Υπέρυθρη ακτινοβολία

Η υπέρυθρη φυσική ακτινοβολία (IR) είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκος κύματος στην κλίμακα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος από 0.7 μm έως 100 μm. Διακρίνεται στην μικρού μήκους ακτινοβολία NIR (κοντινό υπέρυθρο) με μήκος κύματος 0.7–3μm και στη μεγάλου μήκους ακτινοβολία (μακρινό υπέρυθρο) με μήκος κύματος 3-100μm. Η εκπεμπόμενη υπέρυθρη ενέργεια απορροφάται από τις ψυχρές επιφάνειες χωρίς φυσική επαφή με την πηγή θερμότητας ή μέσω θέρμανσης του περιβάλλοντος αέρα, όπως συμβαίνει με τα εξαναγκασμένης συναγωγής συστήματα θέρμανσης. Οι επιφάνειες θερμαίνονται και στην συνέχεια απελευθερώνουν θερμότητα στο περιβάλλον με συναγωγή αυξάνοντας την περιβαλλοντική θερμοκρασία.

Ένα υπέρυθρο σύστημα προσομοιάζει την ηλιακή ακτινοβολία. Όπως ο ήλιος, έτσι και το σύστημα εκπέμπει υπέρυθρη ενέργεια προς όλες τις κατευθύνσεις. Οι απώλειες συναγωγής από το σύστημα αν δεν καλύπτεται από ανακλαστήρα είναι μεγάλες. Οι ανακλαστήρες τοποθετούνται επάνω από το σύστημα ακτινοβολίας και κατευθύνουν την υπέρυθρη προς τα κάτω (εικόνα 2-b). Η υπέρυθρη ακτινοβολία μετατρέπεται σε θερμότητα όταν απορροφάται από τα αντικείμενα που βρίσκονται στην πορεία της.

Όταν εφαρμόζεται θέρμανση με υπερυθρη ακτιοβολία στα θερμοκήπια σε αντιδιαστολή με τα συστήματα θερμού αέρα εξαναγκασμένης συναγωγής, η θερμότητα στέλνεται απ’ ευθείας από την πηγή με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στο δέκτη, δηλαδή στα φυτά και το έδαφος που γίνονται η πρωταρχική πηγή θερμότητας μέσα στο θερμοκήπιο. Ο αέρας δεν θερμαίνεται απ’ ευθείας από την ακτινοβολία, αλλά με συναγωγή λόγω της επαφής του με τα φυτά και το έδαφος που θερμαίνονται άμεσα. Επειδή η στρωματοποίηση του εσωτερικού αέρα (διαφορά μεταξύ της θερμοκρασίας εδάφους και θερμοκρασίας οροφής) είναι σημαντικά χαμηλότερη από συστήματα θερμού αέρα εξαναγκασμένης συναγωγής, οι ενεργειακές απώλειες από τη δομή του θερμοκηπίου μειώνονται σημαντικά λόγω μείωσης των απωλειών λόγω συναγωγής από το κάλυμμα και μείωσης των διαφυγών, καταλήγοντας σε μεγάλη εξοικονόμηση ενέργειας για θέρμανση (Hanan, 1998; Nelson, 2003). Επίσης επιτυγχάνεται και σημαντική μείωση της υγρασίας της επιφάνειας των φυτών γεγονός που βοηθά στη μείωση της εξάπλωσης ασθενειών που είναι σοβαρότατο πρόβλημα εντός των θερμοκηπίων (Teitel et al, 2000). Τα συστήματα θέρμανσης με υπέρυθρη ακτινοβολία χρησιμοποιήθηκαν αρκετά στα θερμοκήπια στις μεγάλες πετρελαϊκές κρίσεις (70’s κυρίως στις ΗΠΑ), εν συνεχεία όμως η χρήση τους εγκαταλήφθηκε. Γι’ αυτόν τον λόγο λίγες μελέτες δημοσιεύτηκαν στις αρχές της δεκαετίας του ’80, που διερευνούσαν την καταλληλότητα της IR για θέρμανση του θερμοκηπίου. Οι έρευνες είναι κυρίως πειραματικές και δεν υπάρχουν ολοκληρωμένες προσπάθειες μοντελοποίησης του συγκεκριμένου τρόπου θέρμανσης. Σε αυτές τις έρευνες αναφέρονται ενεργειακά οφέλη της τάξεως των 33-40% σε σύγκριση με τον συμβατικό τρόπο θέρμανσης (Itagi and Takahashi, 1978; Blom and Ingratta, 1981; Blom and Hughes, 1982). Το σύστημα Gas-Fired Infrared Heating ήταν η πρώτη προσπάθεια εφαρμογής της υπέρυθρης ακτινοβολίας στα θερμοκήπια.