گلخانه ها می توانند محیط های جالبی برای پرورش گیاهان باشند. این به این دلیل است که مواد گلخانه ای استاندارد مثل شیشه و پلاستیک بسیار خوب نور و گرما را جذب میکنند. در صورت عدم کنترل، معمولا گلخانه ها در طول روز بیش از حد گرم می شوند. و چون آنها هیچ عایقی را فراهم نمی کنند، باعث می شود که گرما در شب از دست برود. به عنوان مثال دما در یک گلخانه تمام شیشه ای در یک روز از 43 درجه سانتیگراد تا 1-  درجه سانتیگراد نوسان داشته است. گیاهان، مثل انسان، این را دوست ندارند.

چالش اصلی در پرورش گلخانه ای، تثبیت این تغییرات دما است. به طور معمول، مردم این کار را با سیستم گرمایشی یا سیستم های خنک کننده در گلخانه انجام می دهند. اما راه دقیق و پایدارتر برای ایجاد یک محیط گلخانه كم نوسان، بهره برداری از انرژی خورشیدی اضافی در طول روز، ذخیره آن و استفاده از آن در شب یا اضافه کردن یک بخاری کارآمد که از سوخت ارزان و تجدید پذیر استفاده میکند است.

همچنین اگر یک گلخانه جدید طراحی میکنید، آن را به طوری بسازید که در وهله اول نیاز زیادی به گرمایش و خنک کردن نداشته باشد. این به این معنی استفاده از یک سازه عایق هوا، استفاده از مواد سقف سازی مناسب، و رو به جنوب قرار دادن موقعیت گلخانه است. به حداقل رساندن انرژی مورد نیاز شما، همیشه اولین گام است. سپس استراتژیهای زیر را بکار بگیرید.

1) ذخیره انرژی خورشیدی در توده حرارتی

ساده ترین و رایج ترین راه برای به حداقل رساندن دمای گلخانه شما این است که از توده حرارتی استفاده کنید، که همچنین باتلاق گرما نامیده میشود. توده حرارتی ماده ای است که انرژی حرارتی را ذخیره می کند. اکثر مواد این کار را تا حدی انجام میدهند، اما بعضی از آنها خیلی بهتر از دیگران هستند. به عنوان مثال، آب حدود 2 برابر بیشتر از بتن و حدود 4 برابر بیشتر از خاک گرما را نگه می دارد.
گنجاندن توده دو فایده دارد. انرژی اضافی را در طول روز جذب می کند و یک اثر خنک کننده ایجاد می کند. هنگامی که درجه حرارت در شب کاهش می یابد، شروع به آزاد کردن آن انرژی می کند و در نتیجه گلخانه را گرم می کند. توجه: اگرچه من می گویم "خنک سازی و گرمایش"، توده حرارتی در واقع انرژی را فراهم نمی کند، بلکه آن را ذخیره آن و بعدا آزاد میکند، مانند باتری. اندازه باتری (یا مقدار انرژی که می توانید ذخیره کنید) بستگی به ظرفیت حرارتی و مقدار مواد دارد. در زیر چندین منبع مختلف توده حرارتی و ظرفیت های گرمایی آنان را مقایسه می کنیم.


نمودار توده حرارتی و گرما

ماده

ظرفیت گرمایی ویژه (J/cm3*K)

هوا

0.001

آب 25  درجه سانتیگراد

4.18

بتن

2.11

خاک نمدار

1.28

خاک خشک

0.88



شیوه اجرا

عادی ترین روش استفاده از توده حرارتی، بشکه های آب است، زیرا آب دارای ظرفیت گرمایی بالایی است. تولید کننده با قرار دادن چندین بشکه آب 250 لیتری یا کوچکتر در یک گلخانه می تواند مقدار زیادی توده حرارتی را در گلخانه خود جای دهد. بشکه ها باید در جایی قرار بگیرند که در نور مستقیم خورشید باشند. از آنجا که گیاهان در اطراف بشکه های آب گرم تر هستند، گیاهان حساس تر - مانند سینی های نشا یا گیاهان گرماپسند - را رو یا نزدیک بشکه ها قرار دهید. پرورش با سیستم همزیگرى - ماهی و گیاهان به طور همزیستی – دارای مزیت استفاده از حوضچه های ماهی به عنوان توده حرارتی است. نوع دیگر شامل ساخت بتن یا سنگ در گلخانه است - مانند استفاده از یک دیوار بتونی شمالی یا سنگ فرش. حتی خاکی که در پشته ها قرار دارد، توده حرارتی را اضافه می کند.

 



توده حرارتی با این که دارای ساده ترین روش نصب است، نمی تواند به سرعت واکنش نشان دهد. خیلی طول می کشد تا گرما را در کل گلخانه گسترش دهد و این امر اثربخشی آن را محدود میکند. اما با توجه به هزینه پایین، افزودن توده حرارتی به یک گلخانه، یک روش پرهوادار برای درازتر کردن فصل رشد است.

2) گنجاندن یک مبدل حرارتی
برای یک مرحله فراتر رفتن از توده حرارتی استاندارد، می توانید یک مبدل حرارتی را برای گردش هوا درون منبع توده حرارتی بگنجانید. این ایده با نام های بسیاری بکار می رود و اغلب به نام باتری آب و هوایی یا سیستم گرمایش و خنک سازی زیرزمینی ( (SHCSشناخته شده است و همچنین سیستم انتقال حرارت از زمین به هوا (GAHT) نامیده می شود.


ماده	ظرفیت گرمایی ویژه (J/cm3*K) هوا	0.001 آب 25  درجه سانتیگراد	4.18 بتن	2.11 خاک نمدار	1.28 خاک خشک	0.88 
لوله ها در یک مبدل حرارتی زیرزمینی

پیكر بندى های زیادی وجود دارند، اما مکانیزم انتقال و ذخیره سازی انرژی همیشه یکسان است. وقتی گلخانه در طول روز گرم می شود، یک فن، هوای گرم و مرطوب داخل گلخانه را بدرون شبکه ای از لوله های دفن شده در 120 سانتیمتر زیر زمین پمپ میکند (اکثر سیستم ها شامل دو لایه لوله در 120 سانتیمتر و 60 سانتیمتر زیر سطح هستند) کاهش دما بخار آب را متراکم میکند، و در این فرآیند (تغییر حالت) انرژی آزاد می شود. این انرژی در خاک ذخیره می شود و خاک را گرما می کند. بنابراین، این فرایند یک توده بزرگ از خاک گرم در زیر گلخانه را در طول سال ایجاد می کند. در شب، زمانی که دمای گلخانه کم می شود، فن دوباره روشن می شود و گرمای خاک را بر می کشد. این یک سیستم نسبتا ساده و (طی مرور زمان ) امتحان شده است؛ مبدلهای حرارتی زمین به هوا در دهه های گذشته در خانه ها مورد استفاده قرار گرفته اند.


 ماده	ظرفیت گرمایی ویژه (J/cm3*K) هوا	0.001 آب 25  درجه سانتیگراد	4.18 بتن	2.11 خاک نمدار	1.28 خاک خشک	0.88
مدل سه بعدی مبدل حرارتی زیرزمینی

مبدل حرارتی زمین به هوا به دو دلیل بسیار خوب عمل می کند: اول، مقدار توده در دسترس (اندازه باتری همانطور که قبلا ذکر شد) زیاد است. به عنوان مثال، 230 متر مکعب خاک زیر مساحت 3.5*5 متر یک گلخانه، با فرض عمق 120 سانتیمتر وجود دارد. اگر شما دو ردیف 208 لیتری بشکه آب (16 بشکه) را کنار دیوار شمالی گلخانه بگذارید، آنها مجموعا 35.5 متر مکعب توده حرارتی دارید. این بدین معنی است که با استفاده از ظرفیت های حرارتی حجمی در جدول بالا، مبدل حرارتی زیرزمینی حدود دو برابر بشکه آب، ظرفیت حرارتی دارد. بعلاوه، به دلیل اینکه مبدل حرارتی زمین به هوا، به عمق زمین متصل است، بنابراین به لحاظ نظری ظرفیت بی نهایت دارد.
ثانیا، هوا چون به طور فعال از درون «باطری» پمپ می شود، نرخ تبادل حرارت را افزایش می دهد. هوای گرمتر یا خنک تر در اطراف گلخانه به طور مساوی توزیع می شود و از انباشتگاه های سرد جلوگیری می کند. علاوه بر این، استفاده از فن اجازه می دهد تا شما از توده در زمانی که می خواهید استفاده کنید: ترموستات در دماهای خاص فن را روشن و خاموش می کند. یعنی  فن شروع خواهد کرد به پمپاژ هوای گرم به درون خاک وقتی گلخانه به یک دمای خاص (فرضا 25 درجه) می رسد، و زمانی که دما به زیر 10  درجه  می رسد آن را مکش میکند. بنابراین، یک مبدل حرارتی زیرزمینی به شما کنترل بر توده حرارتی را می دهد.


انواع
مواد باتری می توانند متفاوت باشند. بعضی از مردم به جای خاک، منطقه زیر گلخانه را با ریگ یا سنگ پر می کنند. اگر شما از پیش گلخانه دارید یا نمی توانید در مکان خود کنده کاری کنید، می توانید یک باتری جایگزین را بر روی زمین ایجاد کنید. شما می توانید یک توده عایق از جنس خاک یا مواد دیگر، مانند یک جعبه پر از سنگ های رودخانه ای در جلوی گلخانه ایجاد کنید. این سیستم به همان شیوه عمل می کند، فقط محل توده حرارتی متفاوت است.

https://youtu.be/VJRrjxOcA9I