Questo articolo esplora come i differenziali di pressione del vapore (VPD) influenzano i tassi di traspirazione nelle piante di cannabis. La traspirazione è un processo in cui l’acqua e i nutrienti essenziali si muovono attraverso la pianta da una cellula all’altra. La comprensione del VPD a diverse temperature e umidità relativa e il suo effetto su questo processo sono importanti per ottenere la massima crescita delle piante. Copriamo anche l’impatto dei set point sugli ambienti di crescita e sui costi energetici, insieme a un’analisi su come i dati relativi ai tassi di irrigazione e alla traspirazione possono influenzare la selezione delle attrezzature.

Abbiamo tutti imparato a conoscere il ciclo dell’acqua in junior high-pioggia, evaporazione, nuvole, pioggia e così via. Questo ciclo assume una maggiore importanza nell’industria della cannabis perché mantenere le giuste condizioni di spazio per una coltivazione indoor è essenziale per il successo di un’operazione di coltivazione. La temperatura e l’umidità svolgono un ruolo importante nel funzionamento delle piante di cannabis, influenzando direttamente sia la resa delle piante che la qualità complessiva. Dobbiamo guardare oltre il ciclo di precipitazione semplificato e capire che le condizioni spaziali influenzano direttamente la capacità di una pianta di sudare o trasparire.

Un malinteso comune è che la traspirazione delle piante di cannabis influenzerà l’umidità relativa all’interno di una grow room. In realtà, questo è all’indietro-usando il paradigma che le condizioni della stanza influenzano la capacità delle piante di trasparire piuttosto che la traspirazione delle piante che influenza la condizione della stanza è una buona prospettiva da avere quando si legge questo articolo. In un ambiente ideale, le condizioni del setpoint della stanza (temperatura e umidità) sarebbero mantenute perfettamente stabili e non si discosterebbero mai indipendentemente da ciò che accade nella stanza. Mantenere le condizioni ambientali perfettamente stabili è il lavoro delle attrezzature meccaniche utilizzate per controllare le condizioni ambientali della stanza. Se siamo in grado di mantenere un dato insieme di condizioni ambientali, la domanda è: in quali condizioni la cannabis prospera?

Come discuteremo, la traspirazione delle piante guida la crescita delle piante e il differenziale di pressione del vapore (VPD) guida la traspirazione delle piante. La temperatura e l’umidità influenzano entrambi il differenziale di pressione del vapore, un fattore che deve essere considerato quando si prendono decisioni sui sistemi di impianto, specialmente quando si tratta delle difficili deliberazioni che circondano la selezione delle apparecchiature di riscaldamento, ventilazione e aria condizionata (HVAC). Affinché le piante possano prosperare in uno spazio di coltivazione indoor, il VPD deve essere ad un livello particolare, che può essere diverso per ogni situazione e ogni fase di crescita. Poiché la temperatura e l’umidità influenzano il VPD, la temperatura e l’umidità devono essere entrambi ai livelli corretti-al giusto “setpoint” – il che significa che calore e umidità dovranno essere aggiunti o tolti dalla grow room in momenti diversi.

Comprendere i driver alla base di questo processo è fondamentale per selezionare il sistema HVAC appropriato per l’operazione. Nella nostra esperienza, una differenza di setpoint di appena il 10% può avere un impatto significativo sul dimensionamento del sistema HVAC, sui costi iniziali e sui costi energetici in corso. Vale la pena esplorare se una piccola differenza nel setpoint di progettazione avrà un grande impatto sui costi del sistema HVAC, senza avere molto impatto sulla resa del prodotto della vostra operazione.

Comprendere i tassi di VPD e traspirazione

La temperatura e l’umidità sono fattori determinanti per il VPD, a volte chiamato deficit di pressione di vapore, che è ciò che influenza veramente la salute di una pianta di cannabis. La pressione di vapore è la pressione alla quale il liquido diventa un vapore. Ecco un esempio reale della pressione di vapore in azione: quando fai bollire l’acqua sul fornello, riscaldi l’acqua, aumentando la pressione fino a un punto in cui raggiunge la pressione di vapore dell’atmosfera circostante e diventa vapore. Nella coltivazione di cannabis, VPD si riferisce alla differenza tra la pressione di vapore all’interno di una pianta e la pressione di vapore dell’aria che circonda la pianta. VPD è responsabile della guida di un processo nella pianta noto come traspirazione, che ha un impatto diretto sulla salute delle piante.

La traspirazione è un processo in cui l’acqua e altri nutrienti essenziali si muovono attraverso una pianta da una cellula all’altra. È anche il modo in cui le piante regolano la propria temperatura e ottengono l’anidride carbonica di cui hanno bisogno dall’aria. VPD spinge la traspirazione e l’assorbimento dei nutrienti dalle radici di una pianta alla zona superiore di una pianta. Il movimento dell’acqua si verifica a causa delle piante che rilasciano vapore acqueo nell’aria attraverso aperture chiamate stomi-quasi come se sudassero.

Se il VPD è troppo piccolo, i tassi di crescita di picco non vengono raggiunti e problemi come muffa o marciume radicale possono diventare un problema. Se il VPD è troppo grande, gli stomi della pianta si chiuderanno nel tentativo di limitare la traspirazione, il che può causare problemi come la bruciatura della punta e l’arricciatura delle foglie. VPD può essere calcolato direttamente dalla temperatura e dall’umidità relativa (RH) sia della pianta che della grow room. Entrambi questi concetti sono spiegati in dettaglio di seguito. La temperatura superficiale della pianta e la temperatura del bulbo secco della stanza sono approssimativamente uguali, ma poiché la pianta ha la formazione di acqua, la superficie della pianta sarà al 100% RH quando traspira. Per una data temperatura di progetto, possiamo modulare il VPD cambiando l’RH della grow room.

Un intervallo VPD di 0,8–1,1 (kPa) è comunemente noto come ideale nella fase vegetativa, mentre un intervallo VPD di 1,0–1,5 (kPa) è comunemente noto come ideale nella fase di fioritura. Le tabelle I e II mostrano che lo stesso intervallo VPD ideale può essere ottenuto a diverse temperature e umidità relativa.

Per dirla semplicemente: Temperatura costante e umidità relativa nello spazio deficit> costante deficit di pressione di vapore deficit> traspirazione delle piante growth> crescita delle piante.

Questo concetto è ulteriormente illustrato nella Figura 1 sul grafico psicrometrico, che è uno strumento comunemente usato che illustra graficamente la relazione tra temperatura dell’aria e umidità relativa, nonché altre proprietà.

Quali sono le metriche?

Come spiegato sopra, il mantenimento di setpoint adeguati di grow room indoor è essenziale per il successo di un’operazione, ma cosa misuriamo e come lo misuriamo? Ci sono alcune cose da capire sulla misurazione della temperatura e dell’umidità e sulla determinazione del VPD:

• Letture della temperatura del bulbo umido e secco: la temperatura del bulbo secco è la lettura della temperatura con cui la maggior parte di noi ha familiarità; la temperatura mostrata sul termostato in una casa. La temperatura del bulbo umido è la temperatura che un termometro legge quando il bulbo è avvolto in un panno umido. La temperatura del bulbo umido indica quanta umidità è presente nell’aria. Quando l’umidità relativa è al 100%, le temperature del bulbo umido e secco sono uguali. Se la differenza tra le temperature del bulbo secco e umido è piccola, c’è una grande quantità di umidità nell’aria. C’è così tanta umidità nell’aria che è simile ad avere uno straccio bagnato intorno alla lampadina del termometro. Se c’è una grande differenza tra le letture della temperatura del bulbo secco e umido, l’aria è asciutta.

• Umidità relativa: L’umidità relativa (RH) è una misura della quantità di umidità nell’aria espressa come percentuale dell’umidità massima possibile nell’aria ad una data temperatura del bulbo secco. All’aumentare dell’umidità, l’aria di uno spazio interno raggiungerà infine uno stato di saturazione. Quando l’aria ha raggiunto la sua capacità di massima umidità possibile, l’acqua lascerà l’aria sotto forma di nuvole, rugiada o condensa. A temperature più calde, l’aria è in grado di trattenere più umidità. Se la quantità di umidità in uno spazio dovesse rimanere costante e la temperatura aumentasse, l’RH diminuirebbe. Questo perché la quantità totale di umidità presente è la stessa, ma è possibile che l’aria assuma più umidità, quindi l’aria è più lontana dalla massima umidità possibile, risultando in una percentuale inferiore. Al contrario, se il contenuto di umidità dovesse rimanere costante mentre la temperatura diminuiva, l’RH aumenterebbe perché l’umidità nell’aria è più vicina alla massima umidità possibile, risultando in una percentuale più elevata.

Selezione dell’attrezzatura

La chiave ai tassi sani di traspirazione e di VPD è di fornire le condizioni ambientali controllate, che entreranno in gioco quando state selezionando l’attrezzatura per il vostro funzionamento.

Il ruolo delle apparecchiature HVAC è quello di mantenere la stanza il più vicino possibile ai setpoint di temperatura e umidità del progetto perché ciò avrà il maggiore impatto sul prodotto. All’inizio di un progetto, inviamo un documento di indagine HVAC ai nostri clienti per determinare i loro requisiti di progetto. Le informazioni fornite consentono agli ingegneri di determinare le “condizioni di progettazione”, che indicano all’ingegnere ciò di cui hanno bisogno per progettare. Vengono raccolte informazioni come i setpoint di temperatura e umidità, il tipo e la quantità di luci, l’irrigazione e i tassi di deflusso.

Queste informazioni consentono al progettista di stimare il tasso di traspirazione degli impianti e il carico termico dall’apparecchiatura, che sono chiamati rispettivamente carichi latenti e sensibili. L’apparecchiatura HVAC rimuoverà il carico termico e il carico di umidità dallo spazio, quindi più accurate saranno le informazioni fornite dal coltivatore, più accurata sarà l’dimensionamento del sistema.

Determinazione dei tassi di traspirazione e delle strategie di controllo dell’umidità

Uno dei metodi migliori e più semplici per determinare i tassi di traspirazione consiste nell’utilizzare tassi di irrigazione noti per quantificare indirettamente la traspirazione. Una volta che l’acqua di irrigazione viene introdotta in uno spazio, può fare due cose: rimanere all’interno della pianta o vaso, aumentando la sua massa complessiva, o lasciare la pianta o vaso come deflusso o traspirazione. L’ipotesi generale è relativamente poco della massa d’acqua è lasciato alle spalle nel vaso o pianta, e il resto dell’acqua viene persa per deflusso e traspirazione tra innaffiature. Quantificare i tassi di irrigazione è in genere semplice, ma quantificare il deflusso può essere difficile a seconda del metodo di coltivazione utilizzato. I dati possono essere raccolti a livello di impianto di crescita, stadio di crescita, livello di stanza o livello di impianto.

Le apparecchiature HVAC progettate correttamente non solo controllano la temperatura di uno spazio, ma rimuovono anche l’umidità rilevata dalle piante per mantenere il rapporto di umidità relativa al set point appropriato. Esistono numerose strategie di controllo dell’umidità. Al livello più elementare è il deumidificatore, che utilizza un processo di refrigerazione per subcool l’aria al suo punto di saturazione per estrarre l’umidità dall’aria. Mentre efficace, questo è un processo intrinsecamente inefficiente come il calore del compressore viene respinto nello spazio, aggiungendo al carico di calore che l’apparecchiatura HVAC deve prendersi cura di. Sul livello più complicato, il progettista può aggiungere lo schema di deumidificazione nel disegno HVAC generale, per cui l’aria può essere sottoraffreddato alle bobine per estrarre l’acqua dall’aria, quindi l’aria può essere riscaldata in modo da non sovraraffreddare lo spazio. Per la massima efficienza energetica, il riscaldamento dell’aria può essere fatto con acqua calda o gas caldo prodotto dal calore respinto dall’apparecchiatura di raffreddamento.

Cosa succede quando variiamo i setpoint di umidità e temperatura? Se i setpoint di temperatura e umidità sono diminuiti, il carico di picco sul sistema HVAC aumenta, così come l’energia necessaria per far funzionare l’apparecchiatura. Allo stesso modo, è vero il contrario: se i setpoint di temperatura e umidità vengono aumentati, il carico di picco sul sistema diminuisce e diminuisce anche l’energia necessaria per far funzionare l’apparecchiatura. È nel migliore interesse del coltivatore, sia da un primo costo che da una prospettiva di costo di gestione, eseguire il loro funzionamento come caldo ed umido come possibile.

Torniamo alla Tabella II. Come puoi vedere, il VPD calcolato a 70 °F e 60% RH è simile al VPD calcolato a 75 °F e 65% RH. Pertanto, gli impianti possono funzionare altrettanto bene al setpoint di temperatura e umidità più elevato rispetto al setpoint di temperatura e umidità più basso, ma gli effetti sul primo costo, sulle dimensioni fisiche e sull’uso di energia del sistema HVAC saranno significativi. Nella nostra esperienza, una differenza di setpoint di appena il 10% può avere un effetto drammatico.

Real World Case Study

La questione della selezione delle attrezzature è nata in un recente progetto con obiettivi molto specifici. I clienti vengono regolarmente da noi con specifici setpoint e intervalli di temperatura e umidità in mente. Spesso questi setpoint sono determinati dall’esperienza sul campo e non necessariamente dalla raccolta di informazioni sul VPD richiesto. I coltivatori sanno che le loro piante prosperano in determinate condizioni, ma normalmente hanno determinato questo attraverso un processo di prova ed errore. In questo caso di studio, il nostro cliente-un impianto di coltivazione ed estrazione-aveva bisogno di un controllo preciso della temperatura e dell’umidità per i loro spazi di coltivazione, con una particolare attenzione all’efficienza energetica. Come la maggior parte dei nostri clienti, avevano specifici setpoint di temperatura e umidità in mente: 76 °F e 55% RH.

Il sistema HVAC proposto era un sistema ad acqua refrigerata raffreddato ad acqua, con un funzionamento economizzatore per consentire il funzionamento senza compressore quando le condizioni esterne lo consentono. L’acqua calda per l’impianto viene fornita tramite pompe di calore che utilizzano il calore respinto dai refrigeratori come fonte per il circuito di riscaldamento. I ventilconvettori all’interno delle stanze di coltivazione utilizzano azionamenti a frequenza variabile per deumidificare senza sovraraffreddare gli spazi.

Poiché la sostenibilità era un obiettivo fondamentale del cliente, abbiamo deciso di iniziare con un approccio diverso: un modello energetico per scatole da scarpe per restringere le implicazioni di diversi setpoint sulle dimensioni e l’uso energetico delle apparecchiature HVAC. Siamo stati in grado di mostrare al cliente che regolando i loro setpoint di temperatura e umidità verso l’alto, sarebbero stati in grado di mantenere lo stesso VPD nello spazio, ma le dimensioni delle apparecchiature HVAC sono diminuite del 33% e il consumo di energia associato alle apparecchiature HVAC è diminuito del 35% all’anno. Osservando specificamente il VPD e utilizzando tale metrica per prendere decisioni in merito al setpoint di temperatura e umidità richiesto, siamo stati in grado di progettare un sistema HVAC che soddisfacesse i loro obiettivi di sostenibilità e diminuisse le dimensioni delle apparecchiature, garantendo al contempo che i loro impianti prosperassero.

I criteri iniziali che il cliente ci ha fornito, un setpoint di temperatura di 76 °F e un setpoint di umidità relativa di 55%, avrebbero portato a una dimensione dell’impianto HVAC di 600 tonnellate di raffreddamento. Osservando prima il VPD e quindi utilizzandolo per determinare i setpoint, siamo stati in grado di ridimensionare l’apparecchiatura a 400 tonnellate di raffreddamento. Questa apparecchiatura è approssimativamente ¾ della dimensione fisica e il 66% del costo del più grande sistema da 600 tonnellate.

considerazioni Finali

Corretto di apparecchiature HVAC design –> costante di temperatura e umidità relativa nello spazio –> coerente il deficit di pressione di vapore –> traspirazione –> la crescita delle piante.

Resta inteso che una corretta progettazione delle apparecchiature HVAC è necessaria per mantenere costante la temperatura e l’umidità relativa all’interno di uno spazio. È anche generalmente riconosciuto che la crescita delle piante è influenzata, sia positivamente che negativamente, dalla temperatura e dall’umidità dello spazio e quindi dal deficit di pressione di vapore. Ciò che è spesso trascurato o sconosciuto è che piccoli cambiamenti nei setpoint di temperatura e umidità possono avere un impatto impercettibile sul differenziale di pressione del vapore e un grande impatto sulle dimensioni, sul primo costo e sui costi operativi del sistema HVAC.

Disclaimer

Non siamo coltivatori, siamo ingegneri. In quanto tale, non pretendiamo di comprendere gli effetti completi di un’operazione in esecuzione a valori di temperatura e umidità più elevati sulla qualità e sulla quantità dell’impianto. Lo scopo di questo articolo è quello di illustrare gli effetti delle differenze di setpoint di temperatura e umidità sul dimensionamento HVAC e sui costi energetici, per consentire ai coltivatori di prendere una decisione più informata nel determinare i setpoint appropriati per il loro spazio.