Μελέτη καινοτόμου συστήματος κάλυψης θερμοκηπίου για τη δημιουργία βέλτιστων συνθηκών εσωτερικής θερμοκρασίας
Authors: Φιρφιρής Βασίλειος 
Published: June 2021

Η χρήση θερμοκηπίων αποτελεί ένα ραγδαία αναπτυσσόμενο κλάδο της γεωργίας παγκοσμίως. Η μείωση της αγροτικής γης σε συνδυασμό με τη διαρκή αύξηση των αναγκών σε τρόφιμα καθιστά την αποδοτική λειτουργία των θερμοκηπίων κομβικό παράγοντα για το μέλλον. Η ενεργειακή κατανάλωση στα θερμοκήπια αποτελεί σημαντικό ζήτημα, που επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό και τη βιωσιμότητα τους. Η μείωση των ενεργειακών αναγκών είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με τη μείωση του κόστους παραγωγής καθώς και με τον αντίκτυπο της θερμοκηπιακής καλλιέργειας στο περιβάλλον.Στην παρούσα εργασία μελετάται σε πραγματική κλίμακα, μέσω πειράματος μία καινοτόμος κατασκευή θερμοκηπίου με σκοπό να εξεταστεί κατά πόσο επιτυγχάνεται εξοικονόμηση ενέργειας και προστασία της καλλιέργειας από τον πάγο. Το σύστημα που μελετάται συνδυάζει τα πλεονεκτήματα ενός θερμοκηπίου με διπλό φουσκωτό πλαστικό κάλυμμα και αυτού με σύστημα θερμοκουρτίνας, γεγονός που οδηγεί σε επαρκή εξοικονόμηση θερμικών αναγκών. Το πείραμα διεξήχθη στις εγκαταστάσεις του Αγροκτήματος του ΑΠΘ σε δύο πανομοιότυπα θερμοκήπια. Στο ένα εφαρμόστηκε η καινοτόμος κάλυψη, ενώ το δεύτερο χρησιμοποιήθηκε ως μάρτυρας και έφερε απλή κάλυψη πολυαιθυλενίου. Οι απαραίτητες συνθήκες θερμοκρασίας μετρήθηκαν μέσω συστήματος καταγραφής και αποθήκευσης ώστε να εξαχθούν συμπεράσματα τόσο για την ενεργειακή όσο και για την περιβαλλοντική συμπεριφορά του θερμοκηπίου. Η καλλιέργεια μελέτης επιλέχθηκε ώστε να έχει σχετικά χαμηλή θερμοκρασία ανάπτυξης καθώς το σύστημα ενεργοποιείται σε χαμηλές θερμοκρασίες και η έντονη λειτουργία θέρμανσης εντός της κατασκευής ενδεχόμενα να εμπόδιζε τη λειτουργία του.Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι η εφαρμογή του συστήματος που μελετάται περιορίζει τη χρήση συστημάτων τεχνητής θέρμανσης σε σχέση με ένα τυπικό θερμοκήπιο σε ποσοστό από 35-50% ανάλογα με τις επικρατούσες συνθήκες. Επίσης αποτρέπεται η ανάπτυξη πάγου ακόμη και σε δύσκολες καιρικές συνθήκες σε σχέση με ένα τυπικό θερμοκήπιο Συγκεκριμένα στο θερμοκήπιο υπό την καινοτόμο κάλυψη δεν παρατηρήθηκε πτώση της θερμοκρασίας κάτω από 0οC σε καμία μέρα της πειραματικής περιόδου παρόλο που οι εξωτερικές συνθήκες ήταν αρκετά δυσμενείς. Το θερμοκήπιο μάρτυρας σημείωσε θερμοκρασίες υπό το μηδέν σε ποσοστό 23% της συνολικής περιόδου λειτουργίας και στο 66% των ωρών που η εξωτερική θερμοκρασία ήταν υπό τους 0οC. Ακόμη παρατηρήθηκε, με βάση πάντα τα πειραματικά αποτελέσματα, μείωση των εκπομπών CO2 σε ποσοστό 49% όσον αφορά το σύνολο της περιόδου λειτουργίας. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η χρήση συμπληρωματικού εξοπλισμού για τη λειτουργία του συστήματος συνεπάγεται επιπλέον κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό ρίχνει το ποσοστό εξοικονόμησης ενέργειας στο σύνολο της λειτουργίας του θερμοκηπίου στο 7%, ενώ για τις περιόδους πολύ χαμηλών θερμοκρασιών στο 25%. Αντίστοιχα για τις εκπομπές CO2, βάσει των θεωρητικών συγκρίσεων με χρησιμοποιούμενα συστήματα θέρμανσης προκύπτει ότι η καλύτερη λύση είναι εκείνη του αερόθερμου φυσικού αερίου ή του ηλεκτρικού αερόθερμου στην περίπτωση που το σύστημα υποστηρίζεται από δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας με μίγμα ηλεκτροπαραγωγής που δεν περιέχει ορυκτά καύσιμα.Η καινοτόμος κατασκευή θερμοκηπίου που εξετάστηκε μπορεί να αποτελέσει μία πολύ αποτελεσματική λύση για όλους τους παραγωγούς θερμοκηπίων που αναζητούν τρόπουςμείωσης του κόστους θέρμανσης και αποτροπής ανάπτυξης πάγου, όταν επικρατούν εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Συνέπεια της εξοικονόμησης είναι και ο περιορισμός των εκπομπών CO2. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι το σύστημα θα μπορούσε να βελτιωθεί περεταίρω αν οι ανάγκες του καλυπτότανε από κάποιο σύστημα ΑΠΕ ή η λειτουργία του πραγματοποιούνταν ελεγχόμενα με κριτήριο τις εξωτερικές θερμοκρασίες περιβάλλοντος. Η εν’ λόγω κάλυψη είναι κατάλληλη κυρίως για καλλιέργειες με χαμηλές θερμοκρασίες ανάπτυξης ή για δενδρύλλια σε φυτώρια. Σημειώνεται τέλος ότι η συγκεκριμένη κάλυψη θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε διαφορετικές περιοχές και κλίματα. Ο λόγος είναι ότι το πρόβλημα των απότομων και σημαντικών πτώσεων θερμοκρασίας συναντάται πλέον σε περιοχές με διαφορετικό κλίμα, ειδικά με τη διαφοροποίηση των φαινομένων εξαιτίας της κλιματικής αλλαγής.Μέλος των αποτελεσμάτων που προέκυψαν από την παρούσα Διατριβή, δημοσιεύτηκαν στο ISI περιοδικό Sustainable Energy Technologies and Assessments με δείκτη απήχησης 3,417. Ο πλήρης τίτλος της εργασίας είναι «Energy and environmental analysis of an innovative greenhouse structure towards frost prevention and heating needs conservation”/ Firfiris, V.K., Fragos, V.P., Kotsopoulos, T.A., Nikita-Martzopoulou, C. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 2020, 40, 100750).