โรงเรือน Evap หรือที่เรียกว่าโรงเรือนอีแวปและโรงเรือนอีแว๊ป เป็นโรงเรือนที่ใช้ระบบระบายความร้อนด้วยการระเหยของน้ำ โดยทำงานร่วมกันระหว่างแผง Cooling Pad ระบบหมุนเวียนน้ำ และพัดลมระบายอากาศ
ระบบ Evap สามารถช่วยลดอุณหภูมิอากาศก่อนเข้าสู่โรงเรือนได้ แต่ไม่ใช่เครื่องปรับอากาศและไม่สามารถกำหนดอุณหภูมิให้ต่ำได้ตามต้องการทุกช่วงเวลา ประสิทธิภาพของระบบขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ความชื้นภายนอก ปริมาณลม การออกแบบโรงเรือน และสภาพของแผง Cooling Pad
ดังนั้น ก่อนติดตั้งระบบ Evap ควรประเมินสภาพอากาศของพื้นที่ ชนิดพืช และอุณหภูมิเป้าหมายให้ชัดเจน ไม่ควรตัดสินใจจากตัวเลขว่าระบบจะลดอุณหภูมิได้กี่องศาเพียงค่าเดียว หากยังไม่ได้เลือกรูปแบบโรงเรือน สามารถเริ่มจากบทความ โรงเรือนปลูกพืชแต่ละประเภท
ส่วนประกอบของระบบ Evap
ระบบ Fan and Pad โดยทั่วไปประกอบด้วยอุปกรณ์หลายส่วนที่ต้องออกแบบให้ทำงานสัมพันธ์กัน ได้แก่
- แผง Cooling Pad หรือแผงรังผึ้ง
- รางจ่ายน้ำด้านบนและรางรับน้ำด้านล่าง
- ถังพักน้ำและปั๊มน้ำหมุนเวียน
- ระบบกรองน้ำและท่อกระจายน้ำ
- พัดลมระบายอากาศหรือ Exhaust Fan
- ช่องลมเข้า บานเกล็ด และบานป้องกันลมย้อน
- พัดลมหมุนเวียนอากาศภายใน
- เซนเซอร์อุณหภูมิและความชื้น
- ตู้ควบคุมหรือระบบ Smart Farm
- ระบบสำรองไฟหรือสัญญาณเตือนสำหรับฟาร์มที่มีความเสี่ยงสูง
แผง Cooling Pad จะติดตั้งอยู่ด้านหนึ่งของโรงเรือน ส่วนพัดลมระบายอากาศติดตั้งอยู่อีกด้าน เพื่อดึงอากาศภายนอกผ่านแผงที่เปียกน้ำและเคลื่อนผ่านพื้นที่ปลูกไปยังพัดลม
หลักการทำงานของโรงเรือน Evap
เมื่อพัดลมระบายอากาศทำงาน ความดันภายในโรงเรือนจะต่ำกว่าภายนอกเล็กน้อย ทำให้อากาศภายนอกถูกดึงผ่านแผง Cooling Pad ที่มีน้ำไหลเคลือบพื้นผิว น้ำบางส่วนจะระเหยและดึงความร้อนออกจากอากาศ ส่งผลให้อากาศที่ผ่านแผงมีอุณหภูมิลดลง แต่มีความชื้นสัมพัทธ์เพิ่มขึ้น
อากาศบริเวณใกล้ Cooling Pad จึงมักเย็นที่สุด เมื่ออากาศเคลื่อนผ่านโรงเรือนจะรับความร้อนจากแสงแดด หลังคา พื้น อุปกรณ์ และพืช ทำให้อุณหภูมิค่อย ๆ สูงขึ้นเมื่อเข้าใกล้ฝั่งพัดลม
University of Florida อธิบายว่าความแตกต่างของอุณหภูมิตลอดแนวโรงเรือนขึ้นอยู่กับระยะทาง สิ่งกีดขวาง การจัดโต๊ะปลูก พื้นโรงเรือน และอัตราการไหลของอากาศ ดูรายละเอียดได้จาก ข้อมูลระบบ Fan and Pad จาก UF/IFAS
ทำไมความชื้นภายนอกจึงมีผลต่อ Evap
ขีดจำกัดของการลดอุณหภูมิด้วยระบบ Evap ขึ้นอยู่กับความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิกระเปาะแห้งกับอุณหภูมิกระเปาะเปียก หรือ Wet-bulb Depression ยิ่งอากาศภายนอกแห้ง น้ำยิ่งระเหยได้มากและมีโอกาสลดอุณหภูมิได้มากขึ้น แต่เมื่ออากาศมีความชื้นสูง การระเหยจะเกิดขึ้นได้น้อยลง
สามารถประมาณอุณหภูมิอากาศหลังผ่าน Cooling Pad ได้จากสูตร:
อุณหภูมิหลังผ่านแผง ≈ อุณหภูมิภายนอก − ประสิทธิภาพแผง × (อุณหภูมิกระเปาะแห้ง − อุณหภูมิกระเปาะเปียก)
ตัวอย่าง หากภายนอกมีอุณหภูมิ 35°C อุณหภูมิกระเปาะเปียก 27°C และสมมติประสิทธิภาพแผง 80%
35 − 0.80 × (35 − 27) = ประมาณ 28.6°C
แต่ถ้าอากาศมีความชื้นสูงจนกระเปาะเปียกอยู่ที่ 31°C ภายใต้สมมติฐานเดิม อากาศหลังผ่านแผงจะอยู่ที่ประมาณ 31.8°C หรือลดลงเพียงประมาณ 3.2°C ตัวอย่างนี้ยังไม่รวมความร้อนที่อากาศจะได้รับเพิ่มระหว่างเคลื่อนผ่านโรงเรือน
ด้วยเหตุนี้ ระบบ Evap จึงทำงานได้ดีกว่าในช่วงที่อากาศร้อนแต่มีความชื้นไม่สูงมาก ส่วนช่วงฝนตกหรือวันที่ความชื้นภายนอกสูง ประสิทธิภาพการลดอุณหภูมิจะลดลง โดยอุณหภูมิกระเปาะเปียกเป็นขีดจำกัดสำคัญของระบบระเหยน้ำ อ่านข้อมูลการออกแบบโรงเรือนจาก UF/IFAS
โรงเรือน Evap ลดอุณหภูมิได้กี่องศา
ไม่ควรระบุว่าระบบ Evap ลดอุณหภูมิได้ 5–10°C ในทุกพื้นที่ เพราะอุณหภูมิที่ลดได้จริงขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย ได้แก่
- อุณหภูมิและความชื้นภายนอก
- อุณหภูมิกระเปาะเปียก
- ประสิทธิภาพและความสะอาดของแผง
- อัตราการไหลของอากาศ
- ปริมาณน้ำที่กระจายบนแผง
- ความยาวจาก Cooling Pad ถึงพัดลม
- การรั่วของผนัง ประตู และช่องเปิด
- ความร้อนจากแสงอาทิตย์
- สแลนหรือวัสดุพรางแสง
- จำนวนพืชและอุปกรณ์ภายในโรงเรือน
การประเมินจึงควรใช้ข้อมูลสภาพอากาศรายชั่วโมงของช่วงที่ร้อนที่สุดและชื้นที่สุด ไม่ใช่ใช้เฉพาะค่าเฉลี่ยรายเดือน
ขั้นตอนออกแบบโรงเรือน Evap
1. กำหนดชนิดพืชและสภาพแวดล้อมเป้าหมาย
ต้องทราบช่วงอุณหภูมิ ความชื้น และการไหลเวียนอากาศที่พืชต้องการ รวมถึงพิจารณาว่าความชื้นที่เพิ่มขึ้นจากระบบ Evap จะเพิ่มความเสี่ยงโรคพืชหรือไม่ การออกแบบโรงเรือนเป็นส่วนหนึ่งของแนวทาง Controlled Environment Agriculture ซึ่งต้องมองแสง อุณหภูมิ ความชื้น น้ำ และพืชเป็นระบบเดียวกัน
2. คำนวณปริมาณลม
ขนาดพัดลมต้องคำนวณจากพื้นที่หรือปริมาตรโรงเรือน ภาระความร้อน และอัตราการเปลี่ยนอากาศ โดยควรใช้ค่าความสามารถของพัดลมขณะทำงานภายใต้แรงดันสถิตจริง ไม่ใช่ดูเฉพาะค่า CFM แบบไม่มีแรงต้าน
3. คำนวณพื้นที่ Cooling Pad
พื้นที่แผงต้องสัมพันธ์กับปริมาณลมและความเร็วลมผ่านแผงที่ผู้ผลิตกำหนด หากแผงเล็กเกินไป ความต้านทานจะสูงและลมผ่านแผงเร็วเกินไป แต่ถ้าแผงใหญ่เกินความจำเป็นจะเพิ่มต้นทุนและพื้นที่ติดตั้ง
4. ออกแบบเส้นทางการไหลของอากาศ
อากาศควรไหลผ่านพื้นที่ปลูกอย่างสม่ำเสมอ ไม่ถูกโต๊ะปลูก ผนังกั้น หรืออุปกรณ์ขวางทาง ประตูและช่องเปิดที่ไม่เกี่ยวข้องควรปิดได้ เพื่อป้องกันอากาศไหลลัดโดยไม่ผ่าน Cooling Pad
5. ลดภาระความร้อนก่อนเพิ่มขนาดพัดลม
ควรพิจารณาทิศทางโรงเรือน วัสดุคลุมหลังคา การพรางแสง และการระบายความร้อนส่วนบนร่วมด้วย การลดความร้อนที่เข้าสู่โรงเรือนอาจคุ้มกว่าการเพิ่มพัดลมหรือ Cooling Pad เพียงอย่างเดียว
ระบบน้ำสำหรับ Cooling Pad
น้ำที่ใช้ในระบบต้องไหลกระจายทั่วแผงอย่างสม่ำเสมอ แผงไม่ควรมีบริเวณแห้งหรือมีน้ำไหลเป็นแผ่นหนาจนขวางทางลม ระบบน้ำควรประกอบด้วย:
- ถังพักน้ำขนาดเหมาะสม
- ปั๊มหมุนเวียน
- ตัวกรอง
- ท่อกระจายน้ำ
- รางรับน้ำกลับ
- ลูกลอยเติมน้ำ
- ช่องระบายน้ำและล้างระบบ
- ระบบถ่ายน้ำบางส่วนเพื่อลดการสะสมของแร่ธาตุ
ควรตรวจคุณภาพน้ำด้วย เพราะน้ำกระด้างสามารถทำให้เกิดตะกรันอุดตันบนผิวแผง ส่วนเศษอินทรีย์และแสงที่ตกถึงถังน้ำอาจทำให้เกิดตะไคร่
การควบคุมโรงเรือน Evap ด้วยระบบ Smart Farm
ไม่ควรควบคุมระบบ Evap จากอุณหภูมิเพียงค่าเดียว เพราะการเปิดน้ำบน Cooling Pad จะทำให้ความชื้นเพิ่มขึ้นด้วย ระบบควบคุมสามารถแบ่งลำดับการทำงาน เช่น
- เปิดพัดลมหมุนเวียนอากาศ
- เปิดช่องระบายอากาศหรือพัดลมระบายอากาศ
- เพิ่มจำนวนพัดลมตามอุณหภูมิ
- เปิดปั๊ม Cooling Pad เมื่ออุณหภูมิสูงและความชื้นยังไม่เกินกำหนด
- ลดหรือหยุดจ่ายน้ำเมื่อความชื้นสูงเกินไป
- แจ้งเตือนเมื่ออุปกรณ์ไม่ทำงานหรืออุณหภูมิยังสูงแม้ระบบทำงานเต็มกำลัง
เซนเซอร์สำหรับงานเกษตร ที่ควรพิจารณาในระบบนี้ ได้แก่
- อุณหภูมิและความชื้นภายนอก
- อุณหภูมิและความชื้นใกล้ Cooling Pad
- อุณหภูมิและความชื้นกลางโรงเรือน
- อุณหภูมิและความชื้นฝั่งพัดลม
- ระดับน้ำในถัง
- สถานะปั๊มน้ำและพัดลม
- เซนเซอร์ตรวจการไหลของน้ำ
- เซนเซอร์แสงหรือรังสีอาทิตย์
ข้อมูลหลายตำแหน่งช่วยให้มองเห็นความแตกต่างของอุณหภูมิตลอดแนวโรงเรือนและนำไปปรับการจัดวางพัดลมได้แม่นยำกว่าการติดเซนเซอร์เพียงจุดเดียว ระบบสามารถบันทึกข้อมูล แสดงผลย้อนหลัง และส่งการแจ้งเตือนผ่าน ระบบ Smart Farm
พืชแบบไหนเหมาะกับโรงเรือน Evap
ไม่ควรสรุปว่าระบบ Evap เหมาะกับพืชทุกชนิด การตัดสินใจควรพิจารณาอุณหภูมิที่พืชต้องการ ความชื้นสูงสุดที่รับได้ ความเสี่ยงเชื้อรา ความหนาแน่นของทรงพุ่ม ฤดูผลิต และมูลค่าผลผลิตเมื่อเทียบกับต้นทุนระบบ
| มีแนวโน้มเหมาะ | ควรประเมินอย่างระมัดระวัง |
|---|---|
| พื้นที่ที่ช่วงอากาศร้อนมีความชื้นไม่สูงมาก | พื้นที่ที่ความชื้นภายนอกสูงเกือบตลอดวัน |
| พืชที่รับความชื้นเพิ่มขึ้นได้ | พืชที่เสี่ยงโรคใบและเชื้อราสูง |
| โรงเรือนที่ควบคุมช่องลมเข้าได้ | โรงเรือนที่มีประตูหรือผนังรั่วหลายจุด |
| อุณหภูมิเป้าหมายยังอยู่เหนือขีดจำกัดกระเปาะเปียก | ต้องการอุณหภูมิต่ำกว่าที่ Evap สามารถทำได้ |
ผักกินใบ เมล่อน มะเขือเทศ สมุนไพร ไม้ดอก และไม้กระถางสามารถใช้กับโรงเรือน Evap ได้ในบางเงื่อนไข แต่ต้องออกแบบค่าควบคุมให้เหมาะกับพืชและพื้นที่ ไม่ควรใช้การตั้งค่าเดียวกันทั้งหมด สำหรับพืชที่อ่อนไหวต่อความชื้นควรพิจารณาความเสี่ยงด้าน โรคใบจุดและโรคพืชในโรงเรือน ร่วมด้วย
ข้อจำกัดที่ควรรู้ก่อนลงทุน
- ลดอุณหภูมิได้น้อยลงเมื่ออากาศภายนอกชื้น
- ทำให้ความชื้นสัมพัทธ์ภายในสูงขึ้น
- มีอุณหภูมิแตกต่างระหว่างฝั่งแผงกับฝั่งพัดลม
- ต้องใช้ไฟฟ้าสำหรับพัดลมและปั๊มน้ำ
- ต้องมีน้ำเพียงพอและเหมาะกับแผง
- แผงอาจเกิดตะกรัน ตะไคร่ หรืออุดตัน
- ประตูหรือผนังรั่วทำให้ลมไหลลัด
- พัดลมหยุดทำงานอาจทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นรวดเร็ว
- อาจต้องมีระบบไฟสำรองสำหรับพืชมูลค่าสูง
- ไม่สามารถทำอุณหภูมิต่ำกว่าขีดจำกัดของอุณหภูมิกระเปาะเปียกได้
การดูแลรักษาระบบ Evap
การบำรุงรักษามีผลโดยตรงต่อการกระจายน้ำ ปริมาณลม และประสิทธิภาพของระบบ ควรตรวจสอบรายการต่อไปนี้เป็นประจำ:
- ตรวจว่าแผงเปียกทั่วทั้งพื้นที่
- ล้างตัวกรองและหัวจ่ายน้ำ
- ตรวจตะกรันและตะไคร่บนแผง
- ตรวจรางน้ำและถังพัก
- ตรวจใบพัด สายพาน และบานเกล็ด
- ตรวจการรั่วของประตูและผนัง
- สอบเทียบเซนเซอร์อุณหภูมิและความชื้น
- ทดสอบระบบแจ้งเตือนและไฟสำรอง
- เปรียบเทียบอุณหภูมิฝั่งแผง กลางโรงเรือน และฝั่งพัดลม
ข้อมูลที่ต้องเตรียมก่อนออกแบบระบบ
ก่อนคำนวณพัดลมและ Cooling Pad ควรเตรียมข้อมูลดังต่อไปนี้:
- จังหวัดและตำแหน่งติดตั้ง
- ขนาดกว้าง ยาว และสูงของโรงเรือน
- วัสดุมุงหลังคาและผนัง
- ชนิดพืชและระยะการเจริญเติบโต
- จำนวนโต๊ะหรือความหนาแน่นของต้น
- อุณหภูมิและความชื้นเป้าหมาย
- ข้อมูลสภาพอากาศภายนอก
- แหล่งน้ำและคุณภาพน้ำ
- ระบบไฟฟ้าและกำลังสำรอง
- ช่วงเดือนและเวลาที่ต้องการใช้งาน
สรุป
โรงเรือน Evap เป็นระบบลดอุณหภูมิที่ใช้หลักการระเหยของน้ำร่วมกับการระบายอากาศ เหมาะสำหรับงานที่ต้องการลดความร้อนต่ำกว่าการใช้พัดลมระบายอากาศเพียงอย่างเดียว แต่ประสิทธิภาพจะขึ้นอยู่กับความชื้นภายนอกและการออกแบบทั้งระบบ
หัวใจสำคัญไม่ใช่การติดตั้งพัดลมขนาดใหญ่ที่สุดหรือแผง Cooling Pad มากที่สุด แต่คือการคำนวณปริมาณลม พื้นที่แผง เส้นทางอากาศ ระบบน้ำ และเงื่อนไขควบคุมให้สัมพันธ์กับพืชและสภาพอากาศจริง
