διαχειρηση συνθηκων θερμοκηπιου με την χρηση της πλατφορμας arduino

76 Pages·2017·3.36 MB·Greek

ΕΘΝΙΚΟΝ ΚΑΙ ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟΝ
ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΝ ΑΘΗΝΩΝ
ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ
ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ
ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΜΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ, ΤΩΝ
ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ, ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΥ
ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΤΩΝ ΠΛΗΡΟΦ/ΚΩΝ
ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ
ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΣ
ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΣ

Δ Ι Π Λ Ω Μ Α Τ Ι Κ Η Ε Ρ Γ Α Σ Ι Α
ΤΟΥ
ΜΑΡΤΑΤΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗ
ΑΡΙΘΜΟΣ ΜΗΤΡΩΟΥ: 2013517

ΔΙΑΧΕΙΡΗΣΗ ΣΥΝΘΗΚΩΝ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ ΜΕ ΤΗΝ
ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΠΛΑΤΦΟΡΜΑΣ ARDUINO

ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ Χ. ΤΣΙΛΗΣ ΕΠΙΚ. ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ

ΑΘΗΝΑ 2017
ΠΡΟΛΟΓΟΣ

Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του Διατμηματικού Προγράμματος
Σπουδών (ΔΠΜΣ) των τμημάτων Φυσικής και Τηλεπικοινωνιών του ΕΚΠΑ (Εθνικόν και
Καποδιστριακόν Πανεπιστήμιον Αθηνών) με τίτλο σπουδών ειδίκευσης Ηλεκτρονικού
Αυτοματισμού.

Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και κατασκευή του πλήρη αυτοματισμού
των διαδικασιών που ακολουθούνται σε ένα πρότυπο θερμοκήπιο.

Υπεύθυνος κατά την εκπόνηση της διπλωματικής εργασίας ήταν ο Καθηγητής Μ. Τσίλης, τον
οποίο και ευχαριστώ θερμά για την ανάθεση της εργασίας αυτής αλλά και για την άψογη
συνεργασία καθ’ όλη την διάρκεια των σπουδών μου στο μεταπτυχιακό αυτό πρόγραμμα.

Τέλος, επιθυμώ να αφιερώσω την παρούσα διπλωματική εργασία στους γονείς μου για την
απλόχερη βοήθεια τους.

Παναγιώτης Κ. Μαρτάτος
Δεκέμβριος 2017

2
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

1. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ PROJECT ___________________________________________________________ 5
2. ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΥ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ ____________________________________________ 6
2.1. ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟ; ___________________________________________________ 6
2.2. Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΗΣ ΓΕΩΡΓΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ________________________________ 7
2.3. ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ __________________________________ 9
2.4. ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ ΚΑΙ ΔΙΑΧΕΙΡΗΣΗΣ ΣΥΝΘΗΚΩΝ ΣΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ
ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ _________________________________________________________________ 10
2.4.1. ΑΕΡΙΣΜΟΣ ______________________________________________________________ 10
2.4.2. ΑΡΔΕΥΣΗ _______________________________________________________________ 13
2.4.3. ΥΓΡΑΝΣΗ – ΥΔΡΟΝΕΦΩΣΗ _______________________________________________ 15
2.4.4. ΘΕΜΟΚΡΑΣΙΑ ___________________________________________________________ 16
3. ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΣ ΜΕ ΤΟ ARDUINO ______________________________________________ 17
3.1. ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΕΣ ________________________________________________________ 17
3.1.1. Η ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΩΝ ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΩΝ ________________________________________ 17
3.1.2. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΗ __________________________________ 18
3.1.3. ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΚΑΙ ΓΛΩΣΣΕΣ ____________________________________ 19
3.2. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ARDUINO ________________________________________________ 19
3.2.1. ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΟ ARDUINO ___________________________________________________ 19
3.2.2. Ο ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ _____________________________________________ 20
3.2.3. ΤΑ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΟΥ ARDUINO_____________________________________ 20
3.3. ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΗ ARDUINO UNO ___________________________ 21
3.3.1. HARDWARE _____________________________________________________________ 21
3.3.2. Η ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ ΤΟΥ ARDUINO UNO ______________________________________ 21
3.3.3. Η ΜΝΗΜΗ ΤΟΥ ARDUINO UNO ___________________________________________ 22
3.3.4. ΑΚΡΟΔΕΚΤΕΣ (PINS) ΤΟΥ ARDUINO UNO __________________________________ 23
3.3.5. ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΚΩΔΙΚΑ ΣΤΟ ARDUINO UNO ___________________ 24
3.4. Ο ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΗΣ ATmega328 ___________________________________________ 26
3.4.1. Η CPU ΤΟΥ ATmega328 ___________________________________________________ 27
3.4.2. ΟΙ ΜΝΗΜΕΣ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΗ ATmega328 ______________________________ 28
3.4.3. ΟΙ ΑΚΡΟΔΕΚΤΕΣ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΗ ATmega328 _________________________ 29
3.4.4. ΣΕΙΡΙΑΚΗ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ ΤΟΥ ATmega328 __________________________________ 30
3.4.5. ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ ΣΕ ΨΗΦΙΑΚΟ _______________________ 32
4. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ LAB VIEW ________________________________________ 36
4.1. ΣΥΣΤΗΜΑ SCADA _______________________________________________________ 36
4.2. ΒΑΣΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΟΥ Lab VIEW _________________________________________ 37
4.3. ΤΑ ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΤΟΥ Lab VIEW _____________________________________________ 38
4.4. ΣΥΝΔΕΣΗ Lab VIEW ΜΕ ARDUINO ________________________________________ 41
5. ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΗΣ ΥΛΟΠΟΊΗΣΗ ΤΟΥ PROJECT ___________________ 43
5.1. ΕΙΣΟΔΟΙ ΚΑΙ ΕΞΟΔΟΙ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ______________________________________ 43
5.1.1. ΕΙΣΟΔΟΙ ________________________________________________________________ 43
5.1.2. ΕΞΟΔΟΙ _________________________________________________________________ 43
5.2. ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ______________________________________________ 44
5.3. ΤΕΧΝΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ________________________________________________________ 45
3
5.3.1. ΆΡΔΕΥΣΗ _______________________________________________________________ 45
5.3.2. ΥΔΡΟΝΕΦΩΣΗ ___________________________________________________________ 46
5.3.3. ΑΕΡΙΣΜΟΣ ______________________________________________________________ 47
6. ΚΩΔΙΚΑΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΠΛΑΤΦΟΡΜΑΣ ARDUINO ___________________________ 49
7. ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΟΥ FRONT PANEL LABVIEW ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ _______ 55
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ___________________________________________________________________ 61
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ _____________________________________________________________________ 63
ΔΙΑΔΙΚΤΥΟ _________________________________________________________________________ 63
ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ _______________________________________________________________________ 64
ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ _________________________________________________________ 74

4
1. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ PROJECT

Η εργασία αυτή έχει να κάνει με τον αυτόματο έλεγχο των συνθηκών ενός θερμοκηπίου με
συγκεκριμένα χαρακτηριστικά εξοπλισμού και κλιματικών χαρακτηριστικών. Στα πλαίσια του
project έχει αναπτυχθεί πρόγραμμα ελέγχου αυτοματοποίησης λειτουργικών διαδικασιών ενός
θερμοκηπίου, όπως ο αερισμός, η ύδρευση, η ύγρανση της ατμόσφαιρας και η θερμοκρασία του
περιβάλλοντα χώρου. Αυτό επιτυγχάνεται με χρήση συγκεκριμένων αισθητηρίων που λαμβάνουν
μετρήσεις όπως: θερμοκρασία περιβάλλοντος, υγρασία περιβάλλοντος, θερμοκρασία εδάφους,
υγρασία εδάφους και ποσοστό φωτεινότητας στο εσωτερικό του θερμοκηπίου. Τα παραπάνω σε
συνδυασμό με την κατάλληλο μικροελεγκτή αλλά και το πρόγραμμα με βάση τις εκάστοτε
ανάγκες, μας δημιουργούν την αυτοματοποίηση των διεργασιών ενός θερμοκηπίου που υπό
κανονικές συνθήκες θα γινόταν χειροκίνητα από τον ανθρώπινο παράγοντα.
Κομμάτι της υλοποίησης πέραν του αυτοματισμού των διεργασιών που απαρτίζουν το
θερμοκήπιο, είναι και η παρακολούθηση των μετρήσεων σε πραγματικό χρόνο (Real Time
Monitoring). Με την βοήθεια του συστήματος παρακολούθησης επιτυγχάνετε η άμεση αντίδραση
του χειριστή του θερμοκηπίου να παρακολουθεί σε συνεχή χρόνο τις διεργασίες που απαρτίζουν
το θερμοκήπιο, έτσι ώστε να είναι σε θέση κάθε φορά να παρεμβαίνει χειροκίνητα και να
παρακάμπτει την αυτόματη διεργασία που υλοποιείται από τον μικροελεγκτή, στα σημεία που
κρίνει κάθε φορά ως ιδανικά για τις εκάστοτε συνθήκες και το χρονικό ανάπτυξης των φυτών.
Στα πλαίσια του project έχει χρησιμοποιηθεί ο μικροελεγκτής ATmega328 ‘Arduino UNO
R3’, όπου έχει υλοποιηθεί ο προγραμματισμός - αυτοματισμός καθώς και η διασύνδεση των
αισθητηρίων. Όσον αφορά το σύστημα παρακολούθησης και εγγραφής γεγονότων και μετρήσεων
(Real Time Monitoring) έχει χρησιμοποιηθεί το πρόγραμμα LabVIEW 2013.

5
2. ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΥ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ[8]

2.1. ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟ;
Θερμοκήπιο είναι η κατασκευή που καλύπτεται με διαφανές υλικό έτσι που να μπορεί να
διαπερνά άπλετος φυσικός φωτισμός αναγκαίος για την εξέλιξη των φυτών. Το
χαρακτηριστικό των θερμοκηπίων είναι ότι διαφέρουν από άλλες κατασκευές όπως τα χαμηλά
σκέπαστρα, τα σπορεία, και τα θερμοσπορεία επειδή αυτά είναι πολύ πιο ψηλά, ευρύχωρα
ώστε να εργάζεται ο άνθρωπος με ευκολία.
Μέσα στο θερμοκήπιο δημιουργούνται οι κατάλληλες συνθήκες για την παραγωγή των
φυτών αλλά και την προστασία των αγροτών ακόμα και όταν οι καιρικές συνθήκες είναι
αντίξοες. Τα θερμοκήπια αποτελούνται συνήθως από το γυαλί ή το πλαστικό. Μέσα σε αυτά
υπάρχει μια συγκέντρωση της θερμότητας. Αυτό οφείλεται στην εισερχόμενη ακτινοβολία
από τον ήλιο που θερμαίνει τις εγκαταστάσεις και το χώμα. Η δημιουργία του θερμοκηπίου
έχει σαν αποτέλεσμα την προστασία των φυτών από διάφορες καιρικές συνθήκες (αέρα,
βροχή, χιόνι και χαλάζι), την δυνατότητα ρύθμισης του περιβάλλοντος (ακτινοβολία,
θερμοκρασία, υγρασία, διοξείδιο του άνθρακα) του με την τοποθέτηση του κατάλληλου
εξοπλισμού.

Τέλος επειδή ο χώρος είναι περιορισμένος υπάρχει η δυνατότητα ελέγχου των διαφόρων
ασθενειών των φυτών με αποτέλεσμα την γρήγορη και ομαλή ανάπτυξή τους.

Για να υπάρξει το κατάλληλο περιβάλλον μέσα στο θερμοκήπιο και οι απαραίτητες
συνθήκες για την ανάπτυξη των φυτών επενδύουμε κάποια κονδύλια που προσδιορίζονται:
 Από την σωστή κατασκευή
 Την Τοποθέτηση κατάλληλου εξοπλισμού και
 Την ικανότητα του καλλιεργητή να χρησιμοποιήσει και να διανέμει ορθά τα εφόδια
που έχει.

Σε αυτό το σημείο θα πρέπει να αναφέρουμε ότι πλέον στη σημερινή μας εποχή η
τεχνολογία έχει αναπτυχθεί σε βαθμό τέτοιο όπου η χρήση συστημάτων για την δημιουργία
6
ιδανικών συνθηκών σε ένα θερμοκήπιο κρίνεται αναγκαία όταν υπάρχει η ανάγκη για
αυστηρών προδιαγραφών προϊόντα.

Στα παρακάτω κεφάλαια θα γίνει ανάλυση της προσπάθειας για υλοποίηση των ιδανικών
συνθηκών ενός θερμοκηπίου με υπάρχουσες τεχνολογίες.

2.2. Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΗΣ ΓΕΩΡΓΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ
Η εμφάνιση των γεωργικών τεχνολογιών συμπίπτει με την προσπάθεια των πρώτων
ανθρώπων να φτιάξουν εργαλεία με σκοπό τον έλεγχο του περιβάλλοντος. Κάποιοι πολιτισμοί
εξημέρωσαν άγρια ζώα παρέχοντας με αυτό τον τρόπο μια αξιόπιστη προμήθεια τροφής, αλλά
και δέρματος για ρούχα. Άλλοι αρχικοί πολιτισμοί έμαθαν να συλλέγουν σπόρους και στη
συνέχεια να καλλιεργούν φυτά που παράγουν σπόρους. Τα πρώτα εργαλεία που
χρησιμοποιήθηκαν για αναζήτηση τροφής και ρουχισμού ήταν πολύ απλά όπως μια ράβδος
για φύτευση σπόρων και μυτερές πέτρες για κοπή ή ελάχιστα πιο εξειδικευμένα. Αργότερα τα
πέτρινα εργαλεία αντικαταστάθηκαν από ορειχάλκινα και μετά την πάροδο αρκετών αιώνων
στην κατασκευή των εργαλείων χρησιμοποιήθηκε ο σίδηρος. Η χρήση των ζώων στις
μεταφορές ανθρώπων και αγαθών οδήγησε στην ανάπτυξη εμπορικών σχέσεων μεταξύ των
πρώτων πολιτισμών. Σημαντική εξέλιξη στη γεωργική τεχνολογία αποτέλεσε η καλλιέργεια
της γης με εργαλεία που κινούνταν με τη βοήθεια αγροτικών ζώων, γιατί αύξησε σημαντικά
την καλλιεργούμενη εδαφική επιφάνεια (σε σχέση με εκείνη που καλλιεργούσε ο άνθρωπος
με τα χέρια του). Το σιδερένιο αλέτρι αποτέλεσε επίσης σημαντικό βήμα στην εξέλιξη της
γεωργίας, όταν αντικατέστησε το ξύλινο που πρώτο χρησιμοποιήθηκε στη Μεσοποταμία και
την Αίγυπτο το 3000 π.Χ . Η εφεύρεση του τροχού και η χρήση του στη μεταφορά ήταν ένας
άλλος σημαντικός σταθμός για την τεχνολογία που επέτρεψε τη μεταφορά των προϊόντων της
φυτικής παραγωγής και των εμπορευμάτων με κάρα και άμαξες. Σημαντικό σημείο στην
γεωργική τεχνολογία υπήρξε η εφεύρεση και αργότερα η εξέλιξη του θερμοκηπίου.

Οι κινέζοι ήταν εκείνοι που πριν από πολλές χιλιετηρίδες καλλιεργούσαν φυτά έξω από το
φυσικό τους περιβάλλον. Στην Περσία και Αίγυπτο καλλιεργούσαν σε μεγάλα δοχεία
λουλούδια που στόλιζαν τους Πρίγκιπες και τους Βασιλιάδες σε διάφορες γιορτές του χρόνου.
Αναφέρεται ότι στα χρόνια της Ελληνικής μυθολογίας οι γυναίκες θρηνούσαν τον Άδωνη και
στόλιζαν τα σπίτια τους με σπάνια άνθη και φυτά που καλλιεργούσαν σε κλειστούς χώρους.
Από τον Πλάτωνα συγγραφέα του 5ου αιώνα π.χ. μαθαίνουμε ότι γίνονταν διάφορες
7
εκδηλώσεις λατρείας μεταξύ των οποίων και «Κήποι του Άδωνη». Αυτοί ήταν ειδικά
διαμορφωμένοι χώροι μέσα στους οποίους μεγάλωναν φυτά με πολύ γρήγορο ρυθμό σε
αντίθεση με το εξωτερικό περιβάλλον.

Στην εποχή των Ρωμαίων έγιναν εντατικές προσπάθειες καλλιέργειας πρώιμων λαχανικών
και ανθέων. Την εποχή του αυτοκράτορα Νέρων κατασκευάστηκε θερμαινόμενος χώρος
χρησιμοποιώντας υλικά τάλκη και μίκα με την επίβλεψη γιατρού για την καλλιέργεια
αγγουριού το χειμώνα.

Η θέρμανση του θερμοκηπίου με ζεστό νερό εμφανίζεται στην Αγγλία το 1675 με τον
Evelyn ενώ το 1788 χρησιμοποιήθηκε ο ατμός για πρώτη φορά στην θέρμανση θερμοκηπίου
στο Northwich της Αγγλίας και στη συνέχει εφαρμόστηκε και σε πολλά ακόμη θερμοκήπια
της περιοχής ως το 1820. Το 1385 χρησιμοποιήθηκε στη Γαλλία το γυαλί για να προστατέψει
τα φυτά από το κρύο. Τη Γαλλία μιμήθηκαν η Αυστρία με τον Francis I. το 1753 και η Ρωσία
το 1762. Οι εξερευνητές και οι έμποροι τον 16ο αιώνα της μετέφεραν αρχικά στην Ιταλία
έπειτα στην Ολλανδία αργότερα στην Αγγλία, φυτά εξωτικά γιατί δεν ήταν εύκολο να
αναπτυχθούν στο κλίμα της Β. Ευρώπης. Εκεί έφτιαξαν τους λεγόμενους Βοτανικούς κήπους
μέσα στους οποίους φύτευαν και παρακολουθούσαν εξωτικά φυτά με εξαίσιο άρωμα και
ζουμερούς καρπούς.

Τον 17ο αιώνα της στην αριστοκρατία της Β. Ευρώπης άρεσε η χρήση των εξωτικών
φυτών ως καλλωπιστικών. Για να τα προστατέψουν από το κρύο τα έβαζαν σε μεγάλα
δωμάτια θερμαινόμενα με σόμπες. Εκεί μπορούσαν να μείνουν όλες τις κρύες ημέρες του
χειμώνα και έπειτα τα έβγαζαν στην ύπαιθρο. Τον 18ο αιώνα είχε πλήρως αναγνωρισθεί η
αξία του καλού φωτισμού στην υγιή ανάπτυξη των φυτών και άρχισε ο υπολογισμός της
γωνίας κλίσης των υαλοπινάκων, ώστε να εισέρχεται η μεγαλύτερη ποσότητα φωτισμού στο
χώρο όπου βρίσκονται τα φυτά. Οι Ολλανδοί ήταν μεταξύ των πρώτων που χρησιμοποίησαν
στέγη και κεκλιμένα τοιχώματα από γυαλί. Χρησιμοποίησαν την θερμοκουρτίνα κατά τη
διάρκεια της νύχτας και τη κατασκευή του διπλού τοιχώματος χρησιμοποιώντας το λαδόχαρτο
σαν δεύτερο κάλυμμα. Αυτοί καλλιέργησαν πρώιμα σταφύλια και εσπεριδοειδή. Το
θερμοκήπιο εξελίχθηκε αρκετά το 19ο αιώνα, ενώ ορισμένοι νεωτερισμοί εκείνης της εποχής
χρησιμοποιούνται ακόμη και σήμερα. Το 1816 χρησιμοποιήθηκε για τον εξαερισμό του
θερμοκηπίου ο πρώτος αυτόματος μηχανικός θερμοστάτης.
8
Τον 20ο αιώνα βελτιώθηκαν κατά πολύ οι κατασκευές και οι τεχνικές των θερμοκηπίων.
Επίσης εξελίχτηκαν τα συστήματα θέρμανσης και κλιματισμού μερικά από αυτά είναι
αερόθερμα, το σύστημα μείωσης της θερμοκρασίας με εξάτμιση νερού, τα αεροστήρικτα
θερμοκήπια, τα φυτοτρόνια, θάλαμοι ανάπτυξης φυτών, τα σπορεία που θερμαίνονται με
ηλεκτρισμό, οι θάλαμοι υδρονέφωσης, η εκμηχάνιση εργασιών στα θερμοκήπια και η
θέρμανση με ηλιακή και γεωθερμική ενέργεια και πολλά άλλα.

2.3. ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ

Το ηλιακό φως ("ορατή ακτινοβολία") περνά μέσα από το τζάμι του θερμοκηπίου και
απορροφάται από τα φυτά που βρίσκονται μέσα. Τα φυτά παράγουν θερμότητα ("υπέρυθρες
ακτινοβολίες"). Μέρος της θερμότητας επιστρέφει έξω από το θερμοκήπιο, αλλά όχι όλη. Το
τζάμι του θερμοκηπίου αντανακλά μερικές από τις υπέρυθρες ακτινοβολίες πίσω, έτσι το
εσωτερικό του θερμοκηπίου θερμαίνεται.

Δηλαδή η λάμψη του ήλιου διαπερνά τα τζάμια ή το διαφανές πλαστικό. Στη συνέχεια
θερμαίνει τον αέρα, καθώς και το χώμα και τα φυτά που μεγαλώνουν εκεί. Το τζάμι και το
διαφανές πλαστικό κάνουν δύο πράγματα: αφήνουν τις ακτίνες του ήλιου να περάσουν μέσα,
ενώ ταυτόχρονα εμποδίζουν ένα μεγάλο μέρος της θερμότητας να διαφύγει. Άρα το
θερμοκήπιο είναι μια παγίδα θερμότητας. Βλέπε εικόνα 2.1.

Εικόνα 2.1: Προσπίπτουσες ηλιακές ακτίνες που διαπερνούν το διαφανές υλικό κατασκευής του
θερμοκηπίου με αποτέλεσμα τον εγκλωβισμό μεγάλου ποσοστού θερμότητας του εσωτερικού
χώρου.
[http://cf.ltkcdn.net/garden/images/std/215118-445x450-greenhousediagram.jpg]
9
Τα φυτά ανταλλάσσουν θερμότητα με τον περιβάλλοντα χώρο λόγω των διαφορών
θερμοκρασίας. Η κύρια πηγή ενέργειας για τη θέρμανση του χώρου του θερμοκηπίου, κατά τη
διάρκεια της ημέρας, είναι η ηλιακή ακτινοβολία. Όταν η ηλιακή ακτινοβολία είναι
περιορισμένη και η θερμοκρασία του χώρου είναι κάτω από τα επιθυμητά επίπεδα, τότε
χρησιμοποιείται το σύστημα θέρμανσης. Κατά την διάρκεια της νύχτας, όλη η απαιτούμενη
ενέργεια για τη διατήρηση της θερμοκρασίας του χώρου στα επιθυμητά επίπεδα προέρχεται
από το σύστημα θέρμανσης. Τα συστήματα θέρμανσης τα διακρίνουμε με βάση την πηγή
ενέργειας σε συμβατικά συστήματα θέρμανσης και σε συστήματα θέρμανσης με ανανεώσιμες
πηγές ενέργειας. Διάκριση με βάση το φορέα της θερμότητας γίνεται εφόσον η θέρμανση
γίνεται με αέρα, ζεστό νερό, ατμό ή ακτινοβολία. Τα συστήματα θέρμανσης πρέπει να είναι
πλήρως αυτοματοποιημένα και, όσον το δυνατόν, ανεξάρτητα από την υπόλοιπη κατασκευή.
Η θέρμανση στα θερμοκήπια μπορεί να διακριθεί με βάση την πηγή της θερμικής ενέργειας:
α) Θέρμανση με συμβατικά καύσιμα (γαιάνθρακες, πετρέλαιο, υγραέριο, φυσικό αέριο) και β)
Θέρμανση με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (συλλέκτες ηλιακής ενέργειας, αντλίες
θερμότητας, γεωθερμική ενέργεια, βιομάζα): Η αιολική ενέργεια λόγω του υψηλού κόστους
εγκατάστασης και συντήρησης ελάχιστα ή καθόλου έχει χρησιμοποιηθεί στη θέρμανση των
θερμοκηπίων. Η ηλιακή ενέργεια βρίσκει αρκετές εφαρμογές στη θέρμανση του θερμοκηπίου.
Το ίδιο το θερμοκήπιο αποτελεί ένα παθητικό σύστημα συλλογής ηλιακής ενέργειας. Η
χρησιμοποίηση της ηλιακής ενέργειας είναι ελκυστική λύση εφόσον αποτελεί μια
ανεξάντλητη πηγή ενέργειας και είναι συχνά, εύκολα προσιτή.

2.4. ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ ΚΑΙ ΔΙΑΧΕΙΡΗΣΗΣ
ΣΥΝΘΗΚΩΝ ΣΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ

2.4.1. ΑΕΡΙΣΜΟΣ

Με τον γενικό όρο "αερισμός" του θερμοκηπίου εννοούμε δυο διαφορετικές τεχνικές:
 Την ανάδευση του εσωτερικού αέρα του θερμοκηπίου και
 Την ανταλλαγή του θερμού αέρα του θερμοκηπίου με τον εξωτερικό αέρα,
που ονομάζεται ειδικότερα εξαερισμός.
10