طور علماء من جامعة قازان الزراعية الحكومية نظاما مبتكرا لتدفئة البيوت الزجاجية يعتمد على تخزين الطاقة الحرارية واستخدام البخار لتدفئة التربة، ما يسمح بالحفاظ على درجات حرارة مناسبة للمحاصيل دون الحاجة إلى اتصال دائم بمصادر الطاقة الخارجية.

ووفقا لما أوضحته الجامعة لصحيفة Gazeta.Ru، فإن النظام يعمل ضمن دورة مغلقة تقوم بتجميع الحرارة وتخزينها ثم إطلاقها تدريجيا عند الحاجة، خاصة خلال الفترات الحرجة مثل ساعات الليل أو انخفاض درجات الحرارة.

كيف يعمل نظام التدفئة بالبخار؟

يعتمد النظام الجديد على مبدأ التحولات الفيزيائية للماء بين حالتي السائل والبخار.

وتعمل آلية التدفئة وفق الخطوات التالية:

يتم تسخين سائل ناقل للحرارة حتى يتحول إلى بخار.

ينتقل البخار عبر الأنابيب إلى منطقة التربة داخل البيت الزجاجي.

يطلق البخار حرارته لتدفئة التربة والنباتات.

بعد فقدان الحرارة يتكثف البخار ويعود إلى النظام ليبدأ الدورة من جديد.

وبفضل هذه الدورة المغلقة، يمكن للنظام العمل بكفاءة عالية مع تقليل استهلاك الطاقة.

مشاكل الأنظمة التقليدية في تدفئة البيوت الزجاجية

تعتمد أنظمة التدفئة التقليدية في البيوت الزجاجية غالبا على:

الفحم

النفط

الغاز الطبيعي

وتتطلب هذه الأنظمة إمدادا مستمرا بالطاقة. وفي المناطق التي تشهد تقلبات حادة في درجات الحرارة أو انقطاعات في الكهرباء، قد يؤدي توقف التدفئة حتى لفترة قصيرة إلى:

انخفاض إنتاجية المحاصيل

تراجع جودة المنتجات الزراعية

خسائر اقتصادية للمزارعين

تخزين الحرارة حتى 2000 درجة مئوية

يعتمد الابتكار الجديد على وحدة تخزين حراري عالية الحرارة تحتوي على حشوة من الجرافيت قادرة على الاحتفاظ بالطاقة الحرارية عند درجات حرارة تصل إلى 2000 درجة مئوية.

ويتم شحن هذا المخزن الحراري في البداية باستخدام سخانات كهربائية، ثم يقوم بتزويد النظام بالحرارة خلال الفترات الحرجة مثل الليل.

وعند الحاجة، تنتقل الحرارة المخزنة إلى الماء عبر مبادل حراري، فيتحول الماء إلى بخار يستخدم في تدفئة التربة داخل البيت الزجاجي.

إمكانية استخدام الطاقة المتجددة

من مزايا هذا النظام أنه يسمح باستخدام مصادر الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح.

فيمكن تخزين الطاقة الحرارية خلال الفترات التي يتوفر فيها فائض من الطاقة، ثم استخدامها لاحقا عند الحاجة، وهو ما يعزز كفاءة استهلاك الطاقة في القطاع الزراعي.

تقليل الاعتماد على مصادر الطاقة الخارجية

قال دامير خاليولين، الأستاذ المشارك ورئيس قسم الآلات والمعدات في الأعمال الزراعية بجامعة قازان الزراعية، إن البيوت الزجاجية تحتاج إلى تدفئة مستقرة خاصة في الليل وخلال فترات البرد.

وأضاف أن النظام الذي طوره الباحثون يسمح بتخزين الحرارة مسبقا ثم إطلاقها تدريجيًا عند الحاجة، وهو ما يساعد المزارع على:

تقليل الاعتماد على الإمدادات الخارجية للطاقة

خفض تكاليف التدفئة

حماية المحاصيل من تقلبات الطقس

ساعات عمل مستقلة حسب حجم المخزن الحراري

تعتمد مدة عمل النظام بشكل مستقل على حجم مخزن الطاقة الحرارية ومعدل استهلاك الحرارة في البيت الزجاجي.

فعلى سبيل المثال:

إذا كان المخزن الحراري قادرا على تخزين 1 ميغاواط/ساعة من الطاقة الحرارية

وكان البيت الزجاجي يستهلك 100 كيلوواط من الحرارة خلال الليل

فإن النظام يمكنه العمل بشكل مستقل لمدة نحو 10 ساعات.

أما إذا كان استهلاك الحرارة أقل، فقد تمتد فترة التشغيل المستقل لفترة أطول.