اثر گلخانه ای

با توجه به عنوان این پست وبلاگ، ممکن است انتظار داشته باشید که درباره گرم شدن کره زمین باشد، و من شما را به خاطر آن سرزنش نمی کنم. اثر گلخانه ای به یکی دیگر از اصطلاحات رایج مورد استفاده در بحث تغییرات آب و هوایی تبدیل شده است. با این حال، معنای اصلی و تحت اللفظی آن به فرآیند بسیار متفاوتی اشاره دارد، به ویژه هنگامی که صحبت از حفظ گرما می شود. در اینجا ما تأثیر گرم کردن یک گلخانه واقعی را شرح می دهیم و مراحلی را برای بهینه سازی طراحی آن پیشنهاد می کنیم.

چگونه اثر گلخانه ای کار می کند

فرض کنید همسایه شما می خواهد چند گیاه بکارد و شما را به ساخت گلخانه ای دعوت می کند که از سرد شدن آنها در زمستان اما بدون گرم شدن بیش از حد در تابستان جلوگیری کند. قبل از بهینه سازی خود گلخانه، بدیهی است که باید بدانیم اثر گلخانه ای چگونه کار می کند.

به طور خلاصه، گلخانه ها گرما را از طریق تشعشعات خورشیدی و با محصور نگه داشتن هوای گرم حفظ می کنند، اما بیایید آن را رها نکنیم. هنگامی که خورشید به گلخانه می تابد، گرما از طریق شیشه به شکل نور مادون قرمز با طول موج کوتاه (IR) وارد می شود و به نوبه خود زمین را گرم می کند. همانطور که همه ما می دانیم، هوای گرم بالا می رود، و این چیزی است که زمانی اتفاق می افتد که نزدیک ترین هوا به زمین گرم می شود. در مرحله بعد، هوای خنک‌تر جایگزین هوای گرم در سطح زمین می‌شود و سپس هوا نیز در یک چرخه مداوم شروع به گرم شدن می‌کند. این به عنوان همرفت نیز شناخته می شود .

اثر گلخانه ای: نحوه عملکرد گلخانه
الف) نور مادون قرمز با طول موج بلند توسط شیشه منعکس می شود. ب) مادون قرمز مرئی و با طول موج کوتاه از شیشه عبور می کند. ج) نور مادون قرمز با طول موج کوتاه جذب شده و مجدداً به صورت مادون قرمز با طول موج بلند منتشر می شود. د) نور مرئی منعکس می شود. ه) نور مرئی منعکس شده از شیشه عبور می کند. و) نور مادون قرمز با طول موج بلند توسط شیشه منعکس شده و در داخل گلخانه محبوس می شود.

علاوه بر این، تمام گیاهان موجود در گلخانه نور مادون قرمز با طول موج کوتاه را جذب کرده و در این فرآیند گرمتر می شوند. همانطور که اتفاق می افتد آنها شروع به ساطع نور مادون قرمز با طول موج بلند می کنند که توسط شیشه جذب می شود. سپس شیشه نیز گرم می شود و نور IR با طول موج بلند از خود ساطع می کند. بعد چه اتفاقی می افتد؟ نور مادون قرمز با طول موج بلند از شیشه خارج نمی شود، بلکه بیشتر به داخل گلخانه تابیده می شود.

بهینه سازی عملکرد گلخانه

چهار بخش اصلی برای راه اندازی گلخانه ضروری است. اینها شامل قاب، پوشش (به عنوان مثال شیشه)، کفپوش و تهویه است. درست است – تهویه. در حالی که هدف معمولی گلخانه گرم نگه داشتن گیاهان است، اما باید مراقب گرمای بیش از حد آن باشیم. معمولاً دریچه ها هم در بالای سازه و هم در پایین اضافه می شوند. این اجازه می دهد تا هوای گرم از بالا خارج شود و هوای خنک تر به زمین نزدیک تر شود. برای پوشش، لزوماً مجبور نیستیم از شیشه استفاده کنیم، اما این ماده حدود 90 درصد از تابش خورشید را به داخل می‌دهد – یک ویژگی مطلوب در این سناریو.

آیا می‌دانستید که می‌توانید تشعشعات را از طریق شیشه (و هر محیط دیگری با ضریب شکست غیر از 1) با استفاده از COMSOL Multiphysics همراه با ماژول انتقال حرارت شبیه‌سازی کنید؟ این ویژگی سال گذشته با نسخه 4.3 منتشر شد و ما در یک پست وبلاگی در مورد ” انتقال حرارت، حسابداری تابش خورشید ” در مورد آن نوشتیم. اگر بخواهیم گلخانه خود را بهینه کنیم، اولین قدم خوب شبیه سازی آن و ماژول انتقال حرارت است.مطمئنا مفید خواهد بود با ویژگی موقعیت‌یابی خورشیدی آن، می‌توانیم یک منبع تابش خارجی برای همه رابط‌ها (از جمله تابش سطح به سطح، مانند گلخانه ما) به صورت سه بعدی تعریف کنیم. این بدان معناست که می‌توانیم شدت و جهت تابش خورشید را بر اساس موقعیت گلخانه روی زمین، تاریخ و زمان روز تعریف کنیم.

سپس شبیه سازی ما به سوالاتی مانند “چقدر گلخانه ما گرم می شود؟”، “در چه مقطعی از زمان گرمتر است؟” پاسخ می دهد؟ جالبترین؟» و غیره. این می تواند یک پروژه سرگرم کننده برای شما باشد که آن را به تنهایی آزمایش کنید. (و اگر در COMSOL تازه کار هستید، برای شروع استفاده از نرم افزار ما، لیست کارگاه های رایگان آینده ما را بررسی کنید.)