اهمیت کنترل مصرف انرژی در گلخانه
برای رشد مطلوب گیاهانی که در محیط گلخانه پرورش می‌یابند نیاز به کنترل عوامل محیطی از قبیل نور، حرارت، رطوبت و تهویه می‌باشد. در واقع گلخانه از نظر سازه و امکانات جانبی بایستی طوری طراحی شود که عوامل محیطی تامین و مانعی برای رشد و تولید محصول از نظر این عوامل ایجاد نگردد لذا انرژی در گلخانه با هدف تامین حرارت، رطوبت، تهویه و نور به کار می‌رود.
مهترین انرژی مورد استفاده در گلخانه انرژی گرمایشی می‌باشد و انرژی الکتریکی در درجه دوم اهمیت قرار دارد. از طرفی به دلیل افزایش قیمت سوخت‌های فسیلی مانند گازوئیل، گاز و نفت لزوم توجه به مصرف انرژی به خصوص انرژی گرمایشی بیش از گذشته مشخص می‌گردد.
تبادل حرارتی در گلخانه چگونه است؟
بیشتر گیاهانی که در گلخانه کشت می‌شوند برای تولید محصول مطلوب بایستی در دامنه حرارتی 18-28 درجه سانتی‌گراد رشد نمایند. از طرف دیگر شدت نور خورشید نیز عامل تاثیر گذار دیگری در تولید محصولات گلخانه‌ای می‌باشد. اگر پوشش گلخانه از شیشه باشد بیشترین نفوذ نور خورشید را به داخل گلخانه شاهد هستیم ولی با پوشش شیشه‌ای نه تنها تلفات حرارتی به محیط بیرون بسیار افزایش می‌یابد بلکه نیاز به یک سازه قوی دارد که به افزایش سرمایه اولیه می‌انجامد. از طرف دیگر در صورت استفاده از پوشش پلاستیکی تبادل حرارتی با محیط بیرون کاهش می‌یابد ولی نفوذ نور نسبت به پوشش شیشه‌ای کمتر میشود. بطور کلی تبادل و در نتیجه تلفات حرارت در یک گلخانه یا هر ساختمان دیگری به 4 طریق هدایت، همرفت، نشت و تشعشع بسته به به نوع و اندازه آن صورت می‌گیرد.
الف) هدایت: انتقال یا جریان گرما از میان یک ماده نظیر پوشش‌های پلاستیکی گلخانه‌ها را هدایت گرمایی گویند. سرعت این انتقال بسته به جنس مواد متفاوت است.
شکل 1- مسیرهای تلفات یا افزایش گرمای گلخانه
ب) همرفت: حرارت بین هوای در حال حرکت داخل گلخانه و سطح اجسام موجود در آن محیط در حال تبادل است. این نوع تبادل حرارتی همرفت می‌باشد. همانطور که هوای داخل گلخانه گرم میشود به بالا صعود می‌کند و مقداری از گرمای خودش را توسط پوشش سقف گلخانه از دست می‌دهد. پس از آن سردتر شده و هوای سنگین‌تر به طرف کف گلخانه نشست می‌کند تا به وسیله گرم‌کننده یا کف و سکوهای گرمتر، گرم شود.
ج) نشت: تبادل حرارتی یا نفوذ هوا از طریق روزنه‌ها و شکاف‌های پوشش گلخانه را نشت می‌گویند.
شکل 2- تلفات حرارتی ناشی از نشت، وقتی هوای سرد وارد و هوای گرم گلخانه از میان شکاف ها و روزنه های کوچک روی پوشش، درها و اتصالات خارج میشود اتفاق می افتد.
د) تشعشع: انتقال حرارت بین دو جسم، بدون تماس یا وجود یک ماده انتقال دهنده حرارت را تشعشع می‌گویند. در پدیده تشعشع تبادل انرژی بدون نیاز به حاملی به نام هوا صورت می‌گیرد. نور خورشید با پدیده تشعشع باعث گرم شدن هوا، گیاهان، خاک و سازه گلخانه میشود. پس از جذب انرژی حاصل از تشعشع خورشیدی گیاه، خاک و سازه گلخانه از محیط پیرامون خود گرمتر شده و متقابلا این اجسام حرارت را به صورت تشعشع گرمایی از خود ساطع می‌کنند. تلفات حرارتی ناشی از تشعشع در شب‌های سرد زمستانی قابل توجه است و اثر مهمی در تبادل حرارتی گلخانه دارند.
آشنایی با روش‌های جابجایی و انتقال انرژی (هدایت، همرفت، نشت و تشعشع) تاثیر به سزایی در مدیریت مصرف انرژی توانمند می‌سازد به همین منظور تاثیر سازه، پوشش، نوع و سیستم‌های گرمایشی مورد بحث قرار می‌گیرد.
سازه
در گلخانه‌های چند دهانه تلفات انرژی نسبت به گلخانه‌هایی ساده کمتر است. به عنوان مثال یک گلخانه چند دهانه که سطح 2000 متر مربع را پوشانده است 15 تا 20 درصد سطح پوشش و در نتیجه تلفات انرژی کمتری نسبت به چند گلخانه ساده که همان مساحت را پوشانده باشند را دارد. در گلخانه‌های چند دهانه نسبت سطح پوشش گلخانه به سطح کف گلخانه مساوی یا کمتر از 5/1 است اما این نسبت در گلخانه‌های تک دهانه 1.7 – 1.8 می‌باشد. سطح پوشش گلخانه نشان دهنده سطح تماس یک گلخانه با محیط پیرامون خود می‌باشد هر چه سطح پوشش نسبت به مساحت گلخانه کمتر باشد تبادل حرارتی با محیط بیرون کمتر میشود، لذا شکل هندسی گلخانه و طراحی مناسب آن با توجه به شرایط هر منطقه از اهمیت زیادی برخوردار است. در شکل هندسی کروی نسبت سطح پوشش به مساحت گلخانه کمترین است اما در این طراحی هزینه‌ها بالا و همچنین در تولید محصول گلخانه‌ای محدودیت‌هایی را ایجاد می‌کند. شکل مکعبی پس از نیم کره کمترین مساحت را نسبت به سطح پوشش دارد. بنابراین هر چه سطح کف گلخانه به مربع نزدیکتر باشد اتلاف گرما کمتر میشود.
جهت و سمت گلخانه
در عرض‌های جغرافیایی شمالی گلخانه‌های تک سالنی باید در جهت شرقی غربی قرار بگیرند تا اجازه ورود حداکثر نور را در اواخر پاییز، زمستان و اوایل بهار بدهند. اما در گلخانه‌های چند سالنی جهت معمولا شمالی–جنوبی است تا مسیر ناودانی‌ها از شرق به غرب در جهت محصول باشد و سایه اندازی آن‌ها در کل روز در قسمت‌های یکسانی از گلخانه نباشد. اما در هر دو حالت ردیف کشت محصول باید در جهت شمال– جنوب باشد تا نور کافی در طول روز به محصول برسد و کمترین سایه‌اندازی را بوته‌ها روی هم داشته باشند.
شکل 3- جهت قرار گرفتن گلخانه
بادشکن
بادی با سرعت 24 کیلومتر بر ساعت سبب دو برابر شدن تلفات گرما از یک گلخانه میشود. چون باد باعث سریع‌تر شدن مکش هوای گرم داخل گلخانه به خارج نسبت به زمانی که هوای پیرامون آن ساکن است، میشود. بنابراین با احداث بادشکن میتوان سرعت باد را روی پوشش گلخانه را کم کرد و در نتیجه تبادل حرارتی بین بیرون و داخل گلخانه را از طریق نشت و همرفت کاهش داد.
بادشکن می‌تواند به صورت فنس، کاشت درختان و یا احداث ساختمان و غیره طراحی شود. بطور کلی بادشکن‌ها 5 تا 10 درصد تلفات حرارتی را از داخل گلخانه کاهش می‌دهند. در مناطق بادخیز، بادشکن باید در مسیر باد غالب زمستانی احداث شود. زیرا تلفات حرارت از طریق نشت کم میشود و برف کمتری روی گلخانه می‌نشیند. برای حفاظت یک گلخانه به ارتفاع معمول 3.3 تا 4.7 متر میتوان بادشکنی موقت به وسیله فنس به ارتفاع 3 تا 4 متر در فاصله 12 تا 18 متری گلخانه احداث کرد. بادشکن‌های دائمی نیز با کشت درختان سوزنی برگ و همیشه سبز احداث می‌گردد در این شرایط نیاز به 4 تا 5 ردیف درخت و در هر ردیف 4 تا 6 درخت می‌باشد.