Perché la tua serra a campate multiple è troppo calda? Cause e soluzioni

Le alte temperature possono limitare la resa, aumentare il fabbisogno idrico e rendere più difficile il controllo climatico. Se una serra a più campate è troppo calda, la causa potrebbe essere da ricercare nella ventilazione, nell'ombreggiatura, nel flusso d'aria, nella configurazione delle attrezzature o persino nella progettazione strutturale.

Il primo passo è quantitativo. Misurare l'aumento di temperatura rispetto alla temperatura ambiente e confrontarlo con la capacità nominale degli impianti installati. In una casa a più campate ben progettata, la sola ventilazione con 40-60 ricambi d'aria all'ora dovrebbe mantenere la temperatura interna entro pochi gradi dalla temperatura esterna; a quel punto, intervengono solo l'ombreggiatura e il raffreddamento evaporativo. Se l'aumento osservato è di gran lunga superiore, il problema risiede nella capacità o nella distribuzione dell'aria, non nelle condizioni meteorologiche.

Individuare le principali cause dell'eccessivo calore generato dalle serre.

Se è necessario un raffreddamento supplementare, è fondamentale individuare la fonte del calore indesiderato e il motivo per cui non viene dissipato all'esterno. Una diagnosi corretta risolverà il problema reale, evitando di aumentare i costi energetici e operativi senza apportare benefici alle piante.

Ventilazione insufficiente del tetto

L'aria tende naturalmente a salire e può accumularsi sotto il tetto della serra a più campate. Questo calore può depositarsi sul tetto se le aperture di ventilazione sono troppo piccole, posizionate in modo inadeguato, ostruite o non aperte a sufficienza. La situazione peggiora nelle giornate di maggiore irraggiamento solare. In ampie superfici ventilate lateralmente, la rimozione dell'aria calda potrebbe non essere sufficiente.

Il rapporto determinante è quello tra la superficie di ventilazione e la superficie del pavimento. Affinché la ventilazione naturale possa gestire il picco di carico termico, la superficie totale delle aperture sul tetto e sui lati dovrebbe essere almeno pari al 15%-20% della superficie del pavimento, misurata come apertura libera effettiva. Applicando questo rapporto a una casa a più campate di 5.000 m² si ottengono circa 750-1.000 m² di superficie di ventilazione effettivamente aperta, e le aperture sul colmo devono essere abbinate a prese d'aria a livello del pavimento. Le prove sulle diverse combinazioni di aperture dimostrano che una presa d'aria laterale combinata con aperture sul tetto sottovento raggiunge il flusso naturale più elevato, circa 12,3 ricambi d'aria all'ora con una velocità del vento di soli 0,5 m/s, mentre le configurazioni con sole aperture sul tetto o solo sul lato sottovento risultano nettamente inferiori.

Verificare che le aperture di ventilazione siano adeguate e che non vi siano ostruzioni, edifici circostanti, schermi o apparecchiature che possano bloccare una ventilazione sufficiente. Controllare inoltre che i sistemi di controllo automatico della ventilazione non presentino impostazioni di temperatura errate o problemi meccanici.

Movimentazione dell'aria limitata

Le aperture di ventilazione sono aperture che consentono la circolazione dell'aria, ma non garantiscono necessariamente una ventilazione uniforme. Se il flusso d'aria non viene distribuito al centro o nella parte inferiore dell'area coltivata, si creano zone calde. I ventilatori possono contribuire a far circolare l'aria all'interno e a ridurre al minimo le zone di ristagno.

La circolazione interna deve essere dimensionata in base alla superficie del pavimento, non a occhio. La regola empirica consolidata per il flusso d'aria orizzontale è di circa 2 CFM di capacità di ventilazione per piede quadrato di superficie del pavimento, ovvero circa 0,6 m³/min per metro quadrato, con i ventilatori disposti in modo che l'aria circoli in un circuito continuo attraverso la cappa. Questo calcolo è separato da quello dei ventilatori di estrazione a parete che creano il tasso di ricambio d'aria, e un dimensionamento insufficiente è la causa più comune per cui una casa con ventilazione visibilmente funzionante presenta ancora zone calde nelle campate centrali.

La loro posizione dovrebbe far parte di un percorso d'aria continuo; non limitarsi a convogliare l'aria in un unico punto. Un ricambio d'aria insufficiente può anche aumentare i livelli di umidità nelle coltivazioni ravvicinate. Questo è importante per la circolazione dell'aria non solo come misura di controllo della temperatura, ma anche per il mantenimento della stabilità ambientale generale.

Eccessivo accumulo di calore solare

Una forte radiazione solare può aumentare rapidamente la temperatura all'interno di una serra, soprattutto durante le ore di massima insolazione. La quantità di calore che penetra nella serra dipende dalla copertura, dall'orientamento della serra, dall'ombreggiamento e dalle condizioni di irraggiamento solare locali.

L'ombreggiatura è una misura di riduzione del carico termico, quindi la scelta della schermatura deve essere effettuata in base alla radiazione misurata. La selezione della schermatura viene normalmente espressa in percentuale di ombreggiatura e, per le schermature interne, anche in base alla caratteristica di riflessione: le schermature riflettenti in alluminio mantengono la serra 4-8 °C più fresca rispetto a una schermatura nera con la stessa percentuale di ombreggiatura nominale, perché riflettono la radiazione verso l'esterno invece di assorbirla e riemetterla sulle colture. La stessa tipologia di schermatura, installata come schermatura energetica, consente anche un risparmio energetico del 30-50% per il riscaldamento nei periodi freddi, motivo per cui una schermatura riflettente mobile spesso ripaga il suo costo due volte.

Le schermature mobili possono ridurre l'apporto di calore solare quando necessario, ma un'eccessiva schermatura può anche ridurre la luce utile. Pertanto, le schermature dovrebbero essere utilizzate insieme alla ventilazione e ad altri metodi di raffreddamento. Si noti che un tetto Venlo in vetro, nella sua interezza, trasmette già solo il 75%-85% della luce incidente, prima ancora che vengano chiuse le schermature; di conseguenza, la strategia di schermatura deve essere basata sulla trasmissione di base della struttura piuttosto che sulla radiazione solare pura.

La capacità di raffreddamento non è adeguata al carico.

L'impianto di raffreddamento deve essere adeguato alle dimensioni della serra a più campate e all'ambiente locale. Un sistema sottodimensionato potrebbe funzionare 24 ore su 24 senza riuscire a mantenere la temperatura desiderata. Un professionista produttore di serre a campate multiple è possibile stimare il carico termico prima di determinare l'apparecchiatura di raffreddamento da utilizzare.

Qui emergono due errori comuni. Il primo è il dimensionamento in base al carico termico medio anziché a quello di picco, il che garantisce una carenza nel giorno di progetto. Il secondo è ignorare che l'efficienza evaporativa è finita: i sistemi a ventilatore e pannelli sono progettati per un'efficienza di bagnatura del 70%-80% della depressione di bulbo umido, quindi con un'efficienza complessiva del sistema di circa l'80% la riduzione di temperatura ottenibile è di circa 9 °F (5 °C) e l'aria immessa in genere arriva 10-20 °F al di sotto della temperatura ambiente. In una giornata umida, la depressione di bulbo umido si riduce, quindi lo stesso sistema eroga meno calore: il progetto deve essere verificato alla temperatura di bulbo umido di progetto locale, non al picco di bulbo secco.

Ciò è particolarmente importante per le strutture di grandi dimensioni, dove diverse aree di coltivazione potrebbero essere soggette a condizioni variabili. Le prestazioni di raffreddamento dovrebbero essere valutate anche durante il periodo di funzionamento più caldo. Questa apparecchiatura funzionerà bene in un clima più fresco, ma non durante i picchi di calore.

Controlla da dove entra e si accumula il calore

Prima di installare apparecchiature di raffreddamento, verificare da dove proviene il calore e dove si accumula. In una serra di grandi dimensioni con più campate, le diverse campate potrebbero non avere la stessa temperatura a causa dell'orientamento del tetto, della densità delle colture, delle attrezzature e del flusso d'aria.

Verificare l'apertura di ventilazione e le griglie di protezione.

L'effettiva area di apertura di una presa d'aria è più importante delle dimensioni indicate nel disegno. Anche le zanzariere possono limitare il flusso d'aria, soprattutto quando si sporcano o si ostruiscono.

Quantificare l'impatto negativo della rete anziché ignorarlo. Test in galleria del vento su reti anti-insetti con porosità compresa tra il 25% e il 53% mostrano che la portata di ventilazione diminuisce al diminuire della porosità, poiché la rete riduce il coefficiente di efflusso dell'apertura. In pratica, una rete standard riduce il flusso d'aria attraverso un'apertura del 10%-20%; una rete a 75 maglie riduce la ventilazione naturale di circa il 25% rispetto a una rete a 40 maglie; e una rete a 50 maglie con un rapporto di area aperta del 55% su un'apertura di 100 m² lascia passare l'aria equivalente a circa 55-60 m² di apertura libera.

Verificate che le prese d'aria sul tetto e sui lati si aprano completamente e che le griglie siano pulite. Se le griglie fanno parte delle aperture di ventilazione, la loro resistenza al flusso d'aria deve essere considerata nel dimensionamento del sistema di ventilazione.

Verificare le fonti di calore interne.

Alcune apparecchiature possono generare calore all'interno della serra. Pompe, motori, illuminazione, tubi di riscaldamento e apparecchiature elettriche possono aumentare il carico termico, soprattutto in ambienti chiusi.

Quando si indaga su una zona ad alta temperatura, è opportuno rivedere la posizione delle apparecchiature. Spostare le apparecchiature che producono calore al di fuori dell'area di coltivazione, ove possibile, può ridurre il carico termico interno.

Confronta le temperature tra gli intervalli

Una serra a più campate non dovrebbe essere sempre considerata come un'unica zona termica. Confrontate le letture provenienti da diverse campate e aree di coltivazione per identificare dove la temperatura è più elevata.

Se una zona risulta costantemente più calda, prima di aumentare la capacità di raffreddamento dell'intera struttura, è necessario controllare le aperture di ventilazione, l'ombreggiamento, la densità delle colture, le attrezzature e il flusso d'aria. Un utile metodo diagnostico consiste nel registrare simultaneamente le temperature all'altezza della grondaia, all'altezza della chioma e vicino al pavimento in almeno tre campate; una zona calda che persiste all'altezza della chioma mentre la temperatura alla grondaia è normale indica un problema di circolazione, mentre un innalzamento della temperatura su tutta la campata indica un problema di ventilazione o di carico termico.

Impostazioni del sistema di climatizzazione errate

Tuttavia, se i controlli non sono impostati correttamente, anche un buon sistema non potrà mai avere prestazioni scadenti. I sensori possono essere posizionati nel posto sbagliato, le soglie impostate troppo alte o le apparecchiature possono accendersi troppo tardi. Esaminate come sono stati posizionati i sensori e confrontate le letture per diverse parti dell'area di coltivazione. Le condizioni in una grande serra a più campate potrebbero non essere ben rappresentate da un singolo sensore.

Bisogna inoltre tenere conto delle esigenze delle colture per le impostazioni di controllo. Impostare temperature simili a quelle utilizzate in primavera ed estate durante l'autunno e l'inverno può causare stress inutile e spreco di energia. Le fasi di ventilazione e di schermatura dovrebbero essere graduali anziché alternate: un programma a gradini che apre progressivamente le prese d'aria, poi chiude la schermatura e infine avvia il sistema a pannelli, evita il picco di temperatura che un singolo setpoint inevitabilmente produce in un grande volume d'aria.

Applicare soluzioni pratiche per ridurre il calore interno

Una volta individuata la causa del problema, il raffreddamento dovrebbe essere pianificato come un sistema integrato, e non come la semplice sostituzione di una singola apparecchiatura. La soluzione ottimale consiste nell'utilizzare una combinazione di ventilazione, ombreggiatura, flusso d'aria, dimensionamento delle attrezzature per la serra e impostazioni di controllo, in base alle condizioni operative della serra stessa.

Migliorare la ventilazione naturale

Se il calore è causato da aria intrappolata, la prima cosa da fare è potenziare la ventilazione. Le aperture sul tetto e sulle pareti laterali devono consentire la fuoriuscita dell'aria calda e l'ingresso di aria fresca esterna. Assicurarsi che le aperture di ventilazione siano libere e che i componenti meccanici vengano controllati regolarmente.

Se le prese d'aria sono automatiche, verificare che i sensori di temperatura funzionino correttamente. Anche la struttura è un fattore importante. La ventilazione e la qualità dell'aria dovrebbero essere considerate in fase di progettazione e non come un ripensamento da parte del produttore di serre a più campate.

Aggiungi ombreggiatura controllata

Durante i periodi di caldo estremo, i sistemi di ombreggiatura possono limitare l'esposizione diretta al sole durante il giorno. Sono molto pratici e possono essere utilizzati nelle giornate di sole perpendicolare, quando fa particolarmente caldo. Il sistema deve essere mobile e non ostruire permanentemente la luce. I coltivatori possono fornire più ombreggiatura durante le ore più calde della giornata e meno ombreggiatura nei periodi di maggiore disponibilità di luce.

Utilizza un sistema di ombreggiatura regolabile: modifica la copertura in base alla luce solare e alle esigenze delle colture.

Evitate ombreggiature pesanti e permanenti: una copertura eccessiva può ridurre la luce utile.

Coordinare con la ventilazione: l'ombreggiatura funziona meglio quando anche l'aria calda può fuoriuscire.

Monitorare la risposta delle colture: regolare le impostazioni quando le piante mostrano segni di stress da calore o da luce.

Aumentare la circolazione interna dell'aria

I ventilatori di circolazione possono essere utilizzati per far circolare l'aria in un'area più calda rispetto al resto della serra. Possono anche ridurre la distanza tra le zone di coltivazione superiori e inferiori. Il posizionamento dei ventilatori deve dipendere dalla disposizione della serra. Evitate di creare circuiti di circolazione dell'aria isolati, che consentirebbero all'aria stagnante di accumularsi al centro. Dimensionate il circuito a circa 2 CFM per piede quadrato di superficie, equivalenti a circa 0,6 m³/min per metro quadrato, e verificate che l'aria raggiunga effettivamente il lato opposto di ogni campata, anziché disperdersi a pochi metri dal ventilatore.

Sono inoltre necessari controlli periodici. Ad esempio, parti sporche o componenti con pale della ventola danneggiate o flusso d'aria ostruito possono causare un calo delle prestazioni che non sarà immediatamente evidente.

Recensione delle apparecchiature di raffreddamento

Se la ventilazione e l'ombreggiatura risultano inefficaci, verificare la capacità e le condizioni dell'impianto di raffreddamento. L'impianto di raffreddamento deve essere progettato per raffreddare il picco di carico termico della serra, non il carico termico medio. In un progetto commerciale, è necessario tenere conto del numero di zone di coltivazione, della densità delle colture, della copertura, della temperatura esterna e del tempo di funzionamento previsto.

Quando si esamina un sistema di pavimentazione esistente, è necessario verificare quattro aspetti in quest'ordine: la pavimentazione è completamente bagnata su tutta la sua superficie? La velocità di avvicinamento rientra nei limiti specificati dal produttore della pavimentazione? La pavimentazione raggiunge il 70%-80% della depressione di bulbo umido disponibile? Il valore di bulbo umido di progetto è realistico per il sito? Un sistema che supera tutti e quattro i test e non riesce comunque a mantenere il punto di riferimento necessita effettivamente di una maggiore capacità.

Le aziende produttrici di serre a campate multiple dovrebbero inoltre cercare attrezzature di facile manutenzione e che offrano la possibilità di espansione. I sistemi di difficile manutenzione possono comportare lunghi periodi di inattività durante le fasi cruciali della crescita.

Monitoraggio e automazione degli aggiornamenti

L'individuazione precoce di problemi legati alla temperatura può contribuire a gestirli. È possibile individuare le zone di crescita e, grazie a sensori posizionati in punti strategici, è possibile prevedere il momento in cui le temperature iniziano ad aumentare.

Il sistema di automazione può quindi essere programmato per aprire o chiudere la ventilazione, le tende e il ventilatore, nonché per attivare il sistema di raffreddamento, in determinate condizioni. Ciò ridurrebbe al minimo la necessità di regolazioni manuali in caso di variazioni meteorologiche.

Il monitoraggio non deve essere utilizzato in sostituzione delle ispezioni fisiche. Anche le condizioni e l'utilizzo delle apparecchiature e dell'ambiente devono essere controllati regolarmente, poiché i sensori possono fornire letture errate, presentare derive o guastarsi.

Domande frequenti

Le aperture di ventilazione potrebbero non garantire un flusso d'aria sufficiente per le dimensioni della serra. Un posizionamento errato delle aperture, una scarsa circolazione dell'aria, una forte luce solare o un raffreddamento insufficiente possono comunque causare temperature eccessive. Verificate il rapporto effettivo tra superficie di ventilazione e superficie del pavimento rispetto al valore di riferimento del 15%-20% previsto dal progetto, accertatevi che siano presenti prese d'aria sottovento da abbinare alle uscite sul colmo e sottraete il 10%-20% (o di più per le maglie fini) per eventuali reti anti-insetti prima di concludere che le aperture di ventilazione siano adeguate.

Il raffreddamento di picco estivo è normalmente progettato per circa 40-60 ricambi d'aria all'ora, con un minimo controllabile di circa 1 ricambio d'aria all'ora per il controllo dell'umidità invernale. Se in una casa misurata il consumo d'aria è ben al di sotto del valore minimo in una giornata calda, il fattore limitante è la capacità o la distribuzione della ventilazione, non l'impianto di raffreddamento.

L'ombreggiatura può ridurre l'apporto di calore solare, ma di solito dovrebbe essere utilizzata in combinazione con la ventilazione e la gestione del flusso d'aria. Un'ombreggiatura eccessiva può ridurre la luce disponibile per le colture. Una schermatura riflettente mobile è l'opzione migliore quando sono necessari sia il raffreddamento che il mantenimento del calore invernale, perché la stessa schermatura che mantiene la serra 4-8 °C più fresca rispetto a una schermatura nera equivalente restituisce anche il 30-50% dell'energia termica quando è chiusa di notte.

I sistemi a pannelli umidi sono progettati per raggiungere una depressione del bulbo umido pari al 70%-80%. Con un'efficienza complessiva del sistema di circa l'80%, la caduta di temperatura pratica è di circa 9 °F (5 °C) e l'aria di mandata raggiunge in genere la coltura a una temperatura inferiore di 10-20 °F rispetto alla temperatura ambiente. Un pannello che produce una resa significativamente inferiore è solitamente sotto-bagnato, funziona a una velocità superficiale superiore a quella nominale o permette all'aria di bypassare la superficie del pannello.

Utilizzare una capacità di ventilazione di circa 2 CFM per piede quadrato di superficie, che corrisponde a circa 0,6 m³/min per metro quadrato, disposta in modo che l'aria circoli in un circuito continuo attraverso la serra anziché in sacche isolate. Questa ventilazione è separata e aggiuntiva rispetto alle ventole di estrazione che generano il ricambio d'aria.

Registrare simultaneamente temperatura e umidità all'altezza della grondaia, all'altezza della copertura e a livello del pavimento in diverse campate, con tutte le aperture di ventilazione aperte. Un'elevazione su tutta la campata che rispecchi le condizioni esterne indica un problema di ventilazione o di carico termico. Una zona di temperatura costantemente elevata all'altezza della copertura, mentre la grondaia registra valori normali, indica un problema di circolazione e distribuzione dell'aria.

Il surriscaldamento di una serra è solitamente il risultato di diversi fattori che agiscono in sinergia, piuttosto che di un singolo guasto isolato. Prima di investire in modifiche sostanziali, le aziende dovrebbero valutare la ventilazione, l'apporto di calore solare, il flusso d'aria, la capacità di raffreddamento e le impostazioni di controllo.

Confrontando i dati con i valori di progetto pubblicati, tale valutazione si trasforma in qualcosa di misurabile: un'area effettiva di ventilazione rispetto al pavimento del 15%-20%, 40-60 ricambi d'aria all'ora al picco, una penalità dovuta alla schermatura del 10%-20%, circa 2 CFM per piede quadrato di capacità di circolazione e un'efficienza del pannello del 70%-80% che garantisce un abbassamento di circa 9 °F. Il valore che la serra attualmente non raggiunge è quello su cui conviene intervenire per primo.

Scegliere il progetto giusto e affidarsi a un produttore di serre a campate multiple di comprovata affidabilità può prevenire fin da subito molti problemi di gestione termica. Per le strutture esistenti, ispezioni sistematiche e interventi di ammodernamento mirati possono creare un ambiente più stabile, evitando al contempo inutili spese per attrezzature e gestione.