Utilizarea rațională a energiei unei sere legumicole este fundamentală, deoarece energia reprezintă o proporție substanțială din costurile totale de producție. Pentru condițiile din Europa, cu sere încălzite, consumul anual de energie pentru condiționare este ridicat (1 900 MJ m-2 în Scandinavia). În zonele mediteraneene, se folosește mai puțină energie (500-1 600 MJ m-2), dar încălzirea este adoptată din ce în ce mai mult pentru a obține o producție timpurie și un randament cantitativ-calitativ constant, ducând la o utilizare mai mare a energiei. Iată ce recomandă FAO pentru a putea economisi energia utilizată în serele legumicole.

Creșterea eficienței energetice

Controlul îmbunătățit al mediului (de exemplu, mai mult aport de CO2, iluminare suplimentară), scheme de producție intensificate și utilizarea sistemelor de răcire cresc toate consumul de energie. Consumul mediu de energie reprezintă 10-30 la sută din costurile totale de producție, în funcție de regiune. Creșterea producției pe unitate de energie (eficiența energetică), poate fi realizată prin reducerea consumului de energie și / sau îmbunătățirea producției. Provocarea majoră în exploatarea cu efect de seră este de a găsi modalități de a contribui la îmbunătățirea eficienței energetice combinată cu o reducere absolută a consumului total de energie. Emisia de CO2 depinde de utilizarea totală și de tipul de combustibil fosil. De exemplu, când se folosește cărbune, emisiile de CO2 sunt de 80–100 kg / MJ; pentru motorină, 75 kg / MJ; pentru propan, 65 kg / MJ; în timp ce pentru gazele naturale este de aproximativ 58 kg / MJ.

În general, regiunile europene au obiective similare, în ceea ce privește optimizarea eficienței producției:

• toamnă / iarnă - maximizează cantitatea de radiații și minimizează pierderile de energie;

• primăvară / vară - reduceți temperaturile ridicate.

Pentru utilizarea rațională a energiei (sau a combustibililor fosili) și reducerea consumului de energie cu efect de seră, sunt necesare investiții mai mari pentru a realiza:

• utilizarea eficientă a energiei (adică cantitatea de produs pe intrare de energie);

• reducerea necesarului de energie; și

• înlocuirea combustibililor fosili cu surse mai durabile.

Controlul climatic eficient din punct de vedere energetic

Utilizarea rațională a energiei depinde în mare măsură de controlul eficient al energiei cu efect de seră, care necesită cunoașterea proceselor fiziologice (fotosinteza și transpirația, creșterea și dezvoltarea culturilor) în raport cu diferiții factori de mediu (temperatură, lumină, umiditate și dioxid de carbon). Cu toate acestea, pentru a obține beneficiile maxime ale unui control de mediu eficient din punct de vedere energetic, este esențial ca sera în sine și echipamentul de control (sistem de încălzire și ventilație, alimentare cu CO2, iluminat) să fie proiectate corespunzător și verificate frecvent (cel puțin la început și o dată în timpul sezonului de creștere). De exemplu, proiectarea optimizată a sistemelor de încălzire a țevilor poate preveni distribuția inegală a temperaturii și pierderea ulterioară a energiei și a producției de culturi.

Controlul temperaturii

O modalitate de a reduce substanțial consumul de energie este de a reduce temperaturile de încălzire: o reducere de 1 C oferă o economie de energie de aproximativ 10%. Cu toate acestea, scăderea temperaturii încetinește creșterea și dezvoltarea majorității culturilor și poate reduce semnificativ calitatea. Astfel, o temperatură mai scăzută de încălzire va economisi energie, dar în general nu este fezabilă din punct de vedere economic, deoarece are ca rezultat producția de culturi redusă, care nu este de obicei compensată de costurile mai mici de energie.

O aplicație mai economică a temperaturilor reduse de încălzire este controlul temperaturii dependent de vânt. Pierderile de căldură cresc liniar pe măsură ce viteza vântului crește, prin urmare, energia poate fi economisită prin reducerea valorilor de referință de încălzire atunci când este vânt și compensând acest lucru folosind temperaturi crescute la viteze reduse ale vântului. Această metodă are ca rezultat economii de energie de 5-10%.

Integrarea temperaturii

O altă opțiune pentru controlul eficient al energiei al temperaturii este așa-numita metodă de integrare a temperaturii (TI). Această metodă se bazează pe faptul că efectul temperaturii asupra creșterii și producției culturilor depinde de temperatura medie pe 24 de ore, mai degrabă decât de temperaturile distincte zi / noapte (de Koning, 1988). Cu toate acestea, există limite la această abordare, iar plantele trebuie cultivate la temperaturi sub și supra-optime (de exemplu, roșii:> 15 ° C și 14 ° C.

Controlul umidității

Pe tot parcursul anului, o fracțiune majoră a transferului de energie din seră în mediu se realizează prin ventilație naturală. Sub radiații relativ scăzute și temperaturi ambiante moderate, ventilația naturală sau forțată este în general utilizată pentru a preveni umiditatea ridicată. În consecință, o fracțiune substanțială (5-20%) din consumul total de energie este legată de controlul umidității. Deși umiditatea ridicată este, în general, asociată cu un risc crescut de boli fungice și o calitate redusă (de exemplu, Botrytis, putregaiul înflorit), poate fi, de asemenea, pozitivă pentru producția și calitatea culturilor (Montero, 2016).

Reducerea nivelului de umiditate a aerului este costisitoare ca urmare a energiei necesare și ar trebui evaluată în raport cu valoarea adăugată a culturii. O creștere a valorii de referință a umidității cu 5% reduce consumul de energie cu aproximativ 6%. Pentru a reduce consumul de energie legat de controlul umidității, există mai multe opțiuni:

• valori de referință mai ridicate ale umidității

• reducerea nivelului de transpirație a culturii

• dezumidificare activă cu recuperare de căldură Ecrane termice

Controlul ecranelor termice eficiente din punct de vedere energetic implică realizarea unui echilibru între producție și efecte de calitate legate de umiditate și lumină și economisire de energie.

Controlul ecranului eficient din punct de vedere energetic (umiditatea), poate fi realizat prin deschiderea ecranului înainte de ventilatoare pentru a menține un anumit punct de referință pentru umiditate. Prin închiderea ecranului pe timp de noapte, se poate obține o economie suplimentară de energie (4%) fără pierderi de producție dacă deschiderea ecranului este întârziată până când nivelurile de radiații sunt în afara 50-150 Wm-2; schimbul de căldură al serii este astfel redus pentru o perioadă mai lungă în primele ore ale dimineții (Figura 3).

Reducerea transpirației

Reducerea transpirației poate avea efecte pozitive asupra eficienței energetice, deoarece culturile cu transpirație mai mică aduc mai puțină apă în aer și, prin urmare, necesită mai puțină energie pentru controlul umidității în condiții de iradiere redusă. Niveluri mai ridicate de CO2, prin scăderea conductanței stomatale și astfel a transpirației, pot îmbunătăți, de asemenea, eficiența energetică cu 5-10%, fără a afecta fotosinteza sau creșterea.

Reducerea controlată a suprafeței frunzelor pentru culturile cu un indice ridicat de suprafață frunzară, cum ar fi ardeiul, poate reduce consumul de energie fără niciun impact asupra producției. Reducerea la jumătate a suprafeței frunzelor prin îndepărtarea frunzelor vechi din roșii a condus la o reducere de 30% a transpirației, fără niciun efect negativ asupra randamentelor culturilor (Adams și colab., 2012).

Controlul de mediu bazat pe culturi

Controlul operațional nu ar trebui să vizeze factori individuali de mediu (temperatură, umiditate, CO2), ci producția de culturi eficientă din punct de vedere energetic și controlul calității, luând în considerare impactul acțiunilor de control atât asupra producției de culturi, cât și asupra consumului de energie. În timp ce această abordare (bazată pe model) a fost în curs de cercetare de la începutul anilor 1980, aplicația sa practică în controlul online al serelor rămâne limitată, deoarece necesită utilizatorul final să adopte o abordare complet nouă și să abandoneze practicile actuale.

Utilizarea rațională a energiei în practică

În timp ce introducerea noilor tehnologii inovatoare de control al mediului va crește eficiența energetică, se pot realiza progrese majore prin îmbunătățirea proiectării hardware a sistemelor de încălzire și ventilație și creșterea preciziei și frecvenței comenzilor rețelei de senzori. Astfel, recomandările practice majore pentru utilizarea rațională a energiei depind în mare măsură de controlul operațional al producătorului asupra hardware-ului disponibil în ceea ce privește sistemele de încălzire, ventilație și răcire, ecrane etc. sere naturale ventilate se produc prin:

• convecție și radiații din acoperișul serelor; și

• transferul de căldură sensibil și latent prin ventilație.

Izolația îmbunătățită și ventilația redusă sunt, prin urmare, primii pași către crearea de sere cu economie de energie. Baza reducerii energiei este o bună întreținere a feroneriei de seră (uși, capac, pereți laterali, fundație). Trebuie luate măsuri pentru a preveni scurgerile de aer inutile din seră: menținerea ușilor de seră închise, etanșarea scurgerilor de aer, repararea materialului de acoperire și a pereților laterali rupți și închiderea uniformă a ventilatoarelor naturale.

Creșterea valorii izolației serelor are un impact major asupra consumului de energie, deoarece cea mai mare pierdere de energie are loc prin capac. Prin urmare, pot fi aplicate diferite tehnologii, inclusiv creșterea valorii izolației folosind materiale cu strat dublu sau triplu și aplicarea de acoperiri pentru a reduce pierderile de radiații. O combinație a acestor tehnici poate duce la o reducere semnificativă a consumului de energie pentru întregul sistem de seră (Tabelul 2).

Cu toate acestea, un dezavantaj major al majorității capacelor izolatoare este reducerea transmisiei luminii și umiditatea crescută. În practică, economia de energie potențială a materialelor de acoperire duble și triple este rar realizată, deoarece cultivatorul va încerca să compenseze nivelurile mai ridicate de umiditate prin creșterea dezumidificării mediului cu efect de seră.

Pentru serele conservatoare de energie (film), sunt preferate materialele care combină o transmisie ridicată a luminii cu o transmisie IR redusă (Hemming, 2015). Filmele PE și EVA au, în general, rate de transmisie IR ridicate, ceea ce le face mai puțin adecvate atunci când proiectează sere eficiente din punct de vedere energetic.