اصول تهویه هوا در گلخانه

اکثر اوقات بعد از طراحی و ساخت محیط‌ کشت (گلخانه) موضوع تهویه هوا در نظر گرفته می‌شود. افراد با وسواس فکری زیاد نه لزوما هزینه زیاد تلاش می‌کنند بهترین سیستم‌ها را به کار گیرند، اما باید همیشه در مراحل ابتدایی برنامه‌ریزی برای محیط کشت به این موضوع پرداخت. با این حال، اکثر سیستم‌ها به ضرورت تهویه هوا توجه نمی‌کنند. سیستم تهویه هوا محیطی برای رشد گیاهان و محصولات تهیه و تنظیم می‌کند. به این ترتیب، باید بیشتر به آن توجه کرد. این مبحث دو بخش دارد، بخش اول اصول تهویه هوا است، بخشی که به سوالات کجا، چرا و چه چیزی می‌پردازد.

بخش دوم عملکرد تهویه هوا است، که به همه این مباحث یا سوالات «چگونه و چه زمان» به شکل عملی تحقق می‌بخشد. اهداف ورای سیستم تهویه هوا چیست؟ مقصود چیست؟ خب، دستگاه تهویه هوا را در اطراف جا به جا می‌کند- اما این کار چه فایده‌ای دارد؟ دو نوع سیستم تهویه اصلی وجود دارد که به روش‌های مختلف کار می‌کنند: اولی سیستم باز است که در آن هوا رد و بدل می‌شود. دومی سیستم بسته است که در آن هیچ تبادل هوایی رخ نمی‌دهد. گردش (Circulation) که ویژگی هر دو سیستم‌ باز و بسته می‌باشد به جا به جایی هوا اشاره دارد. تبادل هوا به معنی تبادل فیزیکی هوای موجود در مکانی مشخص، با توده هوای جدید از خارج به درون آن محل است.

گردش هوا

گردش اساسا به معنای جا به جایی هوا است، که در نتیجه آن عناصری مانند گرما و رطوبت از محلی به محل دیگر منتقل می‌شوند. هوایی که برای مدت زمانی ساکن باقی مانده است از محیط خارج می‌شود، فرآیندی که به لایه‌بندی (Stratification) معروف است. این عمل بر دما و ترکیب هوا تاثیر می‌گذارد و ممکن است به شرایطی مانند لایه‌بندی حرارتی و کمبود گازهای حیاتی مانند اکسیژن و دی اکسید کربن منجر شود.

تبادل هوا

تبادل هوا نه کاملا ولی تا حدودی مشابه عمل گردش است. تبادل هوا (سیستم تهویه باز) به معنای ورود هوا از محیط خارج از محوطه بسته برای جایگزینی هوایی است که در حال حاضر در محل وجود دارد؛ هوا همچنین طی این روند به اطراف حرکت می‌کند و جریان می‌یابد. فرایند تبادل می‌تواند تاثیر مثبتی بر همه این موارد دما، تبادل گاز و رطوبت داشته باشد.

سیستم‌های باز و بسته

این اصول درون محیط کشت یا گلخانه هم صادق است. موضوع اصلی رشد گیاهان در منطقه کنترل‌شده است. گیاهان برای رشد و زنده ماندن به نور و آب نیاز دارند. گیاهان نور و آب را جذب می‌کنند و دی اکسید کربن به علاوه کمی اکسیژن تنفس می‌کنند و از این ۴ عنصر برای تولید انرژی از نور و کربوهیدرات استفاده می‌کنند و آن انرژی را ذخیره می‌کنند. این کربوهیدرات‌ها به عنوان اجزای سازنده اصلی برای رشد و نمو گیاهان عمل می‌کنند. آزاد‌سازی انرژی کربوهیدرات‌ها در فرآیندی شناخته‌شده به نام دمزنی (تنفس Respiration) به اکسیژن نیاز دارد. این عمل در صورت نیاز برای گیاه انرژی آزاد می‌کند. وقتی هوا ساکن است، این فرآیندها منجر به عدم تعادل گازها در محل اتصال برگ/ هوا، افزایش رطوبت پیرامون گیاه و ایجاد گرما از نور یا انرژی پرتوی خورشید یا برخی منابع نوری دیگر می‌شوند.

در سیستم بسته، فرایند گردش هوا به ترکیب اکسیژن، رطوبت و گرما با هوای بسیار دورتر از گیاه (ها) کمک می‌کند، اما کماکان داخل محیط کشت و یا محل مجهز به تهویه در جریان است. این عمل دما و میزان رطوبت را تعدیل می‌کند، وجود دی اکسید کربن و اکسیژن کافی نزدیک برگ‌ها را تضمین می‌کند - و برای فرآیندهای اساسی حیات، فتوسنتز و تنفس ضروری است. با این حال، فرآیند ترکیب جایگزین گازهای مصرف‌شده نمی‌شود.

گرمای اضافی (اندازه‌گیری شده طبق واحد BTU، واحد‌های سنجش گرما) و رطوبت هوا را برطرف نمی‌کند؛ هوا را ترکیب می‌کند تا از ایجاد هر گونه اثر لایه‌بندی و محل تخلیه جلوگیری شود.

از سوی دیگر، وقتی محل و منطقه کشت با توجه به هوای خشک‌تر یا خنک‌تر منطقه، مجهز به دستگاه‌هایی برای جایگزینی هوای موجود در محل باشند، این عمل به صورت زدودن رطوبت یا گرما از فضای کشت بر محیط تاثیر می‌گذارد. سیستم های باز با جایگزینی هوای داخل محل مجهز به تهویه هوا به این شرایط دست می‌یابند. وقتی درجه حرارت یا رطوبت بیش از حد بالا می‌رود، از طریق تبادل هوا می‌توان به گردش مداوم برای حفظ فرایند جا به جایی و تبادل هوا دست یافت. حتی اگر مکانی دارید که هوا در آن رد و بدل نمی‌شود و دما و رطوبت ثابتی دارد، احتمالا تهویه هوا در مکان شما باید کماکان به طور منظم طبق برنامه جایگزینی گازهای حیاتی از دست رفته مانند اکسیژن و دی اکسید کربن انجام شود. آنچه باید بدانید این است که حتی در صورت بالا‌رفتن الزامی دما و رطوبت این کار کماکان اثر مشابهی دارد، چون وابسته به هوای ورودی است و متناوبا تحت تاثیر آن بالا و پایین می‌شود.

متاسفانه، وقتی کنترل عنصری الزامی است، این کار ممکن تأثیر منفی بر دیگر نیاز‌ها داشته باشد، بنابراین تعادل و اولویت اهمیت می‌یابند. اگر پرورش دهنده، به منظور افزایش میزان رشد به فضای پرورش دی اکسید کربن اضافه کند، تبادل هوا بدون از دست دادن CO₂ اضافه شده سخت‌تر می‌شود - که اتلاف زمان و هزینه را در بر دارد. در این نوع تنظیم، ممکن است کار با سیستم اولویت‌بندی ضروری باشد، سیستمی که در مواقعی خاص عنصری را نسبت به عنصر دیگر در اولویت قرار می‌دهد.

عملکرد‌های دیگر

تهویه هوا عملکرد‌های دیگری دارد که هم در فرایند گردش و هم سیستم‌های باز/بسته کارایی دارند. موارد ثانویه کماکان بر اساس یکی از دو اثر اول، تنظیم میزان رطوبت به شرح زیر هستند:

1. کنترل بیماری‌ها
2. کنترل رشد / تبخیر و تعریق
3. کنترل استرس

۱. کنترل بیماری‌ها

با کنترل رطوبت و دما مخصوصا رطوبت، می‌توان محیطی ایجاد کرد که احتمال وجود عوامل بیماری‌زا و انواع ناقل‌های‌ بیماری‌ در آن کاهش می‌یابد. این فرایند از تشکیل پوشش نازک رطوبت آزاد روی سطح برگ جلوگیری می‌کند و توانایی هاگ‌های حاصل از پودر کپک قارچی و ورود انواع بیماری‌های قارچی را به بافت داخلی برگ محدود می‌کند. رطوبت در محیط‌های پنهان نیز کنترل می‌شود. برخی هاگ‌ها از طیف عوامل بیماری‌زا در صورت نبود شرایط مناسب تجزیه می‌شوند و توانایی بالقوه بروز مشکلات را محدود می‌کنند. در سطوح کمتر رطوبت، عملکرد برخی عوامل بیماری‌زا مانند گروهی از قارچ‌های آبی از جمله پیتیوم و فیتوفترا (Phythium and phytophthora) مختل می‌شود؛ ممکن است این قارچ‌ها به فعالیت خود درون برگ ولی نه در محیط خارج ادامه دهند.

سطوح رطوبت بر حیات و میزان تولید مثل حشراتی مانند کرم‌ها و حشرات کمتر مشکل‌ساز مانند پشه‌ها هم تاثیر می‌گذارد. رطوبت بخش حیاتی دیگر در رشد و نمو گیاه را هم تحت تاثیر قرار می‌دهد.

۲. کنترل رشد/ تبخیر و تعریق

فرایند تبخیر و تعریق (evapotranspiration) روند حرکت مایع درون گیاه از ریشه تا خروج آن از طریق منافذ برگ را هدایت و تنظیم می‌کند. آب به وسیله ریشه جذب می‌شود و همراه مواد غذایی و معدنی برای رشد گیاه از ساقه آن بالا می‌رود. این مواد بسیار شبیه به عبور آب از نی به قسمت بالای گیاه کشیده می‌شوند در حالیکه

مایع از منافذ مخصوص روی برگ، منافذ تنفسی (stomates) تبخیر می‌شود. میزان رخداد این فرایند بر اساس سطح رطوبت در هوای نزدیک منافذ است. هر چه هوا خشک‌تر باشد، تبخیر سریع‌تر اتفاق می‌افتد، فشار منفی در منفذ بالاتر می‌رود و آب سریع‌تر برای جایگزینی به بالای گیاه کشیده می‌شود و مواد مغذی مورد نیاز رشد گیاه با این کار تامین می‌شود.

اگر رطوبت هوا بالا باشد، حرکت آب برای تامین دوباره مواد مغذی و آب مورد نیاز در گیاه خیلی کند می‌شود. بر عکس، در صورتی که هوا خیلی خشک باشد، آب به سرعت حرکت می‌کند و نمک درون برگ‌ها انباشته می‌شود، یا اینکه ممکن است آب نتواند به اندازه کافی سریع جا به جا شود و بافت گیاه می‌سوزد. فرایند تبخیر و تعریق فرایندی حیاتی در رشد گیاه است که مانند دریچه‌ای برای تامین آب و مواد مغذی مورد نیاز برای رشد گیاه عمل می‌کند.

۳. کنترل استرس

استرس نیز بخشی مهم در رشد گیاه است که فشار‌های منفی و مثبت بر گیاه اعمال می‌کند. مقداری استرس برای رشد گیاهی قوی الزامی است: این مقدار استرس ریشه گیاه را قوی‌تر می‌کند، رشد و همسانی محصول را کنترل می‌کند و حس رشد رقابتی گیاه را بر می‌انگیزاند. جا به جایی دورانی هوا که خود روی گیاه فشار وارد می‌کند، سبب واکنش گیاه می‌شود. این استرس در عمل است. واکنش گیاه موجب تحکیم بافت پشتیبان آن و انجام همه کارهایی که منجر به حفظ حیاط گل‌ها و رشد میوه‌های بزرگ‌تر و رسیدن سریع‌تر آن‌ها (با ریشه‌های قوی‌تر برای حمایت از آن میوه‌ها) می‌شود و متابولیت‌هایی را افزایش می‌دهد که معمولا گیاه برای حفاظت از خود و افزایش توانایی بالقوه‌اش برای باردهی مجدد تولید می‌کند. استرس خیلی زیاد خوب نیست، استرس خیلی کم هم همین‌طور. جریان گردش هوای اطراف گیاه می‌تواند به اعمال میزان استرس مناسب به گیاه کمک کند.

مناطق جغرافیایی و فصول

در مواردی ممکن است سیستم بسته به جای سیستم تهویه هوای باز که برای کاهش دما و/ یا کنترل رطوبت به تبادل هوا وابسته است، بهتر کار کند. سیستم بسته در مواردی به کار رفته است که دی اکسید کربن به صورت داخلی جایگزین شده است و دما با دستگاه‌های تهویه مطبوع و گرما با استفاده از سیستم‌های گرمایشی تنظیم شده است. یکی یا همه این سیستم‌ها همراه سیستم‌های رطوبت‌افزایی و رطوبت‌زدایی ممکن است در محیط‌های کشت مورد نیاز باشند.

در مناطق خنک‌تر احتمالا به گرمای بیشتری نیاز است و بر عکس در مناطق گرم‌تر احتمالا تهویه مطبوع دغدغه مهم‌تری خواهد بود. در اکثر مناطق معمولا رطوبت‌زدایی الزامی است؛ دستگاه‌های بخور در مناطق خنک‌تر تنها در صورت بروز گرما و در برخی مناطق خشک‌تر دیگر مورد نیاز هستند. در سیستم‌های حلقه بسته بار دما خیلی بیشتر می‌شود و همه عوامل دیگر اتمسفر طبیعی باید مورد نظارت و مراقبت قرار گیرند.

تشخیص آنچه نیاز دارید

حالا به بخش سرگرم‌کننده موضوع می‌رسیم: نحوه تشخیص اینکه چه سیستم و تجهیزاتی برای انجام این کار احتیاج دارید. خب، مبحث مهندسی را فاکتور می‌گیریم، چون قصد نداریم چند پاراگراف را به این موضوع بپردازیم. فرمول‌ها بسته به موقعیت و شرایط مورد نیاز بسیار تخصصی هستند. ممکن است فرمول‌ها حتی برای تعیین مراحل ساده‌ای مانند نرخ جریان هوای مورد نیاز به منظور خنک‌سازی (m3/s) qc = Hc/(p cp (to – tr)) برای متخصصان معنادار باشند، ولی برای بسیاری از پرورش دهندگان کارایی ندارند.

باید عوامل بسیاری را ارزیابی کرد، مانند محاسبه بار‌ها به BTU، دمای طراحی محل مورد نظر، مقاومت جریان هوا، چگالی هوا، بار‌های رطوبتی، میانگین فصلی و موارد بسیار دیگر. طراحان برای طراحی الزامات محیط کشت مناسب، بهتر است به خوبی تحقیق و با متخصصان مشورت کنند. تصمیم اشتباه ممکن است هزینه زیادی از نظر تامین تجهیزات، ضرر در تولید و فقدان پایداری در روند کار را به بار آورد؛ قطعا ارزش دارد که از ابتدا کمی بیشتر روی کمک برای طراحی و نصب سیستمی مطابق نیاز‌هایتان هزینه کنید. حتی کمی تحقیق درباره آنچه نیاز دارید یقینا بهتر از هیچ خواهد بود.

برای داشتن تهویه هوای مطلوب باید به همه اهداف مذکور دست یافت. هنگام طراحی سیستم تهویه هوا همه عوامل موثر را در نظر بگیرید.

• هوای تازه از کجا تامین خواهد شد؟ و هوای مصرفی کجا تخلیه خواهد شد؟
• چگونه دی اکسید کربن در سیستمی به کار می‌رود که به گرمای بیشتر طی مدت زمان مشابه نیاز دارد؟
• مجرای تهویه هوا به چه صورت خواهد بود و چگونه کار خواهد کرد؟

اینها همه سوالاتی است که پرورش دهندگان باید مد نظر قرار دهند. این تنها روش برای اجتناب از دردسرها و ایجاد فرایند تولید ساده‌تر است. اجرای همه این موارد به جنبه عملی تهویه هوا دلالت دارد.