การออกแบบห้องเย็น สำหรับเพาะเลี้ยงพืชเมืองหนาว

การออกแบบห้องเย็น สำหรับเพาะเลี้ยงพืชเมืองหนาว ในโลกเรามีสภาพอากาศที่แตกต่างกัน ตามภูมิอากาศและที่ตั้งบนโลก พืชที่ขึ้นในแต่ละที่ต่างๆในโลก ที่เราเรียกว่าพืชท้องถิ่นจึงมีความเฉพาะที่แตกต่างกัน การที่จะเพาะเลี้ยงพืชที่มาจากต่างประเทศ หรือท้องถิ่นที่แตกต่าง จึงจำเป็นที่จะต้องศึกษาองค์ประกอบและรายละเอียดของพืชชนิดนั้นๆ

องค์ประกอบต่างๆที่จำเป็นในการเพาะเลี้ยงพืชต่างประเทศหรือต่างถิ่นนั้นมีความสำคัญมากไม่สามารถมองข้ามได้ด้วยเพราะการเพาะเลี้ยงมีความอ่อนไหวมาก ดังนั้นควรมองเป็นทั้งระบบควบคุมสภาพแวดล้อม ไม่ใช่เพียงการติดตั้งเครื่องทำความเย็นเพื่อปรับอุณหูมิอากาศอย่างเดียว เพราะพืชต้องการการควบคุม อุณหภูมิ ความชื้น แสงสว่าง อากาศ อาหาร ความเร็วลมไหลผ่าน การสั่นสะเทือน และ CO₂ ให้เหมาะกับชนิดและระยะการเจริญเติบโตในแต่ละช่วงอายุ โดยมีรายละเอียดดังต่อไปนี้

1. การกำหนดข้อมูลพื้นฐาน

การกำหนดข้อมูลพื้นฐานก่อนทำการออกแบบ ควรระบุเนื้อหารายละเอียดและข้อกำหนดเฉพาะให้ชัดเจน โดยมีรายละเอียดดังต่อไปนี้

ชนิดของพืชที่จะทำการเพาะเลี้ยง อาจะเป็น ผลไม้ พืชผัก เช่น สตรอว์เบอร์รี ผักสลัด สมุนไพร ไม้ดอก หรือพืชอื่นๆที่ต้องการเพาะเลี้ยง
จำนวนหรือปริมาณต้นที่ต้องการทำการเพาะเลี้ยง
ระยะช่วงเวลาในการเพาะเลี้ยง ตั้งแต่เมล็ด ต้นกล้า ไปจนถึงต้นโต
อุณหภูมิอากาศในเวลากลางวันและกลางคืนที่พืชต้องการ
ความชื้นสัมพัทธ์ (RH) ของอากาศที่พืชต้องการ
ระยะเวลาที่พืชต้องการเพาะเลี้ยงต่อรอบในการเจริญเติบโต
ความต้องการแสงสว่างและช่วงเวลาเปิด-ปิดไฟในการสังเคราะห์แสง
ปริมาณ CO₂ ที่พืชต้องการในแต่ละช่วงการเจริญเติบโต
พื้นที่ใช้สอยและความสูงห้อง
จำนวนคนที่เข้า-ออก
สถานที่ติดตั้งและอุณหภูมิภายนอกสูงสุด/ต่ำสุด

2. การออกแบบโครงสร้างห้อง อาศัยองค์ประกอบหลัก ได้แก่

ผนังห้อง
เพดานห้อง
พื้นห้อง

แนะนำว่าควรใช้ระบบห้องเย็นผนังฉนวน เช่น sandwich panel โดยเลือกวัสดุและความหนาของฉนวนเหมาะสมตามอุณหภูมิที่ต้องการใช้งาน และสภาพแวดล้อมภายนอก

โดยสิ่งที่ต้องพิจารณาสำหรับแผ่นฉนวนที่จะใช้สร้างห้องมีอะไรบ้างดังต่อไปนี้

ค่า U-value/R-value ของฉนวนให้เหมาะสมกับอุณหภูมิใช้งาน
ชนิด และคุณสมบัติด้านการติดไฟและลามไฟของฉนวน
การป้องกันไอน้ำ (vapor barrier)
การป้องกันการควบแน่น
รอยต่อของแผ่นฉนวน
ประตูและซีลยาง
พื้นที่ที่มี thermal bridge
ความหนาแน่นและความสามารถในการรับน้ำหนักของชั้นปลูกพืชและอุปกรณ์ต่างๆ

สำหรับส่วนพื้นห้องควรให้ความสำคัญเป็นพิเศษ เพราะเป็นส่วนที่ต้องรองรับน้ำหนักของชั้นปลูกพืช ถังน้ำ (กรณีระบบไฮโดรโปนิกส์) และคน รวมถึงต้องสามารถจัดการน้ำล้างและน้ำทิ้งภายในห้องได้ดี ไม่เป็นที่กักเก็บเชื้อโรค เช่นเชื้อรา เชื้อแบคทีเรีย และอื่นๆ ซึ่งจะเป็นอันตรายก่อความเสียหายต่อการปลูกพืชชนิดนั้นๆได้

3. คำนวณภาระการทำความเย็น (Cooling Load)

การคำนวณภาระการทำความเย็นเป็นหัวใจสำคัญของขั้นตอนแรกของการเลือกขนาดเครื่องทำความเย็นในระบบ เราไม่ควรพิจารณาเลือกเครื่องทำความเย็นจากขนาดของห้องเพียงอย่างเดียวแต่ยังมีองค์ประกอบอื่นที่สำคัญกว่านั้น โดยทั่วไปภาระการทำความเย็นต้องคิดรวมภาระจากรายการดังต่อไปนี้

Q _total = Q _Transmission + Q _Solar+ Q _People + Q _Lighting + Q _Equipment + Q _Product + Q _Infiltration

โดยมีรายละเอียดดังต่อไปนี้

Transmission load คือ ความร้อนที่ถ่ายเทความร้อนผ่านผ่านผนัง เพดาน และพื้นห้อง ผลจากอุณหภูมิอากาศที่แตกต่าง
Solar load คือ ความร้อนจากแสงอาทิตย์ที่ส่องผนัง โดยเฉพาะบริเวณประตู/โครงสร้างที่รับแดด
People load คือ ความร้อนจากคนทำงานภายในห้อง
Lighting load คือ ความร้อนจากแสงสว่าง หลอดไฟทั่วไป หรือหลอด LED และอุปกรณ์ไฟฟ้า
Equipment load คือ จากอุปกรณ์ต่างทางไฟฟ้าที่เป็นแหล่งกำเนิดความร้อน เช่น ปั๊มน้ำ พัดลม คอนโทรลเลอร์ เป็นต้น
Product load คือ ความร้อนจากการเจริญเติบโตของต้นพืช น้ำ หรือวัสดุที่นำเข้าห้อง
Infiltration load คือ ความร้อนและความชื้นจากอากาศภายนอกที่เข้าทางประตู/ช่องรั่ว

ห้องเย็นที่ออกแบบเพื่อสำหรับการเพาะเลี้ยงพืช ปัจจัยที่มักถูกประเมินค่าต่ำเกินไปคือ หลอดไฟLED, การคายน้ำของพืช, อากาศภายนอกที่เข้าห้องเป็นต้น ซึ่งแท้จริงแล้วปัจจัยเหล่านั้นมีความสำคัญที่สามารถเพิ่มภาระการทำความเย็นของระบบได้มาก

4. ระบบทำความเย็น

ในระบทำความเย็นเราควรพิจารณาเลือกอุปกรณ์ต่างๆให้สัมพันธ์กับอุณหภูมิและข้อกำหนดอื่นเช่นความชื้นสัมพัทธ์ ปริมาณลม ความเร็วลม ระยะส่งลม เพื่อให้ได้ตรงตามที่เราต้องการในการออกแบบ ไม่ใช่เลือกเพียงมองแค่ค่าการทำความเย็นอย่างเดียว สำหรับอุปกรณ์สำคัญหลักในระบทำความเย็นที่ต้องพิจารณาประกอบด้วยอุปกรณ์ดังต่อไปนี้

คอมเพรสเซอร์ (Compressor)
คอนเดนเซอร์ (Condenser)
คอยล์เย็น (Evaporator)
วาล์วลดแรงดัน (Expansion valve)
ระบบควบคุมอุณหภูมิ
พัดลมหมุนเวียนอากาศ
ระบบละลายน้ำแข็ง/จัดการน้ำเกาะคอยล์ตามความจำเป็น (Defrost on Demand)

ห้องเย็นสำหรับเพาะเลี้ยงที่ไม่ได้ต้องการอุณหภูมิต่ำมาก อาจออกแบบเป็น precision environmental room มากกว่าห้องเย็นทั่วไป เพราะต้องควบคุมอุณหภูมิอย่างสม่ำเสมอและไม่ทำให้ต้นพืชได้รับลมเย็นโดยตรง ควรพิจารณา อัตราการหมุนเวียนอากาศ (air changes/ air circulation) และการกระจายอุณหภูมิในแต่ละจุดด้วย

5. ความชื้นสัมพัทธ์

ความชื้นสัมพัทธ์เป็นเรื่องที่สำคัญมากสำหรับพืชเมืองหนาวหาก %RH สูงเกินไป อาจเกิดปัญหาตามมามากมายดังต่อไปนี้

เชื้อรา
โรคพืช
น้ำควบแน่นบนใบ
น้ำหยดจากเพดาน หรือจากคอยล์เย็น
ความเสียหายต่อโครงสร้างห้องเย็น

แต่หาก %RH ต่ำเกินไป พืชอาจสูญเสียน้ำและน้ำหนักในตัวมากและเกิดความเครียด ดังนั้นการออกแบบห้องเย็นสำหรับเพาะเลี้ยงพืชเมืองหนาว จำเป็นต้องออกแบโดยคำนึงถึงสิ่งเหล่านี้

ระบบลดความชื้น (Dehumidifier)
ระบบบเพิ่มความชื้น (Humidifier) หากจำเป็น
Drain การระบายน้ำทิ้ง สำหรับน้ำที่เกิดจากการควบแน่น
เซนเซอร์ RH หลายตำแหน่ง
การควบคุม dew point

ไม่ควรใช้การลดอุณหภูมิอย่างเดียวเพื่อควบคุมความชื้น เพราะทำให้อุณหภูมิในห้องต่ำจนเกินไป และอาจทำให้คอยล์เย็นมีอุณหภูมิต่ำลงจนเป็นการเร่งให้เกิดน้ำแข็งในคอยล์ ทำให้สภาพแวดล้อมไม่เหมาะกับการเพาะเลี้ยงพืช

6. ระบบแสง

ระบบแสงหากเป็นห้องเย็นปิด ต้องออกแบบไฟปลูกพืชโดยเฉพาะซึ่งจะต้องพิจารณารายละเอียดดังต่อไปนี้

PPFD คือ ค่าความหนาแน่นของโฟตอนสังเคราะห์แสง หรือปริมาณแสงในช่วงที่พืชใช้ในการสังเคราะห์แสง (ช่วงความยาวคลื่น 400–700 นาโนเมตร) ที่ตกลงบนพื้นที่ 1 ตารางเมตรในเวลา 1 วินาที (µmol/m²/s)
Photoperiod (ช่วงเวลาแสง) คือ ระยะเวลาหรือความยาวนานที่สิ่งมีชีวิตได้รับแสงสว่างในรอบวัน (24 ชั่วโมง) เช่น 12/12, 16/8 เป็นต้น
DLI (Daily Light Integral) คือ ปริมาณแสงสะสมที่พืชได้รับในแต่ละวัน มีหน่วยเป็นโมลต่อตารางเมตรต่อวัน (mol/m²/day) เป็นค่าที่ใช้วัดพลังงานแสงรวมตลอด 24 ชั่วโมง เพื่อประเมินว่าพืชในโรงเรือนหรือตู้ปลูกได้รับแสงเพียงพอต่อการเจริญเติบโตหรือไม่
Spectrum ของ LED คือการกระจายความเข้มของแสงตามความยาวคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงแสงที่มองเห็นได้
ความสูงของโคมไฟส่องสว่าง
Uniformity ของแสง (ความสม่ำเสมอของแสง) คือ ค่าที่บอกว่าแสงสว่างกระจายทั่วถึงบนพื้นที่หนึ่ง ๆ สม่ำเสมอแค่ไหน โดยไม่มีจุดที่สว่างจ้าเกินไปหรือมืดทึบจนมองไม่เห็น
ความร้อนที่เกิดจากโคมไฟส่องสว่าง

ตัวอย่างความสัมพันธ์คือ

ดังนั้นความสว่างเป็น Lux อย่างเดียวไม่เพียงพอ สำหรับการออกแบบห้องปลูกพืช ควรใช้ค่า DLI และ PPFD เป็นหลัก

Back