محاسبه تعداد بخاری مورد نیاز برای گلخانه

روش درست این است که ابتدا ظرفیت حرارتی گلخانه را براساس ابعاد سازه، نوع پوشش، دمای مطلوب داخل و حداقل دمای بیرون محاسبه کنیم. سپس ظرفیت مورد نیاز را با توان واقعی هر بخاری گلخانه مقایسه کنیم. نتیجه این دو مرحله مشخص می‌کند چند هیتر گازی، گازوئیلی یا دوگانه‌سوز برای سازه لازم است. بیایید با دقت بیشتری به سراغ این موضوع برویم.

برای گلخانه چند بخاری لازم است؟

پاسخ این سؤال به ظرفیت حرارتی مورد نیاز گلخانه و توان واقعی هر دستگاه بستگی دارد. بنابراین عباراتی مانند «یک بخاری برای هر هزار متر» نمی‌توانند برای همه گلخانه‌ها معیار مناسبی باشند.

مسیر کلی محاسبه به این صورت است:

ظرفیت حرارتی مورد نیاز گلخانه ÷ ظرفیت واقعی هر هیتر = تعداد هیتر مورد نیاز

اگر نتیجه عدد اعشاری باشد، تعداد دستگاه باید رو به بالا گرد شود. برای مثال اگر محاسبات نشان دهد گلخانه به ۳۷۰ هزار کیلوکالری بر ساعت گرما نیاز دارد و هر دستگاه در عمل ۲۳۵ هزار کیلوکالری بر ساعت حرارت مفید در اختیار محیط قرار دهد، حاصل تقسیم حدود ۱.۵۷ خواهد بود. در چنین شرایطی حداقل دو دستگاه لازم است.

البته هنوز یک مرحله قبل از این تقسیم باقی مانده است. باید بدانیم عدد ۳۷۰ هزار کیلوکالری از کجا به دست می‌آید.

چه عواملی ظرفیت حرارتی گلخانه را تعیین می‌کنند؟

ظرفیت حرارتی گلخانه مقدار گرمایی است که سیستم باید در شرایط طراحی تولید کند تا دمای داخل سازه در محدوده مورد نظر باقی بماند. چهار عامل در این محاسبه اهمیت ویژه‌ای دارند: اختلاف دما، سطح سازه، نوع پوشش و میزان نفوذ هوای سرد.

اختلاف دمای داخل و بیرون

فرض کنید دمای مورد نیاز برای یک گلخانه ۲۰ درجه سانتی‌گراد باشد. اگر حداقل دمای بیرون در شب‌های سرد منطقه صفر درجه ثبت شود، اختلاف دمای طراحی ۲۰ درجه است. اگر همین گلخانه در منطقه‌ای با دمای منفی ۱۰ درجه قرار داشته باشد، اختلاف به ۳۰ درجه می‌رسد.

هرچه این فاصله افزایش پیدا کند، سیستم گرمایش گلخانه باید انرژی بیشتری برای جبران اتلاف حرارت تولید کند. به همین دلیل انتخاب دمای بیرون براساس شرایط اقلیمی محل اهمیت زیادی دارد.

نوع پوشش گلخانه

پوشش‌ها گرما را با سرعت یکسان از خود عبور نمی‌دهند. این ویژگی با ضریب انتقال حرارت یا U-Value نشان داده می‌شود. مقدار بالاتر U به معنی انتقال حرارت و اتلاف انرژی بیشتر است.

همین اعداد نشان می‌دهند چرا دانستن متراژ به تنهایی کافی نیست. نایلون دولایه با ایجاد لایه هوای عایق میان دو پوشش می‌تواند اتلاف حرارت را حدود ۴۰ درصد نسبت به تک‌لایه کاهش دهد. در نتیجه ممکن است دو گلخانه هم‌اندازه به ظرفیت‌های گرمایشی متفاوتی نیاز داشته باشند.

ابعاد و ارتفاع سازه

در محاسبه اتلاف حرارت، سطحی اهمیت دارد که با محیط بیرون تبادل حرارتی دارد. بنابراین طول و عرض کف، تنها بخشی از اطلاعات مورد نیاز هستند. سقف، دیواره‌های جانبی و ابتدا و انتهای سازه نیز در محاسبات وارد می‌شوند.

ارتفاع نیز روی نتیجه اثر دارد. افزایش ارتفاع، سطح پوشش و حجم هوای داخل را افزایش می‌دهد. به همین دلیل یک گلخانه ۱۰۰۰ مترمربعی با ارتفاع ۴ متر را نباید با سازه‌ای به همان مساحت و ارتفاع ۷ متر یکسان در نظر گرفت.

ظرفیت حرارتی گلخانه چگونه محاسبه می‌شود؟

یکی از روابط پایه برای برآورد انتقال حرارت از پوسته گلخانه چنین است:

Q = U × A × ΔT

در این رابطه:

• Q ظرفیت حرارتی پایه است
• U ضریب انتقال حرارت پوشش را نشان می‌دهد
• A مساحت کل سطوح تبادل حرارتی است
• ΔT اختلاف دمای داخل و بیرون را مشخص می‌کند

اگر ضریب U بر حسب وات بر مترمربع کلوین در فرمول قرار گیرد، نتیجه اولیه بر حسب وات به دست می‌آید. برای تبدیل آن به واحد رایج کیلوکالری بر ساعت می‌توان از رابطه زیر استفاده کرد:

ظرفیت بر حسب kcal/h = (وات × ۳۶۰۰) ÷ ۴۱۸۶

محاسبات مهندسی کامل، تلفات ناشی از ورود هوای سرد به سازه را نیز در نظر می‌گیرند. دانشگاه جورجیا برای مثال این بخش از اتلاف را براساس حجم گلخانه، تعداد تعویض هوا و اختلاف دما جداگانه محاسبه می‌کند و تأکید دارد که وضعیت درها، دریچه‌ها، پوشش و عمر سازه روی نفوذ هوا اثر می‌گذارند.

در یک محاسبه ساده آنلاین، می‌توان بخشی از این شرایط پیش‌بینی‌نشده را با ضریب اطمینان پوشش داد. محاسبه‌گر کولاک گستر یزد ظرفیت پایه را در ضریب ۱.۵ ضرب می‌کند تا نفوذ هوا، شرایط غیرایده‌آل و خطاهای احتمالی محاسبات نیز در عدد نهایی لحاظ شوند.

محاسبه تعداد بخاری مورد نیاز برای گلخانه با یک مثال واقعی

کولاک گستر یزد تولیدکننده تجهیزات گرمایشی صنعتی و هیترهای گلخانه‌ای است و یک ابزار آنلاین هم برای برآورد ظرفیت حرارتی گلخانه دارد. برای اینکه مسیر محاسبه روشن شود، یکی از نمونه‌های همین محاسبه‌گر و مدل ECO250 را مبنا قرار می‌دهیم.

حالا می‌توانیم تمام مراحل را در یک نمونه کنار هم بگذاریم. گلخانه‌ای با مشخصات زیر را در نظر بگیرید:

• طول: ۵۰ متر
• عرض: ۹.۶ متر
• ارتفاع: ۷ متر
• پوشش: نایلون تک‌لایه
• دمای مطلوب داخل: ۲۸ درجه
• حداقل دمای بیرون: منفی ۵ درجه
• اختلاف دما: ۳۳ درجه

برآورد کولاک گستر یزد برای چنین گلخانه‌ای حدود ۳۷۰ هزار کیلوکالری بر ساعت است. حالا باید این ظرفیت را به تعداد دستگاه تبدیل کنیم.

مدل ECO250 کولاک گستر یزد ظرفیت اسمی ۲۵۰ هزار کیلوکالری بر ساعت و راندمان حرارتی اعلام‌شده ۹۴ درصد دارد. بنابراین ظرفیت مفید آن با این محاسبه به دست می‌آید:

۲۵۰,۰۰۰ × ۰.۹۴ = ۲۳۵,۰۰۰ کیلوکالری بر ساعت

در نتیجه:

۳۷۰,۰۰۰ ÷ ۲۳۵,۰۰۰ = ۱.۵۷

عدد نهایی رو به بالا گرد می‌شود و نتیجه، ۲ دستگاه هیتر است.

این مثال یک نکته مهم در محاسبه تعداد بخاری مورد نیاز برای گلخانه را روشن می‌کند. نباید ظرفیت درج‌شده روی دستگاه را بدون توجه به راندمان مستقیماً با بار حرارتی سازه مقایسه کرد.

چرا راندمان هیتر عدد مهمی است؟

اینجا به دومین عدد مهم می‌رسیم. یک هیتر ۲۵۰ هزار کیلوکالری با راندمان ۹۴ درصد، حدود ۲۳۵ هزار کیلوکالری بر ساعت حرارت مفید در اختیار سیستم قرار می‌دهد. مشخصات رسمی ECO250 علاوه بر ظرفیت ۲۵۰ هزار کیلوکالری، راندمان ۹۴ درصد، مصرف ۲۹ مترمکعب گاز یا ۲۷ لیتر گازوئیل در ساعت را اعلام می‌کند. ظرفیت هوادهی این مدل نیز بسته به فن، بین ۲۵ تا ۴۰ هزار مترمکعب در ساعت است.

پس در انتخاب هیتر گلخانه باید دو عدد را کنار هم دید. ظرفیت اسمی نشان می‌دهد دستگاه در چه کلاس حرارتی قرار دارد و راندمان تعیین می‌کند چه سهمی از انرژی ورودی به گرمای مفید تبدیل می‌شود.

این تفاوت زمانی اهمیت بیشتری پیدا می‌کند که چند دستگاه برای یک مجموعه در نظر گرفته شده باشد. اختلاف راندمان در چنین مقیاسی روی ظرفیت واقعی کل سیستم و میزان سوخت مصرفی اثر خواهد گذاشت.

هیتر گازی، گازوئیلی یا دوگانه‌سوز؟

بعد از تعیین ظرفیت و تعداد دستگاه، نوبت انتخاب سوخت می‌رسد. در این مرحله سؤال اصلی دیگر «چند بخاری لازم دارم؟» نیست. باید بررسی کنید کدام سوخت در محل گلخانه دسترسی پایدار و زیرساخت مناسب دارد.

اگر شبکه گاز در دسترس باشد، هیتر گازی انتخاب قابل بررسی است. در مناطقی که دسترسی به گاز محدود است، مدل گازوئیلی امکان راه‌اندازی سیستم را با سوخت مایع فراهم می‌کند. مدل دوگانه‌سوز نیز برای مجموعه‌ای اهمیت پیدا می‌کند که می‌خواهد امکان استفاده از هر دو منبع انرژی را داشته باشد.

برای نمونه، ECO250 با مشعل‌های گازی، گازوئیلی و دوگانه‌سوز قابل استفاده است. انتخاب میان این گزینه‌ها ظرفیت مورد نیاز گلخانه را تغییر نمی‌دهد. ابتدا بار حرارتی مشخص می‌شود و سپس نوع سوخت و تجهیزات مناسب با شرایط مجموعه انتخاب خواهند شد.

محاسبه آنلاین ظرفیت حرارتی گلخانه

اگر بخواهید همه متغیرهای اصلی را بدون محاسبه دستی وارد کنید، ابزار آنلاین برای محاسبه ظرفیت حرارتی گلخانه کولاک گستر یزد این فرایند را براساس چند ورودی انجام می‌دهد.

در این ابزار کافی است نوع پوشش سازه، دمای مطلوب داخل، حداقل دمای بیرون، طول، عرض و ارتفاع گلخانه را مشخص کنید. خروجی شامل اختلاف دما، مساحت کل تبادل حرارتی، ظرفیت پایه و ظرفیت نهایی با ضریب اطمینان است.

این روش به‌خصوص در مرحله برآورد اولیه کاربرد دارد، چون اثر تغییر متغیرهایی مانند نوع پوشش یا دمای بیرون را روی ظرفیت حرارتی گلخانه به شکل عددی نشان می‌دهد. برای طراحی نهایی یک مجموعه بزرگ نیز بهتر است شرایط واقعی سازه، نفوذ هوا و مشخصات محل نصب در کنار این برآورد بررسی شوند.

آیا تقسیم ظرفیت بین چند بخاری انتخاب مناسبی است؟

عدد حاصل از محاسبات، حداقل ظرفیت حرارتی مورد نیاز را مشخص می‌کند، اما طراحی سیستم گرمایش گلخانه فقط به جمع توان دستگاه‌ها محدود نیست. نحوه پخش هوای گرم در طول و عرض سازه نیز اهمیت دارد.

در گلخانه‌های بزرگ، تقسیم بار حرارتی میان چند هیتر می‌تواند توزیع گرما را در نقاط مختلف سازه مدیریت کند. مزیت دیگر این آرایش، وجود بخشی از ظرفیت گرمایشی در صورت توقف یکی از دستگاه‌هاست. البته تعداد زیاد دستگاه نیز بدون طراحی مناسب راه‌حل مطلوبی نیست. ظرفیت کل، هوادهی، محل نصب و مسیر گردش هوا باید در کنار یکدیگر بررسی شوند.

جمع‌بندی

برای محاسبه تعداد بخاری مورد نیاز برای گلخانه ابتدا باید بار حرارتی سازه را براساس اختلاف دما، مساحت سطوح خارجی، نوع پوشش و تلفات حرارتی مشخص کنید. در مرحله بعد ظرفیت واقعی هر بخاری گلخانه را با در نظر گرفتن راندمان به دست آورید و ظرفیت کل مورد نیاز را بر این عدد تقسیم کنید.

این روش نشان می‌دهد چرا تعیین تعداد هیتر گلخانه فقط براساس متراژ می‌تواند نتیجه اشتباهی بدهد. گلخانه‌هایی با مساحت یکسان، به دلیل تفاوت ارتفاع، پوشش و شرایط آب‌وهوایی ممکن است به سیستم‌هایی با ظرفیت کاملاً متفاوت نیاز داشته باشند.