Dikey Çiftlikler Simülasyonla Büyüyor
Dikey Tarım Yakınınızdaki Bir Mağazaya Geliyor
Meyve ve sebzelerin yetersiz tüketimi sağlığımız için en önemli 10 risk faktörü arasındadır. Her gün meyve ve sebze yemek önemli hastalıkları önlemeye yardımcı olur, çoğu mikro besin ve lifin yeterli alımını sağlar ve doymuş yağ, şeker veya tuz oranı yüksek yiyeceklerin yerini almaya yardımcı olabilir.
Daha fazla ürün yemenin sağlık açısından faydaları inkar edilemez, peki ya "taze olan en iyisidir" atasözü ne olacak? Yerel olarak yetiştirilen meyve ve sebzelerin belirgin avantajları vardır. Tabağınıza ulaşması ne kadar az zaman alırsa o kadar iyidir. Sebzeler toplanıp hasat edildikten sonra besin değerlerini kaybetmeye başlarlar. Ayrıca, yerel olarak yetiştirilen ve satılan ürünlerin nakliye süresi çok kısadır, bu da daha az fosil yakıt emisyonu anlamına gelir.
Yakında, bahçeleri olmayan kentsel alanlarda yaşıyor olsalar bile, herkesin asmadan taze bir domates koparması veya hala büyürken marulunu seçmesi yaygınlaşabilir. Kapalı çiftlikler ve hatta mağaza içi çiftlikler, daha fazla yerel sebzeye olan ihtiyacımızı karşılıyor. Bu yarı özerk dikey çiftlikler, gıda üretimini tüketicilere daha yakın hale getirerek taze, sağlıklı gıda seçenekleri sunuyor.
Dikey çiftlikler, sebzelerin büyümesine yardımcı olmak için özel LED'ler gibi son teknolojiyi kullanır. Simülasyon, büyüme sürelerini azaltan optimum bir ortam yaratmak için iç mekan çiftlik aydınlatmasını stratejik olarak tasarlamak ve optimize etmek için kullanılır.
Dikey Tarım Aydınlatma Zorlukları
Mağaza içi dikey çiftlikler tasarlayan mühendisler birçok optik yönü göz önünde bulundurmalıdır.
Öncelikle, belirli bir bitki türünü içeren bir sıra için doğru aydınlatma değerini sağlamak önemlidir. Farklı bitkilerin büyümek için farklı miktarlarda ışığa ihtiyacı vardır ve bu miktar büyüme döngüsü boyunca değişebilir.
Ayrıca, tüm tohumların aynı hızda büyümesi için bir sıra boyunca aydınlatma homojenliğini sağlamak da önemlidir. Bu, üretim sırasında bitki bakımı yükünü hafifletir ve hasatların ihtiyaç duyulduğu şekilde planlanmasına olanak tanır.
Benzer şekilde, ışık spektrumuna gelince, bitkilerin büyümek için doğal ışığın tüm dalga boylarına ihtiyacı yoktur. Bitkiler sadece kırmızı ve mavi dalga boylarına en iyi şekilde tepki verir, bu nedenle güneş ışığını taklit eden geleneksel lambalar enerji israfıdır. Dikkatli optik tasarım, LED aydınlatmayı yalnızca gerekli dalga boylarını hedefleyecek şekilde optimize etmeye yardımcı olabilir ve bu süreçte enerji tasarrufu sağlar.
Son olarak, bitkiler tarafından emilen ışık miktarı en üst düzeye çıkarılmalıdır. Bitkiler ne kadar az ışık yansıtırsa, o kadar hızlı büyürler ve bu da enerji tüketimini azaltır.
Dikey Çiftlikler Simülasyonla Büyüyor
LED ışıklar, iç mekanlarda bitkileri aydınlatmanın en verimli, etkili ve müşteri dostu yoludur. Düşük enerji kullanırlar, az ısı üretirler ve büyüme için renk açısından optimize edilebilirler.
Ansys Speos'un yetiştirme ışığı LED dizisi çözümlerini tasarlamak ve bir iç mekan çiftliğini simüle etmek için nasıl kullanılabileceğini göstermek için 90 LED'li genel bir ışık dizisi tasarladık. Literatüre göre, bitki büyümesi için dağınık mor bir spektrum (yeşil ışık içermeyen) idealdir. Bitkiler yeşil görünür ışığın çoğunu yansıtır ve spektrumun geri kalanını emer. Sonuç olarak, oluşturduğumuz ışık dizisinde mavi spektrumda 45 LED ve kırmızı spektrumda 45 LED bulunur ve birleşerek mor rengi oluştururlar.
Mor spektrum için yetiştirme ışığı dizisi
Çiftliğimizin içinde, ilk olarak 15 marul bitkisinden oluşan sekiz sıra tasarladık. Her sıra, mor spektrum ışık dizilerimizden üçüyle aydınlatılıyor.
Dikey çiftlik izometrik (sol) ve yan görünüm.
Marulun optik özelliklerini (ışık emilimi ve yansıma) hesaba katmak için, Ansys' Taşınabilir Optik Ölçüm Cihazı (OMD) kullanarak bazı yaprak örneklerini ölçtük. Elde edilen çift yönlü yansıma dağılım fonksiyonu (BRDF), geometrideki tüm marul bitkilerine uygulandı.
Daha sonra aydınlatma homojenliğini ve sebzelerin ışık emilimini ölçmek ve görselleştirmek için ışık simülasyonunu kullandık. İlk tasarım için elde edilen sonuçlar aşağıda gösterilmiştir.
Aydınlatma sensörü (sol) ve 3D emilim (sağ)
Aydınlatmanın tüm sıra boyunca homojen olmadığını görebiliyorduk. Daha sonra en verimli çözümü üretmek için LED dizisinin konumu, LED'in spektrumu ve dikey çiftliğin duvarlarının malzemesi üzerinde yinelemeler yaptık.
Dikey Tarım Simülasyon Sonuçları Aydınlatıcı
Aydınlatma armatürlerini daha eşit aralıklarla yerleştirdik ve LED dizileri ile marul bitkileri arasında daha fazla alan bıraktık. Ayrıca yanlardaki ve arkadaki malzemeleri şeffaftan (emici) beyaza (dağıtıcı) değiştirdik. Dikey çiftliğin ön tarafı şeffaf tutuldu, böylece tüketiciler alışveriş yaparken bitkileri görebildi.
Dikey çiftlik izometrik (sol) ve yan görünüm.
Sonraki simülasyonumuz, marul bitkilerine ulaşan ışığın daha eşit dağıldığını ve aşağıda gösterildiği gibi daha düzgün bir ışık emilimi ürettiğini gösterdi.
Aydınlatma sensörü (sol) ve 3D emilim (sağ)
Ancak, ön ve arkadaki marul bitkileri biraz daha az aydınlatılmıştır, bu nedenle merkezdekiler kadar iyi büyümeyebilirler. Simülasyon sonuçları görsel olarak çok çarpıcı olduğundan, dikey tarım tasarımının nerede iyileştirilebileceğini belirlemek kolaydır. Ön marul bitkileri için bir fikir, ön camın iç yüzüne daha fazla ışık yansıtacak şekilde kısmen yansıtıcı bir kaplama uygulamak olabilir. Optimize edilmiş sistem daha sonra hem optimum hasat verimini hem de optimum enerji tüketimini sağlayacaktır.
Mağaza içi ürünler için dikey tarım, ana akıma doğru yol alan bir fikirdir. Optik simülasyon, daha az enerji ve su kullanımı ve daha az gıda israfına neden olan küçük partiler halinde ihtiyaç duyulan şeylerin yetiştirilmesi gibi dikey çiftliklerin faydalarını ölçmeye ve görselleştirmeye yardımcı olur.