87. ग्रीनहाउस पर्यावरण नियंत्रण उपकरण: ग्रीष्म एवं शीतकालीन शीतलन, संवातन, माइक्रोप्रोसेसर एवं कंप्यूटर स्वचालन (EQUIPMENT FOR CONTROLLING GREENHOUSE ENVIRONMENT: SUMMER COOLING, WINTER COOLING, VENTILATION, MICROPROCESSORS & COMPUTERS)

पर्यावरण नियंत्रण का विकास एवं 5 ऐतिहासिक चरण (Evolution of Environmental Controls)

ग्रीनहाउस के भीतर सूक्ष्म-जलवायु के सटीक नियंत्रण का मुख्य उद्देश्य ऊर्जा की खपत को न्यूनतम रखते हुए पादप वृद्धि व आर्थिक लाभ को अधिकतम करना है। ग्रीनहाउस इतिहास में नियंत्रण प्रणालियों का क्रमिक विकास निम्नलिखित 5 प्रमुख चरणों (Five Evolutionary Stages) में हुआ है:

1. हस्तचालित नियंत्रण (Manual Controls): वेंटिलेशन खिड़कियों व वाल्वों को मानव श्रम द्वारा खोलना व बंद करना।
2. थर्मोस्टेट्स (Thermostats): तापमान सीमा के आधार पर पंखों व हीटरों का स्वचालित ऑन/ऑफ होना।
3. स्टेप-कंट्रोलर्स (Step-Controllers): तापमान के अनुसार पंखों के विभिन्न चरणों (stages) का क्रमिक संचालन।
4. समर्पित माइक्रोप्रोसेसर (Dedicated Microprocessors): डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा बहु-सेंसर आधारित स्वचालित नियंत्रण।
5. पूर्ण कंप्यूटरीकृत प्रणालियां (Integrated Computers): सभी पर्यावरणीय मानकों (तापमान, प्रकाश, आर्द्रता, $CO_2$, सिंचाई) का केंद्रीय एकीकृत सॉफ्टवेयर द्वारा पूर्ण स्वचालन एवं डेटा लॉगिंग।

4.1 सक्रिय ग्रीष्मकालीन शीतलन प्रणालियां (Active Summer Cooling Systems)

4.1.1 पंखा एवं पैड वाष्पीकरणीय शीतलन प्रणाली (Fan-and-Pad Cooling System):

• इतिहास एवं प्रचलन: यह प्रणाली 1954 से उपलब्ध है और आज भी विश्व के ग्रीनहाउसों में ग्रीष्मकालीन शीतलन की सबसे मानक एवं लोकप्रिय प्रणाली है।
• कार्य सिद्धांत: ग्रीनहाउस की एक दीवार पर सेल्यूलोज पैड्स की सतत पंक्ति लगाई जाती है और विपरीत दीवार पर शक्तिशाली एग्जॉस्ट पंखे लगाए जाते हैं। पैड पर ऊपर से पानी बहता है। जब पंखे हवा खींचते हैं, तो पैड से गुजरती हवा का पानी वाष्पीकृत होकर हवा से गुप्त ऊष्मा (latent heat) खींच लेता है।
• पैड सामग्री के प्रकार:
  1. एक्सेलसियर / लकड़ी के रेशे (Excelsior wood fiber): पारंपरिक कम लागत सामग्री, जीवनकाल $1-2\text{ वर्ष}$।
  2. एल्युमिनियम फाइबर एवं ग्लास फाइबर: जंग-रोधी।
  3. क्रॉस-फ्लूटेड सेल्यूलोज पैड्स (Cross-fluted Cellulose - $100\text{ mm}$ বা $150\text{ mm}$): आधुनिक मानक। उच्च जल अवशोषण क्षमता, न्यूनतम वायु प्रतिरोध, जीवनकाल $5-8\text{ वर्ष}$।
• तापमान में कमी: यह प्रणाली ग्रीनहाउस के तापमान को बाहरी परिवेश से $6^\circ\text{C}$ से $12^\circ\text{C}$ तक कम कर देती है।

4.1.2 फॉग शीतलन प्रणाली (Fog Cooling System):

• इतिहास: ग्रीनहाउस में फॉगिंग प्रणाली का प्रवेश 1980 में हुआ।
• कार्य सिद्धांत: उच्च दाब ($35 - 50\text{ बार}$) वाले पंप द्वारा ग्रीनहाउस की छत पर लगे विशेष एटॉमाइजर नोजल्स से $10 - 20\text{ माइक्रोन}$ आकार की अति-सूक्ष्म पानी की धुंध (Fog) छोड़ी जाती है।
• लाभ: सूक्ष्म बूंदें जमीन या पत्तियों पर गिरने से पहले ही हवा में $100\%$ वाष्पीकृत हो जाती हैं जिससे पत्तियां बिल्कुल गीली नहीं होतीं और पूरे ग्रीनहाउस में एकसमान $10-14^\circ\text{C}$ तक तापमान घट जाता है। यह बीज अंकुरण, ग्राफ्टिंग एवं ऊतक संवर्धन हार्डनिंग हेतु सर्वोत्तम है।

4.2 सक्रिय शीतकालीन शीतलन प्रणालियां (Active Winter Cooling Systems)

शीत ऋतु में जब बाहर का तापमान बहुत कम ($<5^\circ\text{C}$) होता है, परंतु बंद ग्रीनहाउस के अंदर सौर विकिरण से अत्यधिक गर्मी पैदा हो जाती है, तो सीधी ठंडी हवा सीधे पौधों पर डालने से वे शीत आघात (chilling injury) से मर सकते हैं। इसके लिए दो प्रणालियां अपनाई जाती हैं:

1. 4.2.1 संवहन नलिका शीतलन (Convection Tube Cooling):
   • छत के सहारे एक लंबा पारदर्शी पॉलीथीन पाइप (छिद्रित नलिका) लटकाया जाता है। बाहरी ठंडी हवा इस नली में खींची जाती है और नली के किनारों के छेदों से जेट के रूप में बाहर निकलती है।
   • यह ठंडी हवा पौधों तक पहुंचने से पहले ही छत के पास मौजूद गर्म हवा के साथ अच्छी तरह मिश्रित होकर मध्यम तापमान में बदल जाती है।
2. 4.2.2 क्षैतिज वायु प्रवाह (Horizontal Air Flow - HAF) शीतलन:
   • इसमें संवहन नली के स्थान पर छत पर छोटे क्षैतिज पंखे लगाए जाते हैं जो ग्रीनहाउस में हवा को एक बंद वृत्ताकार पथ (circular pattern) में घुमाते हैं।
   • वायु प्रवाह दर: यह प्रणाली $0.6$ से $0.9\text{ m}^3/\text{min}$ प्रति वर्ग मीटर ग्रीनहाउस फर्श क्षेत्रफल की दर से हवा चलाती है। यह संवहन नली की तुलना में कम बिजली खपत करती है और तापमान का एकसमान वितरण करती है।

4.3 ग्रीनहाउस संवातन (Ventilation Protocols)

• 4.3.1 प्राकृतिक संवातन (Natural Ventilation):
  • छत के शीर्ष पर बने रिज वेंट्स (Ridge ventilators) तथा साइड कर्टेन्स द्वारा। तापीय उत्तोलन (थर्मल स्टैक इफ़ेक्ट) के कारण गर्म हवा ऊपर उठकर छत से बाहर निकलती है और किनारों से ताजी ठंडी हवा अंदर खिंचती है।
  • पॉलीहाउस में रोल-अप साइड वेंटिलेशन (4.3.1.1): साइड पॉलीथीन को नीचे से ऊपर लपेटने हेतु मैनुअल या गियर चालित रोलर पाइप्स लगाए जाते हैं। कीटों के प्रवेश को रोकने हेतु वेंट पर $40 - 50\text{ मेश}$ वाली एंटी-इन्सेक्ट नेट (Insect net) लगाई जाती है।
• 4.3.2 यांत्रिक / बलपूर्वक संवातन (Forced Ventilation):
  • पंखों द्वारा नियंत्रित वायु विनिमय। ग्रीष्मकालीन शीतलन हेतु $45 - 60\text{ वायु परिवर्तन प्रति घंटा}$ (Air changes per hour) की पंखा क्षमता डिजाइन की जाती है।

4.4 माइक्रोप्रोसेसर एवं कंप्यूटर स्वचालन (Microprocessors & Computers)

• 4.3.3 माइक्रोप्रोसेसर आधारित नियंत्रक:
  • ये इलेक्ट्रॉनिक डिजिटल नियंत्रक तापमान, प्रकाश, आर्द्रता एवं $CO_2$ सेंसर से सिग्नल प्राप्त करते हैं और पूर्व-निर्धारित सेट-पॉइंट्स के आधार पर हीटर, कूलिंग पैड, पंखे, शेडिंग पर्दे तथा फॉगर्स को सटीक रूप से ऑन/ऑफ करते हैं।
• 4.3.4 कंप्यूटर आधारित एकीकृत नियंत्रण (Centralized PC Automation):
  • यूरोप, जापान, इजराइल और अमेरिका में कंप्यूटर नियंत्रण मानक बन चुका है।
  • सिस्टम ओवरलैप की रोकथाम: अलग-अलग थर्मोस्टैट्स में हीटर और पंखे एकसाथ चलने की गलती (overlap) हो जाती है जिससे भारी ऊर्जा बर्बाद होती है। कंप्यूटर सभी उपकरणों को समन्वित कर ओवरलैप रोकता है।
  • डेटा अधिग्रहण एवं रिकॉर्डिंग (Data Logging): कंप्यूटर 24 घंटे का तापमान, आर्द्रता, सौर विकिरण, $CO_2$ स्तर व सिंचाई रिकॉर्ड संचित करता है जिससे फसल उत्पादन प्रबंधक ऐतिहासिक डेटा का विश्लेषण कर गुणवत्ता अधिकतम कर सकते हैं।

समीक्षा प्रश्न / वस्तुनिष्ठ प्रश्न (Review Questions / MCQs)

1. ग्रीनहाउसों में सबसे मानक 'पंखा-एवं-पैड वाष्पीकरणीय शीतलन प्रणाली' का उपयोग किस वर्ष से शुरू हुआ?
   (a) 1954 से (सही उत्तर)
   (b) 1980 से
   (c) 2000 से
   (d) 1900 से
2. फॉग कूलिंग प्रणाली में उत्पन्न जल बूंदों का आकार कितना होता है?
   (a) $10 - 20\text{ माइक्रोन}$ (अति-सूक्ष्म धुंध - सही उत्तर)
   (b) $500\text{ माइक्रोन}$
   (c) $2\text{ मिमी}$
   (d) $1\text{ सेमी}$
3. शीतकालीन शीतलन हेतु क्षैतिज वायु प्रवाह (HAF) प्रणाली में प्रति वर्ग मीटर फर्श क्षेत्रफल हेतु वायु प्रवाह की दर क्या होती है?
   (a) $0.6 - 0.9\text{ m}^3/\text{min/m}^2$ (सही उत्तर)
   (b) $50.0\text{ m}^3/\text{min}$
   (c) शून्य
   (d) $100\text{ m}^3/\text{min}$
4. पॉलीहाउस के संवातन द्वारों पर कीटों के प्रवेश को रोकने हेतु कितने मेश की जाली लगाई जाती है?
   (a) $40 - 50\text{ मेश}$ एंटी-इन्सेक्ट नेट (सही उत्तर)
   (b) 5 मेश
   (c) 200 मेश
   (d) 1 मेश
5. ग्रीनहाउस पर्यावरण नियंत्रण के ऐतिहासिक विकास का पाँचवाँ एवं सर्वोच्च आधुनिक चरण कौन सा है?
   (a) पूर्ण एकीकृत कंप्यूटर स्वचालन प्रणाली (Computers - सही उत्तर)
   (b) हस्तचालित नियंत्रण
   (c) साधारण थर्मामीटर
   (d) स्टेप कंट्रोलर

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