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  DISPENSE TECNICHE
 
  CASI DI APPLICAZIONE
 
  LA CLIMATIZZAZIONE DI SERRE
 
 
       
 
  1. Riscaldamento
  2. Raffreddamento
  3. Ventilazione
 
 

Con le serre agricole l'obiettivo è quello di ottenere un elevato rendimento nella produzione e qualità dei prodotti da sviluppare, anche se le condizioni ambientali non sono favorevoli.

All'interno della serra bisogna far sì che i fattori che intervengono nello sviluppo dei vegetali siano quelli adeguati. La Climatizzazione regola la concentrazione di anidride carbonica CO2 e l'ossigeno, la temperatura, l'umidità, la luminosità, assieme ad altri fattori che agiscono, strettamente collegati tra di loro, e che devono essere presenti in modo equilibrato.

Le zone climatiche in Spagna sono molto varie e le condizioni favorevoli durante l'inverno possono essere problematiche in estate. Nella zona mediterranea, soprattutto verso il sud, è più difficile raffreddare la serra in estate che scaldarla in inverno. Bisognerà quindi ricorrere a tecniche diverse per raggiungere dei climi adeguati.

Temperatura
 
 
 
La temperatura agisce sulle funzioni vitali dei vegetali ed è generalmente critica al di sotto dei 0°C o al di sopra dei 70 ºC. Al di fuori da questi limiti muoiono o vanno in letargo. Le temperature ottimali sono quelle indicate nella Tabella 1.

ProdottoTemp. ottimaleRiscaldare al di sotto di
Lattuga14-18 °C10 °C
Spinaci15-18 °C-2 °C
Piselli16-20 °C3 °C
Bietole18-22 °C-4 °C
Sedano18-25 °C5 °C
Fagioli18-30 °C8 °C
Pomodori20-24 °C7 °C
Peperone20-25 °C8 °C
Cetriolo20-25 °C10 °C
Melanzana22-27 °C9 °C
Anguria23-28 °C10 °C
Melone25-30 °C9 °C
Zucchine25-35 °C8 °C
Tabella 1. Temperatura

 
Umidità
 
 
 

L'umidità dell'aria interna di una serra è fondamentale per la vita delle piante. Interviene nella crescita, nella traspirazione, nella fecondazione dei fiori e nello sviluppo delle malattie, quando è eccessiva. La Tabella 2 mostra i valori adeguati per ogni tipo di coltivazione.

ProdottoUmidità
Pomodoro e peperone50-60%
Melanzana50-60%
Melone e bietola60-70%
Fagioli60-75%
Lattuga60-80%
Anguria65-75%
Piselli65-75%
Zucchino e sedano65-80%
Fragole70-80%
Cetriolo70-90%
Tabella 2. Umidità

Se l'umidità è eccessiva rende più difficile l'evaporazione. Se è scarsa aumenta la traspirazione fino a ostacolare la fotosintesi. L'umidità, con la stessa quantità di acqua nell'ambiente, cambia con la temperatura, per cui bisogna controllare entrambi i parametri per ottenere le migliori condizioni. Un'umidità eccessiva viene corretta con la ventilazione, alzando la temperatura ed evitando terreni umidi. Al contrario, si può aumentare, se è scarsa, con irrigazione, polverizzazione d'acqua o superfici presenti d'acqua.

 
 
 
  1. Riscaldamento
 
 
 

Se le temperature nella serra sono al di sotto di quelle ottimali, bisognerà ricorrere al riscaldamento. Evitando i sistemi rudimentali, i generatori di aria calda con bruciatori ad olio pesante in genere sono i più razionali, mentre è proibitivo il riscaldamento elettrico.

Il riscaldamento deve compensare le perdite di calore per radiazione, ricambio d'aria, conduzione, convezione e a pavimento. Se si prescinde dal ricambio d'aria, che in genere in inverno è nullo, si può fare il calcolo approssimativo con la formula:

C = K . S . (ti-te)

  • C = chilocalorie/ore necessarie
  • K = Coeff. di trasmissione del tetto (da 2,5 a 7)
  • S = Superficie del tetto e delle pareti
  • ti-te = Aumento della temperatura all'interno rispetto all'esterno

Anche se si progetta un riscaldamento discreto per motivi economici e non si vogliono raggiungere le temperature ottimali della Tabella 1, la quantità del riscaldamento è sempre importante. Solo a titolo di esempio indicativo sottolineiamo che per una serra di 4.000 m², con un coefficiente di trasmissione medio e per un aumento di temperatura di 10 ºC, dall'applicazione della formula indicata risulta un apporto di calore, più un 10% per perdite varie, di 250.000 kcal/h equivalente a una potenza elettrica di 290 kw.

In casi di emergenza passeggera, si può evitare la catastrofe, senza apportare calore artificiale, con la produzione di fumo o vapore acqueo all'interno della serra.

 
 
 
 
  2. Raffreddamento
 
 
 

A seconda del materiale di cui è costruito il tetto della serra, la radiazione solare, che nella zona mediterranea arriva fino a 600 W/m², può determinare un surriscaldamento dell'aria interna molto elevato. Tale sovraccarico di calore deve essere eliminato facendo sì che la temperatura si avvicini a quelle ottimali indicate. Il grafico della Fig. 1 mostra la differenza di temperatura tra quella interna e quella esterna di una serra chiusa, senza aperture, durante le ore del giorno.


Fig. 1. Variazione delle temperature nel corso della giornata

Ricorrere a un raffreddamento meccanico a base di compressore, pompe di calore, ecc., è assurdo, a causa del costo elevatissimo. Bisogna utilizzare sistemi più economici come la ventilazione, i pannelli evaporativi, la vaporizzazione e aspersione d'acqua e l'ombreggiamento.

 
 
 
 
  3. Ventilazione
 
 
 

La ventilazione in una serra consiste nella sostituzione dell'aria calda interna della stessa con un'altra massa d'aria più fredda proveniente dall'esterno. In questo modo si può evacuare gran parte del sovraccarico di calore riducendo la temperatura e, al tempo stesso, modificare l'umidità e la concentrazione di gas.

Vi sono due sistemi di ventilazione che si possono adottare: Ventilazione Naturale e Ventilazione Meccanica. Il sistema di ventilazione deve essere scelto in base al tipo di coltivazione e alle caratteristiche dell'edificio. La descrizione che verrà effettuata di entrambi i sistemi obbedisce a delle costruzioni sperimentali effettuate, più che a calcoli teorici, ma indubbiamente si può indicare come obiettivo comune il fatto di stabilire dei ricambi orari tra 45 e 60. La temperatura interna in un giorno soleggiato sarà da 5,5 a 6,5 ºC al di sopra di quella esterna con 45 ricambi/ora e da 4,5 a 5,5 ºC con 60 ricambi/ora.

Le entrate d'aria vengono progettate affinché in inverno l'aria esterna si mescoli con quella interna del locale prima di incidere sulle piante.

 
3.1 Ventilazione naturale
 

La ventilazione naturale si basa sul fatto che l'aria calda interna della serra aumenta ed esce dalle aperture sul soffitto con entrate laterali dal basso Fig. 2. Si creano delle correnti d'aria che ventilano lo spazio coperto. Il montante della ventilazione ottenuta con questo sistema dipende dal gradiente di temperatura interna-esterna, dall'intensità e direzione del vento e dalla costruzione della serra.



Fig. 2. Ventilazione naturale

La ventilazione naturale esige grandi aperture, dal 15% al 25% della superficie coperta e richiede di decidere se optare per aperture centrali o laterali o una combinazione di entrambe, Fig. 3. Per ottenere una buona distribuzione dell'aria bisogna coprire tutta la lunghezza del capannone e, per i periodi freddi, oppure per poter regolare l'umidità, è necessario poter chiudere in modo progressivo, parziale o totale queste aperture. La manovra può essere manuale o automatica ma sarà sempre opportuno che sia meccanizzata, centralizzando il suo comando. Nei cambiamenti bruschi del clima bisogna poter reagire con rapidità e in qualsiasi momento, per cui se il sistema è automatico bisognerà dotarlo di sensori per la pioggia e per il vento per poter agire.


Fig. 3. Ventilazione naturale

Tuttavia, con questo tipo di ventilazione è difficile conoscere il tipo di rinnovo d'aria ottenuto, è impossibile regolare la velocità di incidenza dell'aria sulle piante, è troppo condizionato alle condizioni meteorologiche e nel caso di serre riscaldate è difficile conservare l'energia a causa della chiusura difettosa delle finestre o dei camini centrali particolarmente lunghi, soprattutto quando i capannoni invecchiano dopo un lungo periodo d'uso.

 
3.2 Ventilazione meccanica semplice
 

La ventilazione meccanica consiste nel rinnovare l'aria con l'installazione di ventilatori elettromeccanici collocati sul tetto oppure nella parte alta di un fianco del capannone, a seconda della larghezza dello stesso. Le entrate d'aria esterna vengono collocate nella parte bassa della parete opposta a quella dei ventilatori o su entrambe se lo scarico è centrale, Fig. 4.



Fig. 4. Ventilazione Meccanica Semplice (Capannoni Larghi)





Fig. 5. Ventilazione Meccanica Semplice (Capannoni Stretti)


Abbiamo definito "semplice" il fatto di convogliare l'aria dall'esterno, con la sua temperatura e umidità e scaricarla, dopo essere passata dall'interno, evacuando umidità, gas e carico di calore verso l'esterno. È logico che la temperatura minima interna che ci si può aspettare con questo sistema sia al massimo la stessa dell'aria esterna.

Il numero di ricambi aria ora N scelti, tra 40 e 60, indicheranno il flusso d'aria necessario

Q (m3/h) = volume del locale x N

E il numero di ventilatori sarà:

N = 
Q totale
 
q (flusso di un ventilatore)

I ventilatori verranno distribuiti lungo il capannone, sul tetto o su un fianco, separati da 7 a 10 m l'uno dall'altro. Nel caso di ventilatori laterali verranno collocate delle serrande a di gravità per evitare correnti contrarie quando i ventilatori sono fermi.

Le entrate d'aria verranno protette, verso l'esterno, con griglie per evitare l'entrata di uccelli o roditori. Verso l'interno si collocheranno dei deflettori nel caso in cui l'aria esterna incida direttamente sugli impianti più vicini.

La connessione elettrica dei ventilatori verrà effettuata tramite dei regolatori di velocità che consentiranno di ottenere dei regimi di ventilazione diversi a seconda delle esigenze.

 
3.3 Ventilazione meccanica umida
 

Questo sistema consiste nel saturare di umidità l'aria d'entrata facendola passare attraverso dei pannelli di grande superficie costruiti con materiale fibroso inzuppato d'acqua. Dei canali perforati lungo la parte alta dei pannelli forniscono continuamente acqua per mantenerli bagnati. Fig. 6.


Fig. 6. Ventilazione Meccanica Umida (Sistema a depressione)



Fig. 7. Ventilazione Meccanica Umida (Sistema a sovrappressione)


L'aria esterna spinta da un ventilatore contro i pannelli nel caso di un impianto a sovrappressione, oppure aspirata da un estrattore sulla parete opposta del capannone, nel caso della depressione, penetra nella serra satura di umidità e con una temperatura più bassa. All'interno del locale si mescola con l'aria dell'ambiente ed evapora abbassando la temperatura e modificando la sua umidità. L'aria all'uscita sarà quella risultante dalla miscela, trascinando anche i gas esistenti.

Con questo sistema si rinnova l'aria, la si raffredda e si varia la sua umidità. Il raffreddamento ottenuto sarà maggiore quanto più è asciutta l'aria esterna, e si possono raggiungere differenze di 5 ºC. L'efficienza dell'impianto viene definita come il rapporto tra la differenza delle temperature tra l'aria esterna e quella immessa all'interno e quella dell'aria esterna e quella dell'immissione nel caso in cui sia satura al 100%. Si possono raggiungere rendimenti del 90%.

La progettazione della disposizione dei ventilatori e dei pannelli deve risolvere i problemi della velocità dell'aria sulle piante e i gradienti di temperature all'interno della serra.

Alcuni aspetti a cui bisogna prestare attenzione sono :

  1. La velocità dell'aria attraverso i pannelli umidi deve essere tra 1 e 2 m/s.

  2. La perdita di carico di un pannello non deve superare i 15 Pa con un raffreddamento di 3 ºC. I pannelli, che occupano tutta la lunghezza di un fianco della serra, devono avere un'altezza tra 0,5 e 2,5 m.

  3. Il flusso d'acqua per bagnare il pannelli verticali deve oscillare tra i 4 e i 10 l/min per metro di lunghezza degli stessi.

  4. Se i locali sono molto ampi bisogna adottare la disposizione del ventilatore a soffitto con entrate d'aria e pannelli umidi su entrambi i fianchi.

 
3.4 Aspersione e nebulizzazione d'acqua
 

Consiste nel distribuire in tutto il locale dei vaporizzatori d'acqua che diffondano gocce in tutto l'ambiente. A seconda delle dimensioni delle gocce, al di sopra o al di sotto dei 200 µm., possono bagnare o formare nebbia. Queste gocce d'acqua evaporano, assorbendo gran parte dell'energia solare ricevuta, per cui raffreddano l'ambiente.

E' un sistema inferiore alla ventilazione umida, per cui si consiglia di associarlo a una semplice ventilazione.

Un inconveniente da sottolineare è che i dispositivi di nebulizzazione sono molto delicati perché si possono ostruire i piccoli fori degli aspersori con i sali dell'acqua.

 
3.5 Ombreggiamento
 

Più che un sistema di per se stesso, l'ombreggiamento è un buon complemento per qualsiasi sistema di raffreddamento adottato che consiste nel collocare dei parasole, schermi di protezione, per ridurre l'eccesso di radiazione solare sulla serra. Ciononostante è difficile da installare per questioni di dimensioni, solidità meccanica, resistenza agli elementi meteorologici e orientamento esatto nel caso in cui bisogna ricorrere allo stesso in modo parziale.

Si può anche ridurre la temperatura del tetto, che emette calore verso l'interno in modo piuttosto notevole, per aspersione d'acqua sulla stessa, anche se questa misura richiede un grande consumo d'acqua.

 
 
 
 
 
 
 
 
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