تصمیم وتقویم منظومة تهویة ذکیة لإدارة البیئة الحیویة بمنظومات الزراعة المائیة

نوع المستند : Original Article

المؤلف

قسم الهندسة الزراعیة - کلیة الزراعة – جامعة القاهرة، مصر

المستخلص

المشکلة: بالرغم من إنخفاض التکالیف الثابتة لإنشاء منظومات التبرید التبخیرى الى النصف والتکالیف الجاریة الى الثمن بالإضافة الى أنها إقتصادیة فى إستهلاک الطاقة وصدیقة للبیئة، ینتشراستخدام وحدات تکییف الهواء فى ضبط درجة الحرارة الجافة والرطوبة النسبیة داخل منظومات إنتاج الأعلاف الخضراء المستنبتة. تعتمد نظریة عمل هذه الوحدات على فکرة المنظومات المغلقة، وذلک بتدویر الهواء داخل الغرف لضبط الحرارة والرطوبة دون تجدید. ونظرا لأن عملیات إنتاج الأعلاف الخضراء المستنبتة تحتاج الى تجدید هواء غرف الإستنبات لإستیفاء متطلبات عملیتى البناء الضوئى والهدم والتخلص من غازات الناتجة ومسببات الأمراض بالإضافة الى ضبط الحرارة والرطوبة.  ولذلک یعتبر إستخدام وحدات تکییف الهواء حلاَ خطئأ للمشکلة.
الهدف: یهدف هذا البجث الى تصمیم وتقییم منظومة تهویة ذکیة لتجدید هواء غرف الإستنبات لإستیفاء متطلبات عملیتى البناء الضوئى والهدم والتخلص من غازات الناتجة ومسببات الأمراض بالإضافة الى ضبط الحرارة والرطوبة والإستفادة من المیزات الإقتصادیة والبیئیة لأنظمة التبرید التبخیرى.
المنهج: لتحقیق الهدف المنشود تم: تصمیم وتنفیذ منظومة تبرید تبخیرى متعددة المراحل، وتصمیم تنفیذ منظومة تحکم تلقائى لإدارة  منظومة التبرید التبخیرى، وتقییم اداء منظومة التبرید التبخیرى الذکیة مقارنة بمنظومة تکییف الهواء من خلال إجراء تجربة عاملیة کاملة القطاعات العشوائیة. وتم خلال هذه التجربة دراسة عدد 9 معاملات ناتجة عن ثلاثة تصمیمات لمنظومات التبرید التبخیرى وهما "مدخل واحد للهواء مع مخرج واحد، عدد 2 مدخل للهواء مع 2 مخرج، عدد 2 مدخل للهواء مع 4 مخرج" وثلاثة مستویات من الرطوبة النسبیة وهما "65، 75، 85%". وذلک مقارنة بعدد 9 معاملات تحت نفس الظروف لمنظومات تکییف الهواء. وتم قیاس درحة الحرارة الجافة والرطوبة النسبیة داخل وخارج الغرفة للتعرف على کفاءة نظام التهویة.

وکذلک تم قیاس إرتفاع المجموع الخضرى وسمک طبقة الجذور(سم)، وزن المجموع الخضرى(جم)، ونسبة الإصابة بالفطریات، ونسبة المادة الجافة، ونسبة البروتین القابل للهضم، ونسبة الألیاف القابلة للهضم، ونسبة الإثیر المستخلص، ونسبة النیتروجین خالى الإثیر للتعرف على جودة المنتج.

النتائج: بینت نتائج التحلیل الإحصائى للبیانات الرقمیة عند (p<0.05) والتحلیل البیانى للخرائط الکنتوریة أن: (1) إستخدام نظام تبرید تبخیرى متعدد المراحل مع أربعة فتحات للتهویة أدى الى إنخفاض معنوى فى التباین بین متوسطات درجات الحرارة وذلک مقارنة بإستخدام أجهزة تکییف الهواء مع فتحة تهویة واحدة. (2) إستخدام نظام تبرید تبخیرى متعدد المراحل مع عدد واحد أو إثنین من فتحات التهویة لیس له تأثیر معنوى على التباین بین متوسطات درجات الحرارة وذلک مقارنة بإستخدام أجهزة تکییف الهواء مع فتحة تهویة واحدة. (3) إستخدام نظام تبرید تبخیرى متعدد المراحل مع أربعة فتحات للتهویة أدى الى تقلیل تزاحم خطوط  کنتور متوسطات درجات الحرارة بشکل متوازن وذلک مقارنة بإستخدام أجهزة تکییف الهواء مع فتحة تهویة واحدة. (4) إستخدام نظام تبرید تبخیرى متعدد المراحل مع عدد فتحة واحدة أو إثنین للتهویة أدى تقلیل تزاحم خطوط  کنتور متوسطات درجات الحرارة فى مناطق معینة وبشکل غیر متوازن وذلک مقارنة بإستخدام أجهزة تکییف الهواء مع فتحة تهویة واحدة. (5) إستخدام نظام تبرید تبخیرى متعدد المراحل مع أربعة فتحات للتهویة أدى الى زیادة معنویة فى نسبة المادة الجافة والبروتین القابل للهضم والألیاف القابلة للهضم، وکذلک زیادة معنویة فى الوزن الرطب وإرتفاع المجموع الخضرى وذلک مقارنة بإستخدام أجهزة تکییف الهواء مع عدد أربعة فتحات للتهویة. کما أدى الى إنخفاض معنوى فى نسبة الإثیر المستخلص والنیتروجین خالى الإثیر والتلوث بالفطریات بإعتبارها مکونات غیر مرغوبة فى علائق الحیوان.
التوصیات: بناء على النتئاج المذکوررة عالیه یوصى البحث بإستخدام نظام تبرید تبخیرى متعدد المراحل مع أربعة فتحات للتهویة فى تهویة البیئة الحیویة بمنظومات الزراعة المائیة لتنمیة الإنتاج کماً وجودة والإستفادة من المیزات الإقتصادیة والبیئیة لأنظمة التبرید التبخیرى.

الموضوعات الرئيسية


Ali, M. and Hüseyin, H. 2015 Performance analysis of a greenhouse fan-pad cooling system: gradients of horizontal temperature and relative humidity, J. of Agric. Sci. 21 (2015):132-143 www.agri.ankara.edu.tr/journal
Amer, O., Boukhanouf, R. and Ibrahim H.  2014 A review of evaporative cooling technologies, 2014 APCBEES Nottingham Conferences Proceeding: 119-125. DOI: 10.7763/IJESD.2015.V6.571 
Barreto-Mendes, F. L., Yanagi Junior, T., Luiz-de Oliveira, J. and Osorio-Saraz, J.A. (2017) Assesment of evaporative cooling efficiency in greenhouses equiped with wetted porous plates DYNA, 84(203), pp. 118-125
Chen, J., Cai, Y., Xu, F., Hu, H. and Ai, Q. 2014 Analysis and optimization of the fan-pad evaporative cooling system for greenhouse based on CFD, Hindawi Publishing Corporation, Advances in Mechanical Engineering, Volume 2014, Article ID 712740, 8 pages, http://dx.doi.org/10.1155/2014/712740
Chijioke, O. V. 2017 Review on Evaporative Cooling Systems, Greener Journal of Science, Engineering and Technological Research, Vol. 7 (1), pp. 001-020
Elmsaad, E.; Abbas, O. and Ali, M.   2017 Impact of different thicknesses of evaporative coolingpads on crop yield in greenhouse, Intern. J. of Agric. Innovations and Research, Volume 5, Issue 5: 882-888
Franco, A., Valera D. L., and Peña, A. 2014 Energy efficiency in greenhouse evaporative cooling techniques: cooling boxes versus cellulose pads, Energies 7, 1427-1447; doi: 10.3390/en7031427
Ganguly, A.  and Ghosh, S. 2011A review of ventilation and cooling technologies in agricultural greenhouse application, Iranica Journal of Energy & Environment 2 (1): 32-46
Han, G., Feng, X. and Zhao, S. 2018 A multistage regulation method for the pad and fan cooling system, Agriculture, Forestry and Fisheries, 2018; 7(1): 1-5, http://www.sciencepublishinggroup.com/j/aff
Hegab. K. K. 2018a Automatic environmental-control in the biosystem for sprouting soilless hydroponics barley, MJAE, Volume (   ) Pp: 
Hegab. K. K. 2018b Light uniformity improvement inside the sprouting environment and product evaluation, MJAE, Volume (   ) Pp: 
Helmy, M. A., Eltawil1, M. A., Abo-shieshaa, R. R. and El-Zan, N. M.  2013 Enhancing the evaporative cooling performance of fan-pad systemusing alternative pad materials and water film over the greenhouse roof. Agric. Eng. Int.: CIGR Journal, Vol. 15, No.2:173-187
Hui, S. C. M. and Cheung, W. Y., 2009. Two-stage evaporative cooling systems in hot and humid climate, In Proceedings of the Tianjin-Hong Kong Joint Symposium, 29-30 Jun 2009, Tianjin, China, pp. 64-76.
Mashonjowa, E. ,  Ronsse, F. , Milford, J. R. , Lemeur, R. , and Pieters, J. G. (2010) Measurement and simulation of the ventilation rates in a naturally ventilated Azrom-type greenhouse in Zimbabwe, Applied Engineering in Agriculture, 26(3), 475-488
Mehra, M. K.; Bansal, V., Jhala, R. S  2016 A review on multi-stage evaporative cooler,  IJATES Vol. No. 4, Issue No. 11:166-177, www.ijates.com
Mohammad, A., Mat, S., Alrubaih, M. S. and Al-abidi, A. A.  (2014) Optimization of cooling load for different greenhouse models in Malaysia, Int. J. of Renewable Energy Res. Vol. (2014):42-48
Noroozi, A. and Veneris, Y. S. 2018 Thermal assessment of a novel combine evaporative cooling wind catcher, Energies 2018, 11, 442; doi:10.3390/en11020442 www.mdpi.com/journal/energies
Oz, H., Atilgan, A., Buyuktas, K. and Alagoz, T. (2009) The efficiency of fan-pad cooling system in greenhouse and building up of internal greenhouse temperature map, A. J. B., Vol. 8 (20):5436-5444
Perone, C., Fucci, F., La Fianza, G., Brunettia, L., Giametta, F., Catalano, P., Bianchi, B.  (2017) Experimental study of a mechanical ventilation system in a greenhouse, Chemical Engineering Transactions, Vol. 58: 811-816
Rafique, M. M., Rehman, S. , Alhems, L.  M.   and Shakir, M. A. (2018) A Liquid desiccant enhanced two stage evaporative cooling system- development and performance evaluation of a test rig, Energies 2018, 11, 72; doi:10.3390/en11010072, www.mdpi.com/journal/energies
Sapounas, A.A., Nikita-Martzopoulou, Ch., Bartizans, T. and Kittas, C.  (2008) Fan and Pad Evaporative Cooling System for Greenhouses: Evaluation of a Numerical and Analytical Model, Proc. IW on Greenh. Environ. Control & Crop Prod. In Semi-Arid Regions: 131-138
Silva, F.; De A. S. E. and Azevedo, C. A. V.  2009 Principal components analysis in the software assistat-statistical attendance. In: World congress on computers in agriculture, 7, Reno-Nv-Usa: American society of agricultural and biological engineers.
Snedecor GW, Cochran WG, 1994. Statistical Methods. 9th Ed., Iowa State Univ. Press, Ames, Iowa, USA.
Soponpongpipat, N., Jaruyanon, P., and Nanetoe, S. 2011 The thermo-economics analysis of the optimum thickness of doublelayer insulation for air conditioning duct. Energy Research Journal, Vol.1: 146-151
Villagrán, E. A., Gil, R., Acuña J.F., and Bojacá, C. R. 2012 Optimization of ventilation and its effect on the microclimate of a Colombian multispan greenhouse, Agro. Colombiana 30(2), 282-288
Worley, J. 2009 Greenhouses heating, cooling and ventilation, The University of Georgia, Cooperative and Extension, College of Agricultural and Environmental Sciences & Family, and Consumer Sciences. Bulletin 792. https://athenaeum.libs.uga.edu/bitstream/handle
Yasutake, D., Tanioka, H., Ino, A., Takahashi, A., Yokoyama, T., Mori, M., Kitano, M., and Miyauchi, K. 2017 Dynamic evaluation of natural ventilation characteristics of a greenhouse with CO2 enrichment, Academia Journal of Agricultural Research 5(10): 312-319.