تأثير التبريد التبخيرى بالطاقة الشمسية وتقليل نفاذية الغطاء على انتاج وجودة خيار الصوب

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 أستاذ مساعد - قسم الهندسة الزراعية والنظم الحيوية – کلية الزراعة- جامعة المنوفية – شبين الکوم – مصر

2 مدرس - قسم الهندسة الزراعية والنظم الحيوية – کلية الزراعة- جامعة المنوفية – شبين الکوم - مصر

المستخلص

أصبح تغير المناخ أحد أکبر العوامل التي تؤثر على الإنتاج الزراعي وعلى إمداداتنا الغذائية. لذلک يجب أن يوسع الاهتمام لتجنب تأثيره على جودة المحاصيل وإنتاجيتها. يمکن استخدام التحکم البيئي داخل الصوب لتجنب تأثير التغيرات البيئية المختلفة.  أجرى البحث بهدف دراسة فعالية تبريد الصوب الزراعية عن طريق التبخر بمساعدة الطاقة الشمسية مع طلاء غلافها بمواد طلاء فعالة لتقليل نفاذيته للإشعاع الشمسي من خلال الغطاء وتأثيرها على إنتاجية الخيار وجودته. لتحقيق هذا الهدف تم تقسيم العمل إلى تجربتين رئيسيتين. کانت التجربة الأولى هي التجربة الأولية لاختيار مادة طلاء قوية وفعالة والتي تمنع نفاذية الحد الأقصى من الإشعاع الشمسي. التجربة الثانية هي التجربة الحقلية للتحقق من صحة التجربة الأولية والمدمجة مع نظام التبريد التبخيري بمساعدة الطاقة الشمسية لتبريد الصوبة الزراعية. حيث أظهرت النتائج من التجربة الأولية أن طلاء الغطاء باستخدام مادة البلاستيک الابيض حقق أقل معامل انتقال للأشعة الشمسية (0.59) وأدنى درجة حرارة (31.6 درجة مئوية). کذلک دهان غطاء الصوبة جنبًا إلى جنب مع نظام التبريد التبخيري الذي استهلک 8.32 ميجا جول/اليوم والناتجة من النظام الشمسي (PV) أدى إلى خفض درجة الحرارة بنحو 10 درجات. أيضا ارتفع المحصول الناتج بنسبة 11٪ في الصوبة المعاملة. وزاد فقدان وزن الخيار الناتج من الصوبة الزراعية الغير معاملة بنسبة 21.6٪ مقارنة بالصوب المعاملة اثناء التخزين. وبناءً على ذلک هناک بعض التوصيات التطبيقية التي يمکن اتباعها عند تصميم المزارع لتلافي تأثير درجات الحرارة المرتفعة والحفاظ على الطاقة في عملية الإنتاج وهي:

دهان غطاء الصوب بالبلاستيک الأبيض لتحقيق أقل نفاذية للإشعاع وتقليل درجة الحرارة.
في المناطق شديدة الحرارة، يوصى بتبريد الصوب باستخدام التبريد التبخيري إلى جانب طلاء غطائها.
استخدام الخلايا الکهروضوئية لتوفير الطاقة المستهلکة في نظام التبريد التبخيري وأي استخدام آخر للطاقة بالمزرعة.
يمکن تطبيق هذا النظام لتبريد معظم المنشآت بکفاءة عالية لزيادة الإنتاجية والجودة مع خفض تکلفة الطاقة.

الكلمات الرئيسية

الموضوعات الرئيسية


Abdel-Ghany, A. M., Al-Helal, I. M., Alsadon, A. A., Ibrahim, A. A. and M. R. Shady, (2016) "Closed Solar House with Radiation Filtering Roof for Transplant Production in Arid Regions: Energy Consumption" Energies, 9(3), 136;
Abdel-Ghany, A. M., I.M. Al-Helal, P. Picuno, M.R. Shady, (2016). Modified plastic net-houses as alternative agricultural structures for saving energy and water in hot and sunny regions, Renewable Energy 93 (2016) 332-339, http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2016.02.084
Abdollah M., Hamid R. S., Mohammad L., Seyedmehdi S. and Hamid B.(2011). Investigating the performance of cellulosic evaporative cooling pads, Energy Conversion and Management 52 (2011) 2598–2603, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2010.12.015
Aboamera M.A., Taha A.T., Omar M.N. and Dawood A.E. (2018). EFFECT OF PAINTING THE GREENHOUSE PLASTIC COVER ON DRIP IRRIGATION OF CUCUMBER. Misr J. Ag. Eng., 35 (4): 1383 – 1396. https://mjae.journals.ekb.eg/article_95314_b8a424c9ba659d0feb51b05584e37ed0.pdf
Abu-Hamdeh, N. H., & Almitani, K. H. (2016). Solar liquid desiccant regeneration and nanofluids in evaporative cooling for greenhouse food production in Saudi Arabia. Solar Energy, 134, 202-210. https://doi.org/10.1016/j.solener.2016.04.048
Ahmed, H. A., Al-Faraj, A. A. and A. M. Abdel-Ghany, (2016) "Shading greenhouses to improve the microclimate, energy and water saving in hot regions: A review" Scientia Horticulturae 20, 136- 45.DOI: 10.1016/j.scienta.2016.01.030
Ali Sohani, Hoseyn Sayyaadi (2017). Design and retrofit optimization of the cellulose evaporative cooling pad systems at diverse climatic conditions, Applied Thermal Engineering 123 (2017) 1396–1418, http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.05.120
Andrea Costantino, Enrico Fabrizio, Andrea Ghiggini, Mauro Bariani (2018). Climate control in broiler houses: A thermal model for the calculation of the energy use and indoor environmental conditions, Energy & Buildings 169 (2018) 110–126,  https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2018.03.056.
Bisbis, M.B., N. Gruda, M. Blanke, Potential impacts of climate change on vegetable production and product quality – a review, J. Clean. Prod. 170 (2018) 1602–1620, https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.09.224
Chen Y., Z. Li, Y. Fan, H. Wang, H. Deng. (2015) Progress and prospects of climate change impacts on hydrology in the arid region of northwest China, Environ. Res. 139, 11-19, https://doi.org/10.1016/j.envres.2014.12.029
Courtney P. Leisner (2020).  Review: Climate change impacts on food security- focus on perennial cropping systems and nutritional value. Plant Science 293 (2020) 110412 https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2020.110412
Díaz-Pérez, J.C., 2014. Bell pepper (Capsicum annum L.) crop as affected by shade level: fruit yield, quality, and postharvest attributes, and incidence of phytophthora blight (caused by Phytophthora capsici Leon.). Hort Sciience 49, 891–900.
Franco, A., Valera, D. L., & Pe~na, A. (2014). Energy efficiency in greenhouse evaporative cooling techniques: cooling boxes versus cellulose pads. Energies 2014, 7, 1427-1447;https://doi:10.3390/en7031427
Giri, A., Heckathorn, S., Mishra, S., Krause, C., 2017. Heat stress decreases levels of nutrient -uptake and assimilation proteins in tomato roots. Plants 6, 6.
Hartmann N., C. Glueck, F. Schmidt, Solar cooling for small office buildings: comparison of solar thermal and photovoltaic options for two different European climates, Renew. Energy 36 (5) (2011) 1329-1338. ISSN 0960-1481,
Hassanien, E. R. H., Li, M., & Lin, W. D. (2016). Advanced applications of solar energy in agricultural greenhouses. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 54, 989-1001. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.10.095
Ilić, Z.S., Fallik, E., 2017. Light quality manipulation improves vegetable quality at harvest and postharvest: a review. Environ. Exp. Bot. 139, 79–90. https://0c101s1vz-1105-y-https-doi-org.mplbci.ekb.eg/10.1016/j.envexpbot.2017.04.006
Ilić, Z.S., Milenković, L., Šunić, L., Fallik, E., 2015. Effect of coloured shade-nets on plant leaf parameters and tomato fruit quality. J. Sci. Food Agric. 95, 2660–2667.DOI: 10.1002/jsfa.7000
Issam M., Aljubury Ali, Hind Dhia’a Ridha, Enhancement of evaporative cooling system in a greenhouse using geothermal energy, Renew. Energy 111 (2017) 321–331, doi:10.1016/j.renene.2017.03.080.
Kader, A. A (2002). Quality parameters of fresh-cut fruit and vegetable products. In: Lamikanra, O. (ed.), Fresh-cut Fruit and Vegetables: Science, Technology and Market. CRC Press, Boca Raton, USA. pp. 11-20
Kittas, C., Katsoulas, N., Bartzanas, T., & Bakker, S. (2013). Greenhouse climate control and energy use. In FAO plant production and protection paper. 217. Good Agricultural Practices for greenhouse vegetable crops: Principles for Mediterranean climate areas (pp. 63e95) file:///C:/Users/Mohamed/Downloads/energies-07-01427.pdf
kumar B. P., D. P. Winstona, P. Pounrajb, A. M. Manokarc, R. Sathyamurthyd, A.E. Kabeelf., (2018). Experimental investigation on hybrid PV/T active solar still with effective heating and cover cooling method. Desalination, Volume 435, 1 June 2018, Pages 140-151,  https://doi.org/10.1016/j.desal.2017.11.007
Lee, H. W., Lee, J. W., Diop, S., & Na, O. H. (2014). Measurement of overall heat transfer coefficient of covering material with thermal screens for plastic greenhouse. Acta Horticulturae, 1037, 219-224. https://DOI: 10.17660/ActaHortic.2014.1037.23
Lee, S., Lee, I., & Kim, R. (2018). Evaluation of wind-driven natural ventilation of single-span greenhouses built on reclaimed coastal land. Biosystems Engineering, 171, 120-142. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2018.04.015
 Liu, L., Wang, J., Han, Z., Sun, X., Li, H., Zhang, J., Lu, Y., 2016. Molecular analyses of tomato GS, GOGAT and GDH gene families and their response to abiotic stresses. Acta Physiol. Plant. 38.
Lucas M., F. Aguilar, J. Ruiz, C. Cutillas, A. Kaiser, P. Vicente, Photovoltaic Evaporative Chimney as a new alternative to enhance solar cooling, Renew. Energy 111 (2017) 26-37. ISSN 0960-1481, https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.03.087
Makwana, S.A., Polara, N.D., Viradia, R.R., 2014. Effect of pre-cooling on postharvest life of mango (Mangifera indica L.) cv. Kesar. Food Sci. Technol. 2, 6–13. https://doi.org/ 10.13189/fst.2014.020102.
Marouen G., Khaled E, Ezzedine N., Rabah B. and John Kaiser C.,(2019). Greenhouse design and cooling technologies for sustainable food cultivation in hot climates: Review of current practice and future status. biosystems engineering, 183 (2019) 121-150, https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2019.04.016
Mongkon, S., Thepa, S., Namprakai, P. and N. Pratinthong, (2014) "Cooling performance assessment of horizontal earth tube system and effect on planting in tropical greenhouse" Energy Conversion and Management 78, 225–236. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2013.10.076
Moretti C.L., L.M. Mattos, A.G. Calbo, S.A. Sargent, Climate changes and potential impacts on postharvest quality of fruit and vegetable crops: a review, Food Res. Int. 43 (2010) 1824–1832, DOI: 10.1016/j.foodres.2009.10.013
Omar M.N., A.T. Taha, A.A. Samak, M.H. Keshek, E.M. Gomaa, and S.F. Elsisi, (2021). Simulation and validation model of cooling greenhouse by solar energy (P V) integrated with painting its cover and its effect on the cucumber production. Renewable Energy 172 (July 2021) 1154-1173, https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.03.092
Pervin Abohorlu Dogramacı, Saffa Riffat, Guohui Gan, Devrim Aydın, Experimental study of the potential of eucalyptus fibres for evaporative cooling, Renewable Energy 131 (2019) 250- 260, https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.07.005
Rab, A., Rehman, H., Haq, I., Sajid, M., Nawab, K., Ali, K., 2013. Harvest stages and precooling influence the quality and storage life of tomato fruit. J. Anim. Plant Sci. 23, 1347–1352. https://www.researchgate.net/publication/279670295_Harvest_stages_and_pre-cooling_influence_the_quality_and_storage_life_of_tomato_fruit
Ruiz J., P. Martínez, H. Sadafi, F.J. Aguilar, P.G. Vicente, M. Lucas, Experimental characterization of a photovoltaic solar-driven cooling system based on an evaporative chimney, Renewable Energy 161 (2020) 43 - 54  https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.06.111
Schonhof, I., Kläring, H.P., Krumbein, A., Claußen, W., Schreiner, M., 2007. Effect of temperature increase under low radiation conditions on phytochemicals and ascorbic acid in greenhouse grown broccoli. Agric. Ecosyst. Environ. 119, 103–111.
Shiekh RA, Malik MA, Al-Thabait SA, Shiekh WA (2013). Review, Chitosan as a Novel Edible Coating for Fresh Fruits. Food Sci. Technol. Res. 19(2):139-155.
Stocker T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex, P.M. Midgley (Eds.), Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 2013.
Tinyane, P.P., Sivakumar, D., Soundy, P., 2013. Influence of photo-selective netting on fruit quality parameters and bioactive compounds in selected tomato cultivars. Sci.Hortic. 161, 340–349. https://0c101s1vz-1105-y-https-doi-org.mplbci.ekb.eg/10.1016/j.scienta.2013.06.024
Tripathi, D.K. Tripathi, D.K. Chauhan, N. Kumar, G.S. Singh, (2016). Paradigms of climate change impacts on some major food sources of the world: a review on current knowledge and future prospects, Agric. Ecosyst. Environ. 216 (2016( 356–373, https://doi.org/10.1016/j.agee.2015.09.034
Youssef Rouphaela, Marios. Kyriacoub, Spyridon. Petropoulosc, Stefania Pascalea, Giuseppe Collad 2018). Improving vegetable quality in controlled environments, Scientia Horticulturae 234 (2018) 275–289, https://doi.org/10.1016/j.scienta.2018.02.033
Zhu X, Wang QM, Cao JK, Tainong CV, Jiang WB (2008). Effects of chitosan coating on postharvest quality of mango (Mangifera indica L.) fruits. J. Food Process Preserv. 32:770-784.