Dopo aver visto i principi base nella prima parte, è ora di occuparci della progettazione pratica di un sistema. La prima cosa che bisogna sapere è che cosa si sta progettando, quali effetti si avranno sull’impianto e come questi cambieranno nel corso del tempo. Dopo avere ottenuto le informazioni necessarie, il sistema di aerazione potrà essere progettato e costruito secondo 2 linee separate: il sistema orizzontale e quello verticale.
Il sistema di ventilazione orizzontale
Il sistema di ventilazione orizzontale fa riferimento al movimento dell’aria in un’area definita. Questo è il movimento che ¨scioglie¨ la stratificazione termica, ridistribuendo velocemente l’aria e uniformando i livelli di umidità. In questa situazione, dal momento che le piante vengono coltivate in un ambiente protetto da tutti gli agenti atmosferici, l’aria diventerà più calda vicino alle fonti di calore come le luci, motori dell’impianto di areazione e pareti esterne, mentre perderà calore vicino alle zone o a oggetti più freddi, detti anche dispersori di calore.
Se l’aria rimane ferma, senza alcun movimento, l’aria che ha acquisito energia, salirà verso l’alto, mentre quella che ha perso energia, scenderà verso il basso. In questo processo si formeranno strati di molecole d’aria che avranno una temperatura simile: questo processo viene denominato stratificazione termica. In questa situazione il movimento orizzontale è necessario per mescolare tali strati in modo tale da ottenere una temperatura uniforme nell’area di coltivazione, questa a sua volta può essere regolata in modo uniforme sul freddo o sul caldo a seconda della necessità del coltivo.
Eliminazione dei microclimi
La foglie delle piante hanno dei micro pori presenti sulla loro superfici, chiamati stomi, attraverso i quali l’acqua traspira. Ciò permette il movimento dell’acqua dalle radici fino alla parte superiore della pianta, trasportando così i nutrienti al suo interno. Le piante utilizzano sia l’ossigeno che l’anidride carbonica che entrano ed escono attraverso questi pori. E’ possibile anche che, quando c’è pochissimo movimento d’aria, questi gas si accumulino cercando di entrare ed uscire contemporaneamente. Questi microclimi (conosciuti anche come barriere) andrebbero eliminati, per permettere alla pianta di crescere al meglio. La miscelazione orizzontale dell’aria in ambienti destinati alla coltivazione, elimina questi microclimi, incrementando l’efficienza del movimento di questi gas che penetrano e fuoriescono dalle foglie.
Caratteristiche
Le caratteristiche che deve avere il flusso d’aria orizzontale sono semplici da definire, ma meno semplici da ottenere. L’aria nella zona destinata alla coltivazione, ossia l’area occupata dalla/e piante/e, è quella che andrebbe fatta circolare. Sarebbe opportuno far circolare l’aria anche nella parte restante dell’ambiente di coltivo, ma se, per esempio, la circolazione dell’aria avvenisse solo vicino al soffitto, questa andrebbe ad unirsi alla quantità di calore presente in questa zona piuttosto che in quella destinata alla coltivazione, mentre sul pavimento si accumuleranno spore fungine o insetti.
Da come avviene il ricircolo dell’aria, si determinerà lo stress o meno alle piante. Esistono due modi per indurre questo movimento dell’aria. Il primo metodo utilizza le correnti d’aria prodotte nel momento in cui l’aria viene tolta e sostituita nell’area di coltivo; mentre il secondo metodo utilizza un dispositivo separato e dedicato come una ventola più piccola o l’ultima versione di ventilatore orizzontale ad alta efficienza (hfs), progettato per creare un piccolo vortice nell’area in questione. Il fatto che il movimento d´aria creato dal sistema di ricircolo dell’aria non sia costante anche se viene utilizzato per regolare la temperatura e ci sia necessità del flusso d’aria orizzontale per 24 ore al giorno per tutto il ciclo di coltivazione, significa che è necessario un dispositivo separato per la gestione della temperatura nell´area di coltivo.
Velocità del ricircolo dell’aria e distribuzione
La quantità di potenza necessaria al ricambio dell’aria in un’area più volte al minuto, con lo scopo di rinfrescare, può causare correnti d’aria troppo forti e produrre stress eccessivo alle piante e di conseguenza danneggiarle. Quando si utilizzano il sistema a ventilazione orizzontale e quello verticale o quello di scarico, si potrebbe verificare un’ulteriore pressione dell’aria/aumento della velocità che richiede un monitoraggio. L’ideale sarebbe una velocità del movimento d’aria che produca un lieve movimento delle foglie nella zona della coltivazione. In questo modo si assicura un’adeguata miscelazione d’aria senza causare troppo stress alle piante.
Dove è possibile, è consigliabile utilizzare due ventole a muro nei lati corti dell´area di coltivo alla stessa altezza delle piante e rivolte in diverse direzioni. Ciò creerà una rotazione circolare della massa d’aria, permettendone così una migliore distribuzione nell’area destinata alla coltivazione. Nelle zone più ampie, invece le ventole HF creeranno una forte velocità ma con minor volume in modo che, pur essendo molto efficaci nel produrre una circolazione localizzata, questa non sarà abbastanza forte da colpire direttamente le piante. Questi dispositivi vengono generalmente disposti in modo che il flusso d'aria proveniente dal ventilatore sia diretto appena sopra la parte superiore delle piante.
Sistema a ventilazione verticale
Il sistema a ventilazione verticale è un termine usato per indicare un sistema dove l’aria viene espulsa fuori dalla zona destinata alla coltivazione e trattata prima di essere reimmessa o sostituita dall’aria proveniente da un’altra zona. A meno che il sistema non sia stato progettato per immettere ed estrarre l'aria che proviene ed è diretta verso il pavimento e il soffitto, tutto il flusso d'aria è orizzontale: quindi questo sistema implica che l'aria venga mossa su diversi livelli e non sullo stesso livello. Il ricambio d’aria nell’area utilizzata per la produzione di piante deve essere effettuato regolarmente al fine di evitare una serie di problemi.
Il ricambio dell’aria altera la temperatura e l’umidità e sostituisce i gas che sono stati consumati in uno spazio a tenuta stagna, come l’anidride carbonica. Nonostante il sistema di ventilazione orizzontale mescoli l’aria in tutta la stanza, diminuendone la temperatura, l’umidità e le quantità di gas, questo non eliminerà né aggiungerà calore, umidità né sostituirà i gas consumati. Il ricambio dell’aria è quindi l’unica soluzione concreta.
Sistemi aperti e chiusi
Esistono due modi per realizzare il sistema verticale: aperto, che consiste in un meccanismo che aspira aria da una zona diversa e la sostituisce nella zona interessata, e chiuso, ossia dove l’aria non viene sostituita ma trattata sul posto. Il trattamento dell’aria – che consiste nel raffreddarla o riscaldarla, umidificarla o deumidificarla e nel sostituire i gas esauriti - è importante in entrambi i sistemi, ma è di fondamentale importanza in quello chiuso. A seconda della necessità di regolare l’ambiente in una struttura destinata alla coltivazione e dei bisogni delle coltivazioni prodotte, il movimento dell’aria attraverso lo scambio, sia in un sistema aperto che chiuso determinerebbe il progetto stesso del sistema.
Sistemi chiusi
Un sistema chiuso verrà utilizzato nelle situazioni dove è necessario evitare la contaminazione, sia biologica che ambientale tramite l’ozono o altri inquinanti industriali. Il contatto tra l’aria della zona interna e di quella esterna avviene separatamente. L’aria della zona interessata, viene eliminata, trattata e poi restituita alla zona stessa.
Sistemi aperti
Un sistema aperto attinge aria fresca da una fonte esterna come un ambiente a temperatura controllata o dall’esterno. Può essere utilizzata direttamente per indurre un cambiamento di temperatura, di umidità e di contenuto di gas, oppure può essere trattata per rinfrescare, riscaldare, umidificare o deumidificare l’aria prima che venga inviata nella zona destinata alla coltivazione. Questa aria viene poi trasferita nell’area di coltivo per rimuovere l’aria consumata ad una velocità adeguata. Nel momento in cui l’aria stantia viene inviata esternamente, i fattori che hanno portato il cambiamento indesiderato della temperatura o dell’umidità, continuano a verificarsi.
La velocità con cui l’aria nuova può modificare questi continui effetti indesiderati ed eliminare quelli già prodotti, determinerà la quantità del ricambio d’aria richiesta. Ciò deve avvenire abbastanza velocemente per essere efficace. Ci sono formule per calcolare l’umidità e i carichi termici e la quantità del flusso d’aria necessari a tale cambiamento.
Progettazione dell’impianto
Il progettista ha bisogno di capire qual è il guadagno o la perdita di calore nella zona di coltivo, solitamente calcolata in BTU o unità termiche britanniche. Una volta saputo il numero di BTU, il progettista può costruire un impianto capace di mantenere una serie costante di valori relativi alla temperatura e/o all’umidità in base alla differenza tra il peggiore delle situazioni e i parametri entro cui devono rientrare tali condizioni.
La temperatura
Se per esempio la temperatura interna sotto la luce diretta del sole in estate può raggiungere un massimo di 49°C e la temperature massima per mantenere in vita le piante è di 32°C, l’impianto deve poter modificare la temperatura con una differenza di 17°C. Il calore, come pure l’umidità, possono essere misurati allo stesso modo, sebbene il calcolo debba essere effettuato in maniera diversa.
Gli indici del gas
Gli indici del gas in un sistema aperto non sono un vero problema in quanto questi dovrebbero sempre corrispondere a ciò che è disponibile all'aperto, che di per sé è sempre sufficiente. In un sistema chiuso, sarà necessario aggiungere anidride carbonica durante i periodi in cui si verifica la fotosintesi, dal momento che il CO2 esistente sarà utilizzato in un brevissimo lasso di tempo, così veloce da iniziare a rallentare i processi metabolici della pianta entro un paio d'ore. L'ossigeno, d'altra parte, essendo necessario alla pianta anche in condizioni di vita normali, viene rilasciato in concentrazioni abbastanza elevate durante la fissazione del carbonio nella CO2 per fornire ciò che è necessario.
Quali componenti?
Le caratteristiche esatte di un sistema determineranno quali componenti verranno usati. In un sistema chiuso, la capacità di un ambiente determinerà se un sistema di raffreddamento evaporativo lavorerà abbastanza bene o al contrario sarà necessario un impianto di climatizzazione. La necessità di spostare un certo volume d’aria determinerà la dimensione della conduttura e delle ventole. I sistemi aperti funzionano anche aspirando aria dall’esterno e portandola nella zona di desiderata. Se l’aria ha bisogno di essere raffreddata e umidificata, la risposta potrebbe essere un sistema di raffreddamento evaporativo (chiamato anche come swamp chillers o condizionatori ad acqua, e che, in alcune località, possono essere usati anche in un sistema chiuso).
I calcoli per questi tipi di sistemi dovrebbero essere effettuati accuratamente per assicurare che il sistema sia allo stesso tempo funzionale ed economicamente conveniente. Bisogna conoscere tutti i fattori che influiscono su un sistema, compresi i fattori limitanti come le curvature dei condotti e qualsiasi tipo di filtro usato. Di solito è importante usare anche ventole sia sugli scarichi laterali che sugli ingressi laterali per assicurare un buon movimento dell’aria e una pressione equilibrata nell’area.
I controlli
I controlli sull’automazione di questi sistemi sono anch’essi importanti e non possono essere dimenticati nella fretta di terminare un sistema. A meno che il coltivatore o il suo rappresentante possano permettersi di guardare un termometro, un igrometro e un rilevatore di CO2 per 24 ore al giorno per alcuni mesi di seguito, sarà necessario un dispositivo per controllare il funzionamento di un sistema a ventilazione verticale, sia nel caso di un sistema aperto sia per quello chiuso. Un sistema orizzontale tende a rimanere attivo tutto il tempo, di conseguenza sarà necessario solo l’interruttore acceso/spento come regolatore.
Il minimo indispensabile per qualsiasi sistema è un termostato per regolare l’impianto di raffreddamento. Un termostato a parte sarà necessario per regolare l’impianto di riscaldamento che dovrebbe essere collegato al sistema di ventilazione. Negli spazi piccoli destinati alla coltivazione, sarebbe opportuno avere anche un igrostato, che metta in funzione il sistema di ventilazione quando l’umidità si alza sopra un certo livello. Sarebbe anche opportuno saper impostare diversi valori per il ciclo notturno, specialmente per la temperatura. Alcuni impianti potrebbero richiedere il raffreddamento di giorno e il riscaldamento di notte, soprattutto nelle serre.
Nei sistemi chiusi, dove alcuni gas, come la CO2, vengono rilasciati per integrare o aumentare i livelli ambientali, un rilevatore di gas sarebbe opportuno, soprattutto se innesca l’allarme qualora la regolazione di gas non riuscisse. L’aggiunta di CO2, se positiva per la coltivazione, può essere costosa e meno efficace se viene effettuata troppo spesso. Se i livelli di CO2 si alzano troppo, l´area di coltivo diventa pericolosa per i dipendenti e i coltivatori. Un regolatore di CO2 diventa un valore aggiunto e assicura che il modello di ventilazione non esaurisca mai il gas o che questo sia aggiunto a una certa ora in un impianto che regola anche la temperatura e l’umidità.
Il principio della semplicità
Qualsiasi cosa ha bisogno di lavorare in sinergia per essere efficace. E’ sempre meglio che i controlli possano essere in un set singolo o doppio di controlli. Si deve capire che il principio della SEMPLICITÀ si può applicare anche nei sistemi di aerazione, ossia che che più lo spazio per la coltivazione è piccolo, meno complicato dovrebbe essere il sistema. Più i controlli saranno semplici, minori possibilità di errore ci saranno. Le immissioni di umidità e gas devono essere controllati dall’uso di una serie di punti di impostazioni così che, quando viene richiesta una temperatura di, diciamo, 22°, il sistema di raffreddamento si metterà in azione quando la temperatura salirà di alcuni gradi al di sopra di questa soglia e rimarrà in azione fino a quando la temperatura si abbasserà fino al livello desiderato. Ciò permette all’impianto di lavorare in modo più efficace, non è quindi necessario un controllo precisissimo e in questo modo il sistema si attiverà o si spegnerà costantemente alla variazione di temperatura.
Il sistema di ventilazione non è sicuramente l’aspetto più semplice, ma è un aspetto essenziale per controllare l’ambiente di coltivazione favorendo la salute delle piante. Non può essere tralasciato nella fretta di produrre ed è fondamentale all’interno della progettazione complessiva dello spazio. E’ un aspetto che deve essere considerato adeguatamente ed in maniera dettagliata durante la progettazione di un impianto di coltivo per garantirne la sua funzionalità … e la funzionalità significa successo!
