Viljely-ympäristön ilmanvaihdon suunnittelua ja toimintaa aletaan usein miettiä vasta jälkikäteen. Parhaita järjestelmiä on pohdittu paljon, vaikka niihin ei olekaan välttämättä uhrattu paljon rahaa, mutta siihen on kuitenkin syytä ryhtyä aina jo viljely-ympäristön suunnittelun alkuvaiheissa. Useimmat järjestelmät eivät kuitenkaan täytä tätä vaatimusta. Ilmanvaihdolla luodaan ja ohjataan ympäristöä, jossa satokasvit kasvavat. Sen vuoksi se ansaitsee hieman enemmän huomiota kuin mitä näyttää saavan. Pohdittavana on kaksi osa-aluetta, niistä ensimmäinen on ilmanvaihdon periaatteet, "missä, miksi ja mitä".
Toinen on ilmanvaihto käytännössä, jota voidaan tarkastella yhdessä edellisen kanssa tai pohdinnan "kuinka ja milloin" -osiona. Mitkä ovat ilmanvaihdon tavoitteet? Mihin sillä pyritään? Ilmanvaihdolla ympäröivä ilma laitetaan liikkeelle - mutta mitä se hyödyttää? Ilmanvaihtojärjestelmiä on kahta perustyyppiä, jotka toimivat eri tavoin: toinen niistä on avoin järjestelmä, jossa ilmaa vaihdetaan. Toinen on suljettu järjestelmä, jossa ilman vaihtamista ei tapahdu. Kierrolla tarkoitetaan ilman liikettä, joka on sekä avoimen että suljetun järjestelmän ominaisuus. Ilman vaihtaminen on jossain tietyssä paikassa tapahtuvaa ilman fyysistä vaihtamista uuteen ulkoa tulevaan ilmamassaan.
Kierto
Kierron perusmerkitys on ilman liikkuminen siten, että lämpö ja kosteus kulkeutuvat yhdestä tilasta toiseen. Paikallaan pysyttelevä ilma alkaa erota, prosessi, josta käytetään nimitystä kerroksellisuus, ja se vaikuttaa sekä lämpötilaan että ilman koostumukseen. Tästä voi olla seurauksena lämpökerrostuminen ja tärkeiden kaasujen, kuten hapen tai hiilidioksidin, puute.
Ilman vaihtaminen
Ilman vaihtaminen on kierron kaltainen, mutta ei aivan sama asia. Ilman vaihtaminen (avoin ilmanvaihtojärjestelmä) tarkoittaa ilman tuomista ulkoa sisään suljettuun tilaan siellä jo olevan ilman korvaamiseksi; tässä prosessissa ilma myös liikkuu ympäriinsä, jolloin syntyy kierto. Vaihtamisprosessi vaikuttaa positiivisesti lämpötilaan, kaasun vaihtumiseen sekä kosteuteen.
Avoin ja suljettu järjestelmä
Viljelytilan tai kasvihuoneen sisällä periaatteet ovat samat. Kysymys on koko ajan ilman toimittamisesta kasvaville kasveille ohjatusti. Kasvaakseen ja selviytyäkseen kasvit tarvitsevat valoa ja vettä. Kasvit ottavat valoa ja vettä sekä "hengittävät" hiilidioksidia, ja vähän happeakin, ja käyttävät näitä neljää komponenttia tuottamaan energiaa valosta ja hiilihydraateista sekä varastoimaan siten saatua energiaa. Nämä energiaa antavat hiilihydraatit ovat kaikkien kasvien kasvun ja kehityksen perusrakenteita. Energian vapauttaminen hiilihydraateista vaatii happea prosessissa, josta käytetään nimitystä soluhengitys. Soluhengitys vapauttaa energiaa kasville tarvittaessa. Kun ilma ei liiku, nämä prosessit johtavat lehdessä / ilman rajapinta-alueella kaasujen epätasapainoon, kosteuden lisääntymiseen kasvin lähellä sekä valon tai auringonsäteilyenergian tai jonkun muun valonlähteen aiheuttamaan lämpenemiseen.
Suljetussa järjestelmässä kierto sekoittaa hapen, kosteuden ja lämmön ilmaan kauempana kasveista, mutta silti viljelytilassa tai ilmastoidulla alueella. Se tasaannuttaa lämpötilaa ja kosteutta sekä varmistaa, että lehtien lähellä on riittävästi saatavilla hiilidioksidia ja happea, mikä on hyvin tärkeää elinprosesseille, yhteyttämiselle ja soluhengitykselle. Tämä sekoitusprosessi ei kuitenkaan korvaa loppuun käytettyjä kaasuja. Se ei myöskään poista liikalämpöä (mittayksikkönä BTU, brittiläinen terminen yksikkö) eikä poista ilmasta kosteutta; se vain yksinkertaisesti sekoittaa ilmaa kerrostumisvaikutuksen ja energiaköyhien alueiden syntymisen estämiseksi.
Toisaalta, jos viljelytila tai -alue on varustettu ilmankuivaajalla tai -viilentäjällä kyseisen alueen ilmaa korvaamaan, se poistaa kosteutta tai lämpöä kasvupaikasta. Avoimet järjestelmät pystyvät korvaamaan sisäilman ilmastoidulla alueella. Ilman liikkeessä pitävä jatkuva kierto – ja ilman vaihtaminen lämpötilan tai kosteuden noustua liian korkeaksi – voidaan toteuttaa ilman vaihtamisen avulla. Ilmatiiviissäkin huoneessa, jossa on koko ajan täydellisen tasainen lämpötila ja kosteus, ilma pitäisi vaihtaa säännöllisesti jollain aikataululla, jotta elintärkeät kaasut, kuten happi ja hiilidioksidi, korvautuisivat. Vaikka lämpötilaa ja kosteutta pitää lisätä, vaikutus on sama, koska se perustuu tuloilmaan ja siihen kohdistuu senmukaisesti vaikutus ylös- tai alaspäin.
Jos yksi elementti vaatii ohjaamista, se voi valitettavasti vaikuttaa negatiivisesti muihin tarpeisiin, joten tasapaino ja prioriteetti ovat tässä tunnuslauseina. Jos viljelijä lisää kasvupaikkaan hiilidioksidia kasvunopeuden tehostamiseksi, ilman vaihtuminen muuttuu vaikeammaksi ja lisätty CO2 menetetään – siis sekä ajan että rahan tuhlausta. Tällaisessa kokoonpanossa saattaa olla tarpeen työskennellä prioriteettijärjestelmällä, joka tiettyinä aikoina antaa etusijan yhdelle elementille toiseen nähden.
Muut tehtävät:
Ilmanvaihdolla on myös muita tehtäviä, jotka toteutetaan sekä kiertojärjestelmässä että avoimessa/suljetussa järjestelmässä. Nämä toissijaiset kohdat perustuvat silti nekin toiseen kahdesta ensimmäisestä vaikutuksesta, kosteuden säätämiseen. Niitä ovat:
- Tautien torjunta
- Kasvun/kokonaishaihdunnan valvonta
- Stressin valvonta
1. Tautien torjunta
Kosteuden ja lämpötilan ohjauksella – erityisesti kosteuden – on mahdollista luoda ympäristö, jossa eri tartunnanlevittäjien ja taudinaiheuttajien todennäköisyys on rajoitettu. Vapaa kosteus ei voi muodostaa kalvoa lehden pinnalle, mikä rajoittaa sienten, kuten tupakanhärmän ja antraknoosin, itiöiden tunkeutumista lehtisolukon sisään. Myös katettujen ympäristöjen kosteutta ohjataan. Monien taudinaiheuttajien itiöt heikkenevät, jos olosuhteet niille eivät ole aivan täydelliset, mikä rajoittaa potentiaalisten ongelmien ilmaantumista. Jotkin taudinaiheuttajat, kuten munasienet, mukaan lukien Pythium ja Phytophthora, häiriintyvät matalemmissa kosteuspitoisuuksissa; ne voivat pysyä aktiivisina lehden sisällä, mutta eivät ulkopuolella.
Kosteustasot vaikuttavat myös hyönteisiin, kuten punkkeihin, sekä myös vähemmän ongelmallisiin hyönteisiin, kuten sienisääskiin, niiden yleisen selviytymisen ja lisääntymisnopeuden osalta. Kosteus vaikuttaa myös muihin kasvin kasvun ja kehityksen kannalta hyvin tärkeisiin alueisiin.
2. Kasvun/kokonaishaihdunnan valvonta
Kokonaishaihdunta ohjaa ja säätelee veden kulkeutumista kasvin läpi juurista lehtien ilmarakoihin, joista se poistuu. Kasvi saa ravintoaineita ja muita kasvuun tarvittavia materiaaleja sisältävän veden juuriensa avulla. Vesi nousee kasvin ylimpiin osiin, joista se haihtuu kasvin lehdissä olevien erityisten huokosten – ilmarakojen – kautta, paljolti samaan tapaan kuin pillin läpi imettävä neste. Kuvatun prosessin nopeus riippuu ilmarakojen lähellä olevan ilman kosteuspitoisuudesta. Mitä kuivempi ilma, sitä nopeampi haihtuminen, mitä korkeampi negatiivinen paine ilmaraossa, sitä nopeammin vesi nousee ylös korvaamaan sen, tuoden mukanaan kasvin kasvulle välttämättömiä ravintoaineita.
Jos ilmankosteus on suuri, vesi liikkuu liian hitaasti täyttääkseen ravintoaineiden ja veden tarpeen. Kääntäen, jos ilma on liian kuiva, vesi liikkuu liian nopeasti ja lehtiin kerääntyy suolaa, tai vesi ei ehkä pysty liikkumaan kyllin nopeasti ja kasvisolukko palaa. Kokonaishaihduntaprosessi on kasvin kasvulle välttämätön prosessi, se toimii ikään kuin kaasupolkimena kasvin kasvulle toimittaen vettä ja ravintoaineita sinne, missä niitä tarvitaan.
3. Stressin valvonta
Myös stressi on kasvin kehitykselle hyvin tärkeä osatekijä, se lisää sekä negatiivista että positiivista painetta kasvissa. Kasvin voimakas kasvu vaatii jossain määrin stressiä: se tekee varresta vahvemman, ohjaa sadon kasvua ja yhdenmukaisuutta sekä edistää kilpailua. Sirkulatorinen ilmavirtaus lisää painetta itse kasvissa ja saa sen reagoimaan. Näin stressi toimii. Kasvi reagoi vahvistamalla tukisolukkoaan sekä tekemällä kaikkea, mikä lisää sen selviämistodennäköisyyttä ja sen myötä mahdollisuutta tuottaa kukkia ja kehittää suurempia ja nopeammin kypsyviä hedelmiä (sekä vahvemmat varret tukemaan noita hedelmiä) sekä lisäämällä metaboliitteja, joita kasvi normaalisti tuottaa suojaamaan ja vahvistamaan lisääntymispotentiaaliaan. Liika stressi on pahasta, mutta liian vähän stressiä on yhtä lailla pahasta. Ilman kiertäminen kasvin ympärillä voi auttaa altistamaan sen juuri oikealle määrälle stressiä.
Maantieteelliset alueet ja vuodenajat
Voi olla tapauksia, joissa ilman vaihtamisesta lämpötilan alentamiseksi ja/tai kosteuden ohjaamiseksi riippuvaisen avoimen ilmanvaihtojärjestelmän sijaan suljettu järjestelmä toimisi paremmin. Suljettua järjestelmää käytetään tapauksissa, joissa CO2 korvautuu sisäisesti, lämpötilaa säädellään ilmastointilaitteilla ja lämpöä lisätään/vähennetään lämmitysjärjestelmillä. Joku näistä järjestelmistä – tai ne kaikki –, kosteutus- ja kosteudenpoistojärjestelmien ohella, saattaa olla tarpeen useimmille kasvatuskokoonpanoille.
Viileämmillä alueilla tarvitaan todennäköisesti enemmän lämmitystä, ja vastaavasti lämpimämmillä alueilla joutuu luultavasti hankkimaan ilmastointilaitteiston. Kosteudenpoistoa tarvitaan useimmissa paikoissa; kostuttajia tarvitaan yleensä vain lämmitystä käyttävillä viileämmillä alueilla sekä joillain kuivemmilla alueilla. Suljetun kierron järjestelmissä ei ainoastaan kasva lämpötilakuormitus huomattavasti, kaikkia muita normaalin ilmakehän elementtejä pitää ohjata ja ylläpitää.
Selvitä mitä tarvitset
Nyt hauskin osa: kuinka selvitetään, mikä järjestelmä ja mikä laitteisto työhön tarvitaan. Insinööritaidon lyhyeen kurssiin eivät riitä nämä muutamat kappaleet. Kokoonpanot riippuvat tilanteesta ja tarpeista. Kaavat yksinkertaisimpienkin vaiheiden, kuten viilentämiseen tarvittavan ilman virtausmäärän (m3/s) qc = Hc/(p cp (to – tr)), selvittämiseksi saattavat avautua oikeille kohdehenkilöille, mutta useimmille viljelijöistä eivät.
Monet tekijät pitää mitata, kuten brittiläisellä termisellä yksiköllä (BTU) ilmaistavat kuormat, nimellislämpötilat, ilman virtausvastus, ilman tiheys, kosteuskuormat, kausittaisuus, ja monet muut. Oman viljelyn suunnittelemiseksi on etsittävä ohjeistusta monelta taholta, jotta kaikki tarvittava tulisi otetuksi huomioon. Väärät valinnat voivat tulla kalliiksi, niin varustuksen, tuotannon menetyksen kuin johdonmukaisuuden puutteenkin osalta; suunnitteluun on järkevää sijoittaa hieman enemmän ja asentaa järjestelmä, joka vastaa heti tarpeita. Pienikin selvitys omista tarpeista on parempi kuin ei mitään.
Ilmanvaihdon pitää yltää kaikkiin niihin tavoitteisiin, jotka olemme jo edellä maininneet. Omaa ilmanvaihtojärjestelmää suunniteltaessa tulee pitää mielessä kaikki vaikuttavat tekijät.
- Mistä uusi ilma tuodaan? Minne vanha, ummehtunut ilma johdetaan?
- Kuinka CO2:n käyttö, joka myös vaatii suuremman lämpökuorman samalla ajanjaksolla, otetaan järjestelmässä huomioon?
- Millaisen kapasiteetin vaihtovirtajärjestelmä tai lämmitysjärjestelmä tarvitsee? Kuinka sitä säädellään?
- Miltä kanavisto näyttää ja kuinka se toimii?
Kaikki kysymyksiä, joita viljelijän pitää miettiä. Tämä on ainoa keino välttyä päänsäryiltä ja tehdä tuotannosta helppoa. Käytännön tasolla ilmanvaihto on kaiken tämän yhdistämistä.
