TIPOLOGIE DI SERRE CON VENTILAZIONE NATURALE

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1 TIPOLOGIE DI SERRE CON VENTILAZIONE NATURALE E. Baeza, J.C. Lopez, J.I. Montero PROGETTO EUPHOROS WORKSHOP SICILIA (RAGUSA) 6 OTTOBRE 2011

2 INTRODUZIONE La crisi energetica ha causato lo spostamento della produzione dei prodotti orticoli nell area mediterranea Le serre in vetro del Nord Europa sono sofisticate e garantiscono condizioni ottimali per la crescita delle piante per tutto l anno. Le serre mediterranee utilizzano film plastici, hanno un investimento medio e il controllo climatico è limitato alla ventilazione naturale e all ombreggiamento (imbiancamento con calce)

3 PRINCIPALI TIPOLOGIE DI SERRE NEL BACINO MEDITERRANEO Tipologie di serre locali Strutture a basso costo con scarso controllo climatico e ventilazione naturale e costruite con materiali locali (legno, film di polietilene). La serra tipo parral è probabilmente la serra maggiormente diffusa per questo tipo di strutture. Importanti problemi associati alla forma come mancanza di luminosità, bassa trasmittanza ma il problema maggiore è la mancanza di ventilazione naturale causata principalmente da tre ragioni: Area di ventilazione ridotta: risultato di cattiva combinazione fra aperture laterali e sul tetto; aperture piccole per resistere al vento forte e automatizzazione scarsa. Tipologia delle aperture inefficiente (Pérez Parra et al., 2004). Uso di reti anti-insetto a maglia stretta. Possono ridurre fortemente I ricambi di aria orari

4 PRINCIPALI TIPOLOGIE DI SERRE NEL BACINO MEDITERRANEO Le simulazioni al computer mostrano che in inverno l incremento della pendenza delle falde da 11 a 45 aumenterebbe del 10% la trasmissione delle luce (Castilla, 2005). In pratica si raggiunge un compromesso fra costo e incremento della luminosità con le nuove serre usando pendenze intorno a 25-30º. incidente Riflessa incidente Riflessa Trasmessa Trasmessa Stagione invernale Sud della Spagna

5 PRINCIPALI TIPOLOGIE DI SERRE NEL BACINO MEDITERRANEO SERRE INDUSTRIALI COPERTE IN PLASTICA I multi-tunnel sono più ermetici delle serre tipo parral e più facili da attrezzare con sistemi di riscaldamento/raffreddamento e computer climatici. In generale queste tipologie di serre hanno sistemi di ventilazione più efficienti. Uno dei problemi è la condensa nella parte alta del tetto e conseguente gocciolamento sulle piante. Una soluzione parziale può essere quella di aumentare la pendenza del tetto e di utilizzare archi a forma gotica invece che ad arco. Un altro problema è l uso delle reti anti-insetto che rende le serre poco ventilate.

6 PRINCIPALI TIPOLOGIE DI SERRE NEL BACINO MEDITERRANEO SERRE IN VETRO Se costruite nel clima mediterraneo deve essere posta molta attenzione nel miglioramento della ventilazione; è particolarmente importante l istallazione di ventilatori laterali e sulle falde per migliorare il tasso di ventilazione, sia in condizioni ventose (Kacira et al., 2004), sia in condizioni con basse o assente ventilazione (Baeza et al., 2009)

7 VENTILAZIONE NATURALE La ventilazione naturale per serre in zone calde come Almeria è una condizione essenziale: E la forma più economica e efficiente che ha l agricoltore per il controllo del clima. Il suo studio è complesso perchè dipende dalle condizioni del clima esterno dalla geometria della serra. Attraverso uno studio durato molti anni abbiamo approfondito questo argomento.

8 TREND NELLA VENTILAZIONE NATURALE C0 2 ET RH/VPD Ta Tc Di notte la ventilazione è importante perchè diminuisce l umidità e evita l inversione termica

9 MARCIUME APICALE FRUTTI CON SPACCATURE

10 BOTRYTIS, BATTERI E ALTRE MALATTIE ASSOCIATE ALL ECCESSO DI UMIDITA.

11 VENTILARE E ANCHE IMPORTANTE PER Per evacuare I residui del riscaldamento Per evacuare I residui deli trattamenti E PER IL COMFORT DEGLI OPERATORI

12 UNO DEI MAGGIORI PROBLEMI DELLE SERRE ARTIGIANALI NEL MEDITERRANEO INSUFFICIENTE VENTILAZIONE NATURALE INSUFFICIENTE VENTILAZIONE A CAUSATA DA APERTURE LIMITATE USO DI RETI ANTI-INSETTO CON BASSA POROSITA INEFFICIENTE POSIZIONAMENTO DEI VENTILATORI

13 Massimizzare l area di apertura

14 FORZA MOTRICE DELLA VENTILAZIONE VENTILAZIONE DOVUTA ALLA TEMPERATURA S T H C 2 d 2 g T DOMINANTE SE V<2-3 m s -1 VENTILAZIONE DOVUTA AL VENTO S C 2 d C w v DOMINANTE SE V>3 m s -1

15 Scala velocità del vento (m/s) Caratteristiche del flusso dell aria nella ventilazione guidata dal vento Montero et al. a. ventilazione sopravento b. ventilazione sottovento a. Windward ventilation b. Leeward ventilation Scala della temperatura ( K)

16 3.6 m 1.2 m Ventilazione attraverso le pareti laterali 0.9 m m Kacira et al. (2004) 4.0 m 24.0 m Effetto del numero di campate sul tasso di ventilazione. (a) Finestrature laterali e sul tetto totalmente aperte (b) Solo aperture sul tetto Scala velocità del vento (m/s) Velocity Vectors Colored By Velocity Magnitude (m/s) Dec 28, 2006 FLUENT 6.2 (2d, segregated, ske)

17 Suggerimenti per migliorare la ventilazione naturale. deflettore Sase (2006)

18 Velocità Velocidad del vento interior interno aire (m/s) Tasso di ventilazione in serra (m 3 m -3 min -1 ) Tasso di ventilazione nella zona della vegetazione (m 3 m -3 min -1 ) Direzione Direccióndel del vento viento Puntos de medida Este EST File perpendicolari Filas Perpendiculares alle pareti laterali a paredes con aperture laterales (H=1.5) (1.5 mh) Oeste OVEST File Filas parallele Paralelas alle a paredes pareti laterali laterales con (1.5 aperture mh) (H=1.5) y = x (r = 0.83) y = x (r = 0.85) Velocità Velocidad del vento viento esterno exterior (m/s) (m/s) Velocidad viento exterior (m/s) Velocità del vento esterno (m/s) (Sase, 1989)

19 Caudal tasso di de ventilazione ventilación (m 3 /s) EFFETTO DELL AUMENTO DI INCLINAZIONE DELLE APERTURE Tasso di ventilazione (m 3 s -1 ) Velocità del vento (m s -1 ) Gas tracciante (4,4 m) CFD (4,4 m) CFD (4,9 m) CFD (5,4 m) CFD 5,9 (m) Q = 5,62v R 2 = 0,96 Q = 5,28v R 2 = 0,97 Q = 4,46v R 2 = 0,96 Q = 2,95v R 2 = 0, Velocidad Velocità del del viento vento (m/s) Experimental (gas trazador). (Pérez- Parra et al., 2004) CFD: 4.4 m CFD: 5.4 m CFD: 4.9 m CFD: 5,9 m

20 5.11e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e-03 Velocity Vectors Colored By Velocity Magnitude (m/s) 6.72e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e-03 Pendenza del tetto standard 11,9º 19º Velocity Vectors Colored By Velocity Magnitude (m/s) May 06, 2004 FLUENT 6.1 (2d, segregated, ske) May 06, 2004 FLUENT 6.1 (2d, segregated, ske) Velocity Vectors Colored By Velocity Magnitude (m/s) 6.91e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e-04 25º 30º Velocity Vectors Colored By Velocity Magnitude (m/s) Alla medesima velocità del vento, maggiore inclinatura permette anche migliore ventilazione della canopy May 06, 2004 FLUENT 6.1 (2d, segregated, ske) May 06, 2004 FLUENT 6.1 (2d, segregated, ske)

21 Gradiente termico INT.-EXT. (ºC) e e e e e e e e+02 11,9º e+02 19º 3.11e e e e e e e e+02 Contours of Static Temperature (k) 3.07e e e e e e+02 Contours of Static Temperature (k) Dec 02, e+02 FLUENT 6.1 (2d, segregated, ske) 25º 3.07e+02 30º Contours of custom-function-0 Dec 07, e+02 Nella serra con falde più inclinate c è maggiore ventilazione e 3.05e+02 quindi meno differenza termica 3.04e+02 Dec 02, 2004 FLUENT 6.1 (2d, segregated, ske)

22 Tasso Tasa di de ventilazione ventilación (m 3 s -1 ) L aumento delle aperture di ventilazione sul tetto ha un effetto sul tasso di ventilazione chiaro Velocidad Velocità del vento viento (m/s) Gas trazador Modelo 2: 0,7 m Modelo 1: 0,4 m Modelo 3: 1 m Modelo 4: 1,4 m Modelo 5: 1,6 m Modelo 6: 1,9 m A 4 m s -1, solo aperture con larghezze maggiori di 1 m danno accettabili valori di tassi di ventilazione accettabili (>30 vol. h -1 )

23 Effetto della dimensione dell apertura sul tetto sulla relazione tasso di ventilazione-velocità del vento V=5 m/s; Alerón 0,73 m; Q = 14,22 m 3 /s ; Vel.( x=16 m) =0,234 m/s

24 Effetto della dimensione dell apertura sul tetto sulla relazione tasso di ventilazione-velocità del vento Aperture di 1.20 metri V=5 m/s; Alerón 1,6 m; Q = 62,36 m 3 /s ; Vel.( x=16 m) =0,99 m/s

25 Nuovi tipi di serre con ventilazione migliorata

26 Temperatura (ºC) Risultati Temperaturas (ºC) 22/07/2009 0:00:00 4:48:00 9:36:00 14:24:00 19:12:00 0:00:00 4:48:00 Hora del día Ora del giorno Temperatura esterna Temperatura exterior [ºC] Temperatura interior interna nave serra 22 tradizionale con blanqueo(ºc) imbiancata c Temperatura nuevo interna prototipo serra prototipo sin blanqueo non imbiancata [ºC]

27 INTRODUZIONE Let s have a look to an example to illustrate

28 INTRODUZIONE Doppia apertura Alta ventilazione anche con poco vento grazie all effeto termico (Baeza, 2009) Se la velocità del vento è v>2 m s -1 Sappiamo da altri lavori (Sase, 1983) La maggior parte dei computer climatici aprono e chiudono le finestrature contemporaneamente, questa è la gestione ottimale? Per rispondere a questa domanda occorre misurare la temperatura e i flussi di aria nei diversi casi

29 C è un maggiore interesse per I sistemi di ventilazione naturale a causa dell aumento di costo dell energia e di manutenzione per Ia ventilazione forzata. La ventilazione naturale è più economica di quella meccanica e soprattutto ambientalmante maggiormente sostenibile Tuttavia la ventilazione naturale e il suo controllo è assai più complesso. Inoltre, la sola ventilazione naturale può non essere sufficiente per ottenere condizioni climatiche ottimali. Così, I sistemi FOG ad alta pressione (HPF) insieme alla ventilazione naturale sono stati studiati per supportare la coltivazione e ottimizzare il controllo dellla temperatura e dell umidità in serra (Arbel et al., 2006; Li et al., 2006; Li and Willits, 2008; Abdel-Ghany and Kozai, 2006; Abdel-Ghany et al., 2006). Tuttavia, questi sistemi hanno dei limiti di applicazione. Una delle ragioni è la mancanza di un controllo preciso del flusso d aria e il tasso di erogazione dello spray che produce il fogging. Per esempio la pressione dello spray è costante limitandone il controllo del flusso. In questo senso abbiamo bisogno di ulteriori ricerche per poter ottimizzare questi sistemi.

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