Hygrothermal and energetic behavior of a medicinal plant cultivation greenhouse

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaA utilização de estufas no cultivo de plantas e alimentos assume um papel bastante importante a nível mundial devido ao maior controlo das condições microclimáticas interiores que promove, consequentemente, maior qualidade dos produtos finais. Este fator tem associados custos económicos e energéticos inerentes ao funcionamento da estufa. A implementação de medidas de redução de energia consumida tem benefícios económicos e ambientais. O objetivo deste estudo consiste em analisar a temperatura e humidade relativa de uma estufa de alta tecnologia. Como tal, pretende-se avaliar a uniformidade espacial e temporal destes parâmetros de modo a perceber se existem grandes variações de temperatura e humidade relativa ao longo tanto do tempo como do espaço interior da estufa. O caso de estudo incidiu em duas zonas localizadas de frente uma para a outra. As zonas são idênticas, apenas diferindo na sua posição. De modo a conhecer o funcionamento da zona, foi necessário fazer um levantamento de todos os mecanismos presentes no interior da estufa. Estão presentes os sistemas AVAC, iluminação, rega, sombreamento, entre outros. Além disso, foi essencial conhecer a planta cultivada e as suas fases de crescimento no sentido de perceber as condições ideais de crescimento ótimo em cada fase. O estudo experimental da temperatura e humidade relativa no interior da estufa foi realizado utilizando sistemas de aquisição de dados, dataloggers, que armazenam os dados medidos em cada instante. Estes instrumentos foram dispostos em vários pontos das zonas de forma a permitir analisar a uniformidade espacial e temporal. Com os dados obtidos, foram criados gráficos e cada zona foi dividida em nove parcelas onde foi representada a temperatura e a humidade relativa média, de modo a facilitar a visualização através de um esquema de cores.Analisando os resultados, observaram-se alguns problemas de falta de uniformidade. Verificou-se que em várias ocasiões durante o dia, o ar junto do início das condutas de insuflação é mais húmido, havendo um gradiente ao longo do comprimento da conduta, que apresenta ar mais seco no final. Existem momentos, nomeadamente nos períodos mais quentes do dia, em que a temperatura do ar excede o setpoint superior.Na medida para combater as dificuldades observadas, foram apresentadas propostas de melhoria com o intuito de mitigar os gradientes ocorrentes no interior da estufa e promover maior uniformidade de temperatura e humidade relativa. Nesta secção, também se recorreu ao software SEnergED para estudar o efeito da variação do coeficiente do envidraçado da cobertura, e chegou-se à conclusão que a utilização de material isolante durante a noite leva a consumos menores de energia.O estudo consistiu na análise das condições climáticas interiores e abordou os principais problemas de uma estufa de cultivo real. Esta informação prova-se útil para a empresa pois promove a maior compreensão dos problemas nas zonas estudadas e a melhoria desses mesmos.The use of greenhouses in the cultivation of plants and food plays a very important role worldwide due to the greater control of indoor microclimatic conditions, which consequently promotes a higher quality of the final products. This factor has associated economic and energy costs inherent to the operation of the greenhouse. Implementing measures to reduce energy consumption has economic and environmental benefits.The aim of this study is to analyze the temperature and relative humidity of a high-tech greenhouse. As such, it is intended to evaluate the spatial and temporal uniformity of these parameters to understand whether there are large variations in temperature and relative humidity over time as well as the interior space of the greenhouse.The case study focused on two areas located facing each other. The zones are identical, only differing in their position. In order to know how the area works, it was necessary to survey all the mechanisms present inside the greenhouse. There are HVAC systems, lighting, irrigation, shading, among others.The experimental study of the temperature and relative humidity inside the greenhouse was carried out using data acquisition systems, dataloggers, which store the measured data at each moment. These instruments were arranged at various points in the zones to allow the analysis of spatial and temporal uniformity. With the data obtained, graphs were created, and each zone was divided into nine plots where the temperature and average relative humidity were represented, for visualization through a color scheme.Analyzing the results, some problems of lack of uniformity were observed. It was found that on several occasions during the day, the air near the beginning of the ducts is more humid, with a gradient along the length of the duct, which presents drier air at the end. There are times, particularly during the hottest periods of the day when the air temperature exceeds the upper setpoint.To combat the difficulties observed, improvement proposals were presented to mitigate the gradients occurring inside the greenhouse and promoting greater uniformity of temperature and relative humidity. In this section, the SEnergED software was also used to study the effect of the variation in the coefficient of the glazing of the roof, and it was concluded that the use of insulating material at night leads to lower energy consumption.The study consisted of the analysis of indoor climatic conditions and addressed the main problems of a real cultivation greenhouse. This information proves to be useful for the company as it promotes a greater understanding of the problems in the studied areas and their improvement