اجهزة التحكم في تهوية البيوت المحمية (الصوب الزراعية)

لا تقتصر مكونات الصوبة الزراعية فقط على الهيكل والغطاء، ولكن توجد أيضاً بعض الأجهزة والأنظمة التي يتم تركيبها سواء على حوائط وسقف الصوبة أو حتى بداخلها. وتعتبر تلك الأجهزة لا غنى عنها لتحقيق هدف رئيسي وأساسي وهو التحكم في الظروف البيتية داخل الصوبة أو بما يطلق عليه تكييف الصوبة. وتتطلب عملية تهيئة بيئة الصوبة الزراعية استخدام معدلات تهوية فاعلة للتحكم أساساً في درجات الحرارة والرطوبة للهواء داخل الصوبة. كما تعتبر التهوية أيضاً ضرورية للتخلص من الغازات الضارة ونواتج الاحتراق والمحافظة على تراكيز معقولة من غاز ثاني أكسيد الكربون عن طريق الدفع بمعدلات محسوبة من الهواء الخارجي النقي إلى داخل الصوبة. وقد يتطلب الأمر أيضا استخدام أجهزة وتجهيزات لتدفئة الصوبة شتاء أو تبريدها صيفاً.

وصف لخصائص أهم الأجهزة والتجهيزات المستخدمة في الصوبة الزراعية للتحكم في ظروفها البيئية.

المراوح

تعرف المروحة على أنها مجموعة من الريش بمرتكزاتها وتحميلاتها متضمنة محركا كهربائيا وحواجز هوائية وغطاء مقاوم للعوامل الجوية المختلفة. وتعتبر المروحة الجزء الأساسي في أي عملية تهوية ميكانيكية. وتوجد وظيفتين أساسيتين للمراوح هما:

أ- إحداث فرق ضغط للهواء.

ب- دفع آو سريان الهواء.

وفي الحقيقة واعتماداً على نوع التطبيق فإنه يتم التركيز على أحد السببين السابقين دون الآخر. فعلى سبيل المثال، نجد في الصوب الزراعية أن الهدف الرئيسي هو الحصول علي معدلات سريان للهواء مع وجود فرق ضغط بسيط، بينما يعتبر إحداث فرق ضغط كبير نسبيا عبر المروحة - مع التضحية بجزء من سعة المروحة - هو الهدف الرئيسي في عمليات التهوية الخاصة بتخزين المحاصيل الزراعية. وبناء على ما سبق فإن المراوح تنقسم إلى نوعين أساسيين هما:

أ- مراوح سريان محوري وتستخدم أساسا في حالة الحاجة إلى معدلات تهوية.

ب- مراوح طرد مركزي وتستخدم اذا كان الهدف الاساسي في عمليات التهوية هو إحداث فرق ضغط كبير نسبياً عبر المروحة.

ويوضح الشكل رقم (1) أنواع المراوح الشائعة الاستخدام في تطبيقات التهوية. وتقسم مراوح السريان المحوري - على حسب أعداد وأشكال الريش - الي مراوح تربينية ومراوح محوري أنبوبي رفاصة. وتمتاز المراوح التربينية عن الرفاصة بإحداث ضغط كلى مرتفع، كما تمتاز أيضا بقلة الضوضاء المصاحبة للتشغيل.

وعلى ذلك فمن الممكن استخدام المراوح التربينية والمراوح المحورية الأنبوبية في عمليات التهوية الخاصة بالمحاصيل والحبوب داخل الصوامع بحيث يمكن العمل تحت الضغط الأستاتيكى المطلوب لرفع الهواء خلال المواد المخزنة داخل الصومعة. وتدفع المراوح الرفاصة الهواء في أنماط دائرية أو دوامات نتيجة لالتواء مركز الأسلحة مع دوران المروحة. وعامة لا يستخدم هذا النوع من المراوح في حالة الحاجة إلى هواء مدفوع في اتجاهات مستوية. وغالباً ما تستخدم مراوح الطرد المركزي ذات الريش المعتدلة في تطبيقات معاملة المواد وفي المنشآت كثيرة التعرض للعواصف. وتعتبر المراوح ذات الريش المائلة إلى الخلف من أكفا أنواع مراوح الطرد المركزي والتي في الغالب ما تعمل عند السرعات المرتفعة. ويمتاز هذا النوع عن المراوح ذات الريش المعتدلة أو المائلة للأمام بانخفاض تأثر معدلات التهوية بفرق الضغط الكلى. وهى خاصية مرغوبة ـ مثلا - في تجفيف الحبوب والمحاصيل.

قوانين المراوح:

تستخدم قوانين المراوح للتنبؤ بأداء المروحة تحت ظروف وسرعات أخرى غير التي استخدمت في الاختبارات، وإن كانت دقة التنبؤ ليست عالية. قيمكن استخدام تلك القوانين للتنبؤ بكل من معدل السريان والقدرة وفرق الضغط وذلك كدالة في كل من قطر المروحة وكثافة الهواء والسرعة الدورانية. ويمكن تلخيص تلك القوانين كالتالي:

Q - معدل سريان الهواء

W- السرعة الدورانية

D- قطر المروحة

-W القدرة

ℓ- كثافة الهواء

P - الضغط الكلى أو ضغط السرعة أو الضغط الأستاتيكى.

كما تشير الحالة (2) إلى المروحة المطلوب معرفة بياناتها، بينما تشير الحالة

(1) إلى المروحة المعلومة البيانات.

مثال:

احسب معدل التهوية والطاقة المضافة وكذلك فرق الضغط الكلي لمروحة من النوع الرفاص قدرتها المتاحة 0.5 كيلو واط تدفع مع هواء بسرعة دورانية 750 لفة/دقيقة وبمعدل 4.5 متر³/ث عند فرق ضغط كلى 10 باسكال وذلك في حالة تركيب مجموعة آخري من الطارات علي المروحة بحيث تصبح سرعتها الدورانية 1000 لفة/دقيقة مع تثبيت قطر المروحة وعدم تغير كثافة الهواء.

الحل:

يمكن حساب معدل التهوية من المعادلة رقم (1) كالتالي:

) (1)³Q₂=4.5(1000/750

= 6 m³/s          

وتكون القدرة المطلوبة:

 W₂ = 0.5 (1000/750)³(1)⁵(1)

= 1.18kw        

ويكون فرق الضغط الكلي:

 P₂ = 10 (1000 / 750)²(1)²(1)

= 17.78 Pa                     

المصاريع والحواجز الهوائية:

يتم تركيب مصاريع النوافذ وحواجز هوائية للتحكم في سريان الهواء عند مداخل ومخارج الهواء من الصوبة. وتوجد طريقتان شائعتان في الاستخدام بالنسبة للتحكم في مداخل الهواء: (أ) الحواجز ذات المحركات الكهربائية، و(ب) الألواح المفصلية الأفقية من نوع شباك. فيتم تركيب الحواجز الهوائية ذات الستائر المعدنية أو الريش خفيفة الوزن في مقدمة المراوح سالبة الضغط لمنع هواء الرياح من دخول المبنى في حالة ايقاف المروحة. ويجب عند استخدام الحواجز التي تعمل بالمحركات الكهربائية أن يتوافق حجم المصاريع بانسجام مع عمل المراوح عند كل مرحلة من مراحل التهوية، الشكل رقم (٢). وتستخدم تلك الأجهزة مع المراوح لتجزى سريان الهواء بين فتحات متعددة أو مواسير لطرد الهواء من داخل المباني ذات الضغط الإيجابي للهواء. وتوجد الريش التي تسمح عند الفتح بمرور الهواء من خلال الجهاز، كما تمنع مرور الهواء عند الغلق. ويتم تماسك الريش مع بعضها البعض بواسطة عمود مشترك. ويمنع العمود المشترك الرياح آو التغيرات في سريان الهواء من تقلب الريش واشتباكها مع بعضها البعض، مما قد يؤدى إلى الغلق الكامل للنافذة. ويوصى بعملية التنظيف الدوري لكل من المصاريع والحواجز، نظرا لان تراكم الاوساخ علي الوحدات يؤدى إلى زيادة الضاغط الأستاتيكى، وبالتالي خفض معدل الهواء المدفوع بواسطة المروحة.

أجهزة حس الحرارة (الثرموستات):

تستخدم تلك الأجهزة في التحكم في درجات حرارة الهواء داخل الصوب الزراعية. والثرموستات عبارة عن مفتاح حساس للحرارة يتكون من عنصر الحس الحرارى ومفتاح كهربائي لفصل أو وصل الطاقة الكهربائية إلى أجهزة التدفئة. ويوضح الشكل رقم (3) عنصر إحساس يعمل بواسطة سائل أو بخار. وعلى حسب درجة الحرارة المطلوبة يتمدد السائل - مع تمدد أو انقباض النظام - والذى بدوره يعمل على إدارة مفتاح التشغيل.

أجهزة حس الرطوبة:

هي أجهزة مماثلة لأجهزة حس الحرارة باستثناء أن عنصر الإحساس المستخدم يحس الرطوبة بدلا من درجة الحرارة. وغالباً ما تحتوى وحدة الإحساس على جزء مصنوع من شعر الإنسان أو زبدات خلات السيلولوز بحيث يتمدد وينكمش على حسب نسبة الرطوبة في الهواء. وتوجد أنواع أخرى من أجهزة حس الرطوبة تعتمد على التغير في المقاومة الكهربائية لوحدة الإحساس مع تغير الرطوبة النسبية. وغالبا ما تتبع أجهزة حس الرطوبة في طريق عملها نفس الطريقة المتبعة مع أجهزة حسب الحرارة.

وعامة يجب تركيب أجهزة تنظيم كل من درجات الحرارة والرطوبة على مسافة 3 متر على الأقل من الحائط الخارجي للصوبة وبالقرب من مستوى نمو النبات بحيث يمكن حسب ظروف نمو النبات الفعلية. كما يجب تجنب التأثيرات الحرارية المتولدة من الإشعاع الشمسي على الثرموستات. فقد تتأثر وحدة إحساس جهاز الثرموستات - ومن ثم درجة الحرارة المضبوط عليها - عند تعرض الجهاز لأشعة الشمس المباشرة. فيمكن حجب تلك الوحدة عن أشعة الشمس بواسطة مادة مصنوعة من الألومنيوم أو مادة ذات دهان أبيض. وقد تساهم ملاصقة وحدة الإحساس لحائط خارجي أيضا في عدم دقة التحكم في درجة الحرارة. ولابد أيضا عند تركيب تلك الأجهزة تفادى المساحات التي في مقدمة الدفايات أو مداخل الهواء. وتعتبر المنطقة التي تلى التقاء كل من الهواء الداخل مع الهواء الدافئ مكانا مناسبا حيث توجد فرصة للخلط بينهما مع استقرار واضح للظروف البيئية. ويفضل توافر محرك للهواء بعد عنصر الإحساس وذلك إما لتقليب الهواء طبيعيا خلال المنشأة أو بواسطة تركيب مروحة شفط. وعامة يفضل تركيب تلك الأجهزة في منتصف الصوبة عند مستوى النبات.

المصدر

محمد حلمي ابراهيم، هندسة بيئة الصوب الزراعية (2000). جمهورية مصر العربية.