کاربرد مدل تراز انرژی برای پیش‌بینی تعرق و شرایط خرد اقلیم داخل گلخانه با استفاده از داده‌های هواشناسی

در سال‌های اخیر افزایش جمعیت و محدودیت آب و زمین‌های قابل کشت در ایران به سرمایه‌گذاری قابل‌ توجهی در تولیدهای گلخانه‌ای منجر شده است. با توجه به اثر شرایط خرد اقلیم گلخانه بر عملکرد کمی و کیفی محصول، استفاده از مدل‌های ریاضی برای مطالعه و شبیه‌سازی خرد اقلیم گلخانه ضروری است. هدف از این تحقیق کاربرد و تحلیل یک مدل تراز انرژی برای شبیهسازی تعرق و شرایط خرد اقلیم داخل گلخانه با استفاده از داده‌های هواشناسی خارج گلخانه است. مطالعه در گلخانه‌ای تجاری با پوشش پلاستیکی و مساحت 4333 مترمربع واقع در تویسرکان انجام شد. دما و رطوبت نسبی داخل گلخانه با 21 دیتالاگر ثبت شدند. برای داده‌های هواشناسی خارج گلخانه از ایستگاه هواشناسی نصب شده روی سقف گلخانه و داده‌های ایستگاه هواشناسی سینوپتیک تویسرکان استفاده شد. برای تخمین دما، رطوبت نسبی و تعرق محصول داخل گلخانه از تلفیق معادلات تراز انرژی و تعرق استفاده شد. الگوی تغییرات زمانی مقادیر شبیه‌سازی و اندازه‌گیری شده دما و رطوبت نسبی داخل گلخانه مشابه بود. خطای جذر میانگین مربعات دمای شبیه‌سازی شده برای تهویه مکانیکی و تهویه طبیعی به ترتیب در کل شبانه روز 0.72 و 0.67، روزانه 0.83 و0.77 و شبانه 0.49 و 0.49 درجه سلسیوس بود. خطای جذر میانگین مربعات رطوبت نسبی برای تهویه مکانیکی و طبیعی در کل شبانه روز 4.4، روزانه 3.0 و شبانه 6.0 درصد بود. پس از اصلاح مدل، شبیه‌سازی چهار روز خرد اقلیم داخل گلخانه نشان داد دمای داخل گلخانه در روز تا c35º و در شب به کمتر از c16º می‌رسد که در محدوده بهینه دمایی برای خیار گلخانه‌ای قرار ندارند. با توجه به دمای بالا (c35º) و رطوبت پایین (%15 تا 30%) نیاز به سرمایش تبخیری در بعضی از ساعات روز وجود خواهد داشت. مجموع تعرق شبیه‌سازی شده نیز 30.2 میلی‌متر به دست آمد. پس از صحت‌یابی و اصلاح مدل، شرایط خرد اقلیم گلخانه در چهار روز شبیه‌سازی و تحلیل شد. نتایج نشان داد با استفاده از مدل تراز انرژی، قبل از احداث گلخانه می‌توان به برآوردی از شرایط خرد اقلیمی گلخانه و نیاز آبی محصول دست یافت.

Application of the energy balance model to predict transpiration and microclimate conditions inside the greenhouse using meteorological data

In recent years, increasing population and limited water and arable land in Iran have led to significant investment in greenhouse production. Due to the effect of greenhouse microclimate conditions on the quantitative and qualitative yield of the product, the use of mathematical models to study and microclimate simulation of the greenhouse is necessary. The objective of this research is to apply and analyze an energy balance model using meteorological data outside the greenhouse to simulate microclimate conditions and the transpiration in a greenhouse. The study was conducted in a commercial greenhouse with plastic cover and an area of 4333 square meters. Temperature and relative humidity data were collected inside the greenhouse with 21 data loggers. For collected meteorological data outside the greenhouse, the meteorological station installed on the roof of the greenhouse and the data of the Tuyserkan synoptic meteorological station were used. A combination of energy balance and transpiration equation was used to estimate temperature, relative humidity and crop transpiration inside the greenhouse. Estimated transpiration was modified by combining the energy balance model and the Stanghellini transpiration equation. The pattern of temporal variation of the simulated and measured values of temperature and relative humidity inside the greenhouse was similar. The root mean square error of the simulated temperature for mechanical ventilation and natural ventilation was 0.72 and 0.67, 0.83 and 0.77 daily, and 0.49 and 0.49 degrees Celsius, respectively, for the daytime and night time. The root mean square error of relative humidity for mechanical and natural ventilation was 4.4% day and night, 3.0% for daytime, and 6.0% for night time. After modifying the simulation model, four days of microclimate inside the greenhouse showed that the temperature inside the greenhouse reaches 35 °C during the day and less than 16 °C at night, which are not in the optimal temperature range for greenhouse cucumbers. Due to high temperature (35º C) and low humidity (15% to 30%), evaporative cooling will be required at some hours of the day. The total simulated transpiration was 30.2 mm. The estimated temperature was acceptable, but the estimated relative humidity at night differed from the measured values due to thermal inversion. Estimated transpiration was modified by combining the energy balance model and the Stanghellini transpiration equation. After verifying and modifying the model, the microclimate conditions of the greenhouse were simulated and analyzed for four days. The results showed that by using the energy level model before the construction of the greenhouse, it is possible to estimate the microclimate conditions of the greenhouse and the water requirement of the crop.