مودیل ریاضى لتدفئة الصوب الزراعیه باستخدام حرارة غازات العادم الناتجه من محرک یعمل بوقود البیوجاز

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 استاذ الهندسه الزراعیه المساعد - قسم الهندسه الزراعیه - جامعة المنوفیه - مصر.

2 مدرس مساعد - قسم الهندسه الزراعیه - جامعة المنوفیه - مصر.

المستخلص

الصوبات الزراعیه هی واحدة من اهم التقنیات الزراعیة فی إنتاج المحاصیل فی ظل ارتفاع عدد سکان العالم والتغییرات المناخیة الحالیه التى ادت الى تخفیض الانتاج فى الحقل المکشوف والارتفاع الکبیر فى اسعار الخضار. وهناک العدید من طرق المستخدمه فى تدفئه الصوب. ولکن لخفض تکالیف التدفئه تم استخدام الحراره المفقوده لغازات العادم لمحرک دیزل یعمل بوقود البیوجاز وذلک للاستفاده من هذه الطاقه المهدره فى تدفئة الصوبه الزراعیه.ولتحقیق هذا الهدف تم تصمیم مودیل ریاضى لتدفئة صوبه زراعیه بواسة غازات العادم لمحرک دیزل یعمل بوقود البیوجاز. یتکون المودیل من مجموعه من المعادلات الریاضیه التى تحدد کمیه الحراره المضافه و المفقوده لکلاً من مکونات الصوبه تحت الدراسه والتى تشمل الهواء الداخلى للصوبه و الغطاء والنبات والتربه وکذلک الرطوبه النسبیه داخل الصوبه وتم کتابتها وحلها بواسطة برنامج الماتلاب. ویستند هذا التحلیل على توازن الطاقه حیث یتم حساب درجة حرارة کل عناصر الصوبه المختلفه بناءاً على فرق کمیة الطاقه المضافه والمفقوده تحت ظروف دراسیه محدده.
 وللتاکد من صحة المودیل تم تحقیقه تجریبیاً وذلک بتصمیم صوبه زراعیه ابعادها 5.5 متر عرض × 13.5 متر طول فى قریة اصطبارى مرکز شبین الکوم محافظة المنوفیه والتى تقع على خط عرض 54 30ه شمال خط الاستواء وتم زراعتها بمحصول الخیار فى الفتره من شهر نوفمبر 2009 حتى مارس 2010 وتم تدفئتها بغازات عادم محرک دیزیل قدرته 5 حصان میکانیکى. تم تبرید غازات العادم وتدفئة الصوبه بواسطة مبادل حرارى تم تثبیته  داخل الصوبه. تم قیاس درجه حرارة کلاً من الهواء الداخلى للصوبه والغطاء والنبات والتربه والرطوبه النسبیه داخل الصوبه خلال فترة الدراسه.وتم تسجیل البیانات کل 5 ثوانى وتم عمل متوسط للقیم کل ساعه وتم مقارنة النتائج المحسوبه بالمقاسه وکانت اهم النتائج المتحصل علیها هى اقل قیم لمعامل الارتباط بین کلا من البیانات المحسوبه والمقاسه هى  0.970و 0.970  و 0.977 و0.975 و 0.818 لکلاً  من الهواء والغطاء والنبات والتربه على الترتیب. واقل درجة حراره هى هى 13 و 12.77  و  13.57 و 15.8 درجه مئویه لکلاً من الهواء والغطاء والنبات والتربه على الترتیب.ومن خلال النتائج تم الحصول على اتفاق جید بین القیم المقاسه والمحسوبه خلال فترة التجربه. هذا یعنی أنه یمکن استخدام النموذج للتنبؤ بالاداء الحراری لصوبه زراعیه مکونه  من مجموعة من العناصر المختلفه بالاضافه الى الاشعاع  الشمسی ووحدة التدفئه.

الموضوعات الرئيسية


Abd el Menem, A.  (1998).  Protected cultivation technology (GREENHOUSE)
Amon, T.; Amon, B. and Kryvoruchko, V. (2007). Methane production through anaerobic digestion of various energy crops grown in sustainable crop rotations Bioresource Technology 98 :3204–3212
Boulard, T.; Razafinjohany, E.; Baille, A.; Jaffrin, A. and Fabre, B. (1990). Performance of a greenhouse heating system with a phase change material. Agricultural and Forest Meteorology 52, 303–318.
EL Sheikh, I.H. (2001).soil heating and climate simulation model for greenhouses. Ph.D. Thesis, University of Hannover, Germany.
Gautam, R.; Baral, S. and Heart, S. (2007). Biogas as a sustainable energy source in Nepal: Present status and future challenges Renewable and Sustainable Energy Reviews(2007), doi:10.1016/j.rser.2007.07.006
Harmanto; Tantau1, H.J. and Salokhe, V.M.(2006). Microclimate and Air Exchange Rates in Greenhouses covered with Different Nets in the Humid Tropics Biosystems Engineering (2006) 94 (2), 239–253 doi:10.1016/j.biosystemseng.2006.02.016
He, J. ; Hoyano, a. and Asawa, T. (2009). A numerical simulation tool for predicting the impact of outdoor thermal environment on building energy performance. Applied Energy, 85: 1595-1505
Kumari, N.; Tiwari, G.N. and Sodha, M.S. (2003). Modelling of a greenhouse with integrated solar collector for thermal heating. International Journal of Ambient Energy 27 (30), 125–136.
Lewis, M. J. (1990). Physical properties of foods and food processing systems. Ellis Horwood Limited.
Mutwiwa, U. N. (2007). Effects of Different Cooling Methods On Microclimate and Plant Growth in Greenhouses In The Tropics. Ph.D. Thesis, University of Hannover, Germany.
Oeztuerk, H.H. and Ba-s-cetin-celik, A.  (2003). Energy and Exergy Efficiency of a Packed-bed Heat Storage Unit for Greenhouse Heating Biosystems Engineering (2003) 86 (2), 231–245
Oeztuerk, H.H. (2005). Experimental evaluation of energy and exergy efficiency of a seasonal latent heat storage system for greenhouse
Seginer, I. and Albright Louis, D. (1980). Rational operation of greenhouse thermal-curtains. Transactions of the ASAE 1980:1240–45.
Shukla, A.; Tiwari, G.N. and Sodha, M.S. (2006). Thermal modeling for greenhouse heating by using thermal curtain and an earth–air heat exchangerBuilding and Environment 41 (2006) 843–850
Singha, G.; Parm Pal Singhb, P.; Lubanaa, P.P. S. and Singh K.G (2006). Formulation and validation of a mathematical model of the microclimate of a greenhouse Renewable Energy 31 :1541–1560
Strauch, K.-H. (1985). Geschlossene Gewächshaussysteme mit integrierter solarer Wasserentsalzungsanlage für aride Gebiete. Gartenbautechnische Informationen 22, Universität Hannover.
Taha, A. T.; Eissa, A. H.; Gamea, G.R. and Hidarh, H. M. (2009). Simulation model of flat plat solar collector performance. In the 1 St Scientific conference for marketing the applied university research, Minoufiya University, Egypt, (pp. 421-438), 7-8 October, 2009.
Taha, A.T. (2003). Simulation Model of Energy Fluxes in Passive Solar Greenhouses with a Concrete North-Wall. Ph.D. Thesis, University of Hannover, Germany.
Tantau, H.-J. (1983). Heizunganlagen im Gartenbau. Ulmer, Stuttgart.
Tantau, H.-J. (1998). Greenhouse climate – overview. Modelling, Control and Optimization greenhouse, drying and Farm Energy System.
Tiwaria, G. N.; Akhtarb, M. A.; Shuklaa, A. and Emran Khan, M. (2006). Annual thermal performance of greenhouse with an earth–air heat exchanger: An experimental validation Renewable Energy 31 (2006) 2432–2446
Von Elsner, B. (1982). Das Kleinklima der Wärmeverbrauch von Geschlossenen Gewächshäusern „Ein Simulationsmodell zur Gartenbautechnischen Bewertung unterReferences132 Berücksichtigung des Einflusses von Standortklima, Pflanzenbestand undGewächshauskonstruktion. Gartenbautechnische Informationen 12, Universität Hannover. Cited from EL Sheikh, I.H. (2001).soil heating and climate simulation model for greenhouses. Ph.D. Thesis, University of Hannover, Germany .
Willits, D.H.; Marbis, J. M. and Cheng, J. (2003). Waste Heat Utilization in a Greenhouse Used for the Removal of Nutrients from a Swine Waste Stream