A fagyvédelem fizikai alapjai, fagyvédelmi eljárások

Szerző: Dr. Nagy Sándor

A növények számára leginkább a tavaszi fagyok (a léghőmérsékletnek 0 °C alá történő csökkenése) veszélyesek, mert a növényeknek ilyenkor már nagy a víztartalmuk, melyeknek kicsi az oldattöménységé, és ezzel magasabb (0 °C-hoz közelebbi) a fagyáspontja is. A fagy kialakulása elleni védekezésre szolgáló módszerek, eljárások kiválasztásakor sok tényezőt kell figyelembe venni. E fagyvédelmi eljárások két csoportba sorolhatok, úgymint aktív és passzív védekezést lehetővé tevők. Azt azért szükséges megjegyezni, hogy az eddig ismert módszerek közül egyikről sem lehet azt állítani, hogy ez a biztos, a legjobb megoldás !

Passzív védekezés

Ekkor a hőmérséklet időbeli változását befolyásoló folyamatok alakulásába nem avatkozunk be, de a növényt különféle módszerekkel közvetlenül megvédjük a fagyok károsító hatásától. E –telepítést megelőző– lehetőségek, módszerek száma csekély, és hatásuk is meglehetősen korlátozott, főként nagyüzemi feltételek között érvényesíthetők. Gazdaságosságukat mindenkor a védett növény egyedi, ill. a területen lévő összértéke dönti el. Passzív védelmet eredményeznek:

• ültetvény helyének megválasztása : fagyveszélyesebb helyek rendszerint olyan, alacsonyabb fekvésű területeken alakulnak ki, ahol az összegyűlt nagyobb sűrűségű, hidegebb levegő „légtavakat” alkot, vagy olyan nyílt fekvésű, jó hővezető tényezőjű talajokon, amelyek erőteljesen kisugároznak, így gyorsan elvesztik belső –hő– energiájuk jelentős részét, s a fölöttük lévő levegőt is erőteljesen lehűtik. Az ilyen helyeket fagyzugoknak szokás nevezni. Célszerű ezeket a helyeket feltérképezni, és ha elegendő terület áll rendelkezésre, ott ezeket a területeket nem növénytermesztési, hanem egyéb célokra felhasználni. Ha pedig szükség van az adott terület növénytermesztési hasznosítására, akkor fagytűrő fajtákat kell odatelepíteni, vagy olyan fajtákat kell termeszteni, amelyek vetési vagy kiültetési időpontja a fagyok utáni időszakra tolható.

• növényfajta megválasztása : azt jelenti, hogy az adott terület fagyviszonyaihoz alkalmazkodó fajtát nemesítenek ki, vagy pedig a már termesztésben lévő fajták közül választanak ki olyat, amelynek a fagyállósága megfelelő. Ez utóbbi esetben természetesen azt is szem előtt kell tartani, hogy a más termőterületről telepített fajták egyéb biológiai tulajdonságai is megfelelőek legyenek.

• vetési, kiültetési időpont helyes megválasztása: az adott növény számára bázishőmérséklet átlépésének időpontja, és az utolsó tavaszi fagy előfordulásának időpontja között van e növény számára a fagyveszélyes időszak. A vetési vagy kiültetési időpont megválasztásakor célszerű figyelembe venni, hogy a korai kiültetés miatti várhatóan nagyobb terméshozamok, valamint a védekezés miatt megnövekedett költségek mellett a termelés még gazdaságos legyen.

• talaj kondicionálása : a talaj hővezető képességének valamint a fajlagos hőkapacításának –mely a hőenergia tartalmat határozza meg– értékei közvetlenül a talaj víztartalmától függnek. Kedvező esetben a hővezetés mértéke mettől kisseb, míg a hőkapacítás értéke mettől nagyobb értékű. Ez csekély víztartalommal, és/vagy mettől nagyobb hézagtérfogattal érhető el. Ezért célszerű, ill. szükséges már ily korán a megfelelő talajmunkák elvégzése, mellyel a víztartalom is csökkenthető.

• növény kondicionálása : a növény sejtnedveinek tudatos fagyáspontcsökkentése. Mivel a növények sejtnedv-koncentrációja ilyenkor viszonylag alacsony értékű, célszerű káliumot –műtrágya formájában– a talajon keresztül a növénybe juttatni, ezzel akár 3-4 °C-al csökkenthető a sejtnedvek fagyáspontja

Aktív védekezés

Aktív védekezésnél a talajmenti légtér fizikai folyamataiba avatkozunk be azzal a céllal, hogy ott a hőmérséklet csökkenését mérsékeljük. Ez lehetséges:

• sugárzási viszonyok változtatásával

• hőenergia felszabadításával, melegítéssel

Ennek megvalósítását eredményező eljárások alkalmazhatóságának eldöntése érdekében azért célszerű a fagy kialakulásának körülményeit megvizsgálni. Kialakulás alapján:

• szállított (advektív) fagy: amikor 0 °C alatti hőmérsékletű, –hideg– sarki légtömeg (fagyos szél révén szállítódik) hatol be, az adott körzetbe. A levegő sűrűsége a hőmérséklettel fordítottan arányos, ezért a hidegebb légtömeg a meleg légréteg alá kerül ilyenkor. E lehűlés ellen sokkal nehezebb, ill. drágább védekezni, mint a –ki– sugárzásos fagyok ellen

• sugárzásos (radiációs) fagy: esetén a hideg levegő a helyszínen hűl fagypont alá. Az északról érkező nagy páratartalmú légtömegek betörését követően alakul ki, mert a felhőből kihulló csapadék miatt kiderül az égbolt és a zavartalan kisugárzás következtében a levegő a hajnali órákban fagypont alá hűl. Fokozottabb e fagy veszélye, ha a beáramló hideg levegő száraz. Az esti szélcsendben ugyanis rendkívül erőteljes a talaj felszínének a kisugárzása. Ezért a talajjal érintkező levegőréteg lehűl (talajmenti fagy), míg a magasabban elhelyezkedő rétegek hőmérséklete akár 5-6 °C-kal is meghaladhatja a talajközeli levegőréteg hőmérsékletét.

Az utóbbi (7.1. ábra „C” eset), valamint a szállított fagy esetében (7.1. ábra „B” eset) a megszokotthoz képest épp ellentétes a függőleges menti hőmérsékleti mező alakulása. Normál, megszokott esetben (7.1. árra „A” eset) függőleges mentén emelkedve (150 méterenként átlagosan közel 1 °C-al) csökken a levegő hőmérséklete. Az ezzel ellentétes (inverz) légrétegzettségi állapotot, amelyben a talajközeli réteg hidegebb, mint a felette lévő nevezik inverziónak.

7.1. ábra A talaj felett a hőmérséklet alakulása

Az egyes fagyvédelmi eljárások gazdaságosságának eldöntéséhez szükséges konkrét (pl. energiahordozó, –víz– térfogatáram stb.) igény értékek meghatározásához szükséges a sugárzásos fagy kapcsán kialakuló mérlegegyenlet felírása. Tekintettel ara hogy minden 0 K-től eltérő (T) hőmérsékletű test –megfelelő eloszlás szerint– elektromágneses hullámokat bocsát ki, így energiát ad le melynek nagysága Stefan-Boltzmann törvénye révén:

 [W·m²]

ahol:

c_r - sugárzási tényező, melynek értéke a (c) fénysebesség, a (k_B)Boltzmann valamint a (h) Planck állandók révén számszerűsíthető: 5,6687·10^-8 W·m^-2·K^-4

c₀ - az –abszolút– feketetest sugárzási tényezője: 5,6687 W·m^-2·K^-4

határozható meg. Mivel a testre a környezet felől érkezik sugárzásos és vezetéses energia áram, így az energia mérlegegyenlet:

ahol:

ε - a test (esetünkben a növény) feketeségi tényezőjének (0-1 közé eső) értéke

Φ - kölcsönös besugárzási tényező, értéke esetünkben jó közelítéssel 0,5

T_éga - ami felé a sugárzás történik, ill. a növényhez képest hidegebb (alacsonyabb hőmérsékletű) felület (esetünkben az ég alja) hőmérséklete. Ennek értékéül, hogy a mérési adatokkal egyező legyen a számítás eredménye -40 °C-ot ill. 233 K célszerű figyelembe venni

t_tal  - a δ_tal mélységben a λ_tal hővezetési tényezőjű talaj hőmérséklete. Itt célszerű azon δ_tal értékkel számolni, ahol a talaj hőmérséklete egyező az adott hely éves középhőmérsékletének értékével

q - az adott t_növ. hőmérséklet (esetünkben min. 0 °C ) fenntartásához szükséges fajlagos hőáram értéke watban –növény– négyzetméternyi felületenként, ennek hiányában a növény átlaghőmérséklete folyamatosan csökken.

A fenti összefüggésbe a gyakorlatban aktuális értékeket behelyettesítve kiderül, hogy a talajból vezetetéssel a növény felé kialakuló hőáram csupán néhány %-a csak a növény és környezete között kialakuló sugárzásos hőáramainak különbségéből adódó veszteségének. Emiatt csökken folyamatosan, sugárzás szempontjából ideális (felhőtlen, tiszta levegőjű) égboltnál a növény átlaghőmérséklete.

Sugárzási viszonyok változtatása

Ekkor a vagy mérlegegyenletben szereplő kölcsönös besugárzási (Φ) tényezőnek, és/vagy ami felé, ill. amilyen hőmérsékletű (T_éga.) felület felé történik a –ki– sugárzás értékének a kedvező változtatása a cél, ill. a feladat. Ez lehetséges:

takarással, amely lehet talaj és/vagy növényeket érintő, ezzel a nappal eltárolt hőenergia leadása fékezhető. Talajtakarást (mulcsozást) végzünk, ha a talaj felszínét valamilyen anyaggal (arra „paplant” képezve) fedjük. Erre a célra használható természetes anyag, amely lehet lebomló: fa maradvány (forgács, kéreg, fűrészpor), növényi maradvány (szalma, széna, kukoricaszár, -csutka, nád, tűlevél, fű, lomb) egyéb (papír, komposzt, trágya, tőzeg, törköly), vagy nem lebomló: homok, kavics, kőtörmelék, téglatörmelék. Téli mulcsozáskor 7-8 cm-es réteg ajánlott, ezzel pl. tulipánfa, pünkösdirózsa gyökérzete biztonságosan védhető. Másik lehetőség a hasura („takaró”) alkalmazása, de ez nem csak a talaj, hanem a vetemény védelmére is alkalmas. Ez zsúpból (rozsszalmából), gyékényből, nádból, kóróból, kákából, sásból font göngyöleg, amelyet a kertészetekben melegágyak, üvegházak betakarására használnak hőszigetelés növelése, esetleg árnyékolás céljából. Növénytakarást lehet egyedi (pl. zacskózással 7.2. ábra), vagy sortakarással (7.3. ábra) megvalósítani. Anyagául ritkán papírt, jórészt polietilén (PE) –ún. fátyol– fóliát, hálót használnak. Ezeknek az eljárásoknak kétségtelen előnyük, hogy nem igényelnek sok munkát, s különösen a zöldségfélék korai beéréséből származó többletbevétel miatt alkalmazásuk általában gazdaságos, de alkalmazhatók a dísznövénytermesztésben is. Hátrányuk, hogy a gyümölcsfák, és a magasabb növekedési habitusú növények szakszerű takarása nehezen kivitelezhető. A takarásnál, zacskózásnál ügyelni kell arra, hogy a fedőanyag ne érintse a növényt, mert akkor hővezetés útján következik be kárt okozó erőteljes lehűlés.

7.2. ábra Egyedi takarás zacskózással

7.3. ábra Sortakarás

füstöléssel, a levegőbe juttatott (pl. nem tökéletes égéskor képződő) szilárd aeroszol szennyezők számát növeljük tudatosan. E szennyezés révén a direkt –ki– sugárzás egy része szórt sugárzássá alakul, ezzel csökken az adott térrész, közvetve a növény hőmérséklet csökkenésének mértéke. Füstölésre általában nedves szalmát, vagy más szerves anyagot használhatunk, a környezetszennyező anyagok (gázolajos vizes nyesedék, gumiabroncs) égetését azonban kerüljük. A füstölő kupacot úgy készítik el, hogy egy karó köré éghető anyagot (szalmát, venyigét) raknak, majd rá a füstöt szolgáltató nedves levelet, trágyát, vizes szalmát helyezik. Végezetül az egészet földréteggel betakarják. Begyújtás előtt, amikor a léghőmérséklet 1-2 °C, kihúzzák a póznát, és az alsó réteget begyújtják. Egy füstölő kupaccal 40-50 m²-es terület védhető meg a fagytól. A köd, ill. füst gyertya szintén aeroszolt képez, de részben a költsége, részben a viszonylag csekély, néhány évnyi szavatossága behatárolja a felhasználás mértékét. A fent taglalt megoldásoknál képződő fűst (7.4. ábra) jelentős mértékben széndioxidot is tartalmaz, mely üvegházhatású gáz, ezért is csökken a sugárzásos veszteség. A füstölés csak szélcsendes időben jár eredménnyel és akkor, ha már 0 °C-on megkezdődik a képzése, valamint ha a füst vagy a köd az egész védendő területet vastagon beborítja.

7.4. ábra füstölés gyümölcsösben

mesterséges köddel, amikor csak folyékony halmazállapotú, –víz– aeroszolt hozunk létre. A víz a fagyvédelemkor aktuális hőmérsékleti sugárzást meghatározó (8-12 μm értékű) elektromágneses hullámokat jobban (abszorbeálja) elnyeli, mint a szilárd aeroszol. Ezért erőteljesebben melegszik, és ennek következtében, ha nem telített a levegő vízgőztartalma, hamar elpárol, ami tűnő hatást eredményez. Csak ha folyamatos a (hideg, vagy meleg) ködképzés, lehet biztonságos az alkalmazása. Ezért gyakoribb a füstölésnél leírt megoldások használata, amikor szilárdon kívül folyékony halmazállapotú aeroszol képződik, aminek a hatása hosszabb ideig észlelhető.

Melegítés

A fagykárt eredményező hideg légtömeg felmelegítéséhez szükséges energia forrása lehet: más közeg belsőenergia tartalmának csökkentése, amely e közegnek a

• hőmérséklet csökkenését (légkeverés), vagy
• fázis (halmazállapot) változását (öntözéses fagyvédelem)

eredményezi. Másik lehetőség:

• kémiai energia (pl. fűtőolaj, parafingyertya égetésével)
• villamos energia (változó elektromos tér létrehozásával

hőenergiává történő alakításával történhet.

Légkeverés

A 7.1. ábra szemlélteti a magassági hőmérséklet gradiens hazánkban lehetséges eseteit. Ezek közül az inverz hőmérsékleti eloszlásnál („B” és „C” esetben) a talajfelszín közeli léghőmérsékletűnél melegebb levegő helyezkedik el egy bizonyos magasságban. Ezért a talajmenti hideg és a magasban elhelyezkedő meleg levegő keveréke biztonságos védelmet nyújt az erőteljes talajmenti lehűlés ellen. E légtömegnek a talajmentihez való keverése kétféle képen valósítható meg vagy –stabil– szélgépekkel, vagy –mobil– helikopterekkel. A szélkerék tengelye alapján:

függőleges tengelyű:

• helikopter (7.5. ábra), addig lebeg egyhelyben, míg a talajközeli léghőmérséklet a fagypont fölé emelkedik. Az adott terület fölé rendszeresen (maximum 10 percenként) vissza kell térnie. Hazánkban ritkán használják.

• földön elhelyezett (7.6. ábra)

7.5. ábra helikopteres légkeverés

7.6. ábra Függőleges tengelyű szélgép

vízszintes tengelyű: mely lehet

• rotációs (körbeforgó)
• állandó szögsebességű
• változó szögsebességű, a szélirány alapján
• oszcilláló (90 - 180°-os szektorba forgó)

előny: rövidebb ciklusidő a szél irányába fújhat
hátrány: változó/megforduló széliránynál hatása megszűnhet

A szélgépek 10-12 méteres magasságban forgó, 2-2,5 méter hosszú, (2 vagy 3 ágú) ívelt lapátjai percenként 400–600 közötti fordulatszámmal a felső melegebb légrétegeket összekeverik az alsóbb hidegebb levegővel. Leggyakoribb az egyszerű kialakítású egyenletes sebességű körbeforgós légcsavar (7.7. ábra).

7.7. ábra Vízszintes tengelyű szélgép

Szokásos a váltakozó sebességű légcsavar is, amely az uralkodó széliránnyal szemben gyorsabban forog. A forgatáshoz villamos- vagy belsőégésű motor szükséges, de működtethető a traktor TLT-ről is. A vastag falú, nagyátmérőjű csőből készül oszlop, felső peremén lévő kúpfogaskerék-áttétel (7.8. ábra), révén a vízszintes tengelyű légcsavar 4-5 percenként végez egy körfordulatot az oszlop tengelye körül is, így képes az oszlop körüli levegőréteget körben is megmozgatni. Mínusz 5-7 °C-ig hatékony, termo-ventillátorokkal kiegészítve további 4-5 fokkal melegíti fel a terület levegőjét. Az ilyen kialakítású szélgéppel akár 5-5,5 ha gyümölcsös védhető meg a fagytól, ám bekerülési költsége jelenleg meghaladja a 10 millió forintot, viszont olyan helyeken, ahol a szélsebesség az év jelentős részében az 5-7 m/s értéket eléri, szélmotorként is használható. Használatakor viszont figyelembe kell venni, hogy a védekezést (légkeverést) lényegesen korábban el kell kezdeni, mint ahogyan a fagy bekövetkezik. Annál hatásosabb, minél nagyobb a hőmérsékleti inverzió, ha viszont nincs inverzió, használata igen káros lehet !

7.8. ábra Rotációs szélgép

Öntözéses fagyvédelem

Az eljárás alapja, hogy 1 liter (1 dm³) víz megfagyásakor majd 700 Wh hőenergia szabadul fel, és amíg van, pl. a növényi felületen víz fázisban H₂O e felület hőmérséklete nem csökken 0 °C alá. A sejtnedvek pedig valamilyen oldatok, melyek fagyáspontja mindig alacsonyabb (minimum mínusz 1-2 °C), mint a tiszta vízé.

A korszerű ültetvényeket ma már öntözőberendezéssel együtt tervezik, és általában olyan rendszert építenek, amely a vízpótló és klímaszabályozó öntözés mellett fagyvédelmi célokra is alkalmas.

A fagy elleni védekezés egyik közvetett lehetősége az ún. virágzáskésleltető öntözés, amelynek során esőztető öntözéssel hűtjük az ültetvényt, hogy a virágrügyek később kapják meg a fakadásukhoz szükséges hőösszeget. Ennek módja, hogy a tél végén, amikor a nappali léghőmérséklet már 7-9 °C, 10-20 perces időközönként 2-3 percig üzemeltetjük a szórófejeket alacsony, óránként 2-3 mm intenzitással, 2-3 héten át. A kísérletek eredményei szerint ezzel akár 1-2 héttel is késleltethető az őszibarack, az alma virágzása. Mivel ezért az öntözést már akár februárban el kell kezdeni, és ekkor még számíthatunk erősebb éjszakai fagyokra is, a berendezést is védeni kell az esetleges szétfagyástól. Az is előfordulhat, hogy olyan sok vizet kell kiöntöznünk, hogy a talajmunkák idejére járhatatlan lesz a terület. A másik közvetett módszer a fagyveszély előtti öntözés, amely során a talaj felszínét öntözzük. Mivel a nedves talaj hőtároló és hővezető képessége nagyobb, mint a száraz talajé, a talaj felszínéről kisugárzódó hő a növény hőveszteségének egy részét pótolja. Csak 1-1,5 méteres magasságban hatékony, így csak bogyós ültetvényekben alkalmazható.

A közvetlen fagyvédelmi öntözéskor a várható fagyos napokon a fagy beállta előtt meg kell kezdeni finom porlasztású esőztető berendezéssel az öntözést (7.9. ábra). A szükséges vízmennyiség attól függ, hogy (a mérlegegyenletből meghatározhatóan) mennyi víznek kell –jórészt– megfagynia a növény felületén. A megfagyó vízből (miközben látens hőjét leadja), képződő jégre folyamatosan víz kerül, az így keletkező víz-jég keverék (kása) hőmérséklete nem csökken 0 °C alá. Az így képződő jégkása, a növényt kérgező jégrétegről (7.10. ábra) folyamatosan lecsúszik, leesik. A kísérleti tapasztalatok szerint pl. zöldségkultúrában mínusz 6 °C-os fagy kártételének az elhárításához óránként legalább 1,5-3 mm-nyi, (hektáronként 15-30 m³) –esőztető– vízintenzitás szükséges. A fagyvédő öntözést mindaddig megszakítás nélkül kell végezni, ameddig a külső léghőmérséklet annyira felmelegszik, hogy a jégréteg leolvad a növényekről (napfelkelte után néhány órával). Ennek figyelmen kívül hagyása, vagy a szükséges kisebb intenzitású öntözésnél előfordulhat, hogy oly sok jég rakódik a fákra, hogy a jég súlyereje hatására lehasadnak, törnek gallyak, ágak. Megfelelően tervezett öntözőberendezés segítségével akár mínusz 12 °C-ot eredményező kisugárzási fagy, károsító hatása is semlegesíthető. Elvéből következően szállított fagynál is hatékony e védelem ! Ezért ez a legáltalánosabban alkalmazott fagyvédelmi eljárás hazánkban is.

7.9. ábra Hajnali fagyvédelmi öntözés

7.10. ábra Jégkérgeződés fagyvédelmi öntözéskor

Közvetlen védekezést tesz lehetővé az elárasztás is, amikor az egész kultúrát elárasztják vízzel. Ekkor a víz magas fajlagos hőkapacítása miatt vagy meg sem fagy, vagy ha kezd is megfagyni a víz a felszínen, de az alatt nem hűl hőmérséklete 0 °C alá. Ez az eljárás természetesen csak egészen különleges esetekben alkalmazható, midőn a növény elviseli az árasztást, továbbá a víz odavezetése kellő mennyiségben lehetséges és gazdaságos, elvezetése pedig szintén biztosítva van. Külföldön alacsony bogyós gyümölcsöket (leginkább: áfonyát) védenek így.

Hőlégfúvó

A 7.11. ábra szerinti (vontatható) hengeres kazán elülső részén hidromotorral hajtott nagy légáramú axiálventilátor szállítja és keveri a hőenergia felszabadulását eredményező égéshez szükséges levegőt.

7.11. ábra Vontatható hőlégfúvó

E kazánnak a 7.12. ábra szerinti belsejében elhelyezett (1) égőfejhez alulról (7) kerül az égéshez szükséges légáram. A beszívott és felmelegített levegő a (3) terelő lemez és a ventilátor szívó hatása következtében a belső és külső (4) hengerfelület közötti körgyűrű-keresztmetszeten áramlik tovább a ventilátor felé, de közben keveredik a kívülről beszívott hideg levegővel olyan arányban, hogy a kilépő levegő hőmérséklete a 40 °C-t ne haladja meg. Az ennél melegebb levegő a kisebb sűrűsége miatt már inkább felfelé áramlana, így fagyvédelmi hatása csökkenne.

7.12. ábra A hőlégfúvó kialakítása

E kialakítást vontatva az a tapasztalat, hogy általában nem megfelelő a hideg és a kifújt (maximum 40 °C-os) levegő keveredése, és az 5-8 m/s kezdősebességgel haladó légsugár csupán 15-20 m távolságig hatásos. A hatásosság növelése érdekében olyan terelő kialakítás készült melynek révén a haladási irányra merőlegesen fúj egy irányba (1 db.) vagy mindkét irányba a (2 db.) ventilátor. Az utóbbi kialakítással közel 15 ha gyümölcsös volt bejárható, és -3 °C-os fagyban védelemben részesíthető.

A nagyobb ültetvényfelületek hatékony védelme érdekében a hőlégfúvó nyomócsonkjára maximum 65 m hosszú 1000 mm átmérőjű fóliatömlőt húznak, majd ezt a fővezetéket a sortávolsággal egyező távolságra megcsapolják 400 mm átmérőjű, (oldalanként 50-nél nem több) 30 mm-es lyukakat tartalmazó (maximum 125 m hosszú) mellékvezetékekkel. Ezzel a 7.13. ábra szerinti kialakítással nagy felületeket lehet viszonylag kis költséggel behálózni, ill. viszonylagos egyenletességgel a meleg légáramot szétosztani. Végezetül az energiahordozó, az (1) égőfej fűtőolaj igénye hektáronként akár 100 liter lehet óránként!

7.13. ábra A meleg légáram tömlős szétosztása

Fagyvédelmi olajkályha

Gyümölcsösökben a felszín közeli légrétegekben kialakuló fagyoknak elhárítására hatékony eszköz. Az olajkályhák (7.14. ábra) alsó kb. 20 literes beöntő és légzőnyílással ellátott tartályához enyhén kúpos perforált, majd hengeres körtőben végződő felső felülete akár 600 °C-ra felmelegszik, melynek az erőteljes –hő– sugárzása a levegőt jó hatásfokkal melegíti fel. A felső hengeres részből a füstgázok egy részének az (7.14. ábra szerinti) égéstérbe való visszavezetésével a fűtőolaj gőzeinek előmelegítésével a gyengébb minőségű fűtőolaj alkalmazása is lehetővé válik, és a gőzök hígításával pedig csökkenthető a koromképződés. A kályhákat a sugárzásos hőáramuk miatt a növényektől (szőlő, gyümölcsfa) legalább fél méter távolságra kell elhelyezni. A védekezés abban az esetben hatásos, ha a kályhasűrűség –háromszög kötésben– minimum 200, de lehet akár 500 db. is hektáronként. E kályhák sugárzáson hőárama hatására felmelegedő levegőhöz hozzákeveredik a kályhákból távozó meleg légnemű égésterméket tartalmazó légáram is. E meleg, és e miatt kisebb sűrűségű levegő a gyümölcsös egész területén felfelé kezd áramlani. E légárammal távozó levegőt a szegélyeken beáramló hideg levegő pótolja (a széltől függetlenül is). Ennek hűtőhatását kompenzálandó minden oldalon a szélső sorokban a kályhák sűrűsége (a köztük lévő távolságot felére csökkentve) kétszerese, mint a táblán belül. Ezért itt akár minden fára juthat 1 olajkályha. A levegő felfelé való áramlása kisebb, ha -mettől nagyobb- inverzió van. Ez esetben a felfelé áramló levegő hamar annyira lehűl, hogy hőmérséklete alacsonyabb lesz, mint a „plafon” feletti melegebb levegőé, ezért csak a fagyveszélyes alsó légréteget melegíti.

7.14. Fagyvédelmi olajkályha

E módszerrel akár 4 °C-os léghőmérséklet csökkenés ellensúlyozható. Az olajkályhák fogyasztása 1,2-3,5 liter óránként, ezzel fűtőteljesítményük 11-32 kW. Hazánkban e módszer nem terjedt el, és a jelenlegi (beruházási és üzemeltetési + a számszerűsített fűtőolaj igény) árak sem kedveznek hazai alkalmazásuknak. Amerikában viszont gyakran használják (7.15. ábra). A melegítés egyszerűbb, modernebb változata a paraffingyertyák égetése, ami nem olcsó, de mínusz 6-7 °C esetén is hatékony. Fánként 1 gyertyával kell számolni, aminek az ára közel 1500 forint, ám két évig is használható.

7.15. ábra Fagyvédelmi olajkályha gyümölcsösben

Kapacitív fagyvédelem

Az ültetvény fölé a 7.16. ábra szerint a talaj felé elektromosan szigetelt („A” felületű) fémhálót helyeznek el. A talajhoz (az egyik fegyverzet) képest közel párhuzamosan („d” közepes távolságra) elhelyezkedő fémháló (a másik fegyverzet) kondenzátort képez feszültségforrásra kapcsoláskor.

7.16. ábra A kapacitív fagyvédelem kialakítása

A feszültség hatására feltöltődő kondenzátor egyik fegyverzetében a másikhoz képest több, ill. kevesebb töltéshordozó halmozódik fel. Ennek nagyságát számszerűsíti a kondenzátor kapacitása.

Az összefüggés alapján látható ennek értéke a geometriai paramétereken kívül a fegyverzet közötti közeg (az elektromos tér szempontjából dielektrikum) relatív dielektromos állandójától függ, mivel  ε₀ a [vákuum dielektromos állandója] értéke:  1/(4·π·9·10⁹). Feltöltött kondenzátor fegyverzetei között kialakuló elektromos térben a víz molekulák, tekintettel dipólus szerkezetükre (7.17. ábra) a 7.18. ábra szerint helyezkednek el.

7.17. ábra A víz szerkezete.

7.18. ábra A vízmolekulák elhelyezkedése a változó polaritású mezőben

A 7.16. ábra szerinti G generátor (nagyfeszültségű áramforrás) hatására kialakuló változó elektromos térben hol a 7.18. ábra bal, hol ezen ábra jobb oldalán látható módon helyezkednek el a vízmolekulák. Az átrendeződések során azonban a molekulák közötti súrlódás (a folyadék, sejtnedv viszkozitása) miatt a teljes térfogatban egyenletes eloszlású, és folyamatos hőfejlődéssel jár. Az így felszabaduló hőenergia értéke vagy a fegyverezetek közötti, effektív feszültség értékének, és/vagy a polaritás váltás frekvenciájának változtatásával növelhető, ill. csökkenthető. Ez alapján a kívánt hőáram értékének beállítása könnyen automatizálható. A gyakorlatban a növény reprezentatív pontján elhelyezett hőmérséklet érzékelővel a generátor gerjesztőáram nagyságát szabályozzák, aminek hatására a fegyverzetek közötti effektív feszültség értéke változik. A kísérletek szerint -7 °C külső hőmérsékletnél 3 °C-ra beállított növényhőmérsékletnél m² növényfelületről távozó hőáram kb. 100 W. Ennek semlegesítéséhez 11 kV-os effektív feszültségnél a generátor 1 kW teljesítménye szükséges. Sajnos az ilyen berendezés beruházása és működtetése költséges. Ezért csak valamilyen szempontból értékes (pl. fajtagyűjtemény, nemesítési, kutatási célú) növényállománynál lehet indokolt a használata. Igaz a megfelelő kialakítású, színű –elektromos áramot vezető– háló jég-, és madárkárok ellen is védelmet nyújt.

Ellenőrző kérdések:

1. Hogyan alakul a talaj feletti hőmérséklet a szállított és a sugárzási fagyveszély esetében?
2. Mely esetekben és milyen technikai megoldásokkal lehet füstöléssel védekezni a fagyveszély ellen?
3. Mely esetekben és milyen technikai megoldásokkal lehet légkeveréssel védekezni a fagyveszély ellen?
4. Mi a fizikai alapja a fagyvédelmi öntözésnek?
5. Hol, milyen kialakítással lehet a kapacitív fagyvédelmet megvalósítani?