Εξοικονόμηση ενέργειας σε θερμοκήπια με εμπλουτισμό CO2

Abstract

In this thesis, the effect of the CO2 enrichment on the energy saving in greenhouses was investigated. Besides a technical increase in the productivity and growth of the plants, the CO2 enrichment can also be applied on energy saving in greenhouses in respect according to the following analysis: In Greece, the vegetable cultivation period in greenhouses is mainly spring but also autumn. The temperatures inside the greenhouses, during many days of these periods exceed the demands level during the day and drop below this level during the night. This temperature difference between day and night appears more intense in the north Greece region. Because of this phenomenon, it is vital to cool greenhouses during the day and heat them during the night. With the increase of CO2 concentration to levels higher than normal, the optimal temperature of C3 plant growth is moved higher. This has the result of the change of the starting point of ventilation to higher level allowing the collection of more energy in the greenhouse during the day. This energy is produced during night limiting the supply of artificial heating. The CO2 enrichment method used in the experiments was the method with the rising temperatures. In the first phase, the effect of CO2 enrichment on the energy balance in greenhouses was examined exploiting only its thermal capacity. In the second phase the examination was carried out exploiting the thermal capacity of an energy saving system such as the passive solar system of the plastic tubes filled with water. The study of the air humidity variation in greenhouses during the CO2 enrichment was the second goal of this dissertation. Its purpose is to find if the humidity is a restricted factor of this enrichment. This study is necessary due to the fact that humidity is the only environmental factor in greenhouse that could reduce the effectiveness of the enrichment in the energy saving possibility. This happens because the enrichment application is defined both from the temperature and from the intensity of solar radiation. Finally, the CO2 enrichment influence on the growth and the yield of the plants was studied during the experimental time.

Η παρούσα διατριβή έχει ως κύριο σκοπό τη μελέτη της επίδρασης του εμπλουτισμού με CO2 στην εξοικονόμηση ενέργειας στα θερμοκήπια. Ο εμπλουτισμός με CO2 εκτός από μια τεχνική αύξησης της ανάπτυξης και της παραγωγικότητας των φυτών μπορεί να εφαρμοστεί και για την επίτευξη εξοικονόμησης ενέργειας στα θερμοκήπια σύμφωνα με την παρακάτω ανάλυση: Κατά τη διάρκεια της άνοιξης, η οποία είναι η κύρια καλλιεργητική περίοδος των κηπευτικών στα θερμοκήπια στην Ελλάδα, αλλά και το φθινόπωρο υπάρχουν πολλές ημέρες, όπου οι θερμοκρασίες μέσα στο θερμοκήπιο ξεπερνούν τα επιθυμητά επίπεδα την ημέρα και πέφτουν κάτω από αυτά τη νύχτα. Η θερμοκρασιακή αυτή διαφορά μεταξύ ημέρας και νύχτας εμφανίζεται ιδιαίτερα έντονη στην περιοχή της Βόρειας Ελλάδας και εξαιτίας αυτού του θερμοκρασιακού φαινομένου δημιουργείται η αναγκαιότητα ψύξης των θερμοκηπίων κατά τη διάρκεια της ημέρας και θέρμανσης κατά τη διάρκεια της νύχτας. Με την αύξηση της συγκέντρωσης του CO2 σε επίπεδα υψηλότερα από τα κανονικά μετατοπίζεται υψηλότερα η άριστη θερμοκρασία ανάπτυξης των περισσοτέρων C3 φυτών. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη μετατόπιση του σημείου έναρξης του αερισμού σε υψηλότερα επίπεδα επιτρέποντας στο θερμοκήπιο τη συλλογή περισσότερης ενέργειας κατά τη διάρκεια της ημέρας. Η ενέργεια αυτή αποδίδεται κατά τη διάρκεια της νύχτας περιορίζοντας έτσι την παροχή τεχνητής θέρμανσης. Η μέθοδος εμπλουτισμού με CO2 η οποία εφαρμόστηκε είναι αυτή των υψηλών θερμοκρασιών. Σε πρώτη φάση ερευνήθηκε η επίδραση του εμπλουτισμού στο ενεργειακό ισοζύγιο του θερμοκηπίου αξιοποιώντας μόνο τη θερμοχωρητικότητα του και σε δεύτερη φάση αξιοποιώντας και τη θερμοχωρητικότητα ενός συστήματος εξοικονόμησης ενέργειας όπως είναι το παθητικό ηλιακό σύστημα των πλαστικών σωλήνων με νερό. Δευτερεύων σκοπός της διατριβής είναι η μελέτη της διακύμανσης της υγρασίας του αέρα στα θερμοκήπια κατά τη διάρκεια των εμπλουτισμών με CO2, με στόχο να διαπιστωθεί, αν η υγρασία αποτελεί περιοριστικό παράγοντα του εμπλουτισμού. Η μελέτη αυτή κρίθηκε σκόπιμη, καθώς η υγρασία είναι ο μόνος παράγοντας του περιβάλλοντος του θερμοκηπίου, ο οποίος δύναται να μειώσει την αποτελεσματικότητα του εμπλουτισμού στη δυνατότητα εξοικονόμησης ενέργειας, με το δεδομένο ότι τα χρονικά διαστήματα της εφαρμογής του εμπλουτισμού καθορίζονται από τη θερμοκρασία και την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας. Τέλος μελετήθηκε και η επίδραση του εμπλουτισμού με CO2 στην ανάπτυξη και απόδοση των φυτών για όσο διάστημα διήρκεσαν οι μετρήσεις της μελέτης για την εξοικονόμηση ενέργειας.