Seis tendencias de HVAC de invernadero para observar en 2023

Esta foto de acristalamiento muestra el techo del invernadero que bloquea el calor de lyris, como se describe a continuación en la sección "Acristalamiento espectral". Foto: Nadia Sabeh/Granjas del Mar Rojo

Según el clima, el cultivo y el mercado, es posible que los sistemas convencionales de gestión del clima de los invernaderos, como las calderas, los paneles de enfriamiento por evaporación y los extractores de aire, no brinden el nivel de control necesario para cultivar un producto constante durante todo el año.

La siguiente es una lista de seis tendencias principales que estamos viendo en la industria de los invernaderos en relación con la calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) y la gestión ambiental, especialmente a raíz de los mayores costos de energía y el aumento de las regulaciones.

Hay muchas opciones nuevas y geniales de acristalamiento en el mercado que podrían tener un gran impacto en las necesidades de calefacción y refrigeración del invernadero. Hay nuevos acristalamientos que bloquean el espectro que bloquean las longitudes de onda del infrarrojo cercano (NIR), lo que reduce efectivamente la cantidad de calor solar que ingresa al invernadero y reduce las necesidades de enfriamiento. También hay nuevos acristalamientos modificadores del espectro que cambian las longitudes de onda azul y ultravioleta de alta energía a longitudes de onda amarillas y rojas de menor energía que son más fotosintéticamente activas. Y luego están los acristalamientos que producen electricidad que tienen tiras delgadas de paneles solares incrustados en la cubierta de vidrio, mientras convierten la luz verde en luz roja. Todas estas nuevas opciones de acristalamiento tienen el potencial de reducir el uso de energía y los costos asociados con el enfriamiento y la calefacción del invernadero.

En climas húmedos donde la ventilación y el enfriamiento por evaporación no funcionan tan bien, el enfriamiento mecánico (también conocido como aire acondicionado) y la deshumidificación se están convirtiendo en una solución más viable y potencialmente única para administrar el ambiente del invernadero y vender productos consistentes durante todo el año. Idealmente, estos sistemas se operarían en un invernadero sellado, donde solo se acondiciona el aire interior, no el aire exterior antes de que entre. Sin embargo, es muy difícil protegerse del sol, especialmente porque el acceso a la luz solar es precisamente la razón muchos cultivadores eligen un invernadero en lugar de una instalación interior. Este calor de la radiación solar es inmenso. Combine eso con el efecto invernadero creado por el acristalamiento y de repente se hace evidente que necesitará mucho aire acondicionado. Al comparar un invernadero de 10 000 pies cuadrados y un almacén de 10 000 pies cuadrados con iluminación de sodio de alta presión espaciada en un patrón de cuadrícula de 5×5, la instalación interior requiere alrededor de 115 toneladas de enfriamiento y el invernadero requiere 170 toneladas. Eso es casi un 50% más de aire acondicionado requerido para el invernadero. El aire acondicionado no solo consume mucha energía (por ejemplo, altos costos de operación), sino que el equipo en sí es costoso, generalmente más de $3,000 por tonelada.

A medida que estados como California contemplan la electrificación y la descarbonización para limitar o reducir el calentamiento global y la variabilidad climática, los sistemas de calefacción de gases de efecto invernadero, como las calderas y las unidades de calefacción, pueden convertirse en cosa del pasado. Es probable que las bombas de calor eléctricas se conviertan en su reemplazo. Las bombas de calor funcionan básicamente absorbiendo el calor de un lugar y luego bombeándolo a otro. Esta acción básicamente los hace reversibles: en un día frío pueden succionar el calor del entorno exterior y bombearlo al invernadero, y en un día caluroso pueden succionar el calor del invernadero y bombearlo al exterior. Las bombas de calor pueden utilizar el calor del aire exterior, del suelo, de una fuente de agua o incluso de un respiradero geotérmico o de una piscina, lo que las hace increíblemente versátiles. En general, las bombas de calor de fuente de aire son más eficaces en climas templados y las bombas de calor de fuente terrestre son más eficaces cuando existe una necesidad equilibrada de calefacción y refrigeración diaria o anual.

Con más frecuencia, vemos invernaderos construidos para recircular o empujar el aire exterior (presión positiva), en lugar de aspirar el aire con grandes extractores (presión negativa). Los invernaderos que solo recirculan el aire son invernaderos "sellados", mientras que los que pueden usar una combinación de recirculación y aire exterior se llaman invernaderos "híbridos". La tendencia hacia este estilo de invernadero está asociada con un manejo más preciso de la temperatura y la humedad, una mejor contención del dióxido de carbono y los olores (para el cannabis), un mejor control de las plagas y la calidad del aire y una mejor uniformidad del aire. Estos invernaderos generalmente se construyen con una antecámara, donde el aire se preacondiciona mediante calentadores, enfriamiento por evaporación, aire acondicionado u otros sistemas y luego se empuja hacia el interior del invernadero a través de tubos de aire o ventiladores. La desventaja de estos sistemas es la necesidad de monitoreo y controles más sofisticados y costosos, así como un balanceo de aire inicial y continuo para asegurar el suministro y la mezcla adecuados del aire acondicionado y para evitar la presurización excesiva de la estructura del invernadero.

Mover el aire dentro y alrededor de las plantas puede ayudar a controlar la temperatura de las hojas y la humedad del dosel. Los ventiladores de techo pueden ser un método efectivo para dirigir el aire hacia abajo, hacia la cabeza, lo que facilita la evapotranspiración y ayuda a prevenir que se quemen las puntas de las hojas. La distribución de aire debajo del dosel mediante tubos inflables, conductos de tela o conductos de metal se está volviendo más popular para los cultivos de dosel alto, como los tomates y el cannabis. Este movimiento de aire debajo del dosel ayuda a romper las bolsas de humedad y reduce la estratificación de la temperatura. El aire calentado o enfriado se empuja a través de los tubos y conductos mediante ventiladores, generalmente ubicados en un extremo del invernadero. Si las plantas están elevadas sobre un banco o una mesa, es importante que la parte superior tenga una celosía abierta para permitir que el aire fluya a través de ella.

A partir del 1 de enero de 2023, los nuevos invernaderos construidos en California deben cumplir con un conjunto de medidas obligatorias destinadas a reducir el consumo de energía, independientemente del cultivo que se cultive. Si el invernadero se calienta y se enfría, la cubierta deberá tener al menos dos capas de vidrio, separadas por aire, argón u otro gas aislante. El polietileno inflado doble, el policarbonato y el acrílico de pared doble y el vidrio de panel doble o triple cumplirán con los requisitos del código. Los sistemas de calefacción y refrigeración mecánica también deberán cumplir con los requisitos mínimos de eficiencia establecidos en el Código Mecánico de CA en función de su tipo y tamaño. En caso de que se lo esté preguntando, y estoy seguro de que lo está, también hay requisitos para la iluminación. Toda la nueva iluminación hortícola debe tener un PPF mínimo de 1,9 umol/julio y agregarse al panel eléctrico para una posible y futura submedición. Si desea obtener más información sobre lo que incluye y lo que no incluye el nuevo código, consulte mi blog de febrero de 2023 publicado en nuestro sitio web..

Aunque los sistemas convencionales de gestión climática de invernaderos siguen siendo estrategias muy populares y rentables para gestionar la temperatura y la humedad, ya no son la única opción. Para los productores que quieren (o necesitan) producir una cosecha constante durante todo el año, la gestión del entorno del invernadero se está volviendo más orientada al control de precisión. También se está convirtiendo en una necesidad para los productores que quieren alimentar al mundo oa sus comunidades locales en climas desafiantes. El desarrollo y la implementación de nuevos sistemas que brindan una mayor protección desde el exterior, reducen la huella de carbono de la industria y crean el clima que anhelan las plantas es alentador para la longevidad de la industria de los invernaderos.

La Dra. Nadia Sabeh es presidenta y fundadora de Dr. Greenhouse, Inc., una empresa de ingeniería mecánica que se especializa en el diseño de sistemas HVAC agrícolas para entornos de plantas de interior, incluidos cultivos de interior, granjas verticales e invernaderos. El Dr. Sabeh ha diseñado sistemas HVAC especializados de alto rendimiento para instalaciones centradas en plantas en América del Norte, Europa, Medio Oriente y Asia. Como director de Dr. Greenhouse, el Dr. Sabeh dirige las charrettes de diseño de etapas iniciales de la empresa, la programación, el diseño de sistemas mecánicos y la integración y el control de calidad de los documentos de construcción. Durante más de 20 años, el Dr. Sabeh ha ayudado a los agricultores a controlar sus entornos para cultive cultivos de interior como cannabis, fresas, verduras de hoja verde y cultivos de vid en lugares que, anteriormente, habrían sido imposibles o poco prácticos. Como ingeniero, investigador y educador reconocido a nivel nacional, el Dr. Sabeh es un orador principal y dirige paneles de expertos en eventos y conferencias de la industria. También asesora a juntas reguladoras y desarrolladores de estándares, incluida la presidencia de los comités copatrocinados de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Agrícolas y Biológicos (ASABE) y la Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE) encargados de desarrollar el estándar "HVAC para entornos de plantas de interior sin luz solar". Dr. Sabeh tiene una sólida presencia en línea, incluso en YouTube y el popular podcast "The Doctor Is In", donde entrevista a líderes académicos y de la industria para hablar sobre tecnología e innovación, investigación emergente y estrategias exitosas en el diseño, construcción y operación de centros económicamente competitivos. instalaciones.Dr. Sabeh recibió su Ph.D. en Ingeniería Agrícola del Centro de Agricultura de Ambiente Controlado (CEAC) de la Universidad de Arizona y es Ingeniero Mecánico con licencia en California y Ohio. Ver todas las historias del autor aquí.