Πειραματική και υπολογιστική διερεύνηση υβριδικού ηλιακού συστήματος εξοικονόμησης ενέργειας και στήριξης υδροπονικής καλλιέργειας σε θερμοκήπιο
Creators: name: Ντίνας, Γεώργιος Κ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2012
Subjects: Θερμοκήπιο
Εξοικονόμηση ενέργειας
Υβριδικό ηλιακό σύστημα
Μοντέλο προσομοίωσης θερμοκρασίας
Greenhouse
Energy saving
Hybrid solar system
Simulation mathematical model

description: Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκε η θερμική συμπεριφορά ενός υβριδικού ηλιακού συστήματος εξοικονόμησης ενέργειας το οποίο εγκαταστάθηκε σε ένα θερμαινόμενο θερμοκήπιο. Το υβριδικό ηλιακό σύστημα αποτελείται από σακούλες πολυαιθυλενίου πληρωμένες με νερό και διάτρητους πλευρικούς σωλήνες πολυαιθυλενίου μέσα από τους οποίους διέρχεται ρεύμα αέρα. Στόχος της παρούσας έρευνας ήταν η μελέτη των επιδράσεων που προκύπτουν από τη χρήση του σύνθετου υβριδικού ηλιακού συστήματος εξοικονόμησης ενέργειας, κατά τη διάρκεια του χειμώνα, στο εσωτερικό περιβάλλον του θερμοκηπίου, στην κατανάλωση ενέργειας του συμβατικού συστήματος θέρμανσης καθώς και στην ανάπτυξη της υδροπονικής καλλιέργειας. Περαιτέρω στόχος της εργασίας, ήταν η ανάπτυξη και επιβεβαίωση ενός μαθηματικού μοντέλου προσομοίωσης της θερμοκρασίας του νερού που περιέχουν οι σακούλες πολυαιθυλενίου του υβριδικού ηλιακού συστήματος, για τον υπολογισμό της θερμικής ενέργειας που μπορεί να αποδώσει το συγκεκριμένο σύστημα. Το μαθηματικό μοντέλο μπορεί να προβλέπει την αποδοτικότητα της χρήσης του υβριδικού ηλιακού συστήματος, με τη χρήση του ενεργειακού ισοζυγίου της σύνθετης σακούλας πολυαιθυλενίου. Η εφαρμογή του υβριδικού ηλιακού συστήματος εξοικονόμησης ενέργειας σε ένα θερμαινόμενο θερμοκήπιο, κατά τη χειμερινή περίοδο, οδηγεί σε εξοικονόμησης ενέργειας, σε ποσοστό 20%, παρόλο που οι σακούλες πολυαιθυλενίου καλύπτονται εν μέρει από τα υποστρώματα της υδροπονικής καλλιέργειας. Το υβριδικό ηλιακό σύστημα εξοικονόμησης ενέργειας σε συνδυασμό με το σύστημα αναδιανομής του αέρα συντελεί στην ανάμιξη του αέρα του θερμοκηπίου. Έτσι, δημιουργούνται ομοιόμορφες συνθήκες θερμοκρασίας οι οποίες βρίσκονται πιο κοντά στο άριστο εύρος θερμοκρασιών για την ανάπτυξη της καλλιέργειας. Το μαθηματικό μοντέλο που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της παρούσας έρευνας, δύναται να παράγει πολύ καλές προβλέψεις ως προς τη θερμοκρασία του νερού της σακούλας του υβριδικού ηλιακού συστήματος. Επίσης, μπορεί να παράγει λεπτομερείς προβλέψεις σχετικά με τη θερμική συμπεριφορά και τη θερμική ενέργεια που μπορεί να απελευθερώσει το υβριδικό ηλιακό σύστημα εξοικονόμησης ενέργειας. Ο μέσος ρυθμός ανάπτυξης και απόδοσης της καλλιέργειας στο πειραματικό τμήμα δεν παρουσίασε σημαντικές διαφορές σε σύγκριση με ένα συμβατικά θερμαινόμενο τμήμα του θερμοκηπίου. Τα φυτά τομάτας που καλλιεργήθηκαν πάνω στο υβριδικό ηλιακό σύστημα παρήγαγαν μεν λιγότερους καρπούς αλλά με μεγαλύτερο βάρος.
description: In this Thesis, the thermal behavior of a hybrid solar energy saving system (HSESS) was studied within a heated greenhouse. The HSESS is composed of polyethylene sleeves filled with water and perforated, peripheral, polyethylene tubes filled with air. The innovation of the HSESS is that it was used as a support base for hydroponic cultivation of tomatoes in rockwool substrates. The perforated, peripheral tubes were placed on either side of the sleeves in order to form a gutter and also for the mixing of greenhouse air which is achieved by an appropriate redistribution system. The aim of the present research was to study the effects arising from the use of the complex hybrid solar energy saving system during winter period, on the internal environment of the greenhouse, the energy consumption from the conventional heating system, and the growth of the hydroponic crop. Another aim of this work was the development and validation of a mathematical model, capable of simulating the water temperature of the hybrid solar sleeves, in order to calculate the thermal energy that this system can release. The mathematical model is able to predict the energy efficiency of the HSESS by solving the energy balance of the complex polyethylene sleeve. The application of a hybrid solar energy saving system (HSESS) in a heated greenhouse during the winter, leads to energy saving by 20%, even though the polyethylene sleeves are partially covered by the hydroponic crop substrates. The HSESS, along with the air redistribution system contribute to better air mixing inside the greenhouse. Thus, uniform internal temperature conditions are created, which are closer to the optimum temperature range for crop growth. The mathematical model that was developed during this research can adequately predict the water temperature of the solar sleeves. Moreover, it provides detailed predictions concerning the thermal behaviour and energy that can be released from the HSESS. The average rate of growth and yield of the tomato crop in the experimental part of the greenhouse did not present significant differences in comparison with a control part, which was heated exclusively by a conventional heating system. The tomato plants that were cultivated on the HSESS gutter produced less fruits but with greater weight.