חממה

החממה הינה חלל אשר מדגים באופן מיטבי שילוב של מערכות ועקרונות אנרגיה בסיסיים. החממה מדגימה המרה והנעה של אנרגיה, שינוי נפח החלל, שימוש בעקרונות החום הכמוס שבמים, עליית אוויר חם מעלה ועוד. הבנת ההעקרונות תוכל לסייע לכל אדם ליישמם בחללים אחרים של חממה או בית. על כן, קריאת החומר הכתוב מתוך מחשבה על אפשרויות היישום שלו תהפוך את הידע לפרקטי.

החממה מתוכננת לעבוד תוך שימור מקורות האנרגיה והמים באופן מרבי.

החממה בנויה משלד ברזל מגולוון, המכוסה בפוליגל שקוף 6 ממ' עם חללי אוויר. השימוש בפוליגל שמקדם מעבר החום שלו הינו כשליש מכיסוי פלסטי רגיל מאפשר חיסכון רב בהוצאות החימום בחממות בכלל ובחממה שלנו בפרט. צללית החממה בנויה באופן כזה שבחורף, כאשר השמש נמוכה, מרבית אנרגיית השמש חודרת אליה בזוית הקרובה ל90 מעלות ובקיץ, כאשר השמש גבוהה, רוב קרני השמש מוסטות מהקיר הדרומי כלפי חוץ ואינן חודרות בקרינה ישירה פנימה.

כל החשמל בחווה מסופק מתאים פוטואלקטריים. אנו מנסים למזער את צריכת החשמל בכלל ובחממה בפרט. כל צריכת החשמל בחממה הינה להפעלת מנועי ווילונות ומסכים, המונעים בצריכת חשמל נמוכה ומשך עבודתם קצר (כ-5 דקות ליממה\מנוע).

מערכות המים בחממה
סביב החממה הותקנו מרזבים ומי הגשמים נאגרים למאגר מים, הממוקם בחלקה הצפוני של החממה.
נפח המאגר כ-15 קוב מים והוא מחולק למאגר מבודד "חם" בנפח של 5 קוב ומאגר בנפח 10 קוב, המבודד כלפי חוץ בלבד.
מי מאגר המים משמשים להשקיית הצפה בשולחנות הגידול. אחת ליממה, בשעות הצהרים המאוחרות, מי המאגר מוזרמים למיכל ההשקיה בהצפה (הממוקם בצידה המערבי של החממה בגובה של 4 מטר), כאשר מי המיכל מוזרמים בגרוויטציה אל השולחנות ומשקים בהצפה את הצמחים. לאחר ההשקיה, נאספים המים בגרוויטציה למיכל קבור באדמה וממנו מוחזרים באמצעות משאבה למיכל העליון להשקיה חוזרת. ניתן להשתמש בתהליך זה לדישון על ידי עירוב המים הנקיים בדשן נוזלי.
המים במיכל העליון מספיקים להשקיה אחת אשר לאחריה ניתן להמשיך ולמחזר את המים, מים טריים מהמאגר ימלאו את המכל לאחר גמר ההשקיות.
מילוי המכל העליון מתבצע לאחר שהסתיימו ההשקיות ובשעות מוארות בהן השימוש בחשמל אינו גורע מאגירת החשמל היומית בחווה.
מערכת השקיה בממטירים- מערכת זו פועלת אוטומטית על ידי בקר השקיה, בנוסף קיים ברז לכל שולחן המאפשר להתאים תכנית השקיה לכל גידול בנפרד. מי הנגר של ההשקיה ממוחזרים למכל העליון כך שאין מים ניגרים בחממה לעומת כ-40% מן המים הנצרכים בחממות חקלאיות.

מערכת חימום מצע
בשולחנות הגידול מתחת לעציצים ממוקם מחליף חום המורכב מרשת צינורות פלסטיק. כאשר קיימת דרישה לחימום, מי המאגר המבודד (החם) מוזרמים דרך מחליף החום בשולחנות. החום הנפלט מהמים מחמם את הצמחים אשר על השולחנות. המים נעים במעגל סגור, חוזרים למאגר החם מתחממים בו ומוזרמים חזרה לשולחנות עד להשגת החום הדרוש לצמחים.
על מנת לחסוך בחשמל עבודת המשאבה איננה רציפה (5 דקות עבודה 10 דקות הפסקה).

חימום החממה
חימום החממה מבוסס על מספר עקרונות:

1. בניה מחומרים מבודדים, מתאימים ושקופים (אנו מגדלים צמחים ומעוניינים בכניסת הקרינה).
2. "מסך תרמי" משמש כשמיכה שהחממה מתכסה בה מיד לאחר הפסקת פעילות הפוטוסינטזה. בשעות אחר הצהריים, המסך נפרש באמצעות מנוע חשמלי באופן אוטומטי ומקטין את איבודי החום מהחממה תוך שהוא יוצר בידוד נוסף בין חלל החממה לגג החממה וכן מונע איבודי קרינה מהחממה לחלל.
3. החום הנפלט משולחנות החימום משמש לחימום החממה ומהווה חלק ממאזן האנרגיה הדרושה לחימום.
4. החום אשר "אובד" מן המאגר החם לחלל החממה מהווה מקור חום נוסף.
5. החממה קולטת חום מקרינת השמש ביום. חום זה נאגר במסת החממה ונפלט בשעות הלילה הקרות (ככל שקר יותר נפלט יותר חום).
6. מקור החום העיקרי של החממה הינו מאגר המים הגדול הממוקם בחלק הצפוני של החממה. מאגר זה מכיל כ-10 קוב מים אשר מתחממים ביום מקרינת השמש הישירה ומהחום בחממה (מחליף החום ממוקם בנקודה הגבוהה ביותר בחממה). מחליף החום בנוי מצינורות פלסטיק דרכם מוזרמים מים "קרים" מהמאגר, המים מתחממים במחליף החום ומוזרמים על ידי משבת סחרור למאגר הגדול שבו הם מוסרים חום (מתקררים) וחוזרים למחליף החום להתחמם. סחרור מי המאגר לאיסוף חום נמשך כל עוד טמפרטורת קודקוד החממה גבוהה מטמפרטורת המאגר, לאחר שקיעת השמש הסחרור מפסיק. בשלב הראשון של הלילה החממה שומרת על החום שלה בעיקר תוך ניצול שימור האנרגיה הפנימית (סעיפים 1-5) אך ככל שעובר הזמן טמפרטורת האוויר בחוץ יורדת והחממה נזקקת לתוספת חום, בשלב זה עקב עליית הפרשי הטמפרטורה בין המאגר לחממה נפלט חום מפני המאגר לחלל החממה.
7. מערכת חימום המאגר החם מורכבת מקולט שמש פלסטי בשטח של כ-75 מ"ר ומשאבת סחרור אשר מזרימה מים מהמאגר "להתחמם" בקולט כאשר הטמפרטורה בקולט גבוהה מטמפרטורת המאגר.
8. צללית החממה: קיר דרומי + גג כמעט אנכי מאפשר חדירה כמעט מושלמת של קרני השמש החורפית הנמוכה אל החממה ומאפשר קליטת חום וניצול מוגבר של "אפקט החממה".

מערכות האוורור והצינון

1. מסך הצללה -המסך התרמי אשר משמש כשמיכה בחורף משמש כמסך הצללה בקיץ. מסך ההצללה מורכב מרשת 70% צל מצופה אלומיניום (אלומינט). המסך נפרש כל יום בסביבות השעה 10 בבוקר כאשר רמת הקרינה גבוהה ומתחילה התחממות האוויר. בשעות אחר הצהרים, לאחר השעה 4, רמת הקרינה יורדת והמנוע כונס את המסך כך שהחממה נהנית מתוספת שעות אור ברמת קרינה מתאימה. פעולת המסך כפולה- ראשית הוא מסנן את קרינת השמש החודרת לחלל הגידול שמתחת למסך, ושנית הוא משמש כמחיצה ומאפשר תנועת אוויר לכיוון הכונס (סעיף 3).
2. אוורור החממה מתבצע על ידי פתיחה אוטומטית של וילונות בצד הצפוני ובקודקוד החממה. פתיחת הוילונות נעשית באופן אוטומטי לפי חישן לטמפרטורת חלל החממה. פתיחת הוילונות מאפשרת לאוויר חיצוני להיכנס לחממה דרך הוילון הצפוני, האוויר מתחמם בחממה נפחו גדל ולכן הוא "צף" מעל האוויר הקר יותר וכך מוצא את דרכו אל הוילון בקודקוד. תנועת אוויר זו נקראת תנועה תרמוסיפונית והיא גורמת להוצאת החום אשר השמש מקרינה לחממה.
3. השלב השני של אוורור החממה מנצל את אנרגיית השמש ליצירת אוורור מאולץ. בשלב זה נפרשת רשת צל שחורה צפופה (90% צל) במקביל לחלק הדרומי של גג החממה (הפונה אל השמש), בין הרשת השחורה לגג החממה קיים מרווח של כ -25- ס"מ והוא יונק אוויר מחלל החממה מתחת למסך ההצללה ומזרים אותו החוצה דרך פתח הוילון שבקודקוד החממה. נוצר כאן אפקט פעולה של מאוורר המונע על ידי חום השמש, ניתן לומר שמתקיימות בחממה תנועות אוויר לאוורור בשתי מהירויות, אחת בהסעה טבעית כפי שמוסבר בשלב 2 ותנועה מואצת המוסברת בסעיף זה.
4. כל הפעולות שתוארו בסעיפים 1-3 מונעים מהתחממות יתר של החממה ומאווררים אותה על ידי הזרמת אוויר חיצוני. לחות האוויר די נמוכה באזור מודיעין בעונה החמה, אנו משתמשים בעובדה זו לקירור האוויר על ידי אידוי מים. שורה של מערפלים מיוחדים מרסקים את טיפות המים לרסיסים ויוצרים מעין מסך אנכי רטוב לאורך הוילון הצפוני, האוויר החיצוני הזורם אל החממה דרך הוילון הצפוני עובר דרך מסך רסיסי המים ומאייד חלק מהם. אידוי המים מוריד את טמפרטורת האוויר הנכנס לחממה במספר מעלות. פעולה זו נקראת צינון אדיאבטי. הצינון מתבצע על ידי פתיחה אוטומטית של ברז חשמלי, לפי דרישה, לפרקי זמן קצובים קצרים, כדי לחסוך במים ולא להגיע לרמות לחות גבוהות מדי בחממה.
5. צללית החממה- קיר דרומי וגג כמעט אנכי גורמים להקטנת עומס החום החודר לחממה בקרינה ישרה.