χαρακτηριστικό μέγεθος του φωτός είναι η ένταση του και σχετίζεται άμεσα με τη φωτοσυνθετική απόδοση και κατ επέκταση με την ανάπτυξη των φυτών. Τα φυτά απουσία φωτός φυτά αποβάλουν CO 2 με τη διαδικασία της αναπνοής στο σκότος (Dark respiration). Με την αύξηση της έντασης του φωτός, ξεκινάει η διαδικασία της φωτοσύνθεσης και της φωτοαναπνοής, και επέρχεται ένα σημείο όπου η ποσότητα του CO 2 που προσλαμβάνεται για τη φωτοσύνθεση και αυτή που απελευθερώνεται από την αναπνοή είναι ίσες. Το σημείο αυτό αναφέρεται ως σημείο ισοστάθμισης του φωτός και ο καθορισμός του είναι ιδιαίτερα σημαντικός στην περίπτωση εφαρμογής τεχνητού φωτισμού, γιατί δείχνει την απαιτούμενη ελάχιστη ένταση του φωτός, ώστε να μην επέλθει μείωση του C στα φυτά. Το σημείο ισοστάθμισης του φωτός για τις περισσότερα C 3 φυτά ανέρχεται σε 10Wm -2 PAR και το σημείο φωτοκορεσμού κυμαίνεται μεταξύ 80 και 130 Wm -2 [Bravdo,1986]. Οι τιμές αυτές ισχύουν για μεμονωμένα φυτά. Για το σύνολο μιας καλλιέργειας, όπου πολλά φύλλα σκιάζονται, το σημείο φωτοκορεσμού μετατοπίζεται σε υψηλότερα επίπεδα. 40

Κεφάλαιο 2 ο Το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) και η επίδραση του στη φυσιολογία και στην ανάπτυξη των φυτών 2.1.Εισαγωγή Ο άνθρακας είναι το σημαντικότερο θρεπτικό στοιχείο για τα φυτά και αποτελεί περίπου το 50% του ξηρού βάρους τους [Levanon et al.,1986]. Τα φυτά προμηθεύονται τον άνθρακα από το CO 2 του αέρα, το οποίο βρίσκεται σε πολύ μικρή συγκέντρωση (340 ppm κ.ο. ή 0.034%).Το CO 2 διαχέεται μέσω των στομάτων των φύλλων στους χλωροπλάστες, όπου συμμετέχει στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Η φωτοσύνθεση είναι μια μοναδική ικανότητα των φυτών να απορροφούν φωτεινή ενέργεια και να τη μετατρέπουν σε χημική. Η μετατροπή αυτή συνδέεται στενά με τη μετατροπή του CO 2 στην πλειονότητα των εκατοντάδων οργανικών συστατικών που βρίσκονται στα φυτά. [Καράταγλης,1999] : n CO 2 + n H 2 O + φωτεινή ενέργεια (C H 2 O) n + n O 2 Όλοι οι οργανισμοί, με εξαίρεση μερικούς αυτότροφους μικροοργανισμούς εξαρτώνται από αυτή τη μετατροπή της ενέργειας. Η όλη διαδικασία πραγματοποιείται με μια σειρά πολύπλοκων αλληλοδιαδοχικών φυσικών και χημικών φαινομένων και η τελική ουσία, που σχηματίζεται, είναι κατά κανόνα η γλυκόζη, [Merva,1995] : 6 CO 2 + 6 H 2 O + 2.82 x 10 6 J C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 Η αντίθετη διαδικασία είναι η αναπνοή, όπου διασπώνται οι διάφορες οργανικές ενώσεις και απελευθερώνεται η απαραίτητη για την ανάπτυξη των φυτών ενέργεια. Η ενέργεια αυτή απαιτείται για τη διατήρηση της δομικής ακεραιότητας του υπάρχοντος πρωτοπλάσματος, καθώς και για τη δημιουργία νέου. Επίσης, χρησιμοποιείται για μηχανικές διαδικασίες, π.χ. πρωτοπλασματική κίνηση, ενεργό μεταφορά ιόντων και 41

μορίων δια μέσου των μεμβρανών, ενώ ένα μικρό μέρος χάνεται με μορφή θερμότητας. Το σύνηθες υπόστρωμα για την αναπνοή είναι η γλυκόζη. Η πλήρης οξείδωση της, κάτω από ιδανικές συνθήκες δίνεται από την εξίσωση [Καράταγλης,1992] : C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 H 2 O 12 H 2 O + 6 CO 2 + 686 kcal/mol Για να μπορεί ένα φυτό να αναπτυχθεί πρέπει να υπάρχει θετική ισορροπία του άνθρακα (C in C out > 0), δηλαδή ο ρυθμός φωτοσύνθεσης να υπερβαίνει το ρυθμό αναπνοής έτσι, ώστε η συνολική αναπνοή κατά τη διάρκεια της νύχτας και ημέρας να μη δημιουργεί αρνητική ισορροπία. Η αναπνοή είναι μια πολυδάπανη λειτουργία, κατά την οποία καταναλώνεται το 20-50% του C, που δεσμεύτηκε. Συνεπώς, η αναπνοή έχει ως άμεσο αποτέλεσμα τη μείωση του ξηρού βάρους και κατ επέκταση τη μείωση της παραγωγικότητας. Στα θερμοκήπια για μια συγκεκριμένη καλλιέργεια η αναπνοή επηρεάζεται, κυρίως, από τη θερμοκρασία. Για θερμοκρασίες, που κυμαίνονται από 0 C μέχρι 30 C, αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10 C διπλασιάζει σχεδόν την αναλογία αναπνοής. Καθώς, όμως, στα θερμοκήπια τα φυτά καλλιεργούνται σε άριστη για την ανάπτυξη τους θερμοκρασία και δεδομένου ότι ο ρυθμός αναπνοής είναι συγκεκριμένος για κάθε καλλιέργεια και λαμβάνει χώρα καθ ολο το 24ωρο, ο μόνος τρόπος για να αυξηθεί η ποσότητα του άνθρακα στα φυτά είναι να αυξηθεί ο ρυθμός φωτοσύνθεσης, ο οποίος επηρεάζεται και από πολλούς άλλους παράγοντες. Αυτοί χωρίζονται σε δύο κατηγορίες, τους εσωτερικούς και τους εξωτερικούς: Στους εσωτερικούς παράγοντες περιλαμβάνονται κυρίως: Το είδος και η ποικιλία του φυτού Η ηλικία και δομή των φύλλων Το μέγεθος, ο αριθμός και η συμπεριφορά των στομάτων Το είδος των χρωστικών ουσιών Η περιεχόμενη χλωροφύλλη Η ενζυματική δράση Η αρχιτεκτονική της φυτοστιβάδας που δημιουργείται κ.α. 42

Στους εξωτερικούς παράγοντες περιλαμβάνονται : Η ένταση και ποιότητα του φωτός Η θερμοκρασία Το CO 2 Το νερό Τα θρεπτικά στοιχεία Από τους παραπάνω παράγοντες, οι εσωτερικοί είναι δεδομένοι για μια συγκεκριμένη καλλιέργεια. Από τους εξωτερικούς παράγοντες, όταν πρόκειται για θερμοκηπιακή καλλιέργεια, η θερμοκρασία επιβάλλεται να βρίσκεται στα άριστα για τα φυτά επίπεδα, το νερό καθώς και τα θρεπτικά στοιχεία να παρέχονται σε επαρκείς ποσότητες. Έτσι κατά το χρονικό διάστημα, όπου υπάρχει η απαιτούμενη ένταση ηλιακής ακτινοβολίας, ο μόνος τρόπος για να αυξηθεί ο ρυθμός φωτοσύνθεσης, επομένως και η παραγωγικότητα, είναι να αυξηθεί η συγκέντρωση του CO 2, δηλαδή να εμπλουτισθεί τεχνητά ο αέρας του θερμοκηπίου με CO 2. 2.2.Μονάδες μέτρησης της συγκέντρωσης του CO 2 Ο ρυθμός φωτοσύνθεσης μπορεί να καθοριστεί με τη μέτρηση του συσσωρευμένου άνθρακα στο ξηρό βάρος των φυτών κατά την ανάπτυξη τους. Καθώς η ανάλυση μεμονωμένων φύλλων δεν μπορεί να οδηγήσει σε σωστά συμπεράσματα, πρέπει ως αντιπροσωπευτικά δείγματα να χρησιμοποιηθούν μεγαλύτερες μονάδες μέτρησης, όπως για παράδειγμα ένα ολόκληρο φυτό ή ένα σύνολο φυτών ανά μονάδα επιφάνειας [Bravdo,1986]. Πρόκειται όμως για έναν καταστροφικό τρόπο μέτρησης, καθώς ανά τακτά χρονικά διαστήματα πρέπει να συγκομίζονται δείγματα. Ένας πιο εύκολος και πρακτικός τρόπος είναι η συνεχής μέτρηση της συγκέντρωσης του CO 2 στον αέρα του θερμοκηπίου. Διαπιστώνεται ότι σ ένα στεγανό θερμοκήπιο η μείωση της συγκέντρωσης του CO 2 του αέρα προκύπτει από την αφομοιωτική δράση των φυτών. Ο ρυθμός αυτός απορρόφησης εκφράζει και το ρυθμό φωτοσύνθεσης. Η σημασία και ο τρόπος μέτρησης της συγκέντρωσης του CO 2 στα θερμοκήπια περιγράφονται αναλυτικά στο επόμενο κεφάλαιο. Πριν γίνει αναφορά στις πιο κοινές μονάδες μέτρησης της συγκέντρωσης του CO 2, κρίνεται σκόπιμο να αναφερθούν οι φυσικοχημικές ιδιότητες του αερίου αυτού : 43

To CO 2 κάτω από κανονικές συνθήκες είναι ένα άχρωμο, άοσμο και μη εύφλεκτο αέριο. Κάτω από τους 31 C και με αύξηση της πίεσης το CO 2 μετατρέπεται σε ένα άχρωμο υγρό. Η στερεή φάση του αναφέρεται και ως ξηρός πάγος, ο οποίος δεν λιώνει, αλλά εξαχνώνεται στους 78.5 C. Στον πίνακα 2.1, δίνονται οι σημαντικότερες φυσικοχημικές ιδιότητες του CO 2. Πίνακας 2.1. Φυσικοχημικές ιδιότητες του CO 2,[http://de.wikipedia.org/wiki/CO 2 ]. Μοριακό βάρος 44.0099 gmol -1 Πυκνότητα (σε μηδενικό υψόμετρο και 1 atm) 1.98 kgm -3 (273 k) 1.83 kgm -3 (293 k) Διαλυτότητα στο νερό 1.45 gl -1 Θερμοχωρητικότητα (c p ) 0.83 kjkg -1 K -1 Θερμική αγωγιμότητα 0.01457 Wm -1 K -1 Τα επίπεδα του CO 2 στον αέρα μπορούν να εκφραστούν με μονάδες πίεσης, όγκου και ως εκατοστιαία αναλογία. Όπως είναι γνωστό, όταν ένα αέριο αναμειγνύεται στον αέρα, συμπεριφέρεται ανεξάρτητα από τη συγκέντρωση των άλλων αερίων, κατά συνέπεια η συγκέντρωση οποιουδήποτε αερίου μπορεί να εκφραστεί ως μερική πίεση. Καθώς το CO 2 βρίσκεται σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις, ισχύει ο νόμος των τέλειων αερίων : P V = n R T όπου : P : πίεση [kpa] V : όγκος [m 3 ] n : ο αριθμός των moles R : παγκόσμια σταθερά των αερίων [8.314 Jmol -1 K -1 ] T : θερμοκρασία [K] Αν τα P,V,T είναι γνωστά, τότε η συγκέντρωση των moles μπορεί να υπολογιστεί από τον τύπο: 44

n = P V (R T) -1 Παρακάτω δίνονται ορισμένες μονάδες μέτρησης του CO 2, καθώς και οι μετατροπές τους : [Nobel,1991] και [Mortvedt et al.,1991]. Μονάδες πίεσης: 1P a =1.013 x 10-5 atm 1MP a = 0.1 bar Μονάδες συγκέντρωσης : 1μl l -1 = 1ppm 1μl l -1 = 10 Pa 1μl l -1 = 1μbar bar -1 1μl l -1 = 1μmol mol -1 1μl l -1 = 0.0224 μmol m -3 1mmol m -3 = 0.0446 μl l -1 1mmol m -3 = 0.446 Pa 1mg m -3 = 18.05 Pa Μονάδες φωτοσυνθετικού ρυθμού : 1μmol m -2 s -1 = 0.044 mgm -2 s -1 Οι παραπάνω μετατροπές των μονάδων αναφέρονται σε συνθήκες μηδενικού υψόμετρου, θερμοκρασίας 273 k και πίεσης 1 atm. Όταν πρόκειται να γίνει σύγκριση της συγκέντρωσης του CO 2 μεταξύ θερμοκηπίων τα οποία βρίσκονται σε διαφορετικά υψόμετρα ή κάτω από διαφορετικές θερμοκρασίες, τότε θα πρέπει κανονικά οι τιμές αυτών των συγκεντρώσεων να ανάγονται. Καθώς όμως τα περισσότερα θερμοκήπια - ειδικά στην Ελλάδα- βρίσκονται σε μικρά υψόμετρα (0-300m) και τα φυτά καλλιεργούνται στις ίδιες σχεδόν θερμοκρασίες, οι αναγωγές των συγκεντρώσεων δεν κρίνονται απαραίτητες. Είναι γνωστό ότι η συγκέντρωση του CO 2 στην ατμόσφαιρα είναι κατά μέσο όρο 340 ppm κ.ο. ή 495 ppm κ.β. ή 34 P a ή 0.034%. Από τις διαφορετικές αυτές εκφράσεις της συγκέντρωσης του CO 2, η επικρατέστερη είναι η κατά όγκο έκφραση (μl l -1 ή ppm κ.ο.) και χρησιμοποιείται στην παρούσα διατριβή. 45

Το CO 2 της ατμόσφαιρας προέρχεται από τις διάφορες καύσεις, από την αναπνοή των ζώντων οργανισμών, από τις ζυμώσεις και αποσυνθέσεις οργανικών ουσιών, κ.α.. Η αναλογία του CO 2 στον ατμοσφαιρικό αέρα κυμαίνεται από 0.025% ως 0.04% και μεταβάλλεται: [Σφήκας,1992] Με το υψόμετρο Κατά τη διάρκεια του 24ωρου Με την εποχή του έτους Με τη γειτνίαση με τη θάλασσα Με τη γειτνίαση με βιομηχανίες και αστικά κέντρα Με την πυκνότητα της βλάστησης Με την ένταση και κατεύθυνση του ανέμου Τα τελευταία χρόνια το CO 2 της ατμόσφαιρας αυξάνεται λόγω της συνεχούς αύξησης της καύσης των υδρογονανθράκων. Σύμφωνα με στοιχεία του σταθμού μέτρησης της Mauna Loa ( Χαβάη ), η συγκέντρωση του CO 2 στον αέρα αυξήθηκε κατά 18%, από 315.98 ppm το 1959 σε 373.1 ppm to 2002 [Keeling et al.,1995] και [http://forum.darwinawards.com/index.php?showtopic=4958&st=126]. Η αύξηση αυτή συνεχίζεται με ρυθμό 0.75% κατά μέσο όρο το χρόνο. Αν και θα μπορούσε να επέλθει ισορροπία με την αύξηση της παραγωγικότητας της βιόσφαιρας, εντούτοις αυτή δεν επέρχεται λόγω της καταστροφής των δασών και της μόλυνσης των ωκεανών. Πρόσφατοι υπολογισμοί ενδεικτικά αποδεικνύουν ότι περίπου 200 δισεκατομμύρια τόνοι CO 2 μετατρέπονται σε βιομάζα κάθε έτος. Κάπου 40 % αυτής της βιομάζας προέρχεται από τις δραστηριότητες του θαλάσσιου φυτοπλαγκτού [Τσέκος,2003]. Άρα το CO 2 μετεξελίσσεται σ ένα από τα μεγαλύτερα περιβαλλοντολογικά προβλήματα της εποχής μας, μεγιστοποιεί το φαινόμενο του θερμοκηπίου και συμβάλλει καταλυτικά στην υπερθέρμανση του πλανήτη. 46

2.3.Επίδραση του CO 2 στη φυσιολογία των φυτών 2.3.1.Εισαγωγή Η μελέτη της επίδρασης του CO 2 στη φυσιολογία των φυτών είναι πρωταρχικής σημασίας για την εφαρμογή εμπλουτισμών με CO 2 στα θερμοκήπια. Ο κυρίαρχος σκοπός του εμπλουτισμού είναι να επιτευχθεί αύξηση της παραγωγής που ουσιαστικά σημαίνει την αύξηση της καθαρής φωτοσύνθεσης (Net photosynthesis) της καλλιέργειας. Όπως ήδη αναφέρθηκε, η φωτοσύνθεση είναι μια πολύπλοκη διαδικασία και επηρεάζεται από πολλούς εσωτερικούς και εξωτερικούς παράγοντες. Καθώς, όλοι αυτοί οι παράγοντες, επηρεάζουν ταυτόχρονα τη φωτοσύνθεση και μεταβάλλονται πολύ γρήγορα, η ολοκληρωμένη μελέτη της διαδικασίας αυτής καθίσταται αδύνατη. Έτσι, πρέπει αρχικά να εξεταστεί ο τρόπος με τον οποίο τα διάφορα είδη φυτών δεσμεύουν το CO 2, (εσωτερικοί παράγοντες) και στη συνέχεια να ερευνηθεί μεμονωμένα το πώς επηρεάζει το CO 2 την ανάπτυξη των φυτών σε σχέση με την ηλιακή ακτινοβολία, με τη θερμοκρασία και με την πρόσληψη θρεπτικών στοιχείων (εξωτερικοί παράγοντες). 2.3.2.Δέσμευση του CO 2 από τα φυτά Τα περισσότερα είδη φυτών μπορούν να διαχωριστούν, με βάση την ικανότητα δέσμευσης του CO 2 σε δυο κατηγορίες: α) τα υψηλής φωτοσυνθετικής ικανότητας και β) τα χαμηλής φωτοσυνθετικής ικανότητας [Σφήκας,1992]. Η φωτοσυνθετική ικανότητα σχετίζεται με την αντίδραση τους στο φως και τη θερμοκρασία και ιδίως με την κύρια οδό δέσμευσης του CO 2. Ο διαφορετικός τρόπος δέσμευσης του CO 2 διαχωρίζει τα φυτά σε τρεις κατηγορίες : τα C 3, C 4 και CAM φυτά. Ο διαχωρισμός αυτός συμβαίνει στο δεύτερο στάδιο της φωτοσύνθεσης κατά τις λεγόμενες σκοτεινές αντιδράσεις. Η αναγωγή του CO 2 σε υδατάνθρακες πραγματοποιείται με σειρά φυσικοχημικών αντιδράσεων, όπου ένα μεγάλο μέρος (των αντιδράσεων) αυτών μπορούν να συμβούν χωρίς την παρουσία 47

του φωτός, γι αυτό και χαρακτηρίστηκαν ως σκοτεινές αντιδράσεις σε αντίθεση με τις φωτεινές. Οι τελευταίες για να πραγματοποιηθούν προϋποθέτουν την ύπαρξη φωτός και είναι ανεξάρτητες της θερμοκρασίας, ενώ αντίθετα οι σκοτεινές εξαρτώνται από αυτήν. Η δομή των χλωροπλαστών συνδέεται άμεσα με τις προαναφερθείσες αντιδράσεις. Όλες οι φωτεινές αντιδράσεις πραγματοποιούνται πάνω ή μέσα στις μεμβράνες των θυλακοειδών, ενώ οι σκοτεινές αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα στο στρώμα. Κατά τις φωτεινές αντιδράσεις συμβαίνει το πρωταρχικό βήμα για τη μετατροπή της φωτεινής ενέργειας σε χημική, που ταυτίζεται με την απορρόφηση του φωτός και πραγματοποιείται από τις χρωστικές των χρωματοφόρων. Οι χρωστικές είναι ουσίες που απορροφούν ορατό φως και επομένως, είναι τα πιο σημαντικά συστατικά της φωτοσύνθεσης. Κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης πρωταρχικής σημασίας είναι οι χλωροφύλλες και δευτερευούσης σημασίας τα καροτενοειδή και οι φυκοβιλίνες. Από τις χλωροφύλλες οι σπουδαιότερες είναι η χλωροφύλλη-α [ C 55 H 72 N 4 O 5 Mg ] και η χλωροφύλλη-β [ C 55 H 70 N 4 O 6 Mg ]. Κατά το δεύτερο στάδιο της φωτοσύνθεσης (σκοτεινές αντιδράσεις), χρησιμοποιείται η ενέργεια η παραγόμενη από τις φωτεινές αντιδράσεις για την αναγωγή του άνθρακα, που προέρχεται από το CO 2. Η αναγωγή αυτή πραγματοποιείται στο στρώμα του χλωροπλάστη με μια σειρά από πολύπλοκες αντιδράσεις που είναι γνωστές ως κύκλος του Calvin. Χαρακτηριστικό της διαδικασίας αυτής είναι ότι η αρχική ένωση που δεσμεύει το CO 2 ανασχηματίζεται ως τελικό προϊόν για να επαναληφθεί κυκλικά το φαινόμενο. Διαπιστώθηκε ότι η βασική ένωση που δεσμεύει το CO 2 είναι το σάκχαρο με 5 άτομα άνθρακα εστεροποιημένο με δυο φωσφορικές ομάδες. Πρόκειται για το 1.5-διφωσφορικό εστέρα της ριβουλόζης. Η ενσωμάτωση του CO 2 επιτυγχάνεται με καρβοξυλίωση της 1.5-διφωσφορικης ριβουλόζης (RuBP). Με την ενσωμάτωση αυτή, το σάκχαρο με 5 άτομα άνθρακα μετατρέπεται σε μια ασταθή ένωση με 6 άτομα άνθρακα, η οποία διασπάται σε δυο μόρια 3-φωσφορικού εστέρα του γλυκερικού οξέος (PGA), σύμφωνα με την αντίδραση : RuBP + CO 2 + H 2 O 2 x PGA Επειδή κάθε μόριο του PGA περιέχει τρία άτομα άνθρακα στο μόριο του, γι αυτό και ο κύκλος του Calvin χαρακτηρίζεται ως C 3 κύκλος. Ο PGA μετά από μια σειρά 48

αντιδράσεων μετατρέπεται σε 1.6-διφωσφορική φρουκτόζη, η οποία είναι πρόδρομος όλων των άλλων εξοζών, συμπεριλαμβανομένων της γλυκόζης και των διάφορων πολυμερών της. Η ενσωμάτωση του CO 2 από την RuBP καταλύεται από το ένζυμο καρβοξυλάση της 1.5 διφωσφορικής ριβουλόζης. Το ένζυμο αυτό, γνωστό και με την ονομασία Rubisco, είναι η κυριαρχούσα πρωτεΐνη στη Γη [Buchanan et al.,2000]. Σε υψηλές, όμως, συγκεντρώσεις Ο 2 η Rubisco συμπεριφέρεται και ως οξυγενάση. Έτσι, σε περιβάλλον, όπου η συγκέντρωση του Ο 2 είναι μεγαλύτερη του CO 2, (γεγονός το οποίο ισχύει πάντοτε καθώς η συγκέντρωση του Ο 2 στην ατμόσφαιρα είναι 21%, ενώ του CO 2 0.034% ) η RuBP οξειδώνεται και σε γλυκολικό οξύ (σχήμα 2.1). Το γλυκολικό οξύ στη συνέχεια μετατρέπεται σε αμινοξέα με ταυτόχρονη απελευθέρωση CO 2 (φωτοαναπνοή). Σχήμα 2.1. Αντιδράσεις της RuBP. Η αντίδραση 1 ευνοείται από υψηλή συγκέντρωση CO 2 και χαμηλή Ο 2. Η αντίδραση 2 συμβαίνει παρουσία μικρής συγκέντρωσης CO 2 και υψηλής Ο 2 (κανονικές ατμοσφαιρικές συνθήκες), [Καράταγλης,1999] Συνεπώς, η φωτοαναπνοή εκδηλώνεται πιο έντονα, όταν υπάρχει χαμηλή συγκέντρωση CO 2 και υψηλή Ο 2. Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι όταν διατίθενται ίσες συγκεντρώσεις CO 2 και Ο 2 σε ένα δοκιμαστικό σωλήνα, τότε τα ένζυμα Rubisco των αγγειοσπέρμων ενσωματώνουν CO 2 περίπου 80 φορές ταχύτερα απ ότι οξυγονώνουν [Τσέκος,2003]. Στον φυσικό αέρα η καρβοξυλίωση ξεπερνά την 49

οξυγόνωση σε μίαν αναλογία 3:1. Καθώς ο κύκλος του Calvin συνοδεύεται πάντοτε από φωτοαναπνοή, ένα ποσοστό μέχρι 50% του άνθρακα, που δεσμεύτηκε φωτοσυνθετικά, επανοξειδώνεται σε CO 2 κατά τη διάρκεια της φωτοαναπνοής. Για να επιτευχθεί μεγαλύτερη κατακράτηση C, ειδικά στα C 3 φυτά, που σημαίνει την ελαχιστοποίηση της οξείδωσης της RuBP σε γλυκολικό οξύ, θα πρέπει να αυξηθεί η συγκέντρωση του CO 2, για να μειωθεί η αναλογία του Ο 2 /CO 2. Τέλος, η αύξηση αυτή της συγκέντρωσης μπορεί να επιτευχθεί μόνο με τεχνητό εμπλουτισμό CO 2. Η γνώση της λειτουργίας του κύκλου του Calvin είναι πρωταρχικής σημασίας, καθώς τα περισσότερα καλλιεργούμενα είδη στα θερμοκήπια, όπως η τομάτα, το αγγούρι, η πιπεριά, το μαρούλι, το γαρύφαλλο, το τριαντάφυλλο κ.α., ανήκουν στην κατηγορία των C 3 φυτών. Ο κύκλος του Calvin δεν είναι ο μόνος τρόπος που χρησιμοποιείται για τη δέσμευση του CO 2 στις σκοτεινές αντιδράσεις. Σε μερικά φυτά το CO 2 δεσμεύεται από τη φωσφοενολική μορφή του πυροσταφυλικού οξέος (PEP) και το πρώτο προϊόν, που σχηματίζεται, είναι μια ένωση με 4 άτομα άνθρακα, το οξαλοξεικό οξύ (ΟΑΑ). Φυτά, που ακολουθούν αυτή τη φωτοσυνθετική διαδικασία, ονομάζονται C 4 φυτά και ο φωτοσυνθετικός κύκλος αναφέρεται και ως κύκλος των Hatch και Slack. Η ανατομία των φύλλων των C 4 φυτών παρουσιάζει μια ιδιαιτερότητα: η διαδικασία ενσωμάτωσης του CO 2 (καρβοξυλιώσεις) πραγματοποιείται στα κύτταρα του μεσόφυλλου, όπως και στα C 3 φυτά, ενώ οι αποκαρβοξυλιώσεις (απελευθέρωση του CO 2 ) πραγματοποιούνται σε διαφορετικούς χώρους και συγκεκριμένα στα κύτταρα του δεσμικού κολεού, με τη διαδικασία του κύκλου του Calvin. Κάθε ποσότητα CO 2, που απελευθερώνεται από τη φωτοαναπνοή προς τα κύτταρα του μεσόφυλλου, μπορεί να επαναδεσμευτεί από την C 4 διαδικασία η οποία λειτουργεί εκεί. Έτσι το CO 2 που απελευθερώνεται κατά τη φωτοαναπνοή δε διαφεύγει από τα φύλλα, αλλά ξαναχρησιμοποιείται. Επομένως, τα C 4 φυτά έχουν αναπτύξει ένα τέτοιο φωτοσυνθετικό μηχανισμό, ικανό να ελαττώνει τη φωτοαναπνοή και να μεγιστοποιεί την αφομοίωση του CO 2. Αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας είναι η φωτοσυνθετική ικανότητα των C 4 φυτών να είναι μεγαλύτερη της αντίστοιχης των C 3 φυτών. Τα C 4 φυτά, επίσης, έχουν αναπτύξει κατάλληλους προσαρμοστικούς μηχανισμούς, ώστε να μπορούν να συμπεριφέρονται καλύτερα κάτω από συνθήκες φωτός υψηλής έντασης, υψηλής θερμοκρασίας, έλλειψης νερού και χαμηλής συγκέντρωσης CO 2. Από τα C 4 φυτά τα είδη που καλλιεργούνται στα θερμοκήπια, είναι τα Amaranthus, Portulaca, Kochia 50

και Gomphrena. Οι πολύ χαμηλές απαιτήσεις σε CO 2 των C 4 φυτών φαίνονται, αν συγκριθούν τα σημεία ισοστάθμισης του CO 2 των C 3 και C 4 φυτών, (σχήμα 2.2). Ως σημείο, ισοστάθμισης του CO 2 ορίζεται το σημείο, όπου η πρόσληψη CO 2 ισορροπεί την απώλεια CO 2 ή αλλιώς το ποσό της συγκέντρωσης CO 2, όπου ο ρυθμός φωτοσύνθεσης ισούται με το ρυθμό αναπνοής (μηδενική τιμή καθαρής φωτοσύνθεσης). Τα C 3 φυτά έχουν τιμές ισοστάθμισης που κυμαίνονται από 50-100 ppm CO 2, ενώ για τα C 4 φυτά η τιμή αυτή κυμαίνεται μεταξύ 0 και 5 ppm CO 2, [Berry and Downton,1982]. Η μεγαλύτερη εξάρτηση της καθαρής φωτοσύνθεσης από τη συγκέντρωση του CO 2 της ατμόσφαιρας για τα C 3 φυτά, φαίνεται και στο σχήμα 2.3. Σχήμα 2.2. Ανταλλαγή CO 2 συναρτήση της συγκεντρώσεως του. Το σημείο (α) όπου η πρόσληψη ισορροπεί την απώλεια CO 2, είναι το σημείο ισοστάθμισης του CO 2 και χρησιμεύει για την εκτίμηση της φωτοαναπνοής, [Καράταγλης,1999] 51

Σχήμα 2.3. Εξάρτηση της καθαρής φωτοσύνθεσης τυπικών C 3 και C 4 φυτών από τη συγκέντρωση του CO 2. [Black,1986] Μια άλλη κατηγορία φυτών αποτελούν τα CAM φυτά. Κύριο γνώρισμα τους είναι ότι κατά τη διάρκεια της ημέρας τα στόματα είναι κλειστά, ενώ παραμένουν ανοιχτά κατά τη διάρκεια της νύχτας. Κατά συνέπεια, η πρόσληψη του CO 2 από την ατμόσφαιρα, αλλά και η αναπνοή γίνεται κατ εξοχήν κατά τη διάρκεια της νύχτας. Η βιολογική σημασία των CAM αποδίδεται στην ανάπτυξη ενός μηχανισμού, που συμβάλλει στη μείωση της απώλειας νερού κατά τη διάρκεια της ανταλλαγής των αερίων. Επομένως, τα CAM φυτά μπορεί να θεωρηθούν ως προσαρμογές φυτικών ειδών σε συνθήκες ξηρασίας. Η μεταβολική διαδικασία των CAM μοιάζει με αυτή των C 4 φυτών. Επίσης, το σημείο ισοστάθμισης (0-5 ppm CO 2 ), αλλά και η άριστη θερμοκρασία φωτοσύνθεσης (30-40 C) είναι ίδια με τα C 4 φυτά, σε αντίθεση με τα C 3, όπου κυμαίνεται από 15 C έως 25 C. Τα CAM φυτά που καλλιεργούνται σε θερμοκήπια περιλαμβάνουν όλα τα κακτοειδή, τις περισσότερες ορχιδέες, αλλά και τα είδη Aloe, Kalanchoe και Crassula. Ορισμένοι ερευνητές, όπως ο Black,[1986] σημειώνουν ότι ο εμπλουτισμός με CO 2 σε CAM καλλιέργειες κατά τη διάρκεια της νύχτας είναι αποτελεσματικός. 52

2.3.3.Διάχυση του CO 2 Για να λάβει χώρα η φωτοσύνθεση θα πρέπει το CO 2 να υποστεί διάχυση από την ατμόσφαιρα εντός του φύλλου και μέχρι της θέσης καρβοξυλίωσης της Rubisco. Έτσι η καθαρή φωτοσύνθεση μπορεί να περιγραφεί ως μια διαδικασία διαχύσεως CO 2, που εξαρτάται από την αντίσταση στην πορεία του, σύμφωνα με τον τύπο: [Hanan,1998] [ CO 2 ] ext [ CO 2 ] int P = r a + r s + r m όπου : P : φωτοσύνθεση [gm -2 s -1 ] [CO 2 ] ext : συγκέντρωση του CO 2 στον αέρα [gm -3 ] [CO 2 ] int : συγκέντρωση του CO 2 μέσα στο φύλλο [gm -3 ] r a : αντίσταση του οριακού στρώματος του φύλλου [sm -1 ] r s : αντίσταση των στομάτων του φύλλου [sm -1 ] r m : αντίσταση του μεσόφυλλου [sm -1 ] H αντίσταση του οριακού στρώματος του φύλλου (r a ) εξαρτάται όχι μόνο από το σχήμα και τη μορφή του φύλλου αλλά και από την ταχύτητα και την κατεύθυνση του ανέμου. Όσο αυξάνει η ταχύτητα του αέρα μέσα στο θερμοκήπιο, μειώνεται η αντίσταση r a. Για ταχύτητα 0.16 ms -1 ανέρχεται σε 330 sm -1, [Gaastra,1962]. Η επίδραση της r a στη φωτοσύνθεση είναι μικρή, συγκρινόμενη με την επίδραση των r s και r m. Η αντίσταση των στομάτων (r s ) εξαρτάται από πολλούς εξωτερικούς παράγοντες. Ξεχωρίζουν δυο δράσεις στο άνοιγμα και στο κλείσιμο των στομάτων: η επίδραση του φωτός και η επίδραση του υδατικού δυναμικού των φυτών. Τα στόματα, κατά κανόνα ανοίγουν στο φως και κλείνουν στο σκότος. Επίσης κλείνουν όταν το φυτό αντιμετωπίζει σοβαρή υδατική καταπόνηση (stress). Η ελάχιστη αντίσταση των στομάτων (εντελώς ανοιχτά στόματα) είναι περίπου 100 sm -1. Με κλειστά στόματα η αντίσταση είναι περίπου 5000 sm -1. 53

Η αντίσταση του μεσόφυλλου (r m ) εξαρτάται από το είδος του φυτού και ελάχιστα από τους εξωτερικούς παράγοντες. Για C 3 φυτά που έχουν ρυθμούς φωτοσύνθεσης μεταξύ 15 και 60 μmolm -2 s -1 η r m κυμαίνεται από 400 έως 1500 sm -1. [Bravdo,1986]. 2.4.Επίδραση του CO 2 στα φυτά σε σχέση με την ηλιακή ακτινοβολία, τη θερμοκρασία και με την πρόσληψη θρεπτικών στοιχείων 2.4.1.Επίδραση του CO 2 στα φυτά σε σχέση με την ηλιακή ακτινοβολία Από τους εξωτερικούς παράγοντες που επηρεάζουν τη φωτοσύνθεση, το φως δρα άμεσα στη φωτοσυνθετική απόδοση και κατ επέκταση στην παραγωγικότητα της καλλιέργειας. Σε συνθήκες έλλειψης φωτός τα φυτά αποβάλουν CO 2 με τη διαδικασία της αναπνοής στο σκότος (Dark respiration). Με την αύξηση της έντασης του φωτός, ξεκινάει η διαδικασία της φωτοσύνθεσης και της φωτοαναπνοής, και επέρχεται ένα σημείο όπου η ποσότητα του CO 2 που προσλαμβάνεται για τη φωτοσύνθεση και αυτή που απελευθερώνεται από την αναπνοή είναι ίσες. Το σημείο αυτό αναφέρεται ως σημείο ισοστάθμισης του φωτός και είναι ιδιαίτερα σημαντικός ο καθορισμός του στην περίπτωση εφαρμογής τεχνητού φωτισμού, γιατί δείχνει την απαιτούμενη ελάχιστη ένταση του φωτός, ώστε να μην επέλθει μείωση του C στα φυτά. Καθώς η ένταση του φωτός αυξάνεται, πέρα από το σημείο ισοστάθμισης, αυξάνεται αντίστοιχα και η φωτοσυνθετική απόδοση του φυτού. Αυτό συμβαίνει μέχρι κάποια ένταση (σημείο φωτοκορεσμού), πέρα από την οποία η φωτοσύνθεση παραμένει σταθερή (σχήμα 2.4). 54

Σχήμα 2.4. Τυπική καμπύλη ανταλλαγής CO 2 για ένα φυτό συναρτήσει της έντασης του φωτός. (+) = πρόσληψη CO 2. ( -) = αποβολή CO 2. I s = σημείο φωτοκορεσμού I c = σημείο ισοστάθμισης του φωτός. [Καράταγλης,1999] Υπό κανονικές συνθήκες ανάπτυξης, ( φωτός, θερμοκρασίας και ατμοσφαιρικής περιεκτικότητας σε CO 2 ), το σημείο φωτοκορεσμού για τη φωτοσύνθεση σε πολλά φυτά κυμαίνεται μεταξύ του 1/4 και 1/2 του ολικού φωτισμού. Αυτό σημαίνει ότι ένα πολύ μεγάλο μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας, παραμένει ανεκμετάλλευτο και ειδικά για τα ελληνικά δεδομένα με τις πολλές ώρες πραγματικής ηλιοφάνειας. Το σημείο φωτοκορεσμού μπορεί να μετατοπιστεί υψηλότερα, αν αυξηθεί, αντιστοίχως και μέχρι ένα όριο, η συγκέντρωση του CO 2. Στο σχήμα 2.5, δίνεται η καθαρή φωτοσύνθεση φύλλων τομάτας σε συνάρτηση με τη συγκέντρωση CO 2 για δυο επίπεδα ακτινοβολίας. 55

Σχήμα 2.5. Επίδραση της συγκέντρωσης του CO 2 στην καθαρή φωτοσύνθεση φύλλων τομάτας για δύο επίπεδα ακτινοβολίας. [Hand,1984] Όπως φαίνεται στο σχήμα 2.5, για συγκεκριμένα επίπεδα ακτινοβολίας με αύξηση της συγκέντρωσης του CO 2 από τα 340 ppm (ατμοσφαιρικά επίπεδα) σε επίπεδα πάνω από 1000 ppm υπάρχει αύξηση της καθαρής φωτοσύνθεσης κατά περίπου 50%. Παρόμοια στο σχήμα 2.6, φαίνεται η επίδραση της ακτινοβολίας στην καθαρή πρόσληψη CO 2 από καλλιέργεια τριαντάφυλλου, για συγκεκριμένα επίπεδα CO 2. Σχήμα 2.6. Επίδραση της ακτινοβολίας και της συγκέντρωσης CO 2 στην καθαρή φωτοσύνθεση σε τριαντάφυλλα. [Calvert και Hand,1975] 56

Το σημείο ισοστάθμισης του φωτός για τις περισσότερες C 3 καλλιέργειες ανέρχεται σε 10Wm -2 PAR. Όπου PAR είναι η φωτοσυνθετικά ενεργός ακτινοβολία που περιλαμβάνει τα μήκη κύματος του ορατού τμήματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος (0.4μm-0.7μm) και ανέρχεται στο 50% περίπου της ολικής ακτινοβολίας [Gates,1965]. Το σημείο φωτοκορεσμού, το οποίο παρουσιάζει και μεγαλύτερο ενδιαφέρον, βρίσκεται για τις περισσότερες καλλιέργειες μεταξύ 80 και 130 Wm -2 [Bravdo,1986]. Για παράδειγμα η ένταση φωτοκορεσμού για την τομάτα ανέρχεται σε 60 W/m 2 PAR και για το αγγούρι σε 80 W/m 2 PAR [Ντόγρας και Σιώμος,2001], [Thimijan και Heins,1983]. Αυτές οι τιμές, ωστόσο, ισχύουν για μεμονωμένα φύλλα ή φυτά. Για το σύνολο μιας καλλιέργειας, όπου πολλά φύλλα σκιάζονται, οι τιμές φωτοκορεσμού βρίσκονται πολύ υψηλότερα. Συγκεκριμένα, για καλλιέργεια με δείκτη φυλλικής επιφάνειας (LAI) πάνω από 3, η ένταση φωτοκορεσμού δεν είναι κάτω από 300 Wm -2 ή περίπου 150 W/m 2 PAR. Συμπερασματικά, εφόσον δεν υπάρχουν άλλοι περιοριστικοί παράγοντες, η σχέση μεταξύ ακτινοβολίας και πρόσληψης CO 2 για τα περισσότερα είδη θεωρείται σχεδόν γραμμική. Η μετατόπιση του σημείου φωτοκορεσμού σε υψηλότερα επίπεδα με τη βοήθεια εμπλουτισμών με CO 2 καθιστά το θερμοκήπιο έναν πιο αποτελεσματικό ηλιακό συλλέκτη προς όφελος της καλλιέργειας. 2.4.2.Επίδραση του CO 2 στα φυτά σε σχέση με τη θερμοκρασία Η θερμοκρασία επηρεάζει όλες τις βιοχημικές αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης με αποτέλεσμα η επίδραση της θερμοκρασίας στα φυτά να είναι πιο έντονη από ό,τι συμβαίνει με την ηλιακή ακτινοβολία. Όταν η φωτοσυνθετική ταχύτητα αναπαρίσταται γραφικά ως μία λειτουργία της θερμοκρασίας, η καμπύλη έχει ένα χαρακτηριστικό σχήμα κουδουνιού (σχήμα 2.7,Β). Ο ανερχόμενος βραχίονας της καμπύλης αντιπροσωπεύει μία διέγερση της φωτοσύνθεσης εξαρτημένη από την θερμοκρασία μέχρι ενός άριστου επιπέδου, ενώ ο κατερχόμενος βραχίονας είναι συνδεδεμένος με επιβλαβή αποτελέσματα, μερικά από τα οποία είναι αναστρέψιμα, ενώ άλλα όχι. Τα αίτια αποδίδονται στο ότι η υψηλή θερμοκρασία προκαλεί βλάβες στο πρωτόπλασμα και κατ επέκταση στη φωτοσυνθετική απόδοση. Επίσης αποδίδονται και στη θερμοευαισθησία των στομάτων, με αποτέλεσμα, τόσο στις 57

υψηλές, όσο και στις χαμηλές θερμοκρασίες, να κλείνουν και συνεπώς να περιορίζουν τη φωτοσύνθεση. Σχήμα 2.7. Μεταβολές στη φωτοσύνθεση σε σχέση με τη θερμοκρασία σε συγκεντρώσεις που προκαλούν κορεσμό της φωτοσυνθετικής αφομοίωσης του CO 2 (Α) και σε κανονικές ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις του CO 2 (Β). Η φωτοσύνθεση εξαρτάται ισχυρά από τη θερμοκρασία σε συγκεντρώσεις κορεσμού του CO 2. [Berry και Bjorkman,1980] Σε υψηλές συγκεντρώσεις CO 2 υφίσταται ένας άφθονος εφοδιασμός του CO 2 στις θέσεις καρβοξυλίωσης, όπου οι μεταβολές της θερμοκρασίας έχουν σημαντικές επιδράσεις στις ταχύτητες ενσωμάτωσης. Η θερμοκρασία στην οποία επέρχεται ο μέγιστος ρυθμός αφομοίωσης του CO 2, (άριστα επίπεδα θερμοκρασίας) μετατοπίζεται σε υψηλότερα επίπεδα, (5 C - 10 C) αν αυξηθεί η συγκέντρωση του CO 2 στον αέρα σε επίπεδα κορεσμού, (σχήμα 2.7,Α). Η άριστη, (optimum) θερμοκρασία είναι το σημείο κατά το οποίο οι ικανότητες των διαφόρων βημάτων της 58

φωτοσύνθεσης είναι άριστα ισορροπημένες, με μερικά από τα βήματα αυτής να γίνονται περιοριστικά καθώς η θερμοκρασία ελαττώνεται ή αυξάνεται. Άριστες θερμοκρασίες έχουν ισχυρά γενετικά και φυσιολογικά συστατικά. Φυτά διαφόρων ειδών έχουν διαφορετικές άριστες θερμοκρασίες για τη φωτοσύνθεση. Τα περισσότερα C 3 φυτά έχουν άριστες θερμοκρασίες ανάπτυξης ημέρας κυμαινόμενες από 16 C - 25 C και νύχτας από 14 C - 18 C, [ASHRAE,1989], [Οικονόμου,1992], [Ντόγρας,2001]. Η διατήρηση των άριστων επιπέδων θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της νύχτας έχει μεγάλη σημασία στη φυσιολογία των φυτών. Σε χαμηλές θερμοκρασίες μειώνεται η αναπνοή σε βαθμό ώστε να μην καλύπτονται οι ενεργειακές ανάγκες του φυτού, ενώ σε υψηλές υφίσταται υπερβολική απώλεια αποταμιευμένων ουσιών. Για θερμοκρασίες, κυμαινόμενες από σχεδόν 0 C μέχρι 30 C, αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10 C διπλασιάζει σχεδόν την αναλογία αναπνοής. Ένα παράδειγμα στο οποίο ο ρυθμός φωτοσύνθεσης αυξάνεται ακόμα περισσότερο με ταυτόχρονη αύξηση της συγκέντρωσης του CO 2, αλλά και της θερμοκρασίας δίνεται στο σχήμα 2.8 για φύλλα τομάτας. Σχήμα 2.8. Επίδραση της συγκέντρωσης του CO 2 στην καθαρή φωτοσύνθεση φύλλων τομάτας ανάλογα με τη θερμοκρασία. [Ludwig και Withers,1984] 59

Επίσης, στο σχήμα 2.9 σε πείραμα με φύλλα αγγουριάς φαίνεται η διαφοροποίηση της φωτοσύνθεσης για ατμοσφαιρικά και αυξημένα επίπεδα συγκέντρωσης CO 2, για δυο διαφορετικές θερμοκρασίες. Σχήμα 2.9. Φωτοσύνθεση φύλλων αγγουριάς ανάλογα με τη θερμοκρασία και την ακτινοβολία για δυο επίπεδα συγκέντρωσης CO 2. [Gaastra,1962] Σε παρόμοια επίδραση του CO 2 και της θερμοκρασίας στη φωτοσύνθεση, όπως συμβαίνει στη τομάτα και στο αγγούρι, κατέληξαν και oι Jiao et al., [1988] σε καλλιέργεια τριαντάφυλλου. Ακόμη και στο γαρύφαλλο, που είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο στις υψηλές θερμοκρασίες, αύξηση της συγκέντρωσης του CO 2 μετατόπισε την άριστη θερμοκρασία φωτοσύνθεσης σε υψηλότερο σημείο, σε όλα τα επίπεδα ακτινοβολίας, (σχήμα 2.10). 60

Σχήμα 2.10. Επίδραση του εμπλουτισμού με CO 2 στην καθαρή φωτοσύνθεση σε καλλιέργεια γαρύφαλλου, για διαφορετικά επίπεδα ακτινοβολίας. [Enoch και Hurd,1977] Το γεγονός ότι με αύξηση της συγκέντρωσης του CO 2, τα φυτά αναπτύσσονται καλύτερα σε θερμοκρασίες υψηλότερες κατά 5 C ως 10 C από τις άριστες, καθιστά τον εμπλουτισμό μια διαδικασία καλύτερης αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας προς όφελος της παραγωγής. Η οικονομικότητα του εμπλουτισμού αυξάνεται, ανάλογα με τη χρονική διάρκεια κατά την οποία είναι εφικτός. Για καλλιέργειες, όπως το αγγούρι, η τομάτα, το τριαντάφυλλο κ.α., το θερμοκήπιο πρέπει να αερίζεται για θερμοκρασίες άνω των 23 C την ημέρα, καθιστώντας σχεδόν αδύνατο τον εμπλουτισμό. Θέτοντας, όμως, υψηλότερα το σημείο έναρξης του εξαερισμού με ταυτόχρονη εφαρμογή CO 2, αυξάνονται τόσο οι ώρες κατά τη διάρκεια της ημέρας που είναι εφικτό να γίνει ο εμπλουτισμός,όσο και οι ημέρες κατά τη διάρκεια του έτους. Για τον ελλαδικό χώρο, όπου επικρατεί ήπιο κλίμα με μεγάλη ηλιοφάνεια, η μέθοδος εμπλουτισμού με αυξημένες θερμοκρασίες έχει ιδιαίτερη σημασία και περιγράφεται αναλυτικά στο επόμενο κεφάλαιο, καταρρίπτοντας τις λανθασμένες 61

αντιλήψεις ότι για τις ελληνικές συνθήκες ο εμπλουτισμός δεν επιφέρει θετικό οικονομικό αποτέλεσμα. 2.4.3.Επίδραση του CO 2 στην πρόσληψη θρεπτικών στοιχείων από τα φυτά Η σωστή θρέψη των φυτών είναι πρωταρχικής σημασίας για την κανονική ανάπτυξη τους. Η έλλειψη βασικών θρεπτικών στοιχείων έχει άμεσες και έμμεσες συνέπειες στη φωτοσύνθεση. Όταν με τα ατμοσφαιρικά επίπεδα CO 2 παρέχονται οι απαιτούμενες ή βέλτιστες ποσότητες θρεπτικών στοιχείων, τότε γεννάται το ερώτημα αν κατά τη διάρκεια του εμπλουτισμού πρέπει να αυξηθούν αυτές οι ποσότητες. Η επίδραση, πάντως, των θρεπτικών ουσιών στη φωτοσύνθεση κάτω από αυξημένα επίπεδα CO 2 είναι αμφιλεγόμενη. Οι Skoye και Toop,[1973], συμπέραναν ότι τα επίπεδα των θρεπτικών ουσιών είχαν μικρή σημασία στο να επηρεάσουν την επίδραση της θερμοκρασίας ή του CO 2 σε χρυσάνθεμα. Επίσης, οι Kimball και Mitchell, [1979] σημείωσαν ότι η αύξηση της συγκέντρωσης θρεπτικών ουσιών σε τοματιές με υψηλά επίπεδα CO 2 επέφερε μικρή αύξηση στην παραγωγή, σε σύγκριση με τη χρήση ενός κανονικού διαλύματος θρεπτικών ουσιών. Από άλλα πειράματα, προέκυψε ότι κατά τη διάρκεια του εμπλουτισμού, απαιτούνται υψηλότερα επίπεδα θρεπτικών για μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα. Οι Yelle at al.,[1987] βρήκαν αυξημένη πρόσληψη N και K από τοματιές σε συγκέντρωση 800 ppm CO 2 και με σημαντική επίδραση της θερμοκρασίας στην ζώνη του ριζικού συστήματος. Κατά τις περιπτώσεις όπου χρησιμοποιούνται μεγαλύτερες ποσότητες θρεπτικών στοιχείων, πρέπει για τη συγκεκριμένη καλλιέργεια, να γίνεται έλεγχος αν αντεπεξέρχεται στα αυξημένα επίπεδα αλατότητας. Αν και από έρευνες προκύπτει ότι αυξημένη αλατότητα δε δημιουργεί πρόβλημα στην ανάπτυξη των φυτών, όταν ταυτόχρονα υφίσταται αύξηση της συγκέντρωσης CO 2, εντούτοις, θα πρέπει να καθορίζονται ακριβώς τα όρια κορεσμού. Οι Zeroni και Gale,[1989] έδειξαν ότι η καλλιέργεια τριαντάφυλλου αντέχει σε επίπεδα αλατότητας μέχρι και 2.7 dsm -1, όταν η συγκέντρωση του CO 2 είναι 1200 ppm, (σχήμα 2.11). Τα στελέχη των τριανταφυλλιών που αναπτύχθηκαν σε αλατότητα 2.7 dsm -1, ήταν κατά 7.1% μακρύτερα από αυτά που αναπτύχθηκαν μόνο σε υψηλή συγκέντρωση CO 2. Επίσης, ήταν κατά 44.3% μακρύτερα από αυτά, που αναπτύχθηκαν σε επίπεδα αλατότητας 0.84 dsm -1 και ατμοσφαιρικής συγκέντρωσης CO 2. 62

Σχήμα 2.11. Ανάπτυξη στελεχών τριαντάφυλλων σε τέσσερα επίπεδα αλατότητας με τρία διαφορετικά επίπεδα συγκέντρωσης CO 2. [Zeroni και Gale,1989] Στην καλλιεργητική πράξη, καθώς υπεισέρχονται πολλοί παράγοντες, (τύπος και θερμοκρασία εδάφους, ποσότητα και ποιότητα αρδευτικού νερού κ.α.) είναι πολύ δύσκολο να επιτευχθούν οι κατάλληλες αυξομειώσεις των ποσοτήτων των θρεπτικών ανάλογα με την ένταση, την διάρκεια και των αριθμό των εμπλουτισμών. Η καλύτερη λύση για τη μεγαλύτερη δυνατή αποτελεσματικότητα εμπλουτισμού, είναι το υδροπονικό σύστημα καλλιέργειας με χρήση αυτόματου συστήματος άρδευσηςλίπανσης. Τα φυτά με το σύστημα αυτό προσλαμβάνουν τα απαιτούμενα για κάθε στιγμή, (με ή χωρίς εμπλουτισμό) θρεπτικά, αποφεύγοντας έτσι φαινόμενα υπερβολικής αλατότητας ή έλλειψης θρεπτικών στοιχείων. 63

2.5.Απορρόφηση του CO 2 σε σχέση με την ηλικία των φύλλων και τη φυλλική επιφάνεια της καλλιέργειας Ο ρυθμός φωτοσύνθεσης ή ο ρυθμός απορρόφησης του CO 2 μεταβάλλεται με την ηλικία των φύλλων. Από τη φύτευση μέχρι ένα ποσοστό ανάπτυξης των φύλλων, 50% ως 60%, ο ρυθμός φωτοσύνθεσης συνεχώς αυξάνεται, αγγίζοντας ένα ανώτατο όριο, το οποίο εξαρτάται από τη θερμοκρασία,την ηλιακή ακτινοβολία και κυρίως από τη συγκέντρωση του CO 2. Στη συνέχεια ο ρυθμός φωτοσύνθεσης μειώνεται και σταθεροποιείται με την πλήρη ανάπτυξη του φύλλου (100%). Συνάγεται ότι οι παράγοντες, θερμοκρασία και ακτινοβολία επηρεάζουν το φύλλο περισσότερο, όταν αυτό βρίσκεται σε νεαρή ηλικία. Από πειράματα που έγιναν σε φύλλα τοματιών, [Ludwig και Withers,1984] διαπιστώθηκε ότι σε υψηλά ποσά ηλιακής ακτινοβολίας (300 Wm -2 ) ο εμπλουτισμός με CO 2 δεν επηρέασε τη φωτοσύνθεση μέχρι ένα ποσοστό ανάπτυξης των φύλλων περίπου 20%. Με την πρόοδο της ανάπτυξης, όμως, η φωτοσύνθεση διαφοροποιήθηκε στα φύλλα με υψηλή συγκέντρωση CO 2 (1000 ppm), φτάνοντας σε μια επιπλέον αύξηση της τάξεως του 40%, όταν τα φύλλα βρίσκονται στο 50% της ανάπτυξής τους (σχήμα 2.12). Σχήμα 2.12. Διαφοροποίηση της καθαρής φωτοσύνθεσης ανάλογα με την ηλικία των φύλλων τοματιάς, για επίπεδα ακτινοβολίας 300 Wm -2. [Ludwig και Withers,1984] 64

Σε χαμηλή ένταση ηλιακής ακτινοβολίας (80 Wm -2 ) υπήρξε από την αρχή διαφοροποίηση της φωτοσύνθεσης, εξαιτίας του εμπλουτισμού, η οποία συνεχίζεται μέχρι την πλήρη ανάπτυξη των φύλλων (σχήμα 2.13). Σχήμα 2.13. Διαφοροποίηση της καθαρής φωτοσύνθεσης ανάλογα με την ηλικία των φύλλων τοματιάς για επίπεδα ακτινοβολίας 80 Wm -2. [Ludwig και Withers,1984] Παρόμοια διαφοροποίηση διαπιστώθηκε και σε αλλά πειράματα, όπως για παράδειγμα με φύλλα γερανίου [Kelly et al,1991]. Η γνώση της συμπεριφοράς των φύλλων σε νεαρές ηλικίες, όσον αφορά την απορρόφηση του CO 2, σε συνάρτηση με τους υπόλοιπους παράγοντες που επηρεάζουν την φωτοσύνθεση, έχει μεγάλη σημασία για τον καθορισμό του χρόνου έναρξης των εμπλουτισμών. Σε μια θερμοκηπιακή καλλιέργεια, καθώς τα φυτά μεγαλώνουν, σχηματίζεται μια φυτοστιβάδα η οποία ανάλογα με το είδος των φυτών, έχει μια συγκεκριμένη αρχιτεκτονική (σχήμα, μέγεθος, κατανομή φύλλων, προσανατολισμός φύλλων κ.α.). Η αρχιτεκτονική αυτή επηρεάζει το καθεστώς φωτισμού της φυτοστιβάδας και κατά συνέπεια την παραγωγικότητα της καλλιέργειας. Σε μια αναπτυγμένη καλλιέργεια με μεγάλο δείκτη φυλλικής επιφάνειας, (LAI) τα περισσότερα φύλλα σκιάζονται από αυτά που βρίσκονται στην κορυφή του στελέχους 65

(φύλλα φωτός) και από τα φύλλα των γειτονικών φυτών. Έτσι, υπάρχουν διαφοροποιήσεις στην απορρόφηση του CO 2 μεταξύ φύλλων του ίδιου φυτού. Δυστυχώς, υπάρχουν ελάχιστα παραδείγματα-πειράματα που να συσχετίζουν την απορρόφηση του CO 2 (με ή χωρίς εμπλουτισμό) με τη φυλλική επιφάνεια της καλλιέργειας, δηλαδή με το στάδιο ανάπτυξης της ή με την πυκνότητα φύτευσης. Γεγονός, πάντως, είναι ότι τα επιφανειακά φύλλα που δέχονται τα μεγαλύτερα ποσά ηλιακής ακτινοβολίας και είναι αυτά που όχι μόνο απορροφούν το περισσότερο CO 2 αλλά και συμβάλλουν σε μεγαλύτερο ποσοστό στη φωτοσύνθεση όλου του φυτού. Σε πείραμα που έγινε με καλλιέργεια τομάτας σε πλήρη ανάπτυξη (LAI=8.6) προέκυψε ότι το 66% του CO 2 απορροφήθηκε από τα επιφανειακά φύλλα, τα οποία αποτελούσαν μόνο το 23% των συνολικών φύλλων [Acock et al.,1978]. Ο καθορισμός των φύλλων που έχουν τη μέγιστη φωτοσύνθεση σε μια καλλιέργεια έχει μεγάλη σημασία για τον καθορισμό της κατάλληλης θέσης για τοποθέτηση ενός δικτύου διανομής CO 2. 66

Κεφάλαιο 3 ο Εμπλουτισμός των θερμοκηπίων με CO 2 3.1.Εισαγωγή Κύριος σκοπός κάθε θερμοκηπιακής μονάδας πρέπει να είναι η παραγωγή προϊόντων εκτός εποχής, όταν η υπαίθρια καλλιέργεια, εξαιτίας κλιματολογικών συνθηκών, δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί. Τα περισσότερα κηπευτικά είδη, από την εποχή που λήγει η υπαίθρια καλλιέργεια βρίσκονται σε σχετική έλλειψη στην αγορά της Ελλάδας και σε μεγαλύτερο βαθμό στις αγορές της Κεντρικής και Βόρειας Ευρώπης. Το γεγονός αυτό αποτυπώνεται στις τιμές πώλησης των προϊόντων, διότι σε πολλές περιπτώσεις μπορεί να είναι και δεκαπλάσιες κατά τη διάρκεια του χειμώνα από ό,τι το καλοκαίρι. [Σύμφωνα με στοιχεία των κεντρικών οπωροκηπευτικών αγορών Θεσσαλονίκης και Στουτγάρδης Γερμανίας, για τα έτη 1998-2005]. Για να μπορούν να παραχθούν κηπευτικά προϊόντα, όταν οι τιμές βρίσκονται σε υψηλά επίπεδα, απαιτείται τα θερμοκήπια να είναι σύγχρονα-τυποποιημένα, ώστε να πληρούν τις σχετικές προδιαγραφές και επιπλέον να φέρουν ανάλογο εξοπλισμό, ρυθμιστικό του μικροπεριβάλλοντος, για τη σωστή ανάπτυξη των φυτών και την παραγωγή ποιοτικών προϊόντων. Ο εξοπλισμός σ ένα τυποποιημένο θερμοκήπιο μπορεί να χωριστεί σε δυο κατηγορίες : Στον ελάχιστο δυνατό εξοπλισμό που απαιτείται για να μπορεί να υπάρξει ανάπτυξη των φυτών και να διασφαλιστεί κάποια παραγωγή ικανή να αποφέρει θετικό οικονομικό αποτέλεσμα. Στον επιπλέον ή συμπληρωματικό εξοπλισμό, με τον οποίο δημιουργούνται άριστες συνθήκες ανάπτυξης των φυτών με αποτέλεσμα τη μεγιστοποίηση της παραγωγής. Στην πρώτη κατηγορία ανήκει το σύστημα θέρμανσης, το σύστημα άρδευσης και το σύστημα φυσικού αερισμού το οποίο αποτελείται από αυτόματους μηχανισμούς παραθύρων. Επιπλέον υπάρχουν αισθητήρες θερμοκρασίας και υγρασίας, εξωτερικό ανεμόμετρο και σύστημα καταγραφής και ελέγχου του 67

περιβάλλοντος του θερμοκηπίου, (καταγραφικό δεδομένων συνδεδεμένο με ηλεκτρονικό υπολογιστή ). Στη δεύτερη κατηγορία ανήκουν ο τεχνητός φωτισμός, ο δυναμικός αερισμός, τα συστήματα ψύξης-δροσισμού, το σύστημα σκίασης, ο εξοπλισμός υδροπονίας με ή χωρίς υποστρώματα, το αυτόματο σύστημα άρδευσης-λίπανσης με ανακύκλωση του αρδευτικού νερού, το αυτόματο σύστημα ψεκασμού και υδρονέφωσης, το ολοκληρωμένο σύστημα ελέγχου και διαχείρισης θερμοκηπίου με ηλεκτρονικό υπολογιστή και τέλος ο εξοπλισμός εφαρμογής και ελέγχου εμπλουτισμών με CO 2. Η εγκατάσταση οποιουδήποτε εξοπλισμού της δεύτερης κατηγορίας απαιτεί ένα επιπρόσθετο κόστος αγοράς και λειτουργίας, οδηγεί όμως είτε σε αύξηση της παραγωγής είτε σε βελτίωση της ποιότητας είτε και στα δυο. Πράγματι η διαφορά είναι εντυπωσιακή, καθώς θερμοκήπια που φέρουν όλους αυτούς τους εξοπλισμούς παρουσιάζουν μια 3πλασια έως 5πλασια αύξηση της παραγωγής. Κατά καιρούς πραγματοποιήθηκαν διάφορες έρευνες για να διαπιστωθεί η οικονομική αποτελεσματικότητα των εξοπλισμών, καθώς και για να αξιολογηθούν οι νέες πρακτικές και τεχνολογίες στην καλλιέργεια των φυτών, η επιτυχία των οποίων εξαρτάται από την ύπαρξη αυτών των εξοπλισμών. Ο εμπλουτισμός με CO 2 αποτελεί μία τέτοια πρακτική και οδηγεί σε θεαματική αύξηση της παραγωγής, καθώς και στη βελτίωση της ποιότητας των παραγόμενων προϊόντων. 3.2.Ιστορική ανασκόπηση της χρήσης του CO 2 στα θερμοκήπια Τα πρώτα θετικά αποτελέσματα στα φυτά από την επίδραση του εμπλουτισμού με CO 2 έγιναν γνωστά πριν 200 χρόνια [Mortensen, 1987]. Από το 1900 μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 1930 η έρευνα για το CO 2 είναι εκτεταμένη στην Αμερική και σε διάφορες χώρες της Ευρώπης. Πολλά όμως από τα αποτελέσματα της έρευνας αυτής ήταν περιορισμένης αξίας, λόγω των εξαιρετικά φτωχών πειραματικών μεθόδων που χρησιμοποιήθηκαν. Ωστόσο, αν και τα θετικά αποτελέσματα που βρέθηκαν από πολλά πειράματα ήταν αρκετά πειστικά, ο εμπλουτισμός των θερμοκηπίων με CO 2 δεν είχε μεγάλη πρακτική εφαρμογή μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1950. Οι κύριοι λόγοι, ήταν πιθανόν, η χρήση εδάφους πλούσιου σε οργανική ουσία, το οποίο αποτελεί πηγή CO 2, καθώς και τα προβλήματα στην ανάπτυξη των φυτών από την 68

εκπομπή επιβλαβών για τα φυτά υποπροϊόντων (SO 2 ) κατά την καύση υδρογονανθράκων για την παραγωγή του CO 2. Το ενδιαφέρον για τον εμπλουτισμό των θερμοκηπίων με CO 2 επανέρχεται στη δεκαετία του 1960. Την πρακτική εφαρμογή του CO 2 στα θερμοκήπια, κατά τη διάρκεια αυτής της δεκαετίας, ακολουθεί μία εκτεταμένη επιστημονική έρευνα και τα θετικά αποτελέσματα για τις θερμοκηπιακές καλλιέργειες είναι πολλά. [Holey and Goldsberry,1961], [Holley et al.,1962], [Wittwer and Robb,1964] [Lindstrom,1965], [Daunicht,1966], [Wittwer,1966], [Gaastra,1966], [Hardh,1966], κ.α.. Ωστόσο, πολλοί παραγωγοί όχι μόνο δεν παρατηρούσαν καμία σημαντική αύξηση της παραγωγής, ενώ συχνά διαπίστωναν ζημιές στις καλλιέργειες. Η αρνητική επίδραση του εμπλουτισμού με CO 2 στις θερμοκηπιακές καλλιέργειες οφειλόταν κυρίως στη χρήση μη καθαρών καυσίμων (π.χ. κηροζίνη) για την παραγωγή του, καθώς επίσης και στην ανεξέλεγκτη χρήση του χωρίς ταυτόχρονο έλεγχο της συγκέντρωσης. Έτσι η συγκέντρωση του CO 2 στο χώρο του θερμοκηπίου ξεπερνούσε πολλές φορές τα επιβλαβή για τα φυτά επίπεδα των 3000 ppm. Τα δεδομένα αυτά επηρέασαν αρνητικά το ενδιαφέρον των παραγωγών για τον εμπλουτισμό των θερμοκηπίων με CO 2. Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1970 ο εμπλουτισμός θερμοκηπίων γινόταν αποκλειστικά σε καλλιέργειες μαρουλιού στις Σκανδιναβικές χώρες. Από το 1980 όμως και έπειτα ο εμπλουτισμός των θερμοκηπίων με CO 2 αποτελεί μια σταθερή και αυτονόητη πρακτική σ όλες τις θερμοκηπιακά αναπτυγμένες χώρες, όπου έχει δημιουργηθεί μια ολοένα και αυξανόμενη αγορά CO 2. Στην Ολλανδία, για παράδειγμα, κατασκευάζεται από ιδιωτικούς φορείς αγωγός CO 2 μήκους 150 km που θα συνδέει διυλιστήριο πετρελαίου στο Ρότερνταμ με θερμοκήπια στο Άμστερνταμ. Το διυλιστήριο αποβάλλει 1 εκατομμύριο τόνους CO 2 από την επεξεργασία 21 εκατομμυρίων τόνων πετρελαίου ετησίως. Το 1/4 αυτής της ποσότητας του CO 2 θα διοχετεύεται σε 500 θερμοκηπιακές μονάδες συνολικής έκτασης 12000 στρεμμάτων. Το έργο έχει προϋπολογισμό 90 εκατομμυρίων ευρώ [http://www.echoonline.de/treffpunkt/detail.php3?id=291094]. Η ραγδαία αυτή αύξηση στη χρήση συστημάτων τεχνητής εφαρμογής CO 2 στα θερμοκήπια οφείλεται στους παρακάτω λόγους [Moe and Mortensen,1986]: Μείωση της εκπομπής τοξικών υποπροϊόντων με τη χρήση καθαρότερων καυσίμων και τη βελτίωση των καυστήρων. Χρήση καθαρού CO 2. 69

Καλύτερος έλεγχος της συγκέντρωσης του CO 2 μέσω συσκευών μέτρησης και δικτύων διανομής. Βελτίωση των θερμοκηπιακών κατασκευών και μείωση των απωλειών κατά την εφαρμογή του CO 2. Καλύτερη γνώση της αντίδρασης των φυτών κατά τον εμπλουτισμό με CO 2 σε διαφορετικές συνθήκες περιβάλλοντος. Ανάγκη αύξησης της μέσης στρεμματικής απόδοσης και αντίστοιχα βελτίωσης της ποιότητας των παραγόμενων προϊόντων. Αντίθετα με ό,τι συμβαίνει στις άλλες Ευρωπαϊκές χώρες, η χρήση συστημάτων τεχνητής εφαρμογής CO 2 στην Ελλάδα ήταν και είναι εξαιρετικά περιορισμένη. Η έλλειψη ενημέρωσης των παραγωγών, η απουσία του κατάλληλου εξοπλισμού που παρέχει τη δυνατότητα ελέγχου του μικροπεριβάλλοντος των καλλιεργειών στο μεγαλύτερο ποσοστό των θερμοκηπίων και η λανθασμένη αντίληψη ότι οι υψηλές θερμοκρασίες που επικρατούν στη χώρα μας δεν επιτρέπουν τον εμπλουτισμό με CO 2 είναι μερικές από τις αιτίες, στις οποίες οφείλεται η περιορισμένη διάδοση της χρήσης του CO 2 ως μέσου αύξησης της παραγωγής. 3.3.Τα οφέλη του εμπλουτισμού με CO 2 στις θερμοκηπιακές καλλιέργειες Όπως ήδη αναφέρθηκε το CO 2 αποτελεί την πρώτη ύλη της φωτοσύνθεσης και οποιαδήποτε μεταβολή της συγκέντρωσης του στον αέρα προκαλεί ανάλογη μεταβολή στον ρυθμό φωτοσύνθεσης και κατ επέκταση στην παραγωγικότητα των φυτών, καθιστώντας έτσι τον εμπλουτισμό με CO 2 μια διαδικασία αερολίπανσης. Σε πρακτικό επίπεδο από έρευνες, πειράματα και παρατηρήσεις που έγιναν τις τελευταίες τέσσερις δεκαετίες διαπιστώθηκε ότι, με αύξηση της συγκέντρωσης του CO 2 στον αέρα των θερμοκηπίων σε επίπεδα ως και 7 φορές υψηλότερα από τα ατμοσφαιρικά, προέκυψαν σημαντικά οφέλη στην παραγωγή σχεδόν όλων των κηπευτικών και ανθοκομικών προϊόντων. Συγκεκριμένα σε καλλιέργειας τομάτας διαφόρων ποικιλιών σημειώθηκε αύξηση της παραγωγής από 30 έως 70% με μέση αύξηση 45%. Επίσης παρατηρείται επιτάχυνση της ανάπτυξης των σπορόφυτων τομάτας μέχρι και 50% με αποτέλεσμα τη σημαντική 70

πρωίμιση της άνθισης. Η αυξημένη παραγωγή προέρχεται από το γεγονός ότι φυτά τομάτας που αναπτύσσονται σε υψηλά επίπεδα συγκέντρωσης CO 2, παράγουν περισσότερες ταξιανθίες-ταξικαρπίες ανά φυτό, περισσότερα ανοιχτά άνθη ανά ταξιανθία και περισσότερους καρπούς ανά ταξιανθία. Παράλληλα βελτιώνεται η ποιότητα των καρπών (χρώμα και σχήμα) και έχουν βρεθεί αυξημένα επίπεδα βιταμίνης Α σε καρπούς τομάτας. Τα παραπάνω στοιχεία είναι συγκεντρωτικά και προέκυψαν από έρευνες σύμφωνα με τους παρακάτω συγγραφείς : Wittwer και Robb,[1964], Hand και Soffe,[1971], Hand και Postlethwaite,[1971], Knecht και O Leary,[1974], Cαlvert και Slack,[1975], Hicklenton και Jollife, [1980], Kimball και Mitchell,[1981], Yelle et al.,[1987], Dutton et al.,[1988], Hand και Slack, [1988], Nederhoff,[1994]. Παρόμοια συμπεριφορά με την τομάτα, όταν επικρατούν υψηλές συγκεντρώσεις CO 2 στον αέρα του θερμοκηπίου, παρουσιάζει η καλλιέργεια της πιπεριάς, [Enoch et al.,1970], [Vijberg και van Uffelen,1977], [Nederhoff και van Uffelen,1988], [Nederhoff,1994], [Nederhoff,1996], [Akilli et al.,2000] και της μελιτζάνας [Nederhoff και Buitelaar,1992], [Nederhoff,1994], [Akilli et al.,2000]. Για την καλλιέργεια του αγγουριού σημειώθηκε αύξηση της παραγωγής από 25 έως 50%, πρωϊμιση της άνθισης, αυξημένος αριθμός ανθέων και μείωση του χρόνου καλλιέργειας και συγκομιδής, [Enoch et al.,1976], [Challa,1976], [Ito,1978], [van Berkel και van Uffelen, 1975], [Slack, 1983], [Nederhoff, 1994], [Nederhoff, 1996]. Στο μαρούλι επιταχύνθηκε η ανάπτυξη του κατά τέσσερις εβδομάδες ή μειώθηκε ο χρόνος καλλιέργειας κατά 20% με αύξηση στην παραγωγή από 25 έως 40%. Αξίζει να σημειωθεί ότι στο μαρούλι τα αποτελέσματα των εμπλουτισμών είναι ιδιαίτερα θεαματικά καθώς όλο το προϊόν της φωτοσύνθεσης αποταμιεύεται στα φύλλα, συγκομίζεται ολόκληρο και δεν υπάρχει μεταφορά CO 2 σε άλλα μέρη του φυτού [Johnston, 1972], [Krizek et al., 1974], [Knecht και O Leary, 1983], [Hand, 1983], [Nederhoff, 1996]. Εντυπωσιακή είναι επίσης η αύξηση στην παραγωγή των κηπευτικών, όταν η συγκέντρωση του CO 2 αυξάνεται μόνο κατά ένα μικρό ποσοστό: [http://www.hortnet.co.nz/publications/science/n/neder/co2_nr1.htm#top] Σε πείραμα με καλλιέργεια τομάτας στην Μεγάλη Βρετανία η συγκομιδή καρπών αυξήθηκε σε μία περίοδο 4 μηνών κατά 4.5 kg/m 2, όταν τα επίπεδα του CO 2 71

αυξήθηκαν από 320 σε 500 ppm. Αυτό αντιστοιχεί σε 250g/m 2 για κάθε 10 ppm CO 2 που προστέθηκαν. Σε παρόμοιο πείραμα στην Ολλανδία η παραγωγή αυξήθηκε κατά 18% με συγκέντρωση 510 ppm σε σύγκριση με το θερμοκήπιομάρτυρα στα 370 ppm. Σε καλλιέργεια πιπεριάς στην Ολλανδία κατά την καλοκαιρινή και φθινοπωρινή περίοδο, η αύξηση στην παραγωγή ανήλθε σε 46% σε συγκριτικό πείραμα με 450 και 300 ppm. Η διαφορά αυτή προήλθε από την αύξηση του αριθμού των καρπών εξαιτίας της καλύτερης καρπόδεσης. Σε πείραμα με καλλιέργεια αγγουριού στη Μεγάλη Βρετανία η συγκομιδή καρπών αυξήθηκε σε μία περίοδο 4 μηνών κατά 10.8 kg/m 2, όταν τα επίπεδα του CO 2 αυξήθηκαν από 300 σε 500 ppm. Αυτό αντιστοιχεί σε 540g/m 2 για κάθε 10 ppm CO 2 που προστέθηκαν. Σε παρόμοιο πείραμα στην Ολλανδία η παραγωγή αυξήθηκε κατά 34% με συγκέντρωση 620 ppm σε σύγκριση με το θερμοκήπιο μάρτυρα στα 360 ppm. Στα ανθοκομικά είδη τα οφέλη του εμπλουτισμού προκύπτουν κυρίως από τη βελτίωση της ποιότητας τους. Στα τριαντάφυλλα, ο εμπλουτισμός με CO 2 προκαλεί εμφάνιση περισσότερων μπουμπουκιών, ελάττωση αντίστοιχα των παραμορφωμένων, επιμήκυνση μίσχου, μεγαλύτερο αριθμό πετάλων, αύξηση του βάρους των ανθέων ως και 50%, αύξηση των εμπορεύσιμων τριαντάφυλλων από 15 έως 30% και τέλος συντόμευση του χρόνου συγκομιδής, [Zieslin και Halevy,1972], [Thompson και Hanan,1976], [Dutton et al.,1988], [Zeroni και Gale,1989]. Αξίζει να σημειωθεί ότι η λιανική τιμή πώλησης ενός αναπτυγμένου τριαντάφυλλου με μακρύ στέλεχος και μεγάλο άνθος μπορεί να είναι και διπλάσια από ό,τι ενός με μέτρια ανάπτυξη. Στο χρυσάνθεμο συντομεύεται ο χρόνος άνθισης κατά δυο εβδομάδες, οι βλαστοί εμφανίζονται πιο ισχυροί και το συνολικό βάρος ανά φυτό είναι μεγαλύτερο, [Hughes και Cockshull,1971], [Skoye και Τoop,1973], [Mortensen,1986], [Gislerod και Nelson,1989]. Στο γαρύφαλλο αυξάνεται το βάρος των ανθέων και η αντοχή των στελεχών, μειώνεται ο χρόνος που απαιτείται για την άνθηση και παρουσιάζεται αύξηση της παραγωγής έως και 40%. [Holley,1964], [Hurd και Enoch,1976], [Goldsberry,1986]. 72

Πέρα από τα αποτελέσματα των ερευνών που προαναφέρθηκαν υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός θερμοκηπιακών μονάδων στο εξωτερικό που παρουσιάζουν σε δικές τους ιστοσελίδες στο διαδίκτυο τα οφέλη και την θετική εμπειρία τους από την εφαρμογή εμπλουτισμών με CO 2 στα θερμοκήπια. 3.4.Περιοριστικές τιμές της συγκέντρωσης του CO 2 Η κανονική συγκέντρωση του CO 2 στην ατμόσφαιρα δεν μπορεί να θεωρηθεί ως η άριστη συγκέντρωση, καθώς βρίσκεται πολύ κοντά στα κατώτερα επιτρεπτά για την ανάπτυξη των φυτών όρια, στο σημείο δηλαδή ισοστάθμισης του CO 2. Μπορεί, όμως, να χρησιμοποιηθεί ως μέτρο σύγκρισης της ανάπτυξης των φυτών στην συγκέντρωση αυτή σε σχέση με αυτήν που έχουν σε μικρότερα ή μεγαλύτερα επίπεδα. Η συνεχής μείωση του CO 2 κάτω από τα 340 ppm προκαλεί και συνεχή μείωση της κανονικής ανάπτυξης των φυτών, μέχρι το σημείο ισοστάθμισης του CO 2, που για τα C 3 φυτά είναι 50 ως 100 ppm CO 2. Το ποσό αυτό αφορά τη συγκέντρωση του CO 2 στο εσωτερικό του φύλλου (CO 2int ). Η αντίστοιχη ελάχιστη συγκέντρωση του CO 2 στον αέρα του θερμοκηπίου (CO 2ext ), κάτω από την οποία σταματάει η ανάπτυξη των φυτών, κυμαίνεται από 100 ως 150 ppm CO 2, ανάλογα με το είδος της καλλιέργειας (σχήμα 3.1). 73

Σχήμα 3.1. Μεταβολή του ρυθμού ανάπτυξης, με διάφορες συγκεντρώσεις CO 2 σε σύγκριση με το ρυθμό ανάπτυξης σε ατμοσφαιρικά επίπεδα CO 2 (100%). Με συγκέντρωση 100 ppm CO 2 ο ρυθμός ανάπτυξης είναι μόνο 40%, σε σύγκριση με τον ρυθμό ανάπτυξης στα 330 ppm, ενώ με συγκέντρωση 50 ppm μηδενίζεται τελείως. [van Berkel,1984] Για επίπεδα από 0 ως 600 ή 800 ppm CO 2 η σχέση μεταξύ συγκέντρωσης CO 2 και φωτοσύνθεσης είναι σχεδόν γραμμική και οποιαδήποτε μεταβολή στη συγκέντρωση του CO 2 προκαλεί άμεση, αναλογική αντίδραση στη φωτοσύνθεση την χαρακτηριστική για τα διάφορα είδη φυτών. Η σχέση μεταξύ συγκέντρωσης και φωτοσύνθεσης για τις περισσότερες καλλιέργειες παύει να είναι γραμμική πάνω από 600 η 800 ppm, όπου επέρχεται μια επιβράδυνση στην αύξηση του ρυθμού φωτοσύνθεσης μέχρι ενός σημείου, πέρα από το οποίο προκαλούνται βλάβες στα φυτά. Το ανώτερο επιτρεπτό όριο διαφέρει για κάθε είδος φυτού και εξαρτάται από τους παράγοντες που επηρεάζουν τη φωτοσύνθεση. Έρευνες που έγιναν για επίπεδα 5000 ppm CO 2 έδειξαν ότι προκαλούνται βλάβες σε καλλιέργειες αγγουριού, τομάτας και μελιτζάνας, [van Berkel,1986], [Nederhoff,1994]. Εντοπίστηκαν συμπτώματα, όπως συστροφή των φύλλων τοματιάς, χλώρωση των γηραιότερων φύλλων σε αγγουριές και σε κορυφές τοματιών. Σε καλλιέργεια πιπεριάς παρατηρήθηκε το φαινόμενο οι καρποί να μεγαλώνουν κανονικά, αλλά τα φυτά να παραμένουν σε μικρή ανάπτυξη, [Nederhoff,1996]. Την καλοκαιρινή περίοδο στην Ολλανδία, όταν εφαρμόζεται εμπλουτισμός για τη διατήρηση των ατμοσφαιρικών 74

επιπέδων CO 2, εμφανίζεται σε ορισμένες περιπτώσεις το σύνδρομο των κοντών φύλλων ( short leaf syndrome ) σε τοματιές, το οποίο όμως αντιμετωπίζεται με την αύξηση της πυκνότητας των φυτών ή αφήνοντας έναν επιπλέον βλαστό σε κάθε φυτό, την άνοιξη και το καλοκαίρι. Πολλά, όμως, συμπτώματα μπορεί να οφείλονται και σε άλλους παράγοντες, πέρα από τις υψηλές συγκεντρώσεις CO 2. Για παράδειγμα η συστροφή των φύλλων της τομάτας αποδίδεται και σε άλλους λόγους, όπως υψηλά ποσά ηλιακής ακτινοβολίας, ιώσεις και μη κανονική θρέψη σε μεγάλη συγκέντρωση CO 2. Σε αγγουριές παρατηρήθηκαν βλάβες με συγκέντρωση 1500 ppm CO 2, όταν μετά από συννεφιασμένο καιρό ακολουθούσε έντονη ηλιοφάνεια που αποδίδεται στη διάσπαση της χλωροφύλλης. Προβλήματα κορεσμού εμφανίζονται στα γαρύφαλλα, όταν μετά από φωτεινές ημέρες ακολουθούν πολλές με χαμηλή ηλιοφάνεια. Τα προβλήματα, όμως, αυτά μπορεί να συμβούν και χωρίς εμπλουτισμό με CO 2. Ο καθορισμός της άριστης συγκέντρωσης του CO 2 για κάθε καλλιέργεια είναι δύσκολος, καθώς τα επίπεδα μεταβάλλονται από διάφορους παράγοντες όπως: την ηλιακή ακτινοβολία, τη θερμοκρασία, τη διαθεσιμότητα σε θρεπτικά στοιχεία, την πυκνότητα φύτευσης, το στάδιο ανάπτυξης της καλλιέργειας κατά το χρονικό σημείο έναρξης των εμπλουτισμών κ.α.. Από πολυάριθμα πειράματα που έγιναν σε διάφορα μέρη του κόσμου, έχει διαπιστωθεί ότι για καλλιέργειες όπως η τομάτα, η πιπεριά, η μελιτζάνα, το χρυσάνθεμο και το γαρύφαλλο, η άριστη συγκέντρωση του CO 2 στον αέρα του θερμοκηπίου κυμαίνεται γύρω στα 1000 ppm. Σε καλλιέργειες όπως το αγγούρι και το μαρούλι, η άριστη συγκέντρωση βρίσκεται σε υψηλότερα επίπεδα (πάνω από 1800 ppm). [Holley et al.,1962], [Woltz και Engelhard,1971], [Calvert και Slack,1975], [Mortensen και Moe,1983], [Heij και van Uffelen,1984], [van Berkel,1984], [Mortensen και Ulsaker,1985], [Goldsberry,1986], [Hand,1988]. Στις περιπτώσεις, όπου δεν διατηρούνται σταθερά επίπεδα CO 2, (π.χ. μέθοδος των ασυνεχών εμπλουτισμών) οι παραπάνω ενδεικτικές συγκεντρώσεις μπορούν να βρίσκονται και σε υψηλότερα επίπεδα. Η διατήρηση υψηλής συγκέντρωσης CO 2, στα θερμοκήπια εκτός από το γεγονός ότι μπορεί να προκαλέσει βλάβες στα φυτά, θεωρείται και αντιοικονομική. 75

3.5.Πηγές εμπλουτισμού CO 2 Υπάρχουν δύο βασικές πηγές CO 2, για εμπλουτισμό στα θερμοκήπια: Καθαρό CO 2 Καύση υδρογονανθράκων. Η αποσύνθεση οργανικής ουσίας μπορεί να θεωρηθεί ως πηγή, μόνο σε μη υδροπονικές καλλιέργειες και όταν χρησιμοποιούνται οργανικά υπολείμματα (κοπριά, άχυρα) ή οργανικά λιπάσματα. 3.5.1.Καθαρό CO 2 3.5.1.1.Εξάτμιση υγρού CO 2 Το υγρό CO 2 αποθηκεύεται σε δεξαμενές ή φιάλες και διοχετεύεται έπειτα από εκτόνωση της πίεσης στο χώρο του θερμοκηπίου. Είναι η πιο ακριβή πηγή εμπλουτισμού, αλλά και η πιο ασφαλής και εύκολα ελεγχόμενη. Η χρήση του συνιστάται ιδιαίτερα σε περιόδους με υψηλή θερμοκρασία, καθώς, κατά τον εμπλουτισμό, δεν παράγεται θερμότητα σε αντίθεση με την καύση υδρογονανθράκων. Το μέγεθος των δεξαμενών εξαρτάται από την έκταση του θερμοκηπίου. Μεγάλες δεξαμενές, όπως φαίνονται στην εικόνα 3.1, χρησιμοποιούνται μόνο σε θερμοκήπια μεγαλύτερα των 4000 m 2, καθώς έχουν μεγάλο κόστος αγοράς, λειτουργίας και συντήρησης [Hand,1984]. Πολλές εταιρείες που προμηθεύουν το CO 2, παρέχουν τη δυνατότητα δανεισμού ή ενοικίασης των δεξαμενών. 76

Εικόνα 3.1. Δεξαμενές αποθήκευσης CO 2, οριζοντίου τύπου. Σε μικρότερης έκτασης θερμοκήπια (<2000m 2 ) χρησιμοποιούνται φιάλες χωρητικότητας 20 έως 50 kg CO 2 με πίεση 5500 KPa (εικόνα 3.2). Η εφαρμογή του CO 2 σ αυτήν την περίπτωση γίνεται συνήθως χωρίς συστήματα αυτοματισμών και δικτύου σωληνώσεων, ενώ οι φιάλες τοποθετούνται στο κέντρο του θερμοκηπίου και το αέριο εκρέει απευθείας από τη βαλβίδα εξόδου. Αντίθετα, σε μεγάλα θερμοκήπια, όπου χρησιμοποιούνται δεξαμενές, η εφαρμογή του αερίου γίνεται αυτόματα και μέσω δικτύου σωληνώσεων. Εικόνα 3.2. Φιάλη CO 2 χωρητικότητας 50 kg. Οι δεξαμενές οριζόντιου τύπου (εικόνα 3.1) έχουν χωρητικότητα που κυμαίνεται από 6000 έως 30000 kg CO 2, ενώ οι κατακόρυφου τύπου (εικόνα 3.3) έχουν χωρητικότητα πάνω από 50000 kg. 77

Εικόνα 3.3. Δεξαμενή αποθήκευσης CO 2, κατακόρυφου τύπου, μεγάλης χωρητικότητας. Η πίεση του CO 2 μέσα στις δεξαμενές είναι πάνω από 2100 KPa και εξασφαλίζεται με τη βοήθεια μικρών ψηκτρών. Η μετατροπή του υγρού CO 2 σε αέριο γίνεται σε ειδικούς σωλήνες στην έξοδο της δεξαμενής με τη βοήθεια ή μη ενός κατάλληλου συστήματος θέρμανσης (εικόνα 3.4). Το σύστημα διανομής για τη σωστή και ασφαλή λειτουργία περιλαμβάνει, εκτός από τους εκτονωτές πίεσης και μια σειρά από βοηθητικά εξαρτήματα, όπως: ρυθμιστικές βαλβίδες ροής, μετρητές παροχής και πίεσης και αισθητήρες αυτόματης διακοπής της παροχής, στην περίπτωση που παρουσιαστεί κάποια δυσλειτουργία (εικόνα 3.5). 78

Εικόνα 3.4. Δεξαμενή CO 2, χωρητικότητας 10 τόνων, με κατακόρυφο εξαερωτήρα. Εικόνα 3.5.Εκτονωτής πίεσης και ηλεκτροβάνα στο σημείο σύνδεσης του αγωγού εφαρμογής με τον κεντρικό αγωγό διανομής. 79

3.5.1.2.Εξάχνωση στερεού CO 2 (ξηρός πάγος) Με τον όρο ``ξηρός πάγος`` εννοείται το στερεοποιημένο CO 2. Σε μικρής έκτασης θερμοκήπια τοποθετούνται ανά διαστήματα τεμάχια ξηρού πάγου, ώστε με την εξάχνωση τους να δίνουν CO 2 στο χώρο. Σ αυτήν την περίπτωση, δεν είναι δυνατός ο έλεγχος της συγκέντρωσης του CO 2, καθώς η εξάχνωση αυτή γίνεται ανεξέλεγκτα. Σε μεγάλες μονάδες το CO 2 μπορεί να βρίσκεται σε δεξαμενές υπό στερεή μορφή και να εφαρμόζεται ελεγχόμενη εξάχνωση. Η χρήση του καθαρού CO 2 είναι ευρύτερα διαδεδομένη σε χώρες της βόρειας Ευρώπης (Σκανδιναβία) και στις ανατολικές Η.Π.Α., διότι εκεί υπάρχει αναπτυγμένο δίκτυο διανομής του CO 2 στους παραγωγούς με δυνατότητα ενοικίασης των δεξαμενών. Επίσης η τιμή του CO 2 είναι ανταγωνιστική έναντι της τιμής των υγρών καυσίμων. Ας σημειωθεί ότι το υγρό ή στερεό CO 2 είναι πιο δαπανηρό, γιατί απαιτήθηκε ενέργεια για την υγροποίηση ή τη στερεοποίησή του. 3.5.2.Καύση υδρογονανθράκων για παραγωγή CO 2 Η πλήρης καύση των υδρογονανθράκων παράγει CO 2 και νερό σύμφωνα με τη γενική αντίδραση: ν C μ H ν + ν(μ+1.5) Ο 2 = νμ CO 2 + ν Η 2 Ο + Ενέργεια Τα κυριότερα καύσιμα είναι το φυσικό αέριο, το προπάνιο, το βουτάνιο και η κηροζίνη. Ο Koths,[1964] αναφέρει και τη χρήση αιθανόλης και μεθανόλης. Ένα λίτρο 95% αιθανόλης παράγει 1,4 kg CO 2 ή 0,7m 3 και ένα λίτρο 99,5% μεθανόλης παράγει 1kg ή 0,5m 3 CO 2. Η χρήση των αλκοολών, αν και θεωρούνται καθαρά καύσιμα, δεν είναι ιδιαίτερα διαδεδομένη για δύο λόγους : Το δίκτυο παραγωγής και διανομής τους δεν είναι ιδιαίτερα αναπτυγμένο, όπως των υπόλοιπων υγρών καυσίμων. 80

Η παραγωγή CO 2 κατά την καύση είναι πολύ πιο μικρή, συγκρινόμενη για παράδειγμα με το προπάνιο όπου 1kg παράγει 3kg CO 2. Συνεπάγεται ότι με τη χρήση αλκοολών απαιτείται μεγαλύτερος χώρος αποθήκευσης. Το φυσικό αέριο είναι το καταλληλότερο καύσιμο για παραγωγή CO 2, αλλά και θερμότητας (14.000 Kcal/ kg), διότι συγκρινόμενο με τα υγρά καύσιμα, αποθηκεύεται πολύ πιο εύκολα και σε μεγαλύτερες ποσότητες. Επίσης η περιεκτικότητα του σε θείο είναι πολύ χαμηλή [McKeag,1965], [van Berkel,1984b]. Σε πολλές περιοχές το φυσικό αέριο είναι και το πιο φτηνό καύσιμο, ιδιαίτερα στις χώρες παραγωγής του. Σε περιοχές μη διαθεσιμότητας φυσικού αερίου πολύ δημοφιλές καύσιμο είναι ένα μείγμα από βουτάνιο (C 4 H 10 ) και προπάνιο (C 3 H 8 ) [Kenig και Kramer,1999]. Πολύ φτηνό καύσιμο είναι και η κηροζίνη που συνηθίζεται να χρησιμοποιείται στην παραγωγή μαρουλιών. Η χρήση υδρογονανθράκων παρουσιάζει δύο σημαντικά πλεονεκτήματα: Είναι πιο οικονομική, συγκρινόμενη με το καθαρό CO 2. Υπάρχει ταυτόχρονη παραγωγή θερμότητας. Το τελευταίο μπορεί να αποτελεί και μειονέκτημα σε περιπτώσεις, όπου δεν απαιτείται επιπλέον θέρμανση (ημέρες με υψηλές θερμοκρασίες). Αν και στις χώρες της Βόρειας Ευρώπης δεν υπάρχει πρόβλημα εκτός από τους καλοκαιρινούς μήνες, [Nawrocki,1984] σε μεσογειακές κλιματικές συνθήκες, η επιπλέον θερμότητα θεωρείται πλεονέκτημα την περίοδο από Οκτώβριο έως Απρίλιο, ιδιαίτερα για την παραγωγή τομάτας, αγγουριού και τριαντάφυλλων. Ένα σοβαρό μειονέκτημα της χρήσης υδρογονανθράκων, ειδικά, όταν η καύση γίνεται μέσα στο θερμοκήπιο, είναι η πιθανότητα πρόκλησης ζημιών στις καλλιέργειες από τα ανεπιθύμητα συστατικά των καυσίμων, από την ατελή καύση και από την κακή διανομή των προϊόντων της καύσης μέσα στο χώρο. Σε αντίθεση, η χρήση καθαρού CO 2 παρουσιάζει το πλεονέκτημα ότι δεν είναι επιβλαβής και ο εμπλουτισμός ελέγχεται καλύτερα, ειδικά με τα σημερινά συστήματα αυτοματισμού. 81

Η καύση των πρώτων υλών πραγματοποιείται σε καυστήρες τέλειας καύσης. Η επιλογή του κατάλληλου καυστήρα πρέπει να γίνεται σύμφωνα με τα παρακάτω κριτήρια: Το είδος του καυσίμου Το μέγεθος του θερμοκηπίου Την ποιότητα των καυσαερίων που παράγει Τον τρόπο διανομής του CO 2 στο χώρο Την ευκολία συντήρησης του και τη δυνατότητα λειτουργίας του με συστήματα αυτοματισμών Την τιμή του Στην αγορά υπάρχουν πολύ τύποι ειδικών καυστήρων για παραγωγή CO 2. Άλλωστε, οι καυστήρες που χρησιμοποιούνται για παραγωγή θερμότητας μπορούν με κατάλληλες ρυθμίσεις να χρησιμοποιούνται και για τον εμπλουτισμό. Στην Ολλανδία, πολλές μονάδες για την αποφυγή της αγοράς νέου καυστήρα, φιλτράρουν και εισάγουν τα καυσαέρια από τους ήδη υπάρχοντες καυστήρες στο χώρο του θερμοκηπίου. Οι πιο συνηθισμένοι τύποι καυστήρων που χρησιμοποιούνται για παραγωγή CO 2, περιγράφονται παρακάτω: Καυστήρες ανοιχτού τύπου. Οι καυστήρες αυτοί τοποθετούνται σ ένα ύψος πάνω από την καλλιέργεια και είναι κατάλληλοι για θερμοκήπια μικρής έκτασης. Καίνε φυσικό αέριο και προπάνιο με κατανάλωση που κυμαίνεται από 1 έως 1.6 kg ανά ώρα. Χρησιμοποιούν τον αέρα του θερμοκηπίου και δε διαθέτουν σύστημα διανομής των καυσαερίων. Συνήθως, απαιτούνται 12 καυστήρες ανά εκτάριο συμμετρικά τοποθετημένοι (εικόνα 3.6), [Hicklenton,1988]. Υπάρχουν επίσης και καυστήρες αυτού του τύπου, που για την καύση χρησιμοποιούν τον εξωτερικό αέρα. Ο αέρας εισάγεται με σύστημα σωληνώσεων κατ ευθείαν στο σημείο της καύσης. Οι καυστήρες αυτοί πλεονεκτούν, γιατί μπορούν να παράγουν περισσότερο CO 2, ενώ παράλληλα υπάρχει και το κέρδος των 340 ppm CO 2 του εξωτερικού αέρα. Η κατανάλωση των καυστήρων αυτών βρίσκεται πάνω από τα 7 kg ανά ώρα. 82

Καυστήρες κλειστού τύπου. Σε μεγάλες θερμοκηπιακές μονάδες οι καυστήρες αυτού του τύπου τοποθετούνται συνήθως σε βάσεις 0,5m πάνω από το έδαφος μέσα στο θερμοκήπιο, ενώ σε μικρότερες μονάδες τοποθετούνται σ ένα ύψος πάνω από την καλλιέργεια (εικόνα 3.7). Καίνε φυσικό αέριο, προπάνιο και κηροζίνη με τη χρήση εξωτερικού αέρα. Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό τους είναι ότι στη μια πλευρά έχουν μεγάλο ανεμιστήρα για την καλύτερη διανομή των καυσαερίων στο χώρο. Ο αριθμός των καυστήρων που απαιτείται, εξαρτάται από το είδος της καλλιέργειας από το μέγεθος του θερμοκηπίου και κυρίως από το πλάτος του. Το πρώτο είναι ιδιαίτερα σημαντικό, καθώς το ύψος και η πυκνότητα των φυτών, επηρεάζουν τη διάχυση των καυσαερίων μέσα από την καλλιέργεια. Οι καυστήρες κλειστού τύπου μπορεί να βρίσκονται και έξω από το χώρο καλλιέργειας των φυτών. Σ αυτήν την περίπτωση ανήκουν και οι καυστήρες που χρησιμοποιούνται για τη θέρμανση του θερμοκηπίου (εικόνα 3.8). Τα καυσαέρια φιλτράρονται, καθώς δεν πρόκειται για καυστήρες τέλειας καύσης και το CO 2 διανέμεται στο χώρο του θερμοκηπίου με δίκτυο σωληνώσεων. Το σύστημα αυτό χρησιμοποιείται σε μεγάλες εκμεταλλεύσεις και παρουσιάζει ειδικά για τις μεσογειακές χώρες το πλεονέκτημα να μη θερμαίνεται επιπλέον ο χώρος του θερμοκηπίου, όταν επικρατούν υψηλές θερμοκρασίες. Σ όλες τις περιπτώσεις, τα καύσιμα αποθηκεύονται έξω από το θερμοκήπιο, σε ειδικές δεξαμενές και η παροχή ελέγχεται αυτόματα μέσω ενός συστήματος σωληνώσεων και ρυθμιστικών βαλβίδων. Στην Ολλανδία έγιναν διάφορες προσπάθειες για παραγωγή CO 2 από καύση υδρογονανθράκων σε περιόδους με υψηλές θερμοκρασίες [van Berkel και Verweer,1984], [Nawrocki,1984]. Οι προσπάθειες αυτές επικεντρώνονται στην αποφυγή της επιπλέον θερμότητας της παραγόμενης κατά την διαδικασία. Οι πρακτικές, οι οποίες τελικά επικράτησαν και εφαρμόζονται, είναι οι παρακάτω: Η χρήση καθαρού CO 2. Σε ορισμένα θερμοκήπια λειτουργεί και μία δεύτερη εγκατάσταση παροχής καθαρού CO 2, για ορισμένες μόνο ώρες κατά τη διάρκεια μιας ζεστής ημέρας. 83

Η αποθήκευση της θερμότητας σε δεξαμενές νερού. Στην περίπτωση αυτή υπάρχει ένα σύστημα ψύξης του καυστήρα και το ζεστό νερό αποθηκεύεται σε δεξαμενές με μόνωση ή χωρίς, ανάλογα αν θα χρησιμοποιηθεί κατά τη διάρκεια της νύχτας για θέρμανση. Η χρήση ενός δεύτερου μικρότερου καυστήρα. Οι καυστήρες αυτοί είναι ικανοί με την καύση 2.5 m 3 hr -1 φυσικού αερίου να εξασφαλίζουν συγκέντρωση 1000ppm CO 2 ανά στρέμμα, όταν το σύστημα εξαερισμού δε λειτουργεί. Επίσης μπορούν, να διατηρούν ατμοσφαιρικά επίπεδα CO 2 (340ppm) στην περίπτωση που εφαρμόζεται εμπλουτισμός με ταυτόχρονο αερισμό του θερμοκηπίου. Εικόνα 3.6. Καυστήρας ανοιχτού τύπου που τοποθετείται πάνω από την καλλιέργεια. 84

Εικόνα 3.7. Καυστήρας κλειστού τύπου με ενσωματωμένο ανεμιστήρα διανομής. Εικόνα 3.8. Καυστήρας θέρμανσης θερμοκηπίου που μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για παραγωγή CO 2. 85

3.5.2.1.Επιπτώσεις στις καλλιέργειες από την καύση υδρογονανθράκων Όπως προαναφέρθηκε, ένα από τα μειονεκτήματα της παραγωγής CO 2 με την καύση υδρογονανθράκων είναι ότι κατά τη διαδικασία αυτή παράγονται διάφορα υποπροϊόντα, ικανά ακόμη και σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις, να δράσουν τοξικά για τα φυτά και να είναι επιζήμια για τον άνθρωπο. Τα υποπροϊόντα αυτά χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: α) αυτά που παράγονται με ατελή καύση και β) αυτά που υπάρχουν μέσα στο καύσιμο και απελευθερώνονται κατά τη διαδικασία. Οι παραγόμενοι ανεπιθύμητοι ρύποι είναι το μονοξείδιο του άνθρακα, τα οξείδια του αζώτου και του θείου, η αμμωνία, το μεθάνιο, οι αλδεΰδες, το αιθυλένιο, το προπυλένιο κ.ά. Σημειώνεται ότι όσο τελειότερη είναι η καύση, τόσο λιγότερα είναι τα υποπροϊόντα της. Τα τελευταία χρόνια με την πρόοδο της τεχνολογίας αναπτύχθηκαν εξελιγμένοι τύποι καυστήρων που εξασφαλίζουν την τέλεια καύση, με παροχή εξωτερικού αέρα και με τη χρήση, αν απαιτείται, φίλτρων καυσαερίων. Έτσι, το πρόβλημα περιορίστηκε στην αντιμετώπιση του περιεχόμενου στα καύσιμα θείου. Γενικά, η καταλληλότητα μιας πηγής CO 2 για εμπλουτισμό εξαρτάται από την περιεκτικότητά της σε θείο. Διότι κατά την καύση παράγεται διοξείδιο του θείου, το οποίο σε συγκέντρωση 0.1-0.4 ppm προκαλεί τοξικά φαινόμενα στα φυτά, ενώ σε αναλογία πάνω από 0.4 ppm καταστρέφει τελείως τις καλλιέργειες [Γραφιαδέλλης,1987]. Το μέγεθος της προσβολής των φυτών από το SO 2 εξαρτάται από το στάδιο ανάπτυξης των φυτών, από τη θερμοκρασία, την ένταση του φωτός και από όλους εκείνους τους παράγοντες, οι οποίοι ευνοούν το άνοιγμα των στομάτων και διευκολύνουν τη διείσδυση του δηλητηριώδους αερίου στα φυτά. Επίσης, το SO 2 διαλυόμενο στην υγρή επιφάνεια των φυτών μετατρέπεται σε θειώδες οξύ και προκαλεί εγκαύματα. Η μέγιστη επιτρεπόμενη περιεκτικότητα του θείου στα καύσιμα δεν πρέπει να ξεπερνά τα 200 μg/g [Hand,1986]. Από τα καύσιμα που χρησιμοποιούνται, το προπάνιο, το βουτάνιο και οι αλκοόλες θεωρούνται τα καταλληλότερα (με ελάχιστη ή καθόλου περιεκτικότητα σε θείο), λόγω της τεχνητής παρασκευής τους. Η σύνθεση του φυσικού αερίου, του πετρελαίου ή της κηροζίνης ποικίλλει ανάλογα με τον τόπο προέλευσής τους και η περιεκτικότητά τους σε θείο ποικίλλει από 8 μg l -1 για το φυσικό αέριο μέχρι και πάνω από 600 μg g -1 για την κηροζίνη. 86

Για την αντιμετώπιση πιθανών προβλημάτων στις καλλιέργειες πρέπει, πέρα από την προμήθεια καθαρών καυσίμων και την σωστή λειτουργία-συντήρηση του καυστήρα, να ελέγχεται η σύνθεση των καυσαερίων, αλλά και του αέρα του θερμοκηπίου γενικότερα με αναλυτές αερίων και αυτόματο σύστημα διακοπής της καύσης. Επίσης και κάποια συμπτώματα στα φυτά μπορεί να είναι ενδεικτικά της τοξικότητας των υποπροϊόντων της καύσης, όπως: το κιτρίνισμα των κατώτερων φύλλων, οι λευκές ή καστανές κηλίδες στα φύλλα, οι ανθόρροιες, το κατσάρωμα των φύλλων και σε πιο σοβαρές περιπτώσεις η ξήρανση των φυτών. Η ανώτερη επιτρεπτή τιμή της συγκέντρωσης του CO 2 για τον άνθρωπο γενικότερα είναι τα 5000 ppm. 3.5.3.Αποσύνθεση οργανικής ουσίας Η αποσύνθεση παρουσία O 2 οποιασδήποτε οργανικής ουσίας παράγει CO 2. Η διαδικασία λαμβάνει χώρα με τη βοήθεια μικροοργανισμών του εδάφους, οι οποίοι χρησιμοποιούν οργανικές ουσίες ως πηγή ενέργειας και άνθρακα. Ως τη δεκαετία του '60 η εφαρμογή κοπριάς, άχυρου και οργανικών λιπασμάτων στα θερμοκήπια ήταν η μόνη πηγή CO 2. Η εφαρμογή αυτή γινόταν καθαρά για λίπανση των φυτών και όχι για την παραγωγή CO 2. Πραγματικά οφέλη υπήρχαν μόνο στην περίπτωση ευνοϊκότερων συνθηκών, για την αερόβια ζύμωση και σε περιόδους με μικρούς ρυθμούς αερισμού. Στη σημερινή εποχή και ειδικά στις σύγχρονες εκμεταλλεύσεις, η αποσύνθεση της οργανικής ουσίας δεν μπορεί να υπολογιστεί ως πηγή CO 2. Σε πολλά θερμοκήπια εφαρμόζεται το σύστημα της υδροπονικής καλλιέργειας και το έδαφος καλύπτεται με κάποιο υλικό, συνήθως πλαστικό. Αλλά και σε μη υδροπονικές καλλιέργειες σπάνια εφαρμόζεται οργανική λίπανση, εξάλλου με την προηγηθείσα απολύμανση του εδάφους, θανατώνονται και οι αποσυνθετικοί μικροοργανισμοί. Η κοπριά καθώς αφθονεί σε πολλές κτηνοτροφικές περιοχές, για να χρησιμοποιηθεί πρέπει πριν την εφαρμογή της να χωνευθεί. Η χωνευμένη ή η κομποστοποιημένη κοπριά έχει χάσει όμως ένα μεγάλο μέρος του εύκολα παραγόμενου CO 2. Ακόμη και στην περίπτωση που θα επιδιωκόταν η χρησιμοποίηση της αποσύνθεσης των οργανικών ουσιών ως πηγής εμπλουτισμού με CO 2, θα παρουσιάζονταν διάφορα προβλήματα, όπως : 87

Η παραγωγή CO 2 μειώνεται σταθερά με το χρόνο. Έτσι, καινούργιες ποσότητες θα πρέπει να προστίθενται σε μικρά χρονικά διαστήματα (2-3 εβδομάδες). Πρόκειται για μη ελεγχόμενη διαδικασία, με αποτέλεσμα αφενός να υπάρχει εμπλουτισμός ακόμη και όταν δεν απαιτείται αυτός (κατά τη διάρκεια της νύχτας ή του αερισμού) και αφετέρου να μην μπορούν να επιτευχθούν σταθερά επίπεδα συγκέντρωσης CO 2. Θα πρέπει να αποφεύγεται η χρήση οποιωνδήποτε χημικών ουσιών (μυκητοκτόνα, ζιζανιοκτόνα, απολυμαντικά), διότι μπορούν να βλάψουν τους πληθυσμούς των μικροοργανισμών. Το θερμοκήπιο πρέπει να λειτουργεί κοντά σε περιοχές προμήθειας της πρώτης ύλης. Ο καλός αερισμός του εδάφους είναι απαραίτητος για την αποφυγή θυλάκων αναερόβιας ζύμωσης, τα προϊόντα της οποίας είναι βλαβερά για τα φυτά (μεθάνιο, αμμωνία κ.ά.). Θα πρέπει να δίνεται ιδιαίτερη προσοχή στους παράγοντες που συμβάλλουν στην αερόβια ζύμωση (θερμοκρασία, υγρασία, αναλογία C/Ν κ.ά.). Στον αντίποδα υπάρχει το πλεονέκτημα ότι η μέθοδος αυτή είναι η πιο φτηνή πηγή CO 2. Με το σκεπτικό αυτό έγιναν κάποιες προσπάθειες σε εμπορικά θερμοκήπια για την εφαρμογή αυτού του τρόπου εμπλουτισμού. Αυτές οι προσπάθειες αναφέρονται από τους : Rustad et al.,[1984], Levanon et al.,[1986] και Hinklenton,[1988]. Πρόκειται όμως κυρίως για παραγωγή CO 2 με τη μέθοδο της αερόβιας ζύμωσης σε χώρους έξω από το θερμοκήπιο, με ελεγχόμενες συνθήκες και εισαγωγή μόνο του CO 2 στο θερμοκήπιο με τη χρήση δικτύου σωληνώσεων. Τέλος, πρέπει να αναφερθεί ότι η αποσύνθεση ενός τόνου οργανικής ουσίας παράγει 1.5 τόνους CO 2. Επίσης, για να επιτευχθεί ένας ρυθμός εμπλουτισμού από 5 έως 10 g CO 2 m -2 hr -1 θα πρέπει να εφαρμόζεται σε κάθε m 2 της επιφάνειας του θερμοκηπίου, 7 έως 14 kg υγρή κομποστοποιημένη κοπριά ανά 20 μέρες. 88

3.6.Διανομή και μέτρηση του CO 2 στα θερμοκήπια 3.6.1.Διανομή του CO 2 Στόχοι μιας σωστής διανομής του CO 2 στο χώρο του θερμοκηπίου είναι αφενός η διατήρηση ενός επιθυμητού επιπέδου συγκέντρωσής του στον αέρα και αφετέρου η ομοιόμορφη κατανομή του. Είναι προφανές ότι για να επιτευχθούν και οι δύο στόχοι πρέπει να υπάρχει σύστημα εμπλουτισμού που να παρέχει τις απαιτούμενες σε κάθε περίπτωση ποσότητες CO 2 και ένα κατάλληλο σύστημα διανομής έτσι ώστε να εξασφαλίζονται είτε τα ατμοσφαιρικά επίπεδα συγκέντρωσης είτε αυξημένα επίπεδα για επιπλέον απόδοση. Υπάρχουν ισχυρισμοί από κατασκευαστές και μελετητές θερμοκηπίων ότι με τον αερισμό (φυσικό ή δυναμικό) είναι δυνατόν να διατηρούνται τα ατμοσφαιρικά επίπεδα CO 2. Οι ισχυρισμοί αυτοί ευσταθούν μόνο, όταν ταυτόχρονα συντρέχουν ορισμένες ειδικές συνθήκες, όπως: Μικρό θερμοκήπιο ή με μικρό πλάτος Δυναμικός αερισμός σε συνεχή λειτουργία Φυτά σε μικρή ανάπτυξη (μικρή κατανάλωση CO 2 ) Αραιή πυκνότητα φύτευσης Ημέρες με μικρή ηλιοφάνεια, αλλά θερμοκρασίες που να επιτρέπουν συνεχή αερισμό. Αναλύοντας τις παραπάνω συνθήκες προκύπτει ότι πρόκειται για θερμοκήπια μικρής έκτασης, μη επαγγελματικά και με τον παράγοντα τύχη να παίζει καθοριστικό ρόλο, όσον αφορά τις καιρικές συνθήκες. Σε πείραμα που έγινε σε θερμοκήπιο 900m 2 με καλλιέργεια με δείκτη LAI 3, βρέθηκε ότι απαιτείται μια πλήρης αλλαγή του αέρα κάθε 1.3 λεπτά, για να μην πέσει η συγκέντρωση του CO 2 κάτω από 300 ppm και 50 αλλαγές ανά ώρα. Γεγονός σχεδόν αδύνατο σε θερμοκήπια 4, 8 ή 10 στρεμμάτων, [Hanan,1998]. Από πειράματα που έγιναν στην Ολλανδία και στις Η.Π.Α., προέκυψε ότι τα επίπεδα του CO 2 παρέμεναν σταθερά κάτω από τα ατμοσφαιρικά επίπεδα, (300-400 ppm) ακόμη και σε θερμοκήπια στα οποία λειτουργούσε δυναμικός αερισμός, (σχήμα 3.2). 89

Σχήμα 3.2. Διακύμανση της συγκέντρωσης του CO 2 στις 26 Απριλίου σε θερμοκήπιο με καλλιέργεια χρυσάνθεμου και δυναμικό αερισμό. [Ηeij και de Lint,1984] Οι μετρήσεις του σχήματος 3.2 έγιναν τον μήνα Απρίλιο σε ολλανδικού τύπου θερμοκήπιο με καλλιέργεια χρυσάνθεμου. Από την μεταβολή της καμπύλης της συγκέντρωσης του CO 2 προκύπτει ότι, μετά τον τελευταίο εμπλουτισμό και τα επίπεδα των 1500 ppm CO 2, παρατηρήθηκε συνεχής απορρόφηση του αερίου από τα φυτά. Στα επίπεδα των 300 ppm τέθηκε σε λειτουργία το σύστημα δυναμικού αερισμού, το οποίο όμως, δεν επαρκούσε για να διατηρήσει τη συγκέντρωση αυτή, με αποτέλεσμα την περαιτέρω πτώση και σταθεροποίηση στα επίπεδα των 100-200 ppm. Μετά το κλείσιμο των ανεμιστήρων η πτώση της συγκέντρωσης του CO 2 συνεχίστηκε, μέχρι τη δύση του ηλίου. Παρόμοιο πείραμα σε καλλιέργεια με τριαντάφυλλα, με σύστημα δροσισμού, (υγρή παρειά) και τους ανεμιστήρες σε μέγιστη ένταση λειτουργίας, (ταχύτητα ανέμου 0.3 ms -1 ) έδειξε ότι η συγκέντρωση του CO 2 ήταν σταθερή κάτω από τα ατμοσφαιρικά επίπεδα κατά 50-100ppm (σχήμα 3.3). 90

Σχήμα 3.3. Μεταβολή της συγκέντρωσης του CO 2 σε καλλιέργεια τριαντάφυλλου με τους ανεμιστήρες σε μέγιστη ένταση λειτουργίας. [Hannan,1988] Από μετρήσεις που έκανε ο van Berkel,[1986], σε θερμοκήπια με δυναμικό αερισμό προέκυψε ότι η συγκέντρωση του CO 2 έπεφτε κάτω από τα ατμοσφαιρικά επίπεδα από 0.5 ώρες/ ημέρα τον Φεβρουάριο μέχρι 10 ώρες/ ημέρα τον Ιούνιο. Για τη διατήρηση της συγκέντρωσης του CO 2 στα επίπεδα των 300ppm έπρεπε το σύστημα εμπλουτισμού να παρέχει ταυτόχρονα 3,5-4,5 kg καθαρό CO 2 ανά στρέμμα και ανά ώρα. Η έλλειψη σε CO 2 είναι ακόμη πιο έντονη κατά τη διάρκεια των ψυχρών περιόδων του έτους, ειδικά όταν υπάρχει επάρκεια φωτός. Τότε τα θερμοκήπια δεν αερίζονται για να μην υπάρχει διαφυγή της θερμότητας. Αποκλείοντας τον αερισμό του θερμοκηπίου ως τρόπο διανομής του CO 2 για οποιαδήποτε εποχή του έτους, προκύπτει η ανάγκη, η διανομή του αερίου να γίνεται με ελεγχόμενο τρόπο. Ο σχεδιασμός ενός κατάλληλου συστήματος διανομής πρέπει να συμπεριλαμβάνει όλους τους κατά περίπτωση παράγοντες που επηρεάζουν τη διανομή του CO 2 : Το μέγεθος του θερμοκηπίου. 91

Το μέγεθος του θερμοκηπίου καθορίζει τον όγκο του αέρα, αλλά και τον αριθμό των φυτών. Επίσης ο λόγος των διαστάσεων, μήκος / πλάτος είναι ένας σημαντικός παράγοντας ειδικά, όταν γίνεται χρήση ανεμιστήρων ανακατανομής του αέρα. Τα χαρακτηριστικά της καλλιέργειας. Στοιχεία, όπως: η διάταξη φύτευσης των φυτών, το μέγιστο ύψος ανάπτυξης, ο ρυθμός ανάπτυξής, η πυκνότητα του φυλλώματος, ο ρυθμός απορρόφησης του CO 2, η συμπεριφορά των στομάτων των φύλλων κ.α., είναι καθοριστικοί παράγοντες για τη διάχυση του CO 2 μέσα στην καλλιέργεια και την απορρόφηση του. Ο τρόπος αερισμού. Παράγοντες αερισμού είναι η ταχύτητα του αέρα, οι ρυθμοί εναλλαγής, η συχνότητα και η διάρκεια αερισμού, η ύπαρξη ρευμάτων, αλλά και η θέση των ανοιγμάτων αερισμού και των ανεμιστήρων. Στις περιπτώσεις όπου το θερμοκήπιο ταυτόχρονα εμπλουτίζεται και αερίζεται, είναι επιθυμητό να επικρατούν μικρές ταχύτητες του αέρα και στρωτή ροή. Το σύστημα θέρμανσης του θερμοκηπίου. Οι θέσεις των σωμάτων θέρμανσης (αερόθερμα, σωλήνες) επηρεάζουν την κίνηση του αέρα. Όταν πρόκειται για εμπλουτισμούς κατά τη διάρκεια του χειμώνα, με το θερμοκήπιο να παραμένει κλειστό, ή όταν διατηρείται ένα επίπεδο CO 2 για μεγάλο χρονικό διάστημα και συγχρόνως το θερμοκήπιο θερμαίνεται, τότε ο αέρας αρχίζει να κινείται κυκλικά και επέρχεται μια ομοιομορφία στην συγκέντρωση του CO 2. Στην περίπτωση, όμως, των διακεκομμένων εμπλουτισμών και της θέρμανσης με σωλήνες επί του εδάφους, η ανοδική κίνηση του αέρα δύναται να επηρεάσει σε μεγάλο βαθμό την ομοιομορφία κατανομής του αερίου. 3.6.1.1.Συστήματα διανομής Παλαιότερα, όταν πρωτοεμφανίστηκε η χρήση του CO 2, στις Η.Π.Α., επικράτησε η άποψη ότι η εφαρμογή σωλήνων διαμέτρου 5mm, τοποθετημένοι στο έδαφος κατά μήκος των σειρών, διασφάλιζαν ομοιόμορφη κατανομή του αερίου. Αυτή η πρακτική 92

συνεχίστηκε για πολλά χρόνια και σε άλλες χώρες, κυρίως σε μεγάλα θερμοκήπια. Το μόνο που άλλαζε ήταν η καθ ύψος θέση των αγωγών. Σταδιακά άρχισε να γίνεται αντιληπτό ότι το σύστημα αυτό δεν εξασφάλιζε σε πολλές περιπτώσεις την επιθυμητή ομοιομορφία κατανομής του αερίου. Το αποτέλεσμα ήταν, ενώ επενδύονταν αρκετά χρήματα για το σύστημα εμπλουτισμού, να μην επιτυγχάνεται η αναμενόμενη απόδοση στην παραγωγή. Το πρόβλημα παρουσιαζόταν ιδιαίτερα έντονο σε μεγάλα θερμοκήπια. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι οι μετρήσεις των Gormley and Walshe,[1979], οι οποίοι βρήκαν τριπλάσια διαφορά στην συγκέντρωση του CO 2 σε θερμοκήπιο 12 στρεμμάτων. Αυτή η κατάσταση οδηγεί σε ανομοιόμορφη ανάπτυξη της καλλιέργειας. Στην σημερινή εποχή εφαρμόζονται κυρίως 3 τρόποι διανομής του CO 2 : Ελεύθερη εκροή του αερίου είτε από φιάλη είτε από καυστήρα ανοιχτού τύπου, όπου παράγεται κατά την καύση. Πρόκειται για τον πιο απλό τρόπο διανομής και πρέπει να εφαρμόζεται μόνο σε μικρής έκτασης θερμοκήπια. Σε πολλές περιπτώσεις δεν επιτυγχάνεται ομοιομορφία κατανομής του αερίου με αποτέλεσμα να υπάρχουν περιοχές, όπου η συγκέντρωση του CO 2 βρίσκεται σε επιβλαβή για την ανάπτυξη των φυτών επίπεδα. [Porter και Grodzinski,1985], [Bunce,1994]. Ανάμιξη του CO 2 με τον αέρα του θερμοκηπίου μέσω του ανεμιστήρα του καυστήρα κλειστού τύπου και επιπλέον με τη χρήση ανεμιστήρων ανακατανομής του αέρα όταν πρόκειται για μεγαλύτερης έκτασης θερμοκήπια. Με τον τρόπο αυτόν επιτυγχάνεται ικανοποιητική ομοιομορφία ανακατανομής του αερίου απαιτείται όμως ένα επιπλέον κόστος για τη λειτουργία και αγορά των εξαρτημάτων, (ανεμιστήρες, αυτοματισμοί, βάσεις στήριξης, κ.α.). Τα θερμοκήπια στην περίπτωση αυτήν πρέπει να έχουν υψηλό βαθμό στεγανότητας για την αποφυγή διαρροής του αερίου. Με δίκτυα σωληνώσεων. 93

Ο τρόπος αυτός είναι ο πλέον ενδεδειγμένος, καθώς δίνει τη δυνατότητα να οδηγείται το αέριο κατευθείαν στα επιθυμητά σημεία, ελαχιστοποιώντας τις απώλειές του και αυξάνοντας την ομοιομορφία κατανομής του στο χώρο του θερμοκηπίου. Τα δίκτυα σωληνώσεων διακρίνονται σε επιδαπέδια κατά μήκος των σειρών, σε δίκτυα που αιωρούνται σε κάποιο ύψος από το έδαφος, με δυνατότητα μεταβολής της θέσης τους, και σε δίκτυα στην οροφή του θερμοκηπίου, εκμεταλλευόμενοι το γεγονός ότι το CO 2 είναι κατά 1.53 φορές πιο βαρύ από τον αέρα. Πρόκειται για πλαστικούς σωλήνες συνήθως από ΡΕ ή PVC με διάμετρο που κυμαίνεται από 5mm- 1cm και φέρουν οπές διαμέτρου 0,1mm-1mm ανά 30 ή 50 cm. Σε ορισμένες περιπτώσεις, όταν πρόκειται για δίκτυο στην οροφή, χρησιμοποιούνται σωλήνες ΡΕ με πολύ λεπτά τοιχώματα (Film ΡΕ), με διάμετρο από 5 έως 30cm. Μια σημαντική ρύθμιση στα δίκτυα αγωγών είναι η διατήρηση της πίεσης του αερίου έτσι ώστε και στις τελευταίες οπές εξόδου να υπάρχει ικανοποιητική παροχή. Τα καυσαέρια, καθώς ρέουν κατά μήκος του αγωγού ψύχονται και χάνεται ένα μέρος του όγκου τους από τις οπές εξόδου, με αποτέλεσμα τη μείωση της πίεσης και τη συμπύκνωση των υδρατμών. Οι υδρατμοί υπάρχουν σε πολύ μεγάλες ποσότητες καθώς με την καύση 1 kg φυσικού αερίου ή προπανίου παράγονται 1,5 kg υδρατμών [Kenig και Kramer,1999]. Το πρόβλημα αυτό μπορεί να αντιμετωπιστεί με διάφορους τρόπους όπως για παράδειγμα με τη χρήση αγωγών με μεταβαλλόμενη διάμετρο ή την απομάκρυνση των υδρατμών από τα καυσαέρια μόλις παράγονται. Επιπλέον, στους πλαστικούς αγωγούς πρέπει να δίνεται ιδιαίτερη προσοχή στη αντοχή τους, καθώς τα καυσαέρια μπορεί να έχουν θερμοκρασία πάνω από 70 ο C. Η διάταξη του δικτύου σωληνώσεων ποικίλη πολύ στα θερμοκήπια που εφαρμόζεται αυτός ο τρόπος διανομής. Για παράδειγμα μπορεί να πρόκειται για έναν κύριο αγωγό διανομής, επιδαπέδιο ή τοποθετημένο σε κάποιο ύψος, με δευτερεύοντες αγωγούς εφαρμογής, (σχήμα 3.4,α) ή για δύο κύριους αγωγούς διανομής κατά μήκος των πλευρικών τοιχωμάτων επίσης με δευτερεύοντες αγωγούς εφαρμογής, (σχήμα 3.4,β) ή για κύριους μόνο αγωγούς διανομής (σχήμα 3.4,γ). 94

Σχήμα 3.4. Διάφορες διατάξεις δικτύων διανομής CO 2. Ένα πολύ πετυχημένο σύστημα διανομής εφαρμόζεται κυρίως στην Ολλανδία σε μεγάλα εμπορικά θερμοκήπια. Τα θερμοκήπια, πριν γίνει εμπλουτισμός, χωρίζονται κατά πλάτος, με πλαστικά τοιχώματα, σε διαστήματα τουλάχιστον 3m (σχήμα 3.4,δ). Κατά μήκος των λωρίδων αυτών υπάρχει, στο ύψος της υδρορροής, αγωγός από ΡΕ μεγάλης διαμέτρου (>5cm). Τα πλαστικά τοιχώματα ανεβοκατεβαίνουν με αυτόματους μηχανισμούς, όπως συμβαίνει στις θερμοκουρτίνες. Αν και το σύστημα αυτό απαιτεί κάποιο επιπλέον κόστος, εντούτοις εξασφαλίζει τη μέγιστη δυνατή ομοιομορφία κατανομής του CO 2. Ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι μετρήσεις του van Berkel, [1975] και van Berkel,[1986] σε καλλιέργειες τομάτας και χρυσανθέμων στην Ολλανδία. Από τα αποτελέσματα των μετρήσεων βγήκε το συμπέρασμα ότι το καταλληλότερο σύστημα διανομής ήταν 95

ένα δίκτυο σωληνώσεων, αποτελούμενο από έναν κεντρικό αγωγό διανομής με δευτερεύοντες πλευρικούς αγωγούς εφαρμογής, τοποθετημένο πάνω από την καλλιέργεια. Από τα όσα αναφέρθηκαν για τη διανομή του CO 2 στα θερμοκήπια, προκύπτει το συμπέρασμα ότι είναι αρκετά δύσκολο να βρεθεί το καταλληλότερο σύστημα διανομής ή να δοθούν για όλες τις περιπτώσεις οι σωστές οδηγίες εκ των προτέρων. Όχι μόνο, επειδή υπεισέρχονται πολλοί παράγοντες, αλλά κυρίως διότι οι παράγοντες αυτοί μεταβάλλονται πολύ γρήγορα. Μια λύση είναι η χρήση προγραμμάτων προσομοίωσης της κίνησης του αέρα. Τέτοια προγράμματα εφαρμόζονται ήδη σε αστικά και βιομηχανικά κτίρια, όταν πρόκειται να μελετηθούν ο αερισμός και η θέρμανσής τους. Μια δεύτερη λύση είναι να γίνει μία μελέτη τέτοια, ώστε να εγκατασταθεί ένα δίκτυο σωληνώσεων διανομής, όπου στη συνέχεια να μπορούν να γίνονται βελτιώσεις, όπως για παράδειγμα να αλλάζει η καθ ύψος θέση του δικτύου, ανάλογα με το στάδιο ανάπτυξης της καλλιέργειας. 3.6.2.Μέτρηση του CO 2 Σε μικρής έκτασης θερμοκήπια ο εμπλουτισμός μπορεί να γίνει και χωρίς τη μέτρηση της συγκέντρωσης του CO 2. Γνωρίζοντας την παροχή του καυσίμου ή του καθαρού CO 2, τον όγκο του θερμοκηπίου, το είδος της καλλιέργειας και λαμβάνοντας υπόψη μετρήσεις από παρόμοια θερμοκήπια, μπορεί θεωρητικά να εξαχθεί μια εικόνα της συγκέντρωσης του CO 2, εφόσον, βέβαια, εξασφαλίζεται η στεγανότητα του κέλυφους του θερμοκηπίου. Γενικά, στα πλαστικά θερμοκήπια εξασφαλίζεται μεγαλύτερη στεγανότητα από ό,τι στα γυάλινα, [Νικήτα-Μαρτζοπούλου,1994]. Ο κυριότερος λόγος που δεν ενδείκνυται η μέτρηση του CO 2 σε μικρά θερμοκήπια, είναι το υψηλό κόστος του εξοπλισμού. Σε αυτές τις περιπτώσεις μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας φορητός αναλυτής αερίων (εικόνα 3.9,α). Σε μεγάλες όμως εκμεταλλεύσεις η συνεχής μέτρηση της συγκέντρωσης του CO 2 επιβάλλεται, είτε εφαρμόζεται εμπλουτισμός είτε όχι, σε επίπεδο σπουδαιότητας, όπως συμβαίνει και με τους υπόλοιπους παράγοντες του περιβάλλοντος του θερμοκηπίου ( θερμοκρασία, υγρασία και ηλιακή ακτινοβολία). 96

(α) (β) Εικόνα 3.9. Φορητός (α) και σταθερός (β) αναλυτής αερίων για τη μέτρηση του CO 2 στον αέρα του θερμοκηπίου. Ο καθορισμός του ρυθμού φωτοσύνθεσης των φυτών, η δυνατότητα διατήρησης συγκεκριμένου ή σταθερού επιπέδου συγκέντρωσης CO 2, η εξασφάλιση ομοιόμορφης διανομής, o έλεγχος της παροχής και σωστής λειτουργίας του συστήματος παραγωγής - διανομής, η αποφυγή σπατάλης του αερίου και η δυνατότητα άμεσης διακοπής του εμπλουτισμού όταν παρουσιαστεί κάποιο πρόβλημα, είναι οι λόγοι που επιβάλλουν τη συνεχή παρακολούθηση της συγκέντρωσης του CO 2. Υπάρχουν πολύ τρόποι μέτρησης του CO 2 στον αέρα του θερμοκηπίου, οι οποίοι συνήθως περιλαμβάνουν: θερμική αγωγιμότητα, χρωματογραφία αερίων, χημική απορρόφηση, ηλεκτρική αγωγιμότητα και υπέρυθρη φασματοσκόπηση. Από τους τρόπους αυτούς, ο μόνος που εφαρμόζεται πλέον, είναι η υπέρυθρη φασματοσκόπηση ή αλλιώς υπέρυθρη ανάλυση αερίων. Οι αναλυτές που μετράνε με τη μέθοδο αυτήν ονομάζονται IRGAs, (από τα αρχικά του αγγλικού όρου: Infrared Gas Analyzers) είναι ευκολόχρηστοι και ιδιαίτερα δημοφιλείς, καθώς προσφέρουν τη δυνατότητα συνεχούς μέτρησης με μεγάλη ταχύτητα και ακρίβεια (εικόνα 3.9,β), [Pallas,1986]. Οι μετρήσεις τους βασίζονται στο γεγονός ότι το μόριο του CO 2 απορροφά υπέρυθρη ακτινοβολία κατά μοναδικό τρόπο που το χαρακτηρίζει. Η ποσότητα απορρόφησης είναι συνάρτηση του αριθμού των μορίων, ανά μονάδα όγκου ή πίεσης, που βρίσκονται στο δείγμα. Με τη μέτρηση της ακτινοβολίας που απορροφήθηκε στο 97

καθορισμένο για το CO 2 μήκος κύματος, προσδιορίζεται η συγκέντρωσή του. Η απορρόφηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας από το CO 2 προκαλεί άνοδο της θερμοκρασίας του αερίου και επομένως και της πίεσης του (σταθερός όγκος). Η άνοδος της πίεσης πιέζει το διάφραγμα, του οποίου μετράται η απόκλιση από την κάθετο. Στο σχήμα 3.5, φαίνεται η αρχή λειτουργίας ενός τέτοιου οργάνου. Σχήμα 3.5. Σχηματική παράσταση αναλυτή CO 2 (IRGA). Ο αναλυτής αερίων συνδέεται με ηλεκτρονικό υπολογιστή μέσω ενός καταγραφικού δεδομένων παρέχοντας έτσι συνεχή μέτρηση της συγκέντρωσης του CO 2 σε πραγματικό χρόνο (Real Time). Ο τρόπος μέτρησης αυτός είναι πολύ χρήσιμος, καθώς δίνει τη δυνατότητα της άμεσης επέμβασης του χειριστή για οποιοδήποτε λόγο. Η επιλογή της κατάλληλης θέσης τοποθέτησης του αναλυτή CO 2 μέσα στο θερμοκήπιο είναι πρωταρχικής σημασίας στη διαδικασία των μετρήσεων. Ένα τέτοιο όργανο, καθώς έχει εσωτερική αντλία αναρρόφησης, ελέγχει έναν χώρο γύρω του, ανάλογα με το μέγεθός του. Αυτό σημαίνει ότι σ ένα μεγάλο θερμοκήπιο πρέπει να λειτουργούν περισσότεροι αναλυτές σε διάφορες θέσεις, γεγονός που από 98

οικονομικής πλευράς είναι ασύμφορο. Επιπλέον υφίσταται το πρόβλημα ότι τα όργανα αυτά αποτελούνται από ηλεκτρονικά εξαρτήματα ευαίσθητα στη θερμοκρασία, στην υγρασία και στους χημικούς ρύπους. Το καλύτερο σύστημα μέτρησης είναι ο αναλυτής CO 2 να λειτουργεί σε κάποια προστατευόμενη θέση και η συλλογή των δειγμάτων από τα διάφορα σημεία να γίνεται με τη βοήθεια δικτύου σωληνώσεων. Το δίκτυο αυτό περιλαμβάνει αντλίες, φίλτρα και βαλβίδες ελέγχου (εικόνα 3.10). Από μελέτες που έγιναν σε τέτοια δίκτυα αναφέρονται ορισμένα βασικά στοιχεία : [Pallas,1986], [Matthewes et al.,1987] και [Nederhoff,1994]. Οι αγωγοί πρέπει να αποτελούνται από κάποιο σκληρό, άκαμπτο υλικό ώστε να είναι μικρής διαμέτρου. Μία καλή πρόταση είναι η χρήση χάλκινων αγωγών εσωτερικής διαμέτρου 6-8 mm ή αγωγών από nylon διαμέτρου 6 mm. Αν οι αγωγοί διανύουν περιοχές με χαμηλή θερμοκρασία, υπάρχει ο κίνδυνος να στομωθούν λόγω της συμπύκνωσης των υδρατμών ή ακόμη και να παγώσουν. Αυτό μπορεί να συμβεί, όταν ένας αναλυτής εξυπηρετεί πολλά θερμοκήπια και κάποια τμήματα του αγωγού βρίσκονται έξω από αυτά. Στις περιπτώσεις αυτές, πρέπει στους αγωγούς να διατηρείται μια θερμοκρασία της τάξεως των 50-60 ο C, μ ένα κατάλληλο σύστημα θέρμανσης. Συνιστάται η αποφυγή χρήσης αντλιών κενού και γενικά το δίκτυο είναι καλύτερα να λειτουργεί με υπερπίεση παρά με υποπίεση. Σε κάθε σημείο δειγματοληψίας μπορεί να λειτουργεί μια απλή, μικρή αντλία που να παράγει θετική πίεση. Με τον τρόπο αυτόν υπάρχει η δυνατότητα επιλογής των σημείων δειγματοληψίας μέσα σ ένα θερμοκήπιο. Επίσης, όταν πρόκειται για μονάδα με πολλά θερμοκήπια μπορεί να επιλέγεται το συγκεκριμένο θερμοκήπιο, στο οποίο πρέπει να γίνει η μέτρηση. Ο τμηματικός έλεγχος ενός θερμοκηπίου είναι πολύ σημαντικός για τον έλεγχο της ομοιομορφίας κατανομής της συγκέντρωσης του CO 2. Σε ορισμένες περιπτώσεις απαιτείται η απομάκρυνση των υδρατμών από τα δείγματα του αέρα πριν την εισαγωγή τους στον αναλυτή, καθώς οι υδρατμοί απορροφούν υπέρυθρη ακτινοβολία στο ίδιο σχεδόν μήκος κύματος με το CO 2. 99

Το πρόβλημα όμως αυτό μπορεί να αντιμετωπιστεί και με τη χρήση ειδικών οπτικών φίλτρων στον αναλυτή. Η καλύτερη θέση δειγματοληψίας είναι κοντά στην καλλιέργεια και μάλιστα, στα σημεία, όπου τα φυτά δέχονται τα μεγαλύτερα ποσά ηλιακής ακτινοβολίας. Με τη χρήση δικτύου συλλογής, οι μετρήσεις δεν μπορούν να γίνουν σε πραγματικό χρόνο, καθώς τα δείγματα σε πολλές περιπτώσεις πρέπει να διανύσουν αποστάσεις μεγαλύτερες και από 100 μέτρα. Η ελάχιστη δυνατή χρονική υστέρηση που μπορεί να επιτευχθεί είναι 1-2 λεπτά. Η συντήρηση του δικτύου, η συχνή αλλαγή των φίλτρων και το περιοδικό καλιμπράρισμα του αναλυτή CO 2 με δείγμα γνωστής συγκέντρωσης, θεωρούνται απαραίτητες εργασίες. Εικόνα 3.10. Σύστημα συλλογής και ανάλυσης δειγμάτων του αέρα του θερμοκηπίου. Στο κέντρο απεικονίζεται ο ηλεκτρικός πίνακας και κάτω δεξιά ο αναλυτής CO 2. Δίπλα από τον αναλυτή βρίσκεται η αντλία που συλλέγει δείγματα από διαφορετικά θερμοκήπια, με τη βοήθεια δικτύου σωληνώσεων. 100

3.7.Μέθοδοι εμπλουτισμού των θερμοκηπίων με CO 2, ανάλογα με τις κλιματολογικές συνθήκες. 3.7.1.Η επίδραση του κλίματος στη διαχείριση του CO 2 στα θερμοκήπια. Τα κλιματολογικά στοιχεία που καθορίζουν τη δυνατότητα εμπλουτισμού των θερμοκηπίων με CO 2, είναι κυρίως η θερμοκρασία και η ηλιακή ακτινοβολία. Ο συνδυασμός αυτών των δύο παραγόντων καθορίζει πλήρως και τον τρόπο εμπλουτισμού. Η ιδανική κατάσταση για να επιτευχθεί μέσω του εμπλουτισμού η μέγιστη δυνατή απόδοση, είναι να επικρατεί υψηλή ένταση ηλιακής ακτινοβολίας με μέτριες θερμοκρασίες. Οι χαμηλές θερμοκρασίες μπορούν να αντιμετωπιστούν με κάποιο σύστημα θέρμανσης και η έλλειψη φωτός με τη χρήση τεχνητού φωτισμού. Άλλωστε, εμπλουτισμός μπορεί να πραγματοποιηθεί και κατά τη διάρκεια της νύχτας με τη βοήθεια τεχνητού φωτισμού. Η αποτελεσματικότητα του εμπλουτισμού μειώνεται, όταν επικρατούν σχετικά υψηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος και συγκεκριμένα της τάξεως των 25 ο C και πάνω. Οι θερμοκρασίες στο εσωτερικό του θερμοκηπίου διαμορφώνονται κατά μέσο όρο 5-7 ο C υψηλότερα, αγγίζοντας έτσι, την ανώτερη επιτρεπτή για τις περισσότερες καλλιέργειες θερμοκρασία των 30-32 o C, (με αυξημένα επίπεδα CO 2 ). Πέρα από το σημείο αυτό, απαιτείται ο αερισμός ή η ψύξη του θερμοκηπίου με αποτέλεσμα να υπάρχουν απώλειες του αερίου προς το εξωτερικό περιβάλλον. Υπάρχουν περιοχές στις οποίες οι κλιματολογικές συνθήκες ευνοούν τον εμπλουτισμό. Σε χώρες της Βόρειας Ευρώπης, με εξαίρεση δε ορισμένες περιπτώσεις την περίοδο του καλοκαιριού, εφαρμόζεται εμπλουτισμός καθ όλη τη διάρκεια του έτους με συνεχή παροχή για τη διατήρηση σταθερών, αυξημένων επίπεδων CO 2. Το γεγονός των μειωμένων ημερών ηλιοφάνειας αντιμετωπίζεται με τη χρήση τεχνητού φωτισμού. Το κόστος του τεχνητού φωτισμού συνυπολογίζεται στο γενικότερο κόστος του εμπλουτισμού. Σε πολλές περιπτώσεις γίνεται χρήση καυστήρων συμπαραγωγής ενέργειας. Πρόκειται για καυστήρες με ενσωματωμένες γεννήτριες οι οποίες παράγουν το απαιτούμενο ηλεκτρικό ρεύμα για τον τεχνητό φωτισμό. Τέλος τα καυσαέρια φιλτράρονται και διοχετεύονται στο χώρο του θερμοκηπίου. Στις μεσογειακές χώρες, η αποτελεσματικότητα του εμπλουτισμού μειώνεται, καθώς μειώνεται το χρονικό διάστημα κατά το οποίο είναι εφικτό να εφαρμοστεί, εξαιτίας 101

φυσικά των υψηλότερων θερμοκρασιών που επικρατούν. Σ αυτές τις περιοχές ενδείκνυται η καλλιέργεια πιο θερμόφιλων ειδών όπως η τομάτα, το αγγούρι, η πιπεριά το τριαντάφυλλο κ.ά.. Μια παρόμοια κατάσταση κλιματολογικών διαφορών βορρά-νότου εμφανίζεται και στη χώρα μας, αφού ο εμπλουτισμός ευνοείται περισσότερο σε περιοχές της Βόρειας Ελλάδας από ό,τι στην Κρήτη, αν εξεταστεί καθ όλη τη διάρκεια του έτους, [Βαφειάδης,2001]. Ο όρος ``αποτελεσματικότητα του εμπλουτισμού`` που συνήθως εκφράζεται ως η επί της εκατό επιπλέον αύξηση της φωτοσύνθεσης ή της παραγωγής που έχουν τα φυτά εξαιτίας του εμπλουτισμού σε σχέση με αυτήν που θα είχαν σε ατμοσφαιρικά επίπεδα CO 2 δεν πρέπει να συγχέεται με την απόλυτη αύξηση της φωτοσύνθεσης ή της παραγωγής. Σύμφωνα με το σχήμα Α9, αύξηση της συγκέντρωσης του CO 2 από τα ατμοσφαιρικά επίπεδα (335 ppm) στα 1600 ppm σε φύλλα τομάτας προκάλεσε αύξηση της φωτοσύνθεσης κατά 50% και για τα δυο επίπεδα ακτινοβολίας, παρατηρήθηκε δηλαδή η ίδια αποτελεσματικότητα εμπλουτισμού. Η αύξηση όμως σε απόλυτα ποσά για ακτινοβολία 30 Wm -2 ήταν 3 μmol m -2 s -1, ενώ για ακτινοβολία 300 Wm -2, 9 μmol m -2 s -1. Ένα αντίστοιχο παράδειγμα αναφέρεται από τους Bellamy και Kimball,[1986], στο οποίο ανέλυσαν την επιρροή του κλίματος στον εμπλουτισμό για συγκεκριμένες τοποθεσίες και σε συνδυασμό με τις ανάγκες αερισμού. Οι ερευνητές βασιζόμενοι στην υπόθεση των Challa και Schapendonk,[1986] ότι μπορούν να διατηρηθούν αυξημένα επίπεδα CO 2 σε ανεκτά οικονομικά πλαίσια, ακόμη και με ταυτόχρονο αερισμό σε ποσοστό 20% της μεγίστης έντασης λειτουργίας ενός συστήματος δυναμικού αερισμού, υπολόγισαν την ποσοστιαία αύξηση της παραγωγής από την επίδραση του εμπλουτισμού καθ όλη τη διάρκεια του έτους. Χαρακτηριστικά, αναφέρονται οι μετρήσεις στο Όσλο (Νορβηγία) και στο Τελ Αβίβ (Ισραήλ). Στο Όσλο, ο αερισμός του θερμοκηπίου της τάξεως του 0-20% απαιτείται μόνο από το Μάιο ως και τον Αύγουστο. Αντίθετα, στο Τελ Αβίβ για τους μήνες από Μάρτιο ως και τον Οκτώβριο απαιτείται αερισμός της τάξεως πάνω από 20%. Για τους μήνες μάλιστα, Ιούνιο, Ιούλιο και Αύγουστο το ποσοστό αερισμού είναι 100%. Ως θερμοκρασία έναρξης του αερισμού ορίστηκαν οι 30 ο C. Η ετήσια αύξηση της παραγωγής στο Όσλο, εξαιτίας του εμπλουτισμού, για τις ημέρες με ποσοστό αερισμού 0% και 0-20%, ανήλθε σε 48% ενώ στο Τελ Αβίβ σε 22%. Για να φτάσει το Τελ Αβίβ τα ποσοστά του Όσλου θα έπρεπε να συνεχιστεί ο 102

εμπλουτισμός. Πράγματι, οι μετρήσεις έδειξαν ότι η συνέχιση του εμπλουτισμού για περισσότερες ημέρες, με ποσοστά, όμως, αερισμού 20-50% απέφεραν μια επιπλέον αύξηση στην παραγωγή κατά 12%. Βάσει αυτών των μετρήσεων, ο εμπλουτισμός έχει μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα στη Νορβηγία από ό,τι στο Ισραήλ, λόγω της μεγαλύτερης χρονικής διάρκειας συνεχούς εφαρμογής (ένας χρόνος έναντι τεσσάρων μηνών). Αυτό δε σημαίνει ότι η αποτελεσματικότητα στο Ισραήλ μπορεί να θεωρηθεί μικρή. Αντίθετα η αύξηση της παραγωγής κατά 22% θεωρείται αρκετά σημαντική. Αν μάλιστα καταστεί ανεκτή μια απώλεια του CO 2, εξαιτίας των αυξημένων ποσοστών αερισμού (20-50%), τότε η αύξηση αυτή μπορεί να ανέλθει στο 35%. Η παραγωγή, όμως, σε απόλυτα ποσά ήταν πάνω από διπλάσια στο Τελ Αβίβ συγκριτικά με το Όσλο. Σύμφωνα και με τα παραπάνω παραδείγματα προκύπτει ότι ο εμπλουτισμός επιφέρει κατά κανόνα μεγαλύτερα οφέλη στην παραγωγή σε περιοχές όπου επικρατούν υψηλότερες θερμοκρασίες, γιατί οι περιοχές αυτές δέχονται συνήθως και μεγαλύτερα ποσά ηλιακής ακτινοβολίας. Εξαιτίας αυτού του γεγονότος έχουν αναπτυχθεί διάφοροι μέθοδοι εμπλουτισμού σε συνθήκες υψηλών θερμοκρασιών που αναλύονται στη συνέχεια. 3.7.2.Η μέθοδος των εμπλουτισμών με αυξημένες θερμοκρασίες. Η αποτελεσματικότητα του εμπλουτισμού εξαρτάται κυρίως από την αναγκαιότητα αερισμού του θερμοκηπίου. Όσο αυξάνεται ο χρόνος αερισμού, τόσο μειώνεται η αποτελεσματικότητα του εμπλουτισμού, χωρίς όμως να μηδενίζεται. Ένας τρόπος για να περιορισθεί ο χρόνος αερισμού είναι να αυξηθεί η θερμοκρασία έναρξης του από τα επίπεδα των 18 ο C-25 o C (ανάλογα με την άριστη θερμοκρασία ανάπτυξης της κάθε καλλιέργειας) στους 30 ο C με 32 ο C, σύμφωνα με το γεγονός ότι αύξηση της θερμοκρασίας με ταυτόχρονη όμως αύξηση της συγκέντρωσης CO 2 και επάρκεια ηλιακής ακτινοβολίας έχει ευεργετικά αποτελέσματα για τις περισσότερες καλλιέργειες όπως ήδη αναφέρθηκε στο υποκεφάλαιο 2.4.2. Επίσης στο παράδειγμα του σχήματος 3.6, [Hanan,1973] φαίνεται ότι αύξηση της θερμοκρασίας αερισμού με ταυτόχρονη αύξηση της συγκέντρωσης του CO 2, επέφερε γρηγορότερους ρυθμούς ανάπτυξης και μεγαλύτερη παραγωγή σε καλλιέργεια τριαντάφυλλου. 103

Σχήμα 3.6. Παραγωγή τριαντάφυλλων (έναρξη συγκομιδής τον Οκτώβριο) με δύο διαφορετικές θερμοκρασίες έναρξης αερισμού και δύο επίπεδα CO 2. [Hanan,1973] Η επιτυχία αυτής της μεθόδου εξαρτάται πέρα από τις επικρατούσες κλιματολογικές συνθήκες και από το είδος της καλλιέργειας. Καλλιέργειες που ενδείκνυνται είναι για παράδειγμα η τομάτα, το αγγούρι, το τριαντάφυλλο και η πιπεριά, οι οποίες έχουν άριστη θερμοκρασία ανάπτυξης γύρω στους 23 ο C. Για καλλιέργειες, όπως το μαρούλι και το χρυσάνθεμο, η αύξηση της θερμοκρασίας θεωρείται αντιπαραγωγική. Η μέθοδος προσφέρεται ιδιαίτερα για τα κλιματολογικά δεδομένα των μεσογειακών χωρών, καθώς μπορεί να παρατείνει τη συνολική χρονική περίοδο συνεχούς εμπλουτισμού κατά τους ανοιξιάτικους και φθινοπωρινούς μήνες. Για τους καλοκαιρινούς μήνες, η πρακτική αυτή δεν μπορεί να εφαρμοστεί, καθώς οι αυξημένες ανάγκες αερισμού μειώνουν τη συγκέντρωση του CO 2, με αποτέλεσμα να υπάρχει αύξηση στην παραγωγή, αλλά με πολύ χαμηλή ποιότητα [Mathis,1972]. Η εφαρμογή αυτής της μεθόδου απαιτεί εξοπλισμούς ελέγχου του περιβάλλοντος του θερμοκηπίου με συστήματα αυτοματισμών, καθώς τα ποσά της ηλιακής ακτινοβολίας της θερμοκρασίας και του CO 2 μεταβάλλονται συνεχώς κατά τη διάρκεια μιας ημέρας. Το αυτόματο σύστημα ελέγχου συντονίζεται από ηλεκτρονικό υπολογιστή, ο οποίος διαθέτει ένα ανάλογο πρόγραμμα διαχείρισης (σχήμα 3.7). 104

Σχήμα 3.7. Σχηματική παράσταση αυτόματου συστήματος εμπλουτισμού. Ο PLC (Programmable Logic Controller) καταγράφει και μεταβιβάζει, στον ηλεκτρονικό υπολογιστή (PC), τις μετρήσεις από τους αισθητήρες. Ο Η/Υ μετά την ανάλυση των μετρήσεων ρυθμίζει μέσου του PLC τη λειτουργία των εξοπλισμών του θερμοκηπίου. (Τ) αισθητήρας θερμοκρασίας, (RH) αισθητήρας υγρασίας, (V) ανεμόμετρο, (1) πυρανόμετρο, (2) αισθητήρας CO 2, (H 2 O) εξοπλισμός άρδευσης- λίπανσης. (3) ανεμιστήρες, (CO 2 ) δεξαμενή αποθήκευσης CO 2 ή καυστήρας παραγωγής CO 2. Ο ηλεκτρονικός υπολογιστής ελέγχει τα επίπεδα της ηλιακής ακτινοβολίας, της θερμοκρασίας, της υγρασίας και του CO 2, θέτει σε λειτουργία το σύστημα αερισμού και παρέχει της απαιτούμενες ποσότητες CO 2, νερού και θρεπτικών στοιχείων. Σε καμία περίπτωση δεν πρέπει να παρουσιασθεί έλλειψη CO 2 ιδιαίτερα, όταν οι θερμοκρασίες πλησιάζουν τους 30 ο C, παρά το γεγονός ότι θα υπάρξει απώλεια του αερίου από τον επικείμενο αερισμό. Στο στάδιο αυτό υπάρχουν δύο τρόποι χειρισμού: 105

α) απότομη διακοπή της παροχής του CO 2 με πλήρη αερισμό και β) σταδιακή μείωση της παροχής του CO 2 μέχρι τα επίπεδα των 350 ppm, με αντίστοιχη σταδιακή αύξηση του ποσοστού αερισμού. Στη δεύτερη περίπτωση υπάρχει το ενδεχόμενο οι θερμοκρασίες να ξεπεράσουν τους 30 ο C για μικρό χρονικό διάστημα, γεγονός το οποίο δε δημιουργεί πρόβλημα καθώς τα φυτά, όπως όλα τα σώματα, παρουσιάζουν κάποια θερμική αντίσταση και υπάρχει έτσι χρονική υστέρηση εξισορρόπησης της θερμοκρασίας τους με τον περιβάλλοντα χώρο. Το μεγαλύτερο μειονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι δυσχεραίνεται η εργασία μέσα στο θερμοκήπιο. Η άνεση των εργαζομένων είναι σημαντικός παράγοντας, για να διεξάγονται οι καλλιεργητικές φροντίδες άμεσα και αποτελεσματικά [Hand & Soffe,1971]. 3.7.2.1.Η μέθοδος των ασυνεχών εμπλουτισμών. Η εφαρμογή της μεθόδου των εμπλουτισμών με αυξημένες θερμοκρασίες μπορεί να πραγματοποιηθεί και με τη μέθοδο των ασυνεχών εμπλουτισμών, όταν ως θερμοκρασία έναρξης αερισμού ορίζονται οι 30 ο C. Ο τρόπος αυτός χειρισμού των εμπλουτισμών περιγράφεται από τον Enoch, [1984] με τη βοήθεια του σχήματος 3.8: Κατά τα χρονικά διαστήματα ΑΒ και EF εφαρμόζεται συνεχής εμπλουτισμός, καθώς οι θερμοκρασίες βρίσκονται σε χαμηλά επίπεδα. Στο διάστημα CD η θερμοκρασία ξεπερνάει το όριο των 30 ο C, οπότε απαιτείται συνεχής αερισμός. Στα διαστήματα, όμως, BC και DE ο αερισμός πραγματοποιείται διαδοχικά και δίνεται έτσι η δυνατότητα εμπλουτισμού ανάμεσα σε δύο φάσεις αερισμού. Η διακεκομμένη γραμμή παριστάνει τη θερμοκρασία που θα αναπτυσσόταν μέσα στο θερμοκήπιο, αν δε γινόταν αερισμός. Δύο παραλλαγές της μεθόδου αυτής είναι: α) να διακόπτεται τελείως ο εμπλουτισμός κατά το χρονικό διάστημα ΒΕ, (πολύ υψηλές θερμοκρασίες, περίοδος καλοκαιριού) να πραγματοποιούνται δηλαδή μόνο πρωινοί και απογευματινοί εμπλουτισμοί, και β) να διατηρούνται με εμπλουτισμό τουλάχιστον τα ατμοσφαιρικά επίπεδα CO 2 (350 ppm) στο ίδιο χρονικό διάστημα. 106

Σχήμα 3.8. Ημερήσια διάρκεια εμπλουτισμού με CO 2 ανάλογα με τις θερμοκρασίες. Σημείο έναρξης εξαερισμού: 30 C. Η διακεκομμένη γραμμή (Τ εσωτερική ) παριστάνει τη θερμοκρασία που θα αναπτυσσόταν μέσα στο θερμοκήπιο χωρίς εξαερισμό, [Enoch,1984]. Αν και η συνολική ημερήσια διάρκεια εμπλουτισμού με τη μέθοδο αυτή είναι μικρή, (2-5 ώρες) η επίδραση στην απόλυτη αύξηση της παραγωγής είναι μεγάλη εξαιτίας των υψηλών ποσών ηλιακής ακτινοβολίας. Πειράματα έγιναν και για την εφαρμογή της μεθόδου των ασυνεχών εμπλουτισμών κατά τη διάρκεια του χειμώνα με σκοπό την εξοικονόμηση CO 2. Σε ορισμένες περιπτώσεις, φάνηκε να πλεονεκτεί η μέθοδος αυτή, έναντι του συνεχούς εμπλουτισμού καθ όλη τη διάρκεια της ημέρας. Ο Hand,[1983] για παράδειγμα, σε καλλιέργεια μαρουλιού στη μεγάλη Βρετανία αναφέρει ότι εμπλουτισμός μέχρι και 50% της συνολικής δυνατής χρονικής διάρκειας εφαρμογής του συνεχούς εμπλουτισμού, στο μεσοδιάστημα όμως της ημέρας, είχε μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα. 107

3.7.3.Η μέθοδος των εμπλουτισμών με ταυτόχρονο αερισμό του θερμοκηπίου Σύμφωνα με όσα αναφέρθηκαν στα κεφάλαια 3.4. και 3.6.1. οι ρυθμοί επαναπλήρωσης του CO 2 από τον αερισμό του θερμοκηπίου δεν καλύπτουν κατά κανόνα τις ανάγκες των φυτών, ακόμη και με δυναμικό αερισμό με τους ανεμιστήρες σε μέγιστη ένταση λειτουργίας. Τα φυτά, καθώς επικρατούν υψηλές τιμές ηλιακής ακτινοβολίας απορροφούν ταχύτατα το CO 2, με αποτέλεσμα η συγκέντρωση του να βρίσκεται καθ όλη σχεδόν τη διάρκεια της ημέρας κάτω από τα ατμοσφαιρικά επίπεδα και να επέρχεται αισθητή μείωση του φωτοσυνθετικού ρυθμού μέχρι το σημείο όπου παύει τελείως το φαινόμενο αυτό. O Slack,[1983] για παράδειγμα αναφέρει ότι ο φωτοσυνθετικός ρυθμός σε φύλλα τομάτας μειώθηκε κατά 50%, όταν η συγκέντρωση CO 2 έπεσε στα 170-180 ppm. Το ίδιο συμβαίνει και με φύλλα αγγουριάς. Ένας τρόπος για την αποφυγή τέτοιων καταστάσεων είναι η συνεχής διατήρηση με εμπλουτισμό τουλάχιστον των ατμοσφαιρικών επιπέδων CO 2. Η διατήρηση ακόμη υψηλότερων επιπέδων, αν και μπορεί να επιφέρει περαιτέρω αύξηση της παραγωγής, κρίνεται από ορισμένους ερευνητές ως αντιοικονομική, ανάλογα βέβαια με το κόστος χρήσης του CO 2 και την εμπορική αξία των προϊόντων που παράγονται. Το ερώτημα που προκύπτει είναι αν η διατήρηση έστω και των ατμοσφαιρικών επιπέδων CO 2 με ταυτόχρονο αερισμό είναι από οικονομικής άποψης εφικτή. Από πειράματα που έγιναν με συνεχή διατήρηση 350 ppm CO 2 σε διάφορες καλλιέργειες βγήκε το συμπέρασμα ότι το επιπλέον χρηματικό κέρδος ήταν πολλαπλάσιο από ό,τι το κόστος του εμπλουτισμού, παρά το γεγονός ότι υπήρξαν απώλειες του αερίου εξαιτίας του αερισμού, [Slack,1983], [Schapendonk και Gaastra,1984], [Hand και Slack,1988]. Συγκεκριμένα ο Slack,[1983] σε έρευνα με εμπλουτισμό CO 2 και ταυτόχρονο αερισμό σε καλλιέργεια τομάτας και αγγουριού, διάρκειας 17 εβδομάδων, σημείωσε ότι το επιπλέον χρηματικό κέρδος από την αύξηση της παραγωγής ήταν κατά 7 φορές μεγαλύτερο από το κόστος του εμπλουτισμού. Σε παρόμοια αποτελέσματα για θερμοκήπια στη Ολλανδία καταλήγουν και οι Schapendonk και Gaastra, [1984]. Εντυπωσιακή είναι και η διαπίστωση των Hand και Slack,[1988] ότι κάθε Kg CO 2 που δεσμεύονταν, με εμπλουτισμό για τη διατήρηση τουλάχιστον των ατμοσφαιρικών επιπέδων CO 2, από καλλιέργεια τομάτας, επέφερε αύξηση στην παραγωγή των καρπών κατά 5 έως 6 Kg. Το αποτέλεσμα μάλιστα αυτό προέκυψε κάτω από συνθήκες υψηλών θερμοκρασιών 108

Οι παράγοντες που επηρεάζουν την επιτυχία της συγκεκριμένης μεθόδου είναι αυτοί που καθορίζουν και τα βέλτιστα επίπεδα διατήρησης της συγκέντρωσης του CO 2, ώστε να επιτυγχάνεται θετικό οικονομικό αποτέλεσμα. Μερικοί από τους παράγοντες αυτούς δίνονται παρακάτω : Το κόστος προμήθειας ή παραγωγής του CO 2 Η απαιτούμενη χρονική διάρκεια αερισμού Το είδος, το στάδιο ανάπτυξης και η πυκνότητα της καλλιέργειας Η εμπορική αξία των παραγόμενων προϊόντων Το σύστημα διανομής του CO 2 Οι κλιματολογικές συνθήκες Η σχεδίαση του συστήματος αερισμού Το μέγεθος του θερμοκηπίου. Ο υπολογισμός των απωλειών του CO 2, όπως αναφέρεται από τον Baille,[1988], που λαμβάνει υπόψη το μέγεθος του θερμοκηπίου, το ρυθμό αερισμού και το ποσοστό απορρόφησης του CO 2 από τις καλλιέργειες, ανάλογα με τα ποσά της ηλιακής ακτινοβολίας, δίνουν μια κατ εκτίμηση εικόνα του ποσοστού του CO 2 που απορροφήθηκε σε σχέση με αυτό που χάθηκε. Για τον ακριβή υπολογισμό όμως των βέλτιστων επιπέδων CO 2 με γνώμονα το μέγιστο δυνατό οικονομικό όφελος, απαιτείται η χρήση πιο πολύπλοκων υπολογιστικών μοντέλων που να εμπεριέχουν όσο το δυνατόν περισσότερους παράγοντες. Τέτοια υπολογιστικά μοντέλα δημοσιεύτηκαν από τους Seginer et al,[1986], Challa και Schapendonk,[1986], Longuenesse et al,[1993], Zorn και Kopnik,[1993] κ.ά. Επίσης, οι van Meurs και Nederhoff,[1995] ανέπτυξαν έναν αλγόριθμο με τον οποίον υπολογίζονται τα απαιτούμενα ποσά CO 2 καθ όλη τη διάρκεια του έτους ανάλογα με την ηλιακή ακτινοβολία, την ταχύτητα του ανέμου, τις απαιτήσεις σε θέρμανση ή αερισμό του θερμοκηπίου και τη θέση των ανεμιστήρων. Ο τρόπος αυτός για την εφαρμογή του, όπως και όλα τα υπολογιστικά μοντέλα, απαιτεί τη χρήση ειδικών προγραμμάτων στον ηλεκτρονικό υπολογιστή, που ενσωματώνονται στο γενικότερο πρόγραμμα διαχείρισης του περιβάλλοντος του θερμοκηπίου. 109

Εκτός από τις μεθόδους εμπλουτισμού που αναφέρθηκαν μελετήθηκε και η περίπτωση του εμπλουτισμού ενός τελείως κλειστού θερμοκηπίου με εσωτερικό σύστημα ψύξης. Αν και σε πείραμα που έγινε με καλλιέργεια τομάτας, σ ένα τέτοιο μη αεριζόμενο θερμοκήπιο, υπήρξε σημαντική αύξηση της παραγωγής εξαιτίας του εμπλουτισμού, εντούτοις πιστεύεται ότι η λύση αυτή είναι αντιοικονομική για εμπορικού τύπου θερμοκήπια, [Kimball και Mitchell,1979]. Για τη βέλτιστη εφαρμογή του CO 2 πρέπει σ ένα θερμοκήπιο να εγκατασταθεί σύστημα εμπλουτισμού και αερισμού, στα οποία να μεταβάλλεται ο τρόπος λειτουργίας τους ανάλογα με τις κλιματολογικές αλλαγές που προκύπτουν κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου. Μια διαδοχή των μεθόδων εμπλουτισμού με βάση τις επικρατούσες θερμοκρασίες δίνεται παρακάτω: Για θερμοκρασίες περιβάλλοντος μέχρι 20 C Συνεχής εμπλουτισμός με τη διατήρηση ενός σταθερού υψηλού επιπέδου συγκέντρωσης CO 2 και αερισμός μόνο για τον έλεγχο της υγρασίας. Για θερμοκρασίες περιβάλλοντος από 20 C ως 25 C. Συνεχής εμπλουτισμός με μικρές διακοπές για αερισμό, αν η θερμοκρασία ξεπεράσει τους 30 C. Για θερμοκρασίες περιβάλλοντος πάνω από 25 C. Εμπλουτισμός μόνο κατά τις πρωινές και απογευματινές ώρες (μέχρι και μια ώρα πριν τη δύση του ήλιου) και ασυνεχείς εμπλουτισμούς στο μεσοδιάστημα της ημέρας, αν το επιτρέπουν οι θερμοκρασίες με σημείο έναρξης του αερισμού τους 30 C-32 C. Εμπλουτισμός συνεχής ή με μικρές διακοπές με ταυτόχρονη λειτουργία του συστήματος αερισμού ή ψύξης του θερμοκηπίου σε ποσοστό μέχρι 20% της μέγιστης έντασης λειτουργίας. (Σε ορισμένες περιπτώσεις το ποσοστό λειτουργίας του αερισμού μπορεί να ανέρχεται και στο 50%). Συνεχής εμπλουτισμός για τη διατήρηση τουλάχιστον των ατμοσφαιρικών επιπέδων CO 2 και ταυτόχρονος αερισμός του θερμοκηπίου (100%) με σημείο έναρξης του την άριστη θερμοκρασία ανάπτυξης της καλλιέργειας. 110

3.8.Διακύμανση της υγρασίας κατά τη διάρκεια εμπλουτισμών με CO 2 3.8.1.Εισαγωγή Η υγρασία αποτελεί έναν από τους βασικούς παράγοντες του περιβάλλοντος του θερμοκηπίου και η μελέτη της διακύμανσης της κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών θεωρείται σημαντική, καθώς μπορεί υπό ορισμένες συνθήκες να δράσει περιοριστικά στο συνολικό χρόνο εφαρμογής του αερίου. Η εφαρμογή εμπλουτισμών με CO 2 απαιτεί για την απορρόφηση του αερίου από τα φυτά κάποια απαραίτητα χρονικά διαστήματα, κατά τα οποία το θερμοκήπιο παραμένει κλειστό χωρίς αερισμό. Στα διαστήματα αυτά η συγκέντρωση των υδρατμών στον αέρα του θερμοκηπίου αυξάνεται λόγω της διαπνοής των φυτών και της εξάτμισης του νερού από το έδαφος. Για τον καθορισμό της πιθανότητας να αποτελέσει η υγρασία περιοριστικό παράγοντα του εμπλουτισμού, πρέπει πέρα από τα χρονικά διαστήματα και τον τρόπο αερισμού να λαμβάνονται υπόψη και άλλοι παράγοντες που συσχετίζονται με το ισοζύγιο των υδρατμών μέσα στο θερμοκήπιο, όπως για παράδειγμα: η εσωτερική και εξωτερική θερμοκρασία, η υγρασία περιβάλλοντος, το είδος και το στάδιο ανάπτυξης της καλλιέργειας, το σύστημα καλλιέργειας (π.χ. υδροπονία), το υλικό κάλυψης του θερμοκηπίου, η διπλή κάλυψη, η στεγανότητα του κελύφους, η πηγή του CO 2 και ο τρόπος εμπλουτισμού. Ο εμπλουτισμός των θερμοκηπίων τις περιόδους όπου επικρατούν χαμηλές θερμοκρασίες μπορεί να είναι συνεχής με μικρές μόνο διακοπές, αν απαιτείται για τον έλεγχο της υγρασίας. Τα χρονικά διαστήματα δηλαδή κατά το οποία το θερμοκήπιο παραμένει κλειστό είναι επαρκές για την απορρόφηση του CO 2 από τα φυτά. Κατά τις περιόδους υψηλών και μέσων θερμοκρασιών τα χρονικά διαστήματα εμπλουτισμού και αερισμού εναλλάσσονται συνεχώς με αποτέλεσμα σε ελάχιστες περιπτώσεις η υγρασία να ξεπερνάει το επιθυμητά όρια. Επίσης γεγονός είναι ότι σε καμιά από τις έρευνες που αφορούν τον εμπλουτισμό με CO 2, (απ αυτές που έγινε αναφορά σε αυτό το κεφάλαιο), δεν αναφέρεται ότι η υγρασία αποτελεί περιοριστικό παράγοντα του εμπλουτισμού κατά τις περιόδους μέσων και υψηλών θερμοκρασιών. Στο σημείο αυτό κρίνεται σκόπιμο πριν την περαιτέρω ανάλυση της αλληλεπίδρασης του 111

εμπλουτισμού και της υγρασίας, να γίνει μια σύντομη αναφορά της επίδρασης της υγρασίας στην ανάπτυξη των φυτών. 3.8.2.Επίδραση της υγρασίας στα φυτά 3.8.2.1.Εισαγωγή Στο εσωτερικό ενός θερμοκηπίου η υγρασία δεν διαφοροποιείται μόνο με την εποχή του έτους, αλλά παρουσιάζει και έντονες μεταβολές κατά τη διάρκεια του εικοσιτετραώρου. Αυτή η μεταβολή της υγρασίας επηρεάζει άμεσα και έμμεσα τα φυτά. Η άμεση επίδραση της υγρασίας αφορά κυρίως τη λειτουργία της διαπνοής, τη φωτοσύνθεση και τη γενικότερη ανάπτυξη των φυτών, ενώ η έμμεση επίδραση αφορά την ανάπτυξη μυκητολογικών ασθενειών. 3.8.2.2.Επίδραση της υγρασίας στη λειτουργία της διαπνοής και της φωτοσύνθεσης Με την αύξηση της σχετικής υγρασίας στο εσωτερικό του θερμοκηπίου η διαπνοή των φυτών μειώνεται, ενώ αντίθετα με τη μείωση της σχετικής υγρασίας η διαπνοή αυξάνεται. Η επίδραση της υγρασίας στη λειτουργία της διαπνοής έχει παρατηρηθεί από διάφορες μετρήσεις που δείχνούν ότι μείωση της περιεκτικότητας του αέρα σε υδρατμούς προκαλεί αύξηση του ρυθμού διαπνοής των φυτών. Ειδικότερα οι Cockshull et al., [1987] παρατήρησαν ότι ο ρυθμός διαπνοής σε καλλιέργεια τομάτας, κατά τη διάρκεια της νύχτας, αυξήθηκε από 3 mg m -2 s -1 σε 5.4 mg m -2 s -1, όταν η σχετική υγρασία μειώθηκε από 95% σε 61% αντίστοιχα. Ιδιαίτερα προβλήματα αντιμετωπίζουν οι καλλιέργειες κατά τη διάρκεια του θέρους. Την περίοδο αυτή του έτους η σχετική υγρασία του αέρα στο εσωτερικό του θερμοκηπίου είναι χαμηλή καθώς ακολουθεί τη μεταβολή της υγρασίας του εξωτερικού αέρα λόγω του συνεχούς αερισμού. Το γεγονός αυτό σε συνδυασμό με την υψηλή θερμοκρασία εντείνουν το ρυθμό διαπνοής με αποτέλεσμα σε πολλές περιπτώσεις να δημιουργείται αρνητικό 112

ισοζύγιο νερού στο εσωτερικό των φυτών. Αυτό σημαίνει ότι το νερό που διαπνέεται είναι περισσότερο από αυτό που προσλαμβάνεται, τα κύτταρα χάνουν τη σπαργή τους και τα φυτά μαραίνονται. Εκτός όμως από την επίδραση στο ρυθμό διαπνοής, η υγρασία επηρεάζει και τη λειτουργία της φωτοσύνθεσης και αυτή στη συνέχεια συνδέεται με τη στοματική αγωγιμότητα. Όταν η σχετική υγρασία μειώνεται, τα στόματα στην προσπάθεια τους να μειώσουν την υδατική καταπόνηση κλείνουν προοδευτικά. Αυτό οδηγεί σταδιακά στη μείωση της φωτοσύνθεσης, καθώς μέσω των στομάτων τα φυτά απορροφούν CO 2. Αντίθετα, όταν η υγρασία αυξάνεται διευκολύνεται η απορρόφηση του CO 2 και η φωτοσύνθεση αυξάνεται, καθώς ανοίγουν περισσότερο τα στόματα. 3.8.2.3.Επίδραση της υγρασίας στην ανάπτυξη των φυτών Η επίδραση της υγρασίας στα φυτά είναι δύσκολο να συσχετισθεί, καθώς η συγκέντρωση των υδρατμών στο εσωτερικό του θερμοκηπίου διαφοροποιείται, όταν η θερμοκρασία του αέρα μεταβάλλεται. Πολλοί ερευνητές έχουν μελετήσει την επίδραση της υγρασίας στις κυριότερες θερμοκηπιακές καλλιέργειες, ωστόσο τα αποτελέσματα τους αφορούν τις συγκεκριμένες συνθήκες κάτω από τις οποίες πραγματοποιήθηκαν τα πειράματα. Οι Grange και Hand, [1987] αναφέρουν ότι η σχετική υγρασία δεν επηρεάζει την ανάπτυξη των περισσοτέρων καλλιεργειών όταν κυμαίνεται από 55 έως 90% στους 20 0 C. Σε επίπεδα υγρασίας μεγαλύτερα από 90% οι GislerØd και Mortensen, [1991] αναφέρουν ότι παρατηρήθηκε μείωση του ξηρού βάρους σε πολλά ανθοκομικά είδη, ενώ καλλιέργειες όπως το τριαντάφυλλο το αγγούρι και το μαρούλι δεν επηρεάστηκαν. Σε υψηλά επίπεδα υγρασίας παρατηρήθηκαν συμπτώματα έλλειψης ασβεστίου στα φύλλα χωρίς όμως να εμφανίζεται καμία έλλειψη ασβεστίου στους καρπούς [Bunce,1984] [Bakker et. al.,1987], [Holder και Hockshull,1990], [Kreij,1996]. Η επίδραση της υγρασίας συνδέεται και με τη διάρκεια ζωής των καρπών μετά τη συγκομιδή. Σύμφωνα με τους Janse και Welles, [1984] οι καρποί φυτών τομάτας και αγγουριού που αναπτύχθηκαν σε υψηλά επίπεδα σχετικής υγρασίας (93%) είχαν μικρότερη μετασυλλεκτική διάρκεια ζωής σε σύγκριση με τους καρπούς των ίδιων φυτών που αναπτύχθηκαν σε συνθήκες χαμηλότερης σχετικής υγρασίας (80%). 113

Έρευνες έχουν γίνει επίσης και για την επίδραση της υγρασίας στην απόδοση των καλλιεργειών. Ο Bakker,[1989] διαπίστωσε αύξηση στην απόδοση του αγγουριού όταν η καλλιέργεια αναπτύχθηκε κάτω από συνθήκες με υψηλή υγρασία ημέρας και χαμηλή υγρασία νύχτας. Το γεγονός αυτό πιθανόν να οφείλεται στην αύξηση της φωτοσύνθεσης λόγω της υψηλής υγρασίας. Σύμφωνα με τον ίδιο ερευνητή η καλλιέργεια πιπεριάς δεν παρουσίασε σημαντική διαφορά στην απόδοση, όταν αναπτύχθηκε σε διαφορετικά επίπεδα υγρασίας. Οι Holder και Hockshull,[1990] έπειτα από πειράματα σε καλλιέργεια τομάτας δε διαπίστωσαν σημαντικές διαφορές στην απόδοση των φυτών σε τέσσερα διαφορετικά επίπεδα υγρασίας (0.1 kpa, 0.2 kpa, 0.4 kpa και 0.8 kpa). Ο Mortensen,[2000] επίσης μελέτησε την αντίδραση μερικών ανθοκομικών φυτών (Begonia, Chrysanthemum, Poinsettia και Kalanchoe ) σε τρία επίπεδα σχετικής υγρασίας 93%, 81% και 70%. Όταν η σχετική υγρασία ήταν 93%, καθυστέρησε η άνθηση από τρεις έως τέσσερις ημέρες στο Chrysanthemum, ενώ τα άλλα είδη δεν επηρεάστηκαν. Με την αύξηση της σχετικής υγρασίας από 70% σε 80% αυξήθηκε το ύψος των φυτών στα Kalanchoe, Begonia και στο Chrysanthemum. Επιπλέον η αύξηση της σχετικής υγρασίας είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση του ύψους στο Chrysanthemum και στη Poinsettia, αλλά όχι στη Begonia. Ο Ντόγρας,[2001] αναφέρει ότι τα άριστα επίπεδα σχετικής υγρασίας για την ανάπτυξη της τομάτας είναι 60-75%, του αγγουριού 75-80% και της πιπεριάς 70-80%. 3.8.2.4.Επίδραση της υγρασίας στην ανάπτυξη μυκητολογικών ασθενειών Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα της καλλιέργειας φυτών σε θερμοκήπια είναι η εμφάνιση μυκητολογικών ασθενειών εξαιτίας υψηλών επιπέδων υγρασίας. Η εξάπλωση αυτών των ασθενειών στο χώρο του θερμοκηπίου έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της παραγωγής και την υποβάθμιση της ποιότητας των προϊόντων, ενώ σε περιπτώσεις έντονης προσβολής πιθανή είναι και η απώλεια ολόκληρης της καλλιέργειας. Ο Morgan,[1984] παρατήρησε μία πολύ μικρή προσβολή μυκητολογικών ασθενειών σε καλλιέργεια τομάτας, όταν η σχετική υγρασία διατηρήθηκε σταθερή κάτω από 75%. Με την αύξηση όμως της σχετικής υγρασίας στο 90% η προσβολή μυκητολογικών ασθενειών αυξήθηκε κατά 28%. 114

Σύμφωνα με τους Grange και Hand,[1987] οι κυριότερες μυκητολογικές ασθένειες των φυτών στα θερμοκήπια είναι ο Botrytis cinerea, ο οποίος προσβάλλει και τις περισσότερες καλλιέργειες, η κλαδοσπορίωση Fulvia fulva και οι περονόσποροι Phytophthora ifestans στην τομάτα, Pseudoperonospora cubensis στο αγγούρι, Phytophthora capsici στην πιπεριά, Bremia lactucae στο μαρούλι και η σκωρίαση Puccinia horiana στο χρυσάνθεμο. Η μόλυνση και η γενικότερη ανάπτυξη του μύκητα Botrytis cinerea στην τομάτα ευνοείται σε θερμοκρασίες γύρω στους 22 ο C και σχετική υγρασία πάνω από 90%, ενώ η βλάστηση των κονιδίων δεν απαιτεί ελεύθερη επιφάνεια νερού [Jones et.al.,1991]. Επίσης ο μύκητας Pseudoperonospora cubensis στο αγγούρι ευνοείται σε θερμοκρασίες από 16-22 ο C και υψηλή σχετική υγρασία (>90%), ενώ η βλάστηση των σπορίων πραγματοποιείται μόνον, όταν υπάρχει ελεύθερη επιφάνεια νερού [Zitter et. al.,1998]. Στην πιπεριά ο μύκητας Phytophthora capsici ευνοείται από υψηλές θερμοκρασίες (20-30 ο C) και σχετική υγρασία πάνω από 90%. Η βλάστηση των σπορίων του πραγματοποιείται μόνον, όταν υπάρχει ελεύθερη επιφάνεια νερού [Τζαβέλλα-Κλωνάρη και Κατής,2003]. Η καταπολέμηση των μυκητολογικών ασθενειών στα θερμοκήπια γίνεται με χρήση χημικών και βιολογικών μεθόδων, ο σπουδαιότερος όμως τρόπος για την αντιμετώπιση τους είναι ο έλεγχος της υγρασίας του θερμοκηπίου [Nederhoff,1997], [Jewett and Jarvis,2001]. Πρακτικές που περιορίζουν την υγρασία στο εσωτερικό του θερμοκηπίου, μειώνουν την πιθανότητα συμπύκνωσης υδρατμών στα φυτά ή στα υλικά κάλυψης και κατά συνέπεια τη δημιουργία ευνοϊκού κλίματος για την ανάπτυξη των μυκήτων. 3.8.3.Διακύμανση της υγρασίας κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών με CO 2 ανάλογα με τις εποχές του έτους Για την μελέτη της διακύμανσης της υγρασίας κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών και σύμφωνα με τις επικρατούσες θερμοκρασίες στη χώρα μας οι εποχές του έτους μπορούν να χωριστούν σε τρεις διαφορετικές περιόδους: υψηλών, μέσων και χαμηλών θερμοκρασιών. 115

Σύμφωνα με τα χρονοδιαγράμματα καλλιέργειας των σημαντικότερων κηπευτικών του πίνακα 3.1, η κύρια καλλιεργητική περίοδος για την Κεντρική Μακεδονία είναι η άνοιξη και σε μικρότερο βαθμό το φθινόπωρο. Η πρώτη παραγωγή ξεκινάει, όταν επικρατούν χαμηλές θερμοκρασίες και λήγει το καλοκαίρι. Σ αυτήν την περίπτωση τα φυτά μεγαλώνουν προοδευτικά με παράλληλη αύξηση της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος και επομένως και των διαστημάτων αερισμού. Όταν η καλλιέργεια τελικά έχει τον μέγιστο ρυθμό διαπνοής, εφαρμόζεται και ο μέγιστος ρυθμός αερισμού. Στη δεύτερη παραγωγή, η οποία όμως πραγματοποιείται σε μικρότερη έκταση, συμβαίνει ακριβώς το αντίθετο: η τοποθέτηση της καλλιέργειας γίνεται το καλοκαίρι και τα φυτά αποκτούν το μέγιστο της ανάπτυξής τους κατά την ψυχρή περίοδο του έτους, όταν δηλαδή τα θερμοκήπια αερίζονται με πολύ μικρούς ρυθμούς. Η τελευταία περίπτωση είναι ίσως και η μοναδική κατά την οποία η υγρασία μπορεί να αποτελέσει περιοριστικό παράγοντα εμπλουτισμού. Πίνακας 3.1. Χρονοδιαγράμματα καλλιέργειας αγγουριάς, τομάτας και πιπεριάς στα θερμοκήπια της Κρήτης και της Κεντρικής Μακεδονίας [Ντόγρας,2001]. Καλλιέργεια Κρήτη Κ. Μακεδονία Αγγουριά Τομάτα Πιπεριά Έναρξη-λήξη καλλιεργητικής περιόδου 1) Αύγουστο - Φεβρουάριο 2) Οκτώβριο - Ιούνιο 1) Αύγουστο Μάιο 2) Νοέμβριο - Ιούνιο 3) Ιανουάριο Ιούλιο 1) Σεπτέμβριο - Μάιο 2) Δεκέμβριο Ιούνιο Έναρξη-λήξη καλλιεργητικής περιόδου 1) Φεβρουάριο - Αύγουστο 2) Ιούλιος - Νοέμβριος 1) Μάρτιο - Ιούλιο 2) Αύγουστο - Νοέμβριο 1) Δεκέμβριο - Ιούνιο 116

Διακύμανση της υγρασίας κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών με CO 2 σε συνθήκες υψηλών θερμοκρασιών Η εφαρμογή CO 2 στα θερμοκήπια σε συνθήκες υψηλών θερμοκρασιών αναφέρεται σε περιόδους του έτους, στις οποίες οι θερμοκρασίες περιβάλλοντος κυμαίνονται πάνω από 25 ο C. Στην Ελλάδα και ειδικότερα στην Κεντρική Μακεδονία τέτοια επίπεδα θερμοκρασιών επικρατούν περίπου από τα μέσα Μαΐου μέχρι τέλος Σεπτεμβρίου. Αυτήν την περίοδο ο εμπλουτισμός μπορεί να γίνει ουσιαστικά με δύο τρόπους: 1. Εμπλουτισμός μόνο κατά τις πρωινές και απογευματινές ώρες και ασυνεχείς εμπλουτισμοί, όταν το επιτρέπουν οι θερμοκρασίες στο μεσοδιάστημα της ημέρας με θερμοκρασία έναρξης του αερισμού τους 30-32 ο C. 2. Εμπλουτισμός με ταυτόχρονο αερισμό του θερμοκηπίου. Σύμφωνα με την πρώτη μέθοδο ο εμπλουτισμός με CO 2 γίνεται για εκείνα τα χρονικά διαστήματα της ημέρας στα οποία η θερμοκρασία στο εσωτερικό του θερμοκηπίου δεν ξεπερνά τους 30-32 ο C. Τις πρωινές ώρες η σχετική υγρασία του θερμοκηπίου είναι χαμηλή, καθώς ακολουθεί τη διακύμανση της υγρασίας του εξωτερικού αέρα (σχετική υγρασία εξωτερικού αέρα <70%) εξαιτίας του συνεχούς αερισμού κατά τη διάρκεια της νύχτας. Με την έναρξη του εμπλουτισμού ο αερισμός του θερμοκηπίου διακόπτεται μέχρι η θερμοκρασία να φθάσει τους 30-32 ο C. Στη συνέχεια ακολουθεί μια εναλλαγή χρονικών διαστημάτων αερισμού- εμπλουτισμού μέχρι και μια ώρα πριν από τη δύση του ηλίου [Hand,1984], [Mortensen,1987]. Το μεγαλύτερο χρονικό διάστημα συνεχούς εμπλουτισμού δεν ξεπερνάει συνήθως τις 2-3 ώρες. Στο διάστημα αυτό η υγρασία, είτε δεν προφταίνει να ανέλθει πάνω από τα επιθυμητά για την ανάπτυξη των φυτών επίπεδα είτε ανέρχεται πάνω από αυτά για πολύ μικρό χρονικό διάστημα, τέτοιο που να μην προκαλούνται ιδιαίτερα προβλήματα στα φυτά. Επίσης λόγω των υψηλών θερμοκρασιών που επικρατούν, είναι απίθανο να υπάρξει συμπύκνωση των υδρατμών πάνω στα φυτά ή στο κάλυμμα του θερμοκηπίου. Ο Enoch et al.,[1976] κατά τον εμπλουτισμό με CO 2 για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα το πρωί και το απόγευμα δεν αναφέρουν προβλήματα υψηλής σχετικής υγρασίας. Συγκεκριμένα σε πειράματα που πραγματοποιήθηκαν στο Ισραήλ σε θερμοκήπια με καλλιέργεια φράουλας και αγγουριού ο εμπλουτισμός διαρκούσε κατά 117

μέσο όρο 7 ώρες ανά ημέρα. Τα θερμοκήπια παρέμειναν κλειστά μέχρι η θερμοκρασία να φθάσει τους 28 0 C γεγονός που απαιτούσε ένα χρονικό διάστημα από 2 έως 4.5 ώρες το πρωί και από 2 έως 3.5 ώρες το απόγευμα ανάλογα με την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας. Ο εμπλουτισμός των θερμοκηπίων γινόταν καθ όλη την καλλιεργητική περίοδο δηλαδή κάλυπτε ακόμα και την περίπτωση που τα φυτά είχαν τη μέγιστη ανάπτυξη άρα και το μέγιστο ρυθμό διαπνοής. Η δεύτερη μέθοδος του εμπλουτισμού με ταυτόχρονο αερισμό αποσκοπεί στη διατήρηση των ατμοσφαιρικών τουλάχιστον επιπέδων CO 2 στο χώρο του θερμοκηπίου όταν επικρατούν υψηλές θερμοκρασίες. Κατά την εφαρμογή αυτής της μεθόδου η σχετική υγρασία στο εσωτερικό του θερμοκηπίου βρίσκεται σε χαμηλά επίπεδα καθώς ακολουθεί με μικρή διαφορά τα επίπεδα της σχετικής υγρασίας του εξωτερικού αέρα. Άρα ο συνδυασμός εμπλουτισμού με CO 2 και εξαερισμού όχι μόνο δε δημιουργεί προβλήματα υψηλής συγκέντρωσης υδρατμών στο εσωτερικό του θερμοκηπίου, αλλά σε πολλές περιπτώσεις απαιτείται η λήψη πρόσθετων μέτρων για την αύξηση της υγρασίας. Διακύμανση της υγρασίας κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών με CO 2 την άνοιξη και το φθινόπωρο Η άνοιξη και το φθινόπωρο είναι οι εποχές του έτους με τις ίδιες περίπου κλιματολογικές συνθήκες. Συγκεκριμένα η θερμοκρασία κυμαίνεται από 15 έως 25 ο C και η σχετική υγρασία από 55 έως 75%. Ο εμπλουτισμός των θερμοκηπίων με CO 2 την άνοιξη και το φθινόπωρο μπορεί να είναι συνεχής με μικρές διακοπές για αερισμό, όταν η θερμοκρασία ξεπερνάει τους 30-32 ο C. Με τη μέθοδο αυτή επιτυγχάνονται διαστήματα εμπλουτισμού με διάρκεια που κυμαίνεται από 70 έως 80% της συνολικής διάρκειας της ημέρας (daytime), ανάλογα με τα επίπεδα της ηλιακής ακτινοβολίας. Κατά τη δεύτερη παραγωγή (καλοκαίρι-φθινόπωρο), η υγρασία είναι πιθανό να δράσει περιοριστικά, καθώς η καλλιέργεια βρίσκεται στο μέγιστο της ανάπτυξής της, την εποχή που αποφεύγεται ο αερισμός και υπάρχει το ενδεχόμενο συμπύκνωσης των υδρατμών λόγω των χαμηλών θερμοκρασιών που επικρατούν. Βεβαίως ο περιορισμός του αερισμού δεν πραγματοποιείται για να δοθεί 118

χρόνος να απορροφήσουν τα φυτά το CO 2 αλλά και για λόγους περιορισμού της αποφυγής της θερμότητας. Οι Kimball και Mitchell,[1979] έπειτα από πειράματα σε θερμοκήπια (κάλυψη από fiberglass) με καλλιέργεια τομάτας σε περιόδους μέσων θερμοκρασιών, διαπίστωσαν ότι η μέγιστη τιμή της σχετική υγρασίας, κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών, ήταν 85%, όταν η θερμοκρασία στο εσωτερικό του θερμοκηπίου κυμαινόταν από 23 έως 28 ο C. Επίσης δεν παρατηρήθηκαν προβλήματα μυκητολογικών ασθενειών. Οι Peet και Willits,[1984] διαπίστωσαν ότι σε θερμοκήπια με διπλή κάλυψη πολυαιθυλενίου με καλλιέργεια τομάτας και με τη χρήση συστήματος δροσισμού για διατήρηση της θερμοκρασίας στους 28-31 ο C, τα χρονικά διαστήματα για τον εμπλουτισμό με CO 2 κυμαίνονταν από 76-77% της συνολικής διάρκειας της ημέρας, όταν η ημερήσια ολική ηλιακή ακτινοβολία κυμαινόταν από 15 έως 25 MJ m -2. Η μέγιστη τιμή της σχετικής υγρασίας, κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών, κυμαινόταν από 68 έως 88%, ενώ προβλήματα μυκητολογικών ασθενειών επίσης δεν αναφέρονται. Διακύμανση της υγρασίας κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών με CO 2 σε συνθήκες χαμηλών θερμοκρασιών Ο εμπλουτισμός των θερμοκηπίων με CO 2, όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος κυμαίνεται σε επίπεδα πολύ χαμηλότερα από τους 20 ο C μπορεί να είναι συνεχής για τη διατήρηση ενός σταθερά υψηλού επιπέδου CO 2. Η θερμοκρασία, αν και το θερμοκήπιο παραμένει κλειστό στη μεγαλύτερη διάρκεια της ημέρας, όχι μόνο δεν αποτελεί περιοριστικό παράγοντα του εμπλουτισμού, αλλά η διατήρηση της στα επιθυμητά επίπεδα απαιτεί πρόσθετα ποσά θερμότητας μέσω του συστήματος θέρμανσης. Στην περίπτωση αυτή ο παράγοντας που καθορίζει τα χρονικά διαστήματα της ημέρας, στα οποία είναι εφικτός ο εμπλουτισμός είναι η σχετική υγρασία. Η εφαρμογή του CO 2 πραγματοποιείται, όταν το θερμοκήπιο παραμένει κλειστό, ενώ διακόπτεται, όταν τίθεται σε λειτουργία το σύστημα αερισμού για τη μείωση της σχετικής υγρασίας. Σε κάθε περίπτωση ωστόσο, ο εμπλουτισμός των θερμοκηπίων τη διάρκεια του χειμώνα είναι αποτελεσματικός, καθώς τα χρονικά διαστήματα στα οποία η σχετική υγρασία παραμένει σε επιθυμητά επίπεδα, επαρκούν για την αφομοίωση του 119

παρεχόμενου CO 2, [Hand,1984]. Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται, όταν ο εμπλουτισμός των θερμοκηπίων με CO 2 γίνεται με καύση υδρογονανθράκων. Η μέθοδος αυτή, αν και έχει χαμηλότερο κόστος, συγκρινόμενη με τη χρήση καθαρού CO 2 συμβάλλει στην αύξηση της συγκέντρωσης των υδρατμών στο εσωτερικό του θερμοκηπίου με αποτέλεσμα οι ανάγκες αερισμού για τη μείωση της υγρασίας να αυξάνονται. 3.8.4.Αλληλεπίδραση υψηλής συγκέντρωσης CO 2 και υψηλής σχετικής υγρασίας στην ανάπτυξη των φυτών Η μείωση των ρυθμών αερισμού ενός θερμοκηπίου είτε για λόγους ενεργειακούς είτε για λόγους εμπλουτισμού οδηγεί στις περισσότερες περιπτώσεις στην αύξηση της συγκέντρωσης των υδρατμών στον αέρα του θερμοκηπίου. Η μείωση του ελλείμματος κορεσμού των υδρατμών, δηλαδή η αύξηση της σχετικής υγρασίας, αυξάνει τη στοματική αγωγιμότητα και κατά συνέπεια το ρυθμό φωτοσύνθεσης των φυτών, μέχρι ενός ορίου. Αντίθετα η στοματική αγωγιμότητα μειώνεται, όταν αυξάνεται πέρα από ένα σημείο η συγκέντρωση του CO 2 στον αέρα του θερμοκηπίου. Η διαφορετική αυτή αντίδραση των στομάτων των φύλλων οδήγησε τους ερευνητές στη μελέτη της αλληλεπίδρασης υψηλής σχετικής υγρασίας και υψηλής συγκέντρωσης CO 2 στην ανάπτυξη των φυτών. Οι Gislerød και Nelson,[1989] μελέτησαν την αντίδραση του χρυσάνθεμου κάτω υπό συνθήκες υψηλής (95%) και χαμηλής σχετικής υγρασίας (50%), όταν η συγκέντρωση του CO 2 διατηρήθηκε στα 940 ppm. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα προκύπτει ότι τις δύο πρώτες εβδομάδες ανάπτυξης ο σχετικός ρυθμός αύξησης ήταν υψηλότερος σε συνθήκες υψηλής σχετικής υγρασίας, τις δύο επόμενες ο ρυθμός αύξησης δεν παρουσίασε στατιστικώς σημαντικές διαφορές, ενώ την τέταρτη και έκτη εβδομάδα ανάπτυξης ο ρυθμός αύξησης ήταν μικρότερος σε συνθήκες υψηλής σχετικής υγρασίας. Επίσης τα φυτά που αναπτύχθηκαν σε υψηλή σχετική υγρασία και υψηλή συγκέντρωση CO 2 μετά από 6 εβδομάδες σχημάτισαν μεγαλύτερα φύλλα, ενώ το συνολικό ξηρό βάρος ήταν αυξημένο σε σύγκριση με τα φυτά που αναπτύχθηκαν σε χαμηλή σχετική υγρασία και υψηλή συγκέντρωση CO 2. Παρόμοια πειράματα πραγματοποίησαν και οι Zarbi και Burrage,[1998] σε καλλιέργεια πιπεριάς. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των ερευνητών αυτών, όταν η συγκέντρωση του CO 2 στο εσωτερικό του θερμοκηπίου αυξήθηκε στα επίπεδα των 120

1000 ppm και η σχετική υγρασία ανήλθε στα 85% παρατηρήθηκε αύξηση της στοματικής αγωγιμότητας, της καθαρής φωτοσύνθεσης και της διαπνοής των φυτών. Επιπλέον αύξηση της συγκέντρωσης του CO 2 πάνω από 1000 ppm για τα ίδια επίπεδα σχετικής υγρασίας είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση της στοματικής αγωγιμότητας, της καθαρής φωτοσύνθεσης και της διαπνοής. 121

Κεφάλαιο 4 ο Εξοικονόμηση συμβατικών καυσίμων στα θερμοκήπια 4.1.Εισαγωγή Η εξοικονόμηση συμβατικών καυσίμων στα θερμοκήπια επιτυγχάνεται με 3 τρόπους: Με τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Με τεχνικές εξοικονόμησης και διατήρησης της ενέργειας, η οποία προέρχεται είτε από συμβατικές, είτε από εναλλακτικές πηγές. Με το συνδυασμό των παραπάνω. Η θέρμανση των θερμοκηπίων με συμβατικά καύσιμα αποτελεί τον κύριο παράγοντα του κόστους παραγωγής, κατά τη διάρκεια των ψυχρών περιόδων του έτους. Σύμφωνα με όσα προαναφέρθηκαν στο εισαγωγικό κεφάλαιο το ενεργειακό πρόβλημα είναι ο σημαντικότερος περιοριστικός παράγοντας της ανάπτυξης του θερμοκηπιακού κλάδου στη Βόρεια Ελλάδα. Οι συχνές ανατιμήσεις στις τιμές των καυσίμων καθιστούν αδύνατο τον οποιοδήποτε οικονομικό προγραμματισμό της θερμοκηπιακής επιχείρησης. Επιπλέον οι ανατιμήσεις αυτές έχουν άμεση επίπτωση στις τιμές των παραγόμενων προϊόντων με αποτέλεσμα όλο και περισσότεροι καταναλωτές να αδυνατούν οικονομικά να προμηθεύονται κηπευτικά είδη εκτός εποχής. Ουσιαστικά περιορίζεται συνεχώς μια σημαντική οικονομική δραστηριότητα της ελληνικής γεωργίας και η όποια ζήτηση καλύπτεται με εισαγωγές από άλλες χώρες σε πολύ υψηλές τιμές. Η ανάγκη για οικονομικότερη αντιμετώπιση του προβλήματος της θέρμανσης, έκανε εντατικότερη την προσπάθεια εύρεσης λύσεων, σε παγκόσμιο επίπεδο, για τον περιορισμό της χρήσης συμβατικών καυσίμων. Η υιοθέτηση αυτών των λύσεων από εγχώριες θερμοκηπιακές μονάδες, εκτός από το γεγονός ότι μπορεί να δράσει ως μοχλός ανάπτυξης του κλάδου, ανεξαρτητοποιεί την χώρα μας από ενεργειακές πηγές του εξωτερικού και τη βοηθάει να τηρήσει τις συμφωνίες που υπέγραψε για περιορισμό των εκπομπών CO 2, (συνθήκη του Κιότο). 122

4.2.Εφαρμογή των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στα θερμοκήπια 4.2.1.Εισαγωγή Από τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας αυτές που εφαρμόζονται κατά κύριο λόγο στη θέρμανση των θερμοκηπίων είναι η γεωθερμική ενέργεια, η ενέργεια από βιομάζα και η ηλιακή ενέργεια, [Kittas et al.,1999], [Νikita-Martzopoulou,2002]. Η αιολική ενέργεια δεν χρησιμοποιείται για τη θέρμανση των θερμοκηπίων για δύο κυρίως λόγους: Αρχικά γιατί οι αιολικές μηχανές έχουν υψηλό κόστος εγκατάστασης και κατά δεύτερο λόγο τα θερμοκήπια δεν κατασκευάζονται σε περιοχές στις οποίες επικρατούν ισχυροί άνεμοι. Η Ελλάδα είναι χώρα πλούσια σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, αφού σχεδόν σε κάθε νομό υπάρχει μια τουλάχιστον αξιόλογη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, οικονομικά εκμεταλλεύσιμη. Ιδιαίτερη σημασία για τα θερμοκήπια στη Βόρεια Ελλάδα έχει η αξιοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας καθώς σε κάθε περιοχή υπάρχουν εκτεταμένα γεωθερμικά πεδία με πολύ καλά χαρακτηριστικά. 4.2.2.Γεωθερμική ενέργεια 4.2.2.1.Εισαγωγή Ο όρος γεωθερμική ενέργεια αναφέρεται στη θερμική ενέργεια που παράγεται στα βαθύτερα στρώματα του υπεδάφους. Το μεγαλύτερο μέρος της βρίσκεται εγκλωβισμένο στο υπέδαφος και μόνο ένα ελάχιστο ποσοστό αυτής φτάνει στην επιφάνεια της γης. Σαν μέσα μεταφοράς της γεωθερμικής ενέργειας χρησιμοποιούνται τα διάφορα ρευστά, κυρίως νερό, τα οποία είτε βρίσκουν μια φυσική διέξοδο από τα βάθη της γης προς την επιφάνεια, είτε υποβοηθούνται με γεωτρήσεις αφού εντοπισθούν. Τα παραγωγικά συστήματα της γεωθερμικής ενέργειας χωρίζονται σε δύο τύπους, [Μαρτζόπουλος,1993]: 123

Γεωθερμικά πεδία υψηλής ενθαλπίας. Γεωθερμικά πεδία χαμηλής ενθαλπίας. Από τα δύο αυτά παραγωγικά συστήματα της γεωθερμικής ενέργειας, για τη θέρμανση των θερμοκηπίων χρησιμοποιείται το γεωθερμικό νερό που προέρχεται από τα γεωθερμικά πεδία χαμηλής ενθαλπίας. Τα πεδία αυτά έχουν την ιδιότητα να αποθηκεύουν σε υπόγεια υδροφόρα πετρώματα σημαντικές ποσότητες θερμών νερών υπό πίεση. Η θερμοκρασία του νερού κυμαίνεται από 25 ο C-150 ο C. Σύμφωνα με τους Carella,[1992], Dimitrov et al.,[1997], η χρήση γεωθερμικού ρευστού θερμοκρασίας 60-80 ο C μπορεί να καλύψει έως και το 80% των συνολικών ενεργειακών αναγκών για τη θέρμανση ενός θερμοκηπίου. Ορισμένοι από τους λόγους που καθιστούν συμφέρουσα τη χρήση της γεωθερμικής ενέργειας στη θέρμανση των θερμοκηπίων είναι οι εξής [Popovski,1998]: Υπάρχει καλή γεωγραφική συσχέτιση μεταξύ των γεωθερμικών πεδίων και των περιοχών που μπορούν να εγκατασταθούν θερμοκήπια. Η εφαρμογή της γεωθερμικής ενέργειας των πεδίων χαμηλής ενθαλπίας στα θερμοκήπια, θεωρείται ένας από τους καλύτερους τρόπους εκμετάλλευσης της. Τα γεωθερμικά θερμοκήπια αποτελούν από οικονομική άποψη ανταγωνιστικά καλλιεργητικά συστήματα, ειδικά σε περιοχές με ψυχρό κλίμα. Τα συστήματα που χρησιμοποιούνται για τη θέρμανση των θερμοκηπίων είναι απλά στην εφαρμογή τους και χαμηλού κόστους. Στο τέλος της προηγούμενης χιλιετίας το 12% περίπου του γεωθερμικού δυναμικού του πλανήτη χρησιμοποιούταν για τη θέρμανση των θερμοκηπίων [Lund και Freeston,2000]. 4.2.2.2.Εξάπλωση των γεωθερμικών θερμοκηπίων Οι χώρες, οι οποίες διαθέτουν τις μεγαλύτερες εκτάσεις με γεωθερμικά θερμοκήπια είναι οι Η.Π.Α., η Ουγγαρία, η Κίνα, οι χώρες της πρώην Γιουγκοσλαβίας, η Ιταλία 124

και η Τσεχία. Η έκταση που καλύπτεται παγκοσμίως από τα γεωθερμικά θερμοκήπια ανέρχεται περίπου σε 1.000.000 στρέμματα [Boyd και Lund,2003]. Η Ελλάδα είναι πλούσια σε γεωθερμικά πεδία χαμηλής ενθαλπίας, τα περισσότερα των οποίων εντοπίζονται στη Βόρεια Ελλάδα, και συγκεκριμένα στις περιοχές του Νέστου, Νιγρίτας Σερρών, Ν. Απολλωνίας, Σιδηροκάστρου, Λαγκαδά, Eλαιοχωρίων Χαλκιδικής κ.α., (πίνακας 4.1). Το γεγονός αυτό αποτελεί ένα επιπλέον κίνητρο για την ανάπτυξη των θερμοκηπίων στις περιοχές αυτές, [Nikita-Martzopoulou,1990]. Η εκμετάλλευση της γεωθερμικής ενέργειας κυρίως στη Βόρεια Ελλάδα μπορεί να οδηγήσει στην αντικατάσταση μεγάλων ποσοτήτων συμβατικών καυσίμων. Για παράδειγμα από έρευνα των Karytsas et al.,[2003], βρέθηκε ότι το γεωθερμικό δυναμικό της περιοχής Τραιανούπολης του Έβρου μπορεί να καλύψει τις θερμικές απαιτήσεις 70 στρεμμάτων γυάλινων θερμοκηπίων με καλλιέργεια τομάτας. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η περιοχή του Έβρου είναι μια από τις ψυχρότερες περιοχές της χώρας, με την εφαρμογή γεωθερμικών συστημάτων θέρμανσης στα θερμοκήπια της περιοχής, εκτιμάται ότι θα εξοικονομούνται περίπου 2325 τόνοι πετρελαίου το χρόνο. Πίνακας 4.1. Χαρακτηριστικά γεωθερμικών πεδίων χαμηλής ενθαλπίας στη Βόρεια Ελλάδα, [Φυτίκας και Ανδρίτσος,2004] Περιοχή Έκταση (Km 2 ) Θερμοκρασία ( ο C) N. Eράσμιο-Μάγγανα 15 55-65 Ν. Κεσσάνη Ξάνθης 15 45-81 Ελαιοχώρια Χαλκιδικής 30 33-42 Λαγκαδάς Θεσ/κης 6 33-40 Ν. Απολλωνία Θεσ/κης 4 40-56 Νιγρίτα Σερρών 10 40-63 Νυμφόπετρα Θεσ/κης 2 39-46 Σιδηρόκαστρο Σερρών 10 35-75 Παρά τα ιδιαίτερα πλεονεκτήματα που παρουσιάζει η γεωθερμική ενέργεια στη θέρμανση των θερμοκηπίων, η εκμετάλλευση της στα θερμοκήπια της Κεντρικής Μακεδονίας βρίσκεται σε ιδιαίτερα χαμηλά επίπεδα. Από τα 7565 στρέμματα μόνο το 2.2%, ( 167 στρέμματα) θερμαίνονται με γεωθερμικό νερό. 125

4.2.2.3.Συστήματα αξιοποίησης της γεωθερμικής ενέργειας στα θερμοκήπια Το σύστημα αξιοποίησης της γεωθερμικής ενέργειας για τη θέρμανση των θερμοκηπίων αποτελείται από 4 τμήματα: 1. Τμήμα γεώτρησης: Τα βασικά στοιχεία από τα οποία αποτελείται ο εξοπλισμός του τμήματος της γεώτρησης είναι η αντλία και οι σωληνώσεις για την μεταφορά του ρευστού σε μια δεξαμενή-αποθήκη, από την οποία προωθείται το γεωθερμικό ρευστό στο σύστημα μεταφοράς και στο σύστημα διανομής της θέρμανσης. Σε περίπτωση που η πηγή παρουσιάζει αρτεσιανισμό, η άντληση του γεωθερμικού ρευστού δεν είναι απαραίτητη. 2. Τμήμα μεταφοράς του γεωθερμικού ρευστού: Το τμήμα αυτό συνδέει τη γεώτρηση με το σύστημα διανομής της θέρμανσης στο χώρο του θερμοκηπίου. Αποτελείται από τους σωλήνες μεταφοράς και τις προωθητικές αντλίες, οι οποίες παρέχουν στο τμήμα διανομής την απαιτούμενη παροχή και πίεση. Ο χημισμός και η διαβρωτική ικανότητα του γεωθερμικού νερού βρίσκονται σε άμεση συνάρτηση με τη θερμοκρασία του. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του, τόσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση των αλάτων και κατά συνέπεια η διαβρωτική του ικανότητα. Με βάση τη θερμοκρασία του γεωθερμικού νερού προτείνονται δύο τύποι συνδέσεων με τη γεωθερμική πηγή, [Popovski και Vasilevska,2002]: Άμεση σύνδεση. Τα ρευστά με θερμοκρασία κάτω των 60 ο C δεν είναι συνήθως διαβρωτικά για τις σωληνώσεις του συστήματος θέρμανσης. Συνεπώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν απευθείας για τη θέρμανση του θερμοκηπίου. Ο τύπος αυτός σύνδεσης με τη γεωθερμική πηγή συναντάται σε μεγάλο βαθμό στις χώρες της Μεσογείου. Επίσης, η εγκατάσταση είναι φθηνότερη και ελαχιστοποιούνται οι απώλειες θερμότητας, [Campiotti και Picciurro,1988]. 126

Έμμεση σύνδεση. Όταν το νερό είναι διαβρωτικό, ο περιορισμός της επαφής του με το δίκτυο διανομής πραγματοποιείται με την τοποθέτηση ενός εναλλάκτη θερμότητας νερού-νερού. Το νερό του εναλλάκτη θερμαίνεται από το γεωθερμικό ρευστό και μεταφέρεται με κλειστό κύκλωμα στο σύστημα διανομής της θέρμανσης του θερμοκηπίου. Το γεωθερμικό ρευστό επιστρέφει δια μέσου του τμήματος επανέγχυσης στη γεωθερμική πηγή, [Wright,1981]. 3. Τμήμα διανομής της θέρμανσης: Αποτελεί το κυρίως σύστημα θέρμανσης του θερμοκηπίου. Δίνεται ιδιαίτερη βαρύτητα στο σχεδιασμό του, διότι από τη λειτουργία του εξαρτάται η ομοιόμορφη κατανομή της θέρμανσης στο εσωτερικό του θερμοκηπίου. Υπάρχουν διάφορα συστήματα διανομής της θέρμανσης στο χώρο του θερμοκηπίου: Συστήματα για τη θέρμανση του εδάφους Συστήματα με αγωγούς τοποθετημένους επί του εδάφους Συστήματα θέρμανσης με εναέριους αγωγούς, (φυσική μεταφορά θερμότητας) Συστήματα θέρμανσης με αερόθερμα, (βεβιασμένη μεταφορά θερμότητας) Συστήματα συνδυασμένης μεθόδου θέρμανσης Η εφαρμογή και η καταλληλότητα αυτών των συστημάτων για τη θέρμανση των θερμοκηπίων έχει μελετηθεί από ένα πλήθος ερευνητών: [Boulard,1984], [von Elsner,1984], [Duda και Toth,1985], [Martinez-Garcia et al.,1985], [Βailey,1986], [Juste και Diaz,1986], [Boulard και Baille,1986], [Danloy et al.,1986], [Segal et al.,1987], [Tal et al.,1987], [Νikita-Martzopoulou και Gabriilides,1988], [Νikita-Martzopoulou et al.,1989], [Martzopoulos,1990] [Popovski,1993], [Τeitel et al.,1997] [Tsagas και Fydanidis,1998]. 4. Τμήμα επανέγχυσης Αφορά το σύστημα επαναπλήρωσης του γεωθερμικού πεδίου με το ρευστό που χρησιμοποιήθηκε. Τα γεωθερμικά ρευστά θα πρέπει να επανέρχονται στο γεωθερμικό πεδίο έπειτα από τη χρησιμοποίησή τους, καθώς η ρίψη τους σε άλλους αποδέκτες 127

δύναται να προκαλέσει τοξική μόλυνση εξαιτίας των αλάτων και των βαρέων μετάλλων που περιέχουν. 4.2.3.Βιομάζα 4.2.3.1.Εισαγωγή Ο όρος βιομάζα αναφέρεται στα προϊόντα φωτοσύνθεσης, τα οποία από ενεργειακή άποψη θεωρούνται φυσικοί αποταμιευτές ή συσσωρευτές της ηλιακής ενέργειας. Η βιομάζα περιλαμβάνει όλα τα προϊόντα και υποπροϊόντα φυτικής ή ζωικής προέλευσης. Τα προϊόντα αυτά θεωρούνται ενεργειακά αξιοποιήσιμα από οικονομική άποψη, εφόσον η αξία τους για απευθείας χρήση ή μετά από επεξεργασία, είναι χαμηλότερη απ αυτή που αποδίδεται κατά την ενεργειακή τους εκμετάλλευση. Έτσι, ως ενεργειακά αξιοποιήσιμη βιομάζα, θεωρούνται όλα τα υποπροϊόντα της φυσικής ή τεχνητής επεξεργασίας της βιομάζας (λύματα, υπολείμματα). 4.2.3.2.Μέθοδοι αξιοποίησης της βιομάζας για τη θέρμανση θερμοκηπίων Από τις διάφορες μεθόδους αξιοποίησης της βιομάζας για παραγωγή ενέργειας αυτή που εφαρμόζεται κυρίως στη θέρμανση των θερμοκηπίων είναι η άμεση καύση και σε μικρότερο βαθμό ή αεριοποίηση της φυτικής βιομάζας. Αναλυτικότερα: Άμεση καύση της βιομάζας Η άμεση καύση αποτελεί την πιο κλασική μέθοδο παραγωγής ενέργειας από τη βιομάζα. Η θερμότητα που παράγεται από την καύση της βιομάζας δε διαφέρει σε σχέση με αυτή που παράγεται από τα συμβατικά καύσιμα. Επίσης και το σύστημα διανομής της θερμότητας δε διαφοροποιείται. Οι μόνες διαφορές είναι η συγκέντρωση και η διαχείριση του καυσίμου, η εγκατάσταση παραγωγής της θερμότητας και οι θερμοκρασίες των αερίων [Hall,1989]. Με την καύση της βιομάζας παράγονται αέρια, οι θερμοκρασίες των οποίων κυμαίνονται από 800 έως 1000 ο C 128

[Mc Kendry,2002]. Με τέλεια καύση, ένα κιλό ξερής βιομάζας (10-35% υγρασία), αποδίδει περίπου 16,32 MJ θερμικής ενέργειας [Γεωργική Τεχνολογία,1996]. Κατά την καύση καλή απόδοση έχουν υλικά με χαμηλή περιεκτικότητα σε υγρασία και πλούσια σε κυτταρίνη και λιγνίνη, όπως είναι το ξύλο, τα υπολείμματα συγκομιδής σιτηρών, ελαιωδών και ινωδών φυτών (βαμβάκι), τα υπολείμματα κλαδέματος οπωροφόρων, δασικών δέντρων ή αμπελιού κ.α.. Η δυνατότητα χρησιμοποίησης των υλικών αυτών στη θέρμανση των θερμοκηπίων εξαρτάται από το κόστος συλλογής τους, το κόστος μεταφοράς, αποθήκευσης και επεξεργασίας τους, το κόστος συντήρησης του καυστήρα καθώς και από την ευκολία τροφοδοσίας του καυστήρα με το καύσιμο. Οι ενεργειακές καλλιέργειες (ελαιοκράμβη, ηλίανθος κ.α.) αποτελούν την πιο δυναμική πηγή παραγωγής στερεού καυσίμου βιομάζας, αλλά, όσο το κόστος παραγωγής παραμένει υψηλό, η χρήση των ενεργειακών καλλιεργειών στη θέρμανση των θερμοκηπίων θα παραμένει περιορισμένη. Η ποσότητα της πρώτης ύλης που απαιτείται για τη θέρμανση ενός θερμοκηπίου με βιομάζα είναι μεγαλύτερη σε σύγκριση με τα συμβατικά καύσιμα, εξαιτίας της μικρότερης θερμογόνου ισχύος που έχει, (πίνακας 4.2). Επομένως, είναι επιθυμητό τα θερμοκήπια να εγκαθίστανται σε περιοχές παραγωγής της βιομάζας, έτσι ώστε να ελαχιστοποιείται με τον τρόπο αυτό το κόστος για τη μεταφορά της. Πίνακας 4.2. Θερμογόνος ισχύς καυσίμων. [Γεωργική Τεχνολογία,1996], [Εubionet,2003], [Νικολάου et al,2003] Καύσιμη ύλη Θερμογόνος ισχύς (MJ /Kg) Πετρέλαιο 42.70 Πυρηνόξυλο 15.91 Ξύλο ελιάς 18.84 Ξύλο ροδακινιάς 19.26 Άχυρο σιταριού 18.42 Σ όλες τις θερμοκηπιακά αναπτυγμένες χώρες γίνεται χρήση βιομάζας στη θέρμανση θερμοκηπίων και έχει αναπτυχθεί μια αξιόλογη αγορά υλικών καύσης, ιδιαίτερα στις περιοχές παραγωγής τους. Στον Καναδά, η καύση τεμαχίων ξύλου με περιεκτικότητα σε υγρασία 35% επιφέρει σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας και αντικαθιστά με 129

επιτυχία το πετρέλαιο για τη θέρμανση των θερμοκηπίων, [Denko Enterprises,2001]. Στη Φινλανδία, χρησιμοποιούνται κυρίως μπριγκέτες ξύλου. Σύμφωνα με έρευνα, η ποσότητα μπριγκετών που απαιτήθηκε για τη θέρμανση δύο στρεμμάτων θερμοκηπίων με καλλιέργεια τομάτας, ήταν 228 τόνοι. Η ποσότητα αυτή της βιομάζας αντικατέστησε με επιτυχία το πετρέλαιο, η κατανάλωση του οποίου ελαττώθηκε από 90000 σε 4000 lt, [EU ALTENER-programme,2003]. Στον ελλαδικό χώρο, η κύρια μορφή βιομάζας που χρησιμοποιείται στη θέρμανση των θερμοκηπίων είναι το πυρηνόξυλο, το οποίο αποτελεί παραπροϊόν της πυρηνελαιουργίας, βρίσκεται σε αφθονία και σε προσιτή τιμή, ιδίως στις ελαιοκομικές περιοχές (Κρήτη, Λακωνία κ.α.). Στη Μαγνησία το 1998, η ενέργεια από βιοκαύσιμα, αντιπροσώπευε το 16% της συνολικής ενέργειας που καταναλώθηκε για τη θέρμανση θερμοκηπίων και προερχόταν κατά 88% από πυρηνόξυλο και κατά 12% από τσόφλια αμυγδάλου, [Kίττας et al,2000]. Μεγάλες ποσότητες πυρηνόξυλου παράγονται και στη Βόρεια Ελλάδα κυρίως στο νομό Ημαθίας, όπου η ποσότητα των πυρήνων από τις καλλιέργειες οπωροφόρων είναι ικανή να καλύψει τις ανάγκες θέρμανσης ενός ικανοποιητικού ποσοστού θερμοκηπίων. Από μελέτη που έγινε στο δήμο Δοβρά του νομού Ημαθίας κατά το έτος 2001, βρέθηκε ότι από τα 525 στρέμματα θερμοκηπίων της περιοχής, τα 124 στρέμματα (24%) θερμαίνονταν με βιομάζα, [Μαρτζόπουλος,2001]. Αεριοποίηση της φυτικής βιομάζας Η αεριοποίηση της φυτικής βιομάζας πραγματοποιείται είτε με θερμοχημικές μεθόδους είτε με βιοχημικές μετατροπές: Θερμοχημική μέθοδος: Η θερμότητα δρα στα δομικά μόρια του υλικού είτε με απουσία αέρα (πυρόλυση) είτε με αυστηρά ελεγχόμενη παρουσία αέρα (ανθρακοποίηση-αεριοποίηση) με αποτέλεσμα να παράγεται βιοαέριο δεδομένης θερμογόνου δύναμης. Βιοχημική μέθοδος: Η χλωρή φυτική βιομάζα αποσυντίθεται με τη βοήθεια μικροοργανισμών και παράγει καύσιμο βιοαέριο αποτελούμενο κατά το μεγαλύτερο ποσοστό του από μεθάνιο (CH 4 ) και διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ). Το υποπροϊόν αυτής της βιοχημικής διεργασίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως λίπασμα αφού το άζωτο της πρώτης ύλης ανοργανοποιείται. 130

Η απόδοση σε βιοαέριο των συστημάτων αυτών κυμαίνεται μεταξύ 300 και 800 lt/kg, ανάλογα με τη μέθοδο και την πρώτη ύλη. Η περιεκτικότητα του βιοαερίου σε μεθάνιο είναι 50-65% και με την καύση αποδίδει από 13.68 MJ/Kg έως 20.72 MJ/ Kg αντίστοιχα, [Γεωργική Τεχνολογία, 1996]. Η απόδοση της αεριοποίησης επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τα χαρακτηριστικά της βιομάζας. Η περιεχόμενη σ αυτή υγρασία δεν πρέπει να υπερβαίνει το 30%, γιατί τότε δεν ολοκληρώνεται η διάσπαση των υδρογονανθράκων, με άμεση συνέπεια τη μείωση της θερμογόνου ισχύος του παραγόμενου αερίου, [Βridgwater et al.,2002]. Προϊόντα που παράγονται από την αεριοποίηση της φυτικής βιομάζας ή ακόμη και από την αναερόβια ζύμωση των κτηνοτροφικών λυμάτων χρησιμοποιούνται στη χώρα μας σε ελάχιστες περιπτώσεις για τη θέρμανση των θερμοκηπίων. Περιορισμένη εφαρμογή βρίσκουν τα προϊόντα της πυρόλυσης, όπως το ξυλοκάρβουνο. 4.2.4.Ηλιακή ενέργεια. Τεχνικές εφαρμογές για τη θέρμανση των θερμοκηπίων 4.2.4.1.Εισαγωγή Το θερμοκήπιο αποτελεί από μόνο του έναν παθητικό ηλιακό συλλέκτη συγκεκριμένου βαθμού απόδοσης ανάλογα με τον τρόπο και τα υλικά κατασκευής του. Η εγκατάσταση μέσα ή έξω από τον χώρο του θερμοκηπίου συστημάτων συλλογής της ηλιακής ενέργειας οδηγεί αναμφίβολα σε ακόμη μεγαλύτερη αξιοποίηση της ανεξάντλητης αυτής πηγής ενέργειας. Τα συστήματα αυτά συλλογής διακρίνονται σε παθητικά και υβριδικά: Τα παθητικά ηλιακά συστήματα περιλαμβάνουν απλούς ηλιακούς συλλέκτες, οι οποίοι τοποθετούνται μέσα στο θερμοκήπιο. Η εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας γίνεται με άμεσο ή έμμεσο τρόπο, δίχως τη χρήση συμβατικής μορφής ενέργειας. Η λειτουργία των συστημάτων αυτών βασίζεται στο φαινόμενο του θερμοκηπίου για τη συλλογή της ηλιακής ενέργειας. 131

Υβριδικά ηλιακά συστήματα είναι εκείνα που, εκτός από το σύστημα παθητικής συλλογής, χρησιμοποιούν κάποιο βοηθητικό σύστημα, το οποίο λειτουργεί με συμβατική πηγή ενέργειας (ηλεκτρισμός, υγρά καύσιμα) για την απόδοση της θερμότητας στο χώρο του θερμοκηπίου. Οι ηλιακοί συλλέκτες, οι αντλίες και οι ανεμιστήρες είναι τα συνηθέστερα στοιχεία των συστημάτων αυτών. Η θερμική ενέργεια που συλλέγεται πρέπει να αποθηκεύεται ώστε να υπάρχει η δυνατότητα χρήσης της κατά τη διάρκεια της νύχτας ή τις επόμενες ημέρες αν δεν επικρατεί ηλιοφάνεια. Ο ορθός σχεδιασμός και η κατασκευή μιας εγκατάστασης συλλογής ηλιακής ενέργειας προϋποθέτει τη διερεύνηση μιας σειράς παραγόντων. Συγκεκριμένα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη: Το ποσό της ηλιακής ενέργειας που προσπίπτει στο σημείο εγκατάστασης του συστήματος. Η αποδοτικότητα του συστήματος συλλογής. Το ποσό της ενέργειας που απαιτείται για τη θέρμανση του θερμοκηπίου. Το οικονομικό αποτέλεσμα που επιφέρει η θέρμανση με ηλιακή ενέργεια σε συνδυασμό με την επιπρόσθετη λειτουργία ενός συμβατικού συστήματος θέρμανσης. Για το σχεδιασμό της αποθήκης θερμότητας λαμβάνονται υπόψη: Το υλικό με το οποίο θα γίνει η αποθήκευση της θερμότητας (πετρώδη υλικά, νερό ή υλικά αλλαγής φάσης). Ο απαιτούμενος ρυθμός εναλλαγής της θερμότητας. Η αποδοτικότητα της αποθήκης θερμότητας και οι απώλειές της. Η θέση και το μέγεθος της αποθήκης θερμότητας. Οι σημαντικότερες εφαρμογές της ηλιακής ενέργειας για τη θέρμανση των θερμοκηπίων πραγματοποιούνται με τα ακόλουθα υβριδικά ηλιακά συστήματα: Εξωτερικός ηλιακός συλλέκτης ζεστού νερού και υπόγεια αποθήκη θερμότητας νερού. 132

Εξωτερικός ηλιακός συλλέκτης ζεστού αέρα και αποθήκη θερμότητας με πετρώδη υλικά ή υλικά αλλαγής φάσης. Ηλιακοί συλλέκτες, οι οποίοι ενσωματώνονται στην εγκατάσταση του θερμοκηπίου, με ή χωρίς αποθήκη θερμότητας. Σύστημα υπόγειου εναλλάκτη θερμότητας εδάφους-αέρα. 4.2.4.2.Εξωτερικός ηλιακός συλλέκτης Ο εξωτερικός ηλιακός συλλέκτης συνήθως αποτελείται από μία απορροφητική της ηλιακής ακτινοβολίας επιφάνεια, σκούρου χρώματος και από ένα πλαστικό ή γυάλινο κάλυμμα μέσα από το οποίο διέρχεται και εγκλωβίζεται η ακτινοβολία, (σχήμα 4.1). Ο συλλέκτης μονώνεται κατάλληλα για τη μείωση των απωλειών θερμότητας προς το εξωτερικό περιβάλλον. Το νερό το οποίο διέρχεται μέσα από το συλλέκτη, θερμαίνεται και οδηγείται σε κατάλληλες δεξαμενές αποθήκευσης. Σχήμα 4.1. Εξωτερικός ηλιακός συλλέκτης για τη συλλογή της ηλιακής ενέργειας [Mears et al.,1980] Η φύση της απορροφητικής επιφάνειας του συλλέκτη αποτέλεσε αντικείμενο μελέτης από πολλούς ερευνητές. Χρησιμοποιήθηκαν διάφορα υλικά, όπως, αλουμίνιο, [Prados 133

et al.,1987a], μεταλλικά πλαίσια καλυμμένα με γυαλί, [Jelinkova,1987], και απορροφητικοί συλλέκτες με χάλκινη επιφάνεια, [Yelgova et al.,1987]. Τα αποτελέσματα των ερευνών έδειξαν ότι η αποτελεσματικότητα της συλλογής της ηλιακής ενέργειας ήταν σχετικά χαμηλή και ότι η ικανοποιητικοί θέρμανση του θερμοκηπίου επιτυγχάνονταν μόνο, όταν η επιφάνεια των συλλεκτών ήταν αρκετά μεγάλη, πράγμα το οποίο ήταν ασύμφορο από οικονομική άποψη. Στην περίπτωση που το σύστημα συλλογής της ηλιακής ενέργειας αποτελείται από εξωτερικούς συλλέκτες αέρος, η ενέργεια που συλλέγεται διοχετεύεται σε αποθήκη θερμότητας η οποία αποτελείται από πετρώδη υλικά, [Fuller και Sale,1983], [Dale et al.,1984], [Fuller et al.,1984]. Η αποθήκη θερμότητας δημιουργείται με εκσκαφή του εδάφους, τοποθέτηση κατάλληλης μόνωσης, και τέλος τοποθέτηση του επιλεγόμενου υλικού αποθήκευσης της θερμότητας στο χώρο εκσκαφής. Τα παραπάνω συστήματα διαθέτουν πλαστικούς ή μεταλλικούς σωλήνες για τη μεταφορά της θερμότητας στο χώρο του θερμοκηπίου, και αντλίες νερού ή ανεμιστήρες για την κίνηση του νερού ή του αέρα αντίστοιχα. Επίσης, απαραίτητα είναι τα όργανα αυτοματισμού για τη λειτουργία του συστήματος, αποτελούμενα από θερμοστάτες και χρονοδιακόπτες οι οποίοι δίνουν εντολή στις αντλίες ή τους ανεμιστήρες (σχήμα 4.2). Σχήμα 4.2. Σύστημα θέρμανσης θερμοκηπίου με εξωτερικό ηλιακό συλλέκτη νερού [Bargach et al.,2004] 134

Μια ιδιαίτερη κατηγορία αποθηκών θερμότητας είναι αυτές οι οποίες περιέχουν υλικά αλλαγής φάσης: Τα υλικά αλλαγής φάσης είναι ανόργανα ένυδρα άλατα, χρησιμοποιούνται ως μέσα αποθήκευσης της ηλιακής ενέργειας η οποία συλλέγεται από τον εξωτερικό ηλιακό συλλέκτη. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία τους, αλλάζει διαδοχικά η φάση τους από στερεή σε υγρή, απορροφώντας και αποθηκεύοντας ενέργεια υπό μορφή θερμότητας. Η ενέργεια αυτή απελευθερώνεται, όταν η θερμοκρασία τους ελαττώνεται. Κατά την πτώση της θερμοκρασίας κάτω από το σημείο τήξης τους, μεταπίπτουν ξανά στην στερεή μορφή. Τα άλατα αυτά έχουν θερμοκρασία τήξης όχι πολύ υψηλότερη από τη θερμοκρασία δωματίου, [Chan,1980], (πίνακας 4.3). Πίνακας 4.3. Θερμοκρασία τήξης ορισμένων υλικών αποθήκευσης ενέργειας [Lide,2001] Μέσο αποθήκευσης ενέργειας Θερμοκρασία τήξης ( o C) Νερό (H 2 O) 0 Δεκαένυδρο θειικό νάτριο (αλάτι Glauber) (Na 2 SO 4.10H 2 O) 32 Eξαένυδρο χλωριούχο ασβέστιο (CaCl 2.6H 2 O) 30 Πενταένυδρο θειικό νάτριο (NaS 2 O 3.5H 2 O) 48 Δωδεκαένυδρο φωσφορικό νάτριο (Na 2 HPO 4.12H 2 O) 35 Τα υλικά αλλαγής φάσης αποθηκεύονται σε ειδικές κατασκευές, οι οποίες τοποθετούνται μέσα στο θερμοκήπιο. Οι κατασκευές αυτές διαθέτουν δύο ανοίγματα, το ένα για την είσοδο του θερμού αέρα από τον ηλιακό συλλέκτη, και το άλλο για τη διοχέτευση της θερμότητας στο χώρο του θερμοκηπίου, [Kurklu,1997], [Farid et al.,2004]. Τα σημαντικότερα ένυδρα ανόργανα άλατα που χρησιμοποιούνται ως υλικά αλλαγής φάσης για την αποθήκευση της θερμότητας στα θερμοκήπια αναφέρονται στον πίνακα Α10. 135

Τα άλατα αυτά έχουν 5 έως 15 φορές μεγαλύτερη ικανότητα αποθήκευσης θερμικής ενέργειας από τα συμβατικά υλικά (π.χ. νερό ή χαλίκια). Συγκεκριμένα, το εξαένυδρο χλωριούχο ασβέστιο έχει δέκα φορές μεγαλύτερη θερμοχωρητικότητα από το νερό [Βaird, et al.,1983]. Το αλάτι Glauber είναι το συνηθέστερα χρησιμοποιούμενο υλικό αποθήκευσης θερμικής ενέργειας, διότι έχει το χαμηλότερο κόστος. Τα υλικά αλλαγής φάσης δεν εφαρμόζονται ευρέως στα θερμοκήπια, καθώς επιφέρουν θετικά αποτελέσματα μόνο όταν χρησιμοποιούνται σε μεγάλες ποσότητες, ενώ δεν μπορούν να αποθηκεύσουν θερμότητα όταν η θερμοκρασία του θερμοκηπίου είναι χαμηλότερη από το σημείο τήξης τους. Επιπλέον χάνουν προοδευτικά την απόδοσή τους και πρέπει να αντικαθίστανται ανά τακτά χρονικά διαστήματα. Τέλος, η αγορά και η χρήση τους στις περισσότερες περιπτώσεις κρίνεται αντιοικονομική εξαιτίας της υψηλής τους τιμής, [U.S. Department of energy,2004]. 4.2.4.3.Εσωτερικοί ηλιακοί συλλέκτες Στα συστήματα αυτά, οι συλλέκτες τοποθετούνται πάνω από την καλλιέργεια και συνήθως κάτω από την οροφή του θερμοκηπίου. Σε πολλές περιπτώσεις υπάρχει η δυνατότητα μετακίνησής τους με σκοπό τη συλλογή του μέγιστου ποσού της ηλιακής ακτινοβολίας. Σύμφωνα με τους Eggers και Vickerman,[1987a,b,c], Camporeale, et al.,[1988] και Bargach, et al.,[2004], με την εγκατάσταση ηλιακών συλλεκτών αέρα ή νερού στο εσωτερικό του θερμοκηπίου ελαχιστοποιείται η εκμετάλλευση της διάχυτης ηλιακής ακτινοβολίας και πραγματοποιείται εκμετάλλευση μόνο της άμεσης ακτινοβολίας η οποία προσπίπτει πάνω στους συλλέκτες. Επίσης, αν και η απορρόφηση της ηλιακής ενέργειας κατά τις ώρες της μέγιστης έντασής της είναι αρκετά ικανοποιητική, οι επίπεδοι συλλέκτες στην οροφή του θερμοκηπίου δημιουργούν κάποια μείωση του φωτισμού, γεγονός το οποίο επηρεάζει αρνητικά τη φωτοσυνθετική δραστηριότητα των φυτών. 136

4.2.4.4.Σύστημα υπόγειου εναλλάκτη θερμότητας εδάφους-αέρα Κατά τη διάρκεια του 24ώρου, η θερμοκρασία του εδάφους σε βάθος 0.5-2 m, μεταβάλλεται με μικρότερο ρυθμό και με κάποια χρονική υστέρηση σε σχέση με τη θερμοκρασία του αέρα [ΑSHRAE,1982]. Κατά συνέπεια, η ενέργεια που αποθηκεύεται στο έδαφος εξαιτίας της αύξησης της θερμοκρασίας του, απελευθερώνεται με αργό ρυθμό. Η παραπάνω διαπίστωση οδήγησε τους ερευνητές στη χρήση του εδάφους ως φθηνής αποθήκης ενέργειας καθώς και ως πηγή θερμότητας για τη θέρμανση των θερμοκηπίων. [Santamouris, et al.,1994]. Για την εκμετάλλευση της αποθηκευμένης ενέργειας του εδάφους κατασκευάστηκε το σύστημα του υπόγειου εναλλάκτη θερμότητας εδάφους-αέρα. Το σύστημα αυτό αποτελείται από σωλήνες διαμέτρου 0.2-0.4 m, οι οποίοι τοποθετούνται στο υπέδαφος του θερμοκηπίου και σε βάθος 0.5-2 m, [Bansal et al.,1983], [Levit, et al.,1988], [Kurata και Takatura,1991], [Τeitel et al.,1997]. Η θερμοκρασία του αέρα που βρίσκεται στις σωληνώσεις του εναλλάκτη μεταβάλλεται με τον ίδιο ρυθμό, με τον οποίο μεταβάλλεται η θερμοκρασία του υπεδάφους. Κατά την κυκλοφορία αέρα στις σωληνώσεις του εναλλάκτη, πραγματοποιείται ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ του εναλλάκτη και του υπεδάφους. Έτσι, όταν ο αέρας που κυκλοφορεί στον εναλλάκτη έχει χαμηλή θερμοκρασία, αποσπά ενέργεια από το υπέδαφος, ενώ, όταν έχει υψηλή θερμοκρασία αποδίδει ενέργεια στο υπέδαφος. Κατά τον τρόπο αυτό το υπέδαφος χρησιμοποιείται ως φυσική αποθήκη ενέργειας. Στην Ινδία οι Ghosal et al.,[2004], βρήκαν ότι με εγκατάσταση εναλλάκτη στο υπέδαφος ενός θερμοκηπίου έκτασης ενός στρέμματος, η μέση θερμοκρασία του αέρα του θερμοκηπίου, κατά τις νυχτερινές ώρες του χειμώνα, βρισκόταν κατά 6-7 o C υψηλότερα σε σχέση με τη μέση θερμοκρασία του θερμοκηπίου-μάρτυρα. Σύμφωνα με τους Mavrogianopoulos και Kyritsis,[1986], η τοποθέτηση του εναλλάκτη θερμότητας σε βάθος 2 m κάτω από το έδαφος του θερμοκηπίου διατηρεί, κατά τη διάρκεια του χειμώνα, μια διαφορά θερμοκρασίας 6-9 o C μεταξύ του αέρα του θερμοκηπίου και του εξωτερικού περιβάλλοντος. Σημειώνεται ότι το σύστημα αποτελούνταν από 20 σωλήνες αλουμινίου τοποθετημένους παράλληλα μεταξύ τους, (σχήμα 4.3). 137

Σχήμα 4.3. Θέρμανση θερμοκηπίου με υπόγειο εναλλάκτη θερμότητας εδάφους-αέρα [Mavrogianopoulos και Kyritsis,1986]. Οι Boulard και Baille,[1986], τοποθέτησαν 19 σωλήνες από πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC) σε δύο βάθη κάτω από το έδαφος, και οδηγήθηκαν στο συμπέρασμα ότι η θερμική συμπεριφορά του συστήματος ήταν η καλύτερη δυνατή, όταν επικρατούσαν υψηλές τιμές ηλιακής ακτινοβολίας. Παράλληλα, σύμφωνα με τον Portales,[1987], η τοποθέτηση υπόγειων σωλήνων PVC σε δύο επίπεδα κάτω από το έδαφος του θερμοκηπίου (0.8 και 2.1 m) διατήρησε κατά τη διάρκεια του χειμώνα, τη μέση νυχτερινή θερμοκρασία του αέρα του θερμοκηπίου στους 5.6 o C, όταν η μέση θερμοκρασία του εξωτερικού περιβάλλοντος βρισκόταν στους 2.5 o C. Τέλος, σε δημοσίευση του Bascetincelik,[1987], αναφέρεται ότι η τοποθέτηση σωλήνων από PVC σε βάθος 0,5 m κάτω από το έδαφος προκαλεί μέγιστη διαφορά θερμοκρασίας της τάξης των 5 o C μεταξύ του εσωτερικού αέρα του θερμοκηπίου και του εξωτερικού περιβάλλοντος. Οι παρατηρήσεις αναφέρονται σε νυχτερινές ώρες κατά την χειμερινή περίοδο. Το σημαντικότερο μειονέκτημα του συστήματος του υπόγειου εναλλάκτη είναι το υψηλό κόστος εγκατάστασης, γεγονός το οποίο δρα ανασταλτικά στην υιοθέτησή του από τους παραγωγούς. 138

4.3.Τεχνικές εξοικονόμησης και διατήρησης της ενέργειας στα θερμοκήπια 4.3.1.Εισαγωγή Η εφαρμογή τεχνικών εξοικονόμησης και διατήρησης της ενέργειας στα θερμοκήπια, σε συνδυασμό με τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, επιφέρει τον μέγιστο δυνατό περιορισμό της χρήσης συμβατικών καυσίμων. Από τις διάφορες τεχνικές που εμφανίστηκαν στην παγκόσμια βιβλιογραφία, στο κεφάλαιο αυτό αναφέρονται μόνο αυτές που αναπτύχθηκαν και εφαρμόζονται στην πράξη με ικανοποιητικά αποτελέσματα. 4.3.2.Θέση και προσανατολισμός του θερμοκηπίου Η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας διαφέρει στα διάφορα γεωγραφικά πλάτη της γης, αλλά και από περιοχή σε περιοχή. Επίσης, το ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει σ ένα συγκεκριμένο σημείο διαφοροποιείται ανάλογα με την εποχή του έτους. Κατά τη διάρκεια του χειμώνα, το ποσό της ηλιακής ενέργειας που εισέρχεται στο θερμοκήπιο είναι ιδιαίτερα χαμηλό σε σχέση με τις υπόλοιπες εποχές. Τις ημέρες αυτές, ο ήλιος βρίσκεται στο χαμηλότερο ύψος στον ουρανό και οι ηλιακές ακτίνες έχουν μεγαλύτερη κλίση, (σχήμα 4.4). Συνεπώς, κατά την επιλογή της θέσης του θερμοκηπίου, δίνεται προτεραιότητα στις θέσεις που επιτρέπουν τη μέγιστη φωτεινότητα μέσα στο θερμοκήπιο κατά τις μικρές ημέρες του χειμώνα. Πέρα από τον παράγοντα της ηλιακής ακτινοβολίας, ως γνώμονα για την καταλληλότερη θέση εγκατάστασης ενός θερμοκηπίου με στόχο την όσο το δυνατόν μεγαλύτερη εξοικονόμηση ενέργειας, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη και το μικροκλίμα καθώς και το ανάγλυφο της περιοχής εγκατάστασης. Οι παραθαλάσσιες περιοχές με ήπιο κλίμα είναι προτιμότερες από τις ηπειρωτικές. Περιοχές με συχνές ομίχλες οι οποίες διαρκούν για μεγάλο χρονικό διάστημα πρέπει να αποφεύγονται όπως και χαμηλά μέρη, στα οποία δημιουργούνται θύλακες ψυχρού αέρα ή θέσεις συσσώρευσης χιονιού. Σημειώνεται επίσης ότι οι υπήνεμες περιοχές περιορίζουν σημαντικά τις απώλειες θερμότητας. 139

Σχήμα 4.4. Τροχιά του ηλίου στον ουρανό σε γεωγραφικό πλάτος 40 ο [Bellows,2003] Ο προσανατολισμός του θερμοκηπίου καθορίζει άμεσα την ποσότητα της ηλιακής ενέργειας που φτάνει έως την καλλιέργεια και είναι υπεύθυνος για τον τρόπο με τον οποίο το ηλιακό φως κατανέμεται στο εσωτερικό της κατασκευής. Ακόμη καθορίζετε το μέγεθος των επιφανειών, τις εκτεθειμένες στον κυριότερο άνεμο της περιοχής, εξαιτίας του οποίου είναι δυνατό να αλλάζουν οι θερμικές ισορροπίες στο εσωτερικό του θερμοκηπίου. Στις περιοχές όπου επικρατούν ισχυροί άνεμοι, το θερμοκήπιο τοποθετείται με τη μεγάλη του πλευρά παράλληλη προς τη κατεύθυνση του επικρατούντος ανέμου. Ανεμοφράκτες τοποθετούνται συνήθως στη βόρεια ή στη δυτική πλευρά της κατασκευής με σκοπό την προστασία από τους δυνατούς ανέμους και την μείωση των απωλειών θερμότητας. Ως ανεμοφράκτες μπορούν να λειτουργήσουν ψηλά δέντρα, πυκνά φυτεμένα μεταξύ τους ή ειδικές υπερυψωμένες κατασκευές από δίχτυα ή μεταλλικά πλέγματα, σε κάποια κατάλληλη απόσταση από το θερμοκήπιο για την αποφυγή της σκίασης. Τα θερμοκήπια με προσανατολισμό Α-Δ δέχονται στο εσωτερικό τους χαμηλότερα ποσά ηλιακής ενέργειας νωρίς το πρωί και αργά το απόγευμα, αλλά δέχονται υψηλότερα ποσά κατά τη διάρκεια του μεσημεριού. Ο προσανατολισμός Β-Ν επιτρέπει μικρότερη εισροή ηλιακής ενέργειας στο θερμοκήπιο, βελτιώνει όμως την 140

αντοχή του θερμοκηπίου στους βόρειους ή νότιους ανέμους. Γενικά, για θερμοκήπια τα οποία πρόκειται να εγκατασταθούν σε τοποθεσίες με βόρειο γεωγραφικό πλάτος άνω των 40 ο (π.χ. στη Μακεδονία), ενδείκνυται ο προσανατολισμός Α-Δ, [Γεωργική Τεχνολογία,1996]. Τα πολλαπλά θερμοκήπια πρέπει να τοποθετούνται με προσανατολισμό υδρορροής Β-Ν και οι γραμμές φύτευσης με προσανατολισμό Α-Δ, [West Virginia University Extension Service,2004]. Σύμφωνα με μελέτες των Giacomelli και Roberts,[1993] διαπιστώθηκε ότι πολλαπλά θερμοκήπια, στα οποία καλλιεργούνται ψηλόσωμες καλλιέργειες, όπως η τομάτα, είναι προτιμότερο να τοποθετούνται με προσανατολισμό Β-Ν, γιατί βελτιώνεται η ομοιομορφία του φωτός σ όλα τα σημεία του θερμοκηπίου. 4.3.3.Υλικά κάλυψης του θερμοκηπίου με στόχο την εξοικονόμηση ενέργειας Το υλικό κάλυψης αποτελεί καθοριστικό παράγοντα στο ενεργειακό ισοζύγιο ενός θερμοκηπίου. Το καταλληλότερο υλικό κάλυψης με γνώμονα την εξοικονόμηση ενέργειας είναι αυτό, με το οποίο επιτυγχάνεται καλύτερα το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Το γυαλί έχει άριστες οπτικές και θερμικές ιδιότητες, [Νικήτα- Μαρτζοπούλου,1994] καθώς εγκλωβίζει το μεγαλύτερο μέρος της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας. Τα πλαστικά υλικά που παρουσιάζουν αρκετά πλεονεκτήματα ως υλικά κάλυψης, γίνονται ακριβότερα όσο οι οπτικές και θερμικές ιδιότητες τους προσεγγίζουν αυτές του γυαλιού. Η σύγκριση του κόστους αγοράς και τοποθέτησης ενός υλικού κάλυψης σε σχέση με το χρηματικό όφελος που επέρχεται από την εξοικονόμηση συμβατικών καυσίμων εξαιτίας της χρήσης του, για ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, πρέπει να αποτελεί το σημαντικότερο κριτήριο επιλογής του καταλληλότερου υλικού κάλυψης. Ένα υλικό κάλυψης που είναι ιδιαίτερα διαδεδομένο σε θερμοκήπια μεσογειακών χωρών και έχει καλύτερες θερμικές ιδιότητες από το καθαρό γυαλί είναι το Hortiplus. Πρόκειται για ένα ειδικό γυαλί πάχους 4 mm, το οποίο καλύπτεται στη μια του πλευρά με μια λεπτή στρώση οξέος και αυτή του προσδίδει εξαίρετες θερμικές ιδιότητες. Συγκεκριμένα, ο τύπος αυτός γυαλιού, αν και έχει ελαφρώς μικρότερη διαπερατότητα στην οπτική ακτινοβολία σε σχέση με το καθαρό γυαλί, (81% έναντι 89%) παρουσιάζει συντελεστή θερμοπερατότητας ίσο με 3.7 Wm -2 o K έναντι 5.9 Wm -2 o K του καθαρού γυαλιού, [http://www.glaverbelczech.com/en/ vyrobky. 141

hortiplus.cfm]. Η τιμή αυτή συμπίπτει με την τιμή του συντελεστή θερμοπερατότητας της διπλής κάλυψης από απλό πολυαιθυλένιο. Σύμφωνα με πηγή του διαδικτύου, με χρήση του Hortiplus ως υλικό κάλυψης, κατά τη διάρκεια μιας καλλιεργητικής περιόδου, είναι δυνατόν να επιτευχθεί εξοικονόμηση ενέργειας της τάξης του 25%, [http://www.vanlooveren.be/eng/hortiplus.asp]. 4.3.4.Η πολλαπλή κάλυψη του θερμοκηπίου Η διπλή ή τριπλή κάλυψη παρέχει αυξημένη μόνωση σε σχέση με την απλή κάλυψη του θερμοκηπίου. Με τον τρόπο αυτό μειώνεται η θερμοπερατότητα της κατασκευής και ελαττώνονται οι απώλειες ενέργειας προς το εξωτερικό περιβάλλον. Σε πείραμα που έγινε σε θερμοκήπιο με υλικό κάλυψης διπλής στρώσης φιλμ πολυαιθυλενίου και ενδιάμεσου στρώματος αέρα βρέθηκε ότι οι απώλειες θερμότητας ήταν έως και 40% μικρότερες σε σχέση με την απλή κάλυψη του θερμοκηπίου- μάρτυρα. Επίσης η ελάχιστη θερμοκρασία του αέρα εμφανίζονταν κατά 2-3 ο C υψηλότερη σε σχέση με τη θερμοκρασία του θερμοκηπίου μάρτυρα, [Αldrich et al.,1989]. Το ενδιάμεσο στρώμα αέρα δημιουργείται με τη βοήθεια αεραντλίας και λειτουργεί ως μονωτική ζώνη. Από έρευνες βρέθηκε ότι η αποτελεσματικότερη μόνωση επιτυγχάνεται, όταν το πάχος του στρώματος του αέρα κυμαίνεται μεταξύ 2-8 cm [Walker και Dunkan,1974]. Σε απόσταση μικρότερη από 2 cm η μόνωση υποβαθμίζεται, επειδή τα φύλλα του πλαστικού σχεδόν εφάπτονται μεταξύ τους, ενώ, η μεγάλη απόσταση δημιουργεί πιθανότητα ρεύματος αέρα μεταξύ των δύο φύλλων, αναστέλλοντας τη μόνωση. Με διοχέτευση συσσωματωμάτων πολυστυρενίου ανάμεσα στο διπλό στρώμα κάλυψης κατά τη διάρκεια της νύχτας και απομάκρυνσης τους κατά τη διάρκεια της ημέρας επιτυγχάνεται εξοικονόμηση ενέργειας που είναι δυνατόν να κυμαίνεται από 60-90% σε ετήσια βάση, (σχήμα 4.5), [Roberts et al.,1985], [Elwell και Short,1989],. Όμως, το σύστημα αυτό απαιτεί βοηθητικό εξοπλισμό και τα συσσωματώματα πολυστυρενίου είναι δύσκολο να κατανεμηθούν ομοιόμορφα ανάμεσα στο διπλό στρώμα, εξαιτίας των ηλεκτρικών τάσεων που αναπτύσσονται και της υγρασίας του ενδιάμεσου στρώματος αέρα. Εξαιτίας αυτών των προβλημάτων, η διάταξη αυτή δε χρησιμοποιείται σήμερα σε εμπορικό επίπεδο. 142

Χρησιμοποιώντας τρίτο φύλλο πλαστικού μειώνονται κατά 16% επιπλέον οι απώλειες θερμότητας αλλά ταυτόχρονα ελαττώνεται και η διαπερατότητα του φωτός στο θερμοκήπιο. Επιπλέον υπάρχουν πολλές τεχνικές δυσχέρειες για την επίτευξη της τριπλής κάλυψης. [Walker και Cotter,1968]. Έτσι σήμερα επικρατεί αποκλειστικά η διπλή κάλυψη των θερμοκηπίων. Σχήμα 4.5. Σχηματικό διάγραμμα θερμοκηπίου με διπλή κάλυψη. Η μόνωση της κατασκευής αυξάνεται καθώς διοχετεύονται συσσωματώματα πολυστυρενίου κατά τη διάρκεια της νύχτας, [Roberts et al.,1985]. 4.3.5.Μόνωση του θερμοκηπίου Η μόνωση μιας ή και περισσότερων πλευρών ενός θερμοκηπίου συντελεί στη μείωση των θερμικών απωλειών από το εσωτερικό του. Οι πλευρές του θερμοκηπίου ανάλογα με τον τρόπο διευθέτησής του δέχονται διαφορετικά ποσά ηλιακής ακτινοβολίας. Η πλευρά, η οποία κατά την διάρκεια του χειμώνα δέχεται τα μικρότερα ποσά ηλιακής ακτινοβολίας παρουσιάζει κατά κανόνα και τις μεγαλύτερες θερμικές απώλειες. Η πλευρά αυτή του θερμοκηπίου, όταν αυτό βρίσκεται στο βόρειο ημισφαίριο είναι η βορεινή. Σε μικρής έκτασης θερμοκήπια, η μόνωση της βορεινής 143

πλευράς δεν μειώνει σημαντικά το φωτισμό, ενώ ταυτόχρονα προκαλεί εξοικονόμηση συμβατικών καυσίμων έως και 10%, [Μαυρογιαννόπουλος,1994]. Σύμφωνα με τον Chandra,[1976], η βόρεια πλευρά ενός θερμοκηπίου με προσανατολισμό Α-Δ συνέβαλε ελάχιστα στην εισροή ενέργειας κατά τη διάρκεια του χειμώνα. Οι Τιwary και Dhiman,[1985] ανέπτυξαν ένα μαθηματικό μοντέλο για τη μελέτη του θερμικού περιβάλλοντος του θερμοκηπίου. Σύμφωνα με το μοντέλο αυτό, το ισοζύγιο του συστήματος βελτιώθηκε κατά πολύ, όταν στη βόρεια πλευρά του θερμοκηπίου τοποθετήθηκε μόνωση. Τα σημαντικότερα υλικά μόνωσης είναι ο αφρός πολυουρεθάνης, ο αφρός πολυστυρενίου και ο υαλοβάμβακας. Η τοποθέτησή τους μπορεί να γίνει σ όλη την έκταση μιας πλευράς ή και ακόμη σ όλες τις πλευρές μέχρι το ύψος τον παραθύρων αερισμού. Μια καλύτερη λύση από την τοποθέτηση μόνιμης μόνωσης είναι η χρήση των κινητών ψευδοροφών ή θερμοκουρτίνων κατά την ευρύτερα χρησιμοποιούμενη ονομασία τους. 4.3.5.1.Οι θερμοκουρτίνες Η χρήση των θερμοκουρτίνων θεωρείται ο αποτελεσματικότερος τρόπος μόνωσης και διατήρησης της θερμότητας στο εσωτερικό ενός θερμοκηπίου. Οι θερμοκουρτίνες ανήκουν στο βασικό εξοπλισμό των περισσότερων σύγχρονων θερμοκηπίων και η τοποθέτησή τους έχει ως στόχο την ελάττωση της κατανάλωσης συμβατικών καυσίμων κατά τη διάρκεια κυρίως της νύχτας. Σημειώνεται ότι οι θερμοκουρτίνες έχουν διαφορετική λειτουργία από τις κουρτίνες σκίασης. Οι τελευταίες τοποθετούνται στο θερμοκήπιο πάνω από την καλλιέργεια, με σκοπό τη δημιουργία σκίασης, κατά τους καλοκαιρινούς μήνες. Οι θερμοκουρτίνες τοποθετούνται συνήθως στο ύψος των υδρορροών του θερμοκηπίου και κινούνται από υδρορροή σε υδρορροή ή από δικτύωμα σε δικτύωμα. Η μετακίνησή τους γίνεται με τη βοήθεια ηλεκτροκινητήρων. Κατά τη διάρκεια της νύχτας, αντανακλάται στις θερμοκουρτίνες η μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία, η οποία εκπέμπεται από τα φυτά και το έδαφος του θερμοκηπίου και απομονώνονται η οροφή και οι πλευρές του θερμοκηπίου από το εσωτερικό της κατασκευής. Έτσι, μειώνεται η ροή θερμότητας προς το εξωτερικό περιβάλλον. 144

Το ποσοστό της ενέργειας που εξοικονομείται βρίσκεται σε άμεση συνάρτηση με το υλικό κατασκευής των θερμοκουρτίνων. Στον πίνακα 4.4 φαίνονται τα σημαντικότερα υλικά κατασκευής θερμοκουρτινών με τους αντίστοιχους συντελεστές θερμικής μεταφοράς τους. Πίνακας 4.4. Υλικά κατασκευής θερμοκουρτίνων και συντελεστές θερμικής μεταφοράς τους, [Roberts et al.,1981] Υλικό κατασκευής Συντελεστής θερμικής μεταφοράς, h (Wm -2 K -1 ) Πολυεστέρας 3.59 Διάτρητο μαύρο πολυαιθυλένιο 2.70 Ενισχυμένο πολυαιθυλένιο 2.59 Προκατασκευασμένο αλουμινοβινύλιο 2.38 Φθαρμένο αλουμινοβινύλιο 2.18 Πολυπροπυλένιο 2.16 Πειραματικό διάτρητο μαύρο πολυαιθυλένιο 2.10 Επιμεταλλωμένος πολυεστέρας 1.93 Διεξήχθησαν αρκετές έρευνες για τη μελέτη της επιρροής των θερμοκουρτινών στην εξοικονόμηση ενέργειας που επιτυγχάνεται με την εφαρμογή τους. Οι Chandra και Albright,[1980], καθόρισαν αναλυτικά την επίδραση των θερμοκουρτίνων από πολυεστέρα στις ενεργειακές απαιτήσεις ενός θερμοκηπίου κατά τη διάρκεια της νύχτας και υπολόγισαν εξοικονόμηση σε συμβατικά καύσιμα έως και 70%. Οι Arinze et al.,[1986], βρήκαν ότι με τη χρήση θερμοκουρτίνων οι απαιτήσεις σε καύσιμα κατά τη διάρκεια της νύχτας ελαττώνονται κατά 60-80%. Επιπλέον, σε πειράματα των Short et al.,[1990], βρέθηκε ότι οι απώλειες θερμότητας σ ένα θερμοκήπιο με διπλή κάλυψη, μειώνονται κατά 60-80%, χρησιμοποιώντας θερμοκουρτίνες από πολυστυρένιο. Ακόμη, οι Pirard et al.,[1994], δημοσίευσαν ότι η χρήση οποιουδήποτε είδους θερμοκουρτίνας κατά τη διάρκεια της νύχτας επιφέρει τουλάχιστον 20% εξοικονόμηση ενέργειας. 145

Κατά τη διάρκεια της ημέρας οι θερμοκουρτίνες μπορούν να παραμένουν ανοιχτές σε συνδυασμό μόνο με τεχνητό φωτισμό, αλλιώς πρέπει να κλείνουν και ο χώρος που καταλαμβάνουν πρέπει να είναι ο μικρότερος δυνατός για την αποφυγή της σκίασης. Σε περιπτώσεις χιονόπτωσης, επιβάλλεται η διακοπή της εφαρμογής των θερμοκουρτίνων για να υπάρχει η δυνατότητα να λιώσει το χιόνι, προκειμένου να αποφευχθεί η συσσώρευσή του και ο κίνδυνος πρόκλησης ζημιών στο θερμοκήπιο. 4.3.6.Τα χαμηλά σκέπαστρα Τα χαμηλά σκέπαστρα είναι ειδικές κατασκευές, οι οποίες τοποθετούνται μέσα στο θερμοκήπιο και καλύπτουν κατά μήκος τις σειρές των καλλιεργούμενων φυτών. Κάθε σειρά καλύπτεται από ένα σκέπαστρο και ο αριθμός των σκεπάστρων συμπίπτει με τον αριθμό των σειρών. Η κατασκευή τους αποτελείται από σειρά μεταλλικών δακτυλίων, οι οποίοι στερεώνονται στο έδαφος και σε καθορισμένο μήκος μεταξύ τους. Πάνω στους δακτύλιους τοποθετείται κατάλληλα πλαστικό φύλλο πολυαιθυλενίου, το οποίο τυλίγεται σε ειδική ράβδο έτσι ώστε να μπορεί να ανοιγοκλείνει. Κατά τη διάρκεια της νύχτας, η ενέργεια που εκπέμπεται από τα φυτά και το έδαφος υπό μορφή ακτινοβολίας παγιδεύεται κάτω από τα σκέπαστρα με αποτέλεσμα η θερμοκρασία μέσα σ αυτά να διατηρείται σε υψηλότερα επίπεδα. Στην περίπτωση που το θερμοκήπιο θερμαίνεται τεχνητά, τότε οι σωλήνες θέρμανσης μπορούν να περνούν μέσα από τα σκέπαστρα κατά μήκος των σειρών των φυτών. Με αυτόν τον τρόπο μειώνονται οι απαιτήσεις του θερμοκηπίου σε θέρμανση καθώς μεταξύ των σωλήνων θέρμανσης και του καλύμματος του θερμοκηπίου παρεμβάλλεται το πλαστικό φύλλο των σκεπάστρων. Τα χαμηλά σκέπαστρα χρησιμοποιούνται κυρίως στα πρώτα στάδια της μεταφύτευσης, νωρίς την άνοιξη, με σκοπό την πρωίμιση της παραγωγής. Οι καλλιέργειες που ενδείκνυνται για χρήση των σκεπάστρων για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα είναι αυτές που εμφανίζουν κοντόσωμη ανάπτυξη όπως το πεπόνι και το κολοκύθι. 146

4.3.7.Το παθητικό ηλιακό σύστημα των πλαστικών σωλήνων με νερό 4.3.7.1.Εισαγωγή Το παθητικό ηλιακό σύστημα των πλαστικών σωλήνων με νερό θεωρείται από τους πιο απλούς παθητικούς ηλιακούς συλλέκτες. Αξιοποιεί με μεγάλη αποτελεσματικότητα ένα σημαντικό ποσοστό τόσο της άμεσης όσο και της διάχυτης ηλιακής ακτινοβολίας μέσα στο θερμοκήπιο. Απ όλα τα συστήματα συλλογής της ηλιακής ενέργειας στα θερμοκήπια, κανένα δε χρησιμοποιείται σε τόσο μεγάλη έκταση από τους παραγωγούς, όπως αυτό, [Hanan,1998]. Η κατασκευή και η εγκατάστασή του επιτυγχάνονται με εύκολο τρόπο και δίχως ιδιαίτερη οικονομική επιβάρυνση, ενώ η λειτουργία του δεν προϋποθέτει την κατανάλωση άλλων μορφών ενέργειας. Το σύστημα αυτό, αποτελείται από διαφανείς πλαστικούς σωλήνες κυρίως πολυαιθυλενίου, οι οποίοι περιέχουν νερό, είτε καθαρό είτε σε πρόσμιξη με κάποια χρωστική ουσία. Η τοποθέτησή του γίνεται μέσα στο θερμοκήπιο, μεταξύ των σειρών των φυτών, (εικόνα 4.1). Κατά τη διάρκεια της ημέρας οι σωλήνες απορροφούν και αποθηκεύουν μέρος της ηλιακής και θερμικής ακτινοβολίας που προσπίπτει πάνω τους, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η θερμοκρασία του νερού που περιέχουν. Όταν η θερμοκρασία του περιβάλλοντος του θερμοκηπίου πέφτει κάτω από τη θερμοκρασία του νερού των σωλήνων, η αποθηκευμένη θερμότητα αποδίδεται στο χώρο του θερμοκηπίου. Στην Ευρώπη, το παθητικό ηλιακό σύστημα των πλαστικών σωλήνων με νερό χρησιμοποιείται από τα τέλη της δεκαετίας του 1980. Στη χώρα μας, το σύστημα σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε για πρώτη φορά στο Τμήμα Λαχανοκομίας του Κέντρου Γεωργικής Έρευνας Βορείου Ελλάδος (Κ.Γ.Ε.Β.Ε.), το έτος 1983. Από πολυάριθμες έρευνες που πραγματοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια του χειμώνα κυρίως σε μεσογειακές χώρες, βρέθηκε ότι στα θερμοκήπια στα οποία υπήρχε εγκαταστημένο αυτό το σύστημα, οι θερμοκρασίες του αέρα ήταν μέχρι και 6 ο C υψηλότερες σε σύγκριση με θερμοκήπια μάρτυρες και ως 8 ο C υψηλότερες σε σχέση με το εξωτερικό περιβάλλον, [Prados et al.,1987b], [Jelinkova,1988], [Baitorun,1989], [Farah,1989], [Sallambas et al.,1989], [Μedany και Abou-Hadid,1989] [Grafiadellis et 147

al.,1990], [Segal et. al.,1990b], [Mavrogianopoulos και Kyritsis,1993], [Mougou και Verlodt,1989], [Photiades,1994]. Εικόνα 4.1. Άποψη του παθητικού ηλιακού συστήματος των πλαστικών σωλήνων με νερό 4.3.7.2.Αρχες λειτουργίας του συστήματος Κατά τη διάρκεια της ημέρας το παθητικό ηλιακό σύστημα συλλέγει μέρος της εισερχόμενης στο θερμοκήπιο ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει στους σωλήνες. Η θερμοκρασία του περιεχόμενου στους σωλήνες νερού αυξάνεται, αποθηκεύοντας ενέργεια υπό μορφή θερμότητας, η οποία θα χάνονταν κυρίως εξαιτίας του αερισμού του θερμοκηπίου, αν δεν υπήρχε το παθητικό ηλιακό σύστημα. Στην περίπτωση που η θερμοκρασία του αέρα του θερμοκηπίου πέσει κάτω από τη θερμοκρασία του νερού των σωλήνων, το σύστημα απελευθερώνει θερμότητα προς το χώρο του θερμοκηπίου με αγωγή, μεταφορά και ακτινοβολία. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της μέσης θερμοκρασίας του αέρα του θερμοκηπίου και τη βελτίωση του περιβάλλοντος ανάπτυξης των φυτών κατά τη διάρκεια του εικοσιτετραώρου, (σχήμα 4.6). 148

Σχήμα 4.6. Σχηματικό διάγραμμα λειτουργίας του παθητικού ηλιακού συστήματος [Structural Consulting Engineers,2002] Διερεύνηση του μηχανισμού απορρόφησης ενέργειας από το παθητικό ηλιακό σύστημα: Η διερεύνηση του τρόπου συλλογής ενέργειας από το παθητικό ηλιακό σύστημα γίνεται με τη βοήθεια του σχήματος 4.7: Από το σύνολο της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει σ έναν σωλήνα, ένα μέρος ανακλάται, ένα άλλο μέρος θερμαίνει την εξωτερική επιφάνειά του πλαστικού καλύμματος και με αγωγή φτάνει στην εσωτερική επιφάνειά του, εκεί θερμαίνει το νερό με το οποίο έρχεται σε επαφή και τέλος το μεγαλύτερο ποσοστό διαπερνάει το πλαστικό κάλυμμα θερμαίνοντας απευθείας το νερό. Το μαύρο πλαστικό εδαφοκάλυψης, τοποθετούμενο συνήθως κάτω από τους σωλήνες, απορροφά επίσης ένα μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας και μεταφέρει θερμότητα τόσο προς το έδαφος όσο και προς τους σωλήνες. Η τελευταία ενεργειακή πηγή του συστήματος είναι η υπέρυθρη ακτινοβολία η εκπεμπόμενη από τα διάφορα σημεία του θερμοκηπίου. Έρευνες έδειξαν ότι το μεγαλύτερο ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας απορροφάται από το στρώμα του νερού το ευρισκόμενο κοντά στο ανώτερο τοίχωμα του σωλήνα, [Short et al.,1978]. 149

Επεξήγηση συμβόλων: q: ροή θερμότητας, SR: μικρό μήκος κύματος, LR: μεγάλο μήκος κύματος, Abs: απορροφούμενη, Ref: αντανακλώμενη, Pl: φύλλωμα των φυτών, ts: επιφάνεια σωλήνα, cd: αγωγή, cv: μεταφορά, cond: συμπύκνωση, c: κάλυμμα θερμοκηπίου, i: μέσα, o: έξω, u: κάτω από το φύλλωμα των φυτών, w: νερό. Σχήμα 4.7. Ισοζύγιο ενέργειας του παθητικού ηλιακού συστήματος. Τα σύμβολα με τους πλάγιους χαρακτήρες αντιπροσωπεύουν την ακτινοβολία μεγάλου μήκους κύματος, [Jens,1994]. Το ανακλώμενο ποσοστό της ακτινοβολίας, που προσπίπτει στην επιφάνεια του σωλήνα, εξαρτάται από τη γωνία πρόσπτωσης και από το μήκος κύματος της ακτινοβολίας. Αν η ηλιακή ακτινοβολία προσπίπτει κατακόρυφα στο παθητικό ηλιακό σύστημα (γωνία πρόσπτωσης ίση με 0), η διαπερατότητα είναι περίπου 90%. Με την αύξηση της γωνίας πρόσπτωσης η διαπερατότητα μειώνεται με ταυτόχρονη αύξηση του ποσοστού της ανάκλασης, [Nijskens et al.,1985]. Η μεγίστη απορρόφηση ενέργειας παρατηρείται τις μεσημβρινές ώρες, στη διάρκεια των οποίων, οι ακτίνες του ηλίου πέφτουν στην επιφάνεια της γης με τη μικρότερη γωνία πρόσπτωσης. Ακόμη, το καλοκαίρι, επειδή ο ήλιος βρίσκεται υψηλότερα στον ουρανό, η απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας είναι σαφώς μεγαλύτερη σε σχέση με το 150

χειμώνα κατά τη διάρκεια του οποίου ο ήλιος βρίσκεται χαμηλότερα και η διάρκεια της ημέρας είναι μικρότερη. Από τα παραπάνω συμπεραίνεται ότι η απορρόφηση της ενέργειας από το παθητικό ηλιακό σύστημα βρίσκεται σε άμεση συνάρτηση τόσο με την εποχή του έτους, όσο και με τα επί μέρους διαστήματα της ημέρας. Διερεύνηση του μηχανισμού απελευθέρωσης ενέργειας από το παθητικό ηλιακό σύστημα Η μετάδοση της θερμότητας από το παθητικό ηλιακό σύστημα προς το χώρο του θερμοκηπίου γίνεται με μεταφορά, αγωγή και ακτινοβολία. Αν υποτεθεί ότι η υγροποίηση και η εξάτμιση είναι αμελητέες, τότε: qloss SS = qcv + qlr + qcd (1) όπου: qloss SS : η συνολική απώλεια θερμότητας ανά m 2 της επιφάνειας του συστήματος σε Wm -2. q cv : η απώλεια θερμότητας με μεταφορά σε Wm -2. q LR : η απώλεια θερμότητας με ακτινοβολία σε Wm -2. q cd : η απώλεια θερμότητας με αγωγή, λόγω της θερμικής ροής προς το έδαφος σε W/m 2. Η μετάδοση θερμότητας με μεταφορά είναι ανάλογη με τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της επιφάνειας του σωλήνα και του αέρα που περιβάλλει το σωλήνα. Σύμφωνα με το νόμο του Newton: A q = h T T (2) ( ) S SS free cv cy w a AG SS όπου: AS SS free: η ελεύθερη επιφάνεια του παθητικού ηλιακού συστήματος σε m 2. 151

AG SS: η επιφάνεια του εδάφους που καλύπτεται από το παθητικό ηλιακό σύστημα σε m 2. T w : η θερμοκρασία της επιφάνειας του σωλήνα σε ο Κ. T a : η θερμοκρασία του περιβάλλοντος αέρα σε ο Κ. h cy : ο συντελεστής θερμικής μεταφοράς σε Wm -2 ο Κ. Σύμφωνα με τον Holman,[1989], σε οριζόντιους κυλίνδρους με διάμετρο d cy (m) ισχύει: h cy Tw T a = 1, 24 d cy 0,333 (3) σε περίπτωση απελευθέρωσης ενέργειας από το παθητικό ηλιακό σύστημα (θερμοκρασία αέρα θερμοκηπίου χαμηλότερη από τη θερμοκρασία του νερού των σωλήνων), και h cy Tw T a = 0,59 d cy 0,25 (4) σε περίπτωση συλλογής θερμότητας από το παθητικό ηλιακό σύστημα (θερμοκρασία αέρα θερμοκηπίου υψηλότερη από τη θερμοκρασία του νερού των σωλήνων). Η μετάδοση της θερμότητας με ακτινοβολία είναι συνάρτηση των ιδιοτήτων, της θέσης και της διαφοράς θερμοκρασίας των επιφανειών που εμπλέκονται στη ανταλλαγή ακτινοβολίας, [Jens,1994]: όπου: q A = C 10 T T ( ) S SS free 8 4 4 LR SS w a LR AG SS (5) C SS : σταθμισμένος όρος ανταλλαγής ακτινοβολίας σε Wm -2 o K 4. T w : η θερμοκρασία της επιφάνειας του σωλήνα σε o K. Ta LR: η θερμοκρασία της επιφάνειας που δέχεται την ακτινοβολία σε o K. 152

Ο αριθμός ανταλλαγής ακτινοβολίας C ss εξαρτάται από τις ιδιότητες του σωλήνα και σε εύκαμπτους σωλήνες πολυαιθυλενίου μικρού πάχους η τιμή του κυμαίνεται από 5.0-5.5 x 10-8 Wm -2. o K 4, [Kanthak,1970], [Jens,1994]. Η μετάδοση της θερμότητας με αγωγή γίνεται μέσω των επιφανειών των σωλήνων στα σημεία επαφής με το έδαφος. Επηρεάζεται από το συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας (k), από το πάχος της μόνωσης που τοποθετείται κάτω από το σύστημα και από τις ιδιότητες του εδάφους, κυρίως την υγρασία του: όπου: k : k A q = T T (6) ( ) G SS cont cd w soil X AG SS συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας σε Wm -1 o C X : το πάχος του φύλλου του μονωτικού πλαστικού σε m. T soil : η θερμοκρασία στην επιφάνεια του εδάφους σε ο C. AG SS cont : η επιφάνεια των σωλήνων που είναι σε επαφή με το έδαφος σε m 2 4.3.7.3.Τα πλεονεκτήματα της χρήσης του παθητικού ηλιακού συστήματος Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα της χρήσης του παθητικού ηλιακού συστήματος των πλαστικών σωλήνων με νερό στα θερμοκήπια κατά την ψυχρή περίοδο του έτους είναι η επερχόμενη εξοικονόμηση συμβατικών καυσίμων, ιδιαίτερα κατά την διάρκεια της νύχτας. Η τοποθέτηση μερικών τόνων νερού μέσα στο θερμοκήπιο αυξάνει την θερμοχωρητικότητα του και το καθιστά έναν πιο αποτελεσματικό ηλιακό συλλέκτη. Η μεγάλη θερμοχωρητικότητα του νερού έχει ως αποτέλεσμα ο ρυθμός απελευθέρωσης ενέργειας από το σύστημα να είναι κατά πολύ μικρότερος από το ρυθμό συλλογής. Η ενέργεια δηλαδή που συλλέγεται κατά τη διάρκεια μιας ημέρας με ηλιοφάνεια δεν απελευθερώνεται συνήθως σε μια νύχτα, αλλά αποβάλλεται από το σύστημα σταδιακά και τις επόμενες 2-3 ημέρες, εφόσον επικρατεί συννεφιά, [Pavlou,1990]. Το γεγονός αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία για τα κλιματικά δεδομένα της Ελλάδος, καθώς τη ψυχρή περίοδο του έτους, παρά τις χαμηλές θερμοκρασίες που επικρατούν, υπάρχουν πολλές ημέρες με ηλιοφάνεια. Έτσι το σύστημα μπορεί να 153

καλύψει μέρος των θερμικών αναγκών ενός θερμοκηπίου για μεγάλο συνεχόμενο χρονικό διάστημα. Σ ένα μη θερμαινόμενο θερμοκήπιο η εγκατάσταση του παθητικού ηλιακού συστήματος επιφέρει επιμήκυνση της καλλιεργητικής περιόδου από 1 ως 4 εβδομάδες ανάλογα με τις κλιματικές συνθήκες. Σύμφωνα με το χρονοδιάγραμμα καλλιέργειας κηπευτικών στα θερμοκήπια της Κεντρικής Μακεδονίας, (Πίνακας A7) υπάρχουν δύο καλλιεργητικοί περίοδοι: η φθινοπωρινή και η ανοιξιάτικη. Κατά τη φθινοπωρινή περίοδο, (φύτευση τέλος καλοκαιριού) η εγκατάσταση του συστήματος το Νοέμβριο παρατείνει την περίοδο συγκομιδής για αρκετές ημέρες, έτσι ώστε να διατίθενται τα προϊόντα στην αγορά, όταν επικρατούνε ήδη υψηλές τιμές. Αντίστοιχα κατά την ανοιξιάτικη περίοδο η φύτευση μπορεί να γίνει νωρίτερα με στόχο την παραγωγή προϊόντων πρώιμα, όταν επικρατούνε ακόμη υψηλές τιμές. Επίσης σ ένα θερμαινόμενο θερμοκήπιο η χρήση του συστήματος επιφέρει μείωση του χρόνου παροχής τεχνητής θέρμανσης. Με την έναρξη λειτουργίας της τεχνητής θέρμανσης ένα μέρος της παρεχόμενης θερμότητας, απορροφάται από το σύστημα μέχρι να επέλθει θερμική ισορροπία. Η ενέργεια όμως αυτή δε χάνεται, αλλά αποθηκεύεται στο νερό και αποδίδεται έπειτα από τη διακοπή της θέρμανσης. Οι μόνες απώλειες που προκύπτουν είναι αυτές προς το έδαφος και αντιμετωπίζονται, ειδικά, όταν πρόκειται για καλλιέργεια σε υποστρώματα, με την τοποθέτηση ενός στρώματος μονωτικού υλικού κάτω από το πλαστικό εδαφοκάλυψης, [Von Zabeltitz,1989]. Το σύστημα είναι ιδιαίτερα χρήσιμο, όταν υπάρχει μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ ημέρας και νύχτας, φαινόμενο το οποίο παρουσιάζεται για πολλές ημέρες του Φθινοπώρου και της Άνοιξης στη Κεντρική Μακεδονία. Στο σχήμα Α33 δίνεται ένα αντίστοιχο παράδειγμα, όπου την ημέρα η θερμοκρασία περιβάλλοντος ανήλθε πάνω από τους 20 o C, ενώ τη νύχτα έπεσε κάτω από τους 0 o C. Στο θερμοκήπιο, στο οποίο υπήρχε το παθητικό ηλιακό σύστημα δεν ήταν απαραίτητη η εφαρμογή τεχνητής θέρμανσης κατά την διάρκεια της νύχτας, καθώς η θερμοκρασία μέσα στο θερμοκήπιο δε μειώθηκε ποτέ κάτω από τα κρίσιμα επίπεδα των 12-16 o C. Επίσης όπως προκύπτει και από τις καμπύλες θερμοκρασίας του σχήματος 4.8, όταν επικρατούν υψηλές θερμοκρασίες, το παθητικό ηλιακό σύστημα λειτουργεί και ως σύστημα δροσισμού, αφού μπορεί να ελαττώσει έως και 3 ο C τη μέγιστη θερμοκρασία του αέρα ενός θερμοκηπίου, [Esquira, et al.,1988], [Sallambas et al.,1989]. Έτσι, κατά τη διάρκεια ημερών με υψηλές θερμοκρασίες αποτρέπεται η απότομη αύξηση της 154

θερμοκρασίας, η οποία σε ορισμένες περιπτώσεις αποδεικνύεται καταστροφική για τα φυτά. Ταυτόχρονα επιτυγχάνεται εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας, διότι περιορίζεται η διάρκεια λειτουργίας των συστημάτων αερισμού-δροσισμού. Σχήμα 4.8. Διακύμανση της θερμοκρασίας του αέρα ενός θερμοκηπίου με παθητικό ηλιακό σύστημα σε σύγκριση με τη θερμοκρασία του θερμοκηπίου-μάρτυρα και με την εξωτερική θερμοκρασία. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια νύχτας παγετού στο Ισραήλ, [Segal et. al,1990b]. Εκτός από την αύξηση της θερμοκρασία του αέρα ενός θερμοκηπίου, με το παθητικό ηλιακό σύστημα αυξάνεται και η θερμοκρασία του εδάφους από 1-3 o C, [Esquira et al.,1988], [Mavrogianopoulos και Kyritsis,1993]. Η αύξηση της θερμοκρασίας του εδάφους συμβάλλει στην καλύτερη ανάπτυξη και λειτουργία του ριζικού συστήματος ιδιαίτερα των νεαρών φυτών μετά τη μεταφύτευση. Από έρευνες πάντως που πραγματοποιήθηκαν για να διαπιστωθεί η συμβολή του παθητικού ηλιακού συστήματος στην εξοικονόμηση συμβατικών καυσίμων βρέθηκε ότι με το σύστημα αυτό συλλέγεται κατά μέσο όρο ηλιακή ενέργεια ισοδύναμη με την ενέργεια που περιέχουν 18 περίπου τόνοι πετρελαίου ανά στρέμμα θερμοκηπίου για μια περίοδο από τον Οκτώβριο έως το Μάιο, [Grafiadellis et al.,1990]. Παρόμοια αποτελέσματα βρέθηκαν και από άλλους ερευνητές, [Photiades,1989], [Montero et al.,1989]. Σύμφωνα με τον Farah,[1989], σε παραθαλάσσια περιοχή του Λιβάνου, η ενέργεια που συλλέχθηκε από το παθητικό ηλιακό σύστημα για μια περίοδο από το 155

Δεκέμβριο έως το Μάρτιο, αντιστοιχεί στο 15% της ολικής ενέργειας που απαιτείται για τη θέρμανση ενός θερμοκηπίου με καλλιέργεια τομάτας. Μερικά ακόμη πλεονεκτήματα του παθητικού ηλιακού συστήματος είναι ότι μπορεί να λειτουργήσει σαν σύστημα αντιπαγετικής προστασίας, μειώνει την σχετική υγρασία στο χώρο του θερμοκηπίου, προστατεύει τα φυτά από τυχόν έντονες διακυμάνσεις της θεοκρασίας και βελτιώνει το μικροπεριβάλλον ανάπτυξης των φυτών κυρίως μέσω της αύξησης του φωτισμού που επιφέρει, εξαιτίας της ανάκλασης του φωτός. Από τεχνικής και οικονομικής πλευράς το σύστημα είναι απλό στην εγκατάστασή του, δεν απαιτεί κατανάλωση ενέργειας για τη λειτουργία του και προσαρμόζεται σ όλα τα θερμοκήπια. Παράλληλα κατασκευάζεται από πλαστικά υλικά, που συναντώνται εύκολα στην ελληνική αγορά, και η απόσβεσή του γίνεται σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα. Από έρευνες που πραγματοποιήθηκαν στη χώρα μας αποδείχτηκε ότι το παθητικό ηλιακό σύστημα βελτιώνει το εισόδημα των παραγωγών από 30-100%, [Mattas και Grafiadellis,1989], [Mattas et al.,1990], [Martika και Papanagiotou,1991]. 4.3.7.4.Αλληλεπίδραση μεταξύ του παθητικού ηλιακού συστήματος και της καλλιέργειας Επίδραση του συστήματος στο μικροκλίμα των φυτών: Το παθητικό ηλιακό σύστημα επιδρά σημαντικά και στο μικροκλίμα των φυτών. Σε έρευνα του Odysseos,[1988], αποδείχθηκε ότι εξαιτίας του συστήματος, σε θερμοκήπιο που καλυπτόταν με απλό πολυαιθυλένιο, αυξήθηκε η θερμοκρασία των φύλλων των φυτών κατά 1.7 o C σε σχέση με τα φύλλα των φυτών του θερμοκηπίου μάρτυρα. Την ίδια στιγμή παρατηρήθηκε ότι υπήρχαν λιγότερες πιθανότητες συμπύκνωσης υγρασίας πάνω στα φυτά. Το παθητικό ηλιακό σύστημα είναι ικανό να μειώσει την σχετική υγρασία του αέρα του θερμοκηπίου κατά 6-12%, [Farah,1989], [Mougou και Verlodt,1989]. Ο παράγοντας του περιβάλλοντος του θερμοκηπίου που επηρεάζεται περισσότερο από το σύστημα, είναι το φως. Η ηλιακή ακτινοβολία καθώς προσπίπτει πάνω στους 156

πλαστικούς σωλήνες με νερό ανακλάται, αυξάνοντας το φωτισμό που δέχονται τα φυτά. Έρευνες στην Κύπρο έδειξαν ότι χάρη στο παθητικό ηλιακό σύστημα, η ένταση φωτός αυξήθηκε κατά 30-40% δίπλα στους σωλήνες, και έφτασε έως και 70% τις πρωινές και απογευματινές ώρες, [Odysseos,1988]. Η αύξηση αυτή του φωτισμού στα θερμοκήπια φαίνεται να είναι από τους κυριότερους παράγοντες που συντελούν στην επιτάχυνση της ανάπτυξης των φυτών εξαιτίας του παθητικού ηλιακού συστήματος. Επίδραση του σταδίου ανάπτυξης των φυτών στη λειτουργία του παθητικού ηλιακού συστήματος: Η αποδοτικότητα του παθητικού ηλιακού συστήματος επηρεάζεται σημαντικά από το στάδιο ανάπτυξης της καλλιέργειας. Όσο αναπτύσσονται τα φυτά, τόσο αυξάνει και ο βαθμός σκίασης των σωλήνων. Επίσης το είδος της καλλιέργειας καθώς και η αρχιτεκτονική της δημιουργούμενης φυτοστοιβάδας, επηρεάζουν την ποσότητα της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας που δέχεται το σύστημα. Από μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν στην Τυνησία βρέθηκε ότι το παθητικό ηλιακό σύστημα δεσμεύει μεγαλύτερα ποσά ενέργειας, όταν τα φυτά είναι λιγότερο αναπτυγμένα, [Mougou και Verlodt,1990]. Σωλήνας PE με νερό, μη σκιαζόμενος από φυτά, απορρόφησε διπλάσια ενέργεια από αντίστοιχο σκιαζόμενο σωλήνα, [Photiades,1989]. Η σκίαση του συστήματος από τα φυτά δεν αποτελεί μειονέκτημα κατά την ανοιξιάτικη καλλιέργεια, γιατί παράλληλα με την ανάπτυξη των φυτών αυξάνει και η θερμοκρασία περιβάλλοντος με αποτέλεσμα το σύστημα να δέχεται περισσότερη θερμική ακτινοβολία. Απομακρύνοντας τα κατώτερα φύλλα των φυτών σε καλλιέργεια τομάτας με σκοπό τη μείωση της σκίασης, η απόδοση των φυτών μειώθηκε. Αυτό συνέβη, διότι η αποφύλλωση προκάλεσε μείωση της περιεκτικότητας της πρώτης και δεύτερης ταξιανθίας σε διαλυτά στερεά και ξηρή ουσία, [Antunes,1993]. Τελικά, σύμφωνα με τους Talab και Olympios,[1994], η αποφύλλωση για τη μείωση της σκίασης και την αύξηση της αποτελεσματικότητας του παθητικού ηλιακού συστήματος είναι μη πρακτική, χρονοβόρα και επηρεάζει αρνητικά την ανάπτυξη των φυτών. 157

Επίδραση του συστήματος στην απόδοση των καλλιεργειών Η εφαρμογή του παθητικού ηλιακού συστήματος επηρεάζει θετικά την απόδοση των θερμοκηπιακών καλλιεργειών και πρωϊμίζει σημαντικά την παραγωγή. Εαρινή καλλιέργεια πεπονιών ήταν πρώιμη κατά 2-3 εβδομάδες σε θερμοκήπιο με παθητικό ηλιακό σύστημα, [Ben Amor et al.,1990]. Άλλη έρευνα έδειξε ότι η εφαρμογή του συστήματος σε θερμοκήπιο με καλλιέργεια πεπονιών αύξησε την ποσότητα των κατάλληλων καρπών για εξαγωγή έως και 70% σε αντιστοιχία με το 45% του θερμοκηπίου-μάρτυρα, [Esquira et al.,1988]. Σε παρόμοια αποτελέσματα για την ίδια καλλιέργεια κατέληξαν και οι Bouam et al.,[1998]. Στην Τσεχοσλοβακία, σε θερμοκήπιο στο οποίο τοποθετήθηκαν σωλήνες πολυαιθυλενίου με νερό, βρέθηκε ότι η απόδοση καλλιέργειας αγγουριού ήταν κατά 29% υψηλότερη σε σχέση με την απόδοση του θερμοκηπίου μάρτυρα, [Jelinkova,1988]. Στο Ισραήλ σε θερμοκήπιο με κάλυψη απλού φιλμ PE το παθητικό ηλιακό σύστημα, αύξησε κατά 70% την απόδοση καλλιέργειας αγγουριού, μείωσε κατά 3-10 ημέρες τον χρόνο παραγωγής και βελτίωσε τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των καρπών, [Esquira et al.,1988]. Ενδιαφέρον παρουσιάζει έρευνα που πραγματοποιήθηκε σε καλλιέργεια τομάτας, μελετώντας την επίδραση δύο μεθόδων θέρμανσης. Χρησιμοποιήθηκαν τρία θερμοκήπια, τα οποία καλύφθηκαν με απλό πολυαιθυλένιο. Στο πρώτο εγκαταστάθηκε μόνο το παθητικό ηλιακό σύστημα. Στο δεύτερο θερμοκήπιο, εκτός από το παθητικό ηλιακό σύστημα λειτούργησε και αερόθερμο. Το τρίτο θερμοκήπιο αποτέλεσε το θερμοκήπιο-μάρτυρα. Τα δύο πειραματικά θερμοκήπια αύξησαν τη συνολική παραγωγή τους κατά 29% και 37%, και την πρώιμη παραγωγή τους κατά 45% και 94% αντίστοιχα, σε σύγκριση με το θερμοκήπιο-μάρτυρα. Την ίδια στιγμή, στο πρώτο θερμοκήπιο αυξήθηκε αισθητά το μέσο μέγεθος των καρπών σε σχέση με τα άλλα δύο, ενώ σ αυτό που εφαρμόστηκε συνδυασμός της συμβατικής μορφής θέρμανσης και του παθητικού ηλιακού συστήματος, επηρεάστηκε περισσότερο η πρωιμότητα, [Traka-Mavrona et al.,1992]. 158

4.3.7.5.Τεχνικά χαρακτηριστικά του παθητικού ηλιακού συστήματος Υλικά κατασκευής του συστήματος: Το παθητικό ηλιακό σύστημα μπορεί να κατασκευαστεί από διαφόρων ειδών πλαστικές ύλες, όπως: απλό πολυαιθυλένιο, (PE simple), μαύρο πολυαιθυλένιο, (PE black), πολυαιθυλένιο με απορροφητή υπεριώδους ακτινοβολίας, (PEuv), πολυβινυλοχλωρίδιο, (PVC), και αιθυλο-βινυλεστέρα, (EVA). Σε έρευνες που έγιναν στην Ισπανία με σωλήνες μαύρου πολυαιθυλενίου, βρέθηκε ότι το υλικό αυτό ελαχιστοποιούσε την αποτελεσματικότητα του συστήματος, απορροφώντας μεγάλο ποσοστό της ακτινοβολίας που έπεφτε στους σωλήνες, πριν αυτή φτάσει στο νερό. Έτσι, η θερμοκρασία του νερού αυξανόταν ελάχιστα και στο σύστημα αποθηκευόταν μικρή ποσότητα ενέργειας, [Prados et al.,1985]. Τελικά, αποδείχτηκε ότι το διαφανές πολυαιθυλένιο έδινε καλύτερα αποτελέσματα. Η διαφάνεια του πλαστικού είναι σημαντική για τη μέγιστη απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας από το νερό, [Mavrogianopoulos και Kyritsis,1989]. Διαστάσεις του συστήματος: Ο όγκος του νερού που περιέχεται στους σωλήνες του συστήματος αποτελεί καθοριστικό παράγοντα της απόδοσής του, καθώς επηρεάζει άμεσα τη θερμοχωρητικότητά του. Σε ένα σωλήνα PE γεμάτο με νερό, ο όγκος του νερού αντιπροσωπεύει την ικανότητα απορρόφησης, αλλά και απελευθέρωσης της ενέργειας. Συνεπώς επιδιώκεται η εύρεση του άριστου όγκου νερού, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται μέγιστη δυνατή απορρόφηση ενέργειας κατά τη διάρκεια της ημέρας και ικανοποιητική απελευθέρωση θερμότητας κατά τις νυχτερινές ώρες. Η σχέση μεταξύ του όγκου και της επιφάνειας των σωλήνων είναι πολύ σημαντική, γιατί καθορίζει τις αρχές για τη λειτουργία του συστήματος. Μεγάλη και καλά εκτεθειμένη επιφάνεια συνεπάγεται τη μέγιστη απορρόφηση ενέργειας κατά τη διάρκεια της ημέρας και αντίστοιχα την εκπομπή μεγάλου ποσού ενέργειας τη νύχτα [Mougou και Verlodt,1990]. Ο μεγάλος όγκος λειτουργεί ως παράγοντας αδράνειας, παρεμποδίζει γρήγορες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας και σταθεροποιεί τη 159

λειτουργία του συστήματος. Με μεγάλο όγκο, η θερμοκρασία αυξάνεται αργά και η απορρόφηση της ενέργειας πραγματοποιείται για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα στη διάρκεια της ημέρας. Επίσης, σε σωλήνες μεγάλης διαμέτρου η έκλυση θερμότητας πραγματοποιείται για μεγαλύτερη χρονική περίοδο. Αντίθετα, με μικρό όγκο, η θερμοκρασία του συστήματος αυξάνεται γρήγορα και έρχεται σε ισορροπία με την εσωτερική θερμοκρασία του θερμοκηπίου σε μικρό χρονικό διάστημα. Κατά τη διάρκεια της νύχτας, σωλήνες με μικρό όγκο χάνουν τη θερμότητα γρήγορα, η θερμοκρασία του νερού εξισώνεται με τη θερμοκρασία του αέρα του θερμοκηπίου και η εκπομπή θερμότητας ελαχιστοποιείται, (πίνακας 4.5). Πίνακας 4.5. Μεταβολή της θερμοκρασίας σε σωλήνες νερού σε σχέση με τη διάμετρο και τον όγκο νερού που περιέχουν, [Mougou και Verlodt,1990]. Διάμετρος (m) Όγκος (L / m) Αύξηση της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της ημέρας ( ο C / ώρα) Μείωση της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της νύχτας ( ο C / ώρα) 0.40 125 0.80 0.48 0.32 80 1.25 0.75 0.275 60 1.67 1.00 0.225 40 2.50 1.50 0.16 20 5.00 3.00 0.11 10 10.00 6.00 Σύμφωνα με τον Pavlou, [1990], σε συνθήκες χαμηλής έντασης ηλιακής ακτινοβολίας οι οποίες συνοδεύτηκαν από χαμηλές ελάχιστες θερμοκρασίες, η υπερίσχυση των σωλήνων με μεγάλο όγκο ήταν εμφανέστατη. Αντιθέτως κάτω από συνθήκες υψηλών επιπέδων ακτινοβολίας ακολούθησαν υψηλές ελάχιστες θερμοκρασίες και οι σωλήνες μικρού όγκου εμφάνισαν μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα. Από έρευνες που πραγματοποιήθηκαν στη Συρία βρέθηκε ότι σωλήνες PE με περίμετρο 150cm είναι πιο αποτελεσματικοί από αυτούς με περίμετρο των 100cm, [Talab et al.,1988]. Στην Ισπανία, η χρησιμοποίηση σωλήνων διαμέτρου 21cm, (περίμετρος 66cm), οι οποίοι 160

κάλυπταν το 10-20% της επιφάνειας του εδάφους του θερμοκηπίου, βρέθηκε ότι έχουν μεγάλη αποτελεσματικότητα, [Montero et al.,1989]. Πρέπει να σημειωθεί ότι η επιλογή της διαμέτρου των σωλήνων διαφέρει από τόπο σε τόπο, επειδή βρίσκεται σε άμεση συνάρτηση με τις επικρατούσες κλιματικές συνθήκες. Τεχνικές βελτίωσης της αποτελεσματικότητας του παθητικού ηλιακού συστήματος: Εφαρμόζοντας το παθητικό ηλιακό σύστημα σε συνδυασμό με τεχνικές εξοικονόμησης και διατήρησης της ενέργειας που προαναφέρθηκαν, επιτυγχάνεται ακόμη μεγαλύτερη εξοικονόμηση συμβατικών καυσίμων. Για παράδειγμα με τη χρήση θερμοκουρτινών διατηρείται η θερμότητα η εκπεμπόμενη από τους σωλήνες στο χώρο, οδηγώντας το θερμοκήπιο σε ενεργειακή αυτονομία για ακόμη περισσότερες νύχτες. Επίσης η κάλυψη του εδάφους με πλαστικό υλικό χρώματος μαύρου, υποβοηθάει το σύστημα στη συλλογή περισσότερης θερμικής ενέργειας. Μια άμεση βελτίωση της απόδοσης του συστήματος επιτυγχάνεται με την προσθήκη διαφόρων χρωστικών ουσιών στο νερό των σωλήνων, αυξάνοντας έτσι την απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας. Εξετάζοντας την απόδοση του συστήματος για διαφορετικά χρώματα, (μπλε, πράσινο, μαύρο, κίτρινο και πορτοκαλί) σε διάφορες ποσότητες, βρέθηκε ότι με την προσθήκη μαύρου ακρυλικού χρώματος στο νερό των σωλήνων σε αναλογία 4g/85l νερού, αυξάνεται η απορρόφηση ενέργειας από το σύστημα κατά 25%, [Taieb et al.,1993]. Ωστόσο, η προσθήκη μαύρου ακρυλικού χρώματος μειώνει την αντανάκλαση του φωτός σε σχέση με τους σωλήνες με καθαρό νερό. Η προσθήκη πενταένυδρου θειικού χαλκού, (CuSO 4.5H 2 O), στο νερό, που συνηθίζεται, για την αποφυγή της ανάπτυξης μικροφυκών, (Algae sp.), και βελτιώνει την αποτελεσματικότητα του συστήματος σε μικρότερο όμως βαθμό. Συγκεκριμένα απαιτείται ποσότητα 600g/85l νερού για να αυξηθεί η απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας κατά 25%, [Mavromatis et al.,1995]. 161

4.3.7.6.Εγκατάσταση και διάταξη του παθητικού ηλιακού συστήματος στο θερμοκήπιο Η τοποθέτηση των σωλήνων του νερού γίνεται συνήθως κατά μήκος των γραμμών φύτευσης. Αρχικά κατασκευάζεται αυλάκι πολύ μικρού βάθους, το οποίο παρέχει σταθερότητα στην τελική μορφή του συστήματος. Έπειτα οι σωλήνες τοποθετούνται ανά δύο ανάμεσα στις γραμμές των φυτών, έτσι ώστε εναλλάξ, ο ένας διάδρομος καλλιέργειας να καλύπτεται από τους σωλήνες και ο γειτονικός να είναι ελεύθερος, (σχήμα 4.9). Η διάταξη αυτή διευκολύνει την εκτέλεση των καλλιεργητικών εργασιών. Σχήμα 4.9. Τομή του παθητικού ηλιακού συστήματος, [Grafiadellis et al.,1988]. Τα άκρα των σωλήνων σφραγίζονται αεροστεγώς και σταθεροποιούνται σε στηρίγματα έτσι ώστε να αποτρέπεται τόσο η διαρροή του νερού, όσο και η μετακίνηση των σωλήνων και η ενδεχόμενη καταστροφή των φυτών. Η προσθήκη χημικών ουσιών ή χρωστικών γίνεται σταδιακά κατά τη φάση της πλήρωσης των σωλήνων με νερό. Σύμφωνα με έρευνα της Jelinkova, [1988] βρέθηκε ότι η μεγιστοποίηση της απόδοσης του συστήματος επιτυγχάνεται, όταν οι σωλήνες νερού καλύπτουν το 35-45% της επιφάνειας του θερμοκηπίου και περιέχουν 100m 3 νερού ανά στρέμμα εδάφους, [Jelinkova,1988]. Άλλες έρευνες έδειξαν επίσης ότι όσο μεγαλύτερη επιφάνεια καλύπτουν οι σωλήνες, τόσο θετικότερα αποτελέσματα επιτυγχάνονται στην παραγωγή του θερμοκηπίου, [Farah,1989], [Mougou και Verlodt,1990]. Ωστόσο σε εμπορικά θερμοκήπια, για πρακτικούς λόγους δεν είναι δυνατόν να καλυφθεί περισσότερο από το 40% της συνολικής επιφάνειας του θερμοκηπίου. 162

Εκτός από την οριζόντια τοποθέτηση του συστήματος έχει μελετηθεί και η κατακόρυφη διάταξη, (σχήμα 4.10). Βρέθηκε ότι η διάταξη αυτή είναι πολύ αποτελεσματική στην απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας. Με τη χρήση σωλήνων περιμέτρου 60cm και προσθήκης μαύρου ακρυλικού χρώματος στο νερό αυξάνεται κατά 38% η αποτελεσματικότητα του συστήματος, [Dimitriou,1996]. Σχήμα 4.10. Κατακόρυφη διάταξη του ηλιακού παθητικού συστήματος στις πλευρές του θερμοκηπίου, [Dimitriou,1996]. Η κατακόρυφη διάταξη του παθητικού ηλιακού συστήματος δημιουργεί πρόβλημα σκίασης και δεν εφαρμόζεται σχεδόν καθόλου στην πράξη, εξαιτίας του υπερβολικού φορτίου που ασκείται στο σκελετό του θερμοκηπίου. 163

Κεφάλαιο 5 ο Αντικείμενο και σκοπός της έρευνας- Ερευνητικός σχεδιασμός 5.1.Αντικείμενο και σκοπός της έρευνας Στα θερμοκήπια τα περισσότερα C 3 καλλιεργούμενα φυτά όπως η πιπεριά, η τομάτα και το αγγούρι έχουν ως άριστη θερμοκρασία ανάπτυξης ημέρας, τους 23 ο C και νύχτας, τους 16 ο C, (υποκεφάλαιο 2.4.). Η κύρια καλλιεργητική περίοδος των φυτών αυτών, στα θερμοκήπια στην Ελλάδα, όπως αναφέρθηκε στο 1 ο κεφάλαιο, είναι η άνοιξη και σε μικρότερο βαθμό το φθινόπωρο. Κατά τη διάρκεια των δυο αυτών εποχών του έτους υπάρχουν πολλές ημέρες, όπου οι θερμοκρασίες μέσα στο θερμοκήπιο ξεπερνούν τους 23 ο C την ημέρα και πέφτουν κάτω από τους 16 ο C τη νύχτα. Η θερμοκρασιακή αυτή διαφορά μεταξύ ημέρας και νύχτας εμφανίζεται ιδιαίτερα έντονη στην περιοχή της Βόρεια Ελλάδας και εξαιτίας αυτού του θερμοκρασιακού φαινομένου δημιουργείται η αναγκαιότητα δροσισμού των θερμοκηπίων κατά τη διάρκεια της ημέρας και θέρμανσης κατά τη διάρκεια της νύχτας. Ο αποτελεσματικότερος τρόπος δροσισμού των θερμοκηπίων, ιδίως για μεγαλύτερες μονάδες, επιτυγχάνεται είτε με το σύστημα του δυναμικού αερισμού (ανεμιστήρες), είτε με το σύστημα με υγρή παρειά το οποίο είναι το πιο διαδεδομένο. Και τα δύο συστήματα για τη λειτουργία τους καταναλώνουνε ηλεκτρική ενέργεια. Μεγαλύτερα όμως ποσά ενέργειας, προερχόμενα από την καύση συμβατικών καυσίμων, καταναλώνονται για την κάλυψη των θερμικών αναγκών κατά τη διάρκεια της νύχτας. Όπως ήδη αναφέρθηκε στα υποκεφάλαια 2.4.2. και 3.7.2. με την αύξηση της συγκέντρωσης του CO 2 σε επίπεδα υψηλότερα από τα κανονικά μετατοπίζεται η άριστη θερμοκρασία ανάπτυξης των περισσοτέρων C 3 φυτών από τους 23 ο C στους 30-32 ο C. Η μετατόπιση του σημείου έναρξης του αερισμού παράλληλα με την εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας από τη μη χρήση του συστήματος δροσισμού, επιτρέπει στο θερμοκήπιο τη συλλογή περισσότερης ενέργειας κατά τη διάρκεια της 164

ημέρας. Η ενέργεια αυτή πιθανόν να αποδίδεται κατά τη διάρκεια της νύχτας περιορίζοντας έτσι την παροχή τεχνητής θέρμανσης. Επισημαίνεται ότι το ενεργειακό κόστος, κατά τη διάρκεια των ψυχρών περιόδων του έτους, μπορεί να φθάσει μέχρι και το 80% του συνολικού κόστους παραγωγής μιας θερμοκηπιακής μονάδας, (υποκεφάλαιο 1.3.). Έτσι η οποιαδήποτε προσπάθεια εξοικονόμησης ενέργειας έχει άμεση θετική επίδραση τόσο στη δυνατότητα παραγωγής, όσο και στην τιμή των θερμοκηπιακών προϊόντων. Η διαδικασία εξοικονόμησης ενέργειας που περιγράφτηκε μπορεί να βελτιωθεί με τη χρήση ενός συστήματος, το οποίο θα είναι ικανό, κατά τη διάρκεια της ημέρας, να αποθηκεύει την επιπρόσθετη θερμότητα που έχει συλλέξει το θερμοκήπιο και να την αποδίδει κατά τη διάρκεια της νύχτας. Ένα τέτοιο σύστημα είναι το παθητικό ηλιακό σύστημα των πλαστικών σωλήνων με νερό, το οποίο είναι και το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο στα θερμοκήπια σύστημα εξοικονόμησης ενέργειας στον κόσμο και ιδίως στην περιοχή της Μεσογείου, (υποκεφάλαιο 4.3.7.). Κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών με CO 2, τα θερμοκήπια παραμένουν δίχως αερισμό για κάποιο χρονικό διάστημα με αποτέλεσμα την άνοδο της σχετικής υγρασίας. Τα άριστα επίπεδα σχετικής υγρασίας για την ανάπτυξη των περισσοτέρων καλλιεργούμενων C 3 φυτών στα θερμοκήπια κυμαίνονται από 75 έως 80%, (υποκεφάλαιο 3.8.2.3). Η αποτελεσματικότητα του εμπλουτισμού εξαρτάται από τη διάρκεια εφαρμογής του, η οποία καθορίζεται κυρίως από την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας και από τη θερμοκρασία, (υποκεφάλαιο 3.7.1.). Αν η σχετική υγρασία κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών ανέρχεται πάνω από τα επιτρεπόμενα επίπεδα, τότε ο εμπλουτισμός πρέπει να διακόπτεται για αερισμό του θερμοκηπίου με αποτέλεσμα να μειώνεται ο χρόνος εφαρμογής του και κατ επέκταση η αποτελεσματικότητα του. Στην αντίθετη περίπτωση επιτυγχάνεται η μέγιστη δυνατή διάρκεια εμπλουτισμού, χωρίς να επηρεάζεται αρνητικά η ανάπτυξη των φυτών και δεν ευνοείται η εξάπλωση φυτοπαθολογικών ασθενειών. Η τεχνητή παροχή CO 2 στα θερμοκήπια βελτιώνει και επιταχύνει την ανάπτυξη των C 3 φυτών και δύναται να επιφέρει αύξηση της παραγωγής μέχρι και πάνω από 50%, (υποκεφάλαιο 3.3.). Η μέθοδος εμπλουτισμού με αυξημένες θερμοκρασίες εκτός από την πιθανή εξοικονόμηση ενέργειας που μπορεί να επιφέρει, αυξάνει και την 165

αποτελεσματικότητα του ιδίου του εμπλουτισμού καθώς αυξάνει τη χρονική διάρκεια, κατά την οποία αυτός είναι εφικτός, (υποκεφάλαια 3.7.1. και 3.7.2.). Θέτοντας δηλαδή υψηλότερα το σημείο έναρξης του αερισμού με ταυτόχρονη εφαρμογή CO 2, αυξάνονται τόσο οι ώρες κατά τη διάρκεια της ημέρας που είναι εφικτό να γίνει εμπλουτισμός, όσο και οι ημέρες κατά τη διάρκεια του έτους. Για τον ελλαδικό χώρο, επειδή κατά τις κύριες καλλιεργητικές περιόδους επικρατούν μεσαίες ως υψηλές θερμοκρασίες, αυτή η μέθοδος εμπλουτισμού έχει ιδιαίτερη σημασία. Η παρούσα έρευνα σύμφωνα και με τα προαναφερθέντα επιτελεί τρεις σκοπούς: 1. Τη μελέτη της επίδρασης του εμπλουτισμού με CO 2 στην εξοικονόμηση ενέργειας στα θερμοκήπια, αξιοποιώντας αφενός μόνο τη θερμοχωρητικότητα του θερμοκηπίου και αφετέρου και τη θερμοχωρητικότητα ενός παθητικού ηλιακού συστήματος πλαστικών σωλήνων με νερό. 2. Τη μελέτη της διακύμανσης της υγρασίας στα θερμοκήπια κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών με CO 2, με στόχο να διαπιστωθεί, αν η υγρασία αποτελεί περιοριστικό παράγοντα του εμπλουτισμού. 3. Τη μελέτη της επίδρασης του εμπλουτισμού με CO 2 στην ανάπτυξη των φυτών με τη μέθοδο εμπλουτισμού με αυξημένες θερμοκρασίες, για όσο διάστημα διήρκεσαν οι μετρήσεις της πρώτης μελέτης. Αναλυτικά ο σκοπός της κάθε μελέτης περιγράφεται στα κεφάλαια που ακολουθούν. Η όλη έρευνα πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια τριών πειραμάτων σύμφωνα με τον παρακάτω ερευνητικό σχεδιασμό. 5.2.Ερευνητικός σχεδιασμός Η έρευνα πραγματοποιήθηκε σε δύο πανομοιότυπα θερμοκήπια στα πλαίσια τριών πειραματικών κύκλων: την άνοιξη του 2004, το φθινόπωρο του 2004 και την άνοιξη του 2005. Όπως ήδη αναφέρθηκε, η πιο σημαντική καλλιεργητική περίοδος για τα θερμοκήπια στην Ελλάδα και ειδικότερα στην Κεντρική Μακεδονία, είναι η ανοιξιάτικη, εντούτοις επιλέχθηκε και η φθινοπωρινή περίοδος για τη διεξαγωγή 166

πειραμάτων τόσο γιατί κάποια ποσότητα κηπευτικών παράγεται και το φθινόπωρο, όσο για να διαφανεί, αν τα θερμοκήπια μπορούν να αξιοποιηθούν περισσότερο κατά την περίοδο αυτή με τη βοήθεια εμπλουτισμών με CO 2. Η διεξαγωγή των τριών μελετών του ερευνητικού σκοπού κατανέμεται στα πειράματα ως εξής: 1 ο πείραμα (άνοιξη 2004): Μελέτη της επίδρασης του εμπλουτισμού με CO 2 στο ενεργειακό ισοζύγιο του πειραματικού θερμοκηπίου, με σύγκριση των θερμοκρασιών του αέρα και του εδάφους μεταξύ των δύο θερμοκηπίων και αξιοποιώντας μόνο τη θερμοχωρητικότητα των θερμοκηπίων. Μελέτη της διακύμανσης της υγρασίας στο πειραματικό θερμοκήπιο με στόχο να διερευνηθεί αν η υγρασία αποτελεί περιοριστικό παράγοντα του εμπλουτισμού με CO 2 κατά την ανοιξιάτικη περίοδο καλλιέργειας. Σύγκριση της επίδρασης του εμπλουτισμού με CO 2 στην ανάπτυξη των φυτών μεταξύ των δύο θερμοκηπίων. 2 ο πείραμα (φθινόπωρο 2004): Μελέτη της επίδρασης του εμπλουτισμού με CO 2 στο ενεργειακό ισοζύγιο του πειραματικού θερμοκηπίου με σύγκριση των θερμοκρασιών του αέρα, του εδάφους και του νερού των πλαστικών σωλήνων μεταξύ των δύο θερμοκηπίων, αξιοποιώντας τόσο τη θερμοχωρητικότητα των θερμοκηπίων, όσο και τη θερμοχωρητικότητα του παθητικού ηλιακού συστήματος. Μελέτη της διακύμανσης της υγρασίας στο πειραματικό θερμοκήπιο με στόχο να διερευνηθεί, αν η υγρασία αποτελεί περιοριστικό παράγοντα του εμπλουτισμού με CO 2 κατά τη φθινοπωρινή περίοδο καλλιέργειας, (επανάληψη από το 1 ο πείραμα). Σύγκριση της επίδρασης του εμπλουτισμού με CO 2 στην ανάπτυξη των φυτών μεταξύ των δύο θερμοκηπίων, (επανάληψη από το 1 ο πείραμα) 3 ο πείραμα (άνοιξη 2005): Μελέτη της επίδρασης του εμπλουτισμού με CO 2 στο ενεργειακό ισοζύγιο του πειραματικού θερμοκηπίου με σύγκριση των θερμοκρασιών του αέρα, του εδάφους και του νερού των πλαστικών σωλήνων μεταξύ των δύο θερμοκηπίων, 167

αξιοποιώντας τόσο τη θερμοχωρητικότητα των θερμοκηπίων όσο και τη θερμοχωρητικότητα του παθητικού ηλιακού συστήματος, (επανάληψη από το 2 ο πείραμα). Σύγκριση της ανάπτυξης των φυτών και των αποδόσεων μεταξύ των δύο θερμοκηπίων εξαιτίας του εμπλουτισμού με CO 2, (επανάληψη από το 1 ο και το 2 ο πείραμα) 168

Κεφάλαιο 6 ο Πειραματικός σχεδιασμός- Υλικά και μέθοδοι 6.1.Το θερμοκήπιο Η έρευνα πραγματοποιήθηκε στις εγκαταστάσεις του Αγροκτήματος του Α.Π.Θ., στην περιοχή της Θέρμης, του Νομού Θεσσαλονίκης και συγκεκριμένα σε θερμοκήπιο του Κέντρου Ελέγχου Γεωργικών Κατασκευών, (Κ.Ε.Γ.Κ.) που λειτουργεί υπό την εποπτεία του Εργαστηρίου Γεωργικών Κατασκευών και Εξοπλισμού της Γεωπονικής Σχολής, στο αγρόκτημα του Α.Π.Θ. Το αγρόκτημα βρίσκεται σε γεωγραφικό πλάτος 40 ο 54 και γεωγραφικό μήκος 22 ο 99. Πρόκειται για ένα διπλό τροποποιημένο τοξωτό θερμοκήπιο, προσανατολισμένο 25 ο δεξιόστροφα από τη διεύθυνση Βορρά-Νότου, με τα παρακάτω χαρακτηριστικά: Μήκος βασικής κατασκευαστικής μονάδας: 7 m Πλάτος βασικής κατασκευαστικής μονάδας: 2 m Αριθμός βασικών κατασκευαστικών μονάδων: 22 Μήκος θερμοκηπίου: 22 m Πλάτος θερμοκηπίου: 14 m Εμβαδόν θερμοκηπίου: 308 m 2 Ύψος υδρορροής: 2.1 m Μέγιστο ύψος: 3.6 m Όγκος θερμοκηπίου: 802.25m 3 Ο σκελετός του θερμοκηπίου αποτελείται από γαλβανισμένο σίδηρο και το υλικό κάλυψης από πλαστικό πολυαιθυλένιο, (ΡΕ). Ο αερισμός του θερμοκηπίου επιτυγχανόταν με φυσικό αερισμό. Τα ανοίγματα αερισμού βρίσκονται στις πλευρές του θερμοκηπίου και το μέγιστο ύψος του ανοίγματος είναι 1 m. Για τη διεξαγωγή των πειραμάτων το θερμοκήπιο χωρίστηκε σε δύο ανεξάρτητα θερμοκήπια με ενδιάμεσο διαχωριστικό τμήμα. Τα δύο θερμοκήπια έχουν τις ίδιες 169

διαστάσεις (10 x 14m), ενώ οι διαστάσεις του διαχωριστικού τμήματος είναι 2 x 14m, (σχήμα 6.1). Στις πόρτες εισόδου των θερμοκηπίων τοποθετήθηκαν στις εσωτερικές πλευρές πλαστικές κουρτίνες από πολυαιθυλένιο, έτσι ώστε να αποφευχθούν απώλειες θερμότητας και διαρροές CO 2. Το ενδιάμεσο διαχωριστικό τμήμα αεριζόταν συνεχώς. Σχήμα 6.1. Κάτοψη και διαστάσεις των θερμοκηπίων 170

6.2.Όργανα μετρήσεων Για τη διεξαγωγή των πειραμάτων χρησιμοποιήθηκαν τα παρακάτω όργανα μετρήσεων: 12 αισθητήρες θερμοκρασίας τύπου PT-100, ( 4 αέρος, 4 εδάφους και 4 νερού). Ένας αισθητήρας CO 2 (Double Beam Infrared CO 2 Analyzer), (εικόνα 6.1). Ένα πυρανόμετρο τάξης Α (εικόνα 6.2). Δύο αισθητήρες υγρασίας-θερμοκρασίας αέρα (HOBO H8), (εικόνα 6.3). Ολοκληρωμένος εξωτερικός μετεωρολογικός σταθμός, ο οποίος αποτελείται από ανεμόμετρο, ανεμοδείκτη, θερμόμετρο, πυρανόμετρο και υγρασιόμετρο. Σύμφωνα με τις κατασκευάστριες εταιρίες των αισθητήρων, οι αισθητήρες θερμοκρασίας καθώς και το πυρανόμετρο παρουσιάζουν πιθανό σφάλμα μετρήσεων της τάξης του ± 2%, οι αισθητήρες υγρασίας της τάξης του ± 5% και ο αισθητήρας CO 2 στα όρια μετρήσεων από 0 ως 5000 ppm της τάξης του ± 0.5%. Εκτός από 6 αισθητήρες θερμοκρασίας ( 2 αέρος, 2 εδάφους και 2 νερού), οι οποίοι τοποθετήθηκαν στο θερμοκήπιο- μάρτυρα, όλοι οι υπόλοιποι αισθητήρες χρησιμοποιήθηκαν στο πειραματικό θερμοκήπιο. Οι αισθητήρες θερμοκρασίας αέρος τοποθετήθηκαν πάνω από το κέντρο της κάθε καλλιέργειας, σε ύψος 2 m από το έδαφος και οι αισθητήρες εδάφους τοποθετήθηκαν επίσης στο κέντρο της κάθε καλλιέργειας, σε βάθος 15 cm. Για τη δημιουργία σκίασης οι αισθητήρες περιβαλλόταν από ισοθερμικά κύπελλα με εξωτερική επένδυση από αλουμινόχαρτο, (εικόνα 6.4 και 6.5). Οι αισθητήρες θερμοκρασίας νερού κατά τη διεξαγωγή του δεύτερου και τρίτου πειράματος, τοποθετήθηκαν μέσα στο νερό στο μεσοδιάστημα των κεντρικών πλαστικών σωλήνων, (εικόνα 6.6). Στο κέντρο του πειραματικού θερμοκηπίου πάνω σε βάση ύψους 10 cm τοποθετήθηκε το πυρανόμετρο και δόθηκε ιδιαίτερη προσοχή ώστε να μη σκιάζεται. Δίπλα από το πυρανόμετρο λειτουργούσε ο αισθητήρας CO 2 πάνω σε βάση ύψους 50 cm και κάτω από ένα προστατευτικό πλαίσιο. Στο ίδιο θερμοκήπιο υπήρχαν και οι αισθητήρες υγρασίας του αέρα, προστατευμένοι από την ηλιακή ακτινοβολία μέσα σε μετεωρολογικούς κλωβούς και σε ύψος 1.80 m από την επιφάνεια του εδάφους. Οι θέσεις όλων των αισθητήρων φαίνονται στο σχήμα 6.2. 171

Εικόνα 6.1. Ο αισθητήρας CO 2 Εικόνα 6.2. Το πυρανόμετρο για τη μέτρηση της ηλιακής ακτινοβολίας Εικόνα 6.3. Οι αυτόνομοι αισθητήρες υγρασίας- θερμοκρασίας 172

Εικόνα 6.4. Αισθητήρας θερμοκρασίας αέρα κάτω από ισοθερμικό κύπελλο Εικόνα 6.5. Αισθητήρας θερμοκρασίας εδάφους Εικόνα 6.6. Αισθητήρας θερμοκρασίας νερού του παθητικού ηλιακού συστήματος 173

Σχήμα 6.2. Οι θέσεις των αισθητήρων στα θερμοκήπια και οι διατάξεις του παθητικού ηλιακού συστήματος και του συστήματος εμπλουτισμού με CO 2 174

6.3.Το σύστημα καταγραφής των μετρήσεων. Η συλλογή και επεξεργασία των μετρήσεων γινόταν σε καταγραφικό δεδομένων (Data logger CR10), το οποίο ήταν συνδεδεμένο με υπολογιστή στο Κ.Ε.Γ.Κ.. Η μονάδα έχει δυνατότητα δειγματοληψίας των τιμών όλων των αισθητήρων που είναι συνδεδεμένοι στις εισόδους της, ανά τακτά προγραμματισμένα χρονικά διαστήματα. Οι τιμές αυτές έπειτα από επεξεργασία αποθηκευόταν σε μνήμη εξόδου, από όπου και μεταφερόταν στον ηλεκτρονικό υπολογιστή. Σ αυτόν υπήρχε εγκατεστημένο λογισμικό, το οποίο υποστήριζε τη λήψη και καταγραφή των δεδομένων. Στον ίδιο υπολογιστή κατέληγαν και οι μετρήσεις από το μετεωρολογικό σταθμό. Οι μετρήσεις από τους αισθητήρες θερμοκρασίας καταγραφόταν ανά 10 λεπτά, του πυρανόμετρου ανά 5 λεπτά και του αισθητήρα CO 2 ανά 1 λεπτό. Το πρόγραμμα έδινε τη δυνατότητα παρακολούθησης των μετρήσεων σε πραγματικό χρόνο (real time). Οι αισθητήρες υγρασίας λειτουργούσαν αυτόνομα. Συγκεκριμένα διαθέτουν καταγραφικό δεδομένων για τη συλλογή των μετρήσεων και μνήμη, στην οποία αποθηκεύονται οι μετρήσεις. Για την εξαγωγή των δεδομένων οι αισθητήρες συνδέονται με τον ηλεκτρονικό υπολογιστή, ο οποίος διαθέτει το αντίστοιχο λογισμικό. Οι αισθητήρες υγρασίας κατέγραφαν εκτός από τη σχετική υγρασία, τη θερμοκρασία και τη θερμοκρασία του σημείου δρόσου, του αέρα του θερμοκηπίου ανά 4 λεπτά. Από τις μετρήσεις των αισθητήρων υγρασίας επιλέχθηκε ο μέσος όρος των τιμών της σχετικής υγρασίας. Όλοι οι αισθητήρες πριν από την έναρξη του κάθε πειράματος ελέγχθηκαν, ρυθμίστηκαν και δοκιμάστηκαν από έμπειρο ηλεκτρονικό της εταιρείας που τους προμήθευσε. 6.4.Το σύστημα εμπλουτισμού με CO 2 Ο εμπλουτισμός με CO 2 πραγματοποιούταν μόνο στο πειραματικό θερμοκήπιο, με τη βοήθεια ενός δικτύου σωληνώσεων μέσα στις σειρές των φυτών. Το δίκτυο αυτό αποτελούταν από έναν αγωγό τροφοδοσίας μήκους 10 m με διάμετρο Φ16, ο οποίος τροφοδοτούσε 8 αγωγούς εφαρμογής μήκους 8 m και ίδιας διαμέτρου. Όλοι οι σωλήνες ήταν κατασκευασμένοι από μαύρο πολυαιθυλένιο. Η διάταξη των σωλήνων στο χώρο του θερμοκηπίου φαίνεται στο σχήμα 6.2. 175

Το δίκτυο αιωρείτο σε ύψος 0.5 m από το έδαφος και οι αγωγοί εφαρμογής είχαν στο κάτω μέρος ανά μισό μέτρο οπές, (εικόνα 6.7). Το CO 2 προερχόταν από φιάλη χωρητικότητας 35Kg, η οποία υπήρχε στο διαχωριστικό τμήμα. Ένας εκτονωτής πίεσης (CO 2 and Acetylene Compressed Gas cylinder regulator, 200 bars) βοηθούσε στην ομαλή ροή του αερίου, καθώς αυτό ήταν υπό πίεση σε υγρή μορφή. Εικόνα 6.7. Λεπτομέρεια του δικτύου διανομής του CO 2 6.5.Το παθητικό ηλιακό σύστημα των πλαστικών σωλήνων με νερό Το παθητικό ηλιακό σύστημα εγκαταστάθηκε κατά το δεύτερο πείραμα, μετά τη φύτευση των φυτών και όταν διαπιστώθηκε ότι για 2-3 συνεχόμενες νύχτες οι θερμοκρασίες έπεφταν κάτω από τους 16 ο C. Το σύστημα αποτελείτο από σωλήνες εύκαμπτου διαφανούς πολυαιθυλενίου (PE) πάχους 150μ. Ο κάθε σωλήνας είχε περίμετρο 120 cm, διάμετρο 38.2 cm και μήκος 8m. Το σύστημα τοποθετήθηκε επάνω στο πλαστικό εδαφοκάλυψης και ανάμεσα στις γραμμές των φυτών, όπως φαίνεται στο σχήμα 6.2. Συνολικά τοποθετήθηκαν 8 176

σωλήνες σε κάθε θερμοκήπιο, ο αριθμός των οποίων συμπίπτει με τους ενδιάμεσους διαδρόμους των καλλιεργειών. Οι σωλήνες πληρώθηκαν με νερό από το αρδευτικό σύστημα του θερμοκηπίου. Ο κάθε σωλήνας περιείχε 916 lt. νερού. Για την αποφυγή της ανάπτυξης μικροφυκών (algae sp.) κρίθηκε σκόπιμη η διάλυση στο νερό πενταένυδρου θειικού χαλκού (CuSO 4.5H 2 O) σε ποσότητα 0.016gr/lt. νερού. Κατά την εγκατάσταση δόθηκε ιδιαίτερη προσοχή στην αποφυγή διαρροών νερού και επιπρόσθετα, η επιφάνεια των σωλήνων καθαριζόταν ανά τακτά χρονικά διαστήματα από τις αποθέσεις σκόνης. Με τον τρόπο αυτό διατηρήθηκε η λειτουργικότητα του συστήματος έως το τέλος των πειραματικών εφαρμογών. Στην εικόνα 6.8, φαίνεται ο τρόπος στερέωσης των σωλήνων σε πασσάλους για την αποφυγή διαρροής του νερού και στην εικόνα 6.9, μια γενική άποψη των σωλήνων του θερμοκηπίου- μάρτυρα. Η εγκατάσταση του παθητικού ηλιακού συστήματος έγινε σύμφωνα με τις τεχνικές οδηγίες του Εθνικού Ιδρύματος Αγροτικής Έρευνας (ΕΘ.Ι.ΑΓ.Ε.). Η απομάκρυνση των σωλήνων πραγματοποιήθηκε στο τρίτο πείραμα, όταν οι θερμοκρασίες κατά τη διάρκεια της νύχτας ανέρχονταν πάνω από τους 16 ο C. Το νερό των σωλήνων, καθώς περιείχε πενταένυδρο θειικό χαλκό απομακρύνθηκε προσεκτικά με ειδική αντλία. Εικόνα 6.8. Στερέωση των σωλήνων σε πασσάλους 177

Εικόνα 6.9. Γενική άποψη του παθητικού ηλιακού συστήματος 6.6.Επιλογή των καλλιεργειών Οι καλλιέργειες, οι οποίες επιλέχθηκαν για τη διεξαγωγή των πειραμάτων ήταν η τομάτα, το αγγούρι και η πιπεριά. Οι καλλιέργειες αυτές καταλαμβάνουν το 89.53% της συνολικής έκτασης των θερμοκηπίων στην Κεντρική Μακεδονία. Η πιπεριά, η οποία χρησιμοποιήθηκε και στους τρεις πειραματικούς κύκλους, ήταν η κύρια καλλιέργεια μελέτης καθώς η Κεντρική Μακεδονία αποτελεί τη σημαντικότερη περιοχή θερμοκηπιακής καλλιέργειάς της, (το 48.64% της συνολικής έκτασης της χώρας). Επίσης εμφανίζει πολύ καλή ανταπόκριση στον εμπλουτισμό με CO 2 γεγονός, το οποίο συμβαίνει και με την καλλιέργεια της τομάτας και του αγγουριού. Επιπλέον η τιμή της πιπεριάς κυμαίνεται σε υψηλά επίπεδα τόσο στην εγχώρια αγορά όσο και στις αγορές του εξωτερικού και είναι ένα προϊόν που μπορεί να μεταφερθεί εύκολα καθώς παρουσιάζει μικρότερη ευπάθεια σε σύγκριση με άλλα κηπευτικά. Στα δύο πειράματα που πραγματοποιήθηκαν την άνοιξη του 2004 και του 2005 συνδυάστηκαν οι καλλιέργειες της πιπεριάς και της τομάτας και οι καλλιέργειες της πιπεριάς και του αγγουριού αντίστοιχα. Στο φθινοπωρινό πείραμα συνδυάστηκαν οι 178

καλλιέργειες της πιπεριάς και του αγγουριού, καθώς μια ποσότητα της τάξεως του 26.2% της συνολικής ετήσιας παραγωγής αγγουριού παράγεται αυτήν την εποχή. Παρακάτω δίνονται τα σημαντικότερα στοιχεία για την καλλιέργεια της πιπεριάς του αγγουριού και της τομάτας. Στοιχεία για την καλλιέργεια της πιπεριάς Η καλλιεργούμενη στην Ελλάδα πιπεριά ανήκει στο είδος Capsicum annuum L. της οικογένειας Solanaceae. Κατάγεται από διάφορες περιοχές της τροπικής-υποτροπικής Αμερικής και περιλαμβάνει πολλούς γενότυπους που παράγουν γλυκούς ή καυτερούς καρπούς. Η περίοδος καλλιέργειας της πιπεριάς στο θερμοκήπιο κυμαίνεται σε διάφορες περιοχές της χώρας ανάλογα με το κλίμα. Σε περιοχές με ψυχρό χειμώνα, αποφεύγεται η καλλιέργειά της κατά την περίοδο Δεκεμβρίου-Φεβρουαρίου. Τα σπορόφυτα της πιπεριάς μεταφυτεύονται στο θερμοκήπιο στα τέλη Φεβρουαρίου, η συγκομιδή συνήθως αρχίζει το Μάιο και τερματίζεται τον Ιούνιο. Υπάρχει ένας αρκετά μεγάλος αριθμός γενοτύπων (ποικιλιών και υβριδίων) του είδους Capsicum annuum που καλλιεργείται σε διάφορες περιοχές του κόσμου. Με κριτήριο τη γεύση του καρπού οι ποικιλίες (ή υβρίδια) διακρίνονται σε γλυκές ή καυτερές, ενώ με κριτήριο το σχήμα του καρπού διακρίνονται σε καμπανοειδείς, σε κωνικές, σε επιμήκεις και σε τοματόμορφες (τοματοπιπεριές). Στην Ελλάδα καλλιεργούνται είτε διάφορες τοπικές ποικιλίες (Π 13, Π 14, Κόκκινη πιπεριά τύπου Φλωρίνης), είτε υβρίδια (Sonar, Lamuyo). Απαιτήσεις του φυτού σε εδαφοκλιματικές συνθήκες Η καλλιέργεια της πιπεριάς είναι αποδοτική μόνο σε περιβάλλον με ήπιο κλίμα καθώς πρόκειται για φυτό ευπαθές στο ψύχος. Άριστη αύξηση και ανάπτυξη της πιπεριάς επιτυγχάνεται με θερμοκρασίες ημέρας 22-24 ο C και νύχτας 18-19 ο C. Κατά τη διάρκεια εμπλουτισμών με CO 2 στα θερμοκήπια, οι θερμοκρασίες ημέρας συνιστάται να αυξάνονται κατά 3 ο C. Σε ακραίες θερμοκρασίες περιβάλλοντος, περισσότερο ευαίσθητες είναι οι μεγαλόκαρπες ποικιλίες, οι οποίες παράγουν παραμορφωμένους καρπούς λόγω ελλιπούς γονιμοποίησης. Η πιπεριά είναι φωτοπεριοδικά ουδέτερο φυτό. Η άριστη σχετική υγρασία για την ανάπτυξη του φυτού κυμαίνεται από 70-80%. Σε σχετική υγρασία χαμηλότερη από 65% παρατηρείται ανθόρροια, ενώ σε σχετική υγρασία υψηλότερη από 80% 179

παρατηρείται αύξηση των προσβολών από ασθένειες και ιδίως του βοτρύτη (botrytis cinerea). Ο εμπλουτισμός του θερμοκηπίου με CO 2 επιταχύνει το ρυθμό ανάπτυξης, πρωϊμίζει σημαντικά την παραγωγή και αυξάνει τη συνολική απόδοση της πιπεριάς, έως και 50%. Η συνιστώμενη συγκέντρωση του CO 2 στον αέρα του θερμοκηπίου κυμαίνεται από 1000 έως 1500ppm. Η πιπεριά αναπτύσσεται καλύτερα σε ελαφρά (αμμοπηλώδη ή και πηλώδη) εδάφη, πλούσια σε οργανική ουσία με ph 5.5-6.8, ενώ τα αργιλώδη είναι ακατάλληλα. Σε εδάφη με χαμηλή γονιμότητα η ποιότητα των παραγόμενων καρπών είναι υποβαθμισμένη ιδιαίτερα όσον αφορά το χρώμα. Η ανάπτυξη του φυτού είναι φτωχή σε αλατούχα εδάφη, καθώς και σε εκείνα με ανεπαρκή στράγγιση. Η βασική λίπανση της καλλιέργειας περιλαμβάνει Ν, P, K, Ca και Μg. Στοιχεία για την καλλιέργεια του αγγουριού Η αγγουριά, Cucumis Sativus L., της οικογένειας Curcubitaceae, είναι ετήσιο ποώδες φυτό, υποτροπικής προέλευσης και κατάγεται πιθανότατα από την Ασία. Τα υβρίδια που καλλιεργούνται είναι κυρίως άσπερμα παρθενοκαρπικά υβρίδια, τα οποία φέρουν 100% θηλυκά άνθη. Οι γενότυποι με μόνο θηλυκά άνθη είναι πρωϊμότεροι, πιο παραγωγικοί και συνήθως μέτριας βλαστικής ανάπτυξης με αποτέλεσμα να απαιτείται λιγότερη εργασία για το κλάδεμα των φυτών. Οι καρποί έχουν μήκος 25 έως 50 cm και είναι άσπερμοι. Μερικά υβρίδια, τα οποία καλλιεργούνται στην Ελλάδα είναι τα Palmera, Corona, Camaron, Sandra και Diana. Η μέση χημική σύνθεση του καρπού αγγουριού (ανά 100g) είναι: Νερό 95g, Πρωτεΐνες 0.6-0.9g, Λίπη 0.1g, υδατάνθρακες 2.2-3.5g, βιταμίνη Β 1 0.03 g, Βιταμίνη B 2 0.02g, Νιασίνη 0.3g, Βιταμίνη C 12mg, Ca 12mg, Fe 0.3mg, Mg 15mg και P 24mg. Απαιτήσεις του φυτού σε εδαφοκλιματικές συνθήκες Η αγγουριά είναι φυτό πολύ ευπαθές στο ψύχος. Για μέτρια βλαστική ανάπτυξη, με μακρά περίοδο καρποφορίας και παραγωγή υψηλής ποιότητας καρπών, συνίστανται οι παρακάτω θερμοκρασίες: Από τη μεταφύτευση μέχρι την έναρξη συγκομιδής: Θερμοκρασία ημέρας 24-26 ο C και νύχτας 20-21 ο C. 180

Κατά την περίοδο συγκομιδής: Θερμοκρασία ημέρας 22-24 ο C και νύχτας 18-20 ο C. Στην περίπτωση που εφαρμόζεται εμπλουτισμός με CO 2, πρέπει η θερμοκρασία να αυξάνεται κατά 3 ο C. Η ικανοποιητική ανάπτυξη του φυτού στο θερμοκήπιο απαιτεί κατά μέσο όρο σχετική υγρασία 75-80%. Συγκεκριμένα, απαιτείται σχετική υγρασία 85-90% μέχρι την έναρξη της άνθησης του φυτού, ενώ αργότερα κατά την περίοδο της καρποφορίας απαιτείται σχετική υγρασία 65-70%. Η ένταση του φωτός για την επίτευξη της μέγιστης φωτοσύνθεσης κατά την περίοδο της πλήρους ανάπτυξης πρέπει να κυμαίνεται από 740 έως 1100 μmolm -2 s -1. Ο εμπλουτισμός του θερμοκηπίου με CO 2 αυξάνει την παραγωγή από 20 έως 40%. Το CO 2 απορροφάται με ταχύτατους ρυθμούς, εξαιτίας της μεγάλης φυλλικής επιφάνειας Η συνιστώμενη συγκέντρωση CO 2 στον αέρα του θερμοκηπίου κυμαίνεται από 1000 έως 1500 ppm. Κατάλληλο έδαφος για την καλλιέργεια της αγγουριάς θεωρείται το αμμοπηλώδες, πηλώδες ή ιλυοπηλώδες με υψηλή περιεκτικότητα σε οργανική ουσία. Η αγωγιμότητα του εδαφικού διαλύματος θα πρέπει να κυμαίνεται μεταξύ 1.5-2 ds/cm και το άριστο ph για την ανάπτυξη του φυτού είναι 6-6.5. Το υπόγειο τμήμα του φυτού πρέπει να αερίζεται και γι αυτό απαιτείται ικανοποιητική στράγγιση του εδάφους. Η βασική λίπανση της αγγουριάς περιλαμβάνει Ν, P, K, Ca και Μg. Στοιχεία για την καλλιέργεια της τομάτας Η τομάτα, Solanum lycopersicum, ανήκει στην οικογένεια Solanaceae και προέρχεται από τις τροπικές χώρες της Αμερικής. Στα θερμοκήπια καλλιεργούνται γενότυποι τομάτας με απεριόριστη ανάπτυξη των βλαστών σε μήκος και τα φυτά συνήθως διαμορφώνονται σε μονοστέλεχο σχήμα και σπανιότερα σε διστέλεχο. Πρόκειται για F-1 υβρίδια που δημιουργήθηκαν για καλλιέργεια στο θερμοκήπιο. Την τελευταία δεκαετία ξεκίνησαν να καλλιεργούνται στην Ελλάδα υβρίδια, των οποίων ο καρπός διατηρείται επάνω στο φυτό ή μετά τη συγκομιδή, για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα χωρίς υπερωρίμανση (Long Life). Τα κυριότερα καλλιεργούμενα υβρίδια είναι τα εξής: Angela, Dombo, Arletta, Jolly, Carnett 622, Dombito κ.α. Απαιτήσεις του φυτού σε εδαφοκλιματικές συνθήκες Η άριστη θερμοκρασία για την καλλιέργεια της τομάτας κυμαίνεται την ημέρα από 20 έως 26 0 C ανάλογα με την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας και τη νύχτα από 16 181

έως 18 ο C. Κατά τις ημέρες με υψηλή ένταση φωτός και ειδικά, όταν εφαρμόζεται εμπλουτισμός με CO 2, πρέπει οι θερμοκρασίες ημέρας να αυξάνονται. Η άριστη σχετική υγρασία για την ανάπτυξη του φυτού κυμαίνεται από 60-75%. Η μέγιστη φωτοσυνθετική ικανότητα της τομάτας επιτυγχάνεται με μέτρια ένταση φωτός, περίπου 550 μmolm -2 s -1. Ο εμπλουτισμός του θερμοκηπίου με CO 2 προκαλεί επιτάχυνση της ανάπτυξης, πρωίμιση και αύξηση της παραγωγής μέχρι και 50%. Η συνιστώμενη συγκέντρωση CO 2 στον αέρα του θερμοκηπίου κυμαίνεται από 1000-1200ppm. Η τομάτα αναπτύσσεται καλύτερα σε εδάφη μέσης σύστασης, ελαφριά με υψηλή περιεκτικότητα σε οργανική ουσία και ph 6.8. Αντέχει πιο πολύ από άλλα είδη κηπευτικών σε υψηλές συγκεντρώσεις αλάτων. Η βασική και η επιφανειακή λίπανση γίνεται με λιπάσματα που περιέχουν Ν, Ρ, Κ, Ca και Mg. 6.7.Χρονοδιαγράμματα των πειραμάτων 1 ο πείραμα (άνοιξη 2004) 1.03.- 4.03. Προετοιμασία του θερμοκηπίου και του εδάφους για την έναρξη του πειράματος. 5.03. Κάλυψη του εδάφους του θερμοκηπίου με υδατοπερατό εδαφοκάλυμμα για την αποφυγή της ανάπτυξης ζιζανίων. 6.03. Εγκατάσταση του αρδευτικού συστήματος με σταγόνες. 7.03. Προετοιμασία και τοποθέτηση των αισθητήρων θερμοκρασίας σε καθορισμένες θέσεις του θερμοκηπίου. Σύνδεση των αισθητήρων με το καταγραφικό δεδομένων και τον ηλεκτρονικό υπολογιστή. 8.03. Εγκατάσταση του συστήματος εμπλουτισμού με CO 2 στο πειραματικό θερμοκήπιο. Τοποθέτηση του αναλυτή CO 2 και του πυρανόμετρου. 11.03. Έλεγχος και ρύθμιση όλων των αισθητήρων από έμπειρους ηλεκτρονικούς της προμηθεύτριας εταιρίας. Έλεγχος του συστήματος εμπλουτισμού με CO 2. Έλεγχος του αρδευτικού συστήματος. 16.03. Τοποθέτηση τύρφης και εγκατάσταση καλλιέργειας πιπεριάς. 17.03. Τοποθέτηση τύρφης και εγκατάσταση καλλιέργειας τομάτας. 19.03-3.04. Πραγματοποίηση δοκιμαστικών ασυνεχών εμπλουτισμών για τη διατήρηση της συγκέντρωσης του CO 2 σε επίπεδα υψηλότερα από τα κανονικά. 182

Καθορισμός χρονικών διαστημάτων, στα οποία ήταν εφικτός ο εμπλουτισμός με CO 2. 7.04. Προληπτικός ψεκασμός με εντομοκτόνο, (Antracol). 12.04. Προληπτικός ψεκασμός με χαλκούχο μυκητοκτόνο, (Hostaquik). 2 ο πείραμα (φθινόπωρο 2004) 30.08-2.09. Προετοιμασία του θερμοκηπίου για την έναρξη του πειράματος. 3.09. Απομάκρυνση της τύρφης του προηγούμενου πειράματος. 4.09. Εγκατάσταση αρδευτικού συστήματος με σταγόνες. 6.09. Προετοιμασία και τοποθέτηση των αισθητήρων θερμοκρασίας σε καθορισμένες θέσεις του θερμοκηπίου. Σύνδεση των αισθητήρων με το καταγραφικό δεδομένων και τον ηλεκτρονικό υπολογιστή. 9.09. Εγκατάσταση του συστήματος εμπλουτισμού με CO 2 στο πειραματικό θερμοκήπιο. Τοποθέτηση του αναλυτή CO 2 και του πυρανόμετρου. 12.09. Έλεγχος και ρύθμιση όλων των αισθητήρων όπως και στο προηγούμενο πείραμα. Έλεγχος του αρδευτικού συστήματος. Έλεγχος του συστήματος εμπλουτισμού με CO 2. 14.09. Τοποθέτηση τύρφης και εγκατάσταση καλλιέργειας πιπεριάς. 15.09. Τοποθέτηση τύρφης και εγκατάσταση καλλιέργειας αγγουριού. 20.09-4.10. Πραγματοποίηση δοκιμαστικών ασυνεχών εμπλουτισμών για τη διατήρηση της συγκέντρωσης του CO 2 σε επίπεδα υψηλότερα από τα κανονικά. Καθορισμός χρονικών διαστημάτων στα οποία ήταν εφικτός ο εμπλουτισμός του πειραματικού τμήματος με CO 2. 5.10. Προληπτικός ψεκασμός με εντομοκτόνο. 18.10-20.10. Εγκατάσταση του παθητικού ηλιακού συστήματος των σωλήνων πολυαιθυλενίου με νερό, και τοποθέτηση των αισθητήρων για την καταγραφή της θερμοκρασίας του νερού των σωλήνων. 22.10. Έναρξη μέτρησης και καταγραφής των θερμοκρασιών του νερού των σωλήνων, του εδάφους και του αέρα του θερμοκηπίου. 24.11. Τέλος του δευτέρου πειράματος. 3 ο πείραμα (άνοιξη 2005) 11.03-16.03. Προετοιμασία του θερμοκηπίου για την έναρξη του πειράματος. 183

23.03. Σύνδεση των αισθητήρων θερμοκρασίας, του αναλυτή CO 2 και του πυρανόμετρου με το καταγραφικό δεδομένων και τον ηλεκτρονικό υπολογιστή. 24.03. Έλεγχος και ρύθμιση όλων των αισθητήρων όπως και στα προηγούμενα πειράματα. Έλεγχος του αρδευτικού συστήματος. Έλεγχος του συστήματος εμπλουτισμού με CO 2. 1.04. Επανατοποθέτηση τύρφης και εγκατάσταση καλλιέργειας αγγουριού. 7.04. Επανατοποθέτηση τύρφης και εγκατάσταση καλλιέργειας πιπεριάς. 7.04-14.04. Πραγματοποίηση δοκιμαστικών ασυνεχών εμπλουτισμών 15.04. Έναρξη μέτρησης και καταγραφής των θερμοκρασιών του νερού των σωλήνων, του εδάφους και του αέρα του θερμοκηπίου. 5.05. Προληπτικός ψεκασμός των φυτών με εντομοκτόνο. 8.05. Προληπτικό ριζοπότισμα των φυτών με μυκητοκτόνο. 6.8.Προκαταρκτικές εργασίες και καλλιεργητική πρακτική 6.8.1.Προετοιμασία των θερμοκηπίων και του εδάφους Πριν από την έναρξη του πρώτου πειράματος έγινε ο απαραίτητος έλεγχος για τη στεγανότητα του καλύμματος των θερμοκηπίων και για τη λειτουργικότητα των παραθύρων αερισμού. Για την εξασφάλιση της στεγανότητας στις πόρτες εισόδου των θερμοκηπίων τοποθετήθηκαν κουρτίνες διαφανούς πολυαιθυλενίου μεγάλων διαστάσεων. Το έδαφος οργώθηκε με ελαφριά φρέζα και ισοπεδώθηκε. Για την αποφυγή της ανάπτυξης ζιζανίων όλη η επιφάνεια των θερμοκηπίων καλύφθηκε με ειδικό υδατοπερατό πλαστικό εδαφοκάλυψης, στο οποίο δημιουργήθηκαν ανοίγματα διαμέτρου 20cm στις θέσεις τοποθέτησης των φυτών. Στα σημεία αυτά απομακρύνθηκε το έδαφος σε βάθος 30cm και τα νεαρά φυτά φυτεύθηκαν σε τυποποιημένη, αποστειρωμένη τύρφη εμπλουτισμένη με ιχνοστοιχεία. Η τύρφη χρησιμοποιήθηκε αφενός για την αποφυγή ασθενειών που προέρχονται από το έδαφος και αφετέρου για την υποβοήθηση των νεαρών φυτών στα πρώτα στάδια της 184

ανάπτυξής τους. Πριν την έναρξη του κάθε πειράματος η τύρφη ανανεωνόταν. Από εδαφολογική ανάλυση που πραγματοποιήθηκε σε προγενέστερο πείραμα, [Βαφειάδης,2002] προέκυψε ότι τα εδάφη των δύο θερμοκηπίων δεν διέφεραν μεταξύ τους όσον αφορά τη μηχανική σύσταση, την περιεκτικότητα σε οργανική ουσία, το ph, την ηλεκτρική αγωγιμότητα και την περιεκτικότητα σε ανθρακικό ασβέστιο (CaCO 3 ). 6.8.2.Εγκατάσταση της καλλιέργειας Για τη διεξαγωγή της έρευνας χρησιμοποιήθηκαν συνολικά 900 φυτά, 300 για κάθε πείραμα. Συγκεκριμένα σε κάθε πείραμα φυτεύθηκαν από 75 φυτά της ίδιας καλλιέργειας και στα δύο θερμοκήπια. Η κατανομή τους έγινε σε 20 σειρές με 15 φυτά σε κάθε σειρά. Η απόσταση μεταξύ των σειρών ήταν 1m και η απόσταση των φυτών της ίδιας σειράς 0.5m. Οι εξωτερικές σειρές απείχαν από τις πλευρές του θερμοκηπίου 1.5m, ενώ η απόσταση μεταξύ των σειρών των δύο καλλιεργειών ήταν 3m. Στο σχήμα 6.3, φαίνεται η διάταξη τοποθέτησης των φυτών του πρώτου πειράματος ενώ στο σχήμα 6.4, η διάταξη τοποθέτησης των φυτών του δεύτερου και τρίτου πειράματος. Όλα τα φυτά προήλθαν σε άριστη κατάσταση από φυτώριο της εταιρείας Agriplant του νομού Ημαθίας και ήταν προσφορά της εταιρείας. Ιδιαίτερη προσοχή δόθηκε ώστε να φυτά που επιλέχθηκαν να παρουσιάζουν όλα την ίδια ανάπτυξη. Το μέσο ύψος των φυτών πιπεριάς ήταν 35cm, των φυτών τομάτας 30cm και των φυτών αγγουριού 20cm. 185

Σχήμα 6.3. Η διάταξη τοποθέτησης των φυτών του πρώτου πειράματος Σχήμα 6.4. Η διάταξη τοποθέτησης των φυτών του δεύτερου και τρίτου πειράματος 186

6.8.3.Καλλιεργητική πρακτική Η κατακόρυφη ανάπτυξη των φυτών τομάτας και αγγουριού υποβοηθήθηκε με τη χρήση πλαστικού νήματος. Το κάτω άκρο αυτού δενόταν με χαλαρή θηλιά στη βάση των κεντρικών βλαστών και το πάνω άκρο στερεωνόταν σε οριζόντιο σύρμα, σε ύψος 2m πάνω από το έδαφος. Κατά την ανάπτυξη των φυτών γινόταν απομάκρυνση όλων των πλευρικών βλαστών (2 ης τάξης). Επίσης στις αγγουριές επιτρεπόταν να αναπτυχθεί μόνο ένας καρπός ανά γόνατο και αφαιρέθηκαν όλοι οι καρποί από τα πρώτα τρία γόνατα. Όταν τα φυτά έφθασαν το ύψος των 2m, δέθηκαν με πλαστική ταινία στα οριζόντια σύρματα, έτσι ώστε να μπορούν να αναπτυχθούν κατακόρυφα προς την αντίθετη κατεύθυνση, δηλαδή από τα σύρματα προς το έδαφος. Στα φυτά πιπεριάς δεν χρειάστηκε υποβοήθηση της ανάπτυξής τους εξαιτίας της θαμνώδους μορφής τους. Αμέσως μετά τη φύτευση τους αφαιρέθηκαν όλα τα μικρά άνθη με σκοπό τη γρηγορότερη ανάπτυξη των βλαστών. Ανά τακτά χρονικά διαστήματα γινόταν λήψη δειγμάτων από τα φυτά και στη συνέχεια εξέταση αυτών στο εργαστήριο φυτοπαθολογίας της Γεωπονικής Σχολής του Α.Π.Θ.. Κατά την εκτέλεση του πρώτου πειράματος δεν παρατηρήθηκαν προβλήματα από εχθρούς και ασθένειες στα φυτά. Είκοσι ημέρες μετά τη μεταφύτευση πραγματοποιήθηκε προληπτικός ψεκασμός με εντομοκτόνο και πέντε μέρες αργότερα προληπτικός ψεκασμός με χαλκούχο μυκητοκτόνο. Στο δεύτερο και τρίτο πείραμα, έπειτα από ανάλυση δειγμάτων, διαπιστώθηκαν σήψεις λαιμού από φυτομύκητες του γένους Pythium σ έναν πολύ μικρό αριθμό φυτών αγγουριού. Τα φυτά αυτά αντικαταστάθηκαν με φυτά της ίδιας ανάπτυξης και εφαρμόστηκε προληπτικά ριζοπότισμα με το μυκητοκτόνο Ridomil, σε όλα τα φυτά. Επίσης, πραγματοποιήθηκε και στα δύο πειράματα ένας προληπτικός ψεκασμός με το φυτοφάρμακο Antracol για την προστασία των φυτών από τα διάφορα έντομα. Πριν την έναρξη της καταγραφής των δεδομένων του κάθε πειράματος εφαρμοζόταν μια δόση σύνθετου κοκκώδους λιπάσματος με 11% αμμωνιακό Ν, 15% υδατοδιαλυτό και κιτροδιαλυτό P (P 2 O 5 ) και 15% Κ (Κ 2 Ο), υδατοδιαλυτό ως K 2 SO 4. To ph του λιπάσματος κυμαίνεται από 5.5-7 και όλα τα φυτά δέχτηκαν την ίδια ποσότητα με ογκομετρητή. 187

6.8.4.Άρδευση της καλλιέργειας Για την άρδευση των καλλιεργειών εγκαταστάθηκε αρδευτικό σύστημα με σταγόνες, το οποίο αποτελείτο από δύο ανεξάρτητα δίκτυα σωληνώσεων. Το κάθε δίκτυο τροφοδοτούσε φυτά της ίδιας καλλιέργειας και στα δύο θερμοκήπια με τη βοήθεια ενός αγωγού τροφοδοσίας και 10 αγωγών εφαρμογής, όσες και οι σειρές των φυτών, (σχήμα 6.5). Οι αγωγοί τροφοδοσίας, διαμέτρου Φ20 και οι αγωγοί εφαρμογής, διαμέτρου Φ16 ήταν κατασκευασμένοι από μαύρο πολυαιθυλένιο. Οι σταλακτήρες ρυθμίστηκαν, ώστε να έχουν όλοι την ίδια παροχή και την ίδια απόσταση από το στέλεχος των φυτών. Η άρδευση γινόταν ανά τακτά χρονικά διαστήματα, ανάλογα με τις απαιτήσεις των φυτών σε νερό. Σχήμα 6.5. Η διάταξη του αρδευτικού δικτύου 188

Κεφάλαιο 7 ο Μελέτη της επίδρασης του εμπλουτισμού με CO 2 στην εξοικονόμηση ενέργειας στα θερμοκήπια 7.1.Εισαγωγή- Σκοπός της μελέτης Σκοπός της μελέτης είναι να διαπιστωθεί η συμβολή του εμπλουτισμού με CO 2 στο ενεργειακό ισοζύγιο του πειραματικού θερμοκηπίου μέσω της καταγραφής και ανάλυσης της διαφοροποίησης των θερμοκρασιών των δύο θερμοκηπίων και των ενεργειακών τους διαφορών κυρίως κατά τη διάρκεια της νύχτας. Η διαπίστωση αυτή γίνεται με και χωρίς το παθητικό ηλιακό σύστημα. Έτσι για την καλύτερη παρουσίαση και ερμηνεία των αποτελεσμάτων η παρούσα μελέτη χωρίστηκε σε δύο επιμέρους μελέτες, οι οποίες παρουσιάζονται στη συνέχεια του κεφαλαίου. Στην πρώτη μελέτη ερευνάται η συμβολή του εμπλουτισμού με CO 2 στο ενεργειακό ισοζύγιο του πειραματικού θερμοκηπίου αξιοποιώντας μόνο τη θερμοχωρητικότητα του θερμοκηπίου και στη δεύτερη αξιοποιώντας και τη θερμοχωρητικότητα του νερού των σωλήνων του παθητικού ηλιακού συστήματος. Πριν από την παρουσίαση των δύο αυτών μελετών περιγράφεται η μεθοδολογία εμπλουτισμού CO 2 με αυξημένες θερμοκρασίες και διακεκομμένου αερισμού, η οποία εφαρμόστηκε. 7.1.1.Μεθοδολογία του εμπλουτισμού με CO 2 και αερισμού των θερμοκηπίων Κατά την ανατολή του ηλίου και λίγο πριν η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας φτάσει το σημείο ισοστάθμισης του φωτός, γινόταν σύντομος (10-15 λεπτά) αερισμός των θερμοκηπίων για την απομάκρυνση της συσσωρευμένης κατά τη διάρκεια της νύχτας υγρασίας. Μετά το κλείσιμο των παραθύρων στα δύο θερμοκήπια, εφαρμοζόταν εμπλουτισμός με CO 2 στο πειραματικό θερμοκήπιο, εφόσον η θερμοκρασία βρισκόταν σε ικανοποιητικά επίπεδα. Καταβλήθηκε προσπάθεια ώστε η συγκέντρωση του CO 2 να διατηρείται γύρω από τα επίπεδα των 1000 ppm (επίπεδα 189

συγκέντρωσης τριπλάσια από τα ατμοσφαιρικά). Ως σημείο έναρξης αερισμού του θερμοκηπίου- μάρτυρα τέθηκαν οι 23 ο C, ενώ του πειραματικού θερμοκηπίου οι 30-32 ο C. Όταν η θερμοκρασία στο θερμοκήπιο- μάρτυρα έπεφτε κατά 3 με 4 ο C, ο αερισμός διακοπτόταν. Αντίστοιχα όταν η θερμοκρασία στο πειραματικό θερμοκήπιο έπεφτε στους 25 ο C, ο αερισμός διακοπτόταν και εφαρμοζόταν νέος κύκλος εμπλουτισμού. Εξαίρεση αποτελούσε ο τελευταίος, πριν τη δύση του ηλίου εμπλουτισμός, ο οποίος για πολλές ημέρες ήταν και ο μοναδικός εμπλουτισμός μετά τον πρωινό. Πρόκειται για τις περιπτώσεις των ημερών κατά τη διάρκεια των οποίων οι θερμοκρασιακές κυρίως συνθήκες επέτρεπαν την εφαρμογή μόνο πρωινών και απογευματινών εμπλουτισμών. Σ αυτές τις περιπτώσεις ως θερμοκρασία έναρξης των απογευματινών εμπλουτισμών τέθηκαν οι 27 ο C, καθώς ο ήλιος βρισκόταν στη δύση του και η θερμοκρασία στο εσωτερικό του θερμοκηπίου ήταν αδύνατον να ανέλθει πάνω από τους 30-32 ο C, μετά από το κλείσιμο των παραθύρων. Η διακοπή των εμπλουτισμών γινόταν, όταν η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας προσέγγιζε το σημείο ισοστάθμισης του φωτός. Στις σπάνιες περιπτώσεις κατά τις οποίες η σχετική υγρασία ξεπερνούσε τα επιθυμητά επίπεδα του 75-80%, ένας σύντομος αερισμός των θερμοκηπίων, πριν τη δύση του ηλίου, βοηθούσε στην μείωση της υγρασίας του αέρα του θερμοκηπίου. Στο σχήμα 7.1 παρουσιάζεται ενδεικτικά η μεθοδολογία εμπλουτισμού, η οποία εφαρμόστηκε κατά τη διάρκεια μιας συγκεκριμένης ημέρας (2.11.04). Τη συγκεκριμένη ημέρα κατά την ανατολή του ηλίου πραγματοποιήθηκε σύντομος αερισμός των θερμοκηπίων. Όταν η θερμοκρασία του πειραματικού θερμοκηπίου ξεπέρασε τους 15 o C στις 9:13 εφαρμόστηκε ο πρώτος εμπλουτισμός (σχήμα 7.1). Στις 11:13 άνοιξαν τα παράθυρα αερισμού του θερμοκηπίου- μάρτυρα, καθώς η θερμοκρασία ανήλθε πάνω από τους 23 o C. Στο πειραματικό θερμοκήπιο εφαρμόστηκε εμπλουτισμός με CO 2 μέχρι τις 12:33, όπου η θερμοκρασία έφτασε τους 31.91 o C και το θερμοκήπιο αερίστηκε. Στις 14:13 η θερμοκρασία έπεσε στους 25.11 o C και ξεκίνησε ο δεύτερος εμπλουτισμός μέχρι τις 18:13, οπότε πραγματοποιήθηκε σύντομος αερισμός. Μετά από 12 λεπτά επήλθε και η δύση του ηλίου. Η συνολική διάρκεια εμπλουτισμού ήταν 6 ώρες και το πειραματικό θερμοκήπιο παρέμεινε κατά 4 ώρες και 50 λεπτά περισσότερη ώρα κλειστό από ό,τι το θερμοκήπιο- μάρτυρας. 190

Θερμοκρασία Συγκέντρωση CO2 35,00 30,00 1200 1000 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 8.03 9.03 10.03 11.03 12.03 12.33 13.33 14.13 15.03 16.03 17.03 17.43 18.23 ο C 800 600 400 CO 2 (ppm) 200 0 Χρόνος Σχήμα 7.1. Μεταβολή της θερμοκρασίας του αέρα του πειραματικού θερμοκηπίου και της συγκέντρωσης του CO 2, στις 02.11.04 191

7.2.Μελέτη της επίδρασης του εμπλουτισμού με CO 2 στην εξοικονόμηση ενέργειας του θερμοκηπίου αξιοποιώντας μόνο τη θερμοχωρητικότητα του 7.2.1.Εισαγωγή- Σκοπός της μελέτης Σκοπός της μελέτης είναι να καταγραφούν και να αναλυθούν οι διαφορές στη θερμοκρασία του αέρα και του εδάφους και να υπολογισθούν οι ενεργειακές διαφορές μεταξύ των δύο θερμοκηπίων, έτσι ώστε να διαπιστωθεί η συμβολή του εμπλουτισμού με CO 2 στο ενεργειακό ισοζύγιο του πειραματικού θερμοκηπίου, αξιοποιώντας μόνο τη θερμοχωρητικότητα του. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η διακύμανση της θερμοκρασίας του αέρα των θερμοκηπίων κατά τη διάρκεια της νύχτας, ιδίως η χρονική διαφορά μεταξύ των δύο θερμοκηπίων στην κάθοδο της θερμοκρασίας του αέρα κάτω από τους 16 ο C και κάτω από τους 12 ο C. Ο καθορισμός των διαφορών στις θερμοκρασίες των εδαφών μεταξύ των δύο θερμοκηπίων θεωρείται σημαντικός, καθώς η θερμοκρασία του εδάφους επηρεάζει την ανάπτυξη του ριζικού συστήματος και κατ επέκταση την ανάπτυξη του φυτού. 7.2.2.Ερευνητικός σχεδιασμός της μελέτης Η καταγραφή των θερμοκρασιών των δύο θερμοκηπίων ξεκίνησε στις αρχές Απριλίου του 2004 και τερματίστηκε στα μέσα Μαΐου, όταν διαπιστώθηκε ότι η θερμοκρασία του αέρα των θερμοκηπίων ξεπερνούσε τους 16 ο C καθ όλη τη διάρκεια της νύχτας, για τρεις συνεχόμενες νύχτες. Η χρονική αυτή περίοδος των μετρήσεων, συμπίπτει με τη χρονική περίοδο όπου στα εμπορικά θερμοκήπια κατά κανόνα εφαρμόζεται παροχή τεχνητής θέρμανσης κατά τη διάρκεια της νύχτας για τη διατήρηση της θερμοκρασίας σε επίπεδα τουλάχιστον πάνω από τους 12 ο C. Με τη σύμπτωση αυτή των χρονικών περιόδων δίνεται η δυνατότητα στη μελέτη να διαπιστωθεί αν υπάρχει μείωση των ημερών παροχής θέρμανσης κατά την ανοιξιάτικη καλλιεργητική περίοδο. 192

7.2.3.Αποτελέσματα (πρώτο πείραμα, Απρίλιος- Μάιος 2004) Με στόχο να διαπιστωθεί αν ο εμπλουτισμός με CO 2, με τη συγκεκριμένη μεθοδολογία εφαρμογής που προαναφέρθηκε, μπορεί να επιφέρει εξοικονόμηση ενέργειας δημιουργήθηκαν για κάθε νύχτα συγκριτικές καμπύλες των διαφοροποιήσεων στις θερμοκρασίες του αέρα και του εδάφους μεταξύ των δύο θερμοκηπίων. Αναλύοντας αυτές τις καμπύλες προέκυψε ότι υπάρχουν πράγματι διαφορές στις θερμοκρασίες των δύο θερμοκηπίων κατά τη διάρκεια της νύχτας. Το μέγεθος της διαφοράς για κάθε νύχτα συσχετίζεται περισσότερο με το χρόνο, κατά τον οποίο τα παράθυρα του πειραματικού θερμοκηπίου παρέμειναν περισσότερη ώρα κλειστά σε σχέση με τα παράθυρα του θερμοκηπίου- μάρτυρα την ημέρα που προηγήθηκε, απ ότι με τη διάρκεια του εμπλουτισμού την ημέρα που προηγήθηκε. Η διάρκεια του εμπλουτισμού κυμάνθηκε περίπου από 3 ως 10 ώρες ανά ημέρα, ενώ η διαφορά στη διάρκεια αερισμού των δύο θερμοκηπίων κυμάνθηκε περίπου από 3 ως 8 ώρες ανά ημέρα. Η διαφορά αυτή στη διάρκεια εμπλουτισμού- αερισμού υπάρχει για δύο λόγους: Πρώτον, γιατί στο πειραματικό θερμοκήπιο για ορισμένες ημέρες η εφαρμογή του εμπλουτισμού ξεκινούσε πριν τον αερισμό του θερμοκηπίου- μάρτυρα και δεύτερον υπήρχαν περιπτώσεις όπου ο αερισμός του θερμοκηπίου- μάρτυρα διακόπτονταν, γιατί η θερμοκρασία του αέρα ξαναέπεφτε κάτω από τους 23 ο C. Ακόμη όμως και η συσχέτιση του μεγέθους της διαφοράς στις θερμοκρασίες της νύκτας μεταξύ των δύο θερμοκηπίων με τη διάρκεια αερισμού της προηγούμενης ημέρας δεν μπορεί να θεωρηθεί απόλυτη, γιατί εκτός από τη θερμοκρασία, τη συσχέτιση την επηρέαζε και η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας. Πάρα ταύτα παρατηρήθηκε, κατά κανόνα, ότι όταν η διαφορά στη διάρκεια αερισμού μεταξύ των δύο θερμοκηπίων υπερέβαινε τις 5.5 ως 6 ώρες κατά τη διάρκεια της ημέρας, η διαφορά στη θερμοκρασία του αέρα την επερχόμενη νύχτα υπερέβαινε τον 1 ο C. Συγκεντρώνοντας τα αποτελέσματα από όλες τις νύχτες που διήρκεσαν οι μετρήσεις προέκυψε ότι η θερμοκρασία του αέρα του πειραματικού θερμοκηπίου κυμάνθηκε από 0 έως 1.55 ο C υψηλότερα απ ότι του θερμοκηπίου- μάρτυρα. Μηδενική διαφορά θερμοκρασίας του αέρα των θερμοκηπίων, δηλαδή σύγκλιση των θερμοκρασιών εμφανίστηκε μόνο, πριν την ανατολή του ηλίου, σε ορισμένες περιπτώσεις στις 193

πρώτες μέρες του Απριλίου και όταν η εξωτερική θερμοκρασία έπεφτε με σχετικά γρήγορο ρυθμό κάτω από τους 10 ο C. Εκτός από τη θερμοκρασία του αέρα διαφοροποιήσεις υπήρχαν και στη θερμοκρασία του εδάφους μεταξύ των δύο θερμοκηπίων. Η θερμοκρασία του εδάφους του πειραματικού θερμοκηπίου ήταν πάντα υψηλότερη από αυτήν του θερμοκηπίουμάρτυρα και οι μεταξύ τους διαφορές κυμάνθηκαν, για όλες τις νύχτες, από 0.2 (την πρώτη νύχτα των μετρήσεων) έως 2.6 ο C. Η διαφορά της θερμοκρασίας του εδάφους μεταξύ των θερμοκηπίων δεν μηδενίσθηκε ποτέ καθ όλη τη διάρκεια του πρώτου πειράματος. Το γεγονός ότι η θερμοκρασία του εδάφους του πειραματικού θερμοκηπίου ήταν συνεχώς (ημέρα νύχτα) υψηλότερη επηρέασε θετικά τη λειτουργία του ριζικού συστήματος των φυτών, καθώς με άνοδο της θερμοκρασίας απορροφώνται ταχύτερα τα θρεπτικά στοιχεία και το νερό. Οι διαφορές στη θερμοκρασία του αέρα των θερμοκηπίων είχαν ως αποτέλεσμα να δημιουργήσουν και διαφορετικές πορείες πτώσης της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της νύχτας. Η μελέτη αυτών των πτώσεων της θερμοκρασίας είναι σημαντική για τον καθορισμό της εξοικονόμησης ενέργειας, καθώς εξακριβώνουν τη διαφορά στη χρονική στιγμή, κατά την οποία οι θερμοκρασίες πέφτουν κάτω από τους 16 o C ή και κάτω από τους 12 o C στα δύο θερμοκήπια. Οι 12 o C είναι το θερμοκρασιακό όριο, στο οποίο επιβάλλεται οπωσδήποτε η εφαρμογή της θέρμανσης, καθώς μειώνεται η αναπνοή του φυτού σε τέτοιο βαθμό ώστε να μην καλύπτονται οι ενεργειακές του ανάγκες (υποκεφάλαιο 2.4.2.), με αποτέλεσμα να προκαλούνται ανεπανόρθωτες βλάβες. Στο σχήμα 7.2, δίνεται ένα ενδεικτικό παράδειγμα διαφοροποίησης των θερμοκρασιών μεταξύ των δύο θερμοκηπίων για τη νύχτα 17.4.-18.4. Κατά τη διάρκεια της προηγούμενης ημέρας (17.4.) τα παράθυρα του πειραματικού θερμοκηπίου παρέμειναν κλειστά κατά 6 ώρες και 15 λεπτά περισσότερο από τα παράθυρα του θερμοκηπίου- μάρτυρα. 194

Θεροκήπιο- μάρτυρας Πειραματικό θερμοκήπιο 25 20 15 10 5 20.15 20.45 21.15 21.45 22.15 22.45 23.15 23.45 00.15 00.45 01.15 01.45 02.15 02.45 03.15 Θερμοκρασία αέρα ( ο C) 03.45 04.15 04.45 05.15 05.45 06.15 Ώρα Θερμοκήπιο- μάρτυρας Πειραματικό θερμοκήπιο 30 25 20 15 10 5 20.15 20.45 21.15 21.45 22.15 22.45 23.15 23.45 00.15 00.45 01.15 01.45 02.15 02.45 03.15 03.45 04.15 04.45 05.15 05.45 06.15 Θερμοκρασία εδάφους ( ο C) Ώρα Σχήμα 7.2. Διαφοροποίηση της θερμοκρασίας του αέρα και του εδάφους των δύο θερμοκηπίων κατά τη διάρκεια της νύχτας 17.4.04-18.4.04 Όπως προκύπτει από το σχήμα 7.2, η θερμοκρασία του αέρα του πειραματικού θερμοκηπίου ήταν σταθερά υψηλότερη από τη θερμοκρασία του θερμοκηπίουμάρτυρα καθ όλη τη διάρκεια της νύχτας και η μεταξύ τους διαφορά κυμάνθηκε από 1.37 o C, (δύση του ηλίου) μέχρι 0.94 o C, (ανατολή του ηλίου). Αντίστοιχα και η θερμοκρασία του εδάφους του πειραματικού θερμοκηπίου διατήρησε καθ όλη τη διάρκεια της νύχτας μια διαφορά από 2.13 o C ως 1.3 o C σε σχέση με τη θερμοκρασία εδάφους του θερμοκηπίου- μάρτυρα. Η πτώση της 195

θερμοκρασίας του εδάφους και στα δύο θερμοκήπια παρουσιάζεται πιο ομαλή από ό,τι του αέρα, εξαιτίας της μεγαλύτερης θερμοχωρητικότητας του. Η θερμοκρασία του αέρα του θερμοκηπίου- μάρτυρα έπεσε κάτω από τους 16 o C, στις 22:15, ενώ του πειραματικού θερμοκηπίου στις 23:35. Η πτώση της θερμοκρασίας του αέρα συνεχίστηκε και στα δύο θερμοκήπια και στις 4:25 η θερμοκρασία του θερμοκηπίου- μάρτυρα έπεσε και κάτω από τους 12 o C, ενώ του πειραματικού θερμοκηπίου διατηρήθηκε οριακά πάνω από τους 12 o C μέχρι την ανατολή του ηλίου. Από τα προαναφερόμενα προκύπτει το συμπέρασμα ότι η παροχή θέρμανσης στο θερμοκήπιο- μάρτυρα θα έπρεπε να ενεργοποιηθεί 1 ώρα και 20 λεπτά νωρίτερα από ό,τι στο πειραματικό θερμοκήπιο, αν ο στόχος είναι η διατήρηση της άριστης θερμοκρασίας για την ανάπτυξη των φυτών. Αν όμως ο στόχος είναι η διατήρηση τουλάχιστον της ελάχιστης επιτρεπτής θερμοκρασίας, τότε η παροχή θέρμανσης στο θερμοκήπιο- μάρτυρα θα έπρεπε να ενεργοποιηθεί ήδη από τις 4:25, (2 ώρες και 15 λεπτά πριν την ανατολή του ηλίου), ενώ στο πειραματικό θερμοκήπιο η ενεργοποίηση της θέρμανσης δεν θα ήταν καθόλου απαραίτητη. Θέτοντας ως θερμοκρασία έναρξης της τεχνητής θέρμανσης, για το σύνολο των 42 νυχτών που διήρκεσαν οι μετρήσεις, τους 12 o με 16 o C, διαπιστώθηκε ότι για 8 νύχτες δεν ήταν απαραίτητη η παροχή θέρμανσης στο πειραματικό θερμοκήπιο και για τις υπόλοιπες ήταν απαραίτητη από 0.5 έως 4 ώρες αργότερα από ό,τι στο θερμοκήπιομάρτυρα. Υπολογισμός των ενεργειακών διαφορών μεταξύ των δύο θερμοκηπίων. Υπολογίζοντας τις θερμικές απώλειες του κάθε θερμοκηπίου κατά τη διάρκεια της νύχτας μπορεί να υπολογισθεί η μεταξύ τους διαφορά στα ποσά της αποθηκευμένης ενέργειας. Οι θερμικές ανάγκες ενός θερμοκηπίου κατά τη διάρκεια της νύχτας δίνονται από την παρακάτω σχέση, [Νικήτα-Μαρτζοπούλου,1994]: A c q = U ( θ i θ ο ) (1) A g Όπου: q: ένταση θερμικού ρεύματος, Wm -2 A c : επιφάνεια του υλικού κάλυψης, m 2 196

A g : επιφάνεια εδάφους του θερμοκηπίου, m 2 U: ολικός συντελεστής θερμικής μεταφοράς, Wm -2 ο C -1 θ i : θερμοκρασία αέρα θερμοκηπίου, ο C θ ο : θερμοκρασία αέρα εξωτερικού περιβάλλοντος, ο C Σύμφωνα με τα κατασκευαστικά στοιχεία των θερμοκηπίων (6 ο κεφάλαιο), η επιφάνεια του υλικού κάλυψης (A c ) και η επιφάνεια εδάφους (A g ) του κάθε θερμοκηπίου ανέρχεται σε 289.08 m 2 και 140 m 2 αντίστοιχα. Η τιμή του ολικού συντελεστή θερμικής μεταφοράς λαμβάνεται ίση με 6.8 Wm -2 ο C -1, [Nikita- Martzopoulou και Gabriilides,1988], [Hanan,1998]. Εφαρμόζοντας τη σχέση (1) στο παράδειγμα της νύχτας 17.4.04-18.4.04 που προαναφέρθηκε προκύπτει το παρακάτω ενεργειακό διάγραμμα: 140 Θερμική ενέργεια (Wm -2 ) 120 100 80 60 40 20 q μ q π 0 20.15 20.45 21.15 21.45 22.15 22.45 23.15 23.45 00.15 00.45 01.15 01.45 02.15 02.45 03.15 03.45 04.15 04.45 05.15 05.45 06.15 Ώρα Σχήμα 7.3. Μεταβολή των θερμικών απωλειών του πειραματικού θερμοκηπίου (q π ) και του θερμοκηπίου- μάρτυρα (q μ ) κατά τη διάρκεια της νύχτας 17.4.04-18.4.04 Σύμφωνα με τα σχήματα 7.2 και 7.3 εξάγονται τα παρακάτω αποτελέσματα: Κατά τη δύση του ηλίου στις 20:15 η θερμοκρασία του αέρα του πειραματικού θερμοκηπίου ήταν 19.83 ο C, του θερμοκηπίου- μάρτυρα 18.45 ο C και η εξωτερική θερμοκρασία 11.04 ο C. Με αντικατάσταση των δεδομένων στη σχέση (1) προκύπτει ότι στο πειραματικό θερμοκήπιο αποθηκεύθηκε θερμική ενέργεια q π = 197

123.37 Wm -2, ενώ στο θερμοκηπίου- μάρτυρα q μ = 104.04 Wm -2. Αυτό σημαίνει ότι στο πειραματικό θερμοκήπιο δεσμεύτηκε 18.58% περισσότερη ενέργεια από ότι στο θερμοκήπιο- μάρτυρα. Κατά την ανατολή του ηλίου στις 6:35 η θερμοκρασία του αέρα του πειραματικού θερμοκηπίου ήταν 11.89 ο C, του θερμοκηπίου- μάρτυρα 10.95 ο C και η εξωτερική θερμοκρασία 9.13 ο C. Με αντικατάσταση των δεδομένων στη σχέση (1) προκύπτει ότι στο πειραματικό θερμοκήπιο το ποσό της θερμική ενέργειας μειώθηκε στα q π = 38.8 Wm -2 και στο θερμοκήπιο- μάρτυρα στα q μ = 25.58 Wm -2. Συνεπάγεται ότι στο πειραματικό θερμοκήπιο το ποσό της θερμική ενέργειας μειώθηκε κατά 68.55%, ενώ στο θερμοκήπιο- μάρτυρα κατά 75.41%. Στις 22:15 η θερμοκρασία του θερμοκηπίου- μάρτυρα έπεσε κάτω από τα άριστα επίπεδα των 16 ο C. Υπολογίζοντας τα ποσά της ενέργειας για τη συγκεκριμένη χρονική στιγμή προκύπτει ότι q π = 108.81 Wm -2 και q μ = 92.45 Wm -2. Συνεπάγεται ότι τη δεδομένη χρονική στιγμή στο θερμοκήπιο- μάρτυρα έπρεπε να προστεθεί ένα ποσό θερμικής ισχύος της τάξης των 16.36 Wm -2 έτσι ώστε να μην πέσει η θερμοκρασία κάτω από τους 16 ο C και να εξομοιωθεί η θερμοκρασία του με αυτήν του πειραματικού θερμοκηπίου. Στις 4:25 η θερμοκρασία του θερμοκηπίου- μάρτυρα έπεσε κάτω από τα ελάχιστα επιτρεπτά επίπεδα των 12 ο C. Υπολογίζοντας τα ποσά της ενέργειας για τη συγκεκριμένη χρονική στιγμή προκύπτει ότι q π = 52.58 Wm -2 και q μ = 41.93 Wm -2. Συνεπάγεται ότι τη δεδομένη χρονική στιγμή στο θερμοκήπιο- μάρτυρα έπρεπε να προστεθεί ένα ποσό θερμικής ισχύος της τάξης των 10.65 Wm -2 έτσι ώστε να μην πέσει η θερμοκρασία κάτω από τους 12 ο C και να εξομοιωθεί η θερμοκρασία του με αυτήν του πειραματικού θερμοκηπίου. Η διαφορά στα ποσά της ενέργειας μεταξύ των δύο θερμοκηπίων καθ όλη τη διάρκεια της νύχτας, (για ένα σύνολο 620 min, από τις 20:15 ως τις 6:35) δίνεται από την παρακάτω σχέση: 620 620 ΔΕ= Ε π - Ε μ= 0 q π dt - 0 q μ dt (2) Όπου: Ε π : η επιφάνεια που περικλείεται από την καμπύλη q π του σχήματος 7.3. Ε μ : η επιφάνεια που περικλείεται από την καμπύλη q μ του σχήματος 7.3. 198

Τα ολοκληρώματα της σχέσης (2) υπολογίσθηκαν αριθμητικά με τη χρήση του προγράμματος Matlab έκδοση 7.0.1, της εταιρίας Mathworks Corporation και με χρονικό βήμα τα 10 λεπτά. Η διαφορά αυτή, η οποία στο σχήμα 7.3 απεικονίζεται από τη σκιαγραφημένη περιοχή, ανέρχεται σε 9428.993 Wm -2 min. Με αναγωγή αυτής της τιμής ανά ώρα και για όλη την έκταση του θερμοκηπίου (140m 2 ), προκύπτει ότι η διαφορά ενέργειας μεταξύ των δύο θερμοκηπίων είναι 22 kwh. Η ενέργεια αυτή περιέχεται σε 1.89 Kg ισοδύναμου πετρελαίου, [Μαρτζόπουλος,1991]. Συγκεντρώνοντας τα αποτελέσματα από όλες τις νύχτες που διήρκεσαν οι μετρήσεις προκύπτει το συμπέρασμα ότι η συνολική θερμική ενέργεια στο πειραματικό θερμοκήπιο κυμάνθηκε από 5.9 ως 25.1 kwh υψηλότερα απ ότι στο θερμοκήπιομάρτυρα. Κατά μέσο όρο δηλαδή η διαφορά στη θερμική ενέργεια μεταξύ των δύο θερμοκηπίων ήταν περίπου 15.5 kwh για κάθε νύχτα. Η ενέργεια αυτή περιέχεται σε 1.33 Kg ισοδύναμου πετρελαίου. Με αναγωγή αυτών των τιμών για θερμοκήπιο έκτασης ενός στρέμματος προκύπτει μια διαφορά στη θερμική ενέργεια μεταξύ των δύο θερμοκηπίων ίση με 110.71 kwh/στρέμμα και μια ποσότητα ισοδύναμου πετρελαίου ίση με 9.5 Kg/στρέμμα για κάθε νύχτα κατά μέσο όρο. Για όλη την περίοδο των μετρήσεων (42 νύχτες) η ποσότητα ισοδύναμου πετρελαίου υπολογίζεται ίση με 399 Kg/στρέμμα. Στην πράξη η ποσότητα αυτή πετρελαίου αυξάνεται κατά ένα ποσοστό, ανάλογα με το βαθμό απόδοσης του καυστήρα. 199

7.3.Μελέτη της επίδρασης του εμπλουτισμού με CO 2 στην εξοικονόμηση ενέργειας του θερμοκηπίου αξιοποιώντας τη θερμοχωρητικότητα του και τη θερμοχωρητικότητα του παθητικού ηλιακού συστήματος 7.3.1.Εισαγωγή- Σκοπός της μελέτης Η μελέτη αυτή αποτελεί ουσιαστικά συνέχεια της προηγούμενης μελέτης, με τη διαφορά ότι καταβλήθηκε προσπάθεια να αυξηθεί η θερμοχωρητικότητα των θερμοκηπίων. Η προσπάθεια επιτεύχθηκε με την εγκατάσταση ενός παθητικού ηλιακού συστήματος πλαστικών σωλήνων με νερό και στα δύο θερμοκήπια. Θέτοντας ως σημείο έναρξης του αερισμού τους 30-32 ο C στο πειραματικό θερμοκήπιο και τους 23 ο C στο θερμοκήπιο-μάρτυρα, δίνεται η δυνατότητα στο παθητικό ηλιακό σύστημα του πειραματικού θερμοκηπίου να συλλέξει περισσότερη θερμότητα με την προϋπόθεση ότι η συγκέντρωση του CO 2 σ αυτό το θερμοκήπιο διατηρείται σε υψηλά επίπεδα. Η επιπρόσθετη αυτή θερμότητα απελευθερώνεται στο χώρο του θερμοκηπίου, ιδίως κατά τη διάρκεια της νύχτας, επιφέροντας άμεσο ενεργειακό όφελος. Το σύστημα είναι ιδιαίτερα χρήσιμο, όταν υπάρχει μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ ημέρας και νύχτας, φαινόμενο το οποίο παρουσιάζεται για πολλές ημέρες του Φθινοπώρου και της Άνοιξης στη χώρα μας και ιδιαίτερα στην Κεντρική Μακεδονία. Πρωτεύων σκοπός της μελέτης είναι αφενός να καταγραφούν οι διαφορές στη θερμοκρασία του αέρα, του εδάφους και του νερού των σωλήνων μεταξύ των δύο θερμοκηπίων και αφετέρου να υπολογισθούν οι ενεργειακές τους διαφορές, έτσι ώστε να διαπιστωθεί η συμβολή του εμπλουτισμού με CO 2 στο ενεργειακό ισοζύγιο του θερμοκηπίου, όταν υπάρχει εγκατεστημένο ένα σύστημα εξοικονόμησης ενέργειας. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον και σ αυτήν τη μελέτη παρουσιάζει η διακύμανση της θερμοκρασίας του αέρα των θερμοκηπίων κατά τη διάρκεια της νύχτας, ιδίως η χρονική διαφορά μεταξύ των δύο θερμοκηπίων στην κάθοδο της θερμοκρασίας του αέρα κάτω από τους 16 ο C και κάτω από τους 12 ο C. Επίσης σημαντικός είναι και ο καθορισμός της διαφοροποίησης της θερμοκρασίας του εδάφους μεταξύ των δύο θερμοκηπίων καθώς η θερμοκρασία του εδάφους επηρεάζει την ανάπτυξη του ριζικού συστήματος. 200

Δευτερεύων σκοπός της μελέτης είναι να διαπιστωθεί η επίδραση του παθητικού ηλιακού συστήματος στη σταθεροποίηση της διακύμανσης της θερμοκρασίας του αέρα των δύο θερμοκηπίων, όταν εμφανίζονται απότομες μεταβολές στη θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα. 7.3.2.Ερευνητικός σχεδιασμός της μελέτης Η εγκατάσταση του παθητικού ηλιακού συστήματος στα θερμοκήπια πραγματοποιήθηκε στο δεύτερο πείραμα, στις 18.10., όταν διαπιστώθηκε ότι για 3 συνεχόμενες νύχτες οι θερμοκρασίες έπεφταν, πριν την ανατολή του ηλίου κάτω από τους 16 ο C. Το σύστημα απομακρύνθηκε στο τρίτο πείραμα, στις 16.5., όταν αντίστοιχα διαπιστώθηκε ότι για 3 συνεχόμενες νύχτες οι θερμοκρασίες ξεπερνούσαν τους 16 ο C. Ο τρόπος εγκατάστασης και οι τεχνικές λεπτομέρειες του παθητικού ηλιακού συστήματος περιγράφονται στο υποκεφάλαιο 6.5. Η εποχή, η οποία επιλέχθηκε για την τοποθέτηση του συστήματος στο δεύτερο πείραμα, (φθινόπωρο), συμπίπτει κατά κανόνα με την εποχή όπου στα εμπορικά θερμοκήπια είτε διακόπτεται η καλλιέργεια των φυτών για την αποφυγή παροχής τεχνητής θέρμανσης, είτε συνεχίζεται για μικρό ακόμη χρονικό διάστημα χωρίς παροχή θέρμανσης ή παροχή μικρών ποσοτήτων. Έτσι με την τοποθέτηση του συστήματος στο πείραμα τις συγκεκριμένες ημέρες δόθηκε η δυνατότητα να διαπιστωθεί η επέκταση της καλλιεργητικής περιόδου του φθινοπώρου, χωρίς την αναγκαιότητα παροχής θέρμανσης. Αντίστοιχα και στο τρίτο πείραμα η ύπαρξη του συστήματος από την αρχή του πειράματος έδωσε τη δυνατότητα να διαπιστωθεί η μείωση των ημερών παροχής θέρμανσης κατά την ανοιξιάτικη καλλιεργητική περίοδο. Η μεθοδολογία των εμπλουτισμών με CO 2, η οποία εφαρμόστηκε, είναι αυτή που περιγράφεται στο υποκεφάλαιο 7.1.1. 201

7.3.3.Αποτελέσματα 7.3.3.1.Φθινοπωρινή περίοδος, δεύτερο πείραμα, (Οκτώβριος- Νοέμβριος 2004) Για να διαπιστωθεί αν ο εμπλουτισμός με CO 2 με τη μεθοδολογία εφαρμογής η οποία προαναφέρθηκε οδηγεί στη βελτίωση της απόδοσης του παθητικού ηλιακού συστήματος, δημιουργήθηκαν για κάθε νύχτα συγκριτικές καμπύλες θερμοκρασιών του αέρα, του νερού των σωλήνων και του εδάφους μεταξύ των δύο θερμοκηπίων. Από την ανάλυση αυτών των καμπυλών προκύπτει ότι υπάρχουν διαφορές στις θερμοκρασίες νυκτός των δύο θερμοκηπίων και ότι το μέγεθος των διαφορών συσχετίζεται με τη διάρκεια του εμπλουτισμού της προηγούμενης ημέρας και κατ επέκταση από την επιπλέον διάρκεια αερισμού του θερμοκηπίου μάρτυρα, χωρίς όμως αυτό να ισχύει απόλυτα για όλες της ημέρες. Ο συσχετισμός αυτός στην παρούσα μελέτη εμφανίζεται εντονότερα απ ό,τι στην προηγούμενη μελέτη, αν και η διαφορά στη διάρκεια αερισμού των δύο θερμοκηπίων κυμάνθηκε και πάλι από 3 ως 8 ώρες ανά ημέρα περίπου. Για πολλές ημέρες παρατηρήθηκε ότι, όταν η διαφορά στη διάρκεια αερισμού μεταξύ των δύο θερμοκηπίων υπερέβαινε τις 3.5 ως 4 ώρες κατά τη διάρκεια της ημέρας, η διαφορά στη θερμοκρασία του αέρα την επερχόμενη νύχτα υπερέβαινε τον 1 ο C. Παρακάτω δίνεται ένα ενδεικτικό παράδειγμα δύο ημερών, (23.10.04 και 05.11.04) με διαφορετική διάρκεια εμπλουτισμού- αερισμού και με τις αντίστοιχες διαφοροποιήσεις των θερμοκρασιών κατά τη διάρκεια των επακόλουθων νυχτών: Στις 23.10.04 ο εμπλουτισμός με CO 2 στο πειραματικό θερμοκήπιο ήταν εφικτός μόνο τις πρωινές και απογευματινές ώρες για ένα συνολικό χρονικό διάστημα 3 ωρών και 30 λεπτών, εξαιτίας των σχετικά υψηλών θερμοκρασιών που επικρατούσαν. Τα παράθυρα του πειραματικού θερμοκηπίου παρέμειναν κλειστά 3 ώρες και 15 λεπτά περισσότερο σε σχέση με τα παράθυρα του θερμοκηπίου- μάρτυρα. Οι διαφοροποιήσεις των θερμοκρασιών κατά τη διάρκεια της επακόλουθης νύχτας μεταξύ των δύο θερμοκηπίων δίνονται στο σχήμα 7.4. Όπως προκύπτει από το σχήμα 7.4, η διαφορά στη θερμοκρασία του αέρα των δύο θερμοκηπίων ήταν της τάξης των 0.9 o C, στη δύση του ηλίου (18:33). Κατά τη διάρκεια της νύχτας, η διαφορά αυτή μειώθηκε σταδιακά και τις πρώτες πρωινές ώρες η διαφορά θερμοκρασίας ήταν 0.3 o C. 202

Θερμοκήπιο- μάρτυρας Πειραματικό θερμοκήπιο 26 24 22 20 18 16 14 18.33 19.13 19.53 20.33 21.13 21.53 22.33 23.13 23.53 00.33 01.13 01.53 02.33 03.13 03.53 04.33 Θερμοκρασία αέρα ( o C) 05.13 05.53 06.33 07.13 Ώρα Θερμοκήπ ιο- μάρτυρας Πειραματικό θερμοκήπ ιο Θερμοκρασία νερού ( ο C) 26 24 22 20 18 16 14 18.33 19.13 19.53 20.33 21.13 21.53 22.33 23.13 23.53 00.33 01.13 01.53 02.33 03.13 03.53 04.33 05.13 05.53 06.33 07.13 Ώρα Θερμοκήπ ιο- μάρτυρας Πειραματικό θερμοκήπ ιο Θερμοκρασία εδάφους ( ο C) 26 24 22 20 18 16 14 18.33 19.13 19.53 20.33 21.13 21.53 22.33 23.13 23.53 00.33 01.13 01.53 02.33 03.13 03.53 04.33 05.13 05.53 06.33 07.13 Ώρα Σχήμα 7.4. Διαφοροποίηση της θερμοκρασίας του αέρα, του νερού των σωλήνων και του εδάφους των δύο θερμοκηπίων κατά τη διάρκεια της νύχτας 23.10.04-24.10.04 203

Η θερμοκρασία του νερού των σωλήνων του πειραματικού θερμοκηπίου ήταν επίσης υψηλότερη από αυτή του θερμοκηπίου- μάρτυρα. Η διαφορά θερμοκρασίας από τη δύση έως την ανατολή του ηλίου κυμάνθηκε μεταξύ 0.7 και 1.8 o C. Η μεταβολή της θερμοκρασίας των εδαφών πραγματοποιήθηκε με σχετικά σταθερό ρυθμό και επικράτησε μια διαφορά στη θερμοκρασία του εδάφους των δύο θερμοκηπίων, η οποία κυμάνθηκε από 1.7 o C (δύση του ηλίου) έως 1.4 o C (ανατολή του ηλίου). Στις 5.11.04 ο εμπλουτισμός με CO 2 στο πειραματικό θερμοκήπιο ήταν εφικτός για περισσότερο χρόνο από ό,τι στις 23.10. Συγκεκριμένα τα παράθυρα του πειραματικού θερμοκηπίου παρέμειναν κλειστά κατά 7 ώρες και 30 λεπτά περισσότερο σε σχέση με τα παράθυρα του θερμοκηπίου- μάρτυρα. Οι διαφοροποιήσεις των θερμοκρασιών κατά τη διάρκεια της επακόλουθης νύχτας μεταξύ των δύο θερμοκηπίων δίνονται στο σχήμα 7.5. Σύμφωνα με το σχήμα 7.5, κατά τη δύση του ηλίου (18:23), επικρατούσε διαφορά στη θερμοκρασία του αέρα των δύο θερμοκηπίων της τάξης των 2.7 o C. Με την πάροδο των ωρών, η διαφορά αυτή μειωνόταν και κατά την ανατολή του ηλίου (07:43), περιορίστηκε στους 1.57 o C. Επίσης η θερμοκρασία του νερού των σωλήνων και του εδάφους στο πειραματικό θερμοκήπιο κυμάνθηκε σε υψηλότερα επίπεδα σε σχέση με αυτή του θερμοκηπίουμάρτυρα. Συγκεκριμένα η διαφορά στη θερμοκρασία του νερού των σωλήνων από τη δύση ως την ανατολή του ηλίου διαμορφώθηκε από τους 3.32 o C στους 2.92 o C αντίστοιχα και η διαφορά στη θερμοκρασία του εδάφους από τους 2.9 o C στους 2 o C. Συγκρίνοντας τις δύο νύχτες του παραδείγματος εξάγονται τα παρακάτω συμπεράσματα: Η διαφορά στη θερμοκρασία του αέρα των δύο θερμοκηπίων ήταν μεγαλύτερη τη νύχτα μεταξύ 5.11. και 6.11. από ό,τι τη νύχτα μεταξύ 23.10. και 24.10. Η διαφορά αυτή οφείλεται στο γεγονός ότι η διάρκεια του αερισμού του θερμοκηπίου- μάρτυρα στις 5.11. ήταν κατά 4 ώρες και 15 λεπτά μεγαλύτερη από ό,τι στις 23.10., επιτρέποντας έτσι το παθητικό ηλιακό σύστημα του πειραματικού θερμοκηπίου να συλλέξει περισσότερη ενέργεια στις 5.11. 204

Θερμοκήπιο- μάρτυρας Πειραματικό θερμοκήπιο 26 24 22 20 18 16 14 12 10 18.23 19.03 19.43 20.23 21.03 21.43 22.23 23.03 23.43 00.23 01.03 01.43 02.23 03.03 03.43 04.23 05.03 05.43 06.23 07.03 07.43 Θερμοκρασία αέρα ( o C) Ώρα Θερμοκήπιο- μάρτυρας Πειραματικό θερμοκήπιο Θερμοκρασία νερού ( o C) 26 24 22 20 18 16 14 12 10 18.23 19.03 19.43 20.23 21.03 21.43 22.23 23.03 23.43 00.23 01.03 01.43 02.23 03.03 03.43 04.23 05.03 05.43 06.23 07.03 07.43 Ώρα Θερμοκήπ ιο- μάρτυρας Πειραματικό Θερμοκήπ ιο Θερμοκρασία εδάφους ( o C) 26 24 22 20 18 16 14 12 10 18.23 19.03 19.43 20.23 21.03 21.43 22.23 23.03 23.43 00.23 01.03 01.43 02.23 03.03 03.43 04.23 05.03 05.43 06.23 07.03 07.43 Ώρα Σχήμα 7.5. Διαφοροποίηση της θερμοκρασίας του αέρα, του νερού των σωλήνων και του εδάφους των δύο θερμοκηπίων κατά τη διάρκεια της νύχτας 5.11.04-6.11.04 205

Επίσης τη νύχτα 5.11.-6.11. τόσο στο νερό των σωλήνων όσο και στο έδαφος, η διαφορά στη θερμοκρασία μεταξύ του πειραματικού θερμοκηπίου και του θερμοκηπίου- μάρτυρα ήταν μεγαλύτερη σε σχέση με την αντίστοιχη διαφορά θερμοκρασίας της νύχτας 23.10.-24.10. Και στις δύο νύχτες οι θερμοκρασίες του νερού των σωλήνων και του εδάφους δεν παρουσίασαν απότομες διακυμάνσεις, εξαιτίας της μεγαλύτερης θερμοχωρητικότητας του νερού και του εδάφους σε σχέση με τον αέρα. Έτσι η θερμοκρασία του νερού των σωλήνων και του εδάφους έπεφτε με πιο σταθερό ρυθμό σε σχέση με αυτή του αέρα. Εκτός από τη σύγκριση των δύο νυχτών του παραδείγματος προκύπτουν και κάποιες αξιοσημείωτες παρατηρήσεις στη θερμοκρασία του αέρα των δύο θερμοκηπίων για κάθε νύχτα χωριστά: Τη νύχτα 23.10.-24.10. η θερμοκρασία του αέρα του θερμοκηπίου- μάρτυρα έπεσε κάτω από τους 16 o C στις 4:53, ενώ του πειραματικού θερμοκηπίου στις 7:03, μισή ώρα περίπου πριν την ανατολή του ηλίου, (σημείο ισοστάθμισης του φωτός). Τη νύχτα 5.11.-6.11. η θερμοκρασία του αέρα του θερμοκηπίου- μάρτυρα έπεσε κάτω από τους 16 o C στις 20:03, ενώ του πειραματικού θερμοκηπίου στις 22:23. Αντίστοιχα κάτω από τους 12 o C η θερμοκρασία του αέρα του θερμοκηπίου- μάρτυρα έπεσε στις 2:03, ενώ του πειραματικού θερμοκηπίου στις 7:03. Όπως αναφέρθηκε, η θερμοκρασία των 16 o C είναι η άριστη θερμοκρασία νυκτός, κάτω από την οποία δυσχεραίνεται η φυσιολογική λειτουργία των φυτών. Συνεπώς κάτω από τους 16 o C απαιτείται παροχή θέρμανσης. Από τα προαναφερόμενα προκύπτει ότι η τεχνητή θέρμανση στο θερμοκήπιο- μάρτυρα θα ήταν απαραίτητο να ενεργοποιηθεί 2 ώρες και 10 λεπτά τη νύχτα 23.10.-24.10. και 2 ώρες και 20 λεπτά τη νύχτα 5.11.-6.11. νωρίτερα από ό,τι στο πειραματικό θερμοκήπιο. Η επιλογή της διατήρησης της θερμοκρασίας του αέρα στους 16 o C τη νύχτα σ ένα θερμοκήπιο εξαρτάται από το κόστος της τεχνητής θέρμανσης. Μπορεί να υπάρξει μια ανοχή στη μείωση της απόδοσης της καλλιέργειας, εάν κρίνεται ότι το κόστος θέρμανσης είναι υψηλό για τη διατήρηση των 16 o C. Οι 12 o C όμως είναι το θερμοκρασιακό όριο νυκτός, κάτω από το οποίο προκύπτουν σοβαρές πλέον επιπτώσεις στην ανάπτυξη και στην απόδοση των C 3 φυτών και τότε η παροχή θέρμανσης αποτελεί μια αναγκαιότητα. Στο παράδειγμα της νύχτας 5.11.-6.11. η 206

παροχή θέρμανσης θα έπρεπε να ενεργοποιηθεί 5 ώρες νωρίτερα στο θερμοκήπιομάρτυρα απ ό,τι στο πειραματικό θερμοκήπιο, για να μην πέσει η θερμοκρασία κάτω από τους 12 o C. Αναλύοντας τις διαφοροποιήσεις των θερμοκρασιών για όλες τις νύχτες που διήρκεσαν οι μετρήσεις (από τις 18.10. ως τις 25.11.) και θέτοντας ως θερμοκρασία έναρξης της τεχνητής θέρμανσης τους 12 με 16 o C, διαπιστώθηκε ότι για 14 νύχτες δεν ήταν απαραίτητη η παροχή θέρμανσης στο πειραματικό θερμοκήπιο και για τις υπόλοιπες ήταν απαραίτητη από μία έως έξι ώρες αργότερα από ό,τι στο θερμοκήπιομάρτυρα. Το γεγονός αυτό είναι και η σημαντικότερη συμβολή στην εξοικονόμηση ενέργειας που επιφέρει η συγκεκριμένη μέθοδος βελτίωσης του παθητικού ηλιακού συστήματος. Επίσης από την ίδια ανάλυση προέκυψε ότι οι διαφορές στη θερμοκρασία του αέρα του πειραματικού θερμοκηπίου και του θερμοκηπίου- μάρτυρα για όλες τις νύχτες των μετρήσεων κυμάνθηκαν από 0.3 έως 2.9 ο C. Ενδιαφέρον παρουσιάζει και η ανάλυση των διαφοροποιήσεων στη θερμοκρασία των εδαφών μεταξύ των δύο θερμοκηπίων. Οι διαφορές αυτές για όλες τις νύχτες των μετρήσεων ήταν της τάξης των 0.4 έως 3.5 ο C. Η αύξηση της θερμοκρασίας του εδάφους, εξαιτίας της μεταφοράς θερμότητας με αγωγή από το παθητικό ηλιακό σύστημα προς το έδαφος επηρεάζει θετικά την ανάπτυξη του ριζικού συστήματος, καθώς αυτό προσλαμβάνει με μεγαλύτερη ευκολία τα θρεπτικά στοιχεία και το νερό. Παράλληλα η βελτίωση της λειτουργίας του ριζικού συστήματος επηρεάζει θετικά την ανάπτυξη του υπέργειου τμήματος. Στον πίνακα 7.1, δίνεται η διαφοροποίηση της θερμοκρασίας του εδάφους των δύο θερμοκηπίων για διάφορες ενδεικτικές νύχτες. 207

Πίνακας 7.1. Διαφοροποίηση στη θερμοκρασία του εδάφους των δύο θερμοκηπίων για διάφορες νύχτες της φθινοπωρινής περιόδου, κατά τη δύση και κατά την ανατολή του ηλίου Ημερομηνία Πειραματικό θερμοκήπιο θερμοκρασία κατά τη δύση του ηλίου ( o C) θερμοκρασία κατά τη δύση του ηλίου ( o C) Διαφορά κατά τη δύση του ηλίου ( o C) Πειραματικό θερμοκήπιο θερμοκρασία κατά την ανατολή του ηλίου ( o C) Θερμοκήπιομάρτυρας Θερμοκήπιομάρτυρας θερμοκρασία κατά την ανατολή του ηλίου ( o C) Διαφορά κατά την ανατολή του ηλίου ( o C) Νύχτα 22.10.- 23.10. Νύχτα 26.10-27.10. Νύχτα 09.11.- 10.11. Νύχτα 12.11.- 13.11. Νύχτα 24.11.- 25.11. 24.51 21.44 3.07 23.24 20.48 2.76 24.74 21.32 3.42 21.71 19.18 2.53 20.94 17.82 3.12 18.52 16 2.52 20.84 17.69 3.15 19.7 16.89 2.81 13.48 12.06 1.42 10.9 10.47 0.43 Υπολογισμός και σύγκριση των ενεργειακών διαφορών μεταξύ των δύο θερμοκηπίων για τις νύχτες 23.10.04-24.10.04 και 5.11.04-6.11.04. Εφαρμόζοντας τη σχέση (1) στο παράδειγμα της νύχτας 23.10.-24.10. και στο παράδειγμα της νύχτας 5.11.-6.11. προκύπτουν τα ενεργειακά διαγράμματα που απεικονίζονται στα σχήματα 7.6 και 7.7 αντίστοιχα. Ολοκληρώνοντας τις καμπύλες q π και q μ του σχήματος 7.6, ως προς το χρόνο (σύμφωνα με τη σχέση (2) για ένα σύνολο 790 min), υπολογίζεται η διαφορά στα ποσά της ενέργειας μεταξύ των δύο θερμοκηπίων καθ όλη τη διάρκεια της νύχτας (σκιαγραφημένη περιοχή). Η διαφορά αυτή είναι ίση με 4645.403 Wm -2 min. Με αναγωγή αυτής της τιμής ανά ώρα και για όλη την έκταση του θερμοκηπίου (140m 2 ), προκύπτει ότι η διαφορά ενέργειας μεταξύ των δύο θερμοκηπίων είναι 10.84 kwh. Η ενέργεια αυτή περιέχεται σε 0.93 Kg ισοδύναμου πετρελαίου. Με τον ίδιο τρόπο ολοκληρώνοντας τις καμπύλες q π και q μ του σχήματος 7.7, ως προς το χρόνο (σύμφωνα με τη σχέση (2) για ένα σύνολο 830 min), υπολογίζεται ότι η διαφορά ενέργειας μεταξύ των δύο θερμοκηπίων καθ όλη τη διάρκεια της νύχτας 208

είναι 21052.12 Wm -2 min. Με την αντίστοιχη αναγωγή προκύπτει ότι η διαφορά ενέργειας μεταξύ των δύο θερμοκηπίων είναι 49.122 kwh. Η ενέργεια αυτή περιέχεται σε 4.21 Kg ισοδύναμου πετρελαίου. 140 Θερμική ενέργεια (Wm -2 ) 120 100 80 60 40 20 q μ q π 0 18.33 19.13 19.53 20.33 21.13 21.53 22.33 23.13 23.53 00.33 01.13 01.53 02.33 03.13 03.53 04.33 05.13 05.53 06.33 07.13 Ώρα Σχήμα 7.6. Μεταβολή των θερμικών απωλειών του πειραματικού θερμοκηπίου (q π ) και του θερμοκηπίου- μάρτυρα (q μ ) κατά τη διάρκεια της νύχτας 23.10.04-24.10.04 140 Θερμική ενέργεια (Wm -2 ) 120 100 80 60 40 20 q μ q π 0 18.23 19.03 19.43 20.23 21.03 21.43 22.23 23.03 23.43 00.23 01.03 01.43 02.23 03.03 03.43 04.23 05.03 05.43 06.23 07.03 07.43 Ώρα Σχήμα 7.7. Μεταβολή των θερμικών απωλειών του πειραματικού θερμοκηπίου (q π ) και του θερμοκηπίου- μάρτυρα (q μ ) κατά τη διάρκεια της νύχτας 5.11.04-6.11.04 209

Συγκρίνοντας τις δύο νύχτες μεταξύ τους εξάγεται το συμπέρασμα ότι η μεγαλύτερη διάρκεια εμπλουτισμού με CO 2 κατά τη διάρκεια της προηγηθείσας ημέρας συνέβαλε αποφασιστικά στην αποθήκευση μεγαλύτερων ποσών ενέργειας κατά τη διάρκεια της επερχόμενης νύχτας. Συγκεκριμένα η διαφορά στη διάρκεια εφαρμογής του εμπλουτισμού κατά 4 ώρες και 15 λεπτά μεταξύ των ημερών 5.11. και 23.10 είχε ως αποτέλεσμα η διαφορά στα ποσά ενέργειας μεταξύ των δύο θερμοκηπίων να είναι σχεδόν πενταπλάσια (10.84 kwh έναντι 49.122 kwh), τη νύχτα 5.11.-6.11. απ ότι τη νύχτα 23.10.-24.10. Στο παράδειγμα που προαναφέρθηκε για τις νύχτες 23.10.-24.10. και 5.11.-6.11. η πτώση της θερμοκρασίας του εξωτερικού αέρα ήταν ομαλή με αποτέλεσμα και η μεταβολή της θερμοκρασίας του αέρα μέσα στα θερμοκήπια να είναι αντίστοιχα ομαλή. Υπήρξαν όμως και ορισμένες νύχτες, στις οποίες η θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα παρουσίαζε έντονες διακυμάνσεις. Στο σχήμα 7.8, δίνονται οι μεταβολές στις θερμοκρασίες των δύο θερμοκηπίων για τη νύχτα 19.11.-20.11., κατά τη διάρκεια της οποίας σημειώθηκαν έντονες μεταβολές στη θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα. Οι μεταβολές αυτές επηρέασαν αντίστοιχα και τις θερμοκρασίες του εσωτερικού των θερμοκηπίων. Σημειώνεται ότι την προηγούμενη ημέρα στις 19.11. η διάρκεια του εμπλουτισμού ήταν 3 ώρες και 50 λεπτά. Όπως προκύπτει από το σχήμα 7.8, η θερμοκρασία του αέρα του θερμοκηπίουμάρτυρα ακολουθεί με πιο έντονο ρυθμό τις μεταβολές της θερμοκρασίας του εξωτερικού αέρα σε σχέση με τη θερμοκρασία του πειραματικού θερμοκηπίου. Αυτό φαίνεται ιδιαίτερα μετά τις 2:59, όταν η θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα άρχισε να ελαττώνεται με πολύ έντονο ρυθμό και η μεταβολή αυτή επηρέασε περισσότερο τη θερμοκρασία του αέρα του θερμοκηπίου- μάρτυρα. 210

Θερμοκήπιο- μάρτυρας Πειραματικό θερμοκήπιο Εξωτερική θερμοκρασία 18 16 14 12 10 8 6 4 17.59 18.39 19.19 19.59 20.39 21.19 21.59 22.39 23.19 23.59 00.39 01.19 01.59 02.39 03.19 Θερμοκρασία αέρος ( ο C) 03.59 04.39 05.19 05.59 06.39 07.19 07.59 Ώρα Θερμοκήπ ιο- μάρτυρας Πειραματικό θερμοκήπ ιο Θερμοκρασία νερού ( ο C) 18 16 14 12 10 8 6 4 17.59 18.39 19.19 19.59 20.39 21.19 21.59 22.39 23.19 23.59 00.39 01.19 01.59 02.39 03.19 03.59 04.39 05.19 05.59 06.39 07.19 07.59 Ώρα Θερμοκήπιο- μάρτυρας Πειραματικό θερμοκήπιο Θερμοκρασία εδάφους ( ο C) 18 16 14 12 10 8 6 4 18.09 18.49 19.29 20.09 20.49 21.29 22.09 22.49 23.29 00.09 00.49 01.29 02.09 02.49 03.29 04.09 04.49 05.29 06.09 06.49 07.29 Ώρα Σχήμα 7.8. Διαφοροποίηση της θερμοκρασίας του αέρα, του νερού των σωλήνων και του εδάφους των δύο θερμοκηπίων τη νύχτα 19.11.04-20.11.04, κατά τη διάρκεια της οποίας σημειώθηκαν έντονες διακυμάνσεις της εξωτερικής θερμοκρασίας 211

Η αδράνεια στη μεταβολή της θερμοκρασίας του πειραματικού θερμοκηπίου παρουσιάστηκε εξαιτίας του υψηλότερου ποσού ενέργειας που απορρόφησε το παθητικό ηλιακό σύστημα κατά την εφαρμογή του εμπλουτισμού με CO 2. Εντούτοις, οι θερμοκρασίες των δύο θερμοκηπίων στην ανατολή του ηλίου έτειναν να εξισωθούν, εξαιτίας της απότομης και υπερβολικής πτώσης της θερμοκρασίας του εξωτερικού αέρα. Συγκεκριμένα, κατά τη δύση του ηλίου η διαφορά της θερμοκρασίας του αέρα ήταν 1.1 o C, και κατά την ανατολή του ηλίου, η διαφορά ελαττώθηκε στους 0.7 o C. Από τα παραπάνω προκύπτει ότι κατά τη διάρκεια νυχτών, στις οποίες σημειώθηκαν έντονες διακυμάνσεις στη θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα, η θερμοκρασία του αέρα του πειραματικού θερμοκηπίου όχι μόνο κυμάνθηκε σε υψηλότερα επίπεδα, αλλά ακολούθησε και με λιγότερο έντονο ρυθμό τις διακυμάνσεις αυτές σε σχέση με τη θερμοκρασία του αέρα του θερμοκηπίου- μάρτυρα. Η εξομάλυνση των απότομων μεταβολών της θερμοκρασίας είναι ευεργετική για τα φυτά, γιατί τα βοηθάει να προσαρμοστούν καλύτερα στα νέα θερμοκρασιακά δεδομένα. Από τις απότομες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας του εξωτερικού αέρα επηρεάστηκε επίσης περισσότερο η θερμοκρασία του νερού των σωλήνων του θερμοκηπίουμάρτυρα από ό,τι του πειραματικού θερμοκηπίου. Τέλος, η θερμοκρασία του εδάφους δεν έδειξε να επηρεάζεται από τις απότομες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας του εξωτερικού αέρα. Ενδιαφέρον παρουσιάζει ο υπολογισμός των ενεργειακών διαφορών μεταξύ των δύο θερμοκηπίων κατά τη διάρκεια της νύχτας αυτού του παραδείγματος (19.11.04-20.11.04). Εφαρμόζοντας τη σχέση (1) στα θερμοκρασιακά δεδομένα του σχήματος 7.8 για τη θερμοκρασία του αέρα, προκύπτει το ενεργειακό διάγραμμα του σχήματος 7.9. Όπως προκύπτει από το σχήμα 7.9, η θερμική ενέργεια του πειραματικού θερμοκηπίου (q π ), κατά τη διάρκεια της νύχτας μειώθηκε από τα 38.73 Wm -2 στα 24.26 Wm -2. Αντίστοιχα του θερμοκηπίου- μάρτυρα η θερμική ενέργεια (q μ ) μειώθηκε από τα 23.67 Wm -2 στα 11.47 Wm -2. Συμπεραίνεται ότι η θερμικές απώλειες κατά τη διάρκεια της νύχτας του πειραματικού θερμοκηπίου ήταν 37.36% και του θερμοκηπίου- μάρτυρα 51.54%. 212

140 120 100 80 60 40 20 0 17.59 18.49 19.39 20.29 21.19 22.09 22.59 23.49 00.39 01.29 02.19 03.09 03.59 04.49 05.39 06.29 07.19 08.09 Θερμική ενέργεια (Wm -2 ) q π q μ Ώρα Σχήμα 7.9. Μεταβολή των θερμικών απωλειών του πειραματικού θερμοκηπίου (q π ) και του θερμοκηπίου- μάρτυρα (q μ ) κατά τη διάρκεια της νύχτας 19.11.04-20.11.04 Ολοκληρώνοντας και σε αυτό το παράδειγμα τις καμπύλες q π και q μ του σχήματος 7.9, ως προς το χρόνο (σύμφωνα με τη σχέση (2) για ένα σύνολο 860 min), υπολογίζεται ότι η διαφορά ενέργειας μεταξύ των δύο θερμοκηπίων καθ όλη τη διάρκεια της νύχτας είναι 13214.61 Wm -2 min ή 30.834 kwh. Η ενέργεια αυτή περιέχεται σε 2.64 Kg ισοδύναμου πετρελαίου. Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα αυτής της νύχτας με τα αποτελέσματα άλλων νυχτών, όπου κατά τη διάρκεια της προηγηθείσας ημέρας η εφαρμογή του εμπλουτισμού με CO 2 δεν ξεπέρασε τις 3 ως 4 ώρες, προκύπτει το συμπέρασμα ότι η διαφορά ενέργειας των 30.834 kwh μεταξύ των δύο θερμοκηπίων είναι μεγάλη. Για παράδειγμα αν και η διάρκεια του εμπλουτισμού με CO 2 του πειραματικού θερμοκηπίου στις 23.10. δεν είχε μεγάλη διαφορά με τη διάρκεια εμπλουτισμού στις 19.11., εντούτοις η διαφορά ενέργειας μεταξύ των δύο θερμοκηπίων τη νύχτα 23.10.- 24.10. ήταν μόνο 10.84 kwh. Δηλαδή περίπου 3 φορές λιγότερη απ ότι τη νύχτα 19.11.-20.11.. Η διαπίστωση αυτή ερμηνεύεται με τη βοήθεια του σχήματος 7.9., όπου μετά τις 2:59, (απότομη πτώση της εξωτερικής θερμοκρασίας, σχήμα 7.8) παρουσιάζονται έντονες θερμικές απώλειες του θερμοκηπίου-μάρτυρα με αποτέλεσμα να αυξάνεται η ενεργειακή διαφορά μεταξύ των δύο θερμοκηπίων, 213

(σκιαγραφημένη περιοχή). Από το παράδειγμα αυτό εξάγεται το συμπέρασμα ότι ο εμπλουτισμός με CO 2 σε θερμοκήπια εξοπλισμένα με παθητικό ηλιακό σύστημα συμβάλει θετικά στη διατήρηση της θερμικής τους ενέργειας, όταν υπάρχει έντονη πτώση της εξωτερικής θερμοκρασίας. Συγκεντρώνοντας τα αποτελέσματα από όλες τις νύχτες (18.10.04 ως 25.11.04) που διήρκεσαν οι μετρήσεις προκύπτει το συμπέρασμα ότι η συνολική θερμική ενέργεια στο πειραματικό θερμοκήπιο κυμάνθηκε από 10.6 ως 53.08 kwh υψηλότερα απ ότι στο θερμοκήπιο- μάρτυρα. Κατά μέσο όρο δηλαδή η διαφορά στη θερμική ενέργεια μεταξύ των δύο θερμοκηπίων ήταν περίπου 31.84 kwh για κάθε νύχτα. Η ενέργεια αυτή περιέχεται σε 2.73 Kg ισοδύναμου πετρελαίου. Με αναγωγή αυτών των τιμών για θερμοκήπιο έκτασης ενός στρέμματος προκύπτει μια διαφορά στη θερμική ενέργεια μεταξύ των δύο θερμοκηπίων ίση με 227.43 kwh/στρέμμα και μια ποσότητα ισοδύναμου πετρελαίου ίση με 19.49 Kg/στρέμμα για κάθε νύχτα κατά μέσο όρο. Για όλη την περίοδο των μετρήσεων (39 νύχτες) η ποσότητα ισοδύναμου πετρελαίου υπολογίζεται ίση με 760 Kg/στρέμμα. Στην πράξη η ποσότητα αυτή πετρελαίου αυξάνεται κατά ένα ποσοστό, ανάλογα με το βαθμό απόδοσης του καυστήρα. 214

7.3.3.2.Ανοιξιάτικη περίοδος, τρίτο πείραμα, (Απρίλιος- Μάιος 2005) Κατά τον ίδιο τρόπο με την προηγούμενη πειραματική περίοδο, έτσι και για την ανοιξιάτικη περίοδο δημιουργήθηκαν συγκριτικές καμπύλες θερμοκρασιών του αέρα, του νερού των σωλήνων και του εδάφους μεταξύ των δύο θερμοκηπίων, για να διαπιστωθεί η βελτίωση της απόδοσης του παθητικού ηλιακού συστήματος με τη συγκεκριμένη μεθοδολογία εμπλουτισμού με CO 2. Επίσης υπολογίσθηκαν οι θερμικές απώλειες των δύο θερμοκηπίων κατά τη διάρκεια της νύχτας και καθορίστηκαν οι μεταξύ τους διαφορές. Τα αποτελέσματα είναι παρόμοια με αυτά της προηγούμενης περιόδου, διαπιστώθηκαν δηλαδή διαφορές στις θερμοκρασίες των δύο θερμοκηπίων κατά τη διάρκεια της νύχτας και διαφορές στα ποσά της θερμικής ενέργειας. Το μέγεθος των διαφορών συσχετίζεται με τη διάρκεια του εμπλουτισμού της προηγούμενης ημέρας. Στο σχήμα 7.10, δίνεται ένα ενδεικτικό παράδειγμα διαφοροποίησης των θερμοκρασιών μεταξύ των δύο θερμοκηπίων για τη νύχτα 3.5.- 4.5. Κατά τη διάρκεια της προηγούμενης ημέρας (3.5.) εφαρμόστηκε πρωινός και απογευματινός εμπλουτισμός και τα παράθυρα του πειραματικού θερμοκηπίου παρέμειναν κλειστά 3 ώρες και 20 λεπτά περισσότερο από τα παράθυρα του θερμοκηπίου- μάρτυρα. Όπως φαίνεται στο σχήμα 7.10, η θερμοκρασία του αέρα του πειραματικού θερμοκηπίου ήταν σταθερά υψηλότερα από αυτή του θερμοκηπίου- μάρτυρα και μεταξύ τους επικρατούσε μια διαφορά της τάξης των 0.8-0.9 o C. Η θερμοκρασία του αέρα του θερμοκηπίου- μάρτυρα έπεσε κάτω από τους 16 o C στις 4:35, ενώ του πειραματικού θερμοκηπίου διατηρήθηκε οριακά πάνω από τους 16 o C μέχρι την ανατολή του ηλίου. Από τα προαναφερόμενα εξάγεται το συμπέρασμα, ότι στο θερμοκήπιο- μάρτυρα, η παροχή θέρμανσης θα έπρεπε να ενεργοποιηθεί ήδη από τις 4:35, ενώ στο πειραματικό θερμοκήπιο η παροχή θέρμανσης δεν θα ήταν απαραίτητη εξαιτίας της διατήρησης της θερμοκρασίας πάνω από τα ελάχιστα επιθυμητά επίπεδα. Η θερμοκρασία του νερού των σωλήνων παρουσίασε ομαλή μεταβολή και στα δύο θερμοκήπια και η μεταξύ τους διαφορά κυμάνθηκε από 2.7 έως 2.9 o C. Τέλος η διαφορά στη θερμοκρασία του εδάφους των δύο θερμοκηπίων μειώθηκε από τους 2.1 o C στους 1.8 o C από τη δύση ως την ανατολή του ηλίου. 215

Θερμοκήπιο- μάρτυρας Πειραματικό θερμοκήπιο 35 30 25 20 15 10 20.15 20.45 21.15 21.45 22.15 22.45 23.15 23.45 00.15 00.45 01.15 01.45 02.15 02.45 03.15 03.45 04.15 Θερμοκρασία αέρα ( o C) 04.45 05.15 05.45 06.15 Ώρα Θερμοκήπιο- μάρτυρας Πειραματικό θερμοκήπιο 40 Θερμοκρασία νερού ( o C) 35 30 25 20 15 10 20.15 20.45 21.15 21.45 22.15 22.45 23.15 23.45 00.15 00.45 01.15 01.45 02.15 02.45 03.15 03.45 04.15 04.45 05.15 05.45 06.15 Ώρα Θερμοκήπιο- μάρτυρας Πειραματικό θερμοκήπιο Θερμοκρασία εδάφους ( o C) 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 20.15 20.45 21.15 21.45 22.15 22.45 23.15 23.45 00.15 00.45 01.15 01.45 02.15 02.45 03.15 03.45 04.15 04.45 05.15 05.45 06.15 Ώρα Σχήμα 7.10. Διαφοροποίηση της θερμοκρασίας του αέρα, του νερού των σωλήνων και του εδάφους των δύο θερμοκηπίων κατά τη διάρκεια της νύχτας 03.05.05-04.05.05 216

Αναλύοντας τις διαφοροποιήσεις των θερμοκρασιών για όλες τις νύχτες που διήρκεσαν οι μετρήσεις (από τις 15.4. ως τις 12.05.) και θέτοντας ως θερμοκρασία έναρξης της τεχνητής θέρμανσης τους 12 με 16 o C, διαπιστώθηκε ότι για 10 νύχτες δεν ήταν απαραίτητη η παροχή θέρμανσης στο πειραματικό θερμοκήπιο και για τις υπόλοιπες ήταν απαραίτητη από 1.5 ως 6 ώρες αργότερα από ό,τι στο θερμοκήπιομάρτυρα. Επίσης η διαφοροποίηση στη θερμοκρασία του αέρα των δύο θερμοκηπίων για όλες τις νύχτες των μετρήσεων κυμάνθηκε από 0.75 έως 2.1 ο C. Η θερμοκρασία του εδάφους του πειραματικού θερμοκηπίου ήταν σταθερά πάνω από αυτήν του θερμοκηπίου μάρτυρα και κυμάνθηκε από 1.8 ο C ως 3.8 ο C, για όλη την περίοδο των μετρήσεων. Στον πίνακα 7.2, δίνεται η διαφοροποίηση της θερμοκρασίας του εδάφους των δύο θερμοκηπίων για διάφορες ενδεικτικές νύχτες. Πίνακας 7.2. Διαφοροποίηση στη θερμοκρασία του εδάφους των δύο θερμοκηπίων για διάφορες νύχτες της ανοιξιάτικης περιόδου, κατά τη δύση και κατά την ανατολή του ηλίου Ημερομηνία Νύχτα 26/04-27/04 Νύχτα 29/04-30/04 Νύχτα 02/05-03/05 Νύχτα 06/05-07/05 Νύχτα 09/05-10/05 Πειραματικό θερμοκήπιο θερμοκρασία κατά τη δύση του ηλίου ( o C) θερμοκρασία κατά τη δύση του ηλίου ( o C) Διαφορά κατά τη δύση του ηλίου ( o C) Πειραματικό θερμοκήπιο θερμοκρασία κατά την ανατολή του ηλίου ( o C) Θερμοκήπιομάρτυρας Θερμοκήπιομάρτυρας θερμοκρασία κατά την ανατολή του ηλίου ( o C) Διαφορά κατά την ανατολή του ηλίου ( o C) 28.68 25.67 3.01 24.41 21.74 2.67 30.38 26.55 3.83 25.25 22.26 2.99 29.71 27.09 2.62 25.11 23.07 2.04 27.26 24.24 3.02 24.46 21.74 2.72 29.71 25.93 3.78 25.57 22.49 3.08 Εφαρμόζοντας τη σχέση (1) στο παράδειγμα της νύχτας 03.05.05-04.05.05 που προαναφέρθηκε προκύπτει το ενεργειακό διάγραμμα του σχήματος 7.11. Με τη βοήθεια αυτού του διαγράμματος και του σχήματος 7.10 προκύπτουν οι ακόλουθες διαπιστώσεις: 217

140 120 100 80 60 40 20 0 20.15 20.45 21.15 21.45 22.15 22.45 23.15 23.45 00.15 Θερμική ενέργεια (Wm -2 ) 00.45 01.15 01.45 02.15 02.45 03.15 03.45 04.15 04.45 05.15 05.45 06.15 q μ q π Ώρα Σχήμα 7.11. Μεταβολή των θερμικών απωλειών του πειραματικού θερμοκηπίου (q π ) και του θερμοκηπίου- μάρτυρα (q μ ) κατά τη διάρκεια της νύχτας 03.05.05-04.05.05 Στις 4:35 η θερμοκρασία του θερμοκηπίου- μάρτυρα έπεσε κάτω από τα άριστα επίπεδα των 16 ο C. Υπολογίζοντας τα ποσά της ενέργειας για τη συγκεκριμένη χρονική στιγμή προκύπτει ότι q π = 57.445 Wm -2 και q μ = 46.06 Wm -2. Συνεπάγεται ότι τη δεδομένη χρονική στιγμή στο θερμοκήπιο- μάρτυρα έπρεπε να προστεθεί ένα ποσό θερμικής ισχύος της τάξης των 11.385 Wm -2 έτσι ώστε να μην πέσει η θερμοκρασία κάτω από τους 16 ο C και να εξομοιωθεί η θερμοκρασία του με αυτήν του πειραματικού θερμοκηπίου. Ολοκληρώνοντας την καμπύλη q π και την καμπύλη q μ του σχήματος 7.11, ως προς το χρόνο (σύμφωνα με τη σχέση (2) για ένα σύνολο 610 min), υπολογίζεται η διαφορά στα ποσά της ενέργειας μεταξύ των δύο θερμοκηπίων καθ όλη τη διάρκεια της νύχτας. Η διαφορά αυτή, η οποία στο σχήμα 7.11 απεικονίζεται από τη σκιαγραφημένη περιοχή, ανέρχεται σε 7249,5 Wm -2 min. Με αναγωγή αυτής της τιμής ανά ώρα και για όλη την έκταση του θερμοκηπίου (140m 2 ), προκύπτει ότι η διαφορά ενέργειας μεταξύ των δύο θερμοκηπίων είναι 16.92 kwh. Η ενέργεια αυτή περιέχεται σε 1.45 Kg ισοδύναμου πετρελαίου. Συγκεντρώνοντας και για αυτήν την πειραματική περίοδο τα αποτελέσματα από όλες τις νύχτες που διήρκεσαν οι μετρήσεις προκύπτει το συμπέρασμα ότι η αποθηκευμένη θερμική ενέργεια στο πειραματικό θερμοκήπιο κυμάνθηκε από 24.45 ως 41.76 kwh 218

υψηλότερα απ ότι στο θερμοκήπιο- μάρτυρα. Κατά μέσο όρο δηλαδή η διαφορά στη θερμική ενέργεια μεταξύ των δύο θερμοκηπίων ήταν περίπου 33.1 kwh για κάθε νύχτα. Η ενέργεια αυτή περιέχεται σε 2.84 Kg ισοδύναμου πετρελαίου. Με αναγωγή αυτών των τιμών για θερμοκήπιο έκτασης ενός στρέμματος προκύπτει μια διαφορά στη θερμική ενέργεια μεταξύ των δύο θερμοκηπίων ίση με 236.43 kwh/στρέμμα και μια ποσότητα ισοδύναμου πετρελαίου ίση με 20.26 Kg/στρέμμα για κάθε νύχτα κατά μέσο όρο. Για όλη την περίοδο των μετρήσεων (28 νύχτες) η ποσότητα ισοδύναμου πετρελαίου υπολογίζεται ίση με 567 Kg/στρέμμα. Στην πράξη η ποσότητα αυτή πετρελαίου αυξάνεται κατά ένα ποσοστό, ανάλογα με το βαθμό απόδοσης του καυστήρα. 219

7.4.Συμπεράσματα Το γενικό συμπέρασμα το οποίο εξάγεται από την παρούσα μελέτη είναι ότι η μέθοδος εμπλουτισμού CO 2 με υψηλές θερμοκρασίες επιφέρει εξοικονόμηση ενέργειας στα θερμοκήπια, ιδίως κατά τη διάρκεια της νύχτας, από τη μη χρήση ή την περιορισμένη χρήση του συστήματος τεχνητής θέρμανσης. Από την ανάλυση των πειραματικών μετρήσεων προέκυψε ότι ο εμπλουτισμός με CO 2 συμβάλλει στην καλύτερη αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας τόσο από το θερμοκήπιο όσο και από το παθητικό ηλιακό σύστημα των σωλήνων πολυαιθυλενίου με νερό. Η διατήρηση υψηλών επιπέδων CO 2 με εμπλουτισμό μείωσε τις ανάγκες αερισμού του πειραματικού θερμοκηπίου από 3 ως 8 ώρες ανά ημέρα, σε κάθε πείραμα, συμβάλλοντας έτσι στη δέσμευση μεγαλύτερων ποσών ενέργειας. Το γεγονός αυτό αποτυπώθηκε τόσο στις διαφορές των θερμοκρασιών του αέρα, του εδάφους και του νερού των σωλήνων, όσο και στη διαφορά των θερμικών απωλειών μεταξύ των δύο θερμοκηπίων κατά τη διάρκεια της νύχτας. Αναλυτικά τα συμπεράσματα, τα οποία προέκυψαν και από τα τρία πειράματα αναφέρονται παρακάτω, με την υπενθύμιση ότι το παθητικό ηλιακό σύστημα χρησιμοποιήθηκε στο δεύτερο και τρίτο πείραμα: 1.) Βρέθηκε συσχέτιση μεταξύ της διαφοράς στη διάρκεια αερισμού των δύο θερμοκηπίων την ημέρα με το μέγεθος της διαφοράς στις θερμοκρασίες τη νύχτα. Στο πρώτο πείραμα, όταν η διαφορά στη διάρκεια αερισμού μεταξύ των δύο θερμοκηπίων υπερέβαινε τις 5.5 ως 6 ώρες κατά τη διάρκεια της ημέρας, η διαφορά στη θερμοκρασία του αέρα την επερχόμενη νύχτα υπερέβαινε τον 1 ο C. Στο δεύτερο και τρίτο πείραμα η υπέρβαση του 1 ο C τη νύχτα, συνέβαινε, όταν η διαφορά στη διάρκεια αερισμού μεταξύ των δύο θερμοκηπίων υπερέβαινε τις 3.5 ως 4 ώρες κατά τη διάρκεια της προηγούμενης ημέρας. 2.) Οι θερμοκρασίες του αέρα, του εδάφους και του νερού των σωλήνων του πειραματικού θερμοκηπίου ήταν πάντα υψηλότερες, για όλες τις νύχτες των μετρήσεων και στα τρία πειράματα. Εξαίρεση αποτελούν ορισμένες νύχτες στην αρχή του πρώτου πειράματος, όπου παρατηρήθηκε σύγκλιση των θερμοκρασιών του αέρα 220

των δύο θερμοκηπίων πριν την ανατολή του ηλίου, μόνο όταν υπήρχε απότομη πτώση της εξωτερικής θερμοκρασίας σε επίπεδα κάτω των 10 ο C. 3.) Συγκεντρώνοντας τα αποτελέσματα από όλες τις νύχτες που διήρκεσαν οι μετρήσεις προέκυψε ότι οι θερμοκρασίες τόσο του αέρα όσο και του εδάφους του πειραματικού θερμοκηπίου διατηρήθηκαν σε υψηλότερα επίπεδα απ ότι αυτές του θερμοκηπίου- μάρτυρα. Συγκεκριμένα οι διαφορές στη θερμοκρασία του αέρα του πειραματικού θερμοκηπίου και του θερμοκηπίου- μάρτυρα κυμάνθηκαν από 0 έως 1.55 ο C, στο πρώτο πείραμα, από 0.3 έως 2.9 ο C, στο δεύτερο πείραμα και από 0.75 έως 2.1 ο C, στο τρίτο πείραμα. Αντίστοιχα οι διαφορές στη θερμοκρασία του εδάφους κυμάνθηκαν από 0.2 έως 2.6 ο C, στο πρώτο πείραμα, από 0.4 έως 3.5 ο C, στο δεύτερο πείραμα και από 1.8 έως 3.8 ο C, στο τρίτο πείραμα. Η αύξηση της θερμοκρασίας του εδάφους ασκεί ευεργετικά αποτελέσματα στη λειτουργία του ριζικού συστήματος και κατ επέκταση στην ανάπτυξη του φυτού. 4.) Η πτώση της θερμοκρασίας του εδάφους και του νερού των σωλήνων, ήταν πάντα πιο ομαλή από την πτώση της θερμοκρασίας του αέρα και στα δύο θερμοκήπια. Αυτό οφείλεται προφανώς στο γεγονός ότι τόσο το έδαφος όσο και το νερό παρουσιάζουν μεγαλύτερη θερμοχωρητικότητα απ ό,τι ο αέρας. 5.) Στο δεύτερο και τρίτο πείραμα η θερμοκρασία του αέρα και σε μικρότερο βαθμό η θερμοκρασία του νερού των σωλήνων του θερμοκηπίου- μάρτυρα ακολουθούσαν πιο έντονα τη μεταβολή της θερμοκρασίας του εξωτερικού αέρα κατά τη διάρκεια της νύχτας. Έτσι συμπεραίνεται ότι το παθητικό ηλιακό σύστημα συμβάλλει στην ομαλοποίηση των απότομων μεταβολών της εξωτερικής θερμοκρασίας τη νύχτα, ιδίως, αν έχει συλλέξει περισσότερη ενέργεια κατά τη διάρκεια της προηγηθείσας ημέρας. 6.) Η μεγαλύτερη συμβολή του εμπλουτισμού με CO 2 στην εξοικονόμηση ενέργειας φαίνεται από τη χρονική διαφορά έναρξης της παροχής θέρμανσης μεταξύ των δύο θερμοκηπίων κατά τη διάρκεια της νύχτας θέτοντας ως όρια έναρξης της θέρμανσης τους 16 o C με 12 o C, (άριστη θερμοκρασία νυκτός- ελάχιστη επιτρεπτή θερμοκρασία νυκτός, αντίστοιχα). Οι διαφορές στη θερμοκρασία του αέρα των θερμοκηπίων δημιούργησαν και διαφορετικές πορείες πτώσης της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της νύχτας, με αποτέλεσμα να μην ήταν καθόλου απαραίτητη η παροχή θέρμανσης στο πειραματικό θερμοκήπιο κατά 8 νύχτες, από ένα σύνολο 42 ημερών του πρώτου πειράματος, κατά 14 νύχτες από ένα σύνολο 39 ημερών του δεύτερου πειράματος και κατά 10 νύχτες από ένα σύνολο 28 ημερών του τρίτου πειράματος. Για τις υπόλοιπες 221

ημέρες παρατηρήθηκε ότι παροχή θέρμανσης στο πειραματικό θερμοκήπιο ήταν απαραίτητη από 0.5 έως 4 ώρες (πρώτο πείραμα) και από 1.5 έως 6 ώρες (δεύτερο και τρίτο πείραμα) αργότερα από ό,τι στο θερμοκήπιο- μάρτυρα. Το μεγαλύτερο μέρος του κόστους παραγωγής στα εμπορικά θερμοκήπια, όταν επικρατούν χαμηλές θερμοκρασίες, προκύπτει από τη χρήση του συστήματος θέρμανσης με συμβατικά καύσιμα, ιδίως κατά τη διάρκεια της νύχτας. Έτσι η επέκταση της καλλιεργητικής περιόδου μη εφαρμογής θέρμανσης στα εμπορικά θερμοκήπια, τόσο στο τέλος του φθινοπώρου όσο και στην αρχή της άνοιξης, επηρεάζει θετικά τη δυνατότητα παραγωγής θερμοκηπιακών προϊόντων υψηλής αξίας, εκτός εποχής, με χαμηλότερο κόστος. 7.) Υπολογίζοντας τα ποσά της θερμικής ενέργειας κατά τη δύση του ηλίου που δεσμεύτηκαν σε κάθε θερμοκήπιο προκύπτει ότι στο πειραματικό θερμοκήπιο δεσμευόταν από 10 ως 25% περισσότερη ενέργεια στο πρώτο πείραμα και από 35 ως 70% περισσότερη ενέργεια στο δεύτερο και τρίτο πείραμα (χρήση του παθητικού ηλιακού συστήματος), από ότι στο θερμοκήπιο- μάρτυρα. Το μέγεθος της διαφοράς εξαρτάται από τη διάρκεια εμπλουτισμού με CO 2 κατά την προηγηθείσα ημέρα. Στις περιπτώσεις όπου υπήρξε έντονη πτώση της εξωτερικής θερμοκρασίας, ο παραπάνω συσχετισμός έπαυε να ισχύει και η ενεργειακή διαφορά μεταξύ των δύο θερμοκηπίων παρουσίαζε απότομη αύξηση, ιδίως στο δεύτερο και τρίτο πείραμα όπου υπήρχε εγκατεστημένο το παθητικό ηλιακό σύστημα. 8.) Το θερμοκήπιο- μάρτυρας παρουσίαζε μεγαλύτερες θερμικές απώλειες κατά τη διάρκεια της νύχτας σε σύγκριση με το πειραματικό θερμοκήπιο και στα τρία πειράματα. 9.) Από την ανάλυση των θερμικών απωλειών των δύο θερμοκηπίων για όλες τις νύχτες που διήρκεσαν οι μετρήσεις, προέκυψε ότι τα ποσά της θερμικής ενέργειας στο πειραματικό θερμοκήπιο ήταν πάντοτε υψηλότερα απ ότι του θερμοκηπίουμάρτυρα. Συγκεκριμένα κατά μέσο όρο για κάθε νύχτα η συνολική διαφορά στη θερμική ενέργεια μεταξύ των δύο θερμοκηπίων ήταν 15.5 kwh στο πρώτο πείραμα, 31.84 kwh στο δεύτερο πείραμα και 33.1 kwh στο τρίτο πείραμα. Τα ενεργειακά αυτά ποσά αποδίδονται από 1.33 Kg, 2.73 Kg, και 2.84 Kg ισοδύναμου πετρελαίου αντίστοιχα. Με αναγωγή αυτών των τιμών για θερμοκήπιο έκτασης ενός στρέμματος προκύπτει μια διαφορά στη συνολική θερμική ενέργεια μεταξύ των δύο θερμοκηπίων ίση με 110.71 kwh/στρέμμα, 227.43 kwh/στρέμμα και 236.43 kwh/στρέμμα και μια ποσότητα ισοδύναμου πετρελαίου ίση με 9.5 Kg/στρέμμα, 19.49 Kg/στρέμμα και 222

20.26 Kg/στρέμμα για κάθε νύχτα κατά μέσο όρο για τα τρία πειράματα αντίστοιχα. Η ποσότητα ισοδύναμου πετρελαίου η οποία θα έπρεπε να χρησιμοποιηθεί έτσι ώστε να υπάρξει εξομοίωση των ενεργειακών διαφορών μεταξύ των δύο θερμοκηπίων, για το σύνολο των νυχτών του πρώτου, δεύτερου και τρίτου πειράματος ήταν 399 Kg/στρέμμα (για 42 νύχτες), 760 Kg/στρέμμα (για 39 νύχτες) και 567 Kg/στρέμμα (για 28 νύχτες), αντίστοιχα. Στην πράξη οι ποσότητες αυτές πετρελαίου αυξάνονται κατά ένα ποσοστό, ανάλογα με το βαθμό απόδοσης του καυστήρα. 10.) Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα του πρώτου πειράματος με αυτά του δεύτερου και τρίτου προκύπτει το συμπέρασμα ότι η χρήση του παθητικού ηλιακού συστήματος επέκτεινε τη δυνατότητα εξοικονόμησης ενέργειας με την εφαρμογή εμπλουτισμών με CO 2. Αντίστροφα και η εφαρμογή των εμπλουτισμών με CO 2 οδήγησε σε βελτίωση της αποδοτικότητας του παθητικού ηλιακού συστήματος. Το ενεργειακό όφελος το οποίο προκύπτει σε παγκόσμιο επίπεδο μπορεί να είναι σημαντικό, γιατί απ όλα τα συστήματα συλλογής της ηλιακής ενέργειας στα θερμοκήπια, κανένα δε χρησιμοποιείται σε τόσο μεγάλη έκταση από τους παραγωγούς, όπως αυτό [Hanan,1998]. Τελικά και σύμφωνα με τα προαναφερθέντα αποτελέσματα της μελέτης, ο εμπλουτισμός με CO 2, εκτός από τη βελτίωση της ανάπτυξης και απόδοσης των φυτών (πορίσματα διεθνούς βιβλιογραφίας, υποκεφάλαιο 3.3.), μπορεί να θεωρηθεί αφενός ως μια τεχνική εξοικονόμησης ενέργειας στα θερμοκήπια, και αφετέρου ως μια τεχνική βελτίωση της αποδοτικότητας του παθητικού ηλιακού συστήματος των πλαστικών σωλήνων με νερό. Επιπλέον ο περιορισμός της χρήσης συμβατικών καυσίμων στα θερμοκήπια, εξαιτίας της εξοικονόμησης ενέργειας από την εφαρμογή εμπλουτισμών με CO 2, συμβάλλει και στην προστασία του περιβάλλοντος. 223

Κεφάλαιο 8 ο Μελέτη της διακύμανσης της υγρασίας του αέρα στα θερμοκήπια κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών με CO 2 8.1.Εισαγωγή- Σκοπός της μελέτης Σκοπός της μελέτης είναι να διαπιστωθεί αν η υγρασία του αέρα του θερμοκηπίου αποτελεί περιοριστικό παράγοντα του εμπλουτισμού με CO 2 γενικότερα και πέρα από την περίοδο των μετρήσεων για τη μελέτη της εξοικονόμησης ενέργειας. Όπως ήδη αναφέρθηκε στο υποκεφάλαιο 3.8., η εφαρμογή εμπλουτισμών με CO 2 απαιτεί κάποια απαραίτητα χρονικά διαστήματα κατά τα οποία το θερμοκήπιο παραμένει κλειστό χωρίς αερισμό. Αν κατά τη διάρκεια αυτών των διαστημάτων η σχετική υγρασία δεν ξεπερνά τα άριστα επίπεδα για την ανάπτυξη των φυτών, επιτυγχάνεται η μέγιστη δυνατή διάρκεια εμπλουτισμού χωρίς να επηρεάζεται αρνητικά η ανάπτυξη των φυτών και να ευνοείται η εξάπλωση φυτοπαθολογικών ασθενειών. Κατά τις περιόδους υψηλών θερμοκρασιών, (πάνω από τους 25 ο C, από μέσα Μαΐου ως τον Σεπτέμβριο) οι περιοριστικοί παράγοντες του εμπλουτισμού είναι η θερμοκρασία και ίσως και η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας. Το θερμοκήπιο παραμένει για μικρό χρονικό διάστημα δίχως αερισμό και η σχετική υγρασία δεν προλαβαίνει συνήθως να ξεπεράσει τα ανώτερα για την ανάπτυξη των φυτών όρια. Κατά τις περιόδους μέσων θερμοκρασιών, (από 15 ο C ως 25 ο C, κατά την άνοιξη και το φθινόπωρο) το θερμοκήπιο παραμένει κλειστό για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα και η υγρασία μπορεί να αποτελέσει περιοριστικό παράγοντα του εμπλουτισμού, μόνο αν η καλλιέργεια βρίσκεται σε προχωρημένο στάδιο ανάπτυξης. Όταν επικρατούν χαμηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος (κάτω από τους 15 ο C, περίοδο του χειμώνα) τα θερμοκήπια θερμαίνονται, παραμένουν κλειστά σχεδόν όλη την ημέρα και ο εμπλουτισμός μπορεί, ανάλογα με την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας, να είναι συνεχής. Τα μικρά χρονικά διαστήματα αερισμού που εφαρμόζονται για την απομάκρυνση της υπερβολικής υγρασίας δεν επηρεάζουν σημαντικά το συνολικό χρονικό διάστημα που έχουν τα φυτά στη διάθεσή τους για να απορροφήσουν το CO 2. 224

8.2.Ερευνητικός σχεδιασμός της μελέτης Η μελέτη της διακύμανσης της σχετικής υγρασίας ολοκληρώθηκε στα πλαίσια του πρώτου και δεύτερου πειράματος και πραγματοποιήθηκε στο πειραματικό θερμοκήπιο. Τα χρονικά διαστήματα τα οποία επιλέχτηκαν, σύμφωνα με τις επικρατούσες καιρικές συνθήκες, για να πραγματοποιηθούν οι μετρήσεις ήταν στο πρώτο πείραμα ο Μάιος και ο Ιούνιος και στο δεύτερο πείραμα ο Οκτώβριος και ο Νοέμβριος. Με την επιλογή αυτών των χρονικών διαστημάτων και λαμβάνοντας υπόψη και το μεταβαλλόμενο στάδιο ανάπτυξης της καλλιέργειας μελετήθηκαν όλοι σχεδόν οι συνδυασμοί των κύριων παραγόντων που επηρεάζουν τη διακύμανση της σχετικής υγρασίας. Συγκεκριμένα: Καλλιέργεια με μικρή ως μεσαία ανάπτυξη και θερμοκρασίες κυμαινόμενες από χαμηλά σε μεσαία ως υψηλά επίπεδα, (χρονική περίοδος του Μαΐου). Καλλιέργεια με μεσαία ως υψηλή ανάπτυξη και θερμοκρασίες σε υψηλά επίπεδα, (Ιούνιος). Καλλιέργεια με μικρή ως μεσαία ανάπτυξη και θερμοκρασίες σε υψηλά ως μεσαία επίπεδα, (Οκτώβριος). Καλλιέργεια με μεσαία ως υψηλή ανάπτυξη και θερμοκρασίες κυμαινόμενες από μεσαία ως χαμηλά επίπεδα, (Νοέμβριος). Η μεθοδολογία εμπλουτισμών με CO 2 - αερισμών του θερμοκηπίου, η οποία εφαρμόστηκε είναι ίδια με αυτήν που περιγράφτηκε στο υποκεφάλαιο 7.11 για όσες ημέρες οι μετρήσεις της παρούσας μελέτης συνέπεσαν με τις μετρήσεις της μελέτης για την εξοικονόμηση ενέργειας. Για τις υπόλοιπες ημέρες ακολουθήθηκε μια λίγο διαφορετική μεθοδολογία η οποία περιγράφεται παρακάτω. 8.2.1.Μεθοδολογία των εμπλουτισμών με CO 2 Οι παράγοντες που καθόριζαν τα χρονικά διαστήματα των εμπλουτισμών ήταν η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας και η θερμοκρασία στο εσωτερικό του θερμοκηπίου. Τις πρωινές ώρες ως χρονικό διάστημα εμπλουτισμού, ορίστηκε το χρονικό διάστημα από το σημείο όπου η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας ξεπερνούσε το σημείο ισοστάθμισης του φωτός μέχρι το σημείο όπου οι 225

θερμοκρασίες υπερέβαιναν τους 30-32 ο C. Τις απογευματινές ώρες ως θερμοκρασία έναρξης των εμπλουτισμών τέθηκαν οι 27 ο C, καθώς ο ήλιος βρισκόταν στη δύση του και η θερμοκρασία στο εσωτερικό του θερμοκηπίου δεν μπορούσε να ανέλθει πάνω από τους 30-32 ο C μετά από το κλείσιμο των παραθύρων. Στην περίπτωση αυτή ο παράγοντας που καθόριζε τη διακοπή της διαδικασίας των εμπλουτισμών ήταν η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας (ένταση ηλιακής ακτινοβολίας χαμηλότερη από το σημείο ισοστάθμισης του φωτός). Στο μεσοδιάστημα της ημέρας ο εμπλουτισμός του θερμοκηπίου ήταν εφικτός για κάποιες ημέρες μόνο στο δεύτερο πείραμα (Οκτώβριο- Νοέμβριο) καθώς στο πρώτο πείραμα (Μάιο-Ιούνιο) οι θερμοκρασίες παρέμεναν σταθερά πάνω από τους 30 ο C. Η διαδικασία των εμπλουτισμών η οποία ακολουθήθηκε ήταν η εξής: 1. Έλεγχος της θερμοκρασίας, της ηλιακής ακτινοβολίας και της συγκέντρωσης του CO 2 για να διαπιστωθεί, εάν οι συνθήκες είναι κατάλληλες για εμπλουτισμό. 2. Κλείσιμο των παραθύρων. 3. Εμπλουτισμός του θερμοκηπίου με σταθερή πίεση και διατήρηση της συγκέντρωσης του CO 2 στα 1000 ppm. 4. Παρακολούθηση της μεταβολής της συγκέντρωσης του CO 2 και της θερμοκρασίας. 5. Διακοπή του εμπλουτισμού και εξαερισμός του θερμοκηπίου, όταν η θερμοκρασία ξεπερνούσε τους 30-32 ο C ή όταν η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας ήταν χαμηλότερη από το σημείο ισοστάθμισης του φωτός. Εξαίρεση σ αυτήν τη διαδικασία των εμπλουτισμών αποτέλεσε μόνο η περίοδος του δεύτερου δεκαπενθήμερου του Νοεμβρίου, κατά την οποία η θερμοκρασία στο εσωτερικό του θερμοκήπιο δεν υπερέβαινε τους 30 ο C ούτε στο μεσοδιάστημα της ημέρας με τα παράθυρα του θερμοκηπίου κλειστά. Στην περίπτωση αυτή, τη διακοπή του εμπλουτισμού και τον αερισμό του θερμοκηπίου τα καθόριζε η σχετική υγρασία. Έτσι όταν η σχετική υγρασία ανέρχονταν σε υψηλότερα, από τα άριστα για την ανάπτυξη των φυτών επίπεδα (>80%), ο εμπλουτισμός διακοπτόταν για τον αερισμό του θερμοκηπίου. 226

8.3.Αποτελέσματα 8.3.1.Πρώτο πείραμα, (Μάιος- Ιούνιος 2004) Στο πρώτο πείραμα ο εμπλουτισμός του θερμοκηπίου με CO 2 ήταν εφικτός κυρίως τις πρωινές και απογευματινές ώρες καθώς στο μεσοδιάστημα της ημέρας οι θερμοκρασίες ήταν υψηλές, με αποτέλεσμα να απαιτείται συνεχής αερισμός του θερμοκηπίου. Κατά την έναρξη των εμπλουτισμών και την διακοπή του αερισμού, η σχετική υγρασία στο εσωτερικό του θερμοκηπίου κυμαινόταν από 45-65%. Με την έναρξη των εμπλουτισμών η αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα, αν και περιόριζε το ρυθμό αύξησης της σχετικής υγρασίας εξαιτίας της αύξησης της χωρητικότητας του αέρα σε υδρατμούς, δεν απέτρεπε την ανοδική της πορεία. Η αύξηση της σχετικής υγρασίας κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών σε όλη την πειραματική περίοδο κυμάνθηκε από 5 έως 22% ανάλογα με το στάδιο ανάπτυξης της καλλιέργειας και τη χρονική διάρκεια όπου το θερμοκήπιο παρέμενε κλειστό. Πιο αναλυτικά, όταν τα φυτά ήταν σε μικρό στάδιο ανάπτυξης (1.5 μήνα μετά τη μεταφύτευση, αρχές με μέσα Μαΐου) ο εμπλουτισμός του θερμοκηπίου για χρονικό διάστημα έως 3.5 ώρες είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση της σχετικής υγρασίας έως 15%. Με δεδομένο ότι η σχετική υγρασία πριν από την έναρξη των εμπλουτισμών κυμαινόταν σε χαμηλά επίπεδα (45 έως 65%), η μέγιστη τιμή της σχετικής υγρασίας κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών δεν ανήλθε ποτέ σε υψηλότερα από τα άριστα για την ανάπτυξη των φυτών επίπεδα (75-80%). Στο σχήμα 8.1, παρουσιάζεται η μεταβολή της σχετικής υγρασίας στο εσωτερικό του θερμοκηπίου για μία ενδεικτική ημέρα, (2 Μαΐου) αυτής της περιόδου με πρωινό και απογευματινό εμπλουτισμό. Σύμφωνα με το σχήμα 8.1, η σχετική υγρασία κατά τον πρωινό εμπλουτισμό αυξήθηκε από το 54.4% στο 68.9% με διάρκεια εμπλουτισμού 2 ώρες και 50 λεπτά. Στο μεσοδιάστημα της ημέρας ο εμπλουτισμός του θερμοκηπίου δεν ήταν εφικτός, καθώς η θερμοκρασία στο εσωτερικό του θερμοκηπίου ακόμα και με συνεχή αερισμό παρέμενε σταθερά πάνω από τους 30 ο C. 227

Σχετική υγρασία Θερμοκρασία 75 70 65 60 55 50 45 40 35 8:30 9:10 9:50 10:30 11:10 11:50 12:30 13:10 13:50 14:30 15:10 15:50 16:30 17:10 17:50 18:30 19:10 19:50 % 40 35 30 25 20 15 10 ο C Ώρα Σχήμα 8.1. Μεταβολή της σχετικής υγρασίας και της θερμοκρασίας με εφαρμογή πρωινού και απογευματινού εμπλουτισμού στις 2.5.04 Στον απογευματινό εμπλουτισμό η σχετική υγρασία αυξήθηκε από το 57.3% στο 64.5%, όταν η διάρκεια του εμπλουτισμού ήταν 2 ώρες και 30 λεπτά. Όταν η καλλιέργεια ήταν σε προχωρημένο στάδιο ανάπτυξης, (περίοδος του Ιουνίου) η σχετική υγρασία παρουσίασε μεγαλύτερη αύξηση και κυμάνθηκε από 14-22%, ανάλογα με τη χρονική διάρκεια των εμπλουτισμών. Στην περίπτωση αυτή η μέγιστη τιμή της σχετικής υγρασίας κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών ξεπερνούσε τα άριστα επίπεδα για ένα μικρό χρονικό διάστημα (0.5 έως 1.5 ώρα), μόνο όταν η σχετική υγρασία πριν από την έναρξη του εμπλουτισμού κυμαινόταν από 60-65%. Η αύξηση ωστόσο της σχετικής υγρασίας πάνω από τα επιθυμητά επίπεδα για ένα τόσο μικρό χρονικό διάστημα δεν ευνοεί την εξάπλωση φυτοπαθολογικών ασθενειών και επηρεάζει ελαχιστότατα την ανάπτυξη των φυτών. Στο σχήμα 8.2, δίνεται ένα αντίστοιχο παράδειγμα πρωινού εμπλουτισμού αυτής της περιόδου. Όπως προκύπτει από το σχήμα 8.2 μετά από συνεχή αερισμό του θερμοκηπίου καθ όλη τη διάρκεια της νύχτας (θερμοκρασίες υψηλότερες από 16 o C), η σχετική υγρασία του αέρα του θερμοκηπίου πριν από την έναρξη του εμπλουτισμού ήταν 65.2%. 228

Σχετική υγρασία Θερμοκρασία 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 6:52 7:00 7:08 7:16 7:24 7:32 7:40 7:48 7:56 8:04 8:12 8:20 8:28 8:36 8:44 8:52 9:00 9:08 9:16 9:24 % 35 30 25 20 15 10 ο C Ώρα Σχήμα 8.2. Μεταβολή της σχετικής υγρασίας και της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια πρωινού εμπλουτισμού στις 16.6.04. Η διάρκεια του εμπλουτισμού ανήλθε σε 2 ώρες και 24 λεπτά. Στις 6:52 η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας ανήλθε στο σημείο ισοστάθμισης του φωτός, ο αερισμός του θερμοκηπίου σταμάτησε και ξεκίνησε ο εμπλουτισμός του θερμοκηπίου. Στις 9:16, όταν η θερμοκρασία έφθασε τους 30.2 ο C και ο εμπλουτισμός σταμάτησε (αερισμός του θερμοκηπίου), η σχετική υγρασία ανήλθε στο 86.5%. Ποσοστά υγρασίας πάνω από 80% επικράτησαν για 40 λεπτά. Η συνολική αύξηση της σχετικής υγρασίας για το χρονικό διάστημα που γινόταν στο θερμοκήπιο εμπλουτισμός ήταν 21.3%. Τις ημέρες όπου ο πρωινός εμπλουτισμός δεν ξεπερνούσε τις δύο ώρες (υψηλές θερμοκρασίες) η σχετική υγρασία παρουσίαζε μια αύξηση που κυμαινόταν από 10-17%. Οι απογευματινοί εμπλουτισμοί είχαν μια συνήθη διάρκεια από 1.5 έως 2 ώρες. Η αύξηση της σχετικής υγρασίας κατά τη διάρκεια αυτών των διαστημάτων κυμαινόταν από 7-15%. Καθώς η συγκέντρωση των υδρατμών στο θερμοκήπιο πριν από την έναρξη του εμπλουτισμού ήταν χαμηλή λόγω αερισμού ( σχετική υγρασία <55%), η σχετική υγρασία μετά τον εμπλουτισμό δεν ξεπερνούσε το 70%. Υπήρχαν όμως και ημέρες με χαμηλές για την εποχή θερμοκρασίες όπου ο εμπλουτισμός μπορούσε να διαρκέσει έως και 2.5 ώρες. Στο σχήμα 8.3, παρουσιάζεται η μεταβολή της σχετικής υγρασίας με απογευματινό εμπλουτισμό διάρκειας 2 ωρών και 22 λεπτών. 229

Σχετική υγρασία Θερμοκρασία 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 18:08 18:16 18:24 18:32 18:40 18:48 18:56 19:04 19:12 19:20 19:28 19:36 19:44 19:52 20:00 20:08 20:16 20:24 20:32 % 35 30 25 20 15 10 ο C Ώρα Σχήμα 8.3. Μεταβολή της σχετικής υγρασίας και της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια απογευματινού εμπλουτισμού στις 3.6.04. Σύμφωνα με το σχήμα 8.3, η σχετική υγρασία στις 18:08 πριν από την έναρξη του εμπλουτισμού ήταν 40.04%. Το θερμοκήπιο παρέμεινε κλειστό μέχρι τις 20:30 όταν η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας έπεσε κάτω από το σημείο ισοστάθμισης του φωτός. Στο διάστημα αυτό η σχετική υγρασία του αέρα του θερμοκηπίου αυξήθηκε από το 40.04% στο 58.2% παρουσιάζοντας μια μεταβολή της τάξεως του 18.16%. Στις 19:24 παρατηρήθηκε μια απότομη αύξηση της σχετικής υγρασίας εξαιτίας της μείωσης της θερμοκρασίας του αέρα. Εκτός από το στάδιο ανάπτυξης της καλλιέργειας ένας άλλος παράγοντας που επηρέαζε σε ορισμένες περιπτώσεις τη μεταβολή της σχετικής υγρασίας κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών ήταν η συμπύκνωση των υδρατμών στην εσωτερική επιφάνεια του υλικού κάλυψης. Η συμπύκνωση αυτή σε συνδυασμό και με την αύξηση της θερμοκρασίας (αύξηση της χωρητικότητας του αέρα σε υδρατμούς) μείωνε τη συγκέντρωση των υδρατμών στο εσωτερικό του θερμοκηπίου. Απαραίτητη προϋπόθεση για τη συμπύκνωση των υδρατμών είναι η θερμοκρασία του καλύμματος να είναι μικρότερη από τη θερμοκρασία του σημείου δρόσου του αέρα, (π.χ. σχετικά ψυχρός άνεμος, χαμηλή ένταση ηλιακής ακτινοβολίας). Σ όλες τις περιπτώσεις στις οποίες παρατηρήθηκε υγροποίηση υδρατμών στην επιφάνεια του καλύμματος κατά 230

τη διάρκεια των εμπλουτισμών η τιμή της σχετικής υγρασίας παρουσίαζε πτώση έπειτα από ανοδική πορεία και η συνολική της μεταβολή κυμάνθηκε από 5 έως 15%. Στο σχήμα 8.4, δίνεται ένα παράδειγμα μιας ημέρας, όπου παρατηρήθηκε συμπύκνωση των υδρατμών κατά τη διάρκεια πρωινού εμπλουτισμού. Ο εμπλουτισμός διήρκεσε 2 ώρες και 56 λεπτά. Η σχετική υγρασία πριν από την έναρξη Σχετική υγρασία Θερμοκρασία % 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 35 30 25 20 15 10 7:04 7:16 7:28 7:40 7:52 8:04 8:16 8:28 8:40 8:52 9:04 9:16 9:28 9:40 9:52 10:04 ο C Ώρα Σχήμα 8.4. Μεταβολή της σχετικής υγρασίας και της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια πρωινού εμπλουτισμού στις 12.6.04., όπου παρατηρήθηκε συμπύκνωση των υδρατμών στο κάλυμμα του θερμοκηπίου του εμπλουτισμού ήταν 51.2%. Η μέγιστη τιμή της σχετικής υγρασίας (70%) εμφανίστηκε 2 ώρες μετά από την έναρξη του εμπλουτισμού, ενώ από τη στιγμή αυτή και μετά μειώθηκε. Η μέγιστη αύξηση της σχετικής υγρασίας ήταν 18.8% και η τελική της τιμή 60.7%. Η συνολική μεταβολή της σχετικής υγρασίας για όλη την διάρκεια του εμπλουτισμού ανήλθε στο 9.5%. 231

8.3.2.Δεύτερο πείραμα, (Οκτώβριος- Νοέμβριος 2004) Στο δεύτερο πείραμα, όπως και στο πρώτο ο εμπλουτισμός του θερμοκηπίου με CO 2 τις περισσότερες ημέρες ήταν εφικτός μόνο τις πρωινές και απογευματινές ώρες καθώς στο μεσοδιάστημα της ημέρας οι θερμοκρασίες μέσα στο θερμοκήπιο ξεπερνούσαν τους 30 με 32 ο C. Εξαίρεση αποτέλεσε η περίοδος του δεύτερου δεκαπενθημέρου του Νοέμβριου, όπου τις περισσότερες ημέρες η θερμοκρασία στο εσωτερικό του θερμοκηπίου ήταν κάτω από τους 30 ο C καθ όλη τη διάρκεια τους. Στις περιπτώσεις αυτές ο παράγοντας, ο οποίος καθόριζε τα χρονικά διαστήματα των εμπλουτισμών ήταν η σχετική υγρασία του εσωτερικού αέρα. Συγκεκριμένα όταν η σχετική υγρασία ξεπερνούσε τα άριστα επίπεδα για την ανάπτυξη των φυτών (>80%) η διαδικασία του εμπλουτισμού σταματούσε για τον αερισμό του θερμοκηπίου. Τα αποτελέσματα από τη μελέτη της μεταβολής της σχετικής υγρασίας στο εσωτερικό του θερμοκηπίου κατά την περίοδο του Οκτωβρίου και του πρώτου δεκαπενθημέρου του Νοέμβριου ήταν παραπλήσια με αυτά του πρώτου πειράματος. Δηλαδή η σχετική υγρασία κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών δεν ξεπερνούσε τα άριστα για την ανάπτυξη των φυτών επίπεδα (70-80%) και έτσι δεν αποτελούσε περιοριστικό παράγοντα του εμπλουτισμού. Ένα αντίστοιχο παράδειγμα αυτής της περιόδου φαίνεται στο σχήμα 8.5. Σύμφωνα με το σχήμα αυτό, η σχετική υγρασία κατά την έναρξη του εμπλουτισμού στις 8:12 και μετά από αερισμό του θερμοκηπίου ήταν 56.3%. Ο εμπλουτισμός διήρκεσε 4 ώρες και 8 λεπτά. Στη διάρκεια αυτή η σχετική υγρασία έφθασε στο 77.9%. Το ποσοστό αύξησης δηλαδή της σχετικής υγρασίας ήταν 21.6%. 232

Σχετική υγρασία Θερμοκρασία % 80 35 75 30 70 25 65 20 60 55 15 50 10 45 5 40 0 8:12 8:24 8:36 8:48 9:00 9:12 9:24 9:36 9:48 10:00 10:12 10:24 10:36 10:48 11:00 11:12 11:24 11:36 11:48 12:00 12:12 12:24 12:36 Ώρα ο C Σχήμα 8.5. Μεταβολή της σχετικής υγρασίας και της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια πρωινού εμπλουτισμού στις 25.10.04. Τις ημέρες του δεύτερου δεκαπενθήμερο του Νοέμβριου, όπου οι θερμοκρασίες στο εσωτερικό του θερμοκηπίου κυμαινόταν κάτω από τους 30 ο C καθ όλη την διάρκεια τους η σχετική υγρασία έδρασε όντως περιοριστικά στον συνολικό χρόνο εφαρμογής του CO 2. Η απώλεια αυτή όμως σε χρόνο εμπλουτισμού αντισταθμίζεται από το γεγονός ότι οι χαμηλότερες θερμοκρασίες αυτών των ημερών επέτρεπαν μεγαλύτερο συνολικό χρονικό διάστημα εμπλουτισμού, καθώς μικρά χρονικά διαστήματα αερισμού επαρκούσαν για τη μείωση της συγκέντρωση των υδρατμών στο εσωτερικό του θερμοκηπίου. Στο σχήμα 8.6, δίνεται ένα αντίστοιχο παράδειγμα μιας ημέρας, όπου η θερμοκρασία στο εσωτερικό του θερμοκηπίου δεν ξεπέρασε τους 30 o C και ο εμπλουτισμός ήταν εφικτός για το μεγαλύτερο διάστημα της ημέρας. Η σχετική υγρασία με την έναρξη του εμπλουτισμού ήταν 67.1%. Στις 13:10 η σχετική υγρασία έφθασε στο 81.3% και ο εμπλουτισμός διακόπηκε για τον αερισμό του θερμοκηπίου. Η χρονική διάρκεια του εμπλουτισμού ήταν 4 ώρες και 10 λεπτά. Όταν η θερμοκρασία ανήλθε στους 25 o C και η σχετική υγρασία στο 81%, παρατηρήθηκε συμπύκνωση υδρατμών στην εσωτερική επιφάνεια του καλύμματος, γεγονός στο οποίο οφείλεται και η σταθεροποίηση στη τιμή της σχετικής υγρασίας, πριν από τον αερισμό. Καθώς η θερμοκρασία στο εσωτερικό του θερμοκηπίου παρέμενε σταθερά 233

Σχετική υγρασία Θερμοκρασία 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 9:00 9:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30 % 30 25 20 15 10 ο C Ώρα Σχήμα 8.6. Μεταβολή της σχετικής υγρασίας και της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια ολοήμερου σχεδόν εμπλουτισμού με CO 2 στις 16.11.04. κάτω από τους 30 o C, πραγματοποιήθηκε και δεύτερος εμπλουτισμός από τις 13:40 μέχρι τις 17:40, όταν η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας έπεσε κάτω από το σημείο ισοστάθμισης του φωτός. Η τιμή της σχετικής υγρασίας κατά τη διάρκεια του δεύτερου εμπλουτισμού αυξήθηκε από το 62.3% στο 76.4%. Το χρονικό διάστημα κατά το οποίο ο εμπλουτισμός με CO 2 ήταν εφικτός καθ όλη τη διάρκεια της ημέρας έφθασε τις 8 ώρες και 10 λεπτά. Αν η σχετική υγρασία δεν ήταν περιοριστικός παράγοντας του εμπλουτισμού, τότε η συνολική χρονική διάρκεια του θα ήταν 8 ώρες και 40 λεπτά. Η αναγκαιότητα δηλαδή του αερισμού μείωσε την συνολική χρονική διάρκεια εφαρμογής του εμπλουτισμού κατά 30 λεπτά. Ο συνολικός όμως χρόνος, (8 ώρες εμπλουτισμού) που έχουν τα φυτά στη διάθεση τους κατά τη διάρκεια αυτών των ημερών για να απορροφήσουν το CO 2 είναι κατά μέσο όρο διπλάσιος από ό,τι τις ημέρες κατά τις οποίες η σχετική υγρασία δεν αποτελούσε περιοριστικό παράγοντα του εμπλουτισμού. 234

8.4.Συμπεράσματα Το γενικό συμπέρασμα που προκύπτει από την μελέτη αυτή είναι ότι η σχετική υγρασία δεν μπορεί να θεωρηθεί περιοριστικός παράγοντας του εμπλουτισμού με CO 2, όταν τα χρονικά διαστήματα εφαρμογής του καθορίζονται από τη θερμοκρασία και την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας. Το συμπέρασμα άλλωστε αυτό συμπίπτει και με τα δεδομένα της διεθνούς βιβλιογραφίας. Μόνο σε δύο περιπτώσεις κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών παρατηρήθηκε ότι η σχετική υγρασία ξεπερνούσε τα άριστα για την ανάπτυξη των φυτών επίπεδα του 80%: Η πρώτη περίπτωση ήταν κατά τη διάρκεια πρωινών εμπλουτισμών με σχετικά υψηλές θερμοκρασίες, με την καλλιέργεια να βρίσκεται σε προχωρημένο στάδιο ανάπτυξης και τη σχετική υγρασία να κυμαίνεται πριν την έναρξη των εμπλουτισμών σε επίπεδα της τάξεως των 60-65%. Με αυτές τις συνθήκες η σχετική υγρασία ξεπερνούσε το 80%, (80-87%) για ένα χρονικό διάστημα από 0.5 έως 1.5 ώρα. Ωστόσο αύξηση της σχετικής υγρασίας πάνω από τα επιθυμητά επίπεδα για ένα τόσο μικρό χρονικό διάστημα δεν επηρεάζει αρνητικά την ανάπτυξη της καλλιέργειας εξαιτίας της φυσικής αδράνειας των φυτών στις απότομες μεταβολές του περιβάλλοντος. Επίσης με σχετική υγρασία 80 έως 90% για 0.5 έως 1.5 ώρα δεν μπορεί να ευνοηθεί η ανάπτυξη των μυκητολογικών ασθενειών. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι η βλάστηση των κονίδων και των σπορίων του Botrity και του Περονόσπορου αντίστοιχα απαιτεί τουλάχιστον 2 ώρες, όταν η σχετική υγρασία του αέρα είναι μεγαλύτερη από 95% και η θερμοκρασία 20-22 0 C, [Jones et.al.,1991, Zitter et. al.,1998]. Η δεύτερη περίπτωση ήταν, όταν η καλλιέργεια είχε μεγάλο στάδιο ανάπτυξης και ο εμπλουτισμός με CO 2 εφαρμοζόταν σχεδόν καθ όλη την διάρκεια της ημέρας, καθώς οι θερμοκρασίες δεν υπερέβαιναν τους 30-32 o C, (περίοδος του δεύτερου δεκαπενθημέρου του Νοεμβρίου). Σ αυτές τις περιπτώσεις ο εμπλουτισμός διακοπτόταν για μικρά χρονικά διαστήματα αερισμού. Επειδή όμως τα χρονικά διαστήματα εφαρμογής του εμπλουτισμού ήταν μεγάλα, (περίπου 8 ώρες), οι μικρές διακοπές για αερισμό δεν επηρέασαν ιδιαίτερα το συνολικό χρόνο τον οποίο είχαν τα φυτά στη διάθεσή τους για να απορροφήσουν το CO 2. Σ όλες τις άλλες περιπτώσεις εμπλουτισμών, είτε πρωινών είτε απογευματινών, η σχετική υγρασία δεν αποτέλεσε 235

περιοριστικό παράγοντα της χρονικής διάρκειας εφαρμογής του εμπλουτισμού με CO 2. Τελικά συμπεραίνεται ότι η προσπάθεια για επίτευξη εξοικονόμησης ενέργειας στα θερμοκήπια από την εφαρμογή εμπλουτισμών με CO 2, δεν περιορίζεται από την υγρασία και συνακολούθως δεν επηρεάζεται αρνητικά η ανάπτυξη των φυτών. 236

Κεφάλαιο 9 ο Μελέτη της επίδρασης του εμπλουτισμού με CO 2 στην ανάπτυξη των φυτών 9.1.Εισαγωγή- Σκοπός της μελέτης Το γεγονός ότι ο εμπλουτισμός με CO 2 των θερμοκηπίων βελτιώνει την ανάπτυξη των C 3 φυτών και οδηγεί σε θεαματική αύξηση της παραγωγής, είναι γνωστό εδώ και αρκετές δεκαετίες και εφαρμόζεται στα θερμοκήπια των αναπτυγμένων κυρίως χωρών, (υποκεφάλαια 3.2. και 3.3.). Επίσης, η μέθοδος των εμπλουτισμών με αυξημένες θερμοκρασίες εφαρμόζεται με επιτυχία στο εξωτερικό, όταν επικρατούν υψηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος, (υποκεφάλαιο 3.7.2.). Παρά τις θετικές αναφορές της μεθόδου αυτής στη διεθνή βιβλιογραφία, κρίθηκε σκόπιμο και στην παρούσα διατριβή να μελετηθεί η επίδραση της στην ανάπτυξη των φυτών, για να εξαλειφθεί και η παραμικρή υποψία ότι επηρεάζεται αρνητικά η ανάπτυξη των φυτών, εξαιτίας των αυξημένων θερμοκρασιών. Εξάλλου δεν έχει νόημα η εφαρμογή οποιασδήποτε τεχνικής εξοικονόμησης ενέργειας στα θερμοκήπια, αν αυτή επηρεάζει αρνητικά τη φυσιολογική λειτουργία των φυτών. 9.2.Ερευνητικός σχεδιασμός της μελέτης Η μελέτη της επίδρασης του εμπλουτισμού με CO 2 στα φυτά πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια και των τριών πειραμάτων. Οι καλλιέργειες, οι οποίες επιλέχθηκαν για την διεξαγωγή των πειραμάτων ήταν η πιπεριά, το αγγούρι και η τομάτα. Οι λόγοι επιλογής των συγκεκριμένων καλλιεργειών και οι τρόποι συνδυασμού τους σε κάθε πείραμα αναλύονται στο υποκεφάλαιο 6.6. Τα πειράματα στα δύο θερμοκήπια σχεδιάστηκαν με τέτοιο τρόπο (κεφάλαιο 6), ώστε τα αποτελέσματα να είναι απολύτως συγκριτικά. Στο παράρτημα της διατριβής φαίνονται εικόνες των καλλιεργειών σε διάφορα στάδια ανάπτυξής τους και στα τρία πειράματα. Οι μετρήσεις, οι οποίες αφορούν την ανάπτυξη των φυτών διήρκεσαν, όσο χρονικό διάστημα διήρκεσαν και οι μετρήσεις για τη μελέτη της επίδρασης του εμπλουτισμού 237

με CO 2 στην εξοικονόμηση ενέργειας στα θερμοκήπια, επειδή αυτή η μελέτη ήταν ο κύριος σκοπός της διατριβής. Με αυτό το δεδομένο οι μετρήσεις της ανάπτυξης των φυτών στο πρώτο πείραμα ολοκληρώθηκαν 2 μήνες μετά τη μεταφύτευση, στο δεύτερο πείραμα 2.5 μήνες μετά τη μεταφύτευση και στο τρίτο πείραμα 1.5 μήνα μετά τη μεταφύτευση. Η μεθοδολογία των εμπλουτισμών με CO 2, η οποία εφαρμόστηκε, είναι αυτή που αναλύεται στο υποκεφάλαιο 7.1.1. 9.2.1.Μεθοδολογία των μετρήσεων Οι μετρήσεις γινόταν την ίδια μέρα και στα δύο θερμοκήπια. Από τις μετρήσεις αποκλείστηκαν τα φυτά των εξωτερικών σειρών κάθε καλλιέργειας, καθώς οι παράγοντες του μικροπεριβάλλοντος είναι πιο σταθεροί και ομοιογενείς στην κεντρική περιοχή μιας καλλιέργειας, από ό,τι στην περίμετρο. Στο σχήμα 9.1, φαίνονται τα φυτά από κάθε καλλιέργεια, τα οποία συμμετείχαν στις μετρήσεις. Η μέτρηση του ύψους των φυτών τομάτας και αγγουριού πραγματοποιήθηκε με τη βοήθεια μετροταινίας, με ακρίβεια μέτρησης τα 0.5 cm. Η μέτρηση ξεκινούσε για όλα τα φυτά από τη βάση του κεντρικού βλαστού, στο σημείο όπου τελειώνει η ρίζα, μέχρι το ανώτερο σημείο της κορυφής. Επίσης με μετροταινία μετρήθηκε και η περίμετρος των κεντρικών βλαστών των φυτών τομάτας, σε ύψος 10 cm από τη βάση τους και με ακρίβεια μέτρησης το 1 mm. Για τη μέτρηση των παραγόμενων καρπών χρησιμοποιήθηκε ζυγαριά με ακρίβεια βάρους τα 50gr και η ζύγιση τους γινόταν κατευθείαν μετά τη συγκομιδή. 238

Σχήμα 9.1. Αρίθμηση των φυτών και των σειρών. Κάθε σειρά (Σ) περιλαμβάνει 15 φυτά. Με πιο έντονο χρώμα σημειώνονται τα φυτά της κάθε καλλιέργειας, τα οποία συμμετείχαν στις μετρήσεις. 9.3.Αποτελέσματα 9.3.1.Πρώτο πείραμα (άνοιξη, 2004) Αποτελέσματα για την καλλιέργεια της τομάτας Για να διαπιστωθεί αν η μέθοδος εμπλουτισμού CO 2 με αυξημένες θερμοκρασίες επηρέασε την ανάπτυξη των φυτών τομάτας μετρήθηκαν και στα δύο θερμοκήπια τα 239

ύψη τους και η περίμετρος των κεντρικών βλαστών τους. Αποτελέσματα για την παραγωγικότητα των φυτών δεν ήταν εφικτό να εξαχθούν, καθώς τη χρονική στιγμή των μετρήσεων οι καρποί ήταν σε μικρό στάδιο ανάπτυξης. Στους πίνακες 9.1 και 9.2, δίνονται τα ύψη των φυτών τομάτας του θερμοκηπίου- μάρτυρα και του πειραματικού θερμοκηπίου αντίστοιχα. Τα φυτά, τα οποία συμμετείχαν στις μετρήσεις είναι αυτά που σημειώνονται στο σχήμα 9.1, σύμφωνα και με το σχήμα 6.3. Πίνακας 9.1. Το ύψος των φυτών τομάτας του θερμοκηπίου- μάρτυρα Αριθμός Φυτού Ύψος (cm) Θερμοκήπιο- μάρτυρας Αριθμός Φυτού Ύψος (cm) Αριθμός Φυτού Ύψος (cm) 32 82 33 85.5 19 76.5 34 80.5 49 69 20 87 35 88 50 88 21 76 36 77 51 76 22 83.5 37 79 52 73.5 23 69 38 82.5 53 91 24 81 39 69 54 75 25 79.5 40 71 55 89 26 78 41 86.5 56 86.5 27 89.5 42 87.5 57 88.5 43 83.5 44 86 Μέσος όρος: 81.12 cm Πίνακας 9.2. Το ύψος των φυτών τομάτας του πειραματικού θερμοκηπίου Αριθμός Φυτού Ύψος (cm) Πειραματικό θερμοκήπιο Αριθμός Φυτού Ύψος (cm) Αριθμός Φυτού Ύψος (cm) 32 86 33 96 19 91 34 99.5 49 96 20 74.5 35 95 50 90 21 84.5 36 89 51 85.5 22 77 37 89.5 52 83 23 86.5 38 79 53 73.5 24 94.5 39 77.5 54 72.5 25 85 40 92 55 89 26 84.5 41 91 56 99 27 93 42 88.5 57 97 43 98.5 44 94.5 Μέσος όρος: 88.13 cm 240

Όπως προκύπτει από τους παραπάνω πίνακες ο μέσος όρος του ύψους των φυτών τομάτας του πειραματικού θερμοκηπίου ήταν 88.13 cm, και του θερμοκηπίουμάρτυρα 81.12 cm. Προέκυψε δηλαδή μια διαφορά μεταξύ των δύο θερμοκηπίων της τάξεως του 8.64%. Η διαφορά αυτή είναι στατιστικώς σημαντική σύμφωνα με την στατιστική ανάλυση του παραρτήματος I. Ένα δεύτερο αποτέλεσμα για την καλλιέργεια της τομάτας ήταν η μέτρηση της περιμέτρου των κεντρικών βλαστών των φυτών, στα δύο θερμοκήπια και δίνεται στον πίνακα 9.3. Πίνακας 9.3. Η περίμετρος του κεντρικού βλαστού των φυτών τομάτας, σε ύψος 10 cm από το έδαφος Θερμοκήπιομάρτυρας Αριθμός φυτού Περίμετρος Αριθμός (cm) φυτού Πειραματικό θερμοκήπιο Περίμετρος (cm) 32 5.23 32 5.89 33 6,1 33 5.97 34 5.84 34 5.66 35 4.98 35 6.01 36 5.76 36 5.79 37 5.04 37 6.28 38 4.71 38 5.12 39 4.86 39 5.38 40 5.3 40 5.71 41 5.45 41 5.6 42 4.93 42 5.55 43 5.29 43 6.04 44 5.11 44 5.03 Μέσος όρος: 5.28 cm Μέσος όρος: 5.69 cm Σύμφωνα με τον πίνακα 9.3, ο μέσος όρος των περιμέτρων του κεντρικού βλαστού των φυτών τομάτας στο πειραματικό θερμοκήπιο βρέθηκε κατά 7.76% μεγαλύτερος από ό,τι στο θερμοκήπιο- μάρτυρα (στατιστικώς σημαντική διαφορά). Αποτελέσματα για την καλλιέργεια της πιπεριάς Στην καλλιέργεια της πιπεριάς μετρήθηκε το βάρος των παραγόμενων καρπών. Συγκομιδή πραγματοποιήθηκε μόνο την ημέρα της μέτρησης (16.5) και συλλέχθηκαν όλοι οι καρποί από τα 31 φυτά του κάθε θερμοκηπίου (σχήμα 9.1). Το συνολικό βάρος των καρπών του θερμοκηπίου- μάρτυρα ανήλθε σε 12.25 Kg και του 241

πειραματικού θερμοκηπίου σε 14 Kg. Η διαφορά στην παραγωγικότητα των φυτών πιπεριάς μεταξύ των δύο θερμοκηπίων διαμορφώθηκε στο 14.1%. 9.3.2.Δεύτερο πείραμα (φθινόπωρο, 2004) Αποτελέσματα για την καλλιέργεια του αγγουριού Όπως συνέβη και με την καλλιέργεια της τομάτας στο προηγούμενο πείραμα, έτσι και για την καλλιέργεια του αγγουριού σε αυτό το πείραμα μετρήθηκαν τα ύψη των φυτών στα δύο θερμοκήπια μετά την ολοκλήρωση της μελέτης της εξοικονόμησης ενέργειας. Στους πίνακες 9.4 και 9.5, δίνονται τα ύψη των φυτών αγγουριού του θερμοκηπίου- μάρτυρα και του πειραματικού θερμοκηπίου αντίστοιχα. Σύμφωνα με αυτούς τους πίνακες μεταξύ των δύο θερμοκηπίων σημειώθηκε μια διαφορά στα ύψη των φυτών της τάξης του 10.05% (στατιστικώς σημαντική διαφορά). Πίνακας 9.4. Το ύψος των φυτών αγγουριού του θερμοκηπίου- μάρτυρα Αριθμός Φυτού Ύψος (cm) Θερμοκήπιο- μάρτυρας Αριθμός Φυτού Ύψος (cm) Αριθμός Φυτού Ύψος (cm) 32 170 33 162 19 151.5 34 176 49 147 20 143 35 173 50 159 21 139 36 173.5 51 156.5 22 165 37 165 52 172 23 169 38 153 53 164 24 154 39 151.5 54 145 25 162.5 40 158.5 55 151.5 26 167 41 174 56 146 27 145 42 150 57 160 43 147.5 44 169 Μέσος όρος: 158.71 cm 242

Πίνακας 9.5. Το ύψος των φυτών αγγουριού του πειραματικού θερμοκηπίου Αριθμός Φυτού Ύψος (cm) Πειραματικό θερμοκήπιο Αριθμός Φυτού Ύψος (cm) Αριθμός Φυτού Ύψος (cm) 32 173.5 33 181 19 168 34 179 49 177 20 159 35 184.5 50 180.5 21 161.5 36 171 51 178.5 22 166 37 178 52 171 23 179 38 172.5 53 175 24 177 39 174.5 54 169.5 25 180 40 169 55 176 26 181.5 41 178 56 174 27 164.5 42 183 57 182 43 175 44 175.5 Μέσος όρος: 174.66 cm Εκτός από τα ύψη των συγκεκριμένων φυτών (19-57) μετρήθηκε και το βάρος των καρπών τους οποίους παρήγαγαν. Οι καρποί συγκομιζόταν, όταν αποκτούσαν 35 cm μήκος και ο έλεγχος της ανάπτυξης τους γινόταν ανά 2 μέρες. Όπως αναφέρθηκε στο υποκεφάλαιο 6.8.3. σε κάθε φυτό επιτρεπόταν να αναπτυχθεί μόνο ένας καρπός ανά γόνατο και αφαιρέθηκαν όλοι οι καρποί από τα πρώτα τρία γόνατα για να υπάρξει ταχύτερη ανάπτυξη των φυτών. Τελικά το συνολικό βάρος των συγκομισθέντων καρπών του θερμοκηπίου- μάρτυρα ήταν 51.95 Kg, και του πειραματικού θερμοκηπίου 60.55 Kg. Η διαφορά στην παραγωγικότητα μεταξύ των δύο θερμοκηπίων ανήλθε σε 16.54%. Ένα πλεονέκτημα του εμπλουτισμού με CO 2 στη καλλιέργεια του αγγουριού είναι η συντόμευση του χρόνου καλλιέργειας και συγκομιδής. Έτσι στο πείραμα καταβλήθηκε προσπάθεια να διαπιστωθεί η διαφορά στη ταχύτητα ανάπτυξης των καρπών μεταξύ των δύο θερμοκηπίων. Οι καρποί στα γόνατα 5 έως 7 των φυτών 36 έως 40 (σχήμα 9.1 και 6.4) αφαιρούταν, όταν έφταναν το μήκος των 35 cm και σημειωνόταν η ημερομηνία κοπής. Η σύγκριση γινόταν μεταξύ ίδιου αριθμού φυτού στα δύο θερμοκήπια και ιδίου αριθμού γονάτου. Με αυτόν τον τρόπο από τη σύγκριση των ημερομηνιών κοπής διαπιστώθηκε ότι οι καρποί στο πειραματικό 243

θερμοκήπιο αποκτούσαν το μήκος των 35 cm από 4 έως και 10 μέρες νωρίτερα, από ό,τι στο θερμοκήπιο- μάρτυρα. Αποτελέσματα για την καλλιέργεια της πιπεριάς Στην καλλιέργεια της πιπεριάς μετρήθηκε το βάρος των παραγόμενων καρπών. Πραγματοποιήθηκαν δύο συγκομιδές από τα φυτά 19 ως 57. Στην πρώτη αφαιρέθηκαν οι καρποί που είχαν φτάσει στο μέγιστο της ανάπτυξής τους και το χρώμα τους βρίσκονταν στο όριο μεταβολής από ανοιχτό πράσινο σε κίτρινο, ενώ στην δεύτερη, στο τέλος του πειράματος, αφαιρέθηκαν όλοι. Το συνολικό βάρος των καρπών του θερμοκηπίου- μάρτυρα ανήλθε σε 18.15 Kg και του πειραματικού θερμοκηπίου σε 21.3 Kg. Η διαφορά στην παραγωγικότητα των φυτών πιπεριάς μεταξύ των δύο θερμοκηπίων διαμορφώθηκε στο 17.5%. 9.3.3.Τρίτο πείραμα (άνοιξη, 2005) Αποτελέσματα για την καλλιέργεια του αγγουριού Η καλλιέργεια του αγγουριού στο τρίτο πείραμα, παρά το γεγονός ότι οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν 1.5 μήνα μετά τη μεταφύτευση, παρουσίασε σχεδόν την ίδια ανάπτυξη με αυτήν του δεύτερου πειράματος. Αυτό πιθανόν συνέβη, γιατί την άνοιξη του 2005, κατά τη διάρκεια του πειράματος, επικρατούσαν καλύτερες καιρικές συνθήκες (θερμοκρασία, ηλιακή ακτινοβολία), από ό,τι το φθινόπωρο του 2004. Στους πίνακες 9.6 και 9.7, παρουσιάζονται τα ύψη των φυτών αγγουριού του θερμοκηπίου- μάρτυρα και του πειραματικού θερμοκηπίου, όπως αυτά μετρήθηκαν στις 15.5.05. Η διαφορά του μέσου όρου του ύψους των φυτών ήταν 8.16% (στατιστικώς σημαντική διαφορά). Με τον ίδιο τρόπο όπως στο δεύτερο πείραμα μετρήθηκε το βάρος των παραγόμενων καρπών και στα δύο θερμοκήπια. Το συνολικό βάρος των συγκομισθέντων καρπών του θερμοκηπίου- μάρτυρα ανήλθε σε 42.4 Kg και του πειραματικού θερμοκηπίου σε 47.85 Kg. Η διαφορά στην παραγωγικότητα μεταξύ των δύο θερμοκηπίων ήταν 12.9%. 244

Επίσης για τον καθορισμό της συντόμευσης του χρόνου συγκομιδής εφαρμόστηκε η ίδια μεθοδολογία με αυτήν που περιγράφεται στο δεύτερο πείραμα. Από τη σύγκριση των ημερομηνιών κοπής διαπιστώθηκε ότι οι καρποί στο πειραματικό θερμοκήπιο αποκτούσαν το μήκος των 35 cm από 4 έως και 9 μέρες νωρίτερα, από ό,τι στο θερμοκήπιο- μάρτυρα. Πίνακας 9.6. Το ύψος των φυτών αγγουριού του θερμοκηπίου- μάρτυρα, στο τρίτο πείραμα Αριθμός Φυτού Ύψος (cm) Θερμοκήπιο- μάρτυρας Αριθμός Φυτού Ύψος (cm) Αριθμός Φυτού Ύψος (cm) 32 138.5 33 147 19 145 34 152.5 49 151 20 141.5 35 162.5 50 157 21 144 36 153 51 150 22 152.5 37 157.5 52 156.5 23 159 38 160 53 149 24 154 39 154.5 54 139 25 147.5 40 151.5 55 141 26 150.5 41 148 56 148.5 27 137 42 152 57 151.5 43 145 44 151 Μέσος όρος: 149.92 cm Πίνακας 9.7. Το ύψος των φυτών αγγουριού του πειραματικού θερμοκηπίου, στο τρίτο πείραμα Αριθμός Φυτού Ύψος (cm) Πειραματικό θερμοκήπιο Αριθμός Φυτού Ύψος (cm) Αριθμός Φυτού Ύψος (cm) 32 157 33 160 19 162 34 158.5 49 165 20 159.5 35 166.5 50 172 21 151 36 171.5 51 166 22 155.5 37 164 52 159 23 163 38 166.5 53 163.5 24 168.5 39 169 54 167.5 25 160 40 160 55 161 26 162.5 41 158.5 56 161 27 154 42 160 57 156 43 164.5 44 163.5 Μέσος όρος: 162.15 cm 245

Αποτελέσματα για την καλλιέργεια της πιπεριάς Στην καλλιέργεια της πιπεριάς μετρήθηκε το βάρος των παραγόμενων καρπών, όπως και στα προηγούμενα πειράματα. Συγκομιδή πραγματοποιήθηκε μόνο την ημέρα της μέτρησης (15.5) και συλλέχθηκαν όλοι οι καρποί από τα 31 φυτά των δύο θερμοκηπίων (σχήμα 9.1). Το συνολικό βάρος των καρπών του θερμοκηπίουμάρτυρα ανήλθε σε 10.9 Kg και του πειραματικού θερμοκηπίου σε 12.25 Kg. Η διαφορά στην παραγωγικότητα των φυτών πιπεριάς μεταξύ των δύο θερμοκηπίων διαμορφώθηκε στο 12.32%. 9.4.Συμπεράσματα Το γενικό συμπέρασμα το οποίο εξάγεται από την παρούσα μελέτη είναι ότι η μέθοδος εμπλουτισμού CO 2 με υψηλές θερμοκρασίες δε δρα περιοριστικά στην ανάπτυξη των φυτών. Τα φυτά στο πειραματικό θερμοκήπιο απορροφούσαν έντονα το CO 2 και παρουσίασαν καλύτερη ανάπτυξη και μεγαλύτερη παραγωγικότητα σε σύγκριση με τα φυτά στο θερμοκήπιο- μάρτυρα, παρά το γεγονός ότι αναπτυσσόταν σε υψηλότερες από τα κανονικά επίπεδα θερμοκρασίες. Το συμπέρασμα αυτό αφενός επαληθεύεται από συμπεράσματα παρόμοιων ερευνών, τα οποία αναφέρονται στη διεθνή βιβλιογραφία και αφετέρου από τα παρακάτω συγκεντρωτικά αποτελέσματα των τριών πειραμάτων για κάθε καλλιέργεια χωριστά: Για την καλλιέργεια της τομάτας Η καλλιέργεια της τομάτας, η οποία εμπλουτιζόταν με CO 2 παρουσίασε ταχύτερη ανάπτυξη. Ο μέσος όρος του ύψους των φυτών στο πειραματικό θερμοκήπιο ήταν κατά 8.64% μεγαλύτερος από ό,τι στο θερμοκήπιο μάρτυρα. Αντίστοιχα και η περίμετρος του κεντρικού βλαστού των πειραματικών φυτών βρέθηκε κατά 7.76% μεγαλύτερη. Η διαφορές αυτές είναι στατιστικώς σημαντικές σύμφωνα με την στατιστική ανάλυση του παραρτήματος I. Για την καλλιέργεια του αγγουριού Στην καλλιέργεια του αγγουριού ο εμπλουτισμός με CO 2 συνέβαλε στην επιτάχυνση της ανάπτυξή της, με αποτέλεσμα την πρωίμιση και την αύξηση της παραγωγής. Τα 246

φυτά του πειραματικού θερμοκηπίου ήταν κατά μέσο όρο 10.05% υψηλότερα στο δεύτερο πείραμα και κατά 8.16% στο τρίτο πείραμα από ό,τι τα φυτά του θερμοκηπίου- μάρτυρα (στατιστικώς σημαντικές διαφορές). Επίσης εμφανίστηκε συντόμευση του χρόνου συγκομιδής στο πειραματικό θερμοκήπιο κατά 4-10 ημέρες στο δεύτερο πείραμα και κατά 4-9 ημέρες στο τρίτο πείραμα. Οι αντίστοιχες διαφοροποιήσεις των παραγόμενων ποσοτήτων καρπών μεταξύ των δύο θερμοκηπίων διαμορφώθηκαν στο 16.54% και στο 12.9% στα δύο πειράματα. Για την καλλιέργεια της πιπεριάς Η καλλιέργεια της πιπεριάς στο πειραματικό θερμοκήπιο παρουσίασε μεγαλύτερη παραγωγικότητα και στα τρία πειράματα. Η διαφορά στις παραγόμενες ποσότητες καρπών, μεταξύ των δύο θερμοκηπίων ανήλθε σε 14.1%, στο πρώτο πείραμα, σε 17.5% στο δεύτερο πείραμα και σε 12.32 %, στο τρίτο πείραμα. Υπενθυμίζεται ότι οι μετρήσεις της ανάπτυξης και της παραγωγικότητας των φυτών πραγματοποιήθηκαν, όταν αυτά ήταν σε σχετικά μικρό στάδιο ανάπτυξης, (1.5-2.5 μήνες μετά τη μεταφύτευση). Είναι προφανές ότι η διαφοροποίηση της ανάπτυξης των φυτών μεταξύ των δύο θερμοκηπίων θα ήταν ακόμη μεγαλύτερη αν η εφαρμογή του CO 2 συνεχιζόταν για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, καθώς η αποτελεσματικότητα του εμπλουτισμού αυξάνεται όσο αυξάνει η φυλλική επιφάνεια της καλλιέργειας. Με αυτό το δεδομένο τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής κρίνονται ικανοποιητικά, ανεξάρτητα από το μέγεθος της διαφοροποίησης της ανάπτυξης των φυτών που βρέθηκε στα τρία πειράματα, γιατί ικανοποιητικά θα κρινόταν τα αποτελέσματα ακόμη και αν η διαφοροποίηση ήταν μηδενική. Εφόσον αποδεικνύεται ότι η μέθοδος εμπλουτισμού με αυξημένες θερμοκρασίες όχι μόνο δεν επηρεάζει αρνητικά την ανάπτυξη των φυτών, αλλά επιφέρει και θετικά αποτελέσματα, όπως και οι άλλες μέθοδοι εμπλουτισμού, τότε δεν υπάρχει πλέον κανένας ανασταλτικός παράγοντας για την εφαρμογή αυτής της μεθόδου με σκοπό την επίτευξη εξοικονόμησης ενέργειας στα θερμοκήπια. 247

Κεφάλαιο 10 ο Τελικά συμπεράσματα- προτάσεις βελτίωσης Σύμφωνα με όσα αναφέρθηκαν στο 1 ο κεφάλαιο, για να υπάρξει βελτίωση και περαιτέρω ανάπτυξη του κλάδου των θερμοκηπίων στη χώρα μας θα πρέπει να δημιουργηθούν νέες μονάδες, οι οποίες θα λειτουργούν πιο αποδοτικά, με μεγαλύτερες στρεμματικές αποδόσεις και με μικρότερο ενεργειακό κόστος παραγωγής, ιδίως στην περιοχή της Βόρειας Ελλάδας. Αν εκπληρωθούν αυτοί οι στόχοι θα είναι δυνατή η παραγωγή θερμοκηπιακών προϊόντων εκτός εποχής σε ανταγωνιστικές τιμές και σε επαρκείς ποσότητες τόσο για την κάλυψη της ζήτησης στην εγχώρια αγορά και τον περιορισμό των εισαγωγών, όσο και για την πραγματοποίηση εξαγωγών, με όλα τα θετικά αποτελέσματα στο εμπορικό ισοζύγιο και την οικονομία της χώρας. Αποδείχθηκε τελικά ότι ο εμπλουτισμός με CO 2 εκπληρεί τους παραπάνω στόχους, αφενός, γιατί βελτιώνει την ανάπτυξη και την παραγωγικότητα των φυτών και αφετέρου, γιατί επιφέρει εξοικονόμηση ενέργειας, αν εφαρμοστεί με μια συγκεκριμένη μεθοδολογία. Η διατήρηση υψηλών επιπέδων CO 2 με εμπλουτισμό μειώνει τις ανάγκες αερισμού του θερμοκηπίου κατά τη διάρκεια της ημέρας συμβάλλοντας έτσι στη δέσμευση μεγαλύτερων ποσών ενέργειας. Η δυνατότητα διατήρησης αυτής της ενέργειας για την κάλυψη των θερμικών αναγκών κατά τη διάρκεια της νύχτας καθορίζει το μέγεθος της εξοικονόμησης ενέργειας, το οποίο εξαρτάται από τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά του θερμοκηπίου και από την πιθανή χρήση συστημάτων εξοικονόμησης ενέργειας. Στην παρούσα διατριβή ερευνήθηκε σε πρώτη φάση η δυνατότητα εξοικονόμησης ενέργειας αξιοποιώντας μόνο τη θερμοχωρητικότητα του θερμοκηπίου και σε δεύτερη φάση αξιοποιώντας και ένα σύστημα εξοικονόμησης ενέργειας όπως είναι το παθητικό ηλιακό σύστημα των πλαστικών σωλήνων με νερό. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι με τη χρήση αυτού του συστήματος επιτεύχθηκε ακόμη μεγαλύτερη εξοικονόμηση ενέργειας. Το συμπέρασμα αυτό γεννάει τη σκέψη ότι η όλη διαδικασία θα μπορούσε να βελτιωθεί ακόμη περισσότερο με την ταυτόχρονη εφαρμογή και άλλων συστημάτων εξοικονόμησης ενέργειας. Για παράδειγμα, η 248

χρήση θερμοκουρτινών σε συνδυασμό με το παθητικό ηλιακό σύστημα θα οδηγούσε σε ιδιαίτερα θεαματικά αποτελέσματα, καθώς με τις θερμοκουρτίνες μειώνονται οι απαιτήσεις σε συμβατικά καύσιμα κατά τη διάρκεια της νύχτας από 20 ως 80%, (υποκεφάλαιο 4.3.5.1.). Η αποδοτικότητα επίσης του όλου συστήματος αυξάνεται ακόμη περισσότερο, αν συνδυαστεί με αποθήκη θερμότητας. Η αποθήκη θερμότητας μπορεί να τοποθετηθεί κάτω από το θερμοκήπιο ή μέσα σ αυτό (μονωμένη δεξαμενή) και να περιέχει νερό ή άλλα υλικά με μεγάλη θερμοχωρητικότητα, (υποκεφάλαιο 4.2.4.). Κατά τη διάρκεια της ημέρας ένα μέρος από το ζεστό νερό του ηλιακού παθητικού συστήματος διοχετεύεται, με τη βοήθεια κυκλοφορητών, στην αποθήκη θερμότητας και επαναχρησιμοποιείται κατά τη διάρκεια της νύχτας για αντικατάσταση του νερού των σωλήνων που έχει απολέσει τη θερμότητα του. Τα δύο παραδείγματα που προαναφέρθηκαν είναι ενδεικτικά για τις περαιτέρω δυνατότητες, τις οποίες προσφέρει η χρήση του CO 2 στην εξοικονόμηση ενέργειας στα θερμοκήπια. Θεωρητικά ο εμπλουτισμός με CO 2 μπορεί να συνδυαστεί με όλα τα γνωστά συστήματα και τεχνικές εξοικονόμησης ενέργειας και να επιφέρει βελτίωση της αποδοτικότητας τους. Ανοίγει πλέον ο δρόμος για τη διεξαγωγή ενός νέου κύκλου ερευνών, οι οποίες θα μελετούν την επίδραση των διαφόρων συστημάτων και τεχνικών εξοικονόμησης ενέργειας στο ενεργειακό ισοζύγιο των θερμοκηπίων, αυτοδύναμα ή σε συνδυασμό μεταξύ τους, υπό το πρίσμα της συνεισφοράς του εμπλουτισμού με CO 2. 249

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1.Ξενόγλωσση βιβλιογραφία Acock B., Charles-Edwards D. A., Fitter D. J., Hand D. W., Ludwig L. J., Warren Wilson J. & Withers A. C. 1978. The contribution of leaves from different levels within a tomato crop to canopy net photosynthesis: An experimental examination of two canopy models. J. Expt. Bot. 29:815-827. Akilli M., Ozmerzi A., and Ercan N., 2000. Effect of CO 2 enrichment on yield of some vegetables grown in greenhouses. Proc. Int. Conf. And British-Israeli Workshop on Greenhouse Tech. Towards 3 rd Mill. Acta Hort. 534, ISHS Aldrich, Robert A., and John W. Bartok, Jr. 1989. Greenhouse engineering. NRAES-33. Northeast Regional Agricultural Engineering Service, Cornell University. 203 p. Antunes D., 1993. The effect of plant defoliation and addition of colored solutions in the passive solar system on tomato yield and quality. A thesis submitted in partial fulfillment for the M.Sc. degree at the Mediterranean Agronomic Institute of Chania, Greece. Arinze E.A., Schoenau G.J., Besant R.W. 1986. Experimental and computer performance evaluation of a movable thermal insulation for energy conservation in greenhouses. Agric. Engng. Res. 34(2): 97-113. ΑSHRAE, Handbook of applications, 1982. American Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning Engineers, Atlanta, GA. ASHRAE. 1989. Fundamentals Handbook. Chap. 9, Environmental control for plants and animals. ASHRAE, Atlanta, GA. Βailey B. J., 1986. Application of reject energy for heating greenhouses in the united Kingdom. FAO/CNRE, first workshop on industrial thermal effluents for greenhouse heating, Dublin. Baille A. 1988. O Εμπλουτισμός με CO 2 των θερμοκηπιακών καλλιεργειών. Σεμινάριο ΑΓΡΟ-ΣΠΕΚ Αθήνα. Βaird, Stuart and Douglas Hayhoe. 1983. Passive Solar Energy. Energy Fact Sheet. 250

Baitorun N. 1989. Investigation of the effect of solar heating systems in greenhouses. In: von Zabeltitz C. (ed.), Passive solar heating of greenhouses with water filled polyethylene tubes. FAO-Regional Office for Europe, pp65-68. Bansal N.K., Sodha M.S. and Bharadwahj S.S., 1983. Performance of earth-air tunnels. Energy Research, vol. 7, pp: 333. Bargach M. N., Tadili R., Dahman A. S., Boukallouch M., 2004. Comparison of the performance of two solar heating systems used to improve the microclimate of agricultural greenhouses in Morocco. Renewable energy, vol.29, pp1073-1083. Bakker, J.C., Welles, G.W.H, van Uffelen, J.A.M., 1987. The effects of day and night humidity on yield and quality of glasshouse cucumbers. Journal of Horticultural Science 62:363-370. Bakker, J. C., 1989. The effects of air humidity on growth and fruit production of sweet pepper. Journal of Horticultural Science 65 :323-331. Bascetincelik A., 1987. Greenhouse solar collection with heat storage system (Turkey). In: von Zabeltitz C. (ed.), Greenhouse Heating with Solar Energy. REUR technical series, 1/FAO CNRE Study No.1, Rome 1987. pp: 175-176. Bellows B., 2003. Solar Greenhouses. Horticulture Resource List. ATTRA - National Sustainable Agriculture Information. Ben Amor H., Sahli M., Ben Zid A. and Veroldt H., 1990. First results on heating greenhouses by a passive solar system in Gafsa, Tunisia. Acta Hort., 263:131-138. Berry J., Bjorkman O., 1980. Photosynthetic response and adaptation to temperature in higher plants. Anna Rev, Plant Physiol. 31:491 543. Berry, J.A., Downton, W.J.S., 1982. Environmental regulation of photosynthesis. Physiologia Plantarum, Vol 123, Issue 4, pp 445-451. Black, C.C., Jr. 1986. Effects of CO 2 concentration on photosynthesis and respiration of C 4 and CAM plants. In Carbon Dioxide Enrichment of Greenhouse Crops. H.Z. Enoch and B.A. Kimball, eds. CRC Press, Boca Raton, FL. Bravdo, B. 1986. Effect of CO 2 enrichment on photosynthesis of C 3 plants. In Carbon Dioxide Enrichment of Greenhouse Crops. Vol. ІІ. H.Z. Enoch and B.A. Kimball, eds. CRC Press, Boca Raton, FL. Bouam M., Gerasopoulos D. and M. Grafiadellis, 1998. The effect of the passive solar heating system and of the kind of covering material on yield and quality of melons cultivated in low tunnels. Paper presented in Mediterranean Colloquium of Protected Cultivation, Agadir, Marocco, Qct. 6-9, 1996. 251

Boulard T., 1984. Modele analytique de chauffage du sol par tuyaux enterers. Agronomie, 4 (10). Boulard Th. And Baille A., 1986. Soil heat storage greenhouse. Paper presented at the second FAO CNRE Workshop on Solar heating of Greenhouses. Thessaloniki, Greece. Boyd T. L., and Lund J. W., 2003. Geothermal heating of greenhouses and aquaculture facilities. International Geothermal Conference, Reykjavik, Sept.2003 pp. 14-19. Βridgwater A., Toft A., Brammer J., 2002. A technoeconomic comparison of power production by biomass fast pyrolysis with gasification and combustion. Renewable & Sustainable Energy Review, vol. 6, pp. 181-248. Buchanan, B.B., Gruissem, W., Jones R.L., 2000. Biochemistry and molecular biology of plants. American Society of Plant Physiologists. Rockville, Meryland. Bunce, J.A., 1984. Effects of humidity on photosynthesis. Journal of Experimental Botany, 35:1245-1251. Calvert, A. And Slack G. 1975. Effects of carbon dioxide enrichment on growth, development and yield of glasshouse tomatoes. I. Responses to controlled concentrations. J. Hort. Sci. 50:61-71. Calvert, A. and Slack, G. 1975. CO 2 enrichment is still important. The Grower. 84(4):617-620. Campiotti C. Α., Picciurro G., 1988. Technical and economical aspects of greenhouse heating with geothermal energy at low temperature. FAO/CNRE workshop on solar and geothermal energy use for greenhouses heating, Adana (Turkey), April 1988. Camporeale S., Campiotti C. A., Pacciaroni F., Salice M. F. and Vitale R., 1988. Ornamental plant production in solar active greenhouse. Acta Hort. 229: 197-203. Carella R., 1992. The Several Uses of Low Temperature Geothermal Energy for Heating. FAST-OPET. Directorate General XVII for Energy. Cathey, H.M. and Campbell, L.E., 1980. Light and lighting systems for horticultural plants. Hort.Rev. 2:491-537 Challa, H. 1976. An analysis of the diurnal course of growth, carbon dioxide exchange and carbohydrate reserve content of cucumber. Ph.D. Dissertation., Wageningen. 88 pp. 252

Challa, H. and A.H.C.M. Schapendonk. 1986. Dynamic optimization of CO 2 concentration in relation to climate control in greenhouses. In Carbon Dioxide Enrichment of Greenhouse Crops. Vol. I. H.Z. Enoch and B.A. Kimball, eds. CRC Press, Boca Raton, FL. Chan R. K. 1980. Phase change material heat storage. In: Jansen A. F. and Swartman R. K. (eds.), Solar Energy Conservation II. International symposium of solar energy utilization. Ontario, Canada, pp115-120. Chandra P. 1976. Predicting the effects of greenhouse orientation and insulation on energy conservation. Unpublished M.Sc. thesis. Departure of Agricultural Engineering, University of Manitoba, Winnipeg, Manitova, Canada. Chandra P., Albright L.D., 1980. Analytical determination of the effect on greenhouse heating requirements of using night curtains. Trans. of Americ. Soc. Agric. Eng. 23 (4): 994-1000. Cockshull, K. E., Graves C.J., Hand D.W., 1987. The effects of humidity on growth and nutrient composition of tomatoes. G.C.R.I. Report 86-87:7677 Dale A. A., Puri V. M. and Hammer P. A., 1984. A special heat conserving greenhouse with solar heated soil for crop (tomato) production. Acta Hort., 148(2): 731-738. Danloy L., Bourgeois M., Gay B. J., Jolliet O., Moncousin G., Munday G. L., Reist A., 1986. CNRE s experimental glasshouse heating systems with warm water (30 o C). FAO/CNRE, first workshop on industrial thermal effluents for greenhouse heating, Dublin. Daunicht, H.J., 1966. Methods and results of experiments on the effects of CO 2 on vegetable crops. Acta Hortc., 4:116-125. Denko Enterprises, 2001. Biomass Combustion Systems. Case Study. Renewable Energy. Dimitriou E., 1996. The passive solar system placed in vertical position in the sides of the greenhouse, M.Sc. thesis, Mediterranean Agronomic Institute of Chania, Greece. Dimitrov K., Mertoglou O., Popovski K., 1997. Geothermal District Heating Schemes, International Summer School on Direct Application of Geothermal Energy. Course Text-Book. 253

Duda M. and Toth T., 1985. The possibilities of utilization of geothermal energy for soil heating and spatial heating of plastic houses. First FAO technical consultations on geothermal energy and industrial thermal effluents use in Agriculture, Rome. Dutton R.G., Jirong J., Tsujita J. M. and Grodzinski B., 1988. Whole plant CO 2 exchange measurements for nondestructive estimation of growth. Plant Physiol. 86:355-358. Eggers H. and Vickerman E., (1987a). Concentrating collectors (F.R. of Germany). In: von Zabeltitz C. (ed.) Greenhouse Heating with Solar Energy. REUR technical series, 1FAO CNRE Study No 1, Rome, pp70-73. Eggers H. and Vickerman E., (1987b). Lamellar collector (F.R. of Germany). In: von Zabeltitz C. (ed.) Greenhouse Heating with Solar Energy. REUR technical series, 1FAO CNRE Study No 1, Rome, pp74-78. Eggers H. and Vickerman E., (1987c). Flat-plate collector inside the greenhouse (F.R. of Germany). In: von Zabeltitz C. (ed.) Greenhouse Heating with Solar Energy. REUR technical series, 1FAO CNRE Study No 1, pp79-82. Elwell D. L. and Short T. H., 1989. Control of electrostatic effects in a polystyrene pellet variable shading greenhouse glazing. Trans. ASAE. 32: 2117-2122. Enoch, H.Z. and Hurd, R.G. 1977. Effect of light intensity, carbon dioxide concentration and leaf temperature on gas exchange of spray carnation plants. J. Expt. Bot. 28:84-95. Enoch, H., I. Rylski, and M. Spigelman. 1976. CO 2 enrichment of strawberry and cucumber plants grown in unheated greenhouses in Israel. Scientia Hort. 5:33-41. Enoch, H.Z., I. Rylski and Y. Samish. 1970. CO 2 enrichment to cucumber, lettuce and sweet pepper plants grown in low plastic tunnels in a subtropical climate. Israel J. Agric. Res. 20:63-69. Esquira I., Segal I. and Antler A., 1988. Water sleeves for passive solar heating of greenhouses. First results of experiments and observations in Israel. Proc. Of FAO CNRE Workshop, Adana, Turkey, Vol. 21: 46-49. EU ALTENER-programme, 2003. Project Bioheat II. Contract 4.1030/Z/02-053/2002 EUBIONET, 2003. Biomass Survey in Europe. Country report of Greece. 254

Farah. J. 1989. Passive solar heating in Lebanon. The 3rd joint workshop of FAO- CNRE on the use of solar energy for greenhouse heating. Adana, Turkey, April 1988. pp45-49. Farid M. M., Khudhair. M. A., Razzack Ali K. S., Al Hallah S., 2004. A review on phase change energy storage: materials and applications. Fuller R. J. and Sale P. J. M., 1983. A solar heated greenhouse for maximum crop yeld and energy usage. CSIRO Griffith, Australia, Sheet No. 22-3, CSIRO, Melbourne, Australia, August, 1983. Fuller R. J., Meyer C. P. and Sale P. J. M., 1984. Energy analysis of a solar greenhouse. Conference on Agricultural Engineering, Bundaberg, Queensland, Australia, 27-30 August 1984, pp 168-172. Gaastra, P. 1962. Photosynthesis of leaves and field crops. Neth. J. Agric. Sci. 10:311-324. Gaastra, P. 1966. Some physiological aspects of CO 2 application in greenhouse culture. Acta Hortic.4:111-116. Gates, D.M. 1965. Heat, radiant and sensible. Chapter 1. Radiant energy, its receipt and disposal. Meteor. Monog. :1-25. Giacomelli, G.A. and W.J. Roberts. 1993. Greenhouse covering systems. HortTechnology 3:50-58. Gislerød, H.R. and P.V. Nelson. 1989. The interaction of relative air humidity and carbon dioxide enrichment in the growth of Chrysanthemum X morifolium Ramat. Sci. Hort. 38:305-313. GislerØd, H. R. and Mortensen, M. L., 1991. Air humidity and nutrient concentration affect nutrient uptake and growth of some greenhouses plants. Acta Hort. 294:141-146. Ghosal M.K., Tiwary G.N. and Srivastava N.S.L., 2004. Thermal modeling of a greenhouse with an integrated earth to air heat exchanger: An experimental validation. Energy and Buildings, vol. 36, pp 219-227. Grafiadellis M., Spanomitsios G., and Mattas K., 1988. Recent experiences with passive solar system for heating greenhouses. Proc. of FAO CNRE Workshop, Adana, Turkey, Vol. 21: 21-24. 255

Grafiadellis M., Spanomitsios G., and Mattas K., 1990. Recent developments introduced in the passive solar system for heating greenhouses. Acta Hort. 263:111-119. Grange, R.I. and Hand, D.W., 1987. A review of effects of atmospheric humidity on the growth of horticultural crops. Journal of Horticultural Science 62: 125-134. Goldsderry, K.L. 1986. CO 2 fertilization of carnations and some other flower crops. In Carbon Dioxide Enrichment of Greenhouse Crops. H.Z. Enoch and B.A. Kimball, eds. CRC Press, Boca Raton, FL. Gormley, T.R. and P.E. Walshe. 1979. Carbon dioxide distribution in glasshouses. Irish J. Agric. Res. 18:45-53. Hall C., 1989. Heat from biomass. Biomass Handbook. (eds) Osamu Kitani & Carl W. Hall, pp 596-599. Hanan, J.J. 1973. Ventilation temperatures, CO 2 levels and rose production. CO Flower Growers Assoc. Res. Bull. 217:1-4. Hanan, J.J. 1988. Summer greenhouse climate in Colorado. CO Greenhouse Growers Assoc. Res. Bull. 461:1-6. Hanan J.J. 1998. Greenhouses. CRC Press, Boca Raton, FL. Hand, D.W. 1983. Pruning CO 2 costs to maximize profits. The Grower(Supplement), 89-93. Feb. 17, 1983. Hand, D.W. 1984. Crop responses to winter and summer CO 2 enrichment. Acta Hort. 162:45-63. Hand, D.W. 1986. CO 2 sources and problems in burning hydrocarbon fuels for CO 2 enrichment. In Carbon Dioxide Enrichment of Greenhouse Crops. Vol. I. H.Z. Enoch and B.A. Kimball, eds. CRC Press, Boca Raton, FL. Hand, D.W. and G. Slack. 1988. What price summer CO 2 enrichment? The Grower. 109:27-31. Hand, D.W. and J.D. Postlethwaite. 1971. The response of CO 2 enrichment of capillary-watered single-truss tomatoes at different plant densities and seasons. J. Hort. Sci. 46:461-470. Hand, D.W. and R.W. Soffe. 1971. Light-modulated temperature control and the response of greenhouse tomatoes to different CO 2 regimes. J. Hort. Sci. 46:381-396. 256

Hardh, J.E., 1966. Trials with carbon dioxide, light and growth substances in forest tree plants. Acta For. Fenn., 81:1-10. Heij, G. and P.J.A.L. de Lint. 1984. Prevailing CO 2 concentrations in glasshouses. Acta Hort. 162:93-100. Heij, G. and van Uffelen, J.A.M., 1984. Effects of CO 2 concentration on growth of glasshouse cucumber. Acta Hort.162:21-28. Hicklenton, P.R. 1988. CO 2 Enrichment in the Greenhouse. Growers Handbook Series, Vol. 2. A.M. Armitage, ed. Timber Press, Portland, OR. 58 pp. Hicklenton, P.R. and P.A. Jolliffe. 1980. Alterations in the physiology of CO 2 exchange in tomato plants grown in CO 2 -enriched atmospheres. Can. J. Bot. 58:2181-2189. Holder, R. and Cockshull, E.K., 1990. Effects of humidity on the growth and yield of glasshouse tomatoes. Journal of Horticultural Science 65:31-39. Holley, W.D 1964. Type of greenhouse covering may affect CO 2 utilization by carnations. CO Flower Growers Assoc. Res. Bull. 172:1-3. Holley, W.D. and Goldsberry, K.L. 1961. Carbon dioxide increase growth of greenhouse roses. Collo. Flower GrowerAssoc. Bull., 139:1-3. Holley, W.D., Korns, C.H., Goldsberry, K.L., 1962. The use of carbon dioxide on carnations. Collo. Flower GrowerAssoc. Bull., 174:1-5. Holman J. P. 1989. Heat transfer. Mc Graw- Hill Book company, Singapore, pp289-292, 346, and 469. Hughes, A.P. and K.E. Cockshull. 1971. The effects of light intensity and carbon dioxide concentration on the growth of Chrysanthemum morifolium cv. Bright Golden Anne. Ann. Bot. 35:899-914. Hurd, R.G and H.Z. Enoch. 1976. Effect of night temperature on photosynthesis, transpiration and growth of spray carnations. J. Expt. Bot. 27:695-703. Ito, T. 1978. Physiological aspects of carbon dioxide enrichment to cucumber plants grown in greenhouses. Acta Hort. 87:139-146. Janse, J. and Welles, G. W. H., 1984. Effects of energy saving on keeping quality of tomato and cucumber fruits. Acta Hort. 163:261-269. 257

Jelinkova H., 1987. Separate Solar Collectors outside of the greenhouse (Czechoslovakia). In: von Zabeltitz C. (ed.), Greenhouse Heating with Solar Energy. REUR technical series, 1/FAO CNRE Study No 1, Rome 1987, pp 34-37. Jelinkova H. 1988. The Czechoslovak experience with passive solar system in greenhouses. Proc. of FAO CNRE Workshop, Adana, Turkey, Vol. 21: 18-20. Jens Th. 1994. Investigation for optimization and suitability of water filled plastic tubes as collector and storage elements in greenhouses. Ph.D. Thesis, Hannover university. Jewett, J. T. and Jarvis R. W., 2001. Management of the greenhouse microclimate in relation to disease control :a review. Agronomie. 21:351-366. Jiao, J., M.J. Tsujita and B. Grodzinski. 1988. Predicting growth of Samantha roses at different light, temperature and CO 2 levels based on net carbon exchange. Acta hort. 230:435-442. Johnston, R.E. 1972. A trial of glasshouse winter lettuce in Scotland. Hort. Res. 12:149-152. Jones, B.J., Stall, E.R., Zitter, A.T., 1991. Compendium of Tomato Diseases. APS Press. Juste F., Diaz R., 1986. Use of waste water from the power plant of Castellon for warming greenhouse soil. FAO/CNRE, first work-shop on industrial thermal effluents for greenhouse heating. Dublin. Karytsas C., Mendrinos D. and Goldbruner J., 2003. Low enthalpy geothermal energy utilization schemes for greenhouse and district heating at Trainoupolis Evros, Greece. Geothermics, vol 32, pp. 69-78. Kanthak J. 1970. The influence of different heating systems to the climatic characteristic of hall buildings with great glass surfaces, especially of greenhouses. Fortschritt-Berichte, Reihe 6 No. 28. Kelly, D.W., P.R. Hicklenton and E.G. Reekie. 1991. Photosynthetic response of geranium to elevated CO 2 as affected by leaf age and time of CO 2 exposure. Can. J. Bot. 69:2482-2488. Keeling, C.D., Whorf, T.P., Whalen, M., and Van der Plicht, J. 1995. Interannual extremes in the rate of rise of atmospheric carbon dioxide since 1980. Nature 375: 666-670. 258

Kimball, B.A. and S.T. Mitchell. 1979. Tomato yields from CO 2 -enrichment in unventilated and conventionally ventilated greenhouses. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 104:515-520. Kimball, B.A. and S.T. Mitchell. 1981. Effects of CO 2 enrichment, ventilation, and nutrient concentration on the flavor and vitamin content of tomato fruit. HortScience 16:665-666. Kittas K., Papadakis G., Bartzanas Th. and Giaglaras P., 1999. Renewable Energy Sources and Energy Saving in Mediterranean Greenhouses. Proc. of Energy and Agriculture towards the Third Millennium, Athens, 919-926. Knecht, G.N. and J.W. O Leary. 1974. Increased tomato fruit development by CO 2 enrichment. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 99:214-216. Knecht, G.N. and J.W. O Leary. 1983. The influence of carbon dioxide on the growth, pigment, protein, carbohydrate and mineral status of lettuce. J. Plant Nutrition. 6:301-312. Krizek, D.T. et al. 1974. Maximizing growth of vegetable seedlings in controlled environments at elevated temperature, light and CO 2. Acta Hort. 39:89-102. Kreij, C., 1996. Interactive effects of air humidity, calcium and phosphate on blossom-end rot, leaf deformation, production and nutrient content of tomato. Journal of Plant. Nutrition. 19(2): 361-377. Kurata K. and Takatura T., 1991. Underground storage of solar energy for greenhouse heating. II: Comparison of seasonal and daily storage systems. Transactions of the ASAE, 34 (5), 2181-2186. Kurklu A, 1997. Energy storage applications in greenhouses by means of phase change materials (PCMs): a review. Renewable energy, Vol 13, No. 1, pp. 89-103 Levanon, D., B. Motro and U. Marchaim. 1986. Organic materials degradation for CO 2 enrichment of greenhouse crops. In Carbon Dioxide Enrichment of Greenhouse Crops. Vol. I. H.Z. Enoch and B.A. Kimball, eds. CRC Press, Boca Raton, FL. Levit H. J., Gasparand R. and Piacentini R.D., 1988. Simulation of greenhouse microclimate produced by earth tube heat exchanger, Agricultural and Forest Meteorology, vol. 47, pp: 31-37. Lide R. D., (eds) 2001. Handbook of chemistry and physics. 259

Longuenesse, J.J., C. Gary and M. Tchamitchian. 1993. Modelling CO 2 exchanges of greenhouse crops: A matter of scales and boundaries. Acta Hort. 328:33-47. Ludwig, L.J. and A.C Withers. 1984. Photosynthetic responses to CO 2 in relation to leaf development in tomato. Adv. in Photosynthetic Res. 4:217-220. Lund J., Freeston D., 2000. Proceedings of the World Geothermal congress, Kyushu-Tohokou, Japan, May 28 - June 10. Martika M. and Papanagiotou E., 1991. Economic consequences of the system of heating on the production of protected vegetables in Northern Greece. Acta Hort. 287: 391-398. Martinez-Garcia P. E., Arenas Cuevas M., Gonzales Benavente A., Aragon Pallares R., Garcia Lazaro V., 1985. Technical applications effluents use in agriculture, Rome. Martzopoulos G., 1990. The influence of three geothermal heating systems on the growth and the yield of tomato crop. Acta Horticulturae vol 287, pp 77-87. Mathis, V. 1972. The effect of high day temperatures on new plantings of Forever Yours, Love Affair and Cara Mia roses. CO Flower Growers Assoc. Res. Bull. 270:1-3. Mattas K. and Grafiadellis M., 1989. Assessing income benefits in protected cultivation when energy saving technology is introduced. Acta Hort. 245: 547-553. Mattas K., Grafiadellis M., Papanagiotou E. ant Martika M., 1990. Evaluating the effectiveness of the passive solar system for heating greenhouses. Acta Hort. 263: 97-101. Matthews, R.B. et al. 1987. Computer control of carbon dioxide concentration in experimental glasshouses and its use to estimate net canopy photosynthesis. Agric. and Forest Meteor. 40:279-292. Mavrogianopoulos G. and Kyritsis S. 1986. The performance of a greenhouse heated by an earth-air heat exchanger. Agricultural and Forest Meteorology 36, 263-268. Mavrogianopoulos G. and Kyritsis S. 1989. Passive solar sleeves for heating greenhouses. The 3rd joint workshop of FAO-CNRE on the use of Solar Energy for Greenhouse Heating. Adana, Turkey, April 1988, pp35-38. 260

Mavrogianopoulos G. and Kyritsis S. 1993. Analysis and performance of a greenhouse with water filled passive solar sleeves. Agricultural and Forest Meteorology, 65:47-61. Mavromatis E., Grafiadellis M. and Traka-Mavrona, 1995. A study of the techniques which improve the efficiency of the passive solar system. Proc. of XXV Annual Meeting of ESNA (under press). Mc Kendry P., 2002. Energy production from biomass (part 2): conversion technologies. Bioresource Technology, vol. 83, pp. 47-54. Mears D. R., Roberts W. J., and Cipolletti J. P., 1980. Solar heating of commercial greenhouses: Kube Pac Inc. Published by the Department of Biological and Agricultural Engineering, Cook College, Rutgers University, New Brunswick, NJ, 71 pp. Medany M. A. and Abou-Hadid A. F., 1989. Studies on the heat requirement of sweet pepper plants grown under plastic houses in Egypt. Acta Hort. 287: 255-260. Μerva E. 1995. Physical Principles of the Plant Biosystem, A.S.A.E. Michigan. Moe, R. and Mortensen, M.L., 1986. CO 2 enrichment in Norway. In: H.Z. Enoch and B. Kimball, Carbon dioxide Enrichment of Greenhouse crops. Vol. I. Status and CO 2 sources CRC Press, Florida, pp 59-73. Montero J., Marfa O., Serrano L., and Anton A. 1989. The use of passive solar tubes on slopped tunnel greenhouses. The 3rd joint workshop of FAO-CNRE on the use of Solar Energy for Greenhouse Heating. Adana, Turkey, April 1988, pp53-57. Morgan, W.M., 1984. The effect of night temperature and glasshouse ventilation on the incidence of Botrytis cinerea in a late planted tomato crop. Crop protection, 3:349-361. Mortensen, L.M. 1986. Effect of intermittent as compared to contiuous CO 2 enrichment on growth and flowering of Chrysanthemum X morifolium Ramat. and Saintpaulia ionantha H. Wendl. Sci. Hort. 29:282-289. Mortensen, M.L., 1987. Review: CO 2 Enrichment in Greenhouses. Crop responses. Scientia Horticulturae, 33:1-25. Mortvedt, J.J. et al. eds. 1991. Micronutrients in Agriculture. 2nd ed. Soil Sci. Soc. Amer., Madison, WI. 261

Mortensen, M.L., 2000. Effects of air humidity on growth, flowering, keeping quality and water relations of four short-day greenhouse species. Journal of Horticultural Science 86:299-310. Mortensen, M.L. and Moe, R., 1983. Growth responses of some greenhouse plants to environment. Effect of CO 2, O 2 and light on net photosynthetic rate in Chrysanthemum morifolium ramat. Scientia Hort. 19: 133-140. Mortensen, M.L. and Ulsaker, R., 1985. Effect of CO 2 concentration and light levels on growth, flowering and photosynthesis of Begonia x hiemalis Fotsch. Scientia Hort. 27:133-141. Mougou A. and Verlodt H. 1989. Use of passive solar heating system to improve greenhouse bioclimate. In: von Zabeltitz C. (ed.), Greenhouse heating with solar energy. REUR technical series, 1/Fao CNRE Study No 1, Rome 1987, pp58-64. Mougou A. and Verlodt H. 1990. Improvement in the greenhouse climate by passive solar heating. Plasticulture, 85:25-30. Nederhoff, E.M., 1997. Humidity in Greenhouses. Journal of The Horticulture and Food Research Institute of New Zealand Ltd Nederhoff, E.M. 1994. Effects of CO 2 concentrations on photosynthesis, transpiration and production of greenhouse fruit vegetable crops. Ph.D. Dissertation. Wageningen. 213 pp. Nederhoff, E.M. and K. Buitelaar. 1992. Effects of CO 2 on greenhouse grown eggplant (Solanum melongena L.) ІІ. Leaf tip chlorosis and fruit production. J. Hort. Sci. 67:805-812. Nikita-Martzopoulou C., 1990. Present status of Geothermal energy use in agriculture. FAO, Rural Energy Country Review N. 3. Nikita-Martzopoulou C., 2002. Agricultural Aspects of Geothermal Heating in Greenhouses. Proc. of the International Course on Geothermal Energy for District Heating, Agricultural and Agro- Industrial Uses, Thessaloniki, 95-111. Nikita-Martzopoulou C., Gabriilides S., 1988. Comparison of geothermal heating systems in greenhouses with tomato crop. International Agrophysics 4 (3). Nikita-Martzopoulou C., Duda M., Campiotti C. A., and Popovski K., 1989. Comparison of measured temperatures of Geothermally heated greenhouses in Italy, Greece, Czechoslovakia and Yugoslavia. Acta Horticulturae, vol. 245, pp. 291-295. 262

Nijskens J., Deltour S., Coutisse S., and Nisen A., 1985. Radiation transfer through covering materials, solar and thermal screens of greenhouses. Agricultural and Forest Meteorology, 35:229-242. Nobel, P.S. 1991. Physicochemical and Environmental Plant Physiology. Academic Press, New York. 635 pp. Odysseos G. 1988. The passive solar system. A thesis submitted in partial fulfillment for the M.Sc. degree at the Mediterranean Agronomic Institute of Chania, Greece. Pallas, J.E., Jr. 1986. CO 2 measurement and control. In Carbon Dioxide Enrichment of Greenhouse Crops. Vol. I. H.Z. Enoch and B.A. Kimball, eds. CRC Press, Boca Raton, FL. Pavlou G. 1990. Evaluation of thermal performance of water-filled polyethylene tubes used for passive solar greenhouse heating. Acta Hort., 287:89-98. Peet, M.M. and Wiilts, H.D., 1984. CO 2 enrichment of greenhouses tomatoes using a closed-loop heat storage: Effects of cultivar and nitrogen. Scientia Horticulturae., 24: 21-32. Photiades I. 1989. Experiences and results of research on passive water tube solar heating systems in Cyprus. The 3rd joint workshop of FAO-CNRE on the use of Solar Energy for Greenhouse Heating. Adana, Turkey, April 1988, pp9-19. Photiades I. 1994. Heating plastic greenhouses with a solar passive water-sleeve system. Ministry of Agriculture, Natural Resources and the Environment, Agriculture Research Institute. Nicosia. Report No. 62. Pirard G., Dellour J., Nijskens J., 1994. Controlled operation of thermal screens in greenhouses. Plasticulture 103: 11-22. Popovski K., 1993. Heating greenhouses with geothermal energy: Engineering handbook. Popovski K., 1998. Geothermally Heated Greenhouses in the World, Proceedings of the Workshop: Heating Greenhouses with Geothemal Energy, International Summer School, Azores, pp. 425-430. Popovski K. and Vasilevska P., 2002. Heating greenhouses with geothermal energy. International summer school on direct application of geothermal energy. International Geothermal Days Greece 2002. Course Text-book. 263

Prados N., Montero J., Bretones F., Salvey J. L., Jimenez M., and Sevilla A. 1985. Essay on solar heating of greenhouses in Almeria, Spain. Paper presented at CNRE workshop on solar heating of greenhouses, Cyprus. Prados N., Montero J. I. and Bretones F. (1987a). Flat-plate collector for greenhouse heating (Spain). In: von Zabeltitz C. (ed.), Greenhouse Heating with Solar Energy. REUR technical series, 1/FAO CNRE workshop on solar heating of greenhouses, Cyprus. Prados N., Montero J. I. and Bretones F. (1987b).Passive collectors: PE-tubes filled with water (Spain). In: von Zabeltitz C. (ed.), Greenhouse Heating with Solar Energy. REUR technical series, 1/FAO CNRE Study No 1, Rome 1987, pp96-98. Roberts W. J. et al., 1981. Progress in movable blanket insulation systems for greenhouses. Acta Hort. 115: 685-692. Roberts W. J. et al., 1985. Energy conservation for commercial greenhouses. NRAES-3. Univ. of CT., Storrs, CT. 48 pp. Rustad, S., T. Olsen and P. Thoresen. 1984. A technical and economical evaluation of a charcoal-based combustion system for CO 2 -enrichment. Acta Hort. 162:189-196. Sallambas H., Durceylan E. and Yelboga K. 1989. Some experiments on passive solar heating system for greenhouses by polyethylene water tubes. In: von Zabeltitz C. (ed.) Passive Solar Heating of Greenhouses with Water-filled polyethylene tubes. FAO-Regional Office for Europe, pp69-79. Santamouris M., Argiriou A. and Vallindras M., 1994. Design and operation of a low energy consumption passive solar agricultural greenhouse, Solar Energy, vol. 52, pp: 371-378. Schapendonk, A.H.C.M. and P. Gaastra. 1984. Physiological aspects of optimal CO 2 -control in protected cultivation. Acta Hort. 148:477-484. Segal I., Tal A. and Steinfeld A., 1987. Utilization of thin wall plastic tubes as heat exchangers for geothermal water. First workshop of the CNRE on the use of Geothermal energy in agriculture. Skopje (Yugoslavia). Segal I. et. al. 1990b. Passive solar heating of greenhouses utilizing water tubes. Proc. Int. Sem. And British-Israel Workshop on Greenhouse Technology. Bet-Dagan, Aug., 1990. Seginer, I. et al. 1986. Optimal CO 2 enrichment strategy for greenhouses: a simulation study. J. Agric. Eng. Res. 34:285-304. 264

Short T. H., Badger P. C. and Roller W. L. 1978. The solar pond as an alternative energy source for greenhouses. Acta Hort. 76:185-192. Short J. H., Pang T., Pang T.F., 1990. Heat transfer across a double acrylic greenhouse glazing. Paper ASAE 90-4534: 14. Skoye, D.A. and E.W. Toop. 1973. Relationship of temperature and mineral nutrition to carbon dioxide enrichment in the forcing of pot chrysanthemums. Can. J. Plant Sci. 53:609-614. Slack, G. 1983. CO 2 : A new technique for an old commodity. The Grower. Mar. 17, 1983. Structural consulting engineers, 2002. The solar chimney Schlaich Bergermann und Partner. Taieb F. and Grafiadellis M. 1993. Improvement of the efficiency of the passive solar heating system using colored solutions. Paper presented at Seminar. Business opportunities for energy technologies in the field of greenhouse horticulture in southern Europe. 12-14 November 1992, Heraclion, Greece, Proceedings 1:161-169. Tal A. et al., 1987. Design procedure for a greenhouse space heating system utilizing geothermal warm water. Energy in Agric. 6: 27-34. Talab T. and Olympios C. 1994. The effect of selective removal of young leaves on the growth and yield of greenhouse tomatoes. Rivista di Agricoltura Subtropicale e Tropicale, 88(2):297-304. Talab T., Rafeh N. and Basal M. 1988. The use of water-filled PE tubes in heating greenhouses. Experiments conducted at the Directorate of Scientific Research (Unpublished data), Damascus, Syria 1987-88. Τeitel M., Segal I., Shklyar A. and BaraK M., 1997. A comparison between Pipe and Air Heating Methods for Greenhouses. Journal of Agricultural Engineering Research, vol. 72. pp: 259-273. Thimijan, R.W. and R.D. Heins. 1983. Photometric, radiometric and quantum light units of measure: A review of procedures for interconversion. HortScience. 18:818-822. Thompson, C.J. and J.J. Hanan. 1976. Effect of CO 2 concentrations on roses: ІІ. Yield. CO Flower Growers Assoc. Res. Bull. 307:1-2. 265

Τiwary GN, Dhiman NK, 1985. Periodic theory of a greenhouse. Energy Converse and Manage, 25 (2): 217-233. Traka-Mavrona E., Grafiadellis M., Paraskevopoulou-Paroussi G. and Spanomitsios G., 1992. The effect of three greenhouse heating means on the production of four tomato hybrids. N.AG.RE.F. Pan-Hellenic Congress of Agricultural Research, Thessaloniki, February 5-7, 1990. Proc., B: 855-870. Tsagas F. N. and Fydanidis D., 1998. Greenhouse Heating using Geothermal energy. U.S. Department of energy, 2004. Energy Savers: Phase Change Materials For Solar Heat Storage. van Berkel, N. 1975. CO 2 from gas-fired heating boilers - its distribution and exchange rate. Neth. J. Agric. Sci. 23:202-210. van Berkel, N. 1984. CO 2 enrichment in the Netherlands. Acta Hort. 162:197-205. van Berkel, N. 1986. CO 2 enrichment in the Netherlands. In Carbon Dioxide Enrichment of Greenhouse Crops. Vol. I. H.Z. Enoch and B.A. Kimball, eds. CRC Press, Boca Raton, FL. van Berkel, N. and J.A.M. van Uffelen. 1975. CO 2 nutrition of spring cucumbers in The Netherlands. Acta Hort. 51:213-219. van Berkel, N. and J.B. Verveer. 1984. Methods of CO 2 enrichment in the Netherlands. Acta Hort. 162:227-231. von Elsner B., 1984. The feasibility of greenhouse heating with reject heat in West Germany. Acta Horticulturae, 148: 199-207. van Meurs, W.T.M. and E.M. Nederhoff. 1995. CO 2 control. In Greenhouse Climate Control. J.C. Bakker et al., eds. Wageningen Pers. von Zabeltitz C. 1989. Passive solar heating of greenhouses with water-filled polyethylene tubes. FAO-Regional Office for Europe, pp1-8. Vijverberg, A.J. and J.A.M. van Uffelen. 1977. The application of CO 2 in the culture of sweet peppers. Acta Hort. 58:293-296. Walker, J. N. and Cotter, D. J., 1968. Influence of structural features and plant growth on temperature in greenhouse structure with particular emphasis on plastic glazed structures. Acta Hort. Inter Soc. Hort. Sci. 5: 26-46. 266

Walker, J. N. and Dunkan, G. A., 1974. Greenhouse heating systems. AEN-31 pp. 8, University of Kentucky, college of Agriculture, USA. West Virginia University Extension Service, 2004. Building a greenhouse business. Adapted from fact sheet 593, University of Maryland Cooperative extension Service. Wittwer, S.H., 1966. Application of carbon dioxide enrichment for vegetable growing under glass or plastic. Acta Hortic. 4 129-134. Wittwer, S.H. and W. Robb. 1964. Carbon dioxide enrichment of greenhouse atmospheres for food crop production, Econ. Bot. 18:34-56. Wright C. R., 1981. Utah Roses. Inc. geothermal heat project. Roses, Inc. Bull, Sept., 1981. pp 55-57. Woltz, S.S. and Engelhard, A.W., 1971. Physiological disorders of leaves of chrysanthemum cultivars relative to accumulation of excess carbohydrate. Proc. Fla. State Hortic. Soc., 84:370-374. Yelgova K., Sallambas, H., and Durceylan E., 1987. Heating of greenhouses by solar energy in Antalya. In: von Zabeltitz C. (ed.), Greenhouse Heating with Solar Energy. REUR technical series, 1/FAO CNRE Study No 1, Rome 1987, pp54-57. Yelle, S., A. Gosselin and M.J. Trudel. 1987. Effect of atmospheric CO 2 concentration and root-zone temperature on growth, mineral nutrition and nitrate reductase activity of greenhouse tomato. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 112:1036-1040. Zabri, A.W. and Burrage, S.W., 1998. The effects of vapour pressure deficit (VPD) and enrichment with CO 2 on photosynthesis, stomatal conductance, transpiration rate and water use efficiency (WUE) of sweet pepper (Capsicum annuum L.) grown by NFT. Acta Hort. 458:351-356. Zeroni, M. and J. Gale. 1989. Response of Sonia roses to salinity at three levels of ambient CO 2. J. Hort. Sci. 64:503-511. Zieslin, N. and A.H. Halevy. 1972. The role of CO 2 in increasing the yield of Baccara roses. Hort. Res. 12:97-100. Zitter, A.T., Hopkins, L.D., Thomas, E.C., 1998. Compendium of Cucurbit Diseases. APS Press.Zorn, W. and D. Knoppik. 1993. Optimizing crop growth model input data acquisition -Computer simulation of dynamic gas exchange measurment. Acta Hort. 328:163-170. 267

2.Ελληνική βιβλιογραφία Βαφειάδης Δ., 2002. Εμπλουτισμός θερμοκηπίων με CO 2 σε συνθήκες υψηλών θερμοκρασιών. Μεταπτυχιακή διατριβή. Γεωπονική Σχολή, Α.Π.Θ. Γραφιαδέλης Μ., 1987. Σύγχρονα Θερμοκήπια. Γαρταγάνης, Θεσσαλονίκη. Καράταγλης Σ.Σ., 1992. Φυσιολογία Φυτών. Εκδόσεις: Art of Text, Θεσσαλονίκη. Καράταγλης Σ.Σ., 1999. Φυσιολογία Φυτών. Εκδόσεις: Art of Text, Θεσσαλονίκη. Kίττας Κ., Γιαγλάρας Π., Κούτρα Α., 2000. Θέρμανση θερμοκηπίων με βιομάζα στη Μαγνησία. Μαρτζόπουλος Γ., 1991.Εκμηχάνιση Κτηνοτροφικών Μονάδων και Διαχείριση Λυμάτων. Διδακτικές σημειώσεις, Α.Π.Θ. Μαρτζόπουλος Γ., 1993. Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Τεχνολογικές εφαρμογές στη γεωργία. Διδακτικές σημειώσεις, Α.Π.Θ. Μαρτζόπουλος Γ., 2001. Μελέτη ολοκληρωμένου προγράμματος διαχείρισης θερμοκηπίων στο δήμο Δοβρά του νομού Ημαθίας. Μαυρογιαννόπουλος Γ. 1994. Θερμοκήπια. Σταμούλης, Αθήνα. Νικήτα-Μαρτζοπούλου Χ. 1994. Θερμοκήπια. Έκδοση: Υπηρεσία Δημοσιευμάτων Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη. Νικολάου Α., Παπαμιχαήλ Ι., Λυχναράς Β., Πανούτσου Κ., 2003. Δυναμικό γεωργικών υπολειμμάτων για παραγωγή ενέργειας στην Ελλάδα. Πρακτικά 3 ου Πανελληνίου Συνεδρίου Γεωργικής Μηχανικής, pp. 457-464. Ντόγρας Κ. 2001. Καλλιέργεια Λαχανικών Στο Θερμοκήπιο. Τμήμα Εκδόσεων Πανεπιστημιακό Τυπογραφείο. Θεσσαλονίκη. Ντόγρας Κ., Σιώμος Α. 2001. Καλλιέργεια Λαχανικών στο θερμοκήπιο. Τμήμα Εκδόσεων Πανεπιστημιακό Τυπογραφείο. Θεσσαλονίκη. Οικονόμου, Σ.Α., 1992. Μαθήματα εμπορικής ανθοκομίας. Υπηρεσία Δημοσιευμάτων Α.Π.Θ. Θεσσαλονίκη. Σφήκας Α. 1992. Γενική Γεωργία. Έκδοση: Υπηρεσία Δημοσιευμάτων, Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη. Τζαβέλλα-Κλωνάρη, Κ. και Κατής, Ν. 2003. Ασθένειες λαχανικών και καλλωπιστικών φυτών. Έκδοση: Υπηρεσία Δημοσιευμάτων Α.Π.Θ. Θεσσαλονίκη. 268

Τσέκος Ι.Β., 2003. Φυσιολογία Φυτών. Εκδοτικός οίκος: Αδελφών Κυριακίδη, Θεσσαλονίκη. Φυτίκας Μ., Ανδρίτσος Ν., 2004. ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ, (eds) TZIOΛΑ, Θεσσαλονίκη. 3.Πηγές από το διαδίκτυο http://de.wikipedia.org/wiki/co 2 http://forum.darwinawards.com/index.php?showtopic=4958&st=126 http://www.echo-online.de/treffpunkt/detail.php3?id=291094 http://www.hortnet.co.nz/publications/science/n/neder/co2_nr1.htm#top http://www.glaverbelczech.com/en/ vyrobky. hortiplus.cfm http://www.vanlooveren.be/eng/hortiplus.asp 269

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ I ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ 270

Στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων του 9 ου κεφαλαίου Σύμφωνα με τα αποτελέσματα του 9 ου κεφαλαίου οι καλλιέργειες που εμπλουτίστηκαν με CO 2 στο πειραματικό θερμοκήπιο παρουσίασαν διαφορές στην ανάπτυξη τους σε σχέση με τις καλλιέργειες του θερμοκηπίου- μάρτυρα και στα τρία πειράματα. Συγκεκριμένα, στο πρώτο πείραμα στην καλλιέργεια της τομάτας προέκυψε μια διαφορά στο μέσο όρο του ύψους των φυτών κατά 8.64%, (πίνακες 9.1. και 9.2.) και μια διαφορά στην περίμετρο των κεντρικών βλαστών κατά 7.76%, (πίνακας 9.3.). Επίσης στο δεύτερο και τρίτο πείραμα, στην καλλιέργεια του αγγουριού, τα ύψη των φυτών διαφοροποιήθηκαν κατά 10.05%, (πίνακες 9.4. και 9.5.) και κατά 8.16%, (πίνακες 9.6. και 9.7.) αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα αυτά κρίθηκε σκόπιμο να αναλυθούν στατιστικά, ώστε να διαπιστωθεί αν οι διαφορές των μέσων όρων των δειγμάτων μεταξύ των δύο θερμοκηπίων είναι στατιστικώς σημαντικές: o Σύγκριση των μέσων όρων του ύψους των φυτών τομάτας του πρώτου πειράματος, (πίνακες 9.1. και 9.2.). Πριν από τη σύγκριση των μέσων όρων προηγείται η σύγκριση των παραλλακτικοτήτων των δύο δειγμάτων, [Φωτιάδης,1995]: Η παραλλακτικότητα ενός δείγματος (s) ορίζεται από τη σχέση: όπου : Y i : τιμές του δείγματος Y a : μέσος όρος n : αριθμός των μελών του δείγματος Σ (Y i Y a ) 2 s 2 = (1) n 1 271

Ο μέσος όρος του ύψους των 31 φυτών τομάτας του θερμοκηπίου- μάρτυρα και του πειραματικού θερμοκηπίου ήταν 81.12 cm και 88.13 cm αντίστοιχα. Δηλαδή : Y a1 = 81.12, με n 1 =31 Y a2 = 88.13, με n 2 =31 Με αντικατάσταση όλων των δεδομένων από τους πίνακες 9.1. και 9.2. στη σχέση (1), προκύπτει: s 2 1 = 43.86156 s 2 2 = 63.942 Καθώς το s 2 2 > s 1 2, η τιμή του κριτηρίου δίνεται από τη σχέση : s 2 2 F(n 2-1),(n 1-1) = (2) s 1 2 Με αντικατάσταση προκύπτει : F 30,30 = 1.4578. Για επίπεδο σημαντικότητας α=0.05 η κριτική τιμή του F είναι: F 0.025,30,30 = 2.07,(από στατιστικούς πίνακες). Καθώς F 30,30 < F 0.025,30,30 γίνεται αποδεκτό, ότι οι παραλλακτικότητες των πληθυσμών από τους οποίους προήλθαν τα δύο δείγματα είναι ίσες. Σ αυτήν την περίπτωση ισχύουν οι σχέσεις: Y a1 - Y a2 t = (3) s Ya1 - Ya2 n 1 +n 2 s 2 Ya1 - Ya2 = s 2 (4) n 1 n 2 (n 1-1) s 2 2 1 + (n 2-1) s 2 s 2 = (5) (n 1-1) + (n 2-1) 272

όπου : s 2 Ya1 - Ya2 : παραλλακτικότητα της διαφοράς των μέσων όρων s 2 : κοινή παραλλακτικότητα των δύο πληθυσμών Με αντικατάσταση όλων των δεδομένων διαδοχικά στις σχέσεις (5), (4) και (3), προκύπτει: s 2 = 53.9 s 2 Ya1 - Ya2 = 3.593 t = -3.698 Η τιμή της κατανομής t από στατιστικούς πίνακες για βαθμούς ελευθερίας: (n 1 + n 2 ) 2 = 60 και α=0.05 είναι: t 0.025,60 =2 Η τιμή -3.698 βρίσκεται στον άξονα τιμών αριστερότερα από το -2, είναι επομένως μέσα στην κριτική περιοχή και άρα η διαφορά των δύο μέσων όρων είναι στατιστικώς σημαντική. Με την εφαρμογή της παραπάνω διαδικασίας και στα υπόλοιπα αποτελέσματα του 9 ου κεφαλαίου, βρέθηκε ότι όλες οι διαφοροποιήσεις των φυτών μεταξύ των δύο θερμοκηπίων είναι στατιστικώς σημαντικές. 273

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ II ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΩΝ 274

Πρώτο πείραμα Εικόνα Π.1. Οι καλλιέργειες της τομάτας και της πιπεριάς στο θερμοκήπιο- μάρτυρα, 10 ημέρες μετά τη μεταφύτευση Εικόνα Π.2. Οι καλλιέργεια της τομάτας στο πειραματικό θερμοκήπιο, 10 ημέρες μετά τη μεταφύτευση 275

Εικόνα Π.3. Οι καλλιέργεια της πιπεριάς στο πειραματικό θερμοκήπιο, την ημέρα της μεταφύτευσης 276

Εικόνα Π.4. Οι καλλιέργεια της τομάτας του θερμοκηπίου- μάρτυρα, στο τέλος του πειράματος Εικόνα Π.5. Οι καλλιέργεια της τομάτας του πειραματικού θερμοκηπίου, στο τέλος του πειράματος 277

Εικόνα Π.6. Οι καλλιέργεια της πιπεριάς του θερμοκηπίου- μάρτυρα, στο τέλος του πειράματος Εικόνα Π.7. Οι καλλιέργεια της πιπεριάς του πειραματικού θερμοκηπίου, στο τέλος του πειράματος 278

Δεύτερο πείραμα Εικόνα Π.8. Η καλλιέργεια του αγγουριού του θερμοκηπίου-μάρτυρα την ημέρα της μεταφύτευσης Εικόνα Π.9. Η καλλιέργεια της πιπεριάς του θερμοκηπίου-μάρτυρα την ημέρα της μεταφύτευσης 279

Εικόνα Π.10. Η καλλιέργεια του αγγουριού του πειραματικού θερμοκηπίου την ημέρα της μεταφύτευσης Εικόνα Π.11. Η καλλιέργεια της πιπεριάς του πειραματικού θερμοκηπίου την ημέρα της μεταφύτευσης 280

Εικόνα Π.12. Η καλλιέργεια του αγγουριού στο πειραματικό θερμοκήπιο την ημέρα της εγκατάστασης του παθητικού ηλιακού συστήματος. Διακρίνονται οι αγωγοί εφαρμογής του CO 2. Εικόνα Π.13. Η καλλιέργεια της πιπεριάς στο πειραματικό θερμοκήπιο την ημέρα της εγκατάστασης του παθητικού ηλιακού συστήματος. 281

Εικόνα Π.14. Το θερμοκήπιο- μάρτυρας την ημέρα της εγκατάστασης του παθητικού ηλιακού συστήματος Εικόνα Π.15. Η καλλιέργεια της πιπεριάς του θερμοκηπίου- μάρτυρα μετά τη συγκομιδή των καρπών 282

Εικόνα Π.16. Η καλλιέργεια της πιπεριάς του πειραματικού θερμοκηπίου μετά τη συγκομιδή των καρπών 283

Τρίτο πείραμα Εικόνα Π.17. Τα φυτά του θερμοκηπίου- μάρτυρα δύο εβδομάδες μετά από τη μεταφύτευση Εικόνα Π.18. Τα φυτά του πειραματικού θερμοκηπίου δύο εβδομάδες μετά από τη μεταφύτευση 284

Εικόνα Π.19. Η καλλιέργεια του αγγουριού του πειραματικού θερμοκηπίου την ημέρα της απομάκρυνσης του παθητικού ηλιακού συστήματος Εικόνα Π.20. Η καλλιέργεια του αγγουριού του θερμοκηπίου- μάρτυρα την ημέρα της απομάκρυνσης του παθητικού ηλιακού συστήματος 285

Εικόνα Π.21. Η καλλιέργεια της πιπεριάς του πειραματικού θερμοκηπίου την ημέρα της απομάκρυνσης του παθητικού ηλιακού συστήματος Εικόνα Π.22. Η καλλιέργεια της πιπεριάς του θερμοκηπίου- μάρτυρα την ημέρα της απομάκρυνσης του παθητικού ηλιακού συστήματος 286