السلوک الحرارى لتدفئة البیوت المحمیة باستخدام مبادل الهواء التحت أرضى

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 أستاذ المنشئات الزراعیة والتحکم البیئى – قسم الهندسة الزراعیة – کلیة الزراعة – ج. المنصورة، مصر.

2 . استاذ الهندسة الزراعیة - قسم الهندسة الزراعیة – کلیة الزراعة – ج. قناة السویس، مصر.

3 استاذ مساعد الهندسة الزراعیة - قسم الهندسة الزراعیة – کلیة الزراعة – ج. قناة السویس، مصر.

المستخلص

الهدف الرئیسى لهذا البحث هو استخدام مبادل الهواء التحت أرضى لتوفیر الظروف المثلى لنمو محصول الخیار داخل البیوت المحمیة أثناء  فترات الیل خلال موسم الشتاء. استخدمت للتجارب صوبتین من البلاستیک على شکل الجمالون المتناظر الجوانب بمساحة ارضیة 24 م2. الصوبة الاولى (ج1) متصلة بنظام مبادل الهواء التحت أرضى  و المشیدة بمزرعة کلیة الزراعة جامعه قناة السویس, الإسماعیلیة, مصر. الصوبة الثانیة (ج2) صوبة مقارنة. التجارب نفذت خلال الفترة من 3  دیسمبر 2012 و حتى 30 مارس 2013. تم تصمیم نموذج محاکاة ریاضى على برنامج الماتلاب للتنبؤ بدرجة حرارة الهواء الداخلى و کذلک حرارة سطح التربة للصوبة أثناء  فترة التجارب. وقد توصلت الدراسة إلی درجة حرارة ثبات التربة وجدت على عمق 3 متر خلال بمقدار21.7مο وتظل ثابتة عند و حول هذه القیمة خلال شهور الشتاء. المتوسط الشهری الیومى للکفاءة الحراریة الکلیة لنظام مبادل الهواء التحت أرضى  خلال شهور دیسمبر و ینایر و فبرایر و مارس وجدت 71.7 ، 77.0، 72.4، 70.2 % على الترتیب. المتوسط الشهرى الیومى لکل ساعة لمعدل التبادل الحراری لنظام مبادل الهواء التحت ارضى وجدت 2.67، 3.34، 2.63، 2.31 کیلو وات/ساعة لشهور دیسمبر و ینایر و فبرایر و مارس على الترتیب. المتوسط الموسمی لکل ساعة لحرارة الهواء الداخلیة للصوبتین (ج1و ج2) وجدت 16.7 ، 12.6مο على الترتیب. و بالتالى فإن نظام مبادل الهواء التحت أرضی أدى الى زیادة حرارة الهواء الداخلى بمقدار 4.1مο عن صوبة المقارنة (ج2). مبادل الهواء التحت أرضی أدى الى زیادة متوسط درجة حرارة التربة عن صوبة المقارنة. المتوسط الاسبوعى لطول ساق النباتات تحت الصوبتین (ج1و ج2) وجدت 12.26 و 9.98 سم/اسبوع, على الترتیب و بالتالى فإن نظام مبادل الهواء التحت أرضی أدى الى زیادة متوسط النمو الخضرى بمقدار 22.9 % مقارنة بصوبة المقارنة. کمیة محصول الخیار الکلى للصوبتین (ج1و ج2) على الترتیب وجد 227.2 و 160.5 کیلو جرام. وبالتالى نظام مبادل الهواء التحت أرضی حقق زیادة فى کمیة المحصول بمقدار 41.6 %.معامل الإرتباط بین النتائج المتحصل علیها من نموذج المحاکاة و النتائج المقاسة لحرارة الهواء الداخلى وجد 0.961، 0.968 ،0.969 ، 0.966 لشهور دیسمبر و ینایر و فبرایر و مارس على الترتیب. بینما وجد 0.972، 0.978. 0.958، 0.967 لحرارة التربة لنفس الشهور على الترتیب.

Aldrich, R. A. ; and Bartok, J. W. (1990) ''Greenhouse engineering'' Northeast Regional Agricultural Engineering Service, Comell University, Ithaca, New York, 14853.
ANSI/ASAESTANDARDS, American Society of Agricultural Engineers (2003) "Heating, Ventilating and Cooling Greenhouses" ANSI/ASAE EP 406.4
Arcidiacono, C. ; Emilio, A. D. ; Mazzarella, R. ; and Leonardi, C. (2001) ''Covering materials to improve the microclimate during summer in hot climates'' Acta Horticulturae, 719, 214.
Arnold, K. A. ; Camplell, G. S. ; Nielsen, D. R. ; Jackson, R. D. ; Chair, A. K. ; and Morthand M. M. (1986) ''Methods of soil analysis'' Part (1) Physical and Mineralogical Methods second edition. American Society of Agronomy, Inc. Ch (15): 383-409.
Bansal, V. ; Misra, R. ; Agrawal, G. D. ; and Mathur, J. (2009) ''Performance analysis of earth–pipe–air heat exchanger for winter heating'' Energy and Buildings, 41, 1151-1154.
Black, C. A. (1965) ''Methods of Soil Analysis'' Society of Testing and Materials, No A, USA.
Chel, A. ; and Tiwari, G. N. (2009) ''Performance evaluation and life cycle cost analysis of earth to air heat exchanger integrated adobe building for New Delhi composite climate'' Energy and Buildings, 41, 56-66.
Chen, Y. ; Shi, M. ; and Li, X. (2006) ''Experimental investigation on heat moisture and salt transfer in soil'' International Communications in Heat and Mass Transfer 33 (9):1122-1129.
Duffie, J. A. ; and Beckman, W. A. (1991) ''Solar Engineering of the Thermal Process Wiley'' Interscine New York, USA, 3-44.
El-Sheikh, I. H. (2001) ''Soil heating and climate simulation model for greenhouses'' Ph.D, Thesis Institute for Techniik in Gratenbau and landwirtschaft, Universitat Hanover, Germany.
Garzoli, K. V. (1985) ''A simple greenhouse climate model'' Acta Horticulturae, 174, 393-400.
Ghosal, M. K. ; and Tiwari, G. N. (2006) ''Modeling and parametric studies for thermal performance of an earth-to-air heat exchanger integrated with a greenhouse'' Energy Conversion and Management August, 47 (13-14): 1779-1798.
Ghosal, M. K. ; Tiwari, G. N. ; Das, D. K. ; and Pandey, K. P. (2005) ''Modeling and comparative thermal performance of ground air collector and earth air heat exchanger for heating of greenhouse''  Energy and Buildings, 37, 613-621.
Hassan, A. A. (2001) ''Ground Family'' Arabic Text Book, Eldar Elarabia Publishing & Distribution, Cairo, Egypt, PP: 498.
Holman, J. P. (2010) ''Heat transfer'' McGraw-Hill. McGraw-Hill international book company, London, Hamburg, Paris, Sydney, and Tokyo.
Ibrahim, M. H. (1999) ''Predicting microclimatic conditions in greenhouses'' Misr Journal of Agricultural Engineering, 16 (1): 67-82. 
Incropera, F. P. ; and Dewitt, D. P.  (1996) ''Fundamental of Heat and Mass Transfer'' John wiley &Sons: 886.
Kassem, A. M. (1999): Possibilities of using soil heat as a renewable source for conditioned greenhouses.Ph. D Science, Department of Agricultural Mechanization, Faculty of Agriculture, El- Mansoura University, Egypt.
Klute, A. (1986) ''Methods of soil analysis'' Physical and Minarological Methods, 2nd Edition, Madison Wisconsin, USA.
Lewis, M. J. (1990) ''Physical properties of foods and food processing system'' Ellis Horwood limited.
Li, H. ; Yu. Y. ; Niu, F. ; Shafik, M. ; and Chen, B. (2014) ''Performance of a coupled cooling system with earth-to-air heat exchanger and solar chimney'' Renewable Energy, 62, 468-477.
Mc Adams (1954) ''Heat Transmission'' 3rd edition, Mc Graw – Hill Book Company, New York, USA.
Mihalakakou, G. (1997) ''On the application of the energy balance equation to predict ground temperature profiles'' Solar Energy, 60 (3-4): 181-190.
Mujahid, A. M. ; and Alamoud, A. R. (1988) ''An easily designed and constructed photovoltaic pyrheliometer'' Solar &Wind Technology, 5 (2): 127-130.
Nayak, S. ; and Tiwari, G. N. (2010) ''Energy metrics of photovoltaic/thermal and earth air heat exchanger integrated greenhouse for different climatic conditions of India'' Applied Energy, 87, 2984-2993.
Nelson, V. P. (2006) ''Greenhouse operation and management'' Fifth Edition, A Reston Book, Prentice-Hall, Inc, Englewood cliffs, New Jersey, USA, 598pp.
Norton, B. (1992) ''Solar Energy thermal technology'' Springer- Veriag, London, 279.
Ozgener, L. ; and Ozgener, O. (2010) ''Energetic performance test of an underground air tunnel system for greenhouse heating'' Energy, 35, 4079-4085.
Pfafferott, J. (2003) ''Evaluation of earth-to-air heat exchangers with a standardized method to calculate energy efficiency'' Energy and Buildings 35, 971-983.
Pieters, J. G. ; Deltour, J. M. ; and Debruyckere, M. J. (1994) ''Condensation and static heat transfer through greenhouse cover during night'' Trans, ASAE, 37(6) 1965-1972.
Pringer, J. J. ; and Ling, P. P. (2004) "Greenhouse condensation control; Understanding and using vapour pressure deficit" Extension Fact-sheet, Ohio Sate University  Extension, USA.
Santamouris, M. ; Mihalakakou, G. ; Argiriou, A. ; and Asimakopoulos, D. N. (1995) ''On the performance of buildings coupled with earth to air heat exchangers'' Solar Energy, 54, (6): 375-380.
Santamouris, M. ; Mihalakakou, G. ; Balaras, C. A. ; Lewis, J, O. ; Vallindras, M. ; and Argiriou, A. (1996) ''Energy conservation in greenhouse with buried pipes'' Energy, 21, (5): 353-360.
Sethi, V. P. ; and Sharma, S. K. (2007) ''Greenhouse heating and cooling using aquifer water'' Energy, 32, 1414-1421.
Shukla, A. ; Tiwari, G. N. ; and Sodha, M. S. (2006) ''Thermal modeling for greenhouse heating by using thermal curtain and an earth–air heat exchanger'' Building and Environment, 41, 843-850.
Sonntage, R. ; and Borgnakke, C. (1988) ''Fundamental of Thermodynamics   (Sth edit)'' Computer Aided thermodynamic Tables 2 (CATT2) developed by Intellipro,Ggordon van wylen  John wiley & Sons, Inc.
Taha, A. (2003) ''Simulation model of energy fluxes in passive solar greenhouse with concrete North wall'' ph.D, Thesis Institute for Techniik in Gratenbau and landwirtschaft, Universitat Hanover, Germany.
Tiwari, G. N. (2003) ''Greenhouse technology for controlled environment'' India: Narosa Publishing House.
Tiwari, G. N. ; Akhtar, M. A. ; Shukla, A. ; and Khan, E. M. (2006) ''Annual thermal performance of greenhouse with an earth–air heat exchanger: An experimental validation'' Renewable Energy, 31, 2432-2446.