185
1 המחלקה להנדסה מכנית שם הפרויקט: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקליםProject name: Model Development of a Climate Controlled Greenhouse דו"ח מסכם ספר פרויקט שמות הסטודנטים: ירון קראוסר ורותם אדר שם המנחה: ד"ר מאיר טייטל תאריך ההגשה:17.05.2015

פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים - רותם אדר ירון קראוסר

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

1

המחלקה להנדסה מכנית

:שם הפרויקט

פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים

Project name:

Model Development of a Climate Controlled Greenhouse

ספר פרויקט –דו"ח מסכם

ירון קראוסר ורותם אדר שמות הסטודנטים:

ד"ר מאיר טייטל שם המנחה:

17.05.2015 תאריך ההגשה:

Page 2: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

2

תוכן עניינים

5 ...................................................................................................... ……………עבודה חלוקת.1

5 ............................................................................................................................. :א חלק – אדר רותם 1.1 5 .......................................................................................................................... :ב חלק – ראוסרק ירון 1.2

6. ..................................................................................................... .…………………רשימות.2

9 ......................................................................................................... …………………תקציר.3

4. EXECUTIVE SUMMARY ................................................................................................. 11

13 ....................................................................................................... ..…………………מבוא.5

14 ........................................................................................................... הצלחה ומדדי מטרות.6

14 ............................................................................................................................................. תמטרו 6.1 14 ..................................................................................................................................... הצלחה מדדי 6.2

15 ......................................................................................................... ..………ספרות סקירת.7

16 .................................................................................................. קיים מצב סקר – שיווקי רקע.8

17 ............................................................................................... מערכתי ומפרט אפיון, דרישות.9

17 ........................................................................................................................................... דרישות 9.1 17 ............................................................................................................................... הפרויקט גורמי 9.1.1

17 ........................................................................................................................... הפרויקט תכלית 9.1.1.1 17 ....................................................................................................................... הפרויקט משתמשי 9.1.1.2 17 ........................................................................................................................... הפרויקט אילוצי 9.1.1.3 17 ................................................................................................... לפרויקט הקשורים והנחות עובדות 9.1.1.4

17 ..................................................................................................................... פונקציונאליות דרישות 9.1.2 17 ............................................................................................................................ העבודה תכולת 9.1.2.1 17 ............................................................................................................................... המוצר תחום 9.1.2.2 18 ........................................................................................................... ופונקציונליות מידע דרישות 9.1.2.3

18 .................................................................................................................. פונקציונליות לא דרישות 9.1.3 18 ............................................................................................................................. עיצוב דרישות 9.1.3.1 18 .......................................................................................................................... יצועיםב דרישות 9.1.3.2 18 ........................................................................................... והפעלה משתמש ממשק ,שימוש דרישות 9.1.3.3

18 .......................................................................................................................... מערכתי ומפרט אפיון 9.2 18 ................................................................................................................................... הלקוח צרכי 9.2.1

18 .............................................................................................................................. תפעולי מרחב 9.2.1.1 18 ............................................................................................. התפעולי מהמרחב הנגזרים סביבה תנאי 9.2.1.2 19 ............................................................................................................ תרחיש או/ו משימה פרופיל 9.2.1.3 20 ................................................................................................................. ושימוש תפעול מדיניות 9.2.1.4 20 ........................................................................................................................................ עיצוב 9.2.1.5

20 ...................................................................................................................... מוקטן חממה דגם 9.2.1.5.1 20 ....................................................................................................................... "אמיתית חממה" 9.2.1.5.2

20 ............................................................................................................................... כללים ביצועים 9.2.2 20 ....................................................................................................................... מוקטן חממה דגם 9.2.2.1

21 ........................................................................................................................ מערכתיות פונקציות 9.2.3 21 ........................................................................................................... מערכתיים וביצועים פרמטרים 9.2.4

21 .......................................................................................................................... "אמיתית חממה" 9.2.4.1 21 ........................................................................................................................ מוקטן חממה מודל 9.2.4.2

22 ........................................................................................................................................ מודולים 9.2.5 22 ......................................................................................................................... מוקטן חממה דגם 9.2.5.1 22 ............................................................................................................................. אמיתית חממה 9.2.5.2

22 ....................................................................................................................................... ממשקים 9.2.6 22 ................................................................................................................. החיצון לעולם ממשקים 9.2.6.1 22 ....................................................................... השונים המודולים בין המערכת בתחום פנימיים ממשקים 9.2.6.2

Page 3: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

3

23 ........................................................................................................המערכתית ברמה יעילות דרישות 9.2.7 23 .............................................................................................. אמיתית חממה – ותקלות אמינות ,הפעלה 9.2.8

23 ............................................................................................................................. עבודה מחזורי 9.2.8.19.2.8.2 MTBF – MEAN TIME BETWEEN FAILURE ........................................................................................ 23 9.2.8.3 MTTR – MEAN TIME TO REPAIR ................................................................................................... 23 23 ........................................................................................................................... תחזוקה דרישות 9.2.8.4

23 ................................................................................................................................... פיתוח שלבי 9.2.9

25 ........................................................................................................... ..…היתכנות בדיקת.10

26 ........................................................................................................... ..…פונקציונלי ניתוח.11

26 .................................................................................................................... 0 רמה פונקציונלי פירוק 11.1 26 ................................................................................................................ 0 מודל תפיסתי תרשים 11.1.1

28 .................................................................................................................. 1 רמה פונקציונאלי פירוק 11.1 28 ............................................................................................................... 1 מודול תפיסתי תרשים 11.1.2 29 ................................................................................................................. 2 מודול תפיסתי תרשים 1.1.2

30 ............................................................................................................... 3 מודול תפיסתי תרשים 11.1.2 31 ............................................................................................................... 4 מודול תפיסתי תרשים 11.1.2 31 ............................................................................................................... 5 מודול תפיסתי תרשים 11.1.2 32 ............................................................................................................... 6 מודול תפיסתי תרשים 11.1.2 33 ............................................................................................................... 7 מודול סתיתפי תרשים 11.1.2

34 ............................................................................................................ .……חלופות ניתוח.12

34 ....................................................................................................................... קירור מערכת חלופות 12.1 MISTING SYSTEMS .................................................................................................. 34 – ערפול מערכת 12.1.1 COOLING PAD .............................................................................................................. 34 – לח מזרון 12.1.2

35 ....................................................................................................................... חימום מערכת חלופות 12.2 35 ....................................................................................................................... צנרת חימום מערכת 12.2.1 36 ........................................................................................................................... חם אוויר מערכת 12.2.2

36 ........................................................................................................................ בקרה מערכת חלופות 12.312.3.1 ARDUINO MICRO ......................................................................................................................... 36 12.3.2 RASPBERRY PI ............................................................................................................................. 37

39 ......................................................................................................... …………ראשוני תכן.13

39 ........................................................................................................................ מכאני אוורור מערכת 13.1 40 ......................................................................................................................... טבעי אוורור מערכת 13.2 41 ................................................................................................................................... צינון מערכת 13.3 43 ................................................................................................................................. חימום מערכת 13.4 45 ................................................................................................................................ הצללה מערכת 13.5 48 .................................................................................................................. םסולאריי פאנלים מערכת 13.6 50 .................................................................................................................................. בקרה מערכת 13.7

51 ........................................................................................................... ..………מפורט תכן.14

51 ........................................................................................................................ כאנימ אוורור מערכת 14.1 57 ......................................................................................................................... טבעי אוורור מערכת 14.2 65 ................................................................................................................................... צינון מערכת 14.3 75 ................................................................................................................................. חימום מערכת 14.4 90 .................................................................................................................................... הצללה מסך 14.5 96 .................................................................................................................. סולאריים פאנלים מערכת 14.6 103 .............................................................................................................................. הבקרה ערכתמ 14.7

120 ........................................................................................................ מעודכן סיכונים ניהול.15

121 ......................................................................................................... ……בדיקות תוכנית.16

122 ........................................................................................................ פרויקט ניהול תוכנית.17

17.1 WORK BREAKDOWN STRUCTURE ..................................................................................................... 122

Page 4: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

4

MS PROJECT” ......................................................................................... 124“ הפרויקט של עבודה תוכנית 17.2

127 ........................................................................................................ .……הפרויקט תוצרי.18

129 ........................................................................................................ ..……הפרויקט עלות.19

131 ........................................................................................................ .……ומסקנות סיכום.20

132 ....................................................................................................... המשך לעבודת הצעה.21

133 .......................................................................................... מפורט תכן מדוח שינויים ריכוז.22

134 ........................................................................................................ .……מקורות רשימת.23

136 ............................................................ הדוח בפרקי הוצגו שלא נתונים ודפי תיעוד, נספחים.24

141 ........................................................................................................................................ נספחים 15.3

Page 5: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

5

חלוקת עבודה .1

:חלק א –רותם אדר 1.1

מערכת אוורור וצינון: יכלול אנליזות תיאורטיות הכוללות מאזני אנרגיה, חישובי ספיקות

חישובי המערכות כולל בחירת רכיבים '. וכואוויר, הפסדי זרימה, חישובי מערכת צינון

ובדגם מ"ר 400 –בחממה ששטחה כ מתאימים, תכנון גודל הרכיבים ותכנון דרך הרכבתם

חממה מוקטן.

על דגם חממה איםטלוופוטו "הרכבת התאים הואופן אנרגיה סולארית: תכנון תיאורטי "

מוקטן.

תכנון והרכבה של כל הנושא הקשור לאוורור וצינון בדגם. דגם החממהבניית :

:חלק ב –ירון קראוסר 1.2

:הכוללים מ"ר 400 –לחממה ששטחה כ יכלול את חישובי מערכת החימוםמערכת החימום

ת נדרשת על מנת להחזיר חישובי איבוד חום דרך דפנות החממה חישובי גודל וחומר צנר

לטמפרטורה הרצויה, חישובי משאבה וחישובי וחימום האוויר במבנהבד את החום שא

מחמם מים.

:בחירת בקר מתאים לפרויקט, כתיבת אלגוריתם הבקרה שיכלול קליטת מערכת בקרה

השונים עיבוד הנתונים ובחירת מערכת מתאימה בדגם, בנוסף תכתב גם נתונים מהחיישנים

תוכנה למחשב אשר בעזרתה יהיה ניתן לראות את נתוני כל החיישנים על צג המחשב

ולערוך סימולציות שונות על מנת לראות את תגובת החממה במצבים שונים.

תם בדגם, בחירת בניית המערכות של )חימום + מסך תרמי( והתקנ :דגם החממהבניית

חיישני טמפרטורה לחות ועוצמת אור מתאימים ותכנון מיקום חיישנים בדגם.

Page 6: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

6

רשימות .2

מספר עמוד תיאור רשימת איורים

SolidWorksשרטוט החממה בתוכנת 3.5.1איור

10

21 שלדת החממה 9.2.5.1איור

33 מערכת ערפול 12.1.1איור

33 לחמזרון 12.1.2איור

34 מערכת חימום צנרת 12.2.1איור

36 בקר "ארדויאנו" 12.3.1איור

36 בקר "רספריי פיי" 12.3.2איור

39 מנגנון הפעלת מערכת חלונות טבעיים 13.2איור

40 תיאור מזרון לח 13.3.1איור

41 תרשים מנגנון מערכת צינון 13.3.2איור

43 מיםתרשים מערכת חימום 13.4איור

44 סוגי קרינה שונים ע"פ אורכי גל 13.5.1איור

44 צורת המדידה של אורך גל 13.5.2איור

45 ההבדלים בין רגישות האדם לרגישות הצמחים לאורכי גל שונים 13.5.3איור

46 חדירת קרני שמש אל הצמחים 13.5.4איור

47 מבנה תא סולארי 13.6.1איור

48 סיליקוןמבנה ה 13.6.2איור

EM50 53דגם 14.1.1איור

EC50 54דגם 14.1.2איור

VD4130 55דגם 14.1.3איור

פיזור הלחצים מחוץ לחממה ובתוך בחממה כתלות בגובה החלון 14.2.1איור "Boulard & Baille" ע"פ תיאוריית

58

Rack & Pinion" 60מנגנון " 14.2.2איור

60 ממהמבט על של הח 14.2.3איור

61 חתך החממה )מבט פנים( 14.2.4איור

62 דיאגרמת גוף חופשי על קשת החממה 14.2.5איור

64 גיאומטריית המזרון 14.3.1איור

65 מפרט טכני מזרון לח 14.3.2איור

72 דיאגרמת מודי )מזרון לח( 14.3.3איור

76 על מבנה החממה ISO & FRONTמבט 14.4.1איור

88 שיטות פריסת צנרת חימום 14.4.3איור

91 צורת חיבור "מרזב מרזב" 14.5.1איור

91 צורת חיבור כאשר המסך מחובר אל דופן החממה ונפרש לאורכה 14.5.2איור

92 מערכת שיפוע ישר שיפוע 14.5.3איור

92 רמות כיסוי שונות 14.5.4איור

הסבר מכני של מסך הצללה מחברת 14.5.5איור "VRE SYSTEMS"

95

96 סידור הפאנלים על גבי החממה 14.6.1איור

98 מידות הפאנל הסולארי עבור החממה 14.6.2איור

99 סכמת חיבור הרכיבים וסדר חיבורם עבור מערכת פנלים סולאריים 14.6.3איור

100 צורת חיבור הפנלים הסולאריים 14.6.4איור

Page 7: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

7

102 תצורת חיבור הסוללו 14.6.5איור

14.6.6איור

103 .השוני בין גל סינוס טהור לבין קירוב לגל סינוס

104 מקרא צבעים של ספק הכוח 14.7.1איור

Relay Board 105 –סכמת המעגל החשמלי של ה 14.7.2איור

105 ושמות חיבור Micro Switch –מבנה ה 14.7.3איור

MULTIFAN 4212h 106מאוורר 14.7.4איור

106 אינקודר סיבובי 14.7.5איור

סכמת חיבור המעגל החשמלי של ה"מודל" בין המערכות השונות 14.7.6איור אל הבקר

107

109 צורת חיבור חיישני טמפ' ולחות 14.7.7איור

109 אופן חיבור חיישן הטמפ' 14.7.8איור

109 אופן חיבור חיישן עוצמת אור אל המערכת 14.7.9איור

110 מערכת חימום 14.7.10איור

111 מערכת צינון 14.7.11איור

111 מערכת מסך הצללה 14.7.12איור

112 מערכת אוורור טבעי 14.7.13איור

115 סדר פעולות הבקר בהתאם לשינוי הטמפ' בבית החממה 14.7.14איור

116 סדר פעולות הבקר בהתאם לשינוי לחות בתוך בית החממה 14.7.15איור

117 מסך פתיחה :משתמשממשק 14.7.16איור

117 והתחברות לחממה portמשתמש: מסך בחירת ממשק 14.7.17איור

118 מסך בחירת מצב עבודה :משתמשממשק 14.7.18איור

118 מסך עבודה מצב ידני :משתמשק ממש 14.7.19איור

119 אוטומטימסך עבודה מצב :משתמשממשק 14.7.20איור

SolidWorks 127החממה בתוכנת תכנון 18.1איור

127 החממהמודל 18.2איור

128 ממשק המשתמשתוכנת 18.3איור

ספיקת המאווררים כתלות בהפרש הטמפ' בין בית החממה 14.1.1גרף לסביבה

51

113 עבור טמפ' רצויה בתנור ON/OFFמציג בקרת 14.7.1גרף

66 תהליך ירידת הטמפ' בבית החממה 14.3.1תרשים

68 תהליך מציאת הלחות היחסית והסגולית 14.3.2תרשים

87 דיאגרמת מודי 14.4.2תרשים

מספר עמוד תיאור רשימת טבלאות

9.2.1.3טבלה 18 סיכום תרחישים ותהליכים

34 חלופות מערכת צינון 12.1טבלה

35 חלופות מערכת חימום 12.2טבלה

12.3טבלה 37 חלופות בקר המערכת

EM50 14.1.1טבלה 53 –נתונים טכניים דגם

EC50 14.1.2טבלה –נתונים טכניים דגם 54

55 –נתונים טכניים דגם Multifan 130 14.1.3בלה ט

56 מקדמי ריקון לפי מספר תיאוריות 14.2.1טבלה

57 מקדם לחץ של הרוח 14.2.2טבלה

Page 8: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

8

14.2.3טבלה 59 ריכוז נתונים )מערכת אוורור טבעי(

"Ridder" 14.2.4טבלה 63 –בחירת מנוע מחברת

14.3.1טבלה 70 תכונות של מים

14.3.2ה טבל 71 מקדמי הפסדים לאורך הצינור

14.3.3טבלה 72 מקדמי חספוס עבור חומרים שונים

14.4.1טבלה 74 מקדמי מעבר חום כולל הנפלט מבית החממה ע"פ מספר תיאוריות

14.4.2טבלה 79 תכונות של מים בלחץ אטמוספרי

14.4.3טבלה 80 מ"צ 85תכונות המים בטמפ'

14.4.4טבלה 82 לציות של מספר "נוסלט" לפי משטרי זרימה שוניםקור

14.4.5טבלה 83 תכונות של אוויר בלחץ אטמוספרי

14.4.6טבלה 84 מ"ק 323.5תכונות האוויר בטמפ'

85 מקדם הסעה חופשית לפי מגוון קורלציות שונות 14.4.7טבלה

14.4.8טבלה 89 מקדמי הפסד מקומיים

14.5.1טבלה 93 עבור מקומות נפוצים עוצמת הארה

14.5.2טבלה חומרים שונים הממוינים ע"פ אחוזי כיסוי וחסכון באנרגיה בשעות הלילה

94

14.6.1טבלה "TYP - Typical Meteorological Year" 97

14.6.2טבלה סכום הקרינה הפוגעת בפאנל עבור זוויות וכיוונים שונים ביחס לקרקע והשמש

97

14.6.3טבלה 99 כוז נתוני קרינה עבור חודשי הקיץ והחורף בנפרדרי

–נתוני בקר טעינה של חברת 14.6.4טבלה "MasterVolt"

100

14.6.5טבלה 102 נתוני סוללת ליתיום יון

14.6.6טבלה –נתוני ממיר מתח של חברת "Xtender Series"

103

14.6.7טבלה ננתסיכום הספקים שאפשר לקבל מהמערכת המתוכ 103

14.7.1טבלה 108 מתארת את הרכיבים המחוברים הכניסות/ יציאות הדיגיטליות

14.7.2טבלה האנלוגיותמתארת את הרכיבים המחוברים אל הכניסות 108

15.1טבלה 117 ניהול סיכונים

20בלה ט דרישות הפרויקטניתוח 120

Page 9: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

9

מנהלים תקציר .3

מטרות ודרישות עיקריות 3.1

ים ובניית דגם להדגמת עקרונות ניהול המיקרו מטרת הפרויקט הינה תכנון חממה מבוקרת אקלאקלים בחממה. פרויקט זה הוצע ע"י המכון להנדסה חקלאית ודרישותיו הוגדרו חלקם על ידי

יחד אתנו.וחלקם המנחה

הפרויקט כולל את כל החישובים התאורטיים הרלוונטיים לבחירת מערכות ניהול האקלים פעולת והפרויקט את ( שמטרתו להציג ולהדגים20השונות. בנוסף נבנה דגם מוקטן )פי

המערכות השונות.

הדרישות העיקריות הם:

2392חישובי המערכות בוצעו עבור חממה בעלת שטחm.

המערכות השונות תוכננו כך שתאפשרנה להתמודד עם תנאי סביבה המתאימים לאזור הערבה.

25היא הטמפרטורה הרצויה בתוך החממה ביום[ ]C 16 -ו[ ]C.בלילה

85%- הלחות היחסית בתוך החממה היא כ.

רייםאע"י פאנלים סול המכאני תופעל מערכת האוורור.

מתודולוגיה הנדסית ושיטת איסוף נתונים 3.2

לים קיימות בחממות ואיך הן עובדות. בנוסף בשלב הראשון בדקנו וחקרנו איזה מערכות אקהסתובבנו בין חממות קיימות אצל מגדלים ועל פי תמונות שצילמנו תכננו את מבנה החממה

בעיות עיקריות: 2-שלנו. האתגר בפרויקט התחלק ל

כל המערכות עבור חממה בסדר גודל אמיתיתכנון.

.בניית מודל מוקטן

לות בחממות על מנת לווסת את האקלים לטמפרטורה חקרנו מהם המערכות השונות המקובוללחות הרצויה )מערכות חימום, קירור, אוורור והצללה(. בנוסף בדקנו מאילו רכיבים מערכות

במקביל לתכנון מערכות החממה אלו בנויות ומה הם החישובים שאיתם נצטרך להתמודד.באיזה בקר נשתמש, ואיך נוכל התחלנו גם לתכנן את בניית המודל, מאיזה חומר הוא יבנה,

מודל" ידגים בצורה הטובה ביותר את עבודת החממה ה"אמתית".”ליישם כל מערכת כך שה

חלופות מערכתיות עיקריות 3.3

:מערכת צינון

.מערכת ערפול

.מזרון לח

:מערכת חימום

.צנרת מים חמים

.אוויר חם

Page 10: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

10

עיקרי הפתרון ההנדסי/טכני מדעי כפי שמומש 3.4

214חממה ה"אמתית" בעלת שטח רצפה של ה 28[m ]X כוללת שש מערכות עיקריותו:

.מערכת קירור באמצעות מזרון לח וצמד מאווררים

.מערכת אוורור ע"י חלון הנפתח ונסגר על פי הצורך

.צינורות מים חמים

.מסך הצללה

.שורה של פאנלים סולאריים לרוחב החממה

.מערכת בקרה

21.4 מודל הינו בעל שטח רצפה שלה 0.7[m ]X אמתית" ”והוא כולל את כל מערכות החממה ה

ללא הפאנלים הסולריים. הדגם כולל מערכת בקרה ותוכנת ממשק משתמש המאפשרים את הפעלת כל מערכות החממה

עיקרי המסקנות והמלצות 3.5

תנאים רצויים ע"י המערכות שתוכננו בערבה ניתן לשלוט על אקלים חממה ולהביאה ל בפרויקט זה.

אמתיתדגם חממה יכול להראות היטב את עקרונות ההפעלה של מערכות בחממה.

הפאנלים הסולריים תוכננו רק על מנת להפעיל את מאווררי החממה אך ניתן לתכנן אתנווט את החשמל למערכות אחרות בזמן שהמאווררים לא מערכת הבקרה כך שת

.יםעובד

.ניתן גם להוסיף מערכות דישון והשקיה אוטומטיות

SolidWorksשרטוט החממה בתוכנת - 3.5.1איור

Page 11: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

11

4. Executive Summary

4.1 Goals and main requirements

The purpose of this project is to design a Climate Controlled Greenhouse. This

project was proposed by the Institute of Agricultural Engineering and its

requirements were defined partly by our mentor and partly along with us.

The project includes all of the relevant calculations for setting the different

greenhouse systems. In addition, a scale model which demonstrates the control

of the different systems in a greenhouse was built.

The main requirements are:

All system calculations were made for a greenhouse with a floor area

size of 2392m .

The various systems were designed to handle with environmental

conditions of the "Arava" region.

The desired temperature inside of the greenhouse at day and night are

25[ ]C and 16[ ]C respectively.

The desired relative humidity in the greenhouse is about85% .

The fans of the ventilation system operate with solar panels.

4.2 Scientific – Engineering Methodology

At first, the climate systems in greenhouses were explored and attention was

given to the way they work. Furthermore, and the structure design was based

on pictures that were taken in real greenhouses.

The challenge in the project is divided into two major problems:

Design all the systems for a real size greenhouse.

Build a scale model.

Systems that are common in greenhouses were specifically explored in order to

determine those who regulate the climate to the desired temperature and

humidity (heating, cooling, ventilation and shading systems).In addition we

examined which components these systems are built of and what calculation

we have to deal with.

While we have planned the greenhouse system, we also started building the

scale model, setting which material and which controller to use and, finally

implementing all systems that to best demonstrate how the real greenhouse

works.

Page 12: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

12

4.3 Main Alternatives

Cooling system:

Misting system.

Cooling pad system.

Heating system:

Hat water pipe system.

Hot air system.

4.4 The Scientific-Engineering Solution

The floor area of the “real” greenhouse is 214 28[m ]X and it includes five main

systems:

Cooling system with Cooling pad and pair of fans.

Ventilation system based window that opens and closes whenever

needed.

Hot water pipes system.

Shade curtains.

Array of solar panels across the greenhouse.

The floor area of the scale model is 21.4 0.7[m ]X and it includes all the systems

of the “real” greenhouse, yet without the solar panels, but with a control system

and software to run the greenhouse systems.

4.5 Conclusion

In the "Arava" it is possible to control the greenhouse microclimate and

bring it to desired conditions by the systems designed in this project.

The model can adequately demonstrate the operation principles of

systems in a greenhouse.

The solar panels are designed only for operating the fans however; it is

possible to design the control system in order to navigate the electricity

to other systems even if the fans do not work.

It is possible to add automatic irrigation and fertilization systems.

.

Page 13: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

13

מבוא .5

חממה היא מבנה המשמש לגידולים שונים כגון: צמחים, פירות, ירקות וצמחי נוי. מבנה החממה . מעטפת )חצי קשת( מורכב בדרך כלל ממסבך מוטות פלדה וגג הבנוי מצורה של "גמלונים"

שקוף ככל שניתן על מנת לאפשר לאור השמש לחדור אל מפוליאתילןעשויה בדרך כללהחממה בין בית החממה לסביבה החיצונית. תרמי , כמו כן לאפשר בידודבית החממה

מתמדת, זאת עקב העובדה הנמצא במגמת עלייהתחום הגידולים המוגנים הינו תחום שהתוצרת בחממות גבוהה משמעותית מזו המושגת בשדות פתוחים. בנוסף ישנו גידול מתמיד

ית. פרט לעובדה שגידול בחממה יעיל באוכלוסייה בעולם ומכאן עלייה בדרישות לתוצרת חקלאבאופן טבעי ם לא ניתן לגדליותר משדות פתוחים הוא גם מאפשר גידול יבולים במקומות בה

תורם מוגנים קשים. יתרה מזאת שימוש במבני חממות לגידולים אקליםו תנאי סביבה עקב

.במי תהום מכיוון שישנו צמצום בחומרי הדברה וזיהומים אפשריים יותר ביבה נקייהלסהפרויקט "חממה מבוקרת אקלים" מחולק לשני חלקים עיקריים. חלקו הראשון של הפרויקט הינו

שבו נדרשנו לתאר ולחשב את המערכות השונות תיאורטיפיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים . החלק השני הינו אשר עובדות באופן עצמאי לחלוטין בעזרת מערכת בקרה בבית החממה

תוך יישום הקווים מבנה החממה צברנו בחלק התיאורטי ובניית מודל מוקטן שלש שימוש בידע. מטרת המודל המוקטן הינו הצגת חממה מבוקרת אקלים הנשלטת המנחים מהחלק הראשון

באופן עצמאי לחלוטין בעזרת מערכת בקרה, תוך שימוש בפאנלים סולאריים להפעלת המערכות השונות.

. הסקירה כללה קריאתסקירה מקיפה עבור כל תתי המערכות לבצע במהלך הפרויקט נדרשנומאמרים, פגישה מקצועית עם המנחה והתקשרות עם מספר חברות המתכננות חממות

כמו כן נדרשנו לבצע חישובים תיאורטיים עבור המערכות השונות כגון מאזני .מבוקרות אקליםתכנון התיאורטי של הפרויקט היה עלינו במהלך ה אנרגיה, ספיקות אוויר ומים, חישובי חוזק וכו'.

בריתוך, חיתוך צורות והתנסינו בבית מלאכה עבדנו ולכן של החממה לבנות את הדגם המוקטןבמהלך הפרויקט נחשפנו לטכנולוגיות חדשות כמו .זהות וכתיבת אלגוריתם לכרטיס הבקרה שונות ועוד. מערכות צינון וחימום ולתאים-כרטיסי בקרה שונים, מערכת תאים פוטו

מבנה מוקטן של חממה מ"ר ו 400לחממה בעלת שטח של תוצרי הפרויקט כוללים רקע תיאורטיבעזרת המודל ניתן לנתח תופעות חדשות המתרחשות .המכיל את המערכות לניהול אקלים

בבית החממה בתנאים קיצוניים כמו ניתוח של מודלים מוקטנים של מטוסים, ספינות וכו'. כמו כן ויצמן( מכון רת המודל ניתן להדגים כיצד המערכות בחממה פועלות בבתי ספר, מכוני מחקר )בעז וכו'.

Page 14: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

14

מטרות ומדדי הצלחה .6

מטרות 6.1

מטרת הפרויקט הינו פיתוח דגם חממה חכם שיציג את עקרונות ניהול האקלים של בתיכן יציג הדגם חיישנים ועקרונות כמו (, צינון, חימום, בקרהאוורורקירור, ת ו)מערכצמיחה

מדידה של פרמטרים אקלימיים בחממה.

.פיתוח מערכת בקרה המחוברת לחיישנים השונים ושולטת על מערכות ניהול האקלים מערכת הבקרה תבצע בדיקות וויסות טמפרטורות ותדע לאזן את האקלים לרמה הרצויה

ה.בחממ

,המערכות הנ"ל, חישוב תיאורטי של ניתוחהבנה של המערכות לניהול אקלים בחממה הנדסי של המערכות ובחירת הרכיבים המתאימים.

המציג את עקרונות חממה מבוקרת אקלים. בבית מלאכה בניית דגם מוקטן

טמפרטורה ולחות ,חיישני אור ,בניית מערכת בקרה הכוללת בקר ראשי.

החממה. כתיבת אלגוריתם לכרטיס הבקרה השולט על המערכות השונות במודל

מדדי הצלחה 6.2

ללא תקלות המערכות השונות פעולות באופן אוטונומישבו כל מודלבניית.

.תכנון כל המערכות הדרושות לניהול האקלים בחממה, כולל בחירת הרכיבים המתאימים

כתיבת אלגוריתם .טמפרטורה ולחות ,חיישני אור ,בניית מערכת בקרה הכוללת בקר ראשי ת המערכות השונות ומדגים פעולה של חממה אמתית.שמצליח להפעיל א

Page 15: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

15

סקירת ספרות .7

[1.] F. J. Baptista; B. J. Bailey; J. M. Randall; J. F. Meneses,

"Greenhouse Ventilation Rate: Theory Natural and Measurement

with Tracer Gas Techniques", J. Agric. Engng Res. 72, 363-374, 1998.

המאמר מציג ומתאר את כוחות הרוח והציפה הפועלים יחד במערכת האוורור הטבעי

בחממה. כמו כן המאמר עוסק במציאת נוסחה המתארת את ספיקת האוויר החודרת דרך

ר ואת מפלי הלחץ על חתך החלון כפונקציה של כוחות הרוח והציפה.וחלונות האוור

[2.] G. Vox; M. Teitel; A. Pardossi; A. Minuto; F. Tinivella; E. Schettini,

"Sustainable Greenhouse Systems", Sustainable Agriculture 1-79, 2010.

פעולות בחממה כגון: מערכת חימום, צינון, אוורור, תאים שאת המערכות מאמר מתאר

ערכת בבית החממה.סולאריים וכו'. כמו כן המאמר מציג חלופות מערכתיות עבור כל מ

[3.] J. C Roy; T. Boulard; C. Kittas; S. Wang,

"Convective and Ventilation Transfers in Greenhouses, Part 1:

The Greenhouse considered as a Perfectly Stirred Tank".

Biosystems Engineering 83(1), 1-20, 2002.

המאמר עוסק באפיון ומידול תרומת מעבר מנגנוני ההסעה לשמירה על אקלים במבנה

החממה. כמו כן המאמר מציג סימולציות הקשורות לתהליך האוורור ע"י משוואת ברנולי

מצעות מדידת ספיקת האוויר. בעזרת המדידות נמצאו מקדמים של ופרמטרים אמפיריים בא

מספר משטחים שונים ותופעות המתרחשות במערכת האוורור והחימום.

[4.] Ryer A. Light Measurement Handbook, International Light Inc., 1997.

ים בנושא יסהספר עוסק בהסברים פיזיקליים לגבי מהו אור, כיצד מודדים אור ועקרונות בסי

תאורה.

[5.] Vince Lombardi, “Solar Power 101”, Virginia Tech, 2012.

ים וצורות חיבור שונות.יראמאמר המפרט את הרכיבים השונים של מערכות פאנלים סול

Page 16: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

16

סקר מצב קיים –רקע שיווקי .8

במהלך השנים האחרונות האנרגיה הירוקה והתחום של האנרגיה הסולארית בפרט במגמתוהורדת הארץ כדור, זאת עקב הצורך במתן פתרונות להתחממות הגלובאלית של לייה מתמדתע

בהקמת חממות מבוקרות אקלים אך . כיום ישנן חברות רבות העוסקותבסביבה המזהמיםכמות מכיוון שנצילותם מרביתן אינן משלבות תאים סולאריים להפעלת המערכות בבית החממה

נמוכה ובנוסף הם Flexible Transparent PV)) ם למחצההאנרגטית של התאים השקופי .במידה והם נמצאים על גוף החממה יוצרים הצללה חלקית על הגידולים

של הכנסת מערכות בקרה אנו עדים לתופעה בתעשיית בתי הגידול במהלך השנים האחרונותחממות למערכות השונות בבית החממה. חשוב לציין שתהליך זה הינו יקר משמעותית מ

הנשענות ע"י פועלים המפעילים את המערכות ולכן בתי הגידול אינם ממהרים לעבור בתעשייה ישנם חממות למרות השיפור בגידולים. יחד עם זאת לטכנולוגיות מתקדמות

.תתי המערכות בבית החממהחלק משמשלבות בקרה לורכי מחקר לצ משמשות בדרך כללמערכות החממות שמשלבות מערכת אוטונומית לכל ה

.הצגת תופעות המתרחשות במבנה החממהלו

חממות הנמצאות היום בשימוש מסחרי:לחברות המקימות דוגמאות

.“TOP Greenhouse Ltd” שם החברה: .1

ישראל. מיקום החברה:

יא אחת החברות המובילות בישראל במתן מגוון רחב של פרויקטיה תחום עיסוק:key– Turn ,ם, לרשתות קמעונאיות ולמשקיעים ברחבי העולםפתרונות חקלאיים למגדלי.

.”ם חקלאות מתקדמתרו"עז שם החברה: .2

ישראל. מיקום החברה:

היא החברה המובילה בארץ ובין החברות המובילות בעולם בייצור "עזרום" תחום עיסוק: .חממות ובתי צמיחה לכל גידול בכל תנאי אקלים

.”דגן“ שם החברה: .3

, ישראל.מושב חניאל מיקום החברה:

חברת דגן הינה מהחברות המובילות בתחום הפרויקטים החקלאים, תחום עיסוק:החברה מתמחה בכל תחומי הפעילויות האוטומציה בחקלאות ומכלול בקרת האקלים.

טכנולוגיות \המקצועיות החל מתכנון והנדסה, יצור, אינטגרציה ותמיכה של מערכות טכניות אות יעילות ורווחיות.וכן בשיטות ומוצרים להבטחת תוצ

ישראל. מיקום החברה:

Page 17: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

17

דרישות, אפיון ומפרט מערכתי .9

דרישות 9.1

גורמי הפרויקט 9.1.1

תכלית הפרויקט 9.1.1.1

תכנון תיאורטי לחממה סטנדרטית ובניית מודל מוקטן למערכת חממה מבוקרת אקלים אשר .תפעל באופן אוטונומי ותשמש להדגמה

קטמשתמשי הפרוי 9.1.1.2

.חקלאיים פרטיים

.מוסדות לצרכי מחקר

.ישובים בעלי שטחים חקלאיים

אילוצי הפרויקט 9.1.1.3

2392" האמתיתשטח ה"חממהm.

.תנאי אקלים באזור הערבה

.בניית מודל מוקטן

עובדות והנחות הקשורים לפרויקט 9.1.1.4

תועלת. הם -, משיקולי עלותלבתי גידולייעודים ינם רכיבים אחלק מהרכיבים שנבחרו לפרויקט המערכת. נבחרו בקפידה תוך חישובים והתאמה מרבית לדרישות

פונקציונאליותדרישות 9.1.2

תכולת העבודה 9.1.2.1

2392דינמיים ומעבר חום, בהולכה והסעה עבור חממה ששטחה-חישובים תרמוm.

ון מערכת תכנ –מערכת אוורור טבעי"Rack & Pinion" .לפתיחת החלונות באופן מכאני

בחירת מאווררים והצבתם במבנה החממה. –מערכת אוורור מאולץ

תכנון מערכת המצננת את בית החממה ומורידה לחות בעלת מזרון לח –מערכת צינון(Cooling Pad.)

טיכלמן". ריסתפ תכנון מערכת חימום בעזרת צנרת מים חמים בשיטת –מערכת חימום"

וולטאים" שקופים -תכנון ההתקנה של מערכת תאים "פוטו -מערכת פאנלים סולאריים .למחצה לייצור חשמל להנעת המאווררים

וחסימת קרינת שמש )בשעות הלילה( תכנון מסך תרמי למניעת איבודי חום -מערכת הצללה .בעל כיסוי חלקי חזקה בצהרי היום

ם מתאימים.רת כרטיס אלקטרוני ובחירת חיישנית בקרה בעזתכנון מערכ –בקרה מערכת

בניית ממשק משתמש ואלגוריתם בקרה שיוכל לדמות מצבי אקלים שונים בחממה.

תחום המוצר 9.1.2.2

המוצר הינו חממה שתפעל באופן אוטונומי ללא עזרת אדם, המערכת תתמודד עם מצבי אקלים .השונות בהתאם למצב הרצוי שונים ותיתן מענה באמצעות הפעלת המערכות

Page 18: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

18

דרישות מידע ופונקציונליות 9.1.2.3

על המוצר לספק תנאי אקלים אופטימליים לגידול שנבחר )פלפלים עבור הפרויקט( והפעלת המערכות באופן אופטימלי תוך שמירה על סביבה נקייה וחסכון באנרגיה.

דרישות לא פונקציונליות 9.1.3

דרישות עיצוב 9.1.3.1

30.7 בעל מידות יורכב משני גמלונים החממה המוקטן מודל 1.4 0.3[ ]X X m.

4 יורכב ממוטות פלדה בעל קוטר חיצוני של מודל החממה המוקטן מסבך[ ]mm.

מערכות האוורור והצינון יותקנו בדפנות החממה על מנת לאפשר סירקולציה מיטבית של .אוויר

אנלים סולאריים בוצע למערכת פאנלים רגילה אשר מותקנת לצד מבנה תכנון מערכת פיותקנו פאנלים שקופים למחצה על גג החממה. ישנה אפשרות שעבור המודל המוקטן

המבנה.

ביצועיםדרישות 9.1.3.2

כאני ואם המ" לניצול מרבי של מערכת האוורור איםוולט-תכנון אפקטיבי של התאים ה"פוטו .ת חשמל לשאר המערכות הצורכות חשמלישנה אפשרות אספק

זיהוי מצבי אקלים ומתן מענה לפי דרישת המשתמש.

חיישנים בעלי דיוק גבוה.

תחזוקה מינימאלית –אמינות גבוהה של המודל.

עמידות תתי המערכת לאורך זמן בתנאי אקלים קיצוניים.

דרישות שימוש, ממשק משתמש והפעלה 9.1.3.3

ונומימערכת תפעל באופן אוטה.

מערכות החממהפעיל את מערכת הבקרה ת.

באופן עצמאי. ל את המערכות השונותתינתן אפשרות למשתמש להפעי

יהיה אפשר להגדיר טמפרטורה ועוצמת אור יום בתוך החממה על מנת לראות איך מערכת הבקרה מגיבה בהתאם.

אפיון ומפרט מערכתי 9.2

צרכי הלקוח 9.2.1

מרחב תפעולי 9.2.1.1

תפעל בשטח חקלאי המיועד לשטח החממה ולתתי המערכות השונותהאמתיתחממה "ה ".

חממה המוקטן" יורכב בבית מלאכה ויופעל בשטח המכללה על מנת להציג עקרונות "דגם ה .הפעלה ובקרה של חממה

מערכת החממה תפעל בצורה אוטונומית ע"י מערכת בקרה, תינתן אפשרות למעקף ידני .תקלות רתולנלצורך תיקון

תנאי סביבה הנגזרים מהמרחב התפעולי 9.2.1.2

הינם מתאימים לתנאי אקלים בישראל.האמתיתתנאי הסביבה עבור "החממה "

Page 19: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

19

קרינה סולארית של עד0 2

1000[ ]W

Sm

.

:38 טמפרטורה מקסימאלית ממוצעת בקיץ באזור הערבה הינהAveT C .

27%אלית ממוצעת בקיץ באזור הערבה הינה: לחות יחסית מינמ .

:מהירות רוח ממוצעת באזור הערבה הינה_V 3.6[ ]Amb wind

ms

.

פרופיל משימה ו/או תרחיש 9.2.1.3

תהליך הבא תיאור התהליך תהליך מודול תרחיש

_day 0T 28 & 1000G S

טמפרטורת בית החממה

צוי במשך שעות גבוהה מהר

היום.

מערכת אוורור

טבעי

פתיחת חלונות בעזרת מנגנון אוורר טבעי

Rack & Pinion" מאפשר כניסת ,"

אוויר נקי לבית החממה

מערכת

אוורור מכאני

מערכת אוורור

מכאני

מערכת צינון הפעלת המאווררים וסגירת החלונות אוורור מאולץ

לת מערכת מזרון לח, בעזרתה ניתן הפע מערכת מזרון לח מערכת צינון

להוריד את טמפרטורת בית החממה.

-------------

_day 0T 16 & 1000G S

טמפרטורת בית החממה

נמוכה מהרצוי במשך שעות

היום.

חימום המים ע"י הבוילר והזרמת המים חימום החממה מערכת חימום

החמים בצנרת ברזל הממוקמת בבית

החממה

-------------

_night 0T 30 & 1000G S

טמפרטורת בית החממה

גבוהה מהרצוי במשך שעות

הלילה.

הפעלת מערכת מזרון לח, בעזרתה ניתן מערכת מזרון לח מערכת צינון

להוריד את טמפרטורת בית החממה.

-------------

_night 0T 16 & 1000G S

טמפרטורת בית החממה

נמוכה מהרצוי במשך שעות

הלילה.

חימום המים ע"י הבוילר והזרמת המים חימום החממה מערכת חימום

החמים בצנרת ברזל הממוקמת בבית

החממה

-------------

מניעת איבוד חום מסך הצללה

בקרינה

למניעת איבוד חום תרמיפתיחת מסך

הנאגר בבית החממה במהלך שעות

היום

-------------

0_Max 21000

WS

m כאשר

ישנה קרינת שמש

קליטת אנרגיית פאנלים סולריים

השמש

הפיכת אנרגיית השמש לחשמל עבור

מערכות החממה.

-------------

0_Max 21000

WS

m

קרינת שמש נמוכה

הספקת חשמל למערכות החממה הספקת חשמל מצברים

של מערכת הפאנלים מהמצברים

הסולאריים.

-------------

סיכום תרחישים ותהליכים – 9.2.1.3טבלה

Page 20: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

20

מדיניות תפעול ושימוש 9.2.1.4

מערכת האוורור הטבעי תפעל ע"י מערכת הבקרה בכל עת שבה הפרש הטמפ' בין חוץ מ"צ. 3 החממה לחלל החממה אינו עולה על

מערכת האוורור המכאני תפעל ע"י מערכת הבקרה כאשר מערכת האוורור הטבעי לאבנוסף . מ"צ 3 -קטן מ עת שבה הפרש הטמפ' בין חוץ החממה לחלל החממה מספיקה ובכל

החממה אם ישנו צורךתעזור למערכת הצינון לקרר את חלל

מערכת צינון תפעל על מנת להוריד טמפ' ולחות ותפעל גם היא בצורה אוטונומית.

נת להניע " תפעל בכל עת שבה יש קרינת שמש מספקת על מאיםטלוו –מערכת תאים "פוטו

כמו כן תינתן .החשמל יטעין את המצברים את המאווררים בנוסף כאשר אין צורך במאווררים

אפשרות להניע מערכות נוספות כאשר אין צורך במערכת האוורור המכאני.

.מערכת מסך הצללה תופעל בשעות הלילה על מנת לשמור על חום בית החממה

עיצוב 9.2.1.5

דגם חממה מוקטן 9.2.1.5.1

" שרטוט מודל החממה והמערכות בתוכנתSolidWorks."

בנייה ובחירת מיקום המערכות (מ"מ 4 חיצוני קוטר)מבנה המודל יורכב ממוטות פלדה .

השונות יהיה זהה למערכות ב"חממה האמתית".

21.4מידות המודל יהיו 0.7[ ]X m.

שינוע המודל. לוח החשמל יחובר באמצעות פיני חיבור מהיר, לצורך

( ממשק אדם משתמשGUI בו תינתן אפשרות לקבל את המידע אודות תנאי האקלים בבית )

אפשרות להפעיל ולכבות את המערכות השונות. ההחממה ומחוצה לה, בנוסף תהי

יריעת הפוליאתילן תחובר באמצעות מגנטים על מנת שיהיה אפשר להוריד אותה עבור

החממה.תיקונים או שינויים במערכות

"אמתית"חממה 9.2.1.5.2

214 -שטח מבנה החממה המדויק הינו 28 392FA m .

ביצועים כללים 9.2.2

דגם חממה מוקטן 9.2.2.1

.ניתן יהיה להתאים את המערכת לצרכי הלקוח על מנת לבצע ניסויים

.מערכת קלה ונוחה לשינוע

:בחירת חומרים "מ.מ 4מסבך החממה: מוטות פלדה .1 מעטפת החממה: יריעת פוליאתילן שקופה. .2 מסך תרמי: רשת "פולי שק". .3 מ"מ, מיכל מים מפלסטיק. PVC 8מערכת חימום: צינורות .4 מ"מ, מזרון לח, משאבה ומיכל. PVC 8מערכת צינון: צינורות .5מערכת סולארית: תאים "פוטו וולטאים" שקופים למחצה הנדבקים על יריעת .6

.הפוליאתילן מ"מ, גג"ש, מנוע. 4ורור טבעי" מוטות פלדה או"מערכת .7

Page 21: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

21

פונקציות מערכתיות 9.2.3

בקרה ושליטה על ביצועי כלל המערכות.

שליטה על תזמון פעולת כלל המערכת.

אפשרות הפעלה ידנית של כלל המערכות.

פרמטרים וביצועים מערכתיים 9.2.4

תית""חממה אמ 9.2.4.1

מערכת חימום: .1

שלתכנון הבוילר להספק: Heat_lossQ 30[ ]KW.

תכנון צנרת חימום בוצע לטמפ' כניסה של: _ _T 90Heat pipe in C .

מערכת קירור: .2

תכנון המזרון לח למהירות אוויר של: _V 1[ ]Pad Air

ms

.

ספיקת מים העוברת במזרון הלח ללא מקדמי בטחון והפסדים3

Pad_WaterQ 0.0001[ ]sec

m.

ערכת אוורור מכאני:מ .3

תיאורטית ספיקת אוויר3

MechanicalQ 65856 [ ]mh

.

מערכת אוורור טבעי: .4

285כוחות הפועלים על החלון כולל השפעת רוח ומשקל עצמי הוא[ ]RackF N.

ת סולארית:כמער .5

:הספק ממוצע בחודשי הקיץ. _SP 2452Ave W

ורף: הספק ממוצע בחודשי הח _SP 2207Ave W.

6400: מצבריםהספק בנק[ ]BP W.

מערכת מסך הצללה: .6

מסך מסוגXLS 15 %55בעל כיסוי של.

מודל חממה מוקטן 9.2.4.2

200ספק כוח [W].

" בקר מסוגArduino Nano."

12מנוע[V] 60 .סל"ד

5.3מאווררים[W].

12משאבות[V].

Page 22: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

22

ודוליםמ 9.2.5

דגם חממה מוקטן 9.2.5.1

:המערכת תורכב ע"י מסבך החממה יורכב כפי שניתן לראות בסקיצה באיור מבנה החממה .ריתוך מוטות הפלדה בנוסף את הגמלונים נכופף בעזרת גליל מתאים לרדיוס הכיפוף הרצוי

:ומחברים משאבה, סנסורים ,המערכת תכלול בוילר, מיכל מים, צנרת חימום מערכת חימוםשל החממה לצד מיכל (דופן ארוכה)מתאימים. מערכת החימום תמוקם באחת הדפנות

.המים והמשאבה, צנרת החימום תמוקם לאורך כל פנים החממה

:צנרת להובלת מים, מרזב ,המערכת תכלול מזרון לח, מיכל מים, משאבה מערכת צינון , .פן החממהמערכת הצינון תמוקם בדו. סנסורים ומחברים מתאימים

:המערכת תכלול שני מאווררים וסנסורים, המערכת תמוקם בדופן מערכת אוורור מכאני למזרון הלח. החממה ממול

:המערכת תכלול מנגנון מערכת אוורור טבעי" ack & PinionR" מנוע מתאים, מוטות פלדה ו .הגמלוניםמומחברים מתאימים. המערכת תמוקם באחד

:סנסורים ,תכלול יריעת "פולי שק", מנגנון הובלה, מנועהמערכת מערכת מסך תרמי .ומחברים מתאימים. המערכת תמוקם מתחת לגמלונים לאורך החממה

וולטאים" שקופים למחצה וגמישים, –המערכת תכלול תאים "פוטו :מערכת תאים סולאריים .כבלים ייעודיים, מצברים וממיר מתח. המערכת תמוקם על גג החממה

אמתיתמה חמ 9.2.5.2

כלל מנגנוני המערכת יורכבו וימוקמו בדומה למודל החממה המוקטן למעט מסבך החממה שיבנה מפרופילים שונים

ממשקים 9.2.6

ממשקים לעולם החיצון 9.2.6.1

.ממשק אדם מכונה לתיקון תקלות, הרצת ניסויים והפסקת המערכת בעת חירום

מודולים השוניםממשקים פנימיים בתחום המערכת בין ה 9.2.6.2

למערכת המרת אנרגיה או למערכת פאנלים סולארייםמערכת העברת אנרגיה בין מערכת .אגירת אנרגיה

בקרה לפתיחת מערכת מסך תרמי ע"י מנגנון תזמון בהתאם לשעות הקרינה הגבוהות ביום .או ע"י מערכת בקרה אוטונומית

טונומית אשר מקבלת מידע בקרה לפתיחת מערכת אוורור מכאני ע"י מערכת בקרה או .מחיישן

שלדת החממה – 9.2.5.1איור

Page 23: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

23

בקרה לפתיחת מערכת אוורור טבעי ע"י מערכת בקרה אוטונומית אשר מקבלת מידע .חיישןהמ

בקרה לפתיחת מערכת חימום ע"י מערכת בקרה אוטונומית אשר מקבלת מידע מחיישן.

מחיישן. בקרה לפתיחת מערכת צינון ע"י מערכת בקרה אוטונומית אשר מקבלת מידע

דרישות יעילות ברמה המערכתית 9.2.7

בנוסף יים, מערכת האוורור המכאני צריכה לעבוד במרבית הזמן ע"י מערכת התאים הסולארהמערכת התיאורטית צריכה להיות חסכונית וזולה יחסית על מנת להתמודד מול חממה שאינה

.מבוקרת אקלים העובדת ידנית

אמתיתחממה –הפעלה, אמינות ותקלות 9.2.8

מחזורי עבודה 9.2.8.1

מחזור עבודה של עשרות שנים. –צנרת ברזל

שנים. 20-30מחזור עבודה של –ריים אפאנלים סול

שנים עד שצריך להחליף את המסך, ללא 10של בדרך כללמחזור עבודה –מסך הצללה

החלפה של המערכת המכאנית.

הגדרת היצרן )נספחים( מוצרי מדף, אשר מחזורי העבודה שלהם הינם –שאר הרכיבים

9.2.8.2 MTBF – Mean Time Between Failure

.לא צפויות תקלות מיוחדות עבור כלל המערכות השונות בחממה

9.2.8.3 MTTR – Mean Time To Repair

.לא יעלה על יומיים עבודה ,תלוי בסוג התקלה

דרישות תחזוקה 9.2.8.4

חודש, מספיק עם מטלית ומים. שריטות אחת ליש לנקות את הפנלים – סולאריים פאנלים

קטנות כתוצאה מחול ולכלוך בזכוכית מורידה את קליטת האור ופוגעת בנצילות.

במנגנון מסביםגירוז"Rack & Pinion" .אחת לחודשיים

.בדיקה שבועית עבור צינורות המים החמים במערכת החימום לנזילות

הצינון לנזילות. בדיקה שבועית עבור צינורות המים במערכת

בחודשי הקיץ יש לשטוף אחת לשבועיים במים נקיים את המזרון הלח לניקוי המלחים

ומזהמים.

.בדיקת שגרתית אחת לשבוע סביב מבנה בית החממה למציאת חורים בכיסוי

.אחת לשלושה חודשים בדיקת אמינות של החיישנים בחממה

שלבי פיתוח 9.2.9

ובמודל המוקטן.האמתיתת ב"חממה הגדרת דרישות המערכות השונו "

.ביצוע סקר שוק עבור החלופות המערכתיות וסקירת מצב קיים

איתור מקורות מידע ומאמרים בנוגע למערכות בפרויקט. –ספרות תסקיר

והמודל האמתיתתיאור והצגת החלופות המערכתיות ובחירת חלופות לרכיבי ה"חממה "

המוקטן.

Page 24: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

24

הספק וזמינות לתאים הסולאריים גמישים ושקופים למחצה.ביצוע בדיקת עלויות, נצילות ,

ומעברי חום לכלל תרמו דינמיותתכנון ועיצוב המודל המוקטן, ביצוע אנליזות –תכן ראשוני

המערכות, כתיבת אלגוריתם עבור מערכת הבקרה.

.תכנון אינטגרציה בין המערכות בחממה

חישובים ואנליזות.עדכון הגדרת דרישות, המשך ביצוע -תכן מפורט

מערך בדיקות לדגם המוקטן, ביצוע ניסויים תוך תיקון כשלים ושילוב המסקנות בספר

פרויקט אם ישנם.

Page 25: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

25

בדיקת היתכנות .10

הן בתעשייה החקלאית והן חממות מבוקרות אקלים לסוגיהן קיימות היום בכל רחבי העולם

מספר בודד של מערכות ותכולל ך כללבדר אלושימושים תעשייתיים של חממות ,באקדמיה

הינה ידנית והיא אינה ובאחוז ניכר מהחממות ההפעלה בקרה מכיוון שהעלויות גבוהות

. לכן בדיקת ההיתכנות עבור המערכות בפרויקט מעט שונה מכיוון שהן קיימות מבוקרת

ומתפקדות כראוי, המערכת היחידה שאינה קיימת בתעשייה הינה מערכת פאנלים סולאריים

להפעלת חלק מהמערכות בבית אנרגטיתשבה אנו נדרשים לבצע בדיקה קופים למחצהש

החממה.

:"אמתית"חממה –בדיקת היתכנות

בפרויקט אנו נדרשים לתכנן מספר מערכות שיספקו לבית גידול את התנאים האופטימליים,

פוטו " תאים לשמחתנו כל המערכות קיימות בשוק אך חלקן לא יושמו באופן מלא )לדוגמא:

שקופים למחצה(, כפי שנאמר קודם אנו מתכננים את המערכות לשטח חממה של "וולטאים3392m ע אינטגרציה בין המערכות בצלאחר שנבחר את הרכיבים עבור כל המערכות אנו נו

השונות.

ה.סקירת חלופות מערכתיות בהתאם לאילוצים, בחינת כל חלופה ודרך מימוש .1

חישובים על מנת לתכנן את המערכות השונות.ו נוסחאות .2

המאווררים, וולטאים" אשר תניע את –בחינת אפשרות להוסיף מערכת פאנלים "פוטו .3

כדאיות אנרגטית.בחירת גודל מערך הפאנלים,

אשר הפונקציונאליות שלו מוגדרת בהמשך, שפת התכנות "Arduino"שימוש בבקר .4

שר נלמדה במהלך הלימודים.א C"שפת "תתבצע בעזרת

בחינת אפשרות להתקין "מסך תרמי". .5

בחירת חיישנים מתאימים למדידת הטמפרטורה הפנימית, בסביבה החיצונית, מים, .6

לחות ועוצמת האור בחממה.

ידע. שימוש בידע שצברנו, קריאת מאמרים והשלמת פערי .7

:דגם חממה מוקטן –בדיקת היתכנות

אשר יציג רעיון של חממה מבוקרת מודל מוקטן של חממה במהלך הפרויקט אנו נבנה

מערכת הבקרה כגון אלגוריתם, ויישום אקלים השונותשל מערכות והרכבה תכנון אקלים,

על מנת לבדוק את היתכנות "SolidWorks"מודל בתוכנת נשרטטתחילה .בקרים וחיישנים

תי.ורק לאחריו נתחיל לבנות את הדגם האמי בניית כל המערכות

Page 26: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

26

ניתוח פונקציונלי .11

0פירוק פונקציונלי רמה 11.1

0תרשים תפיסתי מודל 11.1.1

סכמת מלבנים 11.1.1.1

מודוליםמילון 11.1.1.1

תיאור פונקציונאלי של המודול קוד המודול

קליטת מידע מהחיישנים והפעלת מערכות החממה –בקרה 1

אספקת חשמל למערכת האוורור - קליטת אנרגיה סולארית 2

המכאני, אם מתאפשר אספקת חשמל לשאר מערכות החממה

)מערכת אוורור טבעי, חימום, צינון, מסך הצללה וכו'.(

ממשק משתמש המאפשר לבדוק את מצב האקלים בבית 3

החממה ולערוך סימולציות המדמות את תנאי האקלים בהתאם

משלבחירת המשת

חימום האוויר בבית בחממה 4

הגנה על היבולים בשעות היום בהם הקרינה גבוהה ומניעת 5

איבוד חום בקרינה בשעות הלילה

שמירה על הפרש קבוע של טמפ' תוך הפעלת מערכת אוורור 6

מכאני או טבעי

הורדת טמפ' והכנסת לחות אל בית החממה 7

בית החממהמערכת חיישנים המודדים את האקלים ב 8

1-4 3ממשק חיצוני

1-5

1בקרה

6מערכת אוורור

4מערכת חימום

2מערכת קליטת

אנרגיה סולרית

5הצללה מסך

1-6

3-1

7מערכת צינון

7-1

8מערכת חישה

8-1

2-1

Page 27: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

27

משקיםמילון מ 11.1.1.1

תיאור פונקציונאלי של הממשק קוד הממשק

אל בקר המתחים DCמתח 2-1

מעבר נתונים בין התוכנה לבקר, ישנה אופציה למעקף ידני ע"י 3-1

המשתמש על מנת לבצע בדיקות תקינות וסימולציות אקלים

אות הפעלה למערכת החימום 1-4

ההצללהאות הפעלה למסך 1-5

אות הפעלה למערכת האוורור 1-6

אות הפעלה למערכת הצינון 7-1

קבלת נתוני אקלים בחממה 8-1

Page 28: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

28

1פירוק פונקציונאלי רמה 11.1

1תרשים תפיסתי מודול 11.1.2

סכמת מלבנים 11.1.2.2

מילון מודולים 11.1.2.2

תיאור פונקציונאלי של המודול קוד המודול

כרטיס אלקטרוני חכם הקולט מידע של נתוני האקלים בחממה 1.1

ומפעיל את המערכות בבית החממה

מייצב מתח המספק לכל מודול במערכת את המתח הרצוי 1.2

הודעות שוטפות של נתוני המערכת )לחות טמפרטורה –תצוגה 1.3

" LED" וצג ועוצמת אור( באמצעות תאורת

1בקרה

1.2מחלק מתחים 1.1כרטיס

1.1-1.21.2-6.1

1.1-3

1.2-6.2

1.3תצוגת בקרה

1.1-1.3

8.1-1.1

8.2-1.1

8.3-1.1

1.2-4.1

1.2-4.2

1.2-5.1

1.2-7.11.2-7.3

1.2-7.2

2.6-1.2

Page 29: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

29

מילון ממשקים 11.1.2.2

תיאור פונקציונאלי של הממשק קוד הממשק

העברת נתונים בין התוכנה לבקר, אופציה למעקף ידני של 3-1.1

המשתמש

קבלת מתח חילופין והעברתו אל מחלק המתחים על מנת 2.6-1.2

להפעיל את המערכות השונות בבית החממה

אות הפעלה למשאבה 1.2-4.1

אות הפעלה למחמם מים 1.2-4.2

אות הפעלה למנוע מסך התרמי 1.2-5.1

אות הפעלה למנוע מערכת האוורור המכאני 1.2-6.1

מערכת האוורור הטבעיאות הפעלה למנוע 1.2-6.2

אות הפעלה למשאבת מערכת הצינון 1.2-7.1

אות הפעלה למנוע מערכת האוורור המכאני עבור מערכת הצינון 1.2-7.3

ונורות LEDוצגו באמצעות מסך נתוני אקלים וטמפרטורה שי 1.1-1.3

קו מתח אנלוגי יחסי לטמפרטורה 8.1-1.1

ית החממהבקו מתח אנלוגי לזיהוי רמת אור ב 8.2-1.1

קו מתח אנלוגי יחסי ללחות היחסית 8.3-1.1

העברת פקודות אל בקר המתחים, בחירת יציאת מתח שעליו 1.1-1.2

להפעיל

2תרשים תפיסתי מודול 1.1.2

סכמת מלבנים 11.1.2.3

2 סולרית אנרגיה מערכת קליטת

2.6-1.2

2.4קולטי שמש

2.3-2.5

2.3אחראי מתח

2.5מצברים

2.4-2.3

2.5-2.2 DC-AC 2.2ממיר

2.1חיבור חשמל חיצוני

2.1-2.6

2.6נתב מתח

חילופין

2.2-2.6

Page 30: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

30

מילון מודולים 11.1.2.3

תיאור פונקציונאלי של המודול קוד המודול

וולט 220חיבור חשמל חיצוני 2.1

מעביר ממתח חילופין למתח ישר 2.2

מנתב מתח, טוען מצברים עד מידת הצורך 2.3

המרת קרינת שמש למתח ישר 2.4

בהם קרינת השמש נמוכה אגירת חשמל לשימוש בשעות 2.5

נתב מתח חילופין בין הרשת לחשמל המיוצר ע"י המערכת 2.6

מילון ממשקים 11.1.2.3

תיאור פונקציונאלי של הממשק קוד הממשק

מתח גבוה, מתח חליפין 2.1-2.2

מתח ישר 2.2-2.3

מתח ישר 2.3-2.5

מתח ישר 2.4-2.3

מתח גבוה, מתח חליפין 2.2-2.6

3תרשים תפיסתי מודול 11.1.2

סכמת מלבנים 11.1.2.4

מילון מודולים 11.1.2.4

של המודול יתיאור פונקציונאל קוד המודול

משאבה המובילה מים חמים בצינורות החימום 4.1

מחמם את המים העוברים בצינורות בית החממה 4.2

מילון ממשקים 11.1.2.4

של הממשק יונאלתיאור פונקצי קוד הממשק

1.2-4.1

4.1משאבה

1.2-4.2

4מערכת חימום

4.2מחם מים

Page 31: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

31

אות הפעלה למשאבה 2.1-2.2

אות הפעלה למחמם מים 2.2-2.3

4תרשים תפיסתי מודול 11.1.2

סכמת מלבנים 11.1.2.5

מילון מודולים 11.1.2.5

של המודול יתיאור פונקציונאל קוד המודול

מנוע שתפקידו לפרוש/לקפל את המסך התרמי 5.1

משקיםמילון מ 11.1.2.5

של הממשק יתיאור פונקציונאל קוד הממשק

אות הפעלה למנוע של המסך התרמי 2.1-2.2

5תרשים תפיסתי מודול 11.1.2

סכמת מלבנים 11.1.2.6

5מסך תרמי

5.1מנוע

1.2-5.1

6אוורור מערכת

6.1מאוורר

6.2מערכת חלונות

1.2-6.2

1.2-6.1

Page 32: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

32

מילון מודולים 11.1.2.6

של המודול יתיאור פונקציונאל קוד המודול

קי לחממה ביצוע סירקולציה ע"י הכנסת אוויר נ -אוורור מכאני 6.1

בעזרת המאוורר

מערכת חלונות הנפתחים באמצעות מנוע, אוויר -אוורור טבעי 6.2

נקי נכנס לבית החממה וגורם להורדת לחות וחילופי אוויר.

מילון ממשקים 11.1.2.6

של הממשק יתיאור פונקציונאל קוד הממשק

המכאני אות הפעלה למאוורר של מערכת האוורור 1.2-6.1

הטבעי אות הפעלה למערכת החלונות של מערכת האוורור 1.2-6.2

6תרשים תפיסתי מודול 11.1.2

סכמת מלבנים 11.1.2.7

מילון מודולים 11.1.2.7

של המודול יתיאור פונקציונאל קוד המודול

משאבה השואבת מים לשוקת העליונה של המזרון הלח 7.1

סביבה אל בית החממה, פתיחת מאווררים היונקים אוויר מה 7.3

האוויר חודר דרך המזרון הלח

מילון ממשקים 11.1.2.7

של הממשק יתיאור פונקציונאל קוד הממשק

אות הפעלה למשאבת מערכת הצינון 1.2-7.1

אות הפעלה למאוורר )מערכת אוורור מכאני( לעבודת מערכת 1.2-7.3

הצינון

1.2-7.1

משאבה

7.1

מערכת צינון

7

מאוורר

7.3

1.2-7.2 1.2-7.3

Page 33: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

33

7תרשים תפיסתי מודול 11.1.2

מת מלבניםסכ 11.1.2.8

מילון מודולים 11.1.2.8

מילון ממשקים 11.1.2.8

של הממשק יתיאור פונקציונאל קוד הממשק

קו מתח אנלוגי יחסי לטמפרטורה 8.1-1.1

קו מתח אנלוגי לזיהויי אור/חושך 8.2-1.1

קו מתח אנלוגי יחסי ללחות היחסית 8.3-1.1

של המודול יתיאור פונקציונאל קוד המודול

תפקידו לנתר את הטמפרטורה בסביבה –חיישן טמפרטורה 8.1

ולהמירו לאות חשמלי.

חיישן פוטואלקטרי המשנה את התנגדותו בהתאם –חיישן אור 8.2

לעוצמת האור אליה הוא נחשף.

תפקידו לנתר את הלחות באוויר ולהמיר את רמת -חיישן לחות 8.3

הלחות באופן יחסי לאות חשמלי.

1 1 1

1 1

מערכת חישה

1 1

1 חיישן

טמפרטורה

חיישן

אור

חיישן

לחות

Page 34: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

34

ניתוח חלופות .12

חלופות מערכת קירור 12.1

Misting Systems –מערכת ערפול 12.1.1

על מנת לקרר את האוויר סביב קווי הערפול איודמערכות ערפול משתמשות בטכניקת

קטנותוקמים לאורך גבולות המתחם המיועד לקירור. המים מוזרמים בכוח דרך זרבוביות מהמ

של מים לאוויר ההיקפי. טיפות מים אלו סופגות את החום המצוי במיוחד על מנת לרסס טיפות

אדי מים. האנרגיה המשמשת לשינוי מצב הצבירה של המים ל וויר ומתאדות בעודן הופכותבא

נלקחת מהחום של האוויר ההיקפי ומורידה את הטמפרטורה של האוויר, ובכך מצננת אדמנוזל ל

את האזור.

חידים, שיפור יעילות אספקת לחות וקירור א יתרונות:

אנרגטית במערכת, ירידה בצריכת המים ושיפור איכות

.מכיוון שאוויר נקי נכנס לבית החממה האוויר הפנימית

נדרשת השקעה כספית גבוהה להתקנת מערכת חסרונות:

עלות תחזוקה גבוהה, איכות האינסטלציה לאורך החממה,

.דקות( 10-15המים גבוהה, זמן עבודה קצר יחסית )

Cooling Pad –מזרון לח 12.1.2

המים וכתוצאה מכך הפשוט שכאשר אוויר בלתי רווי בא במגע עם מים מבוסס על העיקרון

כתוצאה ו האוויר עולה, בעוד שהטמפרטורה שלו יורדת מתאדים. בתהליך זה, תכולת הלחות של

ב מורכבת ממשאבה, מכך ניתן להשתמש באוויר הקר והלח לקירור. המערכת אינה מסובכת ולרו

מפוח, ומשטח הולכת מים.

יעילים באזורים חמים ויבשים. עלויות ראשוניות נמוכות, אינם ומאוד חסכוניים יתרונות:

.דידותי לסביבה, עלות אחזקה נמוכהמשתמשים בגזים שונים, י

האוויר המסופק ע"י המצנן הינו לח, דורש אספקה קבועה של חסרונות:

, מזהמיםו מקורוזיהשל ניקוי משטח הולכת המים שוטפת אחזקהמים,

, גרדיאנטים של בעלי חיים מעופפים למערכת הסגורהמשיכת

טמפרטורה ולחות לאורך המבנה.

מערכת ערפול – 12.1.1איור

מזרון לח – 12.1.2איור

Page 35: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

35

קריטריון

משקל

מערכת ערפול

מזרון לח

6 3 0.15 עלות משוערת

8 5 0.2 פשטות

הרכבה במודל

החממה

0.15 3 7

5 6 0.2 יעילות

לאקלים התאמה

בארץ

0.3 6 7

6.65 4.9 1 שכלול

ציון גבוה-10ציון נמוך, -1מקרא: - 12.1 הטבל

חלופות מערכת חימום 12.2

מערכת חימום צנרת 12.2.1

חימום צנרת נפוצה ביותר בחממות עקב יעילותה האנרגטית ואחידות הטמפ' לאורך מערכת

הינו העבודה פלסטיק אשר זורם רשת של צינורות מתכת אומ החממה. מבנה הצנרת מורכב

, הזורם נע מ"בוילר" אשר מחמם את זורם העבודה לטמפ' רצויה והזורם נע קיטור או מים חמים

הנוצר על ידי הסעה וחימום אמצעי יעיל לחימום גידולים לאורך הצנרת, מערכת חימום זו הינה

.ללגידושל חום ישירות אחידה כתוצאה מכך נוצרת הקרנהחממה באוויר

טמפרטורה אחידה בכל החממה, אחזקה שוטפת נמוכה, ייצור לפי התאמה אישית. יתרונות:

עלות ראשונית יקרה, מכלול רכיבים אשר מפעילים את המערכת העלולים להיכשל. חסרונות:

מערכת חימום צנרת – 12.2.1איור

Page 36: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

36

מערכת אוויר חם 12.2.2

זר אוויר המפ על ידי מדחף , הראשונה הינהקיימות שתי שיטות עיקריות להפצה של אוויר חם

. מערכות עם חרירים לאורכו אשר מחוברים למפוח אוויר חם פוליאתילן שרוולי והשנייה הינה חם

גזים המשמשים לחימום תא השריפה, סוגי הדלקים הנפוצים הם: פרופאן, גז /מזוטאלה צורכות

פ' טבעי וביו דיזל. כתוצאה מיציאת אוויר חם, נפלט האוויר אל פנים החממה וכך נשמרת הטמ

בהתאם להגדרת המשתמש.

מתלים.פשוט אשר ניתן להתקין את המאווררים באמצעות מנגנון פעולה ,עלות נמוכה יתרונות:

בנוסף המערכת אמינה והיעילות התרמית גבוהה.

, צריכת חשמל או דלק גבוהה.זיהום סביבתי עקב שריפת דלק חסרונות:

קריטריון

משקל

חימום אוויר

חימום מים

4 6 0.15 משוערת עלות

6 2 0.2 יעילות אנרגטית

הרכבה במודל

החממה

0.15 5 5

6 2 0.2 גידולים יעילות חימום

5 4 0.3 אחידות החימום

5.25 3.65 1 שכלול

ציון גבוה-10ציון נמוך, -1מקרא: - 12.2 הטבל

חלופות מערכת בקרה 12.3

12.3.1 Arduino Micro

Arduino משמעותי יתרון בצורה ידידותית, תולתכנ ניתןשתמש הביתי, בקר שפותח עבור המ

מגוון ישנם Arduino, לחברת בכך צורך נונוספים כאשר יש קוד קטעילצרוב עליו הוא שניתן

,נמוכהשעלותו מכיוון "Arduino Micro"רטיס כבאנו בחרנו , רחב של כרטיסים אלקטרונים

מאפשר לשלוט הכניסות דיגיטליות יציאות/ 20 עם דבעל פונקציונליות גדולה מאו ,קטנים מימדיו

.לקבלת נתונים מהחיישנים כניסות אנלוגיות המשמשות בדרך 12 -ו רכיבים שונים 20על

באינטרנט.רב מידע ניתן להוסיף לכרטיס תוספות רבות,ת, וזול, קל לתכנ יתרונות:

Page 37: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

37

ה,המע או וידאו באיכות גבומעבד חלש יחסית לא מתאים עבור בנייה של מערכות ש חסרונות:

סנה קטן.חנפח א

12.3.2 Raspberry Pi

Raspberry Pi מאותה קטגוריה של בקר הינו ה - Arduino"ההבדל הגדול בין , "בקר מפתחים

מסוגל להריץ בתוכו הכוונה היא שהכרטיס יותר קרוב להיות מחשבהבקרים הוא שבקר זה

וניתן לתכנת ,USB & HDMI ילו מעבד גרפי חזק, חיבוריש ומערכת הפעלה )ווינדוס, לינוקס(

עליו בכמה שפות שונות.

גדול מאוד הרבה יציאות שונות ולא צריך לקנות כרטיסי אכסוןמעבד חזק, שטח יתרונות:

הרחבה מיוחדים.

.ושי להוספת תוספת אם יש צורך, קעבור משתמש ללא ניסיון וידע מסובך חסרונות:

בקר "ארדויאנו" – 12.3.1איור

פריי פיי""רסבקר – 12.3.2איור

Page 38: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

38

וןקריטרי

משקל

Arduino Micro

Raspberry Pi

3 4 0.15 עלות משוערת

3 6 0.2 פשטות

6 4 0.15 עוצמת מעבד

4 7 0.2 פערי ידע

5 5 0.3 פונקציונליות

4.25 5.3 1 שכלול

ציון גבוה-10ציון נמוך, -1מקרא: - 12.3 הטבל

Page 39: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

39

תכן ראשוני .13

מערכת אוורור מכאני 13.1

מבוא:

ה כולל העברת אוויר מתוך בית החממה והחלפתו ע"י אוויר נקי מהסביבה. האוורור אוורור חממ

טמפרטורה או בצורה מכנית גרדיאנט( Wind Forcesיכול להתבצע בצורה טבעית ע"י הרוח )

ע"י מאווררים. המטרה של תהליך האוורור בחממה הינו שליטה ובקרה בטמפרטורות גבוהות

זרימת אוויר ו יץ(, שמירה על לחות יחסית רצויה )בחורף(כתוצאה מקרינה שמש חזקה )בק

.רצופה וקבועה בבית החממה

אוורור בחורף:

במהלך החורף אנו משתמשים במערכת חימום ייעודית לחימום הגידולים בחממה אך אפילו

בימים קרים במיוחד כאשר מערכת החימום עובדת במלוא העוצמה ישנה אפשרות שאוורור

פעלו. אוויר "חדש" חייב להיכנס על מנת להחליף את האוויר הרווי בלחות בתוך טבעי או מכני י

מחלות ל החממה. כאשר אוויר לח בתוך החממה לא הוחלף יתרחש עיבוי יתר אשר עשוי לגרום

מעל העלים גורמת לעובש וריקבון 90% -צמחים. מחקרים הראו שלחות יחסית שלמעלה מ

ו כאשר מדובר בירקות )פלפלים( הבעיות החלו כאשר הלחות בגזעים של הגידול )בפירות(, ואיל

–, אך ירדו משמעותית כאשר הלחות היחסית הייתה נמוכה מ 80% –היחסית הייתה גבוהה מ

. בעיות נוספות הקשורות בלחות גבוהה הן קושי בשמירה חממה נקייה, הידרדרות מהירה 70%

י עבודה לא נוחים ורכיבים חשמליים תקולים של רכיבי החממה כגון קורוזיה, ריבוי מחלות, תנא

כאשר שיעור האוורור בחורף מוגבר אזי גם מערכת החימום עובדת בהספק בעקבות הלחות.

גבוה, כתוצאה מכך יש לקבוע שיעור אוורור שישמור על הלחות שתהיה מתחת לרמה המזיקה

לגידול ובמקביל לשמור על דרישות החימום הרצויות.

אוורור בקיץ:

המטרה העיקרית של מערכת אוורור בחממה במהלך הקיץ היא למנוע שטמפרטורת בית

החממה תעלה בצורה דרסטית מעל טמפרטורת הסביבה. הסיבה העיקרית לטמפ' אוויר גבוהה

יותר בתוך החממה היא בגלל קרינת שמש היוצרת "אפקט חממה" החודרת דרך מעטפת

ריכות להיות יעילות על מנת למנוע טמפרטורות הפוליאתילן של החממה. מערכות האוורור צ

גבוהות סביב הצמחים. החיסרון העיקרי של מערכת האוורור בקיץ הינו מחירי התפעול

והאביזרים של הפעלת המערכת. כאשר אנו מעוניינים בשמירה על טמפ' נמוכה מטמפ' הסביבה

הפעלת מערכת צינון. כמו כן אנו צריכים להפעיל מערכות שונות כגון פתיחת חלונות אוורור או

כתוצאה מסינון חלקי של קרינת השמש אנו מקבלים הפחתה משמעותית של טמפ' האוויר בבית

החממה, הסינון יכול להתבצע על ידי מסך תרמי או בחירת מעטפת בעלת מקדם הולכה נמוך.

:מטרות

.מציאת נוסחה המתארת את ספיקת האוויר הנדרשת בבית החממה

וערכים פיזיקליים. הכרת מקדמים

השוואה בין מספר דגמי מאווררים ובחירת מאווררים.

Page 40: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

40

טבעימערכת אוורור 13.2

מבוא:

מערכת אוורור טבעי הינה אמצעי יעיל לחסכון באנרגיה. היא מסייעת רבות ביצירת מיקרו אקלים

עבור הצמח ומאפשרת את התפתחותו התקינה ולכן נפוצה במבני חממות. מערכת האוורור

הטבעי הינה האמצעי הראשון והטבעי לשחרור עודפי חום מהחממה ולהשוואת טמפרטורות

הפנים לטמפרטורות החוץ.

המערכת בנויה מפתח קבוע בגג החממה וחלונות הניתנים להזזה בדפנות החממה )עבור בניית

ו המערכת בפרויקט נקבע שהחלונות הניתנים להזזה ימוקמו בגג ואילו הפתחים הקבועים יהי

מסך 18% –ל 12%בדופן החממה(. שיעור פתחי האוויר הנדרשים במעטפת המבנה הוא בין

כל השטח המקורה.

מערכת האוורור הטבעי נדרשת לפעול בימות הקיץ בהם שטף קרינת השמש וטמפרטורות

הסביבה גורמים להעלאת הטמפ' בחממה ובימות החורף כאשר אחוזי הלחות בחממה גבוהים.

בעי פועל על פי עקרון "אפקט הארובה", בו מתרחשת כניסת אוויר מפתחי הצד האוורור הט

ויציאת אוויר מהחלון בגג. תהליך זה מתרחש כאשר צפיפות האוויר בחממה קטנה מצפיפות

.האוויר מחוץ לחממה

מטרות:

.פיתוח נוסחאות המתארות את הכוחות הפיזיקליים הפועלים במערכת

ובה האופטימלי של החלון מציאת נוסחה המתארת את גwH.

.בחירת מנגנון הרמת חלונות

מנגנון הפעלת מערכת חלונות טבעיים – 13.2איור

Page 41: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

41

צינוןמערכת 13.3

מבוא:

גידול וייצור תוצרת חקלאית בקיץ הישראלי סובל מעודפי חום קשים הפוגעים באיכותו ומקשים

ל בעונת הקיץ משפר את רמת על התמודדות בשווקים בחו"ל, צינון בית צמיחה לגידול יבו

היבולים ואיכותם באופן ניכר ומעלה את רווחיות הגידול. בנוסף לעודפי החום המגדלים

מתמודדים עם צריכה גוברת של אנרגיה ומים להפעלת המערכות השונות בבית החממה לכן

ישנו צורך להקמת מערכת צינון אשר תצמצם את המשאבים ותוזיל את עלויות השוטפות של

החממה. כיום יש מספר טכנולוגיות שונות כגון "מערכת מזרון לח", "מערכת ערפול", שילוב

אוורור טבעי מפתחי החממה יחד עם "מערכת ערפול" וכו'. טכנולוגיות אלה מבוססות על צינון

אדיאבטי כלומר המרת אנרגיה מוחשית לאנרגיה כמוסה באמצעות אידוי מים.

מטרות:

מערכת מזרון לח". –הנבחרת תיאור מערכת הצינון"

.עקרונות ושיקולים תיאורטיים

.מציאת גובה מזרון אופטימלי

ותרמו דינמייםחישוב פרמטרים פיזיקליים.

:Cooling pad system –תיאור מערכת מזרון לח

( הינו משטח שנועד להורדת טמפרטורה בבית החממה, המזרון Cooling padמזרון לח )

קירור על ידי אידוי המים. בשיטה זו, טמפרטורת האוויר יורדת על ידי מגע משתמש בטכנולוגיית

של טיפות המים עם זרם אוויר חם הנכנס לבית החממה. כתוצאה מכך המים מתאדים ואנרגיית

החום של האוויר יורדת וגורמת לירידת טמפ' בחממה.

תיאור מזרון הלח – 13.3.1איור

Page 42: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

42

קשיח במבנה של "כוורת" , המזרון הלח בנוי מלוחות קרטון13.3.1כפי שניתן לראות באיור

שונים על פי דרישות הצינון והחממה. בחלקו העליון ממוקמת שוקת בעלת וממדיםבעלת זוויות

חרירים זעירים על מנת שהמים שמגיעים מן המשאבה יחלחלו על המזרון הלח. בתחתית המזרון

תאייד ממוקמת שוקת נוספת בעלת זווית שיפוע קטנה על מנת שהמים אשר לא הספיקו לה

יזרמו חזרה אל מיכל המים.

על מנת שמערכת הצינון תעבוד בצורה יעילה אנו נדרשים למקם את המזרון הלח באחת

מדפנות החממה ובדופן המקבילה למקם את מערכת האוורור המכאני. פעולת המאווררים חיונית

ידה לאורך לתפקוד מערכת הצינון מכיוון שהיא שומרת על יניקת האוויר במהירות זרימה אח

תהליך הצינון.

במהלך תהליך הצינון ישנן שתי טמפרטורות שמתארות לנו את ירידת הטמפרטורות בבית

החממה שבעזרתן נחשב את הטמפרטורה המינימלית לצינון:

( "טמפרטורת מד חום יבש"Dry bulb temperature "טמפרטורה שנמדדת ע"י "מדחום :)

בש ללא התחשבות בלחות האוויר.רגיל, בדרך כלל זו טמפ' האוויר הי

( "טמפרטורת מד חום לח"Wet bulb temperature "טמפרטורה שנמדדת ע"י "מדחום :)

העטוף בבד רטוב אשר חשוף לזרימת אוויר, טמפ' זו היא הנמוכה ביותר שניתן להגיע ע"י

ות אידוי מים בלבד, בנוסף טמפ' זו היא האינדיקציה הטובה ביותר לדעת מהי כמות הלח

באוויר.

מסילה תחתונה

מיכל מים

משאבה

ברז

מסילה עליונה

תרשים מנגנון מערכת צינון –13.3.2איור

Page 43: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

43

חימוםמערכת 13.4

מבוא:

שמירה על טמפרטורת גידול אחידה וקבועה בחודשי החורף או בלילות קרים מצריכה מערכת

חימום בבית חממה. מערכת החימום הינה המכלול המשמעותי ביותר בהקמת חממה, הן

ות לדוגמא, ההוצאות במסגרת ההשקעה הראשונית והן בהוצאות תפעול שוטפות. בארצות קר

מסך הוצאות התפעול השוטפות, ולעיתים קרובות תכנון 60%על חימום החממה מגיעות עד

מערכת חימום נכונה ייקבע את סיכויי ההצלחה של צמיחת היבול והן את הצלחת הפרויקט.

מערכות החימום כיום פעולות בעיקר על שריפת מזוט וגז. פעולת השריפה מחממות את המים

את האוויר והובלתם דרך צינורות חימום מים או שרוולי אויר חם העשויים מפוליאתילן.או

מערכות החימום מחולקת לשני סוגים עיקריים:

)בעזרת מנגנון קרינה, החום שמתקבל -חימום באמצעות מים חמים )חימום בהקרנה

צע בעזרת בצינורות המים מוקרן ישירות אל בית החממה ולגידול. תהליך החימום מתב

לחימום האוויר בצינורות החממה וגורמים , המים זורמיםמהדודמשאבה השואבת מים

טמפרטורה מבוקרת ואחידה בחממה. שיטה זו שומרת על

)אוויר קר נשאב ע"י מאוורר צנטריפוגלי, –חימום באמצעות תנורי אוויר )חימום בהסעה

אותו. האוויר החם נע בשרוולי במהלך השאיבה האוויר עובר דרך סליל חימום המחמם

פוליאתילן בעל חרירים קטנים לאורכו המתפזר בבית החממה.

כיום בשל המחסור באנרגיה ושיפור הנצילות האנרגטית של מערכות החימום פותחו טכנולוגיות

חדשות לחימום בית החממה. לדוגמא מערכות קורנות אנרגיית שמש, צינורות חימום השקועים

". אנו לא נדון במערכות שהוצגו "Dry Gairבית השורש של הגידול ומערכת באדמה בצמוד ל

כעת, לעומת זאת נדון במהלך התכן המפורט במערכת חימום מים. המערכת נפוצה בחממות

ת כבישראל, הטמפרטורה לאורכה של החממה אחידה ויעילותה האנרגטית גבוהה ביחס למער

החימום באמצעות תנורי אוויר.

מטרות:

וח נוסחאות המתארות את מעברי החום במערכת.פית

.מציאת הפסדי חום, מקדם מעבר חום כולל ומקדמי הסעה טבעי ומאולצת

.הכרה ומציאת מספרים חסרי ממד

.בחירת שיטת פריסה של צנרת חימום

Page 44: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

44

תרשים מערכת חימום מים – 13.4

שונים של החממה באזוריםזרימת המים את הפסיקמערכת החימום בנויה כך שיהיה אפשר ל

בסוף המערכת "פורק לחץ"שסתום יש תקלה או שאין צורך בחימום החממה בנוסף ישנו במידה ו

על מנת להוציא את האוויר הקלוע ולמנוע פיצוץ הצנרת עקב לחץ האוויר המצטבר במערכת.

Page 45: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

45

הצללהמערכת 13.5

מבוא:

מהו אור?

המגיעה אלינו מהחלל. הספקטרום אור הוא רק חלק אחד מתוך הקרינה האלקטרומגנטית

האלקטרומגנטי מכיל בתוכו מגוון רחב של סוגי קרינות שונות, מגלי רדיו בעלי אורך גל של מטר

חלקי מיליון של מטר. החלק הנראה לעין נמצא בין 1בעלי אורך גל של פחות מ Xעד קרני

קרינה אינפרה אדומה לקרינה אולטרה סגולה.

נה עבור אורכי גל שונים, באורך גל קצר הקרינה האלקטרומגנטית נוטה להתנהג האור מתנהג שו

יותר כמו חלקיקים הנעים בקבוצה בשונה מאורך גל ארוך שם קרינה מתנהגת כמו גל. תופעות

אלו מאפשרות לסנן אור על פי אורכי גל שונים, או להגביר את עוצמת הגל כמו בלייזר.

השפעות התאורה על הצמח:

, חוץ מתהליך הפוטוסינתזה צמחים יכולים צמחיםתאורה היא דבר חשוב ביותר עבור גידול

יש הרבה אור או ם הוא נמצא במקום בולהרגיש מתי ישנו אור יום ומתי לילה. צמח יגדל שונה א

מעט אור. אור משפיע גם כן על הזרעים אשר באדמה, זרעים שירגישו שיישנו הרבה אור על פני

טו מהר יותר.השטח ינב

תהליך הפוטוסינתזה, פוטוסינתזה )פוטו = אור; סינתזה = בנייה( הוא התהליך שבו הצמחים

מייצרים בעצמם את המזון הדרוש להם, הצמחים קולטים את אנרגיית האור והיא מומרת

לאנרגיה כימית המשמשת להם לבניית חומרים אורגניים. תהליך זה קורה כאשר אורך הגל הוא

בין אורך גל הנראה ההבדלים הקטניםניתן לראות את 13.5.3 איורננומטר, ב 700 – 400בין

.לפוטוסינתזה צמחיםהע"י המנוצלע"י בני אדם ואורך גל

סוגי קרינה שונים על פי אורכי גל – 13.5.1איור

ורך גלצורת המדידה של א – 13.5.2איור

Page 46: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

46

ישנה רגישות בין העיניים של בני האדם לבין רגישות הצמחים, הקו האדום מתאר את רגישות

זכור שצמחים רוק מתאר את רגישות הצמחים. לכן חשוב להעיניים של האדם ואילו הקו הי

חשוב "לפקח" על כמות האור המגיעה לצמח במשך השנה, למדוד אותה . מגיבים שונה לתאורה

ובמידת הצורך להפחית אותה עבור גידולים שונים, אפילו עבור זמנים שונים במהלך הגידול של

הגידול. הצמח בהם הוא יותר רגיש לאור, בדרך כלל בתחילת

עיבוד חום בשעות הלילה:

הקרינה השכיחה והממושכת ביותר, היא אופיינית לאזורים מישוריים וקעורים קרה קרינתית היא

ומתרחשת בלילות קרים, יבשים, שקטים )כמעט ללא רוח( ובהירים )ללא עננות(. כתוצאה

קררות. האוויר קר מאיבוד חום לאטמוספירה בקרינה ארוכת גל, הקרקע והשכבות שמעליה מת

וכבד, ובדומה לנוזל צמיג זורם בשטחים מדרוניים אל המקומות הנמוכים ומתנקז בהם בשכבות,

כששכבת האוויר הקרה ביותר נמצאת קרוב לפני השטח, מעליה שכבה חמה מעט יותר וכך

בדת חום לסביבה אהלאה. כך נוצר מצב שבו ערכי הטמפרטורה עולים עם הגובה. החממה מ

הסעה והולכה ואפשר לאפיין את סה"כ מקדם מעבר החום ,דרך מעטפת המבנה בקרינה בעיקר

: הכללי מהחממה על יד

(1)

החממה ומחמם את הצמחים והאדמה ומעלה את מעטפתבמשך היום אור השמש חודר דרך

נאגר בחממה יוצא חזרה אל הסביבה.שחום מה חלקטמפרטורת בית החממה ובלילה

2[ ]

( )h c

Q wU

A T T m k

]13[ההבדלים בין רגישות האדם לרגישות הצמחים לאורכי גל שונים –13.5.3איור

Page 47: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

47

בשעות הלילה, ובנוסף לתת בקרינה והסעה את בעיית איבוד החום לצמצםה נועד מסך ההצלל

הקרינה חזקה מידי, על ידי כך שרק אחוז מסוים מן ןיום בהההצללה חלקית עבור הצמח בשעות

הקרינה תחדור לבית החממה. ישנם סוגים שונים ומגוונים של מסכי הצללה ורוב המסכים

תלוי בצורך הגידול. לדוגמא ישנם מסכים העשויים 80%-20%ן מספקים הצללה חלקית הנעה בי

מיריעות אלומיניום אשר מטרתם היא להחזיר את הקרינה הנפלטת מהצמחים והאדמה חזרה

אל מצע הגידול.

חדירת קרני שמש אל הצמחים –13.5.4איור

Page 48: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

48

פאנלים סולארייםמערכת 13.6

מבוא:

ת שתפקידה ם, הינם חלק ממערכת סולאריאיטולואו בשמם השני לוחות פוטו פאנלים סולאריים,

להשתמש בקרני השמש לצורך ייצור אנרגיה חשמלית. קרני השמש מספקות לנו מקור זמין, ירוק

ובלתי מתכלה לייצור אנרגיה. ולכן בשנים האחרונות נעשים מאמצים רבים לפתח מערכות

שיסייעו לשימוש באנרגיה סולארית. בעולם קיום ישנם מאמצים רבים על מנת להעלות את אורך

, בנוסף כיום ישנם פאנלים גמישים ופאנלים שקופים נצילותםזמן של הפאנלים ואת חיי ה

למחצה. הטכנולוגיה של הפאנלים הגמישים ושקופים למחצה חדשה מאוד לכן נצילותן נמוכה

מאוד ביחס לפאנלים הרגילים ובנוסף מחירם יקר. לכן לאחר בדיקה מעמיקה הוחלט עבור

פאנלים סולאריים רגילים.בש " להשתמאמתית"הפרויקט החממה

העיקרון הבסיסי שעל בסיסו פועל תא סולארי הינו שכבות )לרוב -כיצד התא סולארי עובד

שתיים( של סיליקון גבישי כאשר על כל שכבה יש תוספת זעירה של יסודות נוספים שהם לרוב

לה. הסיליקון ( בדופן המקביArsenic, As) "ארסן"( על אחת הדפנות וBoron, B) "בורון"

(Silicon, Si הוא יסוד שנמצא בשפע בטבע וגם ניתן לייצר אותו באופן מלאכותי, כך שהשימוש )

בו לכשעצמו אינו מהווה פגיעה סביבתית. בגלל הדרך שבה כל יסוד כזה נקשר לסיליקון נוצר

נל מצב של חוסר יציבות אלקטרונים )עודף בצד אחד וחוסר בצד שני(. שני הצדדים של הפא

מקושרים יחד בעזרת חיווט היוצר מעגל חשמלי. כאשר אור שמש ברמת האנרגיה הנכונה פוגע

בתא הסולארי, ובעיקר בשכבה שבה יש עודף אלקטרונים הנמצאת בחלקו העליון של התא

( משתחררים חלק מהאלקטרונים החופשיים, ובאופן טבעי הם עוברים במעגל החיווט N)שכבת

ויוצרים זרם חשמלי.

מבנה תא סולארי –13.6.1איור

Page 49: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

49

סגי פאנלים עיקריים: 2ישנם –סוגי פאנלים שונים

חד גביש - Monocrystalline הסיליקון גדל בתור גביש יחיד גדול, לאחר מכן, פורסים את

וולטאי שנוצר בשיטה -הגביש לפרוסות דקיקות. שיטה זו היא היקרה ביותר אך התא הפוטו

.זו הוא בעל הנצילות הגבוהה ביותר

סיליקון-פולי Polycrystalline - גבישים, כלומר -בשיטה זו מגדלים שכבה של הרבה תת

והיא Monocrystalline –גביש מתפקד כתא. השיטה זולה מ -שבו כל תת גביש-רב חומר

.נפוצה יותר, אך נצילות התאים נמוכה יותר

סוגי מערכות:

הנוצר מהפאנלים ישנם כמה סוגי מערכות פאנלים סולאריים, שיטה אחת, היא שימוש בחשמל

סולאריים על מנת להפעיל את המערכות החשמליות רק כאשר יש אור שמש ללא יכולת אגירה

של החשמל. שיטה זו היא הזולה ביותר מכיוון שאין צורך "בבנק" בטריות יקר אך החיסרון הגדול

רה הוא שאין אפשרות לאגירת חשמל, כך שבלילה או בזמנים בהם ישנה עננות כבדה אין ברי

אלה להשתמש בחשמל מהרשת. השיטה השנייה היא מערכת פאנלים עם בנק בטריות כך

אפשר לחסוך חלק מהחשמל המיוצר במשך היום ולהשתמש בו בלילה. היתרון הגדול במערכת

מסוג זה הוא ברור והוא בעצם היכולת להשתמש בחשמל גם בשעות בהם אין אור שמש אך יש

של בנק הבטריות )מצברים(. לקחת בחשבון את העלות הגבוהה

מבנה הסיליקון – 13.6.2איור

Page 50: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

50

בקרהמערכת 13.7

ביותר, מטרת מערכת הבקרה היא לשמור על מיקרו אקלים השורר בתוך החממה בצורה הטובה

.ור על התנאים המתאימים עבור הצמחם ולאוורר על מנת לשמלדעת מתי צריך לקרר, לחמ

, פתיחת חלונות –ור טבעי : מערכת אוורמערכות שונותמספר ציגמשנבנה עבור הפרויקט דגםה

. עבור כל מערכת חימום ומערכת מזרון לח, מסך הצללההפעלת מאווררים ו –מערכת צינון

את בקר הארדואינו , דרך פעולתם ודרך פעולת המערכת.האנחנו נסקור את הרכיבים הקיימים ב

בה מתכנתים באמצעות תוכנה חינמית אותה ניתן להוריד באתר הרשמי של החברה, השפה

הממשק ובנוסף ישנן פונקציות בנויות מראש בהם ניתן להיעזר. תוכנת Cמשתמשים היא שפת

, בפרק התכן מפורט נסקור Cוגם בה מתכנתים בשפת "CVI"משתמש נכתבה באמצעות תוכנת

ואופן השימוש בהם.תוכנה שנכתבה לצורך הפעלת החממה ואת ממשקי משתמש את ה

Page 51: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

51

תכן מפורט .14

" ובמודל המוקטן. האמתיתניתוח תיאורטי של המערכות השונות ב"חממה יאור ובת עוסק פרקה

במהלך התכן המפורט יתוארו הנוסחאות והחישובים עבור כל תת מערכת בבית החממה.

מערכת אוורור מכאני 14.1

דרישות ואילוצים של מערכת האוורור המכאני:

י האקלים והקרינה באזור בו תבנה בתכנון מערכת האוורור המכאני יש לקחת בחשבון את תנא

החממה, במיוחד בחודשי הקיץ.

"אזור הערבה. –מיקום בניית ה"חממה האמתית

)טמפרטורה מקסימלית ממוצעת לפי השירות המטאורולוגי )ראה נספח- _ 38Amb HighT C .

)עוצמת קרינת השמש הגלובאלית לפי השירות המטאורולוגי )ראה נספח-

20_ 1000 [ ]MaxWS

m.

50 -על פי הגדרת המנחה קוטר המאוורר הינו 1270FanD in mm .

אילוץ קריטי נוסף הינו שמירה על הפרש טמפרטורה קבועairT Const בין טמפרטורת

הסביבה לבין טמפרטורת בית החממה. בעזרת המנחה, הפרש הטמפרטורה הוגדרה להיות

3airTלות צלזיוס )מע 3 C .)

.למציאת ספיקת האוויר הנדרשת בחממה ת האנרגיה הבסיסיתמשוואבעזרת המנחה נגדיר את

(1)

כאשר:

- מקדם המתאר את החום הכמוס בחממה הנובע מקרינת השמש החודרת דרך מעטפת

40%החממה, לרוב המקדם בין 50%.

a - 31.2צפיפות האוויר בטמפרטורת סביבה[ ]a

kgm

.

(:2בעזרת מספר פרמטרים כפי שניתן לראות במשוואה ) hכעת נגדיר את

(2)

כאשר:

- יחס בין החום המורגש לחום הכמוס, לפי הגדרת המנחה ן, מתאר את האיחס בו

0.5–המקדם שווה ל .

0 aS q h m h

-

1p air airh C T

Page 52: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

52

-p airC- קיבול חום סגולי של אוויר3

- 1 10 [ ]p air

kJC

kg k

.

( ונחלץ את ספיקת המאווררים המחולקת לשטח רצפת 1( במשוואה )2נציב את משוואה )

:qהחממה

(3)

( 3על מנת למצוא את הספיקה המתקבלת בחממה נכפול בשטח רצפת החממה במשוואה )

ונקבל את ספיקת מערכת האוורור המכאני:

(4)

בחממה נוכל לקבל את את הפרש הטמפרטורה הרצוי airT -כאשר נציב ב ( 4(לפי נוסחה

, ניתן לראות שהספיקה המתקבלת עבור 1.114.ררים הנדרשת, לפי גרף ספיקת המאוו

3airT C היא3

65856 [ ]MechanicalmQ

h.

ספיקת המאווררים כתלות בהפרש הטמפרטורה בין בית החממה לסביבה – 14.1.1גרף

3airTהתוצאה שהתקבלה עבור C ת עבור חממות בעלות שטח דומה הינה תוצאה מקובל

ניתן לראות שכאשר הפרש הטמפ' גדל אזי הספיקה הנדרשת . בנוסף בגרףהאמתיתלחממה

2, 98784

3, 65856

4, 49392

5, 39514

6, 329287, 28224

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

2 3 4 5 6 7 8

Q[m

^3\h

]

ΔT

-

3

0

3 2

-

0

1

0.5 1000 0.5 0.14[ ]

1 1.2 1 10 0.5 1 sec

a a p air air

a p air air air air

C T

S mq

C T T T m

S q h q

30.14 1975683600 392 3600 [ ]Mechanical F

air air

mQ q A

T T h

Page 53: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

53

יש שגיאת טמפ' גבוהה שהיא צריכה לבית החממה קטן. זאת משום שלמערכת האוורור המכאני

.איננה מצריכה עבודה מאומצת של המאוורריםלשמור ולכן

התקנה במבנה החממה עלינו לשים לב לנקודות הבאות:בבואנו לבחור מאווררים ל

כמות האוויר שהמאוורר מעביר בהתנגדויות שונות )לחץ סטטי שונה(. .1

מכפלה של ספיקה בלחץ( ין האנרגיה של האוויר המוזרם )יעילות אנרגטית המוגדרת כיחס ב .2

והאנרגיה החשמלית המושקעת להפעלת המאוורר.

איכות השירות של ספק המאוורר. .3

אורך חיים ובלאי. .4

מחיר. .5

אנו לא נדון באיכות השירותים ולא במחיר המאווררים. לגבי אורך החיים ובלאי רצוי לברר עם

בעלי מאווררים והמדריכים המקצועיים המספקים את המאווררים. לעומת זאת נדון בספיקות

מל המופק על האוויר והיעילות האנרגטית, מכיוון שמערכת האוורור המכאני תופעל בעזרת חש

ידי התאים הסולאריים הממוקמים בדופן החממה.

מרבית הרוכשים של מאווררים למבני חממות לא שמים לב שקיים הבדל משמעותי בין מאווררים

והיעילות האנרגטית שלהם גם אם הם בעלי אותו קוטר. לדוגמה שונים מבחינת ספיקת האוויר

50%ספיקת האוויר של מאוורר בקוטר מסוים באותה התנגדות יכולה להשתנות בתחום של עד

בין יצרנים או דגמים שונים. שוני דומה יכול להיות גם ביעילות האנרגטית. לכן תהיה זו שגיאה

הגדרנו בדרישות המערכת. לרכוש מאווררים לפי קוטר בלבד כפי ש

בעת רכישת מאוורר עדיף לבחור מאוורר שבו השתנות הספיקה עם השתנות הלחץ קטנה.

ן לנקודה זו חשיבות מיוחדת באזורים בהם יש רוחות. התחזקות הרוח כשהיא נושבת נגד כוו

זרימת האוויר מהמאוורר, תגרום להקטנת הספיקה. לכן ככל שהשתנות הספיקה עם השתנות

הלחץ )אופיין של המאוורר( מתונה יותר תישאר ספיקת המאוורר סבירה, ואילו כאשר האופיין

תלול תקטן הספיקה באופן משמעותי יותר וכתוצאה הוא לא יתאים לדרישות המערכת. נקודה

ב היא מספר סיבובי המאוורר. במידה שישנה ירידה במספר הסיבובים עם נוספת שיש לשים ל

זה אומר שהמנוע החשמלי המניע את הכנפיים הוא גבולי. רצוי לשים לב לאיכות -עלית העומס

הכנפיים. כנפיים העשויות מחומר דק או חלש לא עומדות בעבודה מול התנגדות גבוהה, העלולה

התכופף.להיווצר במבנה, והן עשויות ל

הנקודות המעניינות בבחירת מאוורר תהיינה:

קוטר המאוורר. .1

ספיקת אוויר כפי שחושבה במהלך התכן. .2

בחירת כמות מאווררים לקבלת ספיקה נדרשת. .3

תצרוכת אנרגיה סגולית )מאפשרת לחקלאי לחשב את עלות ספיקת האוויר של המאוורר( .4

והתצרוכת הכוללת.

יעילותו האנרגטית. .5

Page 54: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

54

מאווררים נבחרים: 3ן השוואה בי

":"Muntersמאוורר המיוצר ע"י חברת .1

:50קוטר מאוורר".

:דגםEM50n-d-2-wp-wm.

:50תדירות [Hz].

6: ביום מספר שעות עבודה.

EM50נתונים טכניים דגם – 14.1.1טבלה

לחץ

סטטי

[Pa]

ספיקת

אוויר

[3mh

]

הספק

נומינלי

[Watt]

תצרוכת

כוללת

[W h]

תצרוכת אנרגיה

סגולית

[31000

Watt

mh

]

יעילות אנרגטית

[sec mmwcfan

Q P

W

]

סיבובי מנוע

(nominal)[rpm]

0 31,180 735 4410 23.6 22.35 (368 )1400

25 31,594 735 4410 23.3 29.85 (368 )1400

50 21,139 735 4410 34.8 39.86 (368 )1400

EM50דגם – 14.1.1איור

Page 55: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

55

":"Muntersמאוורר המיוצר ע"י חברת .2

:50קוטר מאוורר".

:דגםEC50-c-2-wm-wCEm-nt.

:50תדירות [Hz].

6: ביום מספר שעות עבודה.

לחץ

סטטי

[Pa]

ספיקת

אוויר

[3mh

]

הספק

נומינלי

[Watt]

תצרוכת

כוללת

[W h]

תצרוכת אנרגיה

סגולית

[31000

Watt

mh

]

יעילות אנרגטית

[sec mmwcfan

Q P

W

]

סיבובי מנוע

(nominal)[rpm]

0 40420 735 4410 18.2 22.4 (455 )1400

20 35650 735 4410 20.6 27 (455 )1400

50 25000 735 4410 29.4 47.3 (455 )1400

EC50נתונים טכניים דגם – 14.1.2 טבלה

EC50דגם – 14.1.2איור

Page 56: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

56

":"Multifanמאוורר המיוצר ע"י חברת .3

:50קוטר מאוורר".

:דגםVD4130-3PP-55.

:50תדירות [Hz].

:6מספר שעות עבודה.

על מנת לספק את הספיקה שחושבה )3

65856 [ ]MechanicalmQ

h מאווררים של חברת 2( נבחר

"Munters" מדגםEC50 With Cone" .המספקים ספיקה מעט גבוהה מהספיקה הנדרשת "

כמו כן נעדיף לבחור מאוורר בעל הספק נמוך ותצרוכת אנרגיה סגולית נמוכה, על מנת להוריד

ושת בנוסף היעילות האנרגטית של של .את צריכת החשמל המסופקת מהפאנלים הסולאריים

הדגמים שנבחרו כמעט וזהה ולכן אין עדיפות לבחירת מאוורר ע"פ פרמטר זה.

דפים טכניים אודות המאוורר הנבחר מצורפים בפרק נספחים.

לחץ

סטטי

[Pa]

ספיקת

אוויר

[3mh

]

הספק

נומינלי

[Watt]

תצרוכת

כוללת

[W h]

תצרוכת אנרגיה

סגולית

[31000

Watt

mh

]

יעילות אנרגטית

[sec mmwcfan

Q P

W

]

סיבובי מנוע

(nominal)[rpm]

0 49000 1450 8700 29.6 22.35 570

30 43100 1450 8700 33.7 24.8 570

50 38400 1450 8700 37.8 36.7 570

Multifan 130נתונים טכניים דגם – 14.1.3 טבלה

VD4130דגם – 14.1.3איור

Page 57: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

57

מערכת אוורור טבעי 14.2

ישנם שני כוחות עיקריים, המאלצים את האוויר לנוע מבית החממה האוורור הטבעי במערכת

לסביבה החיצונית ולהיפך:

.Wind Forces -וחות רוח כ .1

.Buoyancy Or Stack Forces –כוחות ציפה .2

(:Wind Forcesאוורור כתוצאה מכוחות רוח ) .1

רוח מסביב למבנה גורמת לשדה לחץ בפתחי האוורור ומייצרת זרימת אוויר דרכם.

ויר( לחצים אלו יכולים להיות חיוביים כאשר האוויר זורם לתוך המבנה, או שלילים )יניקת או

. ניתן לחלק את השפעת הלחצים לשני אפקטים מרכזיים: החוצה מהבנהכאשר האוויר זורם

Steady Effect – אפקט זה מושפע מלחץ סטטי הקשור למהירות הרוח הממוצעת הניתנת

לתיאור בעזרת "משוואת ברנולי".

Turbulent Effect – יה עם אפקט זה מושפע משדות לחצים לא קבועים בעלי אינטראקצ

החממה או המבנה.

:Steady Effect -מציאת ספיקת אוויר כתלות ב

Steady) , אם מניחים שמהירות הרוח קבועה"Boulard and Baille" של [5]מאמר לפי

Effect סביב החממה, אזי מפל הלחצים על החלון )wP גם כן קבוע ונתון על ידי "משוואת

ברנולי":

(1 )

, נהוג 14.2.1של החלון בעזרת טבלה Discharge coefficient"–נגדיר כעת את "מקדם הריקון

מקדם הריקון: , נבחרe Jong""D המלצה שלולכן ב 0.7לבחור במקדם ריקון סביב

10.7dC

.

[15] ריקון לפי מספר תיאוריותמקדמי – 214..1טבלה

2

_

1V

2w a Amb windP

Page 58: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

58

קצב תחלופת האוויר הנכנס לחממה כתוצאה מכוחות מפלי לחץ קבועים נתון על ידי:

(2)

:רוחות מחוץ למבנהמציאת ספיקת אוויר כתלות ב

, מפל הלחצים השורר בקרבת החלון אינו אחיד ואנו נדרשים ב ברוחות מחוץ למבנהכאשר נתחש

(:3י שמתואר בנוסחה )בהכפלת מקדם לחץ של הרוח כפ

(3)

0.1wCנגדיר את מקדם הלחץ של הרוח 214..2ע"פ טבלה :

נקבל את ספיקת האוויר בחממה כתוצאה מכוחות הרוח בלבד: ו( 2) –( ב 3נציב את נוסחה )

(4)

אוורור כתוצאה מכוחות ציפה: .2

החממה כפתחים אנכיים. נסתכל על השפעת הלחצים ניתן לתאר את החלונות הנמצאים על גג

בחתך החלון. נבחר נקודת ההתייחסות הנמצאת באמצע גובה החלון, אשר בנקודה זו אין

, 14.2.1כפי שניתן לראות באיור תחלופת אוויר ופיזור הלחצים מחוץ לחממה ובחממה שווים.

בוה מהלחץ בתוך החממה בגובה התחתון של החלון עד לנקודת ההתייחסות, הלחץ בחוץ ג

כתוצאה מכך אוויר קר יכנס מחלקו התחתון של החלון אל החממה. בחלקו העליון של החלון

המצב הפוך, הלחץ בבית החממה גבוה מהסביבה ואוויר חם יצא מהחממה אל הסביבה.

2

2

ww d w

a

AQ C P

2

_

1V

2w w a Amb windP C

[15] מקדם לחץ של הרוח – 14.2.2טבלה

_2

ww d Amb wind w

AQ C V C

Page 59: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

59

מציאת ספיקת אוויר כתלות בכוחות ציפה בלבד:

ופת האוויר התלוי בהפרש הטמפרטורה לפי:לפי מקורות מהספרות ניתן לתאר את קצב תחל

(5)

הנגרם כתוצאה מגרדיאנט צפיפות האוויר על החלון, נתון על ידי: TPהפרש הלחצים

(6)

שילוב כוחות הרוחות והציפה:

באוורור טבעי, לרוב שני הכוחות של הרוח והציפה נוכחים.

וכוחות הרוח הם וחות הציפה משפיעים פחות על המערכתבאזורים בהם הרוח חזקה, כ

באזורים בהם הרוח חלשה, כוחות הציפה בעלי חשיבות גבוהה יותר.הדומיננטיים. ואילו

יש לבצע "סופרפוזיציה" של ספיקות האוויר והלחצים שתיארנו קודם. פועלים כאשר שני הכוחות

(7)

ומפל הלחצים המתקבל הוא:

(8)

דרת הנוסחאות והפרמטרים הפיזיקליים הפועלים במערכת האוורור הטבעי, נרכז את לאחר הג

הנתונים והפרמטרים עד כה, ונוסיף נתונים מהשירות המטאורולוגי והגדרת המנחה.

נ.ש.מ

"Boulard & Baille"ממה כתלות בגובה החלון ע"פ תיאוריית פיזור הלחצים מחוץ לחממה ובתוך הח – 14.2.1איור [15]

3

wT d w

Ave

A TQ C g H

T

a

up airT

Amb

TP g h

T

2 2

Natural w TQ Q Q

_W Total w TP P P

Page 60: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

60

:14.2.3( את הנתונים מטבלה 8) -( ו7כעת נציב בנוסחאות )

(9)

(10)

.wHלבסוף, נרצה למצוא את גובה החלון

הספיקה שצריך להעביר דרך מצאנו לביןלשם כך נשווה בין ספיקת מערכת האוורור הטבעי ש

:האוורור המכאניבמערכת המבנה כפי שחישבנו בפרק העוסק

(11)

Wind Coefficient 0.1wC –מקדם לחץ של הרוח

Discharge coefficient 0.7dC -מקדם ריקון של החלון

צפיפות האוויר 3

[ ]kg

m 1.2

a

up

a

הפרש הטמפרטורה בין חוץ החממה לפנים החממה

]הנדרשת לשמירה מהמערכת ]C airΔT 3

]טמפרטורת הסביבה ]k T 311Amb k

]מהירות הרוח ]sec

m

_V 3.6Amb wind

]גובה החממה ]m 6h

]2שטח החלון כתלות בגובה החלון ]m 28w w G wA H L H

ריכוז נתונים – 14.2.3 טבלה

2 2

_

1 1 30.1 1.2 3.64 1.2 9.8 6 1.5[ ]

2 2 311a

up airW Total w T w a w

Amb

TP P P C V g h Pa

T

22

2 2

_

22

22 2 3

2 3

28 28 30.7 3.64 0.1 0.7 9.8

2 3 311

11.28 2 127 4

w w airNatural w T d Amb wind w d w

Amb

w ww

w w w w w

A A TQ Q Q C V C C g H

T

H HH

H H H H H

3

2 3

0.14 0.14392 18.3[ ]

3 sec

127 4 18.3

1.5[ ]

Natural Mechanical F

air

w w

w

mQ Q A

T

H H

H m

Page 61: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

61

מערכת הרמת חלונות:

לאחר החישובים התיאורטיים למציאת גובה החלון יש לבחור מערכת אשר תרים את החלון

לגובה הרצוי.

השיקולים העיקריים לבחירת המערכת הינם: פתיחה וסגירה של החלונות בצורה אוטומטית ללא

תיחה ידנית של החלונות כאשר יש תקלה ועלות מגע אדם, צריכת חשמל נמוכה, אפשרות לפ

הקמה נמוכה. נעדיף להשתמש במערכת שמקובלת בתעשייה.

לאחר התייעצות עם המנחה והתקשרות עם מספר חברות המתמחות בהקמת חממות בישראל

", מערכת פשוטה הבנויה מגלגל Rack & Pinionמנגנוני " 4-הוחלט לתכנן מערכת המורכבת מ

ובב סביב ציר קבוע שעליו מונח מסרק נייד אשר מסוגל לדחוף את החלון לגובה שייניים המסת

. 14.2.2הרצוי כפי שמתואר באיור

כדי להבין את הכוחות שפועלים על מנגנון הרמת החלונות, יש להבין את מבנה החממה:

וני של מסבך החממה בנוי ממוטות פלדה מגולוונת. המסבך בנוי ממוטות בעלות קוטר חיצ

40[ ]TrussD mm 2ועובי דופן של[ ]mm( 12, לכן חתך המוט מחושב לפני נוסחה:)

(12 )

,14.2.3קשתות במרווחים שווים כפי שניתן לראות באיור 5לאורך מסבך החממה פזורות

"Rack & Pinion"מנגנון – 14.2.2איור

מבט על של החממה 14.2.3איור

2 24 20.04 0.036

( ) 2.387 10 [ ]4 4

TtussA m

Page 62: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

62

ממוקמים במרווחים שווים על מנת וגם הם "Rack & Pinion"בין כל שתי קשתות ממוקם מנגנון

לפזר את הכוח בצורה אחידה.

מציאת אורך קשת החלון:

של פניםכדי למצוא את אורך רוחב החלון, נחשב את אורך חצי קשת החממה, נסתכל על מבט

(14.2.4)איור CDהחממה ונמצא את אורך הקשת

(13)

חתך החממה )מבט פנים( – 14.2.4איור

2 2 2

2 2 2 2

3.5[ ]

1.5

3.5 3 1.5 4.83 [ ]

3.33cos ( ) 0.809( )

4.833

0.809 4.833 3.91[ ]

CB m

AB R

AC R

CB AB AC

R R R R m

ABX X rad

AC

CD X R m

Page 63: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

63

חישוב כוחות מערכת חלונות:

הינם משקל הפלדה של החלון וכוחות "Rack & Pinion"ת המשמעותיים שפועלים על הכוחו

W_הדחף של הרוח. נגדיר TotalF כוח זה תלוי הכוח שמפעיל משקל החלון על מנגנון ההרמה .

(. Steel( וצפיפות הפלדה )TtrussA(, שטח חתך המוט )GL) בסכום אורכי המוטות

(:12( ו )13לפי נוסחאות )

(14)

כמו כן כוח הגרר שהרוח מפעילה על החלון:

(15)

כאשר:

1.2fC - .מקדם גרר

בשלב הבא של התכן נבצע דיאגרמת גוף חופשי )דג"ח( על חתך החלון על מנת למצוא את הכוח

. כוח זה הינו כוח הדחיפה שעליו המנוע צריך להתגבר.RackFועל לאורך המסרק שפ

דיאגרמת גוף חופשי על קשת החממה – 14.2.5איור

[m]3.91

[m]3

[m]1.75

4

_ (3.91 5 28) 2.387 10 7913 9.8 880whighW G Ttruss SteelF L A g N

_

2 2

_

1 11.2 3.64 3.9 28 1.2 1020

2 2a Amb wind

up

W wind top fF V A C N

Page 64: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

64

(.RackFונמצא את הכוח שפועל במנגנון ) A, נבצע סכום מומנטים סביב נק' 5.214.לפי איור

ם שבעזרתו נוכל לחשב את הספק ומומנט ציאלי הפועל בגלגל שיניינטכוח זה הוא הכוח הטנג

המנוע.

(16)

נמצא את המומנט הנדרש מהמנוע:

(17)

":RIDDER. מתוך קטלוג חברת "LT -נרצה לבחור מנוע המסוגל להעביר יותר מ

Description מומנט [Nm] סל"ד

[n\min]

Frequency [Kw]הספק

[Hz]

RW45-2-09\400-450\3\97 120 2 0.09 50

"RIDDERבחירת מנוע מקטלוג חברת " – 14.2.4טבלה

_נוודא שהמנוע הנבחר עומד בעומסים, כלומר ההספק החשמלי 0.09[ ]R motorP Kw גדול

: תיאורטימההספק ה

(18)

_ _ _

0

cos(45 ) 0.75 sin(45 ) 1.75 3 3.9 04 4 4

1020 1020 880cos(45 ) 0.75 sin(45 ) 1.75 3 3.9 0

4 4 4

285

A

W wind W wind W

Rack

Rack

Rac

whi

k

gh

M

F F FF

F

F N

_

_

285 0.0554 4 91[ ]

2 tan( ) 2 0.95 1 tan(20)

Rack R gear

L

R R gear R

F DT Nm

i

[ ]

2 20.09[ ] 91 0.019[ ]

60

motor L R TheoreticalP T

Kw Kw

Page 65: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

65

מערכת צינון 14.3

דרישות ואילוצים של מערכת הצינון:

בתכנון מערכת הצינון של החממה יש לקחת בחשבון את תנאי האקלים באזור בו תבנה

החממה, במיוחד בחודשי הקיץ.

"אזור הערבה. –מיקום בניית ה"חממה האמתית

)טמפרטורה מקסימלית ממוצעת לפי השירות המטאורולוגי )ראה נספח- _T 38Amb High C

27% -תוני מנחה הפרויקט לחות יחסית ממוצעת על פי נAmb .

4-בעזרת מנחה הפרויקט הגדרנו את עובי המזרון -גיאומטרית מזרון לח"( 100 )mm

בעזרת פרמטר זה נוכל לקבוע את נצילות המזרון, כמו כן נציין שישנם מזרונים עבים יותר

חס למזרונים העבים יותר. דרישה נוספת לבחירת ועובי המזרון נבחר עקב העלות הנמוכה בי

המזרון

45הלח שהוגדרה היא זווית המזרון שהוגדרה / 45 (. את רוחב המזרון נהוג 314..1)איור

_לבחור לפי רוחב בית החממה לכן נבחר widthC 14[ ]G m.

ק צנרת פלסטי –בחירת חומר צנרת המיםPVC על פי הגדרת המנחה קוטר חיצוני שנבחר ,"

_11 32[ ]

4Pad pD mm .

:הגדרת מקדמי בטחון במערכת הצינון

fF - מכיוון שמים מתאדים מהמזרן הלח ומלחים שהיו במים שוקעים על גבי המזרן, תוך זמן

מו ונצילותו תקטן, על מנת לשטוף את קצר יחסית יכול להיווצר מצב שבו חלקים מהמזרן יסת

המזרן הלח מהמלחים שמצטברים עליו יש להעביר ספיקה גדולה מזו שנקבל.

מהספיקה המחושבת תספיק על מנת 6בספרות מקובל להניח שספיקה הגדולה בערך פי

לשטוף את המלחים והמזהמים.

גיאומטריית המזרון – 14.3.1איור

Page 66: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

66

DrainF- בדומה ל-fF גם מקדם זה מושפע ממלחים ומזהמים שמצטברים לאורך הצנרת, לכן

10%כפי שמקובל בספרות ניתן להניח שספיקת המים הגדולה בערך פי 20% אשר תתנקז

מהמערכת תספיק על מנת לשטוף את המלחים והמזהמים.

י לצינון בית החממה. תחילה נמצא נוסחה שתתאר את גובה המזרון הלח האופטימל

מכיוון שמערכת הצינון עובדת במקביל עם מערכת האוורור המכאני, על ידי השוואת הספיקות

:(1בין שתי המערכות נוכל לחשב את גובה המזרון האופטימלי כפי שניתן לראות בנוסחה )

(1)

Pad_את פרמטר מהירות הזרימה דרך המזרון הלח AirV נו להגדיר על מנת לחשב את גובה עלי

ככל שמהירות האוויר נמוכה אזי נצילות המזרון 14.3.2רון הלח. כפי שניתן לראות באיור המז

בא במגע עם מספר רב של ,הלח גבוהה יותר, זאת משום שאוויר שנע באיטיות בניצב למזרון

טיפות מים וגורם לאיוד המים בצורה מיטבית.

HuTek" (asia.com-www.hutek:)"ח מקטלוג חברת נבחר את דגם המזרון הל

" דגם“GLasPad 0790-45/45:

80%Padנצילות מזרון הלח הינה: 314..2לפי איור ומפל הלחץ זניח מאוד במהירות

_V 1[ ]s

Pad Air

m.

3

Mechanical _ _Q V A V [ ]sec

Pad Air c Pad Air W H

mC C

מפרט טכני מזרון לח – 14.3.2איור

Page 67: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

67

( ונמצא את גובה המזרון 1לאחר שהגדרנו את מהירות הזרימה דרך המזרון, נציב בנוסחה )

הלח:

(2)

( 14.3.1בעזרת הטבלה הפסיכרומטרית )תרשים ניתן כעת לאחר שמצאנו את נצילות המזרון,

. בעזרת טמפ' זו נוכל לחשב את ה ביותר אליה ניתן להגיער הנמוכלחשב את טמפרטורת האווי

נמצא את טמפרטורת הקירור המינימלית 14.3.1תרשים לפיספיקת המים הנדרשת במערכת.

(.100%שניתן להגיע )כאשר נצילות המזרן הלח הינה

: בעזרת טמפרטורת הסביבה שהגדרנו1.314.חישוב טמפרטורת הצינון המינימלית לפי תרשים

בדרישות המערכת _ max 38GT C 27%והלחות היחסיתAmb נוכל למצוא את טמפרטורות

Dry Bulbהצינון התיאורטית. בשלב הראשון "יוצאים" מטמפרטורה "מד חום יבש" )

emperatureT המוגדרת כ )-AmbT בשלב השני, על מנת עד למפגש עם הלחות היחסית .

למצוא את הטמפרטורה התיאורטית מותחים "קו אלכסוני" המגדיר שיוון אנתלפיה עד מפגש

, כפי שניתן לראות הטמפ' הנמוכה ביותר שניתן לקבל %100לחות יחסית של האלכסון עם

23WBTבמערכת היא: C .

3

Mechanical _ _

Mechanical

_

Q V A V [ ]sec

Q 658561.31[ ]

V 3600 1 14

Pad Air c Pad Air W H

H

Pad Air W

mC C

C mC

תהליך ירידת הטמפרטורה בבית החממה – 14.3.1תרשים

Page 68: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

68

80%Padמכיוון שלמזרון הלח ישנה נצילות ) אנו מצפים לקבל טמפרטורה מעט גבוהה מ ,)-

WBT( מתארת את נצילות המזרון הלח, ממנה נחשב את הטמפ' האמתית בחממה: 3, נוסחה )

(3)

:14.3.2כעת נמצא את הלחות היחסית בבית החממה והלחות הסגולית בעזרת תרשים

dayT_ -בש" המוגדרת כ מטמפרטורת "מד חום י 26G C אנו מותחים קו עד למפגש האלכסון ,

שווה אנתלפיה מהשלב השני. נקודת המפגש תקבע את הלחות היחסית והסגולית עבור

_day

_day

T T

T

T (T ) 38 0.8 (38 23) 26

Amb G

Amb WB

G out Pad Amb WB

T

T T C

Page 69: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

69

75%Gטמפרטורה הנ"ל. הלחות היחסית החדשה שמתקבלת הינה: כמו כן את הלחות ,

המתוארים בקווים מקווקוים באיור. 6 –ו 5פ הלחויות היחסיות לפי השלבים הסגולית נגדיר ע"

לאחר שהגדרנו את טמפ' הקירור המינימלית ואת הלחות הסגולית לפני ואחרי הקירור, אנו

יכולים לחשב את ספיקת המים במערכת:

(4)

ו בדרישות המערכת, ספיקת המים שהתקבלה הינה ספיקה ללא התחשבות בפרמטרים שהוגדר

לכן הספיקה החדשה עם התחשבות במקדמי הביטחון היא:

(5)

כעת נתמקד במציאת עומד המשאבה. בעזרת שימוש במשוואת "האנרגיה של ברנולי" נמצא

מפלי לחץ )אם ישנם( ואת עומד המשאבה:

Pad_Water 27% 75%

3

Pad_Water

Q ( )

1Q (0.017 0.012) 65856 366[ ] 0.0001[ ]

0.9 sec

air airQ

kg m

h

3 3

Pad_Water Pad_WaterQ Q 366 6 1.2 2635 [ ] 2.63 [ ] 0.00074[ ]sec

f Drain

kg m mF F

h h

227% 0.012[ ]

kg H O

kg dry air

275% 0.017[ ]

kg H O

kg dry air

את הלחות היחסית והסגוליתתהליך מצי – 14.3.2 תרשים

Page 70: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

70

:"משוואת האנרגיה של ברנולי"

(6)

Pad_ר איברים נקבל נוסחה לחישוב העומד לאחר סידור איברי המשוואה ע"י איפוס מספ PumpH :

(7)

כאשר:

2

AV - .מהירות במיכל זניחה

APBP -ו

פתוחים לאטמוספרה. -

AZ - .נקודת הייחוס

( יש לחשב את ההפסדים האורכיים לאורך הצינור. כדי לעשות זאת 7אות מנוסחה )כפי שניתן לר

רבולנטית וייסבאך", בנוסחה זו ניתן להשתמש רק עבור זרימה טו-נשתמש בנוסחת "דארסי

בדיקה האם הזרימה בצינור טורבולנטית בעזרת מספר "ריינולדס". בצינור, לכן נבצע

Pad_ר נמצא את המהירות זרימת המים בצינו waterV ( 8( בנוסחה )3ע"י הצבת נוסחה :)

(8)

2 2

_2 2

A A B BA Pad Pump B A B

w w

P V P VZ H Z Y

g g

A

w

P

2

2

AV

g AZ _

BPad Pump

w

PH

2

2

_

2

2

BB A B

BPad Pump B A B

VZ Y

g

VH Z Y

g

_

_ _ _ _ 2

_

0.000740.92[ ]

0.032 sec

4

Pad Water

Pad Water Pad water Pad p Pad water

Pad p

Q mQ V A V

A

Page 71: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

71

נמצא את תכונות המים בטמפ' 1.314.ע"פ טבלה _ 38Amb HighT C .

( ונמצא את מספר "ריינולדס":9כעת נציב את הפרמטרים שמצאנו בנוסחה )

(9)

זרימה בצינור טורבולנטית וניתן להשתמש בנוסחת קיבלנו מספר "ריינולדס" גבוה לכן, ה

וייסבאך".-"דארסי

[8] תכונות של מים – 14.3.1טבלה

_ _

4

993 0.92 0.04864300

6.82 10d

w Pad water Pad p

e

w

V DR

Page 72: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

72

וייסבאך" מוגדרים בצורה הבאה:-הפסדי העומד לפי נוסחת "דארסי

(10)

חישוב ההפסדים המקומיים לאורך הצינור )ik( מופיע בנוסחה )החישוב נעשה בעזרת 11 ,)

ת ההפסדים לפי סוגי המחברים לאורך הצינור.המתארת א 14.3.2טבלה

(11)

[8] מקדמי הפסדים לאורך הצינור – 14.3.2טבלה

2

_ _

_2

Pad water Pad pipe

A B i

Pad p

V f LY k

g D

( ) Re

2

0.5 8.5 1.1 1.1 1 12.2

2Square edged entrance Miter bend witout vanes entrant entrance

ini GlobeValve

i

k k k k k

k

Page 73: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

73

בשלב הבא נחשב את מקדם החיכוך של צינור המים. בדרישות המערכת הגדרנו את חומר

הינו PVCמקדם החספוס של 3.314.. כפי שניתן לראות בטבלה PVCהגלם של הצינור להיות

0.007[ ]mm .

, נוכל למצוא את מקדם החספוס היחסי כעת לאחר שמצאנו את מקדם החספוס של הצינור

(:12) כפי שניתן לראות בנוסחה

(12)

(:14.3.3לפי דיאגרמת מודי נמצא את מקדם החיכוך בצינור )איור

מקדמי חספוס עבור חומרים שונים – 14.3.3טבלה

דיאגרמת מודי – 14.3.3איור

_

0.007Re 0.000218

32Pad p

lative RoughnessD

Page 74: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

74

( עד לנקודת המפגש של 9אנו בנוסחה )בשלב הראשון "נמתח" קו אנכי ממספר "ריינולדס" שמצ

(. בשלב השני נמתח קו הניצב לשלב הראשון ונקבל את 12החספוס היחסי שמצאנו בנוסחה )

0.02fמקדם החיכוך לאורך הצינור, מקדם החיכוך הינו .

Pad_( נותר לנו להעריך את אורך הצינור 10בשלב הבא של נוסחה מספר ) pipeL באופן גס ניתן .

להעריך את אורכו ע"י חלוקתו לשני צינורות, החלק הראשון של הצינור הינו הרוחב של המזרון

מטר, מכיוון שישנם רדיוסים 1.3מטר, חלקו השני של הצינור הוא גובה המזרון 14הלח כלומר

ת דרישת המשאבה. מטר על מנת להחמיר א 2ומחברים בצינור, נוסיף לאורך הצינור עוד

לסיכום אורך הצינור הינו:

(13)

וייסבאך" ונקבל את הפסדי העומד:-נציב את הנתונים בנוסחת "דארסי

(14)

( ונקבל את עומד המשאבה 14) –( ו 8(, נציב את תוצאות נוסחאות )7נחזור כעת לנוסחה )

הנדרש:

(15)

_ 2 14 1.4 2 17.4[ ]Pad pipe W HL C C m

_water

2 2Pad_pipe

_

L 0.92 0.02 17.4( 12.2) 1[ ]

2 D 2 9.8 0.032

Pad

A B i

Pad p

V fY k m

g

_

2 2

_

0.921.3 1 2.3[ ] 3[ ]

2 2 9.8

Pad water

Pad Pump B A B

VH Z Y m m

g

Page 75: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

75

מערכת חימום 14.4

ערכת החימום:דרישות ואילוצים של מ

בתכנון מערכת החימום של החממה יש לקחת בחשבון את תנאי האקלים באזור בו תבנה

החממה, במיוחד בחודשי החורף ובשעות הלילה.

"אזור הערבה. –מיקום בניית ה"חממה האמתית

טמפרטורת סביבה מינימלית ממוצעת, עבור חודש ינואר לפי השירות המטאורולוגי )ראה

_ -( ז' נספח 11Amb LowT C .

טמפרטורת גידול מינימלית בשעות הלילה בבית החממה כפי שהוגדרה על ידי המנחה-

_ 16G nightT C .

בשל העלות הכספית רם שנבחר למערכת החימום הינו מיםהזו –בחירת זורם עבודה

.זמינותווהנמוכה

( טמפרטורת המים במיכל האגירה במהלך היום )לפני השימוש בבוילר- _ _Tan 25Heat water kT C .

על מנת שלא יגרם לבוילר "שוק תרמי" שיכול לגרום לסדקים בגוף החימום, נהוג לשמור על

הפרש טמפרטורה נמוך ככל שניתן בין כניסת המים ויציאת המים מהמחמם. נגדיר את טמפ'

_ -הכניסה למחמם כ _ 80Heat pipe outT C היציאה הינה וטמפ '- _ _ 90Heat pipe inT C .

10 –מספר שעות החימום המקובלות לחימום חממה[ ]hr בין השעות

20:00 06:00Night Morning.

לפי סקר שוק שנערך במספר חברות המקימות מערכות -בחירת חומר צנרת החימום

_בצנרת ברזל בעלת קוטר חיצוני חימום ועל פי הנחיית המנחה הוחלט לבחור 50[ ]Heat pD mm

_ -ועובי דופן 2[ ]Heat Pt mm.

טבלה לפי סקירת ספרות )ראה –קביעת מקדם מעבר החום הכולל הנפלט מהחממה

7TotalU( ומספר תיאוריות מקובלות נהוג לבחור מקדם מעבר חום כולל סביב בהמשך .

ע"פ השירות ניתן להבחין שמקדמי מעבר החום תלויים במהירות הרוח, לכן 14.4.1מטבלה

_( מהירות הרוח הינה: 'ז המטאורולוגי )ראה נספח 3[ ]Amb windmV

s .

[15] מקדמי מעבר חום כולל הנפלט מבית החממה – 14.4.1טבלה

Page 76: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

76

נחשב את מקדם מעבר 14.4.1 מטבלהוהנתונים שנלקחו "De Halleux"כעת לפי תיאוריית

החום הכולל:

(1)

מציאת שטח מבנה החממה:

מעטפתעל מנת לחשב את הספק החום הכולל הנפלט מהחממה, נדרש לחשב את שטח

הוגדרו מספר פרמטרים זמניים, המתארים 1.414.. כפי שניתן לראות באיור sAהחממה הכולל

את תרומת השטחים של כל דופן.

0.80.8

_

0.2 0.2 2

35.96 5.96 7.37 7[ ]

28

Amb wind

Total

G

V WU

L m k

על מבנה החממה ISO & FRONTמבט – 14.4.1איור

Page 77: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

77

חישוב תרומות השטחים:

(2)

שטח 1A ו-

2A:

שטח 3A ו-

4A:

שטח 5A :

: Rמציאת

2

1 2

2

3 4

1 2 3 4 5

5

2

1

5

3 5

[3( ) - (3 )( 3 )]2

2 [3(3.5 1.5) - (3 3.5 1.5)(3

14 4.5 63[ ]

28 4.5 126[ ]

73.5 [ ]; 1.5 [ ]

2

28

2 2

2 63 2 126 458

.5 3 1.5)] 458[ ]2

835.595 836

s

A A m

A A m

a

LA N a b a b a

m b m

A A A A A A A A

b

A m

A

2[ ]m

2

1 2

2

3 4

1 2 3 4 5

5

2

1

5

3 5

[3( ) - (3 )( 3 )]2

2 [3(3.5 1.5) - (3 3.5 1.5)(3

14 4.5 63[ ]

28 4.5 126[ ]

73.5 [ ]; 1.5 [ ]

2

28

2 2

2 63 2 126 458

.5 3 1.5)] 458[ ]2

835.595 836

s

A A m

A A m

a

LA N a b a b a

m b m

A A A A A A A A

b

A m

A

2[ ]m

14

4.5

28

4.5

2 2 2

1

2

5

2 2

1 2 3 4 5

3.5 ( 1.5) 4.8[ ]

3.5sin ( ) 46.8 0.817[ ]

4.8

Arc 2 0.817 4.8 7.84[ ]

2 7 ( 1.5)2 ( ) 2 (Arc )

2 2

2 0.817 7 (4.8 1.5)2 (4.8 ) 2 (7.84 28) 458[ ]

2 2

63 63 126

G

s

R R R m

rad

R m

RA R L

m

A A A A A A

2126 458 836[ ]m

4.5

7

3.51.5

1.5R

R

Page 78: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

78

מציאת הפסד החום:

הפרש הטמפרטורה בין בית החממה לסביבה )( ו2(, )1בעזרת נוסחה )airT ניתן להגדיר את ,)

הפסד החום הכולל הנפלט מהחממה בשעות הלילה:

(3)

מספר רב של חברות המייצרות או מייבאות תנורי חימום, מתארות את הפסדי החום ביחידות

MJ ביחידות אלוהמתקבל , לכן הפסד החום הכולל:

(4)

מציאת ספיקה מסית ונפחית:

במהלך התכן נדרש לחשב את מספר "ריינולדס" המתאר את טיב זרימת המים בצינור. בעזרת

VHeat_של המשאבה ניתן לתאר את מהירות המים בצינור ) הנפחתהספיקה W כאשר מהירות ,)

ינולדס":זו הינה חלק אינטגרלי ממספר "רי

:ספיקה מסית

(5)

:ספיקה נפחית

(6)

מציאת מקדם מעבר החום הכללי מצינור החימום המבוסס על שטח חתך פנימי:

למציאת המקדם עלינו לבצע מספר הנחות שמתקיימות בתהליך החימום:

בצינור ישנה הסעה מאולצת. .1

חופשית. \בסביבת הצינור ישנה הסעה טבעית .2

ן הצינור הינו בהולכה.מעבר החום דרך דופ .3

הנוסחה שמתארת את מקדם מעבר החום המבוסס על שטח חתך של הצינור:

(7)

_ 7 836 (16 11) 30 [ ]Heat loss Total s airQ U A T KW

3

10 _ 10 30 10 (10 60 60) 1080 [ ]Loss h Heat lossQ Q MJ

3_

_ _ _ 3

30 100.717[ ]

4.181 10 (90 80) sec

Heat loss

Heat loss Heat w p w fluid Heat w

p w fluid

Q kgQ m c T m

c T

3_

_

0.7170.0007[ ] 42[ ]

1000 sec min

Heat w

Heat W

w

m m LV

2

1

_

1

ln( )1 1

2

i

o

i

f Heat pipe o a

Ur

AAr

FFh k L A h

Page 79: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

79

(:7הגדרת פרמטרים בנוסחה )

pL - .אורך צינור המים המונח על רצפת החממה לצידי ערוגות הצמחים

FF - ג לקבוע מקדם נוסף הנקרא מקדם לכלוך, מקדם זה ע"פ מספר מקורות בספרות נהו

מעלות 325 –מתאר מזהמים ולכלוך המצויים בצינור. עבור מים בטמפרטורה שגבוהה מ

קלויין הזורמים בצנרת ברזל נהוג לבחור 2

0.0002[ ]m k

FFW

.

:75מקדם ההולכה של ברזל לפי מקורות בספרות[ ]iron

WK

mk.

טחי המעטפת )פנימי לחיצוני( של צינור הברזל הינו: יחס ש

0

2 0.0240.96

2 0.025

i pi i

o o p

r LA r

A r L r

הצבת הפרמטרים במקדם מעבר החום המבוסס על שטח חתך פנימי:

(8)

0

p

p

3

1 1

0.157 0.04081 10.96 0.0002ln( )

2 75 L1 1

2 L

1

1 0.962.0135 10

iP

o

f ai i

f iron o a

i

f a

Ur L

Ah hr A

FFh K A h

U

h h

Page 80: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

80

:fh חישוב מקדם ההסעה המאולץ בתוך הצינור

תכונות המים בעזרת בשלב הראשון למציאת מקדם ההסעה המאולץ, יש להגדיר את

טמפרטורת BulkT טמפרטורה זו מתארת את ממוצע טמפ' הנוזל התרמי בצינור ,

90 8085

2Bulk BulkT T

,

ניתן לחלץ את תכונות המים בטמפ' 2.414.לפי טבלה BulkT:

[8] תכונות של מים בלחץ אטמוספרי – 14.4.2טבלה

Page 81: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

81

לכן נדרש לבצע אינטרפולציה 2.414.איננה נתונה בטבלה BulkTכפי שניתן לראות, טמפ'

14.4.3המתוארת בטבלה

חשב את מספר "ריינולדס" בצינור. בשלב ניתן ל 14.4.3לאחר חישוב תכונות המים לפי טבלה

( תחושב מהירות זרימת המים בצינור:6שחושבה ) הנפחתהראשון בעזרת הספיקה

(9)

מספר "ריינולדס":

(10)

ור.זרימה טורבולנטית לאורך הצינ מספר "ריינולדס" שהתקבל בצינור הינו גבוה, דבר המעיד על

(11)

המהירות הקריטית CrV את מהירות הזרימה המקסימלית שניתן לקבל בצינור המים תארתמ

ללא זרימה טורבולנטית.

כעת נותר לחשב את מספר "נוסלט", בעזרת מספר זה ניתן לחשב את מקדם ההסעה המאולץ

בצינור. עבור מספר "נוסלט" ישנם מספר קורלציות המציינות קשר בין מספר "ריינולדס" למספר

המולקולרית של הדיפוזיותטל" שבהן נהוג להשתמש. )מספר "פרנטל" מתאר את היחס בין "פרנ

(.14.4.2מולקולרית של חום נלקח מטבלה לדיפוזיותהתנע

[ ]T C [ ]p wkJC

kg C 3[ ]w

kgm

[ ]kg

m s

[ ]wWK

m C

rP

82.22 4.195 970.2 0.000347 0.673 2.16

85 4.197 968.45 0.000337 0.674 2.095

87.78 4.199 966.7 0.000327 0.675 2.03

Interpolation

factor

0.5

מ"צ 85תכונות המים בטמפ' – 14.4.3טבלה

_

_

_ 2 2

4 4 0.00070.356[ ]

0.05 secHeat p

Heat W

Heat W

V mV

D

4000 137940 0.029[ ]dCr e Cr Cr

mR R V Vs

_ _ _

_4

968.45 0.048137940 137940 0.356 49110

3.37 10d

w Heat W Heat p Heat W

e Heat W

w

V D VR V

Page 82: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

82

, הקורלציה של מספר "נוסלט" שנבחרה היא עבור זרימה מפותחת וצינורות 14.4.4מטבלה

חלקים:

(12)

ץ בצינור בעזרת מספר "נוסלט"מציאת מקדם ההסעה המאול

(13)

:ah חישוב מקדם ההסעה החופשית מחוץ לצינור

בשלב הראשון למציאת מקדם ההסעה החופשי, יש להגדיר את תכונות המים בעזרת

טמפרטורת FilmT 'טמפרטורה זו מתארת את ממוצע טמפ' הנוזל התרמי בצינור יחד עם טמפ ,

0.8 0.4 0.8 0.4 0.8

_0.023 0.023 (137940 ) 2.095 400 175dud e r p Heat WN R P V V

0.8

_ 0.8 0.8

_ 2

_

0.674 4005617 5617 0.356 2459[ ]

0.048

Heat Ww udf Heat W

Heat p

Vk N Wh V

D m k

[8] קורלציות של מספר נוסלט לפי משטרי זרימה שונים – 14.4.4טבלה

Page 83: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

83

האוויר בסביבה. 85 16

50.5 323.52

Film FilmT K T

,

ניתן לחלץ את תכונות המים בטמפ' 5.414.לפי טבלה FilmT.

לכן נדרש לבצע אינטרפולציה 5.414.איננה נתונה בטבלה FilmTכפי שניתן לראות, טמפ'

14.4.6המתוארת בטבלה

[ ]T K [ ]pkJC

kg C 3[ ]kg

m

510 [ ]kg

m s

[ ]aWK

m C

rP

300 1.0057 1.1774 1.8462 0.02624 0.708

323.5 1.0073 1.0931 1.9537 0.02943 0.703

350 1.0090 0.9980 2.075 0.03303 0.697

Interpolation

factor

0.53

מ"ק 323.5תכונות האוויר בטמפ' – 14.4.6טבלה

[8] תכונות של אוויר בלחץ אטמוספרי – 14.4.5טבלה

Page 84: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

84

חישוב מספר "גרהשוף":

נציג 14.4.6בעזרת טבלה תמיגוס בין כוחות הציפה לכוחות הצמתאר את היח "גרהשוףמספר "

את הפרמטרים התלויים רק באוויר כפי שניתן לראות בנוסחה הבאה:

(14)

(15)

מספר ריילי" "מספר גרהשוף", בעזרת מספר זה יחושב "( ונקבל את 15) –( ב 14כעת נציב את )

.המתאר את טיב הזרימה מסביב לצינור המים

) מספר ריילי""חישוב aR:)

מספר ריילי" מאפיין את טיב זרימת האוויר מסביב למעטפת החיצונית של צינור המים. בנוסף "

(. כאשר 7.414.מאפשר להשתמש בקורלציה פשוטה למציאת מקדם ההסעה החופשית )טבלה 9

aR 10 ואילו כאשר אזי הזרימה לאורך דופן הצינור הינה "זרימה טורבולנטית "

4 9

a10 < R 10 ( ו15הזרימה לאורך דופן הצינור הינה למנרית. על סמך )" "מספר פרנטל

מספר ריילי" הינו:" 14.4.5מטבלה

(16)

בעזרת מספר "ריילי" שחושב, וצינור הממוקם אופקי, נבחר את הקורלציה המסומנת בטבלה

14.4.7

[8] דם הסעה חופשית לפי מגוון קורלציות שונותמק – 7.414.טבלה

2 32

- 7

7 3 3

1.0931 1.00731

9.8 101323.5 6.34 10 [ ]

195.4 10 29.4 10

air p airg C

k m C

_p

2

- 3 7 3 56.34 10 (85 16) 0.048 5 10Heat

air p air

r Film

g CG T D

k

5 5

a rR P 5 10 0.7035 3.6 10rG

Page 85: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

85

מקדם ההסעה החופשי באוויר עבור צינורות אופקיים הינו:

(17)

( ונקבל את מקדם מעבר החום 17) –( ו 13( את )8לאחר חישוב מקדמי ההסעה נציב בנוסחה )

המבוסס על שטח חתך פנימי מצינור החימום:

(18)

:PL חישוב אורך צינור החימום

( יחד עם מקדם מעבר החום הפנימי שחושב3אורך צינור החימום בחממה יחושב ע"פ נוסחה )

( כלומר:18) –ב

(19)

מציאת עומד המשאבה:

שלב הראשון כאשר ניגשים לפתרון הבעיה נדרש למצוא נוסחה שמתארת את ההפסדים לאורך ב

-ונוסחת "דארסי ""משוואת האנרגיה של ברנולי -ן נשתמש ב הצינור בצורה המיטבית ביותר. לכ

וייסבאך":

:משוואת האנרגיה של ברנולי

(20)

וייסבאך":-נוסחת "דארסי

(21)

( בעזרתה נקבל 10(, ניגש לנוסחה )fעל מנת למצוא את מקדם החיכוך לאורך הצינור ) כעת

49110את מספר "ריינולדס" )deR נמצא את מקדם החיכוך של צינור 2.414.(, יחד עם תרשים

הברזל.

0.25 0.25

2

_

50.51.32 ( ) 1.32 ( ) 7.5[ ]

0.048

Filma

Heat p

T Wh

D m k

23

18[ ]

1 0.962.0135 10

2459 7.5

i

WU

m k

Heat_loss fluid _p Heat_pipe _ _ _ _out

3Heat_loss

Heat_pipe

_p _ _ _ _out

Q ΔT 2 D L (T T )

Q 30 10L 1200[ ]

2 D (T T ) 2 0.05 8 (90 80)

i i i Heat Heat pipe in Heat pipe

Heat i Heat pipe in Heat pipe

U A U

mU

2 2

2 2

A A B BA P T B A B

w w

P V P VZ H H Z Y

g g

2

2

p p

A B i

o

V f LY k

g D

Page 86: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

86

(22)

0.026fהינו: 2.414.מקדם החספוס בצינור המתקבל מתרשים

שיטת פריסת צינור:

שיטות נפוצות לפריסת צנרת המים: 3במבנה חממה ישנן

פריסה ספירלית. .1

לת.פריסה מתפת .2

"(."Tichelman Distribution Systemפריסת "טיכלמן" ) .3

פריסה ספירלית ומתפתלת זהות באופן זרימת המים בצינור. מים חמים נכנסים מהקו הראשי

וחוזרים מקוררים מאותו קו לחימום חוזר. הבעיה בשתי השיטות הן הפסדי הלחץ המשמעותיים

ם ואורכו של הצינור, בנוסף ישנה אפשרות שמתפתחים לאורך הצינור בעקבות הפיתולים הרבי

של גרנדיאנט טמפרטורה גבוה לאורך הצינור. על מנת להתגבר על הפסדי הלחץ וגרנדיאנט

הטמפ' רצוי להשתמש בשיטת "טיכלמן". שיטה זו מומלצת משום שהיא מאפשרת חלוקה כמעט

ת אשר עובדות על שווה של מים לכל הלולאות המחוברות אליה )גם כאשר מדובר במספר חממו

אותו קו חלוקת מים(. זאת בשל שתי סיבות עיקריות, כיוון הזרימה של קו האספקה זהה לקו

החזרה ואורכו של נתיב הזרימה מהקו המרכזי זהה עבור כל הלולאות. לכן הירידה בלחץ זהה

_

0.15Re 0.003

50

Galvanized iron

Heat p

elative Roughness

D

דיאגרמת מודי – 14.4.2תרשים

Page 87: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

87

בכל הצינורות ונמוכה משמעותית ביחס לשתי הפריסות האחרות. כמו כן גרנדיאנט הטמפ'

פריסה זו לאורכה של החממה נמוך והטמפ' בבית החממה קבועה ואחידה. בשיטת "טיכלמן" ב

חשוב לשמור על קטרי צינור אחידים לכל הצינורות על מנת למזער הפסדים מקומיים בצינור

ולשפר את הזרימה בצנרת. לכן השיטה שנבחרה היא פריסת "טיכלמן".

ערוגות של גידולים חקלאיים )פלפלים(, על מנת 3מטר( יונחו 7כל גמלון )ע"פ הגדרת המנחה ב

.14.4.3המרחקים שנקבעו בין צנרת החימום מתוארים באיור .לשמור על פיזור חום אחיד

שיטות פריסת צנרת חימום – 14.4.3איור

Page 88: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

88

כעת לאחרת שנבחרה שיטת הפריסה בבית החממה ניתן לחשב את ההפסדים המקומיים

יתוארו המקדמים לאורך הצינור. 8.414.( ועל פי טבלה ikלאורכו של הצינור )

(23)

2 2 [2:1] [2:1] 2arg ( )

3 (8.5 0.30 0.25 0.25) 0.35 28.25

( )in in Area ratio Area ratio ini globe valve flanged Long sweep elbow Sudden contraction in Sudden enl mentout Gatevalve fullyopenk n k k k k k

[8]ם מקדמי הפסד מקומיי – 14.4.8טבלה

Page 89: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

89

(, 19(, )9על מנת לחשב את ההפסדים האורכיים לאורך הצינור, נציב את הפרמטרים מנוסחה )

0.026f( ואת מקדם החיכוך )23) ( בנוסחה )וייסבאך"(:-( )"דארסי21

(24)

עומד המשאבה:חישוב

(25)

חישוב נפח מיכל המים:

נפח מיכל המים הינו פונקציה של שטח הצינור כפול אורך צנרת החימום, לכן:

(26)

2 2_ _

_

0.356 0.026 120028.25 4.21[ ]

2 2 9.81 0.05

Heat W Heat pipe

A B i

Heat p

V f LY k m

g D

_

2 2

2

_ _

2 2

; 0; 0; 0;

0.0065 4.21 4.21 5[ ]2

Heat W

A A B BA P T B A B

w w

A B T B A A B p

Heat Pump A B Heat Pump

P V P VZ H H Z Y

g g

P P H Z Z V V V

VH Y H m

g

2 23

Tan

0.051200 2.4[ ] 2400[ ]

4 4

ok p

DV L m Liter

Page 90: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

90

מסך הצללה 14.5

מערכת מסך ההצללה:

כמעט בכל חממה ניתן להתקין מערכת של מסך הצללה, וישנם שלוש צורות התקנה עיקריות:

ב למרזב": מחברים את המסך אל אחד המרזבים או אל דופן החממה, והמסך נפרש "מרז .1

בעצם לכל רוחבה, ניתן לשלוט על כמות פתיחת המסך אם רוצים הצללה רק בחלק מסוים

של החממה.

שיטה דומה לראשונה והשוני היחיד הוא כיוון פתיחת המסך התרמי, מחברים תחילה את .2

המסך התרמי נפרש לאורכה של החממה, כך ניתן לשים כמה המסך אל דופן החממה ו

מסכים בכל חממה ולחלק את החממה לכמה חלקים לפי הצורך.

הצורות הנ"ל היא שישנו חלל גדול מהחממה שנשאר מעל למסך ההצללה, האוויר תיהבעיה בש

ל המסך בלילה ובשעות הבוקר כאשר המסך נסגר האוויר הקר מעשנשאר באזור זה מתקרר

.באזור הצמחיםאל החממה ומקרר את האוויר הנמצא יורד

צורת חיבור "מרזב מרזב" – 14.5.1איור

צורת חיבור כאשר המסך – 14.5.2ר איו מחובר אל דופן החממה ונפרש לאורכה

Page 91: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

91

"מערכת שיפוע ישר שיפוע": שיטה שנותנת מענה לבעיית ה"מקום" ובעיית האוויר הקר .3

המסך נמתח לאורך ממסבך ,שנשאר מעל למסך התרמי. מערכת זו זזה בצורה מקבילה לגג

ל שאר ציוד החממה ואוויר קר למסבך, היתרון בשיטה זו שניתן למקם את המסך גבוה מע

לא נקלע בין גג החממה למסך.

חומר המסך:

חומרים ללא נקבוביות/ חורים:

שמירה טובה על חום מכיוון שאוויר אינו יכול לעבור דרכם. .1

חסין למעבר של מים. כאשר ישנה הצטברות של מים על החלק העליון של מסך הצללה, .2

הנוסף שהם מפעילים על המערכת יכול לגרום למים אין אפשרות להתנקז והמשקל

לקריסתה.

חומרים חצי מחוררים:

מים יכולים לעבור בצורה חלקית דרכם לכן לא תהיינה בעיה של הצטברות מים על .1

החלק העליון של מסך הצללה.

.70%-50%שמירה על מעבר חום בין .2

מסכי הצללה מחוררים:

ור וילונות הצללה.משמשים גם עבור וילונות תרמיים וגם עב .1

מעבר אוויר נוח. .2

.40%-20%שומרים על חום בין .3

מערכת שיפוע ישר שיפוע – 14.5.3איור

Page 92: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

92

חישובי תאורה:

חקלאיים גידולים בשטחי האור מדידת הפלפל. בגידולי ביותר החשובים המדדים אחד הוא אור

מבוצעת היא שלה. לאופטימיזציה צעדים ונקיטת הפוטוסינתזה קצב להגדרת עזר כלי היא

איינשטיין" "מיקרו של מידה ביחידות (PPF) םסינתטיי הפוטו הפוטונים שטף דתמדי באמצעות

לצמיחה בשנייה למ"ר "איינשטיין מיקרו" 1200 – 800 -ל זקוקים הפלפל זני בשנייה. למ"ר

אופטימאלית.

לגרום יכול אך הפוטוסינתזה את מגביר לא בשנייה למ"ר "איינשטיין מיקרו" 1200 לש מעבר אור

הצמח. בפעילות פוגעת הגבוהה הטמפרטורה בחממה. האוויר טמפרטורת של נוספת לעלייה

מתחת מעט האור רמת את לשמור כדי הצללה במסך שימוש ישנו שתילה בעת לפיכך

פריחה. ונשירת תקין וגטטיבי גידול להבטחת הטמפרטורה, את ולהוריד לאופטימלית

לוקס היא היחידה ביחידות לוקס. החיישן בו נשתמש עבור הפרויקט הינו חיישן המודד

למדידת שטף אור. לוקס אחד הוא כמות ההארה כאשר SI""הבינלאומית במערכת היחידות

אחד לומן מפוזר בצורה שווה על משטח בגודל מטר רבוע, לוקס משתנה לפי גודל המשטח עליו

המואר. מפוזר האור, ולומן מודד את עוצמת ה"זוהר" של האור, ללא קשר לגודל המשטח

(2)

המשטח מואר על ידי (LUXעוצמת הארה )

לילה ללא ירח 0.0001

לילה בו ירח מלא 0.27-1

סלון 50

זריחה/שקיעה 400

אור יום 10,000-25,000

קרן שמש ישירה 32,000-100,000

[12] עוצמת הארה עבור מקומות נפוצים - 514..1טבלה

2

)(

( )

lmlux

m squareme

lumen

tre

רמות כיסוי שונות – 14.5.4איור

Page 93: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

93

-ל LUXהמעבר מיחידת מידה 2

w

mאיננו פשוט מכיוון שמדובר בשני סוגים שונים של

משתנים, האחד מתאר עוצמת הארה והשני קרינה. לרוב משתמשים במקדמים שונים עבור

למיקרו LUX –עבר מ עבור מ 54אורכי גל שונים, אך עבור אור השמש נהוג להשתמש במספר

על מנת לקבל את התוצאה ב 2-איינשטיין ולחלק ב 2

w

mנדגים מעבר יחידות זה עבור עוצמת

השמש:

(3)

מהאור 90%-80% –כיסוי החממה עשוי מיריעות פוליאתילן, יריעות אלו בדרך כלל מאפשרות ל

שר רמת הכיסוי שלו משתנה לפי סוג החומר ולפי לעבור דרכן. בנוסף ישנו את מסך ההצללה א

מציגה מגוון של חומרים שונים, ניתן לראות עבור כל חומר מה 14.5.2צפיפות החורים בו, טבלה

הוא אחוז מעבר האור וכמה אנרגיה הוא יכול לחסוך בלילה.

בשעות הלילה דרכם, החום כפי שניתן לראות חומרים בעלי אחוז כיסויי גבוה ימנעו מעבר חום

שמצטבר בתוך החממה יוריד את עלויות החימום אך בשעות היום ימנע גם מרוב קרינת השמש

לעבור דרכו וכך לצמח לא יגיע מספיק אור. לכן צריך לבחור את הכיסוי אשר עונה על שתי

דרישות אלו בצורה הטובה ביותר.

יום היא וצמת השמש בצהרי הע :נבחר את רמת הכיסוי המתאימה לנו בצורה הבאה2

1000W

m

שהם "מיקרו איינשטיין" 800-1200בנוסף עבור גידול פלפלים העוצמה המיטבית היא בין

0_ 2 2 21000[ ] 2000[ ] 108,000[ ] 108,000[ ]Max

w mol lmS LUX

m m s m

]14[ חומרים שונים הממוינים על פי אחוזי כיסוי וחסכון באנרגיה בשעות הלילה – 14.5.2טבלה

Page 94: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

94

2600 400

W

m מהאור החודר דרכה, לכן נוכל לחשב מה הוא %80ושכיסוי החממה מוריד בערך

:ע"י פרישת מסך הצללה יוםשנצטרך במשך ההנוסף אחוז הכיסוי

(4)

יביא אותנו לתחום הרצוי 75%-50%בין אור של רשמסך הצללה עם אחוז מעבאפשר לראות

בעל רמת כיסוי של XLS 15( מסוג Semi - Porousעבור הצמח. נבחר בכיסוי חצי מנוקב )

ת יותר נוכל מאור השמש יכול לעבור, כך גם עבור עוצמות שמש נמוכו 55%זאת אומרת 45%

עדיין להשתמש במערכת זו לצורך הצללה ונקבל חסכון משמעותי באנרגיית חימום בשעות

הלילה.

מבנה המערכת:

כמוצר מדף בתכנון מקדים מכיוון שהן מערכות המוגדרות במערכות של מסכי הצללה אין צורך

פולריות היא וישנם מגוון חברות אשר מתעסקות במכירה של מערכות אלה. אחת החברות הפו

2

2

( ) ( %) ( %)

%

( ) ( %)

400 600%

1000 0.8

wsunlight greenhousecooverTransmission CurtainsTransmission Light OnGrowth

m

Light OnGrowthCurtainsTransmission

wsunlight greenhousecooverTransmission

m

CurtainsTransmission

100% 50% 75%

VRE SYSTEMSהסבר מכני של מסך הצללה מחברת – 14.5.5איור

Page 95: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

95

שמציאה כמה סוגים שונים של מערכות וסוגים שונים של כיסוים "Vre Systems“ חברת

לאחר שבחרנו את סוג הכיסוי . מנו הם עשויים ורמת הכיסוי שלהםהנבדלים זה מזה בחומר מ

המתאים עבור הצמח שלנו נבחר במערכת הבאה:

ין הגלגלות מתוחים כבלים, המסך זוהי מערכת המורכבת מגלגלות הממוקמות בקצה החממה, ב

מחובר בצדו האחד אל החממה ובצדו השני אל הכבלים, המנוע מסובב את הגלגלות, פעולה זו

תגרום לכיסוי להיפתח ולהיסגר תלוי בכיוון סיבוב המנוע.

Page 96: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

96

מערכת פאנלים סולאריים 14.6

":אמתיתפרויקט "חממה

עם בנק מצברים. הפאנלים ימוקמו לרוחב בפרויקט החממה נתכנן מערכת פאנלים סולאריים

מעלות ביחס לאופק. כמו כן הפאנלים הסולאריים יפנו לכיוון דרום 30החממה וישענו בזווית של

מכיוון שקרינת השמש על הפאנלים בזווית הזו הינה הגבוהה ביותר. מבנה החממה בנוי משני

החממה לכן נהוג למקם חממות גמלונים מרזב לניקוז המים מהגג, המרזב ממוקם לאורכה של

לכיוון צפון דרום כך המרזב אינו יוצר הצללה קבועה על החממה. בנוסף הדרך בה נמקם את

הפאנלים כך שיפנו לכיוון דרום תהיינה על הדופן הקצרה של החממה כפי שמתואר באיור

1..614.

ת. הגודל נקבע על ידי הבעיה העיקרית בתכנון פאנלים סולאריים הינה גודלה הפיזי של המערכ

ההספק הנצרך מהצרכן. תכנון הגודל הינו מרכיב בעל חשיבות רבה מכיוון שאור השמש הפוגע

בפאנלים משתנה מרגע לרגע ואינו קבוע וכך גם האנרגיה שהפאנלים מייצרים.

( המייצג את ”Wp -“peak wattsפיק" )-ריים מגדירים מושג הנקרא "וואטאיצרני פאנלים סול

ום הספק אותו הפאנל יכול לייצר תחת תנאים אופטימליים, תנאים אלו נקראים תנאי מקסימ

STC" :המוגדרים כ: עוצמת קרינת שמש "0_ 2

1000Max

WS

m מ"צ, חשוב 25, וטמפרטורה של

לציין שתנאים אלה אינם התנאים האמתיים שהפאנל נמצא בהם, לכן כאשר מתכנני מערכת

הוג לקחת את הנתונים לגבי קרינה סולארית מתוך קובץ נתונים שנקראפאנלים סולאריים נ

TMY – "Typical Meteorological Year” המאפשר לקבל את כמות הקרינה לפי ימים וכך ,

לחשב מה יהיה ההספק הצפוי ממערכת הפאנלים הסולריים.

וש , מרכזת מספר נתונים לגבי הספקי הקרינה על משטח הנמצא בשל14.6.1טבלה

מעלות ביחס לקרקע ומשטח המופנה 60שונות, משטח ורטיקאלי, משטח המופנה קונפגורציות

סידור הפאנלים על גבי החממה – 14.6.1איור

Page 97: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

97

מעלות ביחס לקרקע. בנוסף עבור כל משטח מצוין כיוון המשטח דרום, מערב, צפון ומזרח. 30

הנתונים בטבלה הם ממוצע הקרינה היומיים לכל חודש בשנה, כמו כן הנתונים הם ביחידות של

2[ ]KWd

m, זאת אומרת מהו ההספק הממוצע ליום המתקבל בכל חודש. הטבלה מסכמת נתונים

שנמדדו בעיר אילת שעבור פרויקט החממה הנתונים מספיק קרובים לאזורנו )אזור הערבה(.

נוכל לסכום את סה"כ הקרינה המתקבלת בשנה עבור כל סוג הטעייה של 14.6.1מטבלה

כך לדעת מה היא הזווית בה נקבל את הספק הקרינה הגבוה ביותר בממוצע.משטח ו

סכום הקרינה הפוגעת בפאנל עבור זוויות וכיוונים שונים ביחס לקרקע ולשמש - 14.6.2טבלה

עלות מ 30הפאנלים ימוקמו בכיוון דרום ביחס לשמש ובזווית של במצב בו, 14.6.2מטבלה

ביחס לקרקע, עוצמת האור הממוצעת תהיינה הגבוהה ביותר ברוב חודשי הקיץ. מכיוון שישנו

הבדל גדול בין הקרינה המתקבלת בחורף לזאת בקיץ לא יהיה נכון לעשות ממוצע שנתי, בשל

העובדה שבחודשי הקיץ חלק גדול מהחשמל שמיוצרים ע"י הפאנלים לא מומש, לכן נחלק את

לחודשי הקיץ ולחודשי החורף בנפרד. חישובי ההספק

, יש כאלה המגיעים לנצילות 15% –למרבית הפאנלים הקיימים בשוק כיום בעלי נצילות של

גבוה יותר אך הם יקרים מאוד. הפאנל הנבחר עבור הפרויקט הוא פאנל מסוג

"Monocrystalline" של חברת"Samsung" ומידותיו הם: 15.6%. נצילותו היא

זווית הטעיית

המשטח

משטח ורטיקאלי ביחס לקרקע מעלות ביחס לקרקע 60משטח המופנה מעלות ביחס לקרקע 30משטח המופנה

הכיוון אליו פונה

המשטח

דרום מערב צפון מזרח דרום מערב צפון מזרח דרום מערב צפון מזרח

סה"כ קרינה

ממוצעת לשנה

60.95 47.12 59.45 71.24 50.25 27.91 48.17 62.57 37.95 33.84 35.71 43.67

Typical Meteorological Year"" [15] – 14.6.1טבלה

Page 98: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

98

מציגה את כמות האנרגיה שניתן לקבל מפאנל סולארי ששטחו 3.614.טבלה 2A 0.982 1.63 1.6[ ]Panel m 9 –בחודשי הקיץ והחורף. את ההספק הממוצע יש לחלק ב

עבור חודשי החורף שזהו מספר שעות האור יום המשמעותיות. לאחר 8 –עבור חודשי הקיץ ו

.מכן נכפול בנצילות כל פאנל

14מטר, מספר היחידות שימוקמו על הדופן )רוחב החממה( הוא 14מכיוון שרוחב החממה הינו

של הפאנלים: יח', כך נקבל הספק הממוצע הגבוה ביותר

(1)

תחום חודשיםליום ממוצע קרינה

2[ ]KWH

dm

חלוקה בשעות

אור

2[ ]WH

m

הכפלה בנצילות

( 15.6(% פאנל

2[ ]WH

m

הכפלה

בשטח הפאנל

[ ]Wh

קיץ:

5,6,7,8,9

6.55 7.09 6.68 6.83 6.466.722

5

747 116.5 186.4

,1,2,3,4חורף:

10,11,12

4.51 5.32 6.05 6.42 5.82 4.77 4.745.375

7

672 104.8 167.68

ריכוז נתוני קרינה עבור חודשי הקיץ והחורף בנפרד -14.6.3 טבלה

_S _ width _Panel

_ _ width _Panel

C 14 186.4 2609.6[W]

C 14 167.68 2347.52[ ]

Ave G Single

Ave W G Single

P P

P P W

מידות הפאנל הסולארי עבור החממה – 14.6.2איור

Page 99: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

99

כעת, לאחר חישוב הספק המערכת נותר לתכנן את שאר רכיבי המערכת הסולארית.

כל מערכת המנותקת מרשת החשמל צריכה להכיל את הרכיבים הבאים:

נלים סולאריים.אפ

.בקר סולארי

סוללות. \מצברים

.ממיר מתח

.ארון נתיכים והארקה

האיור מתייחס לדרך .הרכיבים והחיבורים החשמליים הסכמתייםניתן לראות את 614..3 איורב

שבה זורם החשמל, מהפנלים ועד שקע החממה. חשוב להבדיל בין החלק במערכת שהינו בזרם

נלים, בקר סולארי, מצבר ועד לממיר המתח כולל כל המפסקים אבפ –, חלק זה מתחיל (DC) ישיר

וולט מהממיר ועד 220ובמתח של (AC) ופיןשביניהם. לבין החלק במערכת שהינו בזרם חיל

.השקע בחממה כולל כל המפסקים שביניהם

סימונים:

מסומנת בירוק.הארקה

שחור ואדום מסמנים מינוס ופלוס בהתאמה. –ישיר זרם

220 –וחום כחול AC.

[16] ים וסדר חיבורם עבור מערכת פאנלים סולארייםסכמת חיבור הרכיב – 14.6.3איור

Page 100: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

100

מטען מצברים:

ל כמות הזרם המטען שולט עמטען מצברים הוא הרכיב במערכת שמפקח על טעינת המצברים,

טעינת יתר, זאת אומרת כאשר המצברים מלאיםתיווצר דואג שלא שצריך להעביר למצברים ו

נלים.איפסיק את הולכת החשמל מהפהמטען

]30.5" כל פאנל מייצר בערךהאמתיתעבור ה"חממה ]V לכן הזרם מהפאנלים יתואר לפי איור

פאנלים המחוברים בטור, כל 7קבוצות של 4ה כך שנחבר : צורת חיבור הפאנלים תהי14.6.4

קבוצה תחובר במקביל אל הקבוצה השנייה וכך נקטין את כמות הזרם ביציאה מה שיגרום לשימוש

בחוטים בעלי עובי קטן.

המתח בין הפאנלים שמחוברים בטור:

(2)

והזרם יהיה:

(3)

.הזרם יהיה שורות כאלה 2מכיוון שיש לנו _ 12[A]P TotalI

בחירת בקר טעינה:

"."MASTERVOLTבקר טעינה של חברת

זרם טעינה מודל

[A]

[ V] מתח במצב

BULK

[ Vמתח במצב ]

FLOAT

[V] מתח כניסה

04-00-20250 25 28.5-28.8 26.5-27.6 180-260

Mastervoltנתוני בקר טעינה של חברת - 14.6.4טבלה

_ _ _( )7 31 217[ ]p Total P Serias S panelV n V V

Sin _

Sin _ _ _

_

186.46[ ]

31

gle Panel

gle Panel S panel One Row

S panel

PP V I I A

V

צורת חיבור הפאנלים הסולאריים – 14.6.4איור

Page 101: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

101

ק מצברים הוא בין הרכיבים היקרים במערכת הסולארית אך יחד עם זאת נותן את האופציה בנ

להשתמש בחשמל בשעות בהם אין אור. ישנם שני סוגים עיקריים של מצברים )בטריות(:

:מצברים אלה משתמשים בחומצת עופרת על מנת לבצע את תהליך הטעינה והפריקה, יש מוצפים

פופולריים עבור שימוש במערכת פאנלים סולאריים מכיוון שיש להם להם פתח מילוי מים והם

מצברים הוא השל הבולט ןוהחיסר .עמידות גבוהה מאוד והם יכולים להחזיק מעמד הרבה שנים

גז משתחרר המצברים טעינתחסרון נוסף הינו בזמן ביחס למצברים אחרים, גבוה מאודה מחירם

ולכן אסור לשים אותם במקום סגור.

או אלה הם מצברים מסוג ג'ל ברים אטומים:מצ "AGM" קלים יותר לתפעול, אינם משחררים גז או

לכן אחד היתרונות שלהם הוא שניתן לשים אותם במקום סגור אך יש להם רק רבע חומר מזהם

ממספר מחזורי הטעינה שיש למצברים המוצפים.

ים אלקטרונים ניידים, הודות לצפיפות שכיחות בעיקר באפליקציות של מכשיר יון: –בטריות ליתיום

האנרגיה הגבוהה שלהם, מספר מחזור פריקה טעינה גבוה ואיבוד נמוך של הקיבול במהלך

המחזורים. לסוללות ליתיום פריקה עצמית נמוכה זאת אומרת גם לאחר תקופת זמן ממושכת ללא

שימוש הם ישמרו על הקיבול המקורי שלהן.

על בחירת בנק בטריות אשר יוכל לספק חשמל למערכות ט" הוחליתהאמתעבור פרויקט ה"חממה

או זמנים אחרים בהם קרינת השמש נמוכה. תיים בהם אין חשמל כתוצאה מעננותהחממה לשע

מכיוון שזמן העבודה לצריכת חשמל מבנק הבטריות נמוך ואינו אופייני בדרך כלל עבור מערכות

איבוד הקיבול של הבטרייה עקב צריכת זרם גבוהה פאנלים סולאריים, נדרש לקחת בחשבון את

לאורך זמן קצר. ידוע שסוללות מאבדות אחוז משמעותי מהקיבולת שלהם כתלות בזרם ובזמן

( אשר מתאר את הקשר בין קיבולת Peukert’s Lawהפריקה, ניתן לחשב זאת ע"י "חוק פארקור" )

זרם וזמן:

(4)

כאשר:

Pk - "חסר ממד המשתנה בין סוגי סוללות ומצברים, עבור מצברים חומצת "קבוע פארקור

1.3Pkעופרת כמו שיש ברכבים 1.03יון –,עבור סוללות ליתיוםPk .

כך הקיבולת תהיה זהה 1 –יהיה קרוב ל "קבוע פארקור"( ככל ש4כפי שניתן לראות מנוסחה )

מהקיבולת, 50% –עבור זמן פריקה ארוך וקצר. חשוב לציין שלסוללות אסור לרדת מתחת ל

ומספר ק משמעותי לאורך החיים של הסוללהיגרם נז 50% –במידה והקיבולת תרד מתחת ל

–הקרוב ל "קבוע פארקור"פריקה ירד משמעותית. לכן נבחר בסוללות ליתיום בגלל \מחזורי טעינה

דא שהסוללות מסוגלות לספק זמן עבודה של שעתיים רצופות.ובנוסף נוו 1

Pk

BatteryC I t

Page 102: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

102

מציאת הספק הסוללה:

מכפלה של שלושה גורמים:

.)זמן עבודה )שעתיים

50% .)על מנת לשמור על אורך חיים של סוללה(

.הספק מקסימאלי

:נבחר מצברים בעלי קיבולת של 24 [V]ומכיוון שאנחנו רוצים מתח ביציאה של

(5)

" נתוני הסוללה:Smart Batteryסוללות של חברת " 4נבחר

[V]מתח [Ah]קיבולת

200 12

נתוני סוללת ליתיום יון - 14.6.5טבלה

ולכן ,מהסוללות 24Vכל זוג סוללות יחובר בטור, וכל צמד יחובר במקביל כך נקבל מתח של

: ההספק שנקבל מבנק הבטריות הוא

(6)

ממיר מתח:

( וממיר אותו [V]24הוא שנאי משוכלל, הוא לוקח את המתח הישר מהסוללה ) מתח ירממ

בין הממירים ההבדל .בזרם חילופין, כזה שמתאים למכשירים בחממה [VAC] 220 למתח

ביציאה AC וצורת הגל , ההספק אשר הם מסוגלים לעמוד בוהשונים הוא מתח הכניסה

.מהממיר

ם של גלים אשר הם יכולים לייצר:הממירים מתחלקים לשלושה סוגי

גל ריבועי(SWP – Square Wave Power) זהו סוג הממיר הזול ביותר אך הכי פחות :

את כל סוגי המכשירים במיוחד עזרתובטוב, הגל היוצא אינו יעיל ואי אפשר להפעיל

מכשירים רגישים.

גל סינוס מקורב:(MSW – Modified Sine Wave) לרי ביותר יר הפופוזהו סוג הממ

מייצר גל סינוס בזרם חליפין שאינו גל מושלם אך גם לא גל ריבועי. .והכלכלי ביותר

גל סינוס טהור:(True Sine Wave) זהו ממיר המתח הטוב ביותר, הוא מייצר גל סינוס

כמעט טהור, במקרים רבים הגל המיוצר אפילו טוב יותר מהגל שאנחנו מקבלים מחברת

במידה ומעוניינים להפעיל מכשירי חשמל רגישים. החשמל, ממיר זה טוב

24 200 2 9600[W]BP

_S _hoursP 1.5 2609 1.5 2326[Ah]

24

Ave Bt

V

צורת חיבור הסוללות – 14.6.5איור

Page 103: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

103

בחירת ממיר מתח סינוס טהור:

הממיר הם:, נתוני "Xtender Serias"ממיר המתח שנבחר לפרויקט הוא של חברת

"Xtender Serias"נתוני ממיר מתח של חברת - 14.6.6טבלה

האמיתי שנקבל מהמערכת תוך התחשבות ההספק ,94%מיר יש נצילות של מכיוון שלמ

:בנצילות

(7)

חישבנו במהלך התכן כמו מפסקי זרם שמטרתם חשוב לציין שישנם עוד רכיבים במערכת שלא

רכת, ארון נתיכים, הארכה וכו'. כמו כן ההספק שנלקח לשמור על הרכיבים השונים במע

בהתחלה הינו ממוצע ההספק אבל לפאנלים הסולאריים יש עליות וירידות ולכן לפעמים הזרם

יהיה גבוה מהמתוכנן במקרה כזה בנק המצברים עלול להישרף אם לא תהיה לו הגנה מתאימה.

ת הסולארית. הספק הניתן ע"י מציגה את סכום ההספקים המתקבל מהמערכ 14.6.7טבלה

המצברים מחושב עבור מקסימום עבודה של שעתיים ללא קרני אור:

.לקבל מהמערכת המתוכננת סיכום הספקים שאפשר - 14.6.7טבלה

מערכת הבקרה 14.7

עים, חיישנים, גוף חימום, משאבותמנוצורת החיבור של הרכיבים )נסקור את הבאבפרק

במהלך .במודל צורת הסידורוהסבר על אל ספק הכוחואל הבקר המחוברים השונים ומתגים(

הספק כללי דגם

[W]

מתח כניסה צורת גל מוצא

[V]

נצילות מתח מוצא

]%[

Xtm-3500-24 3000 24 גל סינוס טהור AC230V±2% 94

הספק בקיץ מהמערכת

ללא בנק הבטריות

[W]

הספק בחורף מהמערכת

ללא בנק הבטריות

[W]

אנרגיה ללא הפאנלים,

רק מבנק הבטריות

[Wh]

2452 2207 9600

_S _S 2609.P P 60.94 2452.46[ ]inverter Ave inverter Ave

Out PowerW

In Power

השוני בין גל סינוס טהור לבין קירוב – 14.6.6איור לגל הסינוס

Page 104: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

104

ם ה"חממה האמתית".שהשיטה המיושמת זהה לדג אך כמובן על המודל המוקטן נתייחסהפרק

מהם התנאים השונים עבורם הבקר יפעיל או יכבה .בנוסף נתייחס אל שיטת הבקרה המיושמת

האופציות שיש ומהם המסכים הקיימים ו תיאור תוכנת הממשק משתמש ,את המערכות השונות

לה להציע.

ר רכיבי המערכות השונות:ואית

כוח:ספק

ספק כוח המיועד למחשבים נייחים . MOYETEC""של חברת 200Wנשתמש בספק כוח

וגים עיקריים של מתחים ס שני, לספק זה ישנם 14.7.1כמו שניתן לראות באיור בדרך כלל,

12 &5V V.

12V - מנועים.ו משאבותהפעלת

5V - .חשמל לבקר

בקר:

בחרנו בבקר זה בגלל אופן , "Arduino Nano"מסוג שנבחר בקרה לת החממהעבור הפע

כתיבת הקוד הנוחה שלו והפונקציונליות הגבוה יחסית לגודלו ומחירו הזול בקר זה מאפשר

לשלוט על מגוון רכב של מערכות, ואפשרות קליטת אינפורמציה מכמות חיישנים גדולה.

12 - תח עבודהמ &5V V. 14 מהם אופציית 6 –דיגיטליות אשר ל יציאות /כניסותPWN ,

ולקבל אינפורמציה על יציאות אלו ישמשו אותנו על מנת להפעיל את המערכות השונות

אם המסך פתוח או סגור.הם ברגע נתון לדוגמא עבור מערכת המסך התרמי נוכל לדעת במצ

נפורמציה מהחיישנים השונים )לחות, אי תלקבל גיות, כניסות אלו ישמשוכניסות אנלו 8

טמפרטורה, ועוצמת אור(.

Relay Board:

רכיב זה הוא מתג אשר בעזרתו ניתן לשלוט על הפעלה וכיבוי של מערכות אשר צורכות

באמצעות 12Vלשלוט על מתח של ל" אנחנו נשתמש ברכיב זה על מנת מתח גבוה, ב"מוד

גם אפשר לשלוט על מתחים יותר גבוהים מהבקר, בעזרת מתג כזה 5Vמתח נמוך של

. את המעגל החשמלי של לוח זה ניתן לראות באיור הבא: 220Vאפילו של

חמקרא צבעים של ספק הכו– 14.7.1איור

Page 105: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

105

פירוט יציאות/כניסות:

SIGNAL: 5מתח קבוע במקרה שלנוV.

GROUND: .מחברים את הקרקע, מינוס

VOLTAGE: מחברים את מתח השליטה על הלוח.

NC: הלוח נמצא , חיבורה, כאשר המערכת מחוברת אל שמעוניינים לשלוט בושל המתח

ל כל הזמן ורק כאשר תינתן פקודה , הכוונה שהמערכת תפעNormally Closeבמצב של

המערכת תפסיק לפעול. SIGNAL–בחיבור ה

COM : חיבור קבוע ואינו משתנה.שולטים אנו של המתח עליו

NO: כאשר המערכת מחוברת אל חיבור זה הלוח נמצא אנו שולטיםליו עשל המתח ,

–הכוונה שהמערכת תפעול רק כאשר תינתן פקודה בחיבור ה Normally Openבמצב של

SIGNAL.זוהי צורת החיבור אתה אנחנו נעבוד בחממה ,

לפי הצורך ולא לשניהם NO –או ה NC –הוא חיבור קבוע, ומחברים אל ה COM–ה חיבור

יחד.

ONהטרנזיסטור בפנים הופך למצב SIGANL –כאשר נותנים מתח בחיבור ה דרך הפעולה:

, זרם זה עובר GROUND –אל חיבור ה VOLTAGE –מה שאומר שעובר זרם מחיבור ה

.NOלמצב COMאת המתג ממצב דרך אלקטרומגנט אשר מושך

switch Micro :

בעזרת מתג זה אנחנו נדע מהו המצב של הווילונות

את יפסיקהבקר ,והחלון, בכל פעם שווילון יגע במתג

בקר ידע באיזה מתג פגע הפעולת המנוע, בנוסף

.וכך ידע אם הווילון סגור או פתוחהווילון או החלון

C: חיבור מתח קבוע.

NO: חיבור מתח קבוע

–ברגע שהווילון יפגע במתג ייסגר מעגל בין חיבור ה

C לחיבור ה– NO.

:מנוע

.נשתמש במנועים בעלי מומנט גבוה

Relay Board –סכמת המעגל החשמלי של ה – 14.7.2איור

ושמות החיבורים Micro Switchמבנה – 14.7.3איור

Page 106: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

106

.סל"ד 60מספר סיבובים:

וולט. 12מתח עבודה:

:וולט. 12משאבות משאבה

:נחנו נשתמש בשני מאווררים מדגם ב"דגם" החממה א מאווררים"MULTIFAN 4212h" ,

ים הלו הם בעלי ספיקת אוויר גדולה יחסית רמאוור

לגודלם הקטן.

נתונים:

.12Vמתח עבודה:

.5.3Wהספק:

.3400מספר סיבובים לדקה:

: Rotary Encoder- אינקודר סיבובי

ובד כך שבצד אחד של הגלגל ישנו האינקודר ע .נבקר את גובה עליית החלוןאינקודר הבאמצעות

מקור אור )מנורה( ובצד השני של הגלגל חיישן רגיש אור, בכל פעם שאחד החריצים יהיה בין

מקור האור לחיישן האור ייסגר מעגל, כאשר החלק ללא החריץ יהיה בין מקור האור לחיישן

חריצים בגלגל 32המעגל יפתח, הבקר יספור את מספר הפעמים שהמעגל נסגר, מכיוון שישנם

נוכל לחשב כמה מעלות הסתובב המנוע ברזולוציה של 360

11.2532

לאחר מכן נמיר מספר ,

אפשר לראות את צורת הגל שייווצר על ידי החיישן, פעם מתח )מעגל סגור( פעם -בצד ימין 14.7.5איור מתח נמוך )מעגל פתוח(.

סיבובים לגובה עליית החלון, אם נסתכל על צורת הגל שייווצר על ידי החיישן סידור הרכיבים –צד שמאל ב נקבל גל ריבועי.

MULTIFAN 4212hמאוורר – 14.7.4איור

Page 107: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

107

:סכמת חיבור המערכת

מקרא צבעים

יציאות/כניסות דיגיטליות. 0או 1חוטי שליטה, -: ירוק

וולט. 3: חום

וולט. 5: מתח אדום

וולט. 12: צהוב

לוגיות.כניסות אנ :כחול

R1 – 10נגדK אום

R2 – אום 220נגד

R3– 5נגדK אום.

סכמת חיבור המעגל החשמלי של ה"מודל" בין המערכות השונות אל הבקר – 14.7.6איור

Page 108: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

108

:בקר

כניסות אנלוגיות יציאות/כניסות דיגיטליות

מספר

חיבור

תיאור חיבור

1פתיחת וילון מספר 0

1סגירת וילון 1

2פתיחת וילון 2

2סגירת וילון 3

פתיחת חלון 4

סגירת חלון 5

הפעלה/הפסקה משאבת 6

"Desert Cooler"

הפעלה/הפסקה משאבת 7

חימום צנרת

הפעלה/הפסקה גוף חימום 8

צנרת חימום

הפעלה/הפסקה מאווררים 9

10 Micro Switch 1סגירת וילון

11 Micro Switch 1פתיחת וילון

12 Micro Switch 2סגירת וילון

13 Micro Switch 2פתיחת וילון

מספר

חיבור

תיאור חיבור

0 Micro Switch סגירת חלון

טמפרטורה לחות פנים חממהחיישן 1

חיישן טמפרטורה לחות מחוץ חממה 2

חיישן טמפרטורה מי חימום 3

Aחיבור חיישן עוצמת אור 4

Bחיבור חיישן עוצמת אור 5

מתארת את הרכיבים המחוברים אל הכניסות/יציאות הדיגיטליות – 14.7.1טבלה

מתארת את הרכיבים המחוברים אל הכניסות האנלוגיות – 14.7.2טבלה

Page 109: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

109

חיישנים:

בחיישן זה נשתמש על מנת לקלוט את הטמפרטורה והלחות DHT22 טמפרטורהוחיישן לחות

מחוץ ובתוך החממה.

נתונים:

.Aosong Electronicsיצרן:

.ארץ יצור: סין

3.3עבודה: מתח 6[ ]VDC.

0טווח מדידת לחות: 100%RH.

)טווח טמפרטורה: 40) (80)[ ]C .

RH%שגיאת מדידת לחות: accuracy .

]0.5 שגיאת טמפרטורה: ]C .

1 – 5v

מידע – 2

קרקע – 4

.עמיד במים - "DS18B20" החיישן טמפרטור

בחיישן זה נשתמש על מנת למדוד את טמפרטורת המים במיכל המים החמים

:נתונים

Dallas Semiconductor יצרן:

ארץ יצור: ארה"ב

3.3מתח עבודה: 5[ ]VDC.

)טווח מדידה: 55) (125)[ ]C .

]0.5שגיאת טמפרטורה: ]C .

קרקע – 1

בקר/מידע – 2

מתח כניסה – 3

10k

1

2

4

צורת חיבור חיישני טמפרטורה ולחות – 14.7.7איור

אופן חיבור חיישן הטמפרטורה – 14.7.8איור

Page 110: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

110

"bh1750fvi" -חיישן עוצמת אור )פוטורסיסטור(

בתוך החממה וכך להחליט אם יש ובחיישן זה נשתמש על מנת למדוד את עוצמת התאורה מחוץ

ם צורך לפתוח את הווילונות. חיישן זה מודד את עוצמת האור המגיע אליו ומחזיר את הנתוני

, סקירה מפורטת בנושא התאורה ניתן למצוא בפרק התכן המפורט של LUXביחידות של

מערכת מסך ההצללה.

נתונים:

Roham Semiconductorיצרן:

ארץ יצור: יפן

3 מתח הספקה: 5[ ]V.

0טווח קריאה: 60,000[ ]LUX.

ור החיישן אל הבקר:באיור הבא ניתן לראות את צורת חיב

VCC – 5מתח עבודהV.

SCL – חיבור אל כניסה אנלוגית לבקר.

SDA – חיבור אל כניסה אנלוגית לבקר.

GND – קרקע.

"מודלצורת המערכות השונות ב"

:מערכת חימום

, חיישן טמפרטורה עמיד מים ומשאבה, מערכת זו תתחיל 12Vמערכת זו מורכבת מגוף חימום

אשר חיישן הטמפרטורה בתוך החממה ימדוד טמפרטורה נמוכה מהטמפרטורה הרצויה לפעול כ

עבור הצמח.

עוצמת אור אל המערכת אופן חיבור חיישן – 14.7.9איור

Page 111: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

111

צינוןמערכת

מכיוון שאנחנו .ושני ברזים , מזרון לחרים, מיכל מים, משאבהשני מאוור כוללת צינוןמערכת ה

שנוכל לשנות את צריכים ספיקת מים קטנה יחסית עבור המזרון הלח השתמשנו בשני ברזים

העליונה מעל למזרון הלח, והמים החוזרים אל המכל, אם התעלההיחס בין המים המגיעים אל

ינו "חונקים" את המשאבה, זאת יה התעלהרק בברז אחד שישלוט על ויסות המים אל נשתמש

אה המשאבה הייתה עובדת בעוצמה מלאה כל הזמן על מנת להתגבר על הלחץ ביצישאומרת

המערכת תתחיל לעבוד כאשר חיישן הטמפרטורה שנמצא .ול היה לגרום לה להישרףמה שיכ

בתוך החממה יתריע על טמפרטורה גבוה עבור הצמח.

מסך הצללה:

, רשת פולי שק המשמשת בתור מסך ההצללה, ושתי מיקרוסוויצ'ים 12Vמערכת זו בנויה ממנוע

דה מהבקר המנוע יתחיל לסובב את הגלגלת הממוקמים בכל צד של מסך ההצללה, ברגע פקו

אליה הוא מחובר, צד אחד של המסך יהיה מחובר לגוף החממה והצד השני יהיה מחובר אל

יקרוסוויצ', הכבל המחבר בין הגלגלות, המסך יפרש עד שיגיע אל סוף החממה שם הוא יפגע במ

לה המנוע, אותו דבר לבקר שהמסך פרוש לגמרי ואפשר להפסיק את פעוהמיקרוסוויצ' יתריע

יקרה כאשר המסך יתקפל, המנוע יחל להסתובב לכיוון ההפוך וכך המסך יתקפל חזרה על אשר

יפגע במיקרוסוויצ' השני שתפקידו הוא להתריע לבקר שהמסך סגור.

מערכת חימום – 14.7.10איור

מערכת צינון – 14.7.11 איור

Page 112: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

112

מערכת אוורור טבעי:

מבוקר ע"י , המנוע"Rack & Pinion"מערכת פתיחה וסגירה של החלונות באמצעות מנגנון

Encoder Rotary כך ניתן לשלוט על כמות המעלות שהמנוע מבצע, הבקר יתרגם את סיבוב ,

תפקיד ., בנוסף למערכת זו ישנו מיקרוסוויצ' הנמצא בתחתית החלוןהמנוע לגובה פתיחת החלון

וא ומנקודה זו ה ר בא הוא יודע שהחלון סגור לגמרימיקרוסוויצ' זה מתפקד כנקודת יחוס של הבק

ידע לספור כל פעם מספר סיבובים של המנוע. מערכת זו תופעל כאשר חיישן הלחות בתוך

החממה יציין שהלחות היחסית או הטמפרטורה גבוה מידי עבור הצמח וישנו צורך באוורור

החממה.

מערכת מסך הצללה – 14.7.12איור

מערכת אוורור טבעי – 14.7.13איור

Page 113: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

113

ON/OFFבקרת

ט יחסית, בקרה זו נחשבת לסוג בקרה פשו .ON/OFFבפרויקט נשתמש בבקרה שנקראת

על ידי הדלקה וכיבוי של הבקר יודע מהו הערך הרצוי עליו הוא צריך לשמור והוא מבצע זאת

יתרון בבקרה מסוג זה חוץ מהפשטות שלה .בהתאם לתנאים שהמתכנת תיכנת אותו המערכות

וג בקרה זה הוא שאין לו הוא שתוך זמן קצר יחסית מגיעים לערך הרצוי, החסרון המשמעותי בס

זאת אומרת ברגע שהמערכת תגיע לערך הרצוי הבקר יכבה אותה, אופן פעולה זה ,מצעערך א

בנוסף המערכת .ללא יכולת לשמור עליו באופן קבועיגרום לשגיאות חוזרות סביב הערך הרצוי

אינה מבחינה בין עוצמות שונות של הפעלה ותמיד תפעיל את הרכיבים במקסימום עוצמה מה

שיגרום לבלאי גדול.

של המערכות בחממה נגדיר לבקר טווח גבוהיםכיבוי לכן על מנת להימנע ממצב של הדלקה/

ו הבקר לא ב, זהו אזור "DeadBand"עליון ותחתון עבור הטמפרטורה והלחות אזור זה נקרא

כלום ושמור על המצב הנוכחי של המערכת. עמבצ

רה רצויה, אפשר לראות עבור שמירה על טמפרטו ON/OFFהגרף הבא מתאר דוגמא של בקרת

, ובכל פעם שערך הטמפרטורה חוצה את הגבול העליון או Setpoint –שהגרף נע סביב ה

בהתאם. OFFאו ON –הבקר ישנה את מצב המערכת ל "DeadBand" –התחתון של ה

עבור טמפרטורה רצויה בתנור ON/OFFמציג בקרת – 14.7.1גרף

Page 114: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

114

:בקרת הטמפרטורה

ממקום אשר "DHT22" נתאר את סדר פעולות הבקר כאשר חיישן הטמפרטורה באיור הבא

בתוך החממה ימדוד טמפרטורה גבוה או נמוכה מהטמפרטורה הרצויה עבור הצמח, במקרה

בנוסף נאפשר שגיאה של . בלילה מ"צ16– ביום ו מ"צ 25שלנו airΔT 3 זאת אומרת הבקר

day23_,ינסה לשמור על טמפרטורת פנים החממה בטווח של: T 28G ו-

_night13 T 19G 0 , בנוסף הבקר יבחין בין מצב של יום בו עוצמת האור היא 1000S לבין

Page 115: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

115

0הלילה 1000S .

בקרת לחות:

–על מנת למדוד לחות בתוך ומחוץ לחממה אנחנו נשתמש במושג שנקרא לחות יחסית

Relative Humidity"" או בפשטות"RH" מושג זה מתאר את ריכוז אדי המים באוויר והיא ,

מחושבת כיחס בין כמות אדי המים באוויר בפועל חלקי כמות אדי המים באוויר ברוויה )הכמות

המקסימלית של אדי מים שיכולה להיות באוויר(.

ץ של אדי המים אפשר גם לחשב את הלחות כיחס בין הלחץ של אדי המים באוויר לבין הלח

85%Gמור על נשחממה בבית הבמצב רוויה, %3עבור הצמח ובנוסף נאפשר שגיאה של

82%שמור על לחות של: יזאת אומרת הבקר 88%G . הבקר ימדוד את הלחות היחסית

וגם לחות, במידה מדוד גם טמפרטורהלשיודע "DHT22"בתוך ומחוץ לחממה בעזרת חיישן

והלחות בחוץ גדולה מהלחות בפנים הבקר ידע לא לאוורר את החממה.

100%Actual Vapor Density

RHSaturation Vapor Density

סדר פעולות הבקר בהתאם לשינוי הטמפ' בבית החממה – 14.7.14איור

Page 116: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

116

ינוי לחות בתוך בית החממהסדר פעולות הבקר בהתאם לש – 14.7.15איור

Page 117: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

117

תוכנת ממשק משתמש

ותפקידה להפעיל את המערכות השונות ולהציג את "CVI"תוכנה זו נבנתה באמצעות תוכנת

נתוני טמפרטורה יכול לראותבאמצעות התוכנה המשתמש .נתוני החיישנים של דגם החממה

חמים ועוצמת האור בתוך החממה בנוסף לה, טמפרטורת מים לחות בתוך מבנה החממה ומחוץו

החממה עובדת בצורה אוטומטית מצב אחד בו .לעבוד עם החממה ניתןישנם שתי מצבים בהם

י שניתן להגדיר ע"י המשתמש או ע" מפעילה את המערכות המתאימות לפי תנאי האקליםה

אפשר להפעיל כל מערכת בנפרד או ביחד ללא מהמצב השני . הנתונים הקיימים בבית החממה

קשר לקריאות החיישנים.

עזרה: הסבר איך לבחור פורט

מתאים

בחירת יציאה מתוך

רשימה

הכנסת יציאה בצורה ידנית

כפתור התחברות

והתחברות לחממה portממשק משתמש: מסך בחירת – 14.7.17איור

ק משתמש: מסך פתיחהממש – 14.7.16איור

Page 118: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

118

מסך עבודה מצב ידני

מצב עבודה אוטומטי

מצב עבודה ידני

ממשק משתמש: מסך בחירת מצב עבודה – 14.7.18איור

פאנל נתוני טמפרטורה

ולחות אוויר מחוץ לחממה

פאנל נתוני טמפרטורה ולחות אוויר

וטמפרטורת מים חמים וצמת אור בתוך וע

מבנה החממה

חזרה לתפריט הקודם

עדכון נתונים מהחממה

פאנל פתיחה וסגירת מסכי

ההצללה

כפתור סגירה/פתיחה

של החלון

כפתורי הפעלה/כיבוי

מאווררים

כפתור הפעלה/כיבוי משאבה מים

חמים

כפתור הפעלה/כיבוי

משאבה מזרון לח

ממשק משתמש: מסך עבודה מצב ידני – 14.7.19איור

Page 119: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

119

עבודה מצב אוטומטי מסך

פאנל נתוני טמפרטורה ולחות אוויר

מפרטורת מים חמים וטועוצמת אור בתוך

מבנה החממה

פאנל נתוני טמפרטורה

ולחות אוויר מחוץ לחממה

חזרה לתפריט הקודם

עדכון נתונים מהחממה

פאנל סימולציה, פאנל בו ניתן

לשנות את הטמפרטורה ועוצמת האור

בתוך מבנה החממה

ממשק משתמש: מסך עבודה מצב אוטומטי – 14.7.20איור

Page 120: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

120

עודכןניהול סיכונים מ .15

סבירות גבוהה-1, סבירות נמוכה-0מקרא: 115.טבלה

סבירות הסיכון

להופעה

חומרת

השלכות

RPN זיהוי -הופעה

איתור

מעקב ובקרה פעולות הפחתה

אי עמידה בלוח

זמנים

תאריך הגשה קרב 0.24 0.8 0.3

ולא סיימנו את

הדוחות

בניית תכנית

עבודה מסודרת

- MSבתוכנת

PROJECT

דוחות התקדמות

בשלבים

מערכת החימום

אינה מצליחה לחמם

החממה או את

אינהמערכת הקירור

מצליחה לקרר

זיהוי טמפרטורה 0.21 0.7 0.3

חיישני על ידי

טמפרטורה

חישובי מעבר חום

ובחירת גוף חימום

בעל הספק חימום

גבוה מספיק

בדיקת החישובים

ע"י המנחה,

ומעבר על

החישובים יותר

מפעם אחת על

קן תמנת למצוא ול

טעויות.

מערכת הבקרה

ינה כושלת וא

מנתחת כראוי את

הנתונים מהחיישנים

מערכות לא 0.4 1 0.4

פועלות כאשר הם

נדרשות לפעול

קוד בדיקת

הבקרה עבור כל

מערכת בנפרד

וביצוע סימולציות

מקדימות

כתיבת כל קוד

אחר בנפרד שלב

שלב ורק בסוף

אינטגרציה של כל

הבקרה

נזילות או סתימות

במערכות להובלת

מים

במקרה של 0.48 0.8 0.6

סתימה המשאבות

מפסיקות לשאוב,

במקרה של נזילה

ניתן לראות טפטוף

או ריקון של

המכלים

קניית צנרת

ומחברים איכותיים

התקנה לפי

הוראות יצרן,

רדיוס כיפוף,

התקנה של

המחברים וכו'.

קשיים בחיווט

המערכות אל הבקר

חיבורים לא 0.1 0.5 0.2

מתאימים, ספק

ק לא כוח בעל הספ

מתאים, מתחים

לא נכונים

בניית דיאגרמת

חיבורים של כל

כל כיצדהמערכת ו

רכיב מחובר אליה

בדיקה מוקדמת

של הספק,

הפעלת הרכיבים

לפני התקנתם

בדגם

Page 121: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

121

תוכנית בדיקות .16

דגם חממה מוקטן 16.1

מעקב תקופתי ועריכת סימולציות.פריסת המודל בתנאי שטח ל .1

בדיקה וויזואלית של הרכיבים שנרכשו לפני התקנתם. .2

ש וכו'( בזמן הפעלתם )לפני “רכיבים )משאבות, צנרות, מנועים, גגת תקינו תבדיק .3

התקנתם בדגם(.

בדיקת אטימות ונזילות בזמן הפעלה ראשונית ובזמן עבודה ממושך. .4

חיישן טמפ' ולחות( וקריאת הנתונים ע"י מערכת בדיקת תקינות החיישנים )מד קרינה, .5

הבקרה.

בדיקת כלל המערכות בנפרד כגון: מערכת אוורור טבעי ומכאני, מערכת חימום, מערכת .6

קירור, מערכת תאים סולאריים מסך תרמי.

בדיקת אינטגרציה בין כלל המערכות כגון מערכת אוורור טבעי ומכאני יחד עם מערכת .7

יחד עם מסך תרמי, מערכת אוורור מכאני יחד עם התאים קירור, מערכת קירור

הסולאריים וכו'.

בדיקת אנרגיה חשמלית שמספקים התאים הסולאריים. .8

בדיקת יכולת אגירה של המצברים. .9

בדיקת תפעול המודל בתנאי אקלים שונים. .10

דגם חממה אמיתית 16.2

שאין בהם צורך 2-ו 1תוכנית בדיקות זהה לתוכנית של המודל המעשי למעט סעיפים

הוספת מספר סעיפים נוספים כגון:

בטיחות בהרכבת הרכיבים בחממה. .1

מדידת ערכי קרינת השמש הנקלטים בחממה. .2

מדידת טמפ' בשעות היום והלילה. .3

Page 122: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

122

תוכנית ניהול פרויקט .17

17.1 Work Breakdown Structure

צד ימין:

Page 123: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

123

צד שמאל:

Page 124: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

124

”Ms Project“הפרויקט שלתוכנית עבודה 17.2

Page 125: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

125

Page 126: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

126

Page 127: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

127

תוצרי הפרויקט .18

תוצרי הפרויקט הסופיים הם ספר פרויקט בו לב התכנון של המערכות התאורטיות של החממה הדגיםמבוקרת אקלים, מודל מוקטן עם כל המערכות הנלוות שבעזרתו ניתן לערוך ניסויים ול

לציות ומעקב אחר המערכות השונות אלגוריתם לביצוע סימו ובניית GUIתופעות שונות, מערכת. תכנון מכאני של המערכות השונות תוך מתן דגש לחוזק CVIבחממה שנכתבו בעזרת תכונת

והספקים חשמליים.

:SolidWorks –תכנון החממה בתוכנת ה

מודל החממה – 18.2איור

SolidWorksבתוכנת תכנון החממה – 18.1איור

Page 128: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

128

תוכנת ממשק משתמש – 18.3איור

Page 129: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

129

עלות הפרויקט .19

Amount [ILS] Quantity Description

7.02 1 DHT11 Temperature and Relative Humidity sensors module for Arduino

3.62 1 Translucence Hot Melt Glue Adhesive Stick 190mm 7mm For Glue gun sticks

17.12 2 DC 6V 9V 12V gear motor TT

16.72 4 29x5x3.9mm Rubber car tire toy pulley wheels model robot part for diy

14.93 2 7m rubber cord/string/ 2mm black tc0024

22.5 10 Pneumatics fittings

25.27 5 10g genuine cyanoacrylate string adhesive repair bond fast 502 super glue

17.14 2 10 pcs Miniature rubber sealed metal shielded metric radial ball bearing model 37

30.90 2 Shaft coupling rigid coupling counter motor connector

12.86 2 12V 2- channel relay module opt coupler expansion board single chip control

51.50 2 12V 60RPM torque gear motor box

13.94 1 12V Stepper motor

34.96 2 13GA 12V 60 RPM Torque gear box motor

9.92 1 20p 9mm DIA effect pedal amplifier rubber feet

58.46 1 Pvc tube flexible

27.16 2 Plastic gear motor

6.07 1 Male to male solderless flexible breadboard jumper

3.86 1 Nylon plastic zap trim wrap

24.49 3 Network nylon plastic cable wire zip

15.88 1 Blue insulated spade electrical crimp

7.06 1 Art craft repair tool 20 w electric heating hot

7.18 1 1M waterproof digital temperature sensor

7.05 1 Solderless breadboard 400 contacts

7.52 1 Compatible BH1750FVI digital light sensor

13.52 1 DC 12v 24 mm D 4 phase

14.29 1 DHT22/AM2302 digital temperature and humidity sensor

3.51 1 Diameter 2 mm heat shrink tubing shrinkable

12.22 1 Disc 20 pcs dia 8mm thickness 1 mm N50 Rare

15.04 1 Steeper motor driver module

17.60 3 Easy driver shield stepping stepper motor driver

4.22 1 Electrical wire connection 12 position barrier

29.50 2 Freescale code disk smart car grating photoelectric

17.2 1 600v 15 a 12 position 2row terminal block barrier strip cable

7.49 1 GP supercell 9v

18.76 1 LCD module

Page 130: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

130

28.11 2 Nano v3 mini usb at mega 5v 16 m micro controller

31.24 1 Nano V3.0 Mini USB ATmega328 5V 16M

98.8 2 nema 17 step stepper motor

27.02 3 New 12 Pin/Way Pitch 3.81mm Screw Terminal

38.06 1 New Digital LCD Voltmeter Ammeter Ohmmeter Test

26.48 8 New Micro High Level

3.23 1 New Travel Charger Wall AC Power Plug Adapter

13.81 1 Rechargeable NiMH NiCd Battery 9V White

22.8 1 PC 08N03 Male Straight Quick Fittings Push In 8MM Tube Thread 3/8"

18.37 2 Pneumatic Ball Valve Push In Fittings/Connectors For 412mm Air/Water Hose Tube [8Mm Tube]

21.07 1 Replacement Rechargeable Bulk 9v 500mAh RECHARGEABLE BATTERY 9 v Liion

8.82 1 SYB120 Universal Breadboard 700 Points Solderless pcb syb120 Bread Board

10.22 1 Wholesale 4/5/6/8/10/12/14mm Split Jump Rings

38.06 1 New Digital LCD Voltmeter

30.54 1 8Channel 5V Relay Module Board Shield

וכריכת ספר פרויקטהדפסה 4 100

1113.11 SUM

Page 131: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

131

סיכום ומסקנות .20

חממה מבוקרת אקלים דגם ובניית מערכת ניהול אקלים לחממה תכנון נהמטרת הפרויקט הי .'מ 1.4X0.7X0.3בעלת מימדיים של באופן אוטונומי הפועלת

לצורך מימוש מטרה זו הוגדרו מספר רב של יעדים ומטרות משנה שנוהלו ופותחו ע"י שני מהסטודנטים סטודנטים )ירון קרואסר ורותם אדר(, כאשר ניתנה אחריות שונה עבור כל אחד

ע"פ הגדרת הפרויקט.

כסיכום, לכל הנאמר במהלך הפרויקט ולכל הממצאים המובאים בספר זה ניתן לומר כי אכן גדיר את הפרויקט כמוצלח.היעדים והמטרות הושגו ובכך לה

הפרויקט התעוררו מספר קשיים בתחומים השונים כגון: תחום ההנדסי הכלל חישובי תכן במהלך

למערכות השונות, כתיבת אלגוריתם למערכת הבקרה שנדרש מאתנו להגדיר היטב את האילוצים והדרישות ואינטגרציה והרכבה של המודל המוקטן. לאחר מאמצים רבים והשתדלות

של הסטודנטים הבעיות נפתרו, הודות לשיתוף הפעולה עם המנחה של הפרויקט.

מסקנות: הפרויקט הגיע לסיומו כמתוכנן והוצגו בו כל התוצרים ע"פ מסמך הגדרת הפרויקט. .1 הפרויקט נוהל בשיתוף פעולה מלא ומוצלח בין כל הגורמים הרלוונטיים. .2מאתגר שטמן בתוכו עבודה בתחומים פרויקט רב סטודנטיאלי, מולטי דיסציפלינארי .3

שונים ומגוונים, דרש חשיבה יצירתית, הצגת חלופות והסבר אודות החלופה שנבחרה וכדומה. פרויקט זה בוצע בקנה מידה זהה לפרויקטים המבוצעים בתעשייה והיווה ניסיון

.והתנסות מוצלחים

דרישות לפי הגדרת הפרויקט

פיון מערכתי א דוח ביניים

מערכתי אפיון סופי

ברהס

ע"פ הדרישות המוקטןתכנון והרכבת המודל בניית מודל מוקטן

לא התגלו שינויים במהלך הפרויקט מערכת אוורור מכאני

תכנון הדרישות והאילוצים החל במהלך התכן מערכת אוורור טבעי המפורט

מהירות זרימת אוויר החודרת למזרון הלח מערכת צינוןובי מזרון לח שונה, השתנתה מכיוון שהוגדר ע

בחירת המזרון לח השתנה עקב שינוי המהירות, טמפ' הקירור המינימלית השתנתה

בעקבות נצילות המזרון הלח שנבחר.

–מ"צ מ 11-טמפ' הסביבה שנלקחה שונתה ל מערכת חימום מ"צ. 5

תכנון הדרישות והאילוצים החל במהלך התכן מערכת מסך תרמי המפורט

מערכת תאים סולאריים

תכנון הדרישות והאילוצים החל במהלך התכן המפורט

תכנון הדרישות והאילוצים החל במהלך התכן מערכת בקרה המפורט

ניתוח דרישות הפרויקט – 20טבלה

Page 132: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

132

הצעה לעבודת המשך .21

בניית מודל יותר גדול בעל קורות"ITEM" המאפשר ממשקים נוחים לתתי המערכות ועיצוב יותר נאה.

תאים פוטו וולטאים שקופים וגמישים על גג מערכת אספקת חשמל המבוססת על תכנון חשמל למערכות השונות. תהחממה המספק

תכנון מערכת תאים סולאריים שקופים למחצה הנעים על מסילות בתוך מבנה החממה המחליפים את המסך התרמי.

יכולת ניתוח נתונים גבוהה יותר. ן מערך סנסורים הנעים במודל המוקטן המאפשרתכנו

קורות \ביצוע אנליזות חוזק למסבך החממה למציאת מבנה אופטימלי וחסכוני של מוטות .SolidWorksתמיכה בעזרת

בצורה הסולארייםבקרה כך שתנווט את החשמל המסופק ע"י הפאנלים תכנון מערכת ין כל מערכות החממה.ב אופטימלית

ודישון. השקיההוספת מערכות

Page 133: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

133

ריכוז שינויים מדוח תכן מפורט .22

כפי החממהבהצעת פרויקט הוגדרו הדרישות, האפיון והמפרט ברמה הכללית והמערכתית של במרוצת הפרויקט שונו ם.ך התייעצות עם הגורמים הרלוונטייתו "מכללת אפקה"שהוגדרו ע"י

וכלכלית, אך שמרנו במהלך כל הפרויקט על מטרת תבות היתכנות הנדסיחלק מהדרישות בעק .העל בניית מודל מוקטן

סיבה השפעה על הפרויקט יוזמת השינוי החלק בו בוצע השינוי השינוי

מערכת תאים סולאריים

תאים פוטו וולטאיים שקופים וגמישים

סטודנטים ומנחה

שינוי התכן התיאורטי מתאים סולאריים

פים למחצה לתאים שקו סולאריים רגילים

עלות כלכלית גבוהה, אספקת

חשמל נמוכה.

Page 134: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

134

רשימת מקורות .23

1. Dennis E. Buffington, Ray A. Bucklin, Richard W. Henley, Dennis B.

McConnel (1993), Greenhouse Ventilation, www.edis.ifas.ufl.edu/ae030,

Been retrieved 08/04/2014.

2. A. Levi, N. Hacklai, N. lbav. (2013), Tests and suitability of fans,

www.shaham.moag.gov.il/, Been retrieved 16/01/2015.

3. Z. Asaf. (2010), Solar systems, www.bayadaim.org.il/, Been retrieved

10/01/2015.

4. F. J. Baptista; B. J. Bailey; J. M. Randall; J. F. Meneses.

"Greenhouse Ventilation Rate: Theory Natural and Measurement with Tracer Gas Techniques", J. Agric. Engng Res. 72, 363-374, 1998.

5. Boulard T; Baille. A Modelling of air exchange rate in

a greenhouse equipped with continuous roof vents. Journal of Agricultural

Engineering research, 1995, 61.

6. Boulard T; Meneses J F; Mermier M; Papadakis G.

The mechanisms involved in the natural ventilation of greenhouses.

Agricultural and forest meteorology, 1996, 79.

7. De Jong T. Natural ventilation of large multi-span greenhouses. PhD thesis,

Agricultural University, Wageningen, 1990, p. 116.

8. J.P. Holman. Heat Transfer Tenth Edition. McGraw-Hill, 2010.

9. Scoot Sanford, Using curtains to reduce greenhouse heating and cooling

costs, in: Energy efficiency in greenhouses, Extension publishing, USA, 2011,

A3907-03.

10. Argus control (2010), Light and lighting control in greenhouses, British

Columbia Canada.

11. State of Israel – Ministry of national infrastructures research and development

division (2000). Pv systems for Israel's cities: how large should they be? A

design guide. Bet Dagan.

12. Wikipedia, Lux, http://en.wikipedia.org/wiki/Lux, 3.12.2014 – אוחזר ב

Page 135: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

135

13. Thomas J . Bruno & Paris D . N . Svoronos, CRC Handbook of Fundamental

Spectroscopic Correlation Charts, CRC Press 2005.

14. S. Sanford, Greenhouse Energy Efficiency, University of Wisconsin -

Madison, Nov 2005.

15. T. Boulard; J. C. Roy; C. Kittas; S. Wang.

Convective and Ventilation Transfers in Greenhouses, part 1: the greenhouse

considered as a perfectly stirred tank. Biosystems Engineering, 2002 83(1),

1-20.

16. STATE OF ISRAEL – Ministry Of National Infrastructures Research and

Development Division, DATA PROCESSING FOR THE NEGEV RADIATION

SURVEY: SEVENTH YEAR, December 2001.

.אוחזר 1 בדצמבר 2010,מערכת סולארית 1.5 קילוואט, אסף צ'רטקוף .17

Page 136: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

136

נספחים, תיעוד ודפי נתונים שלא הוצגו בפרקי הדוח .24

Page 137: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

137

יםררשימת פרמט

תיאור סמל

Acשטח חתך המזרון הלח,

2m

TtussA ,שטח חתך צינור המסבך2m

AFשטח רצפת החממה,

2m

sA שטח מעטפת החממה לא כולל שטח

הרצפה, 2m

topA ,שטח חלון מבט על2m

_pAPad ,שטח חתך מזרון לח2m

APanelשטח פאנל סולרי יחיד,

2m

wA ,שטח חלון מבט צד2m

BatteryC ,קיבולת סוללהAh

dC מקדם ריקון

fC מקדם גרר

_ HighCG ,גובה החממהm

_ widthCG ,רוחב החממה m

HC ,גובה המזרון הלחm

-p airC של אוויר, קיבול חום סגולי

kJ

kg k

p wc ,קיבול חום של מים

kJ

kg k

wC מקדם הלחץ של הרוח

FanD ,קוטר המאווררmm

_gearRD קוטר גלגל שיניים מערכתRack & Pinion,m

_pDHeat ,קוטר חיצוני צינור מים חמיםmm

TrussD ,קוטר צינור מסבך החממהmm

_DPad p ,קוטר צינור מים מערכת מזרון לחmm

DrainF מקדם ריקון מזרון לח

fF מקדם לכלוך מזרון לח

_wW indF ,הכוח שמפעילה הרוח על החלוןN

_ hW whigF הכוח שמפעיל משקל החלון על Nמנגנון ההרמה,

תיאור סמל

RackF ,הכוח הכולל הפועל על החלוןN

FF מקדם לכלוך,

2m k

W

f מקדם חיכוך עבור זרימה בצינור

rG מספר גרהשוף

g תאוצת הכובד,

2

m

s

_HHeat Pump משאבת מים חמים, עומדm

_HPad Pump עומד משאבת מים עבור המזרון mהלח,

wH ,גובה פתיחת חלוןm

h הפרש אנתלפיה בין הסביבה

,ממהלח2

W

m k.

h ,גובה החלוןm

ah מקדם ההסעה החופשית מחוץ

מים חמים, לצינור2

W

m k

fh מקדם הסעה מאולץ בצינור מים

חמים,2

W

m k

_One RowI ,זרם שורת פאנלים אחתA

_P TotalI ,זרם כל הפאנליםA

_gearRi יחס העברה מערכת Rack & Pinion

ak מקדם הולכה עבור אוויר,

W

m c

ik מקדם הפסדים בצינור

ironK מקדם הולכה עבור ברזל,

W

m k

Pk קבוע פארקור

wK בור מים, מקדם הולכה ע

W

m c

GL ,אורך החממהm

Page 138: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

138

טמפרטורה מ,

Heat_pipeL ,אורך צינור המים החמיםm

Pad_pipeL נור המים אל המזרון הלח, אורך ציm

_Heat wm ספיקה מסית של מי החימום,

sec

kg

udN מספר נוסלט

_nP Serias מספר פאנלים בטור

TP לון כתוצאה מפל הלחץ על הח Paמכוחות ציפה,

wP מפל הלחץ על החלון כתוצאה Paמכוחות רוח,

_W TotalP ,מפל הלחץ הכולל על החלוןPa

_SPAve רכת פאנלים ממוצע בקיץ,הספק מעW

_PAve W הספק מערכת פאנלים ממוצע Wבחורף,

PB ,הספק בנק בטריותW

_PanelSingleP ,הספק פאנל סולרי יחידW

_motorRP הספק מנוע מערכתRack & Pinion,KW

rP מספר פרנטל

Heat_lossQ ,הפסדי החום בחממהW

Loss-10hQ שעות, 10 –החום ב הפסדיW

MechanicalQ ספיקה נפחית של האוויר דרךוספיקת המאווררים, המזרון הלח

3m

h

NaturalQ ספיקה נפחית של האוויר דרך

החלונות,

3m

h

Pad_WaterQ ספיקה נפחית מי מזרון לח,

3

sec

m

TQ ספיקת אוויר דרך החלון מכוחות

ציפה,

3

sec

m

wQ ספיקת אוויר דרך החלון מכוחות

הרוח,

3

sec

m

q ספיקת אוויר למטר רצפה,

3

2

cube floor

m

m

aR מספר ריילי

deR מספר רינולדס

CrR מספר ריינולדס קריטי

0S ,קרינת שמש ישירה2

W

m

0_MaxS ,קרינת מקסימלית2

W

m

airΔT הפרש טמפרטורות בין פנים החממה Cלסביבה,

fluidΔT הפרש הטמפרטורות בין מי היציאה Cלר, מהבוילר למי הכניסה לבוי

ΔTG שגיאה מקסימלית מהטמפרטורה Cהרצויה,

TAmb ,טמפרטורת סביבה°C

_TAmb High ,טמפרטורת סביבה מקסימליתC

_LowTAmb ,טמפרטורת סביבה מינימליתC

BulkT ממוצע טמפ' הנוזל התרמי בצינור,C

FilmT ממוצע טמפ' הנוזל התרמי בצינור

K,עם טמפ' האוויר בסביבה

GT ,טמפרטורה בחממהC

_dayTG ,טמפרטורה רצויה בחממה ביוםC

_nightTG ,טמפרטורה רצויה בחממה בלילהC

_ minTG ,טמפרטורה מינימלית בתוך החממהC

_ maxTG טמפרטורה מקסימלית בתוך C°החממה,

_ _THeat pipe in טמפרטורת מים חמים בכניסה Cלצינור החימום,

Page 139: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

139

_ _outTHeat pipe טמפרטורת מים חמים ביציאה Cמצינור החימום,

_ _TankTHeat water ,טמפרטורת מים חמים במיכלC

LT מומנט מנוע מערכתack & RPinion ,Nm

_TPad in טמפרטורת אוויר בכניסה למזרון Cהלח,

_hoursBt ,הזמן עבורו מתוכנן בנק הבטריותh

_Pad pt ור מים מערכת מזרון עובי דופן צינ mmלח,

_tHeat P ,עובי דופן צינור מים חמיםmm

WBT , טמפרטורת מד חום לחC

UTotal ,מקדם מעבר חום כולל2

W

m k

iU מקדם מעבר חום כללי על פי שטח

חתך פנימי,2

W

m k

VTank ,3נפח מיכל המים החמיםm

_VHeat W ,ספיקה נפחית של מי החימוםsec

L

crV ,מהירות קריטיתsec

m

_VAmb wind ,מהירות הרוח בסביבהsec

m

_VHeat W ,מהירות מים חמים בצינורsec

m

_VPad Air ,מהירות אוויר בכניסה למזרון הלח

sec

m

_waterVPad ,מהירות מים בצינור המזרון הלחsec

m

_p TotalV ,מתח הפאנליםV

_VS panel ל יחיד,מתח פאנV

A BY סה"כ הפסדים מנקודהA לנקודהB ,m

Page 140: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

140

אותיות יווניות

תיאור סמל

מקדם חום כמוס

R בין גלגלי השיניים זווית לחיצה Rack & Pinion מערכת

יחס בוהן,

( )

( )

ap i o

fg i o

C T T

h

,מקדם חספוס שך החומרmm

fan נצילות מאוורר

inverter ממיר מתחנצילות

Pad נצילות מזרון לח

R נצילות מערכת Rack & Pinion

w ,צמיגות דינמית של מיםKg

m s

air ,צפיפות האוויר3

kg

m

a

up בחלקו העליון של צפיפות האוויר

החלון,3

kg

m

Steel צפיפות של פלדה,

3

kg

m

w צפיפות המים,

3

kg

m

G גיאה מקסימלית עבור הלחות ש היחסית,%

Amb % ,לחות יחסית בסביבה

G בחממה, % לחות יחסית

2kgלחות סגולית, H O

kg dry air

R גלגל שיניים זוויתיתמהירות

, Rack & Pinionכת מערsec

rad

Page 141: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

141

נספחים 15.3

מערכת אוורור טבעי -נספח א'

"RIDDER"בחירת רכיבים עבור מערכת ההנעה מקטלוג חברת מנוע: .1

Page 142: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

142

לוח להרכבת גיר מנוע .2

3. Couplings

Page 143: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

143

בית גג"ש: .4

מסרק: .5

Page 144: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

144

סב:יבית מ .6

מערכת אוורור מכאני –נספח ב'

nt-wCEm-wm-2-c-EC50 :דגם", Muntersמאוורר תוצרת חברת " (1

(http://www.munters.com)

Page 145: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

145

מערכת צינון: –נספח ג'

משאבה: .1

BMH –Wet Rotor Circulatorsדגם: , "dabpumps"משאבה מחברת 30/250.40T(http://www.dabpumps.com/(

Page 146: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

146

צנרת מים: .2

(/y.co.il-p-http://t) "ים-פל"מחברת "ארמובין"צינורות

מערכת חימום –' נספח ד

STANDARDISED ENBLOC CENTRIGUGALדגם: , "dabpumps"משאבה מחברת .1

125.1-G 32-NKM -PUMPS (http://www.dabpumps.com/(

Page 147: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

147

AQUAMATIC HOT WATER GENERATORדגם: בחירת בוילר .2

(www.thermaxindia.com)

CL 60KH (/www.conlexent.comhttp://)דגם: , "conlexent"מיכל מים מחברת .3

Page 148: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

148

מוצרי מתכת מתקדמים –, חברת צינומטל SCH40דגם: צנרת חימום מים .4

מערכת פאנלים סולאריים –נספח ה'

. LPC 2505, דגם "Samsung"פאנלים סולאריים של חברת .1 04-00-20250דגם ”Mastervolt“בקר טעינה של חברת .2

Page 149: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

149

”SB 00“דגם ”SmartBattery“בטריות של חברת .3 "Xtm 500-24“דגם ”Xtender series“של חברת ממיר מתח .4

Page 150: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

150

רכיבים עבור ה"מודל" –נספח ו'

גם הידוע ”Aosong Electronics“של חברת DHT22חיישן לחות + טמפרטורה מסוג (1 ” AM 0“בשם

”Dalls Semiconductor“של חברת DS18B29עמיד במים מסוג חיישן טמפרטורה (2

Page 151: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

151

ROHM“של חברת BH1750FVIעמיד במים מסוג חיישן טמפרטורה (3SemiConDuctor”

” Nano V“בקר ארדואינו מסוג (4

Page 152: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

152

MULTIFAN 4212hמאוורר מדגם (5

Page 153: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

153

רשימת ערכים מהשרות המטאורולוגי: –נספח ז'

מינימום יומי ממוצע:

גרף זה מציג את נתוני מהירות הרוח הממוצעת לאורך השנה בתחנת פארן

Page 154: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

154

הצעת הפרויקט: –' חנספח

הנדסה מכניתהמחלקה ל

:שם הפרויקט

פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים

Project name:

Model development of a climate controlled

Greenhouse

ירון קראוסר ורותם אדר :יםהסטודנט מותש

ד"ר מאיר טייטל שם המנחה:

24.04.2014 תאריך ההגשה:

Page 155: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

155

חלוקת עבודה בין הסטודנטים

יכלול את חישובי המערכות )אוורור וצינון( ובחירת הרכיבים, בניית המבנה חלק א' -דר רותם אשל דגם החממה, תכנון והרכבה של כל הנושא הקשור לאוורור וצינון בדגם, תכנון והרכבה של

הפעלת , או פנלים סולאריים איותטלו ופוטכל הנושא הקשור לניצול אנרגיית שמש ע"י יריעות תקלות.הדגם ופתרון

יכלול את חישוב מערכת החימום ובחירת הרכיבים, בניית המערכות ב' חלק -ירון קראוסר בגודל מוקטן )חימום + מסך תרמי( והתקנה בדגם, בחירת חיישנים, תכנון הצבת חיישנים בדגם

וחיבור למערכת הבקרה, כתיבת אלגוריתם הבקרה, הפעלת הדגם ופתרון תקלות.

וח אחד שיכלול את חלקו בדוח והגשת הדוחות תתבצע ביחד בתוך דכל סטודנט יכתוב את הסטודנטים. העבודה של שתי

Page 156: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

156

עניינים תוכן

158 מבוא 1

158 ................................................................................................................................................ חממה מהי 1.1 158 .............................................................................................................................................. שיווקי רקע 1.2 158 .......................................................................................................................................... שלנו הפרויקט 1.3

158 מדדיםו יעדים מטרות 2

158 .................................................................................................................................................... מטרות 2.1 159 ..................................................................................................................................................... יעדים 2.2 159 ..................................................................................................................................................... מדדים 2.3

159 ספרותית סקירה 3

159 ................................................................................................................................. הפרויקט עבור ספרים 3.1 159 ............................................................................................................................... הפרויקט עבור מאמרים 3.2

159 קיים מצב סקירת 4

161 .................................................................................... המערכת של ותיחום ראשוני דרישות מסמך5

161 ............................................................................................................................... פונקציונאליות דרישות 5.1 161 .................................................................................................................................... העבודה תכולת 5.1.1

162 ....................................................................................................................................... המוצר תחום 5.1.2

162 .............................................................................................................. ופונקציונליות מידע דרישות 5.1.3

162 ...................................................................................................................... פונקציונאליות לא דרישות 5.2 162 ............................................................................................................................... עיצוב דרישות 5.2.1

163 ............................................................................................................................. ביצועים דרישות 5.2.2

163 .............................................................................................. והפעלה משתמש ממשק ,שימוש דרישות 5.2.3

תמיכהו תחזוקה ,התקנה דרישות 5.2.4 ......................................................................................................... 163

163 .................................................................................................................. ובטיחות אבטחה דרישות 5.2.5

163 ..................................................................................................................... ותקינה חוקיות דרישות 5.2.6

163 ........................................................................................................ראשוני פונקציונאלי ניתוח 6

163 ........................................................................................................................ 0 רמה פונקציונאלי פרוק 6.1 163 ................................................................................................................... 0 מודול תפיסתי תרשים 6.1.1

165 ........................................................................................................................ 1 רמה פונקציונאלי פרוק 6.2 165 ................................................................................................................... 1 מודול תפיסתי תרשים 6.2.1

166 ................................................................................................................... 2 מודול תפיסתי תרשים 6.2.2

168 ................................................................................................................... 4 מודול תפיסתי תרשים 6.2.3

169 ................................................................................................................... 5 מודול תפיסתי תרשים 6.2.4

169 ................................................................................................................... 6 מודול תפיסתי תרשים 6.2.5

170 ................................................................................................................... 7 מודול תפיסתי תרשים 6.2.6

171 ................................................................................................................... 8 מודול תפיסתי תרשים 6.2.7

172 ..................................................................................... מערכתיות חלופות של ראשונית הצגה. 7

MISTING SYSTEMS ......................................................................................................... 173 -ערפול מערכת 7.1 DESERT COOLER ................................................................................................................... 173 – לח מזרון 7.2 174 ..................................................................................................................................... חימום מערכות 7.3

175 ..................................................................................................... המתוכנן הביצוע דרך תיאור 8

176 ........................ :המרכיבים לזמינות התייחסות נדרשת ותוכנה חומרה, הנדרשים הכלים/האמצעים 9

177 .......................................................................................... להשלים הסטודנט שעל ידע פערי 10

177 הפרויקט תוצרי 11

177 .......................................................................................................... בדיקות לתוכנית בסיס 12

Page 157: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

157

178 סיכונים ניהול 13

179 .......................................................................................................... הפרויקט יהולנ תוכנית 14

14.1 WORK BREAKDOWN STRUCTURE (WBS) ................................................................................................ 179 MS-PROJECT ........................................................................................... 181 – ב הפרויקט של עבודה תוכנית 14.2

185 מקורות רשימת 15

185 .......................................................................................................................... הפרויקט עבור ספרים 15.1 185 ........................................................................................................................ הפרויקט עבור מאמרים 15.2

Page 158: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

158

מבוא 1

מהי חממה 1.1

חממה היא מבנה המשמש לגידול צמחים פירות ירקות וצמחי נוי. מורכב בדרך כלל מקירות וגג העשויים זכוכית, פלסטיק או חומר שקוף אחר, המאפשר לאור השמש לחדור אליו ובו זמנית

ני תנאי אקלים וחרקים העלולים לפגוע. מבודד את הצמח מן הסביבה החיצונית ומגן אליו מפמבנה החממה מאפשר בקרה ושליטה במידות משתנות על תנאי אור, לחות טמפרטורה ומים

בחלל הכלוא בו, החממה יוצרת מעין מיקרו אקלים מלאכותי הנמצא בשליטתו של המגדל וכמעט מנותק מתנאי אקלים חיצוניים.

רקע שיווקי 1.2

ם הינו תחום מתפתח בעולם הנמצא בעלייה מתמדת, זאת עקב העובדה תחום הגידולים המוגנישהתוצרת בחממות גבוהה משמעותית מזו המושגת בשדות פתוחים. בנוסף ישנו גידול מתמיד באוכלוסייה בעולם ומכאן עלייה בדרישות לתוצרת חקלאית. פרט לעובדה שגידול בחממה יעיל

בולים במקומות בהן לא יכלו לגדול באופן טבעי עקב יותר משדות פתוחים הוא גם מאפשר גידול יאקלים לא מתאים. יתרה מזאת השימוש במבנים מוגנים ושמירה טובה יותר על הסביבה זאת

. בעיקר עקב הצמצום היישום חומרי הדברה והשימוש במצע מנותק המונע זיהום מי תיהוםשתורם לבניית "חממות חכמות" בנוסף לפן של גידול יבולים בחממה ישנו את הפן הטכנולוגי

ובקרה איכות, לצורך בקרת אקלים בעזרת תאים סולאריים את אנרגיית השמשאשר מנצלות ל להביא לעליית התפוקה של וכשמירה על תנאי סביבה אופטימליים עבור הצמח י כלומר

.החממה ולהפוך אותה למבנה יעיל אף יותר

הפרויקט שלנו 1.3

שרות לתת מענה לדרישות שמעסיקות את עולמנו בנוגע לגידול צמחים בפרויקט שלנו תיבחן אפמוגנים בעזרת ניצול אנרגיה סולארית ובקרת אקלים חכמה. בפרויקט ננסה ליישם שיטה חדשה

שבעזרתם נוכל לייצר חשמל ”Flexible Transparent PVשל תאים סולאריים שנקראים "ם נבונה בעזרת חיישנים שונים )חום לחות מאנרגיית השמש, וניישם שיטות של בקרת אקלי

ואור(. את החישובים שנבצע במהלך הפרויקט יבוצעו על חממה ששטחה הוא 2392[ ]m.

מטרות יעדים ומדדים 2

מטרות 2.1

שיציג את עקרונות ניהול האקלים של בתי דגם חממה חכםפיתוח הינו מטרת הפרויקט

מערכת הבקרה ן, חימום, בקרה( באמצעות מערכת בקרה וחיישנים., צינווורוראצמיחה )

, אופן תבצע בדיקות וויסות טמפרטורות ותדע לאזן את האקלים לרמה הרצויה בחממה

שתכלול אוורור מאולץ באמצעות מאווררים ורורואהוויסות יעשה באמצעות מערכת

חם או צינורות חימום אוורורמערכת חימום הכוללת ואוורור טבעי באמצעות חלונות,

בנוסף נשתמש במסך תרמי בהתאם לדרישות .שתכלול מזרון לח ומערכת צינון

המערכת.

.בניית דגם מוקטן של החממה שיוכל להציג את הרעיון בצורה חכמה

וחיישני אור טמפרטורה ולחות. ראשי בניית מערכת הבקרה הכוללת בקר

מערכות השונות בחממהלכרטיס הבקרה השולט על ה כתיבת אלגוריתם.

Page 159: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

159

יעדים 2.2

.איסוף חומר ולימודו בנושא גידולים בחממה

.בנית מערכת בקרה חכמה שתדע לנהל את כל שאר המערכות

ולטאיים או פנלים סולאריים, יכולת אגירת ו קליטת אנרגיית השמש באמצעות תאים פוטו

האנרגיה וחיבור המערכת הסולארית לבקרת החממה.

רור, חימום ומסך תרמי על מנת להוריד כמות קרינה.בניית מערכת אוו

וחישוב חישובי מעברי חום ותרמו דינמיים של כמויות החום שיש לסלק מהחממה

.ממערכת קולטי השמשדרישות

מדדים 2.3

יחס מקסימלי בין הספק הקרינה להספק האנרגיה החשמלית –נצילות המערכת

המיוצרת.

תפגע בגידולי הצמחים )כמות החום בחלל הפנימי הצללה חלקית שתיוצר בחממה לא

של החממה תישאר ברמה מספקת לאחר התקנת המערכת(.

מערכת הבקרה מתפקדת בצורה טובה כלומר מגיבה כנדרש לכל חיישן ומפעילה את

המערכת המתאימה.

סקירה ספרותית 3

ספרים עבור הפרויקט 3.1

Holman J.P.: Heat Transfer, SI Metric ed. 8th ed. 1997

Incropera F.P. & DeWitt D.P., Introduction to Heat Transfer, Wiley (2002)

,.ללמוד נתיב יC2001עמי, -, מהדורה ג', הוד

, עבור כתיבת התוכנה של המיקרו בקר.Cספר בשפת

מאמרים עבור הפרויקט 3.2

Bioresource A.J Both Assistant Extension Specialist Rutgers UniversityGreenhouse Temperature ManagementEngineering

Greenhouses THE UNIVERSITY OF GEORGIA Cooperative Extension Heating’ Cooling and Ventilation

קט הבאיםורות נוספים יימסרו במסמכי הפרוימק

סקירת מצב קיים 4ל האנרגיה הסולארית בפרט במגמת במהלך השנים האחרונות האנרגיה הירוקה והתחום ש

התפתחות ועלייה, זאת עקב הצורך במתן פתרונות להתחממות הגלובאלית של כדור הארץ כמו כן מחירי הדלק המתייקרים ומדלדלים. כיום ישנן חברות רבות העוסקות באנרגיה סולארית

ארית לא סטנדרטית, והקמת חממה מבוקרת אקלים. למרות ההתפתחות בתחום האנרגיה הסולנתקלנו במספר רב של חברות העוסקות בייצור של מערכות ייעודיות להפקה של אנרגיה תוך

( בנוסף מרבית החממות החכמות הינם Flexible Transparent PVשימוש בתאים השקופים )לצורך מחקר ולימוד ופחות נמצאות בשוק המסחרי. רוב החממות הנמצאות היום בשוק עוסקות

אנרגטיתל כמות מים ודשן המסופקת לצמחים ואינם מתעסקות ביעילות בבקרה חכמה ש

Page 160: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

160

בהכרח, לא מצאנו חממה אשר מקיימת את הדרישה לניצול אנרגיית שמש תוך בקרת אקלים חכמה.

דוגמאות לחממות הנמצאות היום בשימוש מסחרי:

.”CLIMATE CONTROL SYSTEMS INC“ שם החברה:

קנדה. מיקום החברה:

בחממה שכוללות בעיקר בקרות אקלים שונות כגון: חימום, אוטומציהייצור מערכות :תחום עיסוקאור ולחות עבור היבולים. בשונה מהפרויקט שלנו החברה אינה מתרכזת בשימוש של אנרגיה

סולארית והקמת החממה.

Page 161: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

161

.”קונסטרוקציות וחממות מבוקרות –אחים דמתי “ שם החברה:

מושב אחיהוד, ישראל. מיקום החברה:

החברה עוסקת בהקמת מבני מתכת וקונסטרוקציות מורכבות בשילוב כיסויים כמו תחום עיסוק:כן החברה מתמחה בפיתוח חממות מבוקרות למחקר ופיתוח אשר מוקמות באוניברסיטאות

ובמכוני מחקר, החברה מתמחה בנוסף בתחום ההצללה המבוקרת, מזרונים לחים, בניית תאי ידול לצמחים ועוד.ג

.”דגן“ שם החברה:

מושב חניאל, ישראל. מיקום החברה:

חברת דגן הינה מהחברות המובילות בתחום הפרויקטים החקלאים, האוטומציה תחום עיסוק:החברה מתמחה בכל תחומי הפעילויות המקצועיות החל בחקלאות ומכלול בקרת האקלים.

טכנולוגיות וכן בשיטות ומוצרים \ה של מערכות טכניותמתכנון והנדסה, יצור, אינטגרציה ותמיכ להבטחת תוצאות יעילות ורווחיות.

גילדן בע"מ".“ שם החברה:

מושב קדימה, ישראל. מיקום החברה:

צרים באמצעות החברה מפתחת מו ממות.תכנון ופיתוח ח חברה מתמחה בייצורה תחום עיסוק:צרים, החל בדגמים פשוטים וכלה בחממות המבנים כוללים מגוון מו ,התאמה לדרישות השוק

ה גיאומטרימווסתות הן את הטמפרטורה והן את אשר שולטות באקלים ו ממוכנות לחלוטין, בכפוף לצורכי הלקוח.

של המערכתותיחום מסמך דרישות ראשוני5

דרישות פונקציונאליות 5.1

תכולת העבודה 5.1.1

הסעה עבור חממה ששטחה הואחישובים תרמודיינמים ומעבר חום, בהולכה ו2392[ ]m.

Page 162: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

162

" או פנלים סולאריים לייצור חשמל. "וולטאיים-פוטותכנון מערכת תאים

אוורור מאולץ באמצעות מאווררים ואוורור טבעי תכנון מערכת אוורור שתכיל -אוורור

באמצעות חלונות,

:מערכת מזרון לח ) צינון(Desert Cooler

תרמי למניעת איבודי חום. תכנון מסך

.חימום: תכנון מערכת חימום בעזרת צנרת מים חמים או מפוחי אוויר חם

.בקרה: תכנון מערכת בקרה ובחירת חיישנים

.בניית ממשק ותוכנה שתוכל לדמות מצבי אקלים שונים בחממה

.בניית דגם מוקטן שיכלול את כל המערכות המוזכרות לעיל

תחום המוצר 5.1.2הינו חממה בית גידול לצמחים, שתפעל באופן אוטונומי ללא עזרת אדם, המוצר

המערכת תדע להתמודד עם מצבי אקלים שונים ולתת מענה באמצעות הפעלת המערכות השונות בהתאם למצב הרצוי.

דרישות מידע ופונקציונליות 5.1.3פרחים פרויקט "חממה חכמה" מיועד לספק תנאי גידול כמעט אופטימליים לצמחים,

וירקות. כמו כן הוא מיועד לבעלי חממות שרוצים לשלוט על האקלים בחממה כאשר הם אינם בסביבה.

מערכת האוורור תפעל כאשר טמפרטורת פנים החממה )חיישן טמפ'( תגיע לטמפרטורת

קריטית שאותה הגדיר המשתמש באמצעות מערכת הבקרה.

ות מערכת הבקרה.מערכת הצינון תפעל בהתאם להגדרת המשתמש באמצע

מערכת חימום תפעל כאשר טמפרטורת פנים החממה )חיישן טמפ'( תרד מתחת

לטמפרטורה מינימלית שאותה הגדיר המשתמש באמצעות מערכת הבקרה.

כאשר חיישן האור ידגום כמות קרינה גבוהה מעל הכמות שאותה יפעלמסך תרמי

חום מקרינה.הגדיר המשתמש או בשעות הערב על מנת למנוע איבודי

דרישות לא פונקציונאליות 5.2

דרישות עיצוב 5.2.1

0.7דגם החממה יורכב משני גמלונים )קשתות( בעל מידות 1.4 0.3[ ]X X m.

פלדה. /מאלומיניוםהמסבך יורכב

Page 163: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

163

דרישות ביצועים 5.2.2

של מרביאו פנלים סולאריים לניצול וולטאיים-הפוטותכנון אפקטיבי של התאים

המערכות השונות בחממה.

.זיהוי מצבי אקלים ומתן מענה לפי הדרישה

.חיישנים בעלי דיוק גבוה

לית.אתחזוקה מינימ - אמינות גבוהה של המתקן

.עמידות המערכת לאורך זמן בתנאי אקלים קיצוניים

דרישות שימוש, ממשק משתמש והפעלה 5.2.3

.המערכת תפעל באופן אוטונומי

ה תשלוט בכל מערכות החממה.מערכת בקר

דרישות התקנה, תחזוקה ותמיכה 5.2.4

.בדיקה תקופתית לתקינות רכיבי המערכת

,הרכיבים האלקטרונים הרגישים יהיו בתוך מארז מיוחד שיגן עליהם מפני לחות, רוח

ואבק.

.ניקיון קולטי השמש במיוחד לאחר ימים בהם יש סופות חול

ת לבדיקת תקינות הבקר.בדיקה באמצעות תוכנה המיועד

דרישות אבטחה ובטיחות 5.2.5

.המערכת תותקן במקום שיועד לכך על קרקע יציבה בלבד

.גישה לכלל חלקי המערכת תותר רק לאדם מוסמך לכך

להתייעץ במתכנן. מבליאין לבצע כל שינוי במערכת

.תפעול המערכת רק באמצעות מחשב הבקרה

דרישות חוקיות ותקינה 5.2.6 ליזות חישוביות יבוצעו על חממה סטנדרטית ולפי התקנים המקובלים בישראל.אנ

ניתוח פונקציונאלי ראשוני 6

0פרוק פונקציונאלי רמה 6.1

0תרשים תפיסתי מודול 6.1.1 סכמת מלבנים 6.1.1.1

Page 164: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

164

מודולים מילון 6.1.1.2

של המודול יתיאור פונקציונאל קוד המודול

קליטת מידע מהחיישנים השונים והפעלת המערכות –ה בקר 1 הרלוונטיות

סולארית ואספקת חשמל למערכות השונות )בקר, אנרגיהקליטת 2 צינון( אוורור, חימום,

מחשב עם תוכנת סימולציה המדמה תנאי אקלים בהתאם 3 לבחירת המשתמש

חימום האוויר בחממה 4

או מניעת איבוד \ים בשעות בהם הקרינה גבוהה והגנה על היבול 5 חום בקרינה בלילה

מקררת את האוויר בחממה באמצעות אוורור 6

מכניסה לחות אל החממה 7

מערכת חיישנים המודדים את האקלים בחממה 8

מילון ממשקים 6.1.1.3

של הממשק יתיאור פונקציונאל קוד הממשק

אל בקר המתחים DCמתח 2-1

Page 165: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

165

מעבר נתונים בין התוכנה לבקר, ישנה אופציה למעקף ידני ע"י 3-1המשתמש על מנת לבצע בדיקות תקינות, וסימולציות אקלים

שונות

אות הפעלה למערכת החימום 1-4

אות הפעלה למסך התרמי 1-5

אות הפעלה למערכת האוורור 1-6

אות הפעלה למערכת הצינון 7-1

קבלת נתוני אקלים בחממה 8-1

1פרוק פונקציונאלי רמה 6.2

1תרשים תפיסתי מודול 6.2.1 סכמת מלבנים 6.2.1.1

מודולים מילון 6.2.1.2

של המודול יתיאור פונקציונאל קוד המודול

כרטיס אלקטרוני חכם שיקלוט מידע של נתוני אקלים בחממה 1.1 ויפעיל את המערכות השונות

מודול במערכת את המתח הרצוי מייצב מתח ומספק לכל 1.2

הודעות שוטפות של נתונים במערכת באמצעות לדים –תצוגה 1.3 וצג

Page 166: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

166

מילון ממשקים 6.2.1.3

של הממשק יתיאור פונקציונאל קוד הממשק

העברת נתונים בין התוכנה לבקר, אופציה למעקף ידני של 3-1.1 המשתמש

ברתו אל מחלק המתחים קבלת מתח ישר חשמל מהמצברים והע 2.5-1.2 על מנת להפעיל את המערכות השונות

קבלת מתח חילופין והעברתו אל מחלק המתחים על מנת 2.6-1.2 להפעיל את המערכות השונות

אות הפעלה למשאבה 1.2-4.1

אות הפעלה למחמם מים 1.2-4.2

אות הפעלה למנוע של המסך התרמי 1.2-5.1

מערכת האוורור אות הפעלה למאוורר של 1.2-6.1

אות הפעלה למנוע שיפתח את החלונות לצורך אוורור החממה 1.2-6.2

אות הפעלה למשאבה של מערכת הצינון 1.2-7.1

אות הפעלה לגוף החימום של המערכת 1.2-7.2

אות הפעלה למאוורר של מערכת הצינון 1.2-7.3

רותנתוני אקלים וטמפרטורה שיוצגו באמצעות מסך ומנו 1.1-1.3

קו מתח אנלוגי יחסי לטמפרטורה 8.1-1.1

קו מתח אנלוגי לזיהוי רמת אור במבנה 8.2-1.1

קו מתח אנלוגי יחסי ללחות היחסית 8.3-1.1

העברת פקודות אל בקר המתחים, איזה יציאת מתח עליו 1.1-1.2 להפעיל

2תרשים תפיסתי מודול 6.2.2 סכמת מלבנים 6.2.2.1

Page 167: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

167

מודולים מילון 6.2.2.2

של המודול יתיאור פונקציונאל קוד המודול

וולט 220חיבור חשמל חיצוני 2.1

מעביר ממתח חילופין למתח ישר 2.2

מנתב מתח, טוען מצברים עד מידת הצורך 2.3

ממירים קרינת שמש למתח ישר 2.4

אגירת חשמל לשימוש בשעות בהם קרינת השמש נמוכה 2.5

מיר ממתח ישר למתח חילופיןמ 2.6

מילון ממשקים 6.2.2.3

של הממשק יתיאור פונקציונאל קוד הממשק

מתח גבוה, מתח חליפין 2.1-2.2

מתח ישר 2.2-2.3

מתח ישר 2.3-2.5

Page 168: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

168

מתח ישר 2.4-2.3

מתח ישר למערכות השונות 2.5-1.2

מתח חילופין למערכות השונות 2.6-1.2

4יסתי מודול תרשים תפ 6.2.3 סכמת מלבנים 6.2.3.1

מודולים מילון 6.2.3.2

של המודול יתיאור פונקציונאל קוד המודול

משאבה המובילה מים חמים לאורך החממה 4.1

מחמם את המים שיעבירו חום בהסעה אל חלל החממה 4.2

מילון ממשקים 6.2.3.3

ממשקשל ה יתיאור פונקציונאל קוד הממשק

אות הפעלה למשאבה 2.1-2.2

אות הפעלה למחמם מים 2.2-2.3

Page 169: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

169

5תרשים תפיסתי מודול 6.2.4 סכמת מלבנים 6.2.4.1

מודולים מילון 6.2.4.2

של המודול יתיאור פונקציונאל קוד המודול

מנוע שתפקידו לפרוש/לקפל את המסך התרמי 5.1

מילון ממשקים 6.2.4.3

של הממשק יתיאור פונקציונאל הממשק קוד

אות הפעלה למנוע של המסך התרמי 2.1-2.2

6תרשים תפיסתי מודול 6.2.5 סכמת מלבנים 6.2.5.1

Page 170: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

170

מודולים מילון 6.2.5.2

של המודול יתיאור פונקציונאל קוד המודול

ביצוע סירקולציה ע"י הכנסת אוויר לחממה -אוורור מאולץ 6.1 בעזרת המאוורר, כך טמפרטורת החממה תרד

מערכת חלונות שתיפתח באמצעות מנוע והאוויר -אוורור טבעי 6.2 שיכנס מבחוץ לחלל החממה יאוורר אותה

מילון ממשקים 6.2.5.3

של הממשק יתיאור פונקציונאל קוד הממשק

אות הפעלה למאוורר של מערכת האוורור 1.2-6.1

מערכת החלונות של מערכת האוורוראות הפעלה ל 1.2-6.2

7תרשים תפיסתי מודול 6.2.6 סכמת מלבנים 6.2.6.1

Page 171: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

171

מודולים מילון 6.2.6.2

של המודול יתיאור פונקציונאל קוד המודול

משאבה שתעלה מים לראש מתקן הצינון 7.1

גוף חימום שמטרתו היא להפוך את המים לאדי לחות 7.2

ח אוויר חם שיכניס את האוויר הלח אל החממהמפו 7.3

מילון ממשקים 6.2.6.3

של הממשק יתיאור פונקציונאל קוד הממשק

אות הפעלה למשאבה של מערכת הצינון 1.2-7.1

אות הפעלה למחמם מים של מערכת הצינון 1.2-7.2

אות הפעלה למאוורר של מערכת הצינון 1.2-7.3

8 תרשים תפיסתי מודול 6.2.7 סכמת מלבנים 6.2.7.1

Page 172: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

172

מודולים מילון 6.2.7.2

של המודול יתיאור פונקציונאל קוד המודול

תפקידו לנתר את הטמפרטורה בסביבה –חיישן טמפרטורה 8.1 ולהמירו לאות חשמלי.

המשנה את התנגדותו בהתאם פוטואלקטריחיישן –חיישן אור 8.2 ף.לעוצמת האור אליה הוא נחש

תפקידו לנתר את הלחות באוויר ולהמיר את רמת -חיישן לחות 8.3 הלחות באופן יחסי לאות חשמלי.

מילון ממשקים 6.2.7.3

של הממשק יתיאור פונקציונאל קוד הממשק

קו מתח אנלוגי יחסי לטמפרטורה 8.1-1.1

קו מתח אנלוגי לזיהויי אור/חושך 8.2-1.1

ללחות היחסית קו מתח אנלוגי יחסי 8.3-1.1

. הצגה ראשונית של חלופות מערכתיות7

Page 173: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

173

Misting Systems -מערכת ערפול 7.1

משתמשות בטכניקת אידוי על מנת מערכות ערפוללקרר את האוויר סביב קווי הערפול המוקמים לאורך

גבולות המתחם המיועד לקירור. המים מוזרמים בכוח לרסס טיפות דרך זרבוביות מעוצבות במיוחד על מנת

של מים לאוויר ההיקפי. טיפות מים אלו סופגות את החום המצוי באוויר ומתאדות בעודן הופכות לגז או אדי

מים. האנרגיה המשמשת לשינוי מצב הצבירה של המים מנוזל לגז נלקחת מהחום של האוויר ההיקפי

ומורידה את הטמפרטורה של האוויר, ובכך מצננת את האזור.

מיםה בצריכת ירידה במערכת, אנרגטית יעילות שיפור ,אחידים וקירור לחות ספקתא :יתרונות .פנימיתה אווירה איכות שיפורו

עלות נדרשת השקעה כספית גבוהה להתקנת מערכת האינסטלציה לאורך החממה, חסרונות: דקות(. 10-15תחזוקה גבוהה, איכות המים גבוהה, זמן עבודה קצר יחסית )

Desert Cooler –זרון לח מ 7.2

המים מים עם במגע בא רווי בלתי אוויר שכאשר הפשוט העיקרון על מבוססים "מדבר מצנני" כתוצאה .יורדת שלו שהטמפרטורה בעוד, האוויר עולה של הלחות תכולת ,זה בתהליך. מתאדים

ורכבת ממשאבה, המערכת אינה מסובכת ולרוב מ. קירורל לחהו קרה אווירניתן להשתמש ב מכך מפוח, ומשטח הולכת מים.

ראשוניות עלויות .ויבשים חמים באזורים יעילים והם מאוד יםחסכוני "מדבר מצנני" יתרונות:, אינם משתמשים בגזים שונים, ידידותי לסביבה, עלות אחזקה נמוכה, סירקולציה של נמוכות

אוויר חדש מוזרמת למערכת כל כמה דקות.

שוטפת של אחזקהסופק ע"י המצנן הינו לח, דורש אספקה קבועה של מים, האוויר המ חסרונות: וכו' , משיכת בעלי חיים מעופפים למערכת הסגורה. מקורוזיהניקוי משטח הולכת המים

Page 174: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

174

מערכות חימום 7.3

מניעת, אנרגיה לשימור לחצים עקב מחדש ערכהבה הזמן כל נמצאות חממות לחימום השיטות יותר קרובה בדר"כ נמצאת בגובה הקרקע חימום הפצת מערכות. יעיל ייצור, חשוב והכי, הוםזי

טמפרטורות על לשמירה יותר ויעילות משמעותי אנרגיה חיסכון להשיג על מנת לצמחים למנוע כדי מצוינת דרך היא הטל נקודת מעל משטחיםעל ה הטמפרטורה של שמירה. החממה .בחממה התעבות

Page 175: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

175

ום צנרת:מערכת חימ

ביותר הנפוצות חממה חימום ממערכות אחתאשר פלסטיק או מתכת צינורות של רשת היא

חימום. חמים מים או קיטור הזורם בתוכם הינו הנוצר גידולים לחימום יעיל אמצעי הוא צנרת

וכתוצאה החממה אוויר חימוםו הסעה ידי על .לעלים ישירות חום מכך נוצרת הקרנה של

טורה אחידה בכל החממה, טמפר יתרונות:שימור אנרגיה, אחזקה שוטפת נמוכה, ייצור

לפי התאמה אישית.

עלות ראשונית יקרה, מכלול רכיבים חסרונות: אשר מפעילים את המערכת העלולים להיכשל,

מערכת אוויר חם:

.צינורות פוליאתילן עם או מדחף ידי על: חם אוויר של להפצה עיקריות שיטות שתי קיימותתא השריפה, סוגי הדלקים הנפוצים הם: לחימום המשמשים גזים/דלקיםערכות אלה צורכות מ

. כתוצאה מיציאת אוויר חם מחרירים המפוזרים לאורך הצינור, נפלט דיזל ביוו טבעי גז, פרופאן האוויר אל פנים החממה וכך נשמרת הטמפ' בהתאם להגדרת המשתמש.

עלותם הנמוכה ואופן פעולתם הפשוט הוא האוויר מוםחי מערכת של העיקרי היתרון יתרונות:אשר ניתן להתקין את המאווררים באמצעות ווים בנוסף המערכת אמינה והיעילות התרמית

גבוהה.

ל או דלק גבוהה.לא ידידותי לסביבה, צריכת חשמ חסרונות:

8

דרך הביצוע המתוכנן רתיאו

ים שונים בתחום של המערכות השונות איתור מקורות מידע ומאמר –סקירה ספרותית

בפרויקט.

ביצוע סקר שוק ואיתור מערכות שפעולות במשק. בדיקת מחירים –סקירת מצב קיים

ואפקטיביות הדגמים שפועלים בשוק.

ניתוח חלופות מערכתיות ובחירת חלופות נבחרות בהתאם לצרכי הפרויקט. בחירת

בחירת רכיבים, חיישנים ותאים תוכנה לבניית אלגוריתם הבקרה וממשק משתמש,

סולאריים שקופים למחצה.

.השלמת פערי ידע בהתאם לחלופות הנבחרות

Page 176: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

176

תכנון ועיצוב המערכת אשר תכלול את כל פרמטרי הפרויקט כגון: מערכות –תכן ראשוני

הצללה, מערכת תאים סולאריים ומערכת \צינון ואוורור, מערכות חימום, מסך תרמי

הבקרה.

זות תרמו דינמיות, מעברי חום, אנרגיה סולארית וכתיבת אלגוריתם למערכת ביצוע אנלי

הבקרה. האנליזות יבוצעו לחממה בעלת שטח של 2392[ ]m

.בחירת חומרים ורכיבים לבניית הדגם המוקטן

.בנייה והרכבה של הדגם תוך סנכרון של כלל רכיבי המערכת

ויים תוך תיקון כשלים ושילוב המסקנות בהמשך לתכן.מערך בדיקות לדגם, ביצוע ניס

.השלמת התכן המפורט

.כתיבת ספר פרויקט והכנת הדגם להגשה

.עמידה בלוח הזמנים של הפרויקט

:האמצעים/הכלים הנדרשים, חומרה ותוכנה נדרשת התייחסות לזמינות המרכיבים 9 (:rent PVflexible transpa) או פנלים סולאריים וולטאים-תאים פוטו .1

.זמינות: ביצוע הזמנה

:עלות משוערת$

0.20 3[ ]m

.

חיישני טמפרטורה, לחות וקרינה: .2

.זמינות: זמינים במעבדות בית דגן

.עלות משוערת: ללא עלות

צינורות ופרופילים: .3

.זמינות: ביצוע הזמנה

:40עלות משוערת 150[ ]₪

m.

אלקטרוני(:מערכת בקרה )כרטיס .4

:זמין, כרטיס אלקטרוני של -כרטיס אלקטרוני של מעבדות בית דגן זמינות

זמין. – Arduinoחברת

עלות משוערת: כרטיס של בית דגן ללא עלות, כרטיסrduinoA - 200₪.

(:Desert Coolerמערכת צינון ) .5

:ביצוע הזמנה. זמינות

ת תתבצע בהתאם לשיקולי המנחה.עלות משוערת: הוצאה כספי

)מאווררים(: אוורורמערכת .6

זמינים במעבדות בית דגן.זמינות :

.עלות משוערת: ללא עלות

תנור חימום(:/מערכת חימום )צינורות חימום .7

:בהתאם למערכת הנבחרת. זמינות

.עלות משוערת: בהתאם למערכת הנבחרת

:משאבות מים .8

.זמינות: בהתאם לחלופות הנבחרות

500₪לות משוערת: בהתאם לחלופות הנבחרות, מחיר משוער עד ע.

(:SolidWorks & SolidWorks Simulation) תוכנת שרטוט וביצוע אנליזות .9

זמין במכללת אפקה.זמינות :

Page 177: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

177

.עלות משוערת: ללא עלות

( LabView \CVI –National Instrumentsת אלגוריתם הבקרה )תוכנת לכתיב .10

זמין במכללת אפקה ובבית דגן.זמינות :

עלות משוערת: ללא עלות

פערי ידע שעל הסטודנט להשלים 10

דרכי גידול אופטימליים של יבולים בחממות.

.תפוקת חשמל וחום מאנרגיה סולארית, חישובי עוצמת קרינה בישראל ובבית דגן בפרט

על סוגיהם.עקרון פעולה של תאים פוטוולטאים או פנלים סולאריים

.קריאה והבנה של כל מערכות החימום, אוורור וצינון שיש בחממה על כל מרכיביהם

.הבנת חיבורי החשמל של הקולטים אל הבקר, ומהבקר אל המערכות השונות

חישובים נדרשים על מנת לזהות מצבי אקלים שונים בחממה ע"מ לדעת מתי כל מערכת

צריכה לפעול.

תוצרי הפרויקט 11

הגדרה של מטרות הפרויקט והגדרה ראשונית של דרישות, חלופות -יקטפרוהצעת

ותוכנית עבודה.

דוח תכן ראשוני– Preliminary Design - PD : בחירת חלופה נבחרת, תכנון

ראשוני של המערכת, השלמת דרישות הפרויקט.

דוח התכן המפורט– Critical Design – CD: בדיקה, תכן מפורט כולל חישובים

.סקירה ספרותית ,ושינוי במידת הצורך של דרישות המערכת

סיכום מסקנות, הוספת חומר עזר נספחים,סיכום כולל של העבודה. -ספר הפרויקט בדיקה ושינוי במידת הצורך, ,בדיקה של עמידה ביעדים, רקע שיווקי ,סקירה ספרותית

.בחינת המוצר הסופי ,של דרישת המערכת

ים של דגם החממה.שרטוט –תיק שרטוטים

מודל מוקטן של החממה אשר ימחיש את פעולת המערכת ואת התכנות –מודל מוקטן הפרויקט.

בסיס לתוכנית בדיקות 12

.מדידת ערכי קרינת השמש הנקלטים בחממה ומדידת ערכי קרינה מוחזרים ע"י החממה

.בדיקת תקינות החיישנים וקריאת הנתונים ע"י מערכת הבקרה

אוורורכות דינמיות כגון: מסך תרמי ופתחי בדיקת מער.

מפוחי אוויר חם. /בדיקת מערכות כגון: מאווררים, מזרון לח, צינורות חימום

או אנרגיה תרמית של המערכת הסולארית. /בדיקת אנרגיה חשמלית ו

.בדיקת יכולות אגירת אנרגיה של המערכת

.בדיקת תפעול המודל המוקטן במהלך תנאי אקלים שונים

Page 178: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

178

ניהול סיכונים 13

סבירות הסיכון להופעה

תחומר

השלכות

RPN זיהוי-הופעה איתור

מעקב ובקרה פעולות הפחתה

אי עמידה בלוח זמנים

תאריך הגשה 0.24 0.8 0.3מתקרבים ולא

סיימנו את הדוחות

בניית תוכנית עבודה מסודרת

- MSבתוכנת PROJECT

דוחות התקדמות בשלבים

השגת המטרות אופן חלקיב

לא פרויקטדו"ח 0.21 0.7 0.3שלם, חוסר של

מערכות או דוחות בשלב הסיום.

כתיבה בדוח הראשוני פירוט

של מדויק שברצוננוהמטרות

להגיש

הגשת כל המשימות בכל

דו"ח

בצע עקב לא ניתן לחוסר בטכנולוגיה או

ציוד

אי הצלחה של 0.25 1 0.25 תכנון הפרויקט

בדיקת היתכנות תחילת לפני

התהליך

בדיקה מקיפה שהרעיון אפשרי

לפני תחילת בודה ובדיקת ע

היתכנות של כל בקשה

אי התאמת חלופה נבחרת לדרישות

קושי בתכנון 0.24 0.8 0.3שלבים מתקדמים

בפרויקט

בחירת חלופה נבחרת לאחר עיון מעמיק בחלופות

ובדרישות

בדיקות שהחלופה שבחרנו אכן

מתאימה לכל חלק בפרויקט

קשיים בתכנון ראשוני

קשיים בתכנון 0.15 0.5 0.3בנוגע לבחירות

רכיבים וצורת המבנה

קריאת חומר רלוונטי, השלמת

פערי ידע והתייעצות עם

המנחה

התייעצות בכל שלב ושלב, מעבר

לשלב הבא רק בסיום השלב

הקודם

חוסר התאמה בין המערכות

מערכות לא 0.32 0.4 0.8מו מתפקדות כ

שצריך, קושי בסנכרון המערכות

ביצוע בדיקות של ממשקי המערכת

בדיקת היתכנות כאשר אנו בוחרים

מערכת

רכיבים לא עובדים, תקולים

קניית רכיבים רכיב לא תקין 0.16 0.4 0.4אמינים ושימוש

ע"פ הוראות יצרן

בדיקות תקופתיות לתקינות המערכת

.1טבלה

מקרא הטבלה

סבירות אפסית – 0הה, סבירות גבו – 1

Page 179: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

179

חומרת הסיכון:

חומרת סיכון אפסית – 0חומרת סיכון גבוהה, – 1

תוכנית ניהול הפרויקט 14

14.1 WBS - Work Breakdown Structure

.

Page 180: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

180

Page 181: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

181

MS - Project –תוכנית עבודה של הפרויקט ב 14.2

Page 182: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

182

Page 183: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

183

Page 184: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

184

Page 185: פיתוח דגם חממה מבוקרת אקלים -  רותם אדר ירון קראוסר

185

רשימת מקורות 15

ספרים עבור הפרויקט 15.1

Holman J.P.: Heat Transfer, SI Metric ed. 8th ed. 1997

Incropera F.P. & DeWitt D.P., Introduction to Heat Transfer, Wiley (2002)

,.ללמוד נתיב יC2001עמי, -, מהדורה ג', הוד

, עבור כתיבת התוכנה של המיקרו בקר.Cספר בשפת

מאמרים עבור הפרויקט 15.2

tant Extension Specialist Rutgers University Bioresource A.J Both AssisGreenhouse Temperature ManagementEngineering

Greenhouses THE UNIVERSITY OF GEORGIA Cooperative Extension Heating’ Cooling and Ventilation

קט הבאיםורות נוספים יימסרו במסמכי הפרוימק