4.3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ ПРИ ИСКУССТВЕННОМ ОБЛУЧЕНИИ

В последнее время значительно возрос интерес к выращиванию растений, преимущественно овощей, в различного рода вспомогательных, помещениях, промышленных предприятий. Появляются теплицы на кровле цехов, например теплица АЗЛК, оборудуются установками облучения и подачи питательного раствора чердачные помещения.

И в том, и в другом случае необходим тщательный выбор соответствующей технологии. Вполне естественно, что на кровле на высоте нескольких десятков метров неуместно выращивание на грунте с большим объемом субстрата на одно растение. Более предпочтительна малообъемная гидропоника на торфяных или минераловатных плитах. Однако и в этом случае чрезвычайно затруднены операции по замене субстрата после выработки им ресурса.

Оптимальными с точки зрения применения в высотных сооружениях защищенного грунта, являются различные модификации водяной культуры. Можно применить проточную или аэроводную культуру, возможны и иные конструктивные решения, но с обязательной циркуляцией и аэрацией питательного раствора. Однако при конструировании самой системы и средств автоматического управления необходимо обеспечить достаточно надежное резервирование, особенно по каналу циркуляции и обеспеченности растений питательным раствором. Необходимо всегда помнить, что перерыв в снабжении питательным раствором или водой более 2 ч приводит к отмиранию корневой системы и к гибели растений.

В традиционных гидропонных системах с приемным баком надежность в основном обеспечивается благодаря резервированию насосных агрегатов. Однако если потребитель не относится по надежности энергоснабжения к первой категории, то в этом случае возможна гибель растений при длительном (свыше 2 ч) отключения электроэнергии. В таких случаях нужно иметь автономный резервный источник электроэнергии или резервный насос от двигателя внутреннего сгорания.

Более надежными являются системы с внутренними, технологическими запасами надежности. Одна из таких систем изображена на рис. 52 [20]. Особенность этой схемы заключается в том, что питательный раствор хранится не в специальном баке, а в емкостях для выращивания растений, разделенных на две части. Питательный раствор не перекачивается из бака в емкости и наоборот, а циркулирует между двумя группами емкостей. При отключении циркуляционного насоса на длительное время питательный раствор остается в корневой зоне растений на стабильном уровне.

Рис. 52. Технологическая схема циркуляции питательного раствора в установке без приемного бака: 1 — поддоны первой секции; 2 — поддоны второй секции; 3 — промежуточные емкости; 4 - насосы; 5 - датчики уровня

Если растения будут выращиваться в темном помещении, необходима система облучения. В соответствии с нормами технологического проектирования при светокультуре растений требуемая облученность должна составлять 80 Вт/м² (ФАР) для культуры огурца и 95 Вт/м² для культуры томата. При использовании ламп ДРИ400, ДНаТ400, ДРФ1000 удельная электрическая мощность облучательных установок должна составлять 360 и 400 Вт/м². При применении ламп большей мощности типов ДРИ2000 и ДМ4-3000 удельную мощность увеличивают до 460-540 Вт/м².

При этом облучатели с лампами ДРИ400, ДШТ400 и ДРФ1000 располагают над рядами растений, но не ближе чем в 0,5 м от растений, Рекомендуемое соотношение между натриевыми (ДНаТ400) и металлогалогенными (ДРИ400) источниками должно быть 3:1. Облучательные установки с лампами ДРИ2000 и ДМ4-3000 подвешивают на высоте 2-2,5 м от нулевой отметки, взаимное их расположение определяется расчетной удельной мощностью и размерами помещения.

В помещениях, оборудованных облучательными установками, выделяется избыточное тепло, которое необходимо удалять при помощи системы вентиляции. Чтобы избежать осушения воздуха при вентилировании, а также для снижения требуемой производительности вентиляционной системы помещения оборудуют системами испарительного охлаждения и увлажнения (СИОУ).

Система испарительного охлаждения и увлажнения выпускается Очерским механическим заводом (Пермская область). Система состоит из оросителей и устанавливаемых на них с шагом 3 м распылителей. Рабочее давление в оросителях 0,7-0,8 МПа, расход распылителя 0,0233 л/с. При площади теплицы до 1000 м² система включается сразу во всей теплице, при большей площади происходит поочередное включение участков при помощи электромагнитных клапанов. При проектировании системы испарительного охлаждения следует учесть, что на лампы облучательных установок не должна попадать вода, т.е. взаимное расположение систем должно удовлетворять этому требованию. В качестве примера на рис. 53 показано расположение систем облучения и испарительного охлаждения в помещении площадью 120 м².

Рис. 53. План размещения облучателей и системы испарительного охлаждения: 1 - облучатели ОТ-3000; 2 - оросители; 3 - форсунки

Отопительно-вентиляционное оборудование выбирается из расчета обеспечения компенсации теплопотерь сооружения при отключенной системе облучения. Вторым критерием при выборе теплопроизводительности системы отопления является требуемый подогрев приточного воздуха при осушении помещения. Необходимая кратность вентиляции рассчитывается также по двум критериям: по предельной температуре и относительной влажности воздуха. Расчеты проводятся с учетом влияния растений и системы испарительною охлаждения.

Как правило, удельная теплопроизводительность систем отопления капитальных сооружений для выращивания растений при искусственном облучении в центральных районах должна составлять 200-220 Вт/м², Максимальная кратность воздухообмена системы вентиляции - 50-60 объемов в час, минимальная - 5-10 объемов в час. Поскольку требуемая кратность воздухообмена зависит от сроков эксплуатации сооружений и фазы развития культуры, необходимо предусмотреть возможность включения в работу одного или нескольких вентиляционных агрегатов. Наличие нескольких агрегатов способствует также повышению надежности системы.

Приточно-вытяжная система проектируется, как правило, с установкой вытяжных вентиляторов центробежного или крышного типа. На стороне притока устанавливаются воздушные клапаны с электроподогревом типа КВУ.

Управление отопительно-вентнляционными системами производится по команде термо- и влагорегуляторов, системой облучения и испарительного охлаждения - по временной программе. Принципиальная схема управления для теплицы площадью 120 м² представлена на рис. 54. Схема работает следующим образом. Электродвигатель калорифера включается магнитным пускателем КМ5 от кнопки в ручном режиме или промежуточным репе К4, получающим питание от терморегулятора А2 типа ПТР-2-04. Выбор режима управления осуществляется ключом SA1.

Рис. 54. Принципиальная схема управления отопительно-вентиляционным оборудованием в помещении с дополнительным облучением растений

Приточно-вытяжная система вентиляции, состоящая из четырех вытяжных вентиляторов и утепленного воздушного клапана типа КВУ, управляется терморегулятором А1 типа ПТР-3-04 и регулятором влажности типа СПР-3-04. При незначительном повышении температуры включаются вытяжные вентиляторы базисного режима через контакты промежуточного реле K1. Вытяжные вентиляторы пикового режима включаются промежуточным реле К2 при дальнейшем повышении температуры. Вытяжные вентиляторы включаются также при повышении влажности воздуха промежуточным реле К5. Включение вытяжных вентиляторов блокируется при понижении температуры и срабатывании терморегулятора ПТР-2-04. Блокировка осуществляется контактами промежуточного реле К4. Выбор ручного или автоматического управления вентиляторами осуществляется ключом SA1, выбор базисного или пикового режимов - ключами SA2-SA5.

Одновременно с включением вытяжных вентиляторов происходит открытие приточных жалюзи с предварительным их прогревом в холодное время года. Включение жалюзи осуществляется контактами реле К1 и К2, выключение - контактами промежуточного реле КЗ. В зимнее время перед открытием жалюзи происходит их предварительный прогрев в течение времени, заданного реле КТЗ типа BC-10-35.

Система испарительного охлаждения и увлажнения включается одновременно с системой облучения программным реле времени КЭП-1, если в сооружении относительная влажность воздуха в норме. Блокировка по влажности осуществляется контактами промежуточного реле К6. При программном включении системы получает питание реле времени КТ2, которое включает в работу реле времени КТ1. Реле времени КТ1 обеспечивает работу насоса системы испарительного охлаждения (магнитный пускатель КМ6) в течение 10 с. Периодичность включения системы определяется настройкой реле времени КТ2 (0-30 мин). Аналогично включается система при команде от регулятора влажности (промежуточное реле Кб). В этом случае рабочий цикл также определяется реле времени КТ1, а периодичность включений — реле времени КТ4.