АГРОБИО ТЕХНИКА - растениевъдство, животновъдство, биоенергетикагодина VII, брой 1, 2019

Енергийна ефективност на оранжерии

Оранжерийното производство е сред дяловете на селското стопанство, които изискват най-големи инвестиции. Минимизирането на разходите и оптимизирането на работните процеси са сред приоритетите на всички производители в сектора. На пазара вече съществуват изключително иновативни технологични решения, които са част от задължителните условия една оранжерия да бъде конкурентноспособна. Чрез тях енергийната ефективност на производството може да бъде осезаемо увеличена, а загубите - сведени до минимум.


Секторът на хранително-вкусовата промишленост бележи ръст през последните години у нас. Оранжерийното производство винаги се е считало за важна част от този процес, но поради икономическата ситуация в края на миналия век, огромна част от оранжериите в България са амортизирани и използват остарели методи за отопление, напояване и вентилация. И поради това секторът отчаяно се нуждае от модернизация и изграждане на нови оранжерийни съоръжения. Необходимо е имплементирането на съвременни технологии и използването на актуални технически съоръжения и системи, които позволяват да бъдат осигурени перфектни условия за отглеждане на различни видове култури.

В същото време въпросите свързани със себестойността на продукцията са от особена важност, което е пряко свързано с енергийните разходи. Енергийната ефективност на оранжерийното производство може да бъде постигната с помощта на високотехнологично оборудване, съобразено със спецификите на съответната оранжерия. Но само това не е достатъчно. Необходимо е в същото време и управление на всички извършвани процеси, което да доведе до осезаемо намаляване на енергийните загуби. Едновременно с това трябва да бъдат решени и всички останали предизвикатества, които неизменно съпътстват българското оранжерийно производство през последните десетилетия.

Основни разходи и проблеми при оранжериите
Основните проблеми, пред които са изправени оранжерийните производители в България, въобще не са малко. При голяма част от съществуващите оранжерийни комплекси са използвани остарели конструктивни решения. По тази причина съоръженията са лишени от ефективна вентилация, от система за контрол върху микроклимата, от рационално напояване и от необходимото осветление. Всички тези факти всъщност са предпоставки за възникването на един много по-сериозен проблем - в някои от старите оранжерии е невъзможно да бъдат приложени каквито и да е иновативни решения.

Един от основните разходи за производителите от сектора са тези за отопление. Немислимо е оранжерийните комплекси с амбиция за печалба да бъдат неотопляеми - това драстично ограничава периода, в който има реколта, а той е правопропорционален на приходите за съответния бизнес.

Производствените разходи също не са за подценяване. Те са в пряка взаимовръзка с културата, която бива отглеждана, както и с технологията, използвана за целта. В контекста на условията в България, най-големи суми се инвестират в използване на енергийни източници, които да поддържат необходимия микроклимат в оранжериите. Поради високите цени и неблагоприятните климатични условия в страната ни, ранното производство в отопляемите оранжерии е изтеглено през март и април, за да бъдат намалени до минимум разходите за отопление. През зимните месеци е нерентабилно да се поддържа оранжерийното производство, тъй като себестойността на единица продукция би била в пъти по-висока от тази на стоките, внесени от Турция, Испания или Гърция - страни, в които има много повече топли дни годишно.

Освен това, огромните разходи на източниците на енергия и остарелите технологии водят след себе си високи цени на крайната продукция. Оранжерийните комплекси в Турция и Гърция обаче функционират при по-благоприятни климатични условия, което води до минимизиране на разходите за горива и съответно до понижаване на цените на реколтата. Докато българските производители не могат да си позволят лукса да не отопляват своите оранжерии, техните конкуренти от съседните държави въобще не се сблъскват с този проблем.

Енергийна ефективност чрез управление на производствените процеси
Както стана ясно, значителна част от производствените разходи заемат енергийните разходи за отопление и вентилация. Ето защо бъдещето на оранжерийното производство неминуемо е свързано с използването на възобновяеми алтернативни енергийни източници. Върху размера на тези разходи оказват влияние конструкцията, местоположението и размерите на оранжерията.

Управлението на микроклимата също е от изключително значение за повишаване на енергийната ефективност. Най-често се контролират температурата и влажността на въздуха, но това далеч не са всички стойности, които биха могли да бъдат следени и променяни. За да бъдат управлявани тези процеси, се внедрява автоматизирана система, която да осъществява мониторинг и контрол на предварително зададените параметри.

Оптималният микроклимат в помещенията има пряка връзка с качеството на продукцията, затова по тази тема е немислимо да се допускат каквито и да е компромиси. Не бива да се подценява обаче и въпросът с размера на инвестициите, защото не всички производители имат възможност да приложат най-новите технологии в своите комплекси. Някои от съвременните системи за управление са способни напълно автоматично да поддържат различни технологични режими в рамките на денонощие, седмица или цял месец! Ала това, разбира се, има своята цена.

На пазара вече се предлагат висококачествени автоматизирани системи - и локални, и дистанционни - чрез които може да се контролира и дейността на вентилационната и поливната система. Оптимизирането на процесите в тях също играе ключова роля за повишаване на енергийната ефективност. Най-вероятно в много от помещенията протичат дейности, които не са необходими или не се извършват по най-ефективния начин. Чрез прецизни изчисления, проследяващи взаимовръзките между отделните функции, загубите биха могли да бъдат спестени.

Възможностите за минимизиране на енергийните разходи са много, но всяка от тях изисква внимателно предварително проучване и сериозна инвестиция. Единственият начин да се вземе адекватно и работещо решение е да се изследва и анализира всеки процес в рамките на производствената дейност. Когато се открият слабите места на прилаганата до момента стратегия, може да се осъществи необходимата промяна.

Освен чрез управление на процеси обаче, енергийната ефективност може да се повиши и чрез въвеждане на конкретни иновативни и високотехнологични решения.

Когенерационна инсталация - технология от бъдещето
Един от най-ефективните нови методи за производство на енергия е когенерацията - технология, при която се произвежда и топлина, и електричество. Поставянето на иновативната инсталация в даден оранжериен комплекс представлява крупна инвестиция, която обаче е възвръщаема. Когенерационната инсталация е свързана с изграждане на газопровод, поставяне на специални котли и монтиране на когенератор. Газифицирането води до висока енергийна ефективност, икономическа рентабилност и намаляване емисиите на парникови газове в атмосферата.

Впрочем силно въздействие върху енергийната ефективност оказва отоплителната система. Тя трябва да бъде съобразена с конструкцията и размерите на постройката, с нейното покритие и предназначение. Оранжериите могат да бъдат със стъклено, полиетиленово, полипропиленово или многопластово покритие. Според вида на покрива пък са единични и блокови. Видовете отопление обаче са много повече.

Отоплителната инсталация е основен консуматор на енергия, затова трябва да бъде съобразена с последните тенденции в тази сфера. Всички видове отопление притежават и предимства, и недостатъци, ето защо правилният избор е от съществено значение за ефективното функциониране на системата. При всички оранжерии е задължително изградената инсталация да бъде надеждна и висококачествена, така че да гарантира постоянно и безаварийно отопленние на обекта. Тя трябва да бъде съобразена още с климатичните условия в региона, спецификите при отглеждане на конкретните растения, цените на енергийните източници и възможностите за монтаж и възвръщане на инвестицията.

Отоплителни системи
Когато говорим за отопление на оранжерията, няма как да не споменем слънчевите лъчи. Тяхната топлина е безплатна - те не изискват специално оборудване или скъпоструващи инсталации. Със сигурност този начин е изключително енергийно ефективен! И все пак, на нашата географска ширина климатичните условия не позволяват оранжериите да се отопляват само чрез този метод. Зимата е твърде студена, пролетта и есента също предлагат малко на брой горещи дни, а дори слънцето през тези “преходни” сезони щедро да раздава топлината си, през нощта температурата и на въздуха, и на почвата намалява драстично - факт, който може да окаже пагубно въздействие върху посевите.

Друг естествен метод за отопление е т.нар. “биологично отопление”. При него топлината се генерира при разграждане на органичната материя, а за активиране на процесите в оранжерията се внасят естествени торове. Освен това, по този начин се отделя въглероден диоксид - ценен участник във фотосинтезата на засадените растения. И този естествен начин за отопление обаче не осигурява достатъчно високи температури през студените дни.

Слънчевите лъчи и наторяването с цел отопление се комбинират с алтернативни методи за отопление в оранжерийните комплекси. Най-популярният метод за отопление е чрез електричество. Единият вариант е да се изгради специална система, в която са включени конвекционни системи, нагревателни устройства, преносими електрически отоплителни уреди и други. Нейният основен недостатък е, че затоплянето е неравномерно и трудно се контролира. Другият вариант е да се инсталират електрически котли за парно отопление, както и система от тръби и отоплителни тела. Често срещано решение е и поставянето на подово отопление, чиято дейност се контролира от терморегулатор. Най-големият проблем при изброените отоплителни системи е цената на електроенергията. Разходите за поддържане на микроклимата чрез ток биха били огромни, ако оранжерийният комплекс не разполага със система за автономно захранване от възобновяеми източници.

Системите за почвено отопление използват гореща вода и спираловидни тръби, разположени по редовете на оранжерията, които отдават топлина. По този начин се затопля не само въздуха, а и корените на растението - предпоставка за увеличаване на добивите и намаляване на разходите за поддържане на необходимата температура почти наполовина.

Котли с различни видове горива
Има различни видове котли, според горивото, което използват, за да функционират. При системите на газ има опасност от прегряване на въздуха в оранжерията и изгаряне на кислорода. Ето защо заедно с котлите трябва да бъде инсталирана и достатъчно мощна вентилационна система. За разпределяне на топлината се използват промишлени вентилатори, които помагат на въздуха да циркулира през топлообменника. Възможно е също така системата да бъде конфигурирана с допълнителни газови горелки или въздуховодни ръкави, които да играят ключова роля при подаването на въздуха във важните места за отопление.

Ако за топлопренасянето се разчита на възможностите на водата, а не на въздуха, в цялото помещение трябва да се монтират тръби. Когато течността минава през тях, отдава топлина на въздуха, след което отново се връща в котела, за да бъде загрята. Основен недостатък на тази система е нейната сложност. Размерите на първоначалната инвестиция също така не са за пренебрегване.

Друга опция са котлите на твърдо гориво, които гарантират независимост от доставки на газ, дизел или електроенергия. За да функционират, са им нужни дървесни отпадъци, пелети или въглища. Недостатък на този вид отопление е сложният процес по набавяне и използване на горивните материали. Използването на различни видове котли изисква и съответната квалификация на обслужващия персона. Тяхната неправилна експлоатация, независимо от това с какво гориво работят, може да доведе до енергийно неефективно или нестабилно горене, както и до отделянето наличие на вредни газове, прахови частици, катран и сажди.

Термопомпи
Термопомпите са сред съвременните енергоспестяващи технологии с най-добри резултати. Все още малко на брой оранжерии използват този метод за отопление, но е доказано, че чрез него разходите за ток намаляват с до 80%. На какво се дължи тази завидна пестеливост?

Фактически термопомпите не произвеждат топлина, а пренасят разсеяната в околната среда топлина. Освен това, термопомпите работят с възобновяеми енергийни източници - те използват постоянната температура на водата, земята или въздуха. По същността си тези инсталации са автономни и може да се използват както за отопление, така и за охлаждане.

Инвестицията за предварително анализиране на всички фактори е солидна, но веднъж изградена, термопомпената инсталация гарантира осезаемо намаляване на разходите за енергия.

Термосоларна енергия
Освен за естествено затопляне на оранжерийните помещения, слънчевата светлина може да се използва и за генериране на термосоларна енергия. Вече съществуват достатъчно надеждни и качествени термосоларни системи за отопление и охлаждане, които съществено биха намалили разходите за енергия. Технологията за оползотворяване на слънчевата енергия във вид на топлина би могла да бъде използвана при затопляне на вода за поливане на посевите през зимата и при климатизация на въздуха.

Колекторите са важна част от всяка термосоларна система - те определят нейните специфики и ефективност. Колекторите биват плоски, без или със стъклено покритие и вакуумнотръбни, като последните се считат за най-модерни и енергоефективни, тъй като вакуумът, създаден между абсорбиращата част от стъклената тръба намалява загубата на топлина дори през студените месеци.

Вече съществуват и хибридни варианти на термосоларни системи с фотоволтаични и термопомпени системи. В този случай излишната топлина, събрана от колекторите, би могла да бъде предадена на източника, от който термопомпата черпи топлина, и да бъде използвана по-късно.

Понастоящем термосоларните системи се смятат за едно от най-рентабилните решения, що се отнася до методите за поддържане на микроклимата в оранжериите. У нас вече съществуват доста фирми предлагащи надеждни решения в тази област, за които списание АгроБио Техника предстой да се разкаже в следващите си броеве.

Инфрачервена светлина
Стигнахме и до най-ефективния вариант за отопление - чрез инфрачервени лъчи. Специални нагреватели, използващи този вид светлина, се монтират из цялото помещение. Тяхната суперсила се изразява в това, че нагряват всички твърди повърхности - и почвата, и растенията - за разлика от всички останали отоплителни системи, които затоплят въздуха. Този алтернативен метод значително увеличава енергийната ефективност на оранжериите, като същевременно намалява вредните емисии, отделяни по време на производствения процес.

Нещо повече - системата за отопление с инфрачервени лъчи позволява да се обособят различни температурни зони. Това би направило напълно възможно отглеждането на растения от няколко вида в едно и също помещение! Оборудването е леко, монтажът е лесен, а управлението на процесите в тази система може да бъде напълно автоматизирано.

Каквото и да е отоплението в една оранжерия обаче, нивата на енергийна ефективност зависят и от нейната конструкция. Тенденциите в областта включват модерни и високотехнологични решения, съобразени със спецификите на този вид обекти.

Иновативни панели
За да се постигне енергийна ефективност при оранжериите, е необходимо да се инвестира не само в използваните системи, а в съставните части на оранжерийните комплекси. Една от възможностите за намаляване на енергийните разходи е монтирането на многослойни покрития върху носещата конструкция. Потенциалните негативни последствия обаче също трябва да се вземат предвид - ако проектът не е достатъчно добър, може светлопропускливостта да бъде драстично намалена, а освен това да възникне и необходимост от взимане на специални мерки за разтопяване на снега.

Както вече споменахме, сред основните причини за високите производствени разходи са остарелите конструктивни решения. Модерните прозрачни панели разполагат с огромен набор характеристики и играят ролята на надеждна граница между средата в оранжерията и случващото се в околния свят. Благодарение на тях дъждът, сланата и вятърът не могат да достигнат до своите потенциални жертви, за да нанесат щети за хиляди левове.

Прозрачните панели пропускат достатъчно количество слънчева светлина, която да бъде използвана и за осветление, и за отопление, като едновременно с това растенията са предпазени от изгаряния. По този начин става възможно интегрирането на пасивни системи за отопление, охлаждане и акумулиране на слънчевата енергия в покритието на сградата.

Ефективността на панелите зависи от това дали са поставени съобразно архитектурата и местоположението на постройката. За да се постигнат по-добри резултати, може да се вградят и специални вентилационни отвори, така че да се контролира въздухопотока през цялото денонощие.

Иновация в областта са така наречените “фотоволтаични оранжерии”, които донякъде наподобяват стандартните фотоволтаични централи. Разликата е, че при оранжериите и конструкцията, и земната повърхност под нея се използват максимално ефективно - произвежда се не само електроенергия, но и селскостопанска продукция.

Покривът е направен от прозрачни фотоволтаични панели, а стените биха могли да бъдат от стъкло или полиетилен. Цената на едно такова съоръжение е висока, ала ползите от него са неоспорими.

Различни видове екрани
Екраните са подвижни елементи от конструкцията на оранжерията, които са проектирани да осигуряват допълнителна защита срещу вредните външни влияния като силно слънце, вятър, градушка и буря. Те биха могли да бъдат премествани, така че да се постигнат максимални нива на енергийна ефективност. Вече съществуват най-различни видове екрани, които се различават по своите функции и място на монтиране.

Термоекраните например се използват за намаляване на топлинните загуби. Те се поставят в близост до външните стени на оранжерията и се контролират от автоматична система, която ги опъва през нощта и събира през деня. Термоекраните са изградени от платно, което не абсорбира водните пари. Благодарение на този факт се избягва задържането на излишна влага в оранжерията. Слънцерефлекторните екрани също изграждат външна висяща оттегляща се система, която позволява изместването на сянката на нужното място, осигурявайки защита от слънчево изгаряне.

Екраните за вътрешен монтаж се използват за контролиране на температурата и влажността в оранжерията, което води до възможност за оптимизиране на отоплението и ефективно енергоспестяване. Енергоспестяващите екрани са проектирани така, че да задържат топлината през нощта, образувайки т.нар. “топлинен капан”. По този начин се запазва необходимата на растенията температура през цялото денонощие. Съществуват и слънцезащитни екрани, които регулират нивата на засенчване и разсейват прекомерно силните слънчевите лъчи, възползвайки се максимално от тяхната топлина.

Рефлекторните екрани се използват, когато температурата в оранжерията е твърде висока и е необходимо да се осъществи проветряване. Те са изградени от рефлекторни алуминиеви нишки, през които горещият въздух преминава безпроблемно. Екранът се поставя през нощта и влагата напуска оранжерията, без да причинява посевен конденз.

Използването на някоя от изброените иновации би намалило осезаемо производствените разходи, като по този начин енергийната ефективност на оранжерията би достигнала изключително високи нива.