Понимание контроля влажности в теплицах

Understanding_Humidity_Control_in_Greenhouses
Влажность одна из самых трудных экологических факторов для контроля в теплицах. Поддержание заданных значений и коррекции, слишком малая или слишком высокая влажность может быть проблемой даже для самых сложных систем мониторинга и управления. Уровень влажности колеблется в зависимости от изменений температуры воздуха, а растения постоянно добавляют воду к воздуху через транспирацию. Несмотря на автоматизацию управления важно хорошо понимать динамику водяного пара в атмосфере. Существует естественная тенденция с помощью современного оборудования просто «установить его и забыть его». Тем не менее, потеря доходности, стресс растений, вспышки болезней, и потери энергии по-прежнему возможно, если мы не осознаем ограничения нашего оборудования и последствия не правильного решения экологического контроля.

Что такое Влажность?

Understanding_Humidity_Control_in_Greenhouses_1
Влажность это выражение количества водяного пара в воздухе. Водяной пар колеблется между 1 — 4% нашей атмосферы по объему (рис 1). Туманы, аэрозоли, капли и другие мелкие воды не водяной пар.
Максимальное количество водяного пара в любой пробе воздуха зависит от температуры и в меньшей степени давление воздуха (см Рисунок # 2). Фактическое количество присутствующего водяного пара также определяется наличием свободной воды для испарения. Водяной пар всегда будет двигаться из области высокой концентрации (например, внутри полостей листа) к области низкой концентрации пара в воздухе. Это принцип лежит в основе испарения или транспирации.
Understanding_Humidity_Control_in_Greenhouses_2
Мы обычно говорим о влажности воздуха в терминах относительной влажности. Потому что абсолютное количество воды, которое воздух может содержать, постоянно колеблется в зависимости от колебаний температуры. По этому относительная влажность очень удобный способ описания соотношение водяного пара по сравнению с общим количеством воды, которою воздух может содержать при насыщении.
Таким образом, 50% относительной влажности показывает, что воздух имеет половину водяного пара, что он может содержать, если он полностью насыщен. При повышении температуры, воздух может содержать больше пара, и следовательно, относительная влажность уменьшается.

Что такое дефицит давления паров?

Understanding_Humidity_Control_in_Greenhouses_3
Относительная влажность до сих пор наиболее часто используется для контроля, даже не смотря на то, что это не идеальный показатель того, что растения «чувствуют». Растения реагируют на разницу между уровнями влажности на устьицах листа и уровень влажности окружающего воздуха. При одном и том же уровне относительной влажности, но при разных температурах, спрос на воду для транспирации из листьев может быть в два раза выше. (рис 3.) Таким образом, еще один вид измерения, называемый дефицитом давления паров, часто используется для измерения связи между растением и влажностью воздуха. Некоторые компании экологического контроля в настоящее время предлагают ДДП измерения, как часть их программы управления влажностью.
В таблицах 1 и 2 (см внизу) представлен контур дефицита давления паров (разница между насыщенным воздухом и воздухом при различных значениях относительной влажности). Хотя различные культуры различаются по их реакция на уровнях влажности, ДДП диапазон 8 — 10 мб был предложено в качестве оптимального диапазона. ДДП может быть использован как для осушения и увлажнения, но это особенно полезно для увлажнения.

Роль влажности

Основным механизмом растения для борьбы с влажностью является регулировка устьиц листьев. Устьица открываются и закрываются в ответ на дефицит давления пара, устьица открывается шире и влажность увеличивается. Когда уровень влажности снизится до примерно 8 г/м3 (12 Mb ДДП) устьица на большинстве растений, закрыты на 50%, чтобы защититься от увядания. Это также снижает обмен С02, влияя тем самым на фотосинтез.
Understanding_Humidity_Control_in_Greenhouses_4
Испарение — Растения могут контролировать их скорость потери воды. Потому что устьица листа имеют возможность ограничить темпы транспирации, удвоение дефицита влаги может привести к увеличению интенсивности транспирации лишь на 15%. Однако, когда уровень влажности очень высоки, общее поглощение минералов уменьшается, так как растения не могут испаряться достаточное количество воды.
Фотосинтез — Уровень влажности косвенно влияет на скорость фотосинтеза, потому что C02 поглощается через отверстия устьиц. На более высоких уровнях дневной влажности, устьица полностью открыты, что позволяет более C02 быть поглощенными для фотосинтеза. Фотосинтетические значения могут варьироваться примерно на 5% при ДДП между 2 и 10 мб.
Рост и качество — Большинство растений, как правило, растут лучше при высокой относительной влажности. Тем не менее, минеральных веществ, вспышки болезней, мелкие корневые системы, и мягкие ростки являются возможными последствиями повышенной влажности. Не бывает одного уровня влажности для всех культур.
Проблемы качества возникающие из-за влажности
Слишком низкая Слишком высокая
Сухие кончики листьев Отеки
увядание Сожженные края (Гуттация)
мелкие листья Размягчение ростов
Низкорослые растения Недостаток минералов
паутинные клещи Вспышки болезней
скручивание листьев  

Обезвоживание

Understanding_Humidity_Control_in_Greenhouses_5
В теплицах, как правило, стараются избегать уровня влажности около точки выпадения росы, так как свободная вода конденсирующаяся на поверхности растений может способствовать росту болезнетворных организмов. Растения не могут испарять воду из листьев, и поглощение питательных веществ, таких как кальций и бор может быть ограничено. Важно помнить, что при относительной влажности достигающей 90%, даже не большое понижение температуры достаточно, чтобы достичь точки выпадения росы. Проблема усугубляется тем, что не на всех поверхностях теплицы одинаковые температуры. На любых поверхностях, которые холоднее, чем воздух при высокой относительной влажности будет конденсироваться водяной пар. Вот почему капель может быть серьезной проблемой связанной с материалами для остекления в течение отопительного сезона.
Мониторинг и контроль относительной влажности парникового воздуха не всегда гарантия того, что можно будет избежать проблемы точки выпадения росы. Местные проблемы конденсации еще могут произойти из-за неравномерного распределения тепла и тепловой массы растительных материалов, в частности, на установках с фруктами и других крупных заполненных водной частей (бульбы, мясистые листья). Температура их поверхностей меньше, и пар легко конденсируется на них при внезапных локальных изменениях температуры воздуха. Это та же самая причина по которой стакан с ледяной водой запотевает даже при относительной влажности воздуха в помещении значительно ниже точки росы. Холодные поверхности в пределах теплицы охлаждают воздух непосредственно вокруг себя. Если охлаждение достигает температуры точки росы, происходит конденсация паров и выпадает роса.
Избыток влажности, как правило, более проблематичен в весенние и осенние сезоны, когда погода прохладная и влажная. (Смотри рисунок 5) высокой влажности не может произойти в течение морозов, так как относительная влажность наружного воздуха является очень низкой. Сочетание стратегии вентиляции для обмена влажного воздух с сушилкой наружного воздуха, и нагрева, чтобы уменьшить уровень относительной влажности, повышение температуры поверхности растений и нагревание поступающего воздуха обычно используется для решения проблы точки росы. Стекла и другие холодные поверхности в теплице служат как естественные осушители, когда наружный воздух холоднее, но это, конечно, может вызвать проблемы с капелью.

Есть несколько шагов, которые вы можете предпринять, чтобы помочь избежать проблем с конденсацией:

✓ Убедитесь, что ваши датчики температуры и влажности точны, и находится над растениями. Проверяйте свои датчики температуры регулярно использую точным термометр. Используйте различные датчики влажности в одном месте, чтобы иметь возможность сравнивать результаты и учитывать погрешности. Относительная влажность может быть проверена с помощью психрометра.
✓ Используйте тепловые экраны ночью, чтобы предотвратить радиационные потери тепла с поверхности растений.
✓ Избегайте резких температурных перепадов на рассвете, программируя постепенное повышение температуры до рассвета и осушения воздуха в этот период. (Внезапной перепады температуры могут вызвать проблемы конденсации, а также, в частности, на поверхности холодных материалов остекления, так как способность воздуха удерживать воду уменьшается. Тем не менее, в этом случае, с помощью тепловой инерции следует предотвратить образование конденсата на поверхности растений, по крайней мере временно.)
✓ Поместите источники тепла вблизи растений, чтобы сохранить поверхности растений как можно ближе или чуть теплее, чем температура воздуха.
✓ Используйте горизонтальные вентиляторы воздуха или воздушные трубопроводы, чтобы поддерживать ровные температуры.
✓ Используйте сочетание вентиляции и отопления для уменьшения чрезмерной влажности.
✓ Начните осушение примерно при 85% относительной влажности. Относительная влажность выше этого уровня повышает риск потери растений из-за проблем конденсации и препятствует поглощению питательных веществ из-за отсутствия транспирации.

Увлажнение

Как правило, легче уменьшить уровень влажности, чем увеличить его. Для повышение уровня влажности без создания избыточной свободной воды требуется какое-то испарительное устройство, такие как все возможные распылители, устройства создания туманна, разбрызгиватели под крышей, все то, что способно добавить водяной пар в воздух, или экраны, которые помогают держать воду, которая в настоящее время испаряется из растения.
Испарительные устройства выполняют 3 вещи: во-первых, они охлаждают воздух, поднимая влажность и снимая стресс растений. Во-вторых, они добавляют водяной пар в воздух, дополнительно увеличивая относительную влажность. И в-третьих, они уменьшают дефицит давления пара — сила, которая испаряет воду из листьев. Экраны над растениями могут также снизить температуру листа и помочь задержать большое количество воды, которую испаряют растения. Охлаждение испарением и экранирование часто используются совместно. В солнечную погоду вентиляция необходима, так как теплица под солнцем очень быстро превратиться в паровую баню, чем и оправдает свое название — парник — и без введения свежего сухого воздуха ваши растения просто сварятся.
Любой, кто стоял в пустой теплице в жаркий летний день, знает, что растения сами по себе, могут сделать отличную работу по охлаждению и увлажнению теплицы. Испарительное охлаждение работает с растениями, помогая облегчить проблемы дыхания и стресс вызванный ими. Преимущества поддержания влажности включают в себя: лучшее качество растений, более быстрый рост и уменьшение заболевания корневой системы и проблемы насекомых.

Использование экранов

Непроницаемые для влаги экраны поддерживают более высокую влажность и может снизить уровень транспирации в ночное время примерно на 20% при низких общей влажности и примерно на 60%, когда влажность в системе высока. Они обычно используются в зимние месяцы, когда растения молоды, и уровень влажности очень низкий.
Проницаемые экраны блокируют перенос тепла, но позволяет влаге сбежать. Растения под солнцезащитным экраном (притеняющие ткани), как правило, имеют более низкие потребности транспирации за счет меньшего радиационного нагрева. Тем не менее, уровень влажности существенно не влияет, поскольку есть соответствующее снижение интенсивности транспирации. Важно помнить, что культуры различаются по своей способности извлечь выгоду из солнцезащитных экранов.

Закрытие вентиляционных отверстий во время полного солнца, для увеличения влажности

Было высказано предположение, что ограничение вентиляции воздуха при полном солнце может фактически уменьшить стресс растений путем повышения уровня влажности. При этом, сначала темпы транспирации снижаются, быстрое повышение температуры воздуха приводит к нагреванию листьев, что увеличивает дефицит давления паров и скорость транспирации поднимается снова. В этом случае, единственной альтернативой является повышение интенсивности вентиляции и обеспечивают дополнительное охлаждение с помощью установок для создания туманов (фогеры) или разбрызгивателей и т.д.

Туманы, мелкодисперсное разбрызгивание, вытяжки и вентиляторные системы.

Доступно множество систем испарительного охлаждения и увлажнения. Они добавляют водяной пар в воздух, что уменьшает потребность растений в воде для транспирации. Эти системы должны быть такими, чтобы создавать дефицит давления паров не более 7г/м3 (11 мбар).
Кровельные разбрызгиватели добавляют водяной пар и охлаждают поступающий воздух. С течением времени так можно уменьшить температуру на 3-5°С и увеличить влажность на 5-10%. Водяные стенки (водяные матрасы) и вентиляторные системы состоят из пористых влажных колодок на входном конце вентилятора в теплице. Вытяжные вентиляторы тянут воздух через влажные колодки, вода испаряется, охлаждая и увлажняя воздух. При использовании этих систем, температура, как правило, ниже возле самого вентилятора и горячее на выхлопе. Туман и туман системы производят крошечные капельки воды, которые испаряются, тем самым охлаждая и увлажняя парниковый воздух.

Что следует помнить об увлажнении

✓ Растения являются основными увлажнителями/охладителями парникового воздуха. Обеспечить надлежащий уровень орошения для нужд испарения в жаркие дни.
✓ Теплицы с закрытыми полами, как правило, более сухие, так как не происходит испарения из почвы.
✓ Уровнем температуры и влажностью легче управлять в более высоких теплицах.
✓ Не смачивать полы или листву во второй половине дня или в начале вечера, чтобы обеспечить достаточное время для высыхания.
✓ Охлаждение испарением зависит от общего количества воды, которое может быть выпарено. Поэтому испарительные системы охлаждения должны быть настроены в соответствии с потребностями воды на выходе.
✓ Испарительные охлаждающие устройства требуют хороших темпов вентиляции. Процесс испарения — охлаждает. Свежий воздух должен постоянно вводиться, а теплый, увлажненный воздух вытягиваться.
✓ Для измерения дефицита давления пара, нужны точные датчики для измерения температуры листа и воздуха, а также точные датчики влажности. Желательно дублирование измерительных и управляющих систем.

Основы испарения

Есть огромное множество терминов и единиц измерения, используемых в обсуждении влажности. Вот некоторые из них, с которыми вы можете столкнуться:
Относительная влажность Максимальное количество воды, которое может присутствовать в воздухе в виде пара и зависит от температуры воздуха (при постоянном давлении). При повышении температуры воздуха, его способность удерживать воду, также увеличивается. Таким образом, теплый воздух может содержать гораздо больше воды, чем холодный воздух. Относительная влажность — мера, в процентах, пара в воздухе по сравнению с максимальным количеством пара, который воздух может содержать при данной температуре.
Точка росы При любой заданной температуре и давлении, есть максимальное количество воды, которое может находиться в воздухе. Это точка насыщения. В любое время, когда воздух почти насыщен водяными парами, и если температура снизиться незначительно выпадает роса — то есть жидкая вода начинает конденсироваться на поверхности. Это называется точкой росы. Чем выше содержание влаги в воздухе, тем выше температура точки росы.
Абсолютная влажность Абсолютная влажность представляет собой отношение веса водяного пара, содержащегося в заданной массы сухого воздуха. Она используется при вычислении относительной влажности.
Температура по сухому термометру Когда вы измеряете температуру воздуха с помощью обычного термометра, это называется температура сухого термометра. Она не зависит от количества влаги, содержащейся в воздухе.
Understanding_Humidity_Control_in_Greenhouses_6Температура по влажному термометру Показания мокрого термометра получают путем измерения степени охлаждающего эффекта, с помощью градусника, завернутого в мокрую ткань. Всякий раз, когда относительная влажность ниже 100% определенное количество испарительного охлаждения будет происходить на смоченной поверхности и термометр покажет более низкую температуру, чем сухой термометр. При 100% относительной влажности, влажные и сухие показания температуры равны, потому что дальнейшее испарение воды невозможно. Чем ниже относительная влажность, тем больше падение температуры на смоченном термометре. Так, зная как влажные и сухие температуры, можно определить относительную влажность в воздушной смеси паров. (Смотрите рисунок)
Энтальпия — теплосодержание Хотя не столь важно для определения влажности, энтальпия описывает количество тепла, содержащегося в смеси паров воздуха. Он используется в системах расчетов отопления и охлаждения. Так как требуется больше энергии, чтобы поднять или опустить температуру влажного воздуха, чем сухого воздуха. Кроме того, когда влажный воздух конденсируется на поверхности, он отдает значительное количество тепла за счет скрытой теплоты испарения. Аналогичным образом, когда вода испаряется с поверхности, имеет место охлаждающий эффект. Охлаждающие устройства парниковых испарений работают на этом принципе.
Психрометр Психрометр — это прибор для измерения влажности состоящий из комбинации влажного и сухого термометров и шкалы, пересчитывающей разницу температур во влажность .
Давление насыщенных паров Все газы в воздухе оказывают давление. Сочетание газов, в том числе, паров воды производят давление на уровне моря 1013 миллибар. Давление водяных паров составляет около 2 Мб в чрезвычайно сухих и холодных условиях до примерно 42 Мб при 30°С и 100% относительной влажности.
Дефицит давления паров Мера атмосферного спроса на воду. В любое время когда влажность ниже 100%, жидкая вода будет испаряться. Чем ниже относительная влажность, тем больше потребность или скорость испарения. Дефицит Давление паров измеряет разницу между количеством водяного пара в насыщенном воздухе при данной температуре, и фактическим количеством воды, которая удерживается в не насыщенном образце воздуха. ДДП выражается в единицах давления (мбар, килограмм паскалями или фунтов на квадратный дюйм) или в единицах массы концентрации (в граммах воды на кубический метр сухого воздуха или граммах воды на килограмм сухого воздуха). Дефицит массы иногда называют дефицитом влажности.Смесь паров воздуха/воды, выходящей из устьиц листьев всегда существует. Следовательно, ДДП парникового воздуха по сравнению с поверхностью листа и дает воде испариться. Чем больше ДДП, тем больше испарение. ДДП для выращивания сельскохозяйственных культур может быть рассчитан точно только когда температура поверхности листьев известны.

Understanding_Humidity_Control_in_Greenhouses_7
Understanding_Humidity_Control_in_Greenhouses_8