Технологии закрытого грунта теплицы

Технологии современного тепличного производства.

В настоящее время выращивание овощей, цветов и других культур в теплицах уже невозможно представить без компьютерных систем управления технологическими процессами (полив растений, подкормки удобрениями, регулирование микроклимата).
В связи с этим в тепличном производстве повысились требования к агрономическому персоналу. Современный специалист сегодня должен не только владеть компьютером, но и грамотно вводить технологические параметры управления. Чтобы справляться с поставленными задачами, агрономы должны постоянно совершенствоваться в своих знаниях.
Для получения высоких урожаев агроном учитывает много факторов. Одним из наиболее важных является выбор сорта. Среди огромного разнообразия надо выбрать тот, который больше всего подходит для зоны выращивания, типа теплицы и т.д. Важную роль играет субстрат. Чтобы принять решение, агроном взвешивает все плюсы и минусы и находит оптимальный вариант. Вопросы полива и питания растений требуют грамотного подхода. Ведь очень важно обеспечить растения водой и элементами питания в период роста и плодоношения. А для этого надо знать физиологию растений и владеть агрохимическими знаниями. На рынке сегодня можно встретить разнообразные виды удобрений и подобрать их для конкретного случая — это тоже одна из важнейших задач для агронома.
Таким образом, повышение урожайности в тепличном производстве невозможно без присутствия грамотных специалистов-агрономов, знающих дело и понимающих растения.

Управление микроклиматом в промышленных теплицах

Современные технологии выращивания овощей, рассады, цветов и зеленных культур требуют постоянного поддержания определенных режимов микроклимата в теплицах.
Тепличное производство относится к числу наиболее энергоемких производств. В среднем затраты на обогрев теплиц составляют 40-80% от себестоимости продукции. К примеру, на обогрев 1 Га зимних теплиц расходуется более 200 тонн условного топлива в год, поэтому повышение эффективности его использования имеет важное значение.

Автоматизация систем управления микроклиматом в защищенном грунте позволяет экономить 15-25% тепла при росте урожайности, улучшения условий труда персонала и повышении общей культуры производства.

Современная теплица как объект управления температурно-влажностным режимом характеризуется крайне неудовлетворительной динамикой и нестабильностью параметров, вытекающими из особенностей технологии производства. В то же время агротехнические нормы предписывают высокую точность стабилизации температуры (+/-1градус), своевременное её изменение в зависимости от уровня фотосинтетически активной облученности, фазы развития растений и времени суток. Все эти обстоятельства предъявляют высокие требования к функционированию и техническому совершенствованию оборудования автоматизации управления микроклиматом в теплицах.

Гидропонный метод выращивания овощей в теплицах

Тепличное производство в настоящее время развивается как динамичная и эффективная отрасль сельского хозяйства, имеющая значение для снабжения населения свежими и богатыми витаминами овощами, а также цветами в период, когда из открытого грунта не поступает продукция.
В строительство и эксплуатацию остекленных теплиц вложены значительные средства. Кроме того, на фоне усиливающегося кризиса тепличное производство является одним из наиболее энергоемких в сельском хозяйстве. В настоящее время перед тепличными комбинатами стоит задача повышения эффективности производства. Эта задача может быть решена только путем реконструкции, модернизации и применения новых технологий.
В сельском хозяйстве, особенно в тепличном производстве, научно-технический прогресс охватывает, прежде всего, все факторы интенсификации — удобрение, полив, сортовой состав, микроклимат и способы выращивания культур. Однако существующие традиционные технологии ограничивают возможности улучшения производственных результатов.
Одно из новейших направлений тепличного производства за рубежом и в нашей стране — выращивание овощей на гидропонике с использованием всех достижений химии, биологии и электроники. Интерес к этим технологиям постоянно возрастает, поскольку они предоставляют практике огромные возможности резкого повышения урожаев и качества продукции при несравнимо лучших условиях труда.
С внедрением в производство автоматизированных систем полива и питания растений появилась возможность беспочвенного выращивания овощей. Результаты исследований и внедрения новых технологий отражают следующие преимущества гидропонных способов:
— получение высоких и устойчивых урожаев с повышенным качеством продукции,
— уменьшение энергоемкости на единицу продукции,
— повышение производительности труда за счет исключения трудоемких процессов (пропаривание, обработка, замена грунта и др.), связанных с использованием почвы,
— наличие условий для оптимизации водного, воздушного режимов и минерального питания на основе программирования с использованием микропроцессорной техники,
— возможность стандартизации агротехники и питательных растворов по культурам, что облегчает технологический процесс,
— автоматизация и перевод на базу электроники рабочих процессов, что сводит до минимума расход труда, воды, удобрений,
— более легкая борьба с болезнями и вредителями растений,
— возможность использования территорий, непригодных для обычного выращивания овощных культур,
— значительное улучшение условий для работающих в теплицах.

Настоящее и будущее гидропоники определяются, прежде всего, решением многих организационных и технических вопросов, из которых наиболее важны следующие:
— разработка программы развития гидропоники и помощи тепличным комбинатам при ее внедрении в производство,
— производство технологического оборудования для новых систем — узлов питания, систем капельного полива, портативных измерительных приборов и др.,
— производство дешевых минеральных удобрений с качеством, отвечающим требованиям технологии,
— организация агрохимического контроля и разработка рекомендаций по применению удобрений.

Решение этих вопросов даст возможность путем использования гидропонных методов увеличить производство продуктов сельского хозяйства.

Капельное орошение в промышленных теплицах

Одно из перспективных направлений совершенствования технологии полива в промышленных теплицах заключается в применении капельного орошения, имеющего ряд преимуществ перед традиционными способами полива (шланговый полив, дождевание).
Принцип капельного орошения заключается в подаче требуемого количества влаги и питательных веществ непосредственно к корневой зоне растений, что позволяет обеспечить оптимальный водно-воздушный и питательный режимы тепличного грунта (или субстрата), повышает урожайность, сокращает расход воды и удобрений, снижает заболеваемость растений и возможность распространения болезней.
Капельное орошение является основным способом полива при выращивании растений методом малообъемной гидропоники.

Малообъемная технология выращивания овощей в теплицах, так называемая «малообъемка» предусматривает создание оптимальных водно-воздушных, питательных и температурных параметров в корнеобитаемой зоне растений, которая в отличие от традиционной почвенной технологии сокращена до 2-15 л субстрата на одно растение.
Объем субстрата для жизнедеятельности корневой системы весьма ограничен и представляет собой химически нейтральную среду, поэтому подача воды, питательных элементов и тепла для поддержания заданных условий должны осуществляться своевременно и в требуемых количествах.
При гидропонных технологиях качество воды имеет первостепенное значение. К наиболее важным показателям относятся:
— общая концентрация растворимых солей,
— содержание натрия, хлора, бора и других элементов, усвояемых растениями в малой степени и при накоплении в растворе действующих токсично,
— содержание бикарбонатов, их соотношение и суммарная концентрация кальция и магния,
— жесткость воды.
В состав оборудования для создания оптимальных условий в корневой зоне растений входят:
— пленочные (полиэтиленовые, асбоцементные) желоба или контейнеры, в которых находится субстрат (торфоплиты, плиты из минеральной ваты, перлит и др.), субстрат закрывают белой непрозрачной пленкой, в прорези пленки устанавливают кубики с рассадой;
— растворный узел для приготовления и подачи питательного раствора, состоящий из емкостей с маточными растворами и кислотой, насосов и арматуры для их дозирования, смесительной емкости (миксера), насоса для перемешивания рабочего раствора и подачи его в теплицу, фильтров, датчиков температуры, кислотности, электропроводности, расходомера и автоматизированного контроллера с пультом управления процессом полива;
— магистральный трубопровод и капельная сеть, по которым в теплице распределяется питательный раствор по заданной программе.

Применение новой технологии в тепличном овощеводстве позволяет:
— повышать урожайность (до 40%);
— уменьшить себестоимость продукции;
— снижать потребность в субстратах на торфяной основе, а в ряде случаев исключать их полностью (при использовании минваты, перлита и др.);
— исключать все технологические операции, связанные с обработкой почвы: пахоту, пропаривание, внесение удобрений, поднятие и опускание регистров обогрева и др.;
— улучшать фитосанитарные условия в теплицах, снижать заболеваемость растений;
— полностью автоматизировать процессы приготовления и подачи минерального питания.

Источник статьи: http://agroru.com/news/tehnologii-sovremennogo-teplichnogo-proizvodstva-111932.htm

Полностью закрытая теплица с технологией поддержания параметров микроклимата

На сегодняшний день наиболее современными теплицами считаются «полузакрытые» теплицы так называемого пятого поколения с технологиями типа Ultra Clima (от компании KUBO) или Suprim Air (от компании CERTHON). Применение таких технологий позволяет получить следующие преимущества по сравнению с обычными блочными теплицами:

обеспечивают искусственную циркуляцию воздуха в теплице, что создает активный микроклимат, благоприятный для растений, и позволяет повторно использовать тепловую энергию, которая из-под кровли возвращается к основанию теплицы (в том числе и тепло, которое образуется при работе системы искусственного освещения);

дают возможность догревать забираемый из-под кровли воздух с помощью калориферов, или охлаждать его путем подмешивания наружного воздуха, охлаждаемого с помощью так называемых «влажных матрасов» или адиабатических панелей, на которые подается вода. При прохождении через эти панели (или «матрасы») воздух понижает свою температуру за счет испарительного охлаждения;

они позволяет экономить и поддерживать оптимальный уровень СО₂ в воздухе теплицы;

за счет малого количества форточек в теплице экономится тепловая энергия и уменьшается коэффициент затенения;

за счет создания избыточного внутреннего давления такие системы позволяют защитить теплицу от проникновения вредителей и инфекционных начал.

И тем не менее, эти технологии не решают всех проблем. Они не позволяют достаточно эффективно бороться с излишней влажностью воздуха в теплице. Именно поэтому в ней оставлены форточки. Пусть и меньшее количество, но оставлено. Такая теплица называется «полузакрытой», поскольку она не может быть полностью закрытой.

Разумеется, искусственная циркуляция воздуха в теплице имеет положительное значение, но на ее создание нужно затрачивать энергию. Вентиляторы (и всасывающие воздух из-под конька теплицы, и загоняющие воздух в теплицу через рукава под лотками с растениями) должны непрерывно работать. Воздух, подаваемый в теплицу через рукава под лотками с растениями, не может нагреваться выше 40-45°С. Соответственно, эти рукава, видимо, могут заменять ростовую трубу (трубу зонального обогрева), но не могут служить основным элементом системы обогрева.

Основную нагрузку по обогреву теплицы по-прежнему должны нести все остальные контуры водотрубной системы обогрева.

Наконец, система испарительного охлаждения воздуха может работать эффективно только в сухом климате, с низкой относительной влажностью воздуха. Именно поэтому создатели подобных технологий и таких теплиц никогда не рекомендовали применять их в умеренном климате. Наилучшие результаты полузакрытая теплица показывает в пустынных, полузасушливых и частично умеренных климатических зонах с очень сухим летом. На территории России таких зон практически нет. Ни Крым, ни Северный Кавказ в эти зоны не попадают. Попадают только низовья Волги (рис. 1).

Какой же должна быть теплица следующего поколения, в которой вышеназванные проблемы решались бы с большей эффективностью, чем в «полузакрытой» теплице так называемого пятого поколения?

Наиболее перспективными в плане внедрения новых технологий управления микроклиматом представляются теплицы ангарного типа, поскольку в них (в отличие от блочных теплиц типа «Венло») не нарушается естественная конвекция воздушных потоков.

В блочной теплице, у которой пролет перекрыт кровлей с несколькими коньками (тип «Венло»), воздух, охлажденный на кровле, опускается вниз и смешивается уже на уровне «голов» растений с теплым воздухом, поднимающимся вверх. Именно поэтому в полузакрытой теплице циркуляция воздуха создается искусственно, путем его забора из-под кровли и подачи в производственную зону снизу через специальные рукава с помощью нагнетательных вентиляторов (рис. 2).

В ангарной же теплице нагреваемый в теплице воздух поднимается вверх, охлаждается, соприкасаясь с наружным ограждением теплицы, и опускается вдоль стенок теплицы до самого низа, где уже смешивается с теплым воздухом, разбавляя его.

Потом снова нагревается, поднимается, охлаждается, опускается и т.д. То есть здесь естественная конвекция работает нормальным образом (рис. 3).

Однако при естественной конвекции температурное поле в теплице не выровнено (рис. 4). Понятно, что растения, находящиеся в центре шатра, и растения, расположенные в боковых рядах, будут находиться в разных температурных условиях.

Если же влажность воздуха в теплице превысит допустимые значения, то для избавления от слишком влажного воздуха придется открывать форточки. Ни один из существующих типов теплиц (включая полузакрытые теплицы) не имеет другой возможности для решения этой проблемы. Но, одновременно с выпуском теплого и влажного воздуха через форточки на улицу, точно такой же объем более холодного воздуха попадает внутрь теплицы (рис. 5).

Причем попадает он прямо на верхушки растений. Далее этот прохладный воздух необходимо нагреть (т.е. затратить дополнительную энергию, которую можно было бы не тратить, если бы у нас была возможность удалить излишнюю влагу из воздуха внутри теплицы, не открывая форточки). При нагревании воздух будет расширяться (увеличиваться в объеме) и стремиться через все неплотности в покрытии теплицы (прежде всего в районе форточек) выйти наружу, что опять же грозит потерями тепла.

Для решения этих проблем необходимо вдоль обеих стен теплицы установить шторы, отделив ими боковые зоны («карманы»). В результате естественная конвекция воздушных потоков в теплице изменится. Холодный воздух, стекая в боковые «карманы», уже не будет смешиваться с теплым воздухом в центре теплицы, и температурное поле в зоне роста растений станет более выровненным.

По крайней мере, до тех пор пока холодный воздух не заполнит полностью боковые «карманы» и не начнет переливаться в производственную зону теплицы.

Чтобы этого не случилось, холодный воздух из боковых «карманов» удаляется минимум с той же скоростью, с какой он туда поступает. Из боковых «карманов» воздух попадает в специальную камеру («камера смешения воздуха»). Эта камера смешения используется для того, чтобы доработать воздух до нужных параметров не только по температуре, но и по влажности, и по содержанию в нем СО₂.

Т.е. из этой камеры воздух в теплицу поступает уже с нужными характеристиками. Чтобы поступающий в теплицу воздух равномерно распределялся по теплице, камеры смешения воздуха необходимо размещать с противоположных торцов теплицы по диагонали, снабдив их дополнительными клапанами для подсоса воздуха из внутреннего объема теплицы, а посередине теплицы установить еще одну штору. При этом воздушный поток в производственную зону теплицы подается напрямую в подлотковое пространство с помощью высоконапорных центробежных вентиляторов (рис.6).

Таким образом, естественная вертикальная конвекция воздуха в теплице дополняется вынужденной горизонтальной конвекцией, что обеспечивает абсолютно равномерное распределение воздушных потоков и, соответственно, идеальную выровненность микроклимата. Такое, в общем-то простое, решение позволяет разделить разнотемпературные воздушные потоки в теплице (причем разделить за счет естественной конвекции, без дополнительных затрат энергии!), предоставляя возможность управления ими: как с точки зрения поддержания в них необходимого уровня температуры, влажности и содержания СО₂, так и с точки зрения кратности воздухообмена в теплице.

Кроме функции разделения разнотемпературных воздушных потоков, боковые «карманы» выполняют еще несколько важных функций. Во-первых, за счет наличия боковых «карманов» уменьшается температурный градиент между наружным и внутренним воздухом теплицы. А это приводит к снижению теплопотерь!

Во-вторых, наличие относительно холодного воздуха в боковых карманах позволяет очень эффективно избавляться от излишней влаги в воздухе. При охлаждении воздуха его относительная влажность увеличивается и может достигать «точки росы». В этом случае излишняя влага из воздуха выпадает в виде конденсата. В полностью закрытой теплице это происходит в боковых «карманах». Вся боковая поверхность теплицы на высоту бокового «кармана» – это поверхность конденсации! И размер этой поверхности у полностью закрытой теплицы ангарного типа в разы больше, чем у полузакрытой теплицы блочного типа (по отношению к общей площади теплицы)! За счет конденсации влаги на этой поверхности ее излишки удаляются из воздуха и отводятся тут же, в боковых «карманах», через дренажные коллекторы.

Таким образом, отпадает необходимость в использовании форточной вентиляции. Она полностью заменяется на приточно-вытяжную.

При таком способе вентиляции наружный воздух попадает внутрь теплицы только через камеры смешения воздуха, в которые поступает через специальные клапаны с фильтрами. Принимая во внимание отсутствие форточек и избыточное внутреннее давление, создаваемое высоконапорными центробежными вентиляторами, это практически полностью исключает возможность проникновения вредителей и инфекционных начал снаружи внутрь теплицы. Осуществляя забор наружного воздуха через камеры смешения воздуха, можно комбинировать соотношение объемов холодного воздуха из боковых «карманов», теплого воздуха из производственной зоны и наружного воздуха.

Особо важную роль приточно-вытяжная вентиляция играет в летнее время. В жаркое время года температура воздуха внутри теплицы за счет парникового эффекта обычно превышает температуру наружного воздуха. Справиться с этой проблемой за счет естественного проветривания через форточную вентиляцию практически невозможно. С помощью системы испарительного охлаждения в обычной теплице мы можем понизить температуру воздуха на 3-4°С, в теплице с технологией типа Ultra Clima или SuprimAir – максимум на 5-7°С (имеется в виду в нашей зоне, где влажность наружного воздуха в самый жаркий месяц не опускается ниже 60-50%).

В теплице с приточно-вытяжной вентиляцией появляется возможность, во-первых, просто вытеснить внутренний воздух наружным и, таким образом, выровнять температуру снаружи и внутри теплицы.

При этом нужно понимать, что быстрее всего нагревается воздух именно в боковых «карманах». Поэтому, выдувая перегретый воздух из боковых «карманов», и подавая наружный воздух в производственную зону теплицы, мы имеем возможность вентилировать теплицу очень эффективно (рис. 7).

Кроме того, если использовать калориферы, установленные в камерах смешения воздуха, для охлаждения наружного воздуха, то внутри теплицы температура будет оптимальной даже в самые жаркие летние дни. Для этого на теплообменники калориферов подается холодная вода. Самое простое решение – использовать воду из скважин. Средняя температура воды, поднимаемой из скважин, в большинстве случаев не превышает +10°С. Этого вполне достаточно для того, чтобы эффективно понижать температуру наружного воздуха и на 10, а если надо, то и на большее количество градусов.

Полностью закрытая теплица с технологией управления разделенными воздушными потоками (технология CODA – от англ. Cоntrol Of Devided Airflows) запатентована (патент РФ № 2549087). Закончена разработка проектной документации на конструкцию теплицы под технологию управления разделенными воздушными потоками.

По нашим расчетам одним из наиболее оптимальных вариантов является теплица ангарного типа с шириной пролета 14 м. При такой ширине в теплице помещается 7 полноценных рядов подвесных лотков (центральный ряд – двойной) с проходами вокруг них, что позволяет (с учетом высоты шпалеры в 4 м) использовать любые современные технологии выращивания, включая технологию с приспусканием растений (рис. 8).

Кровля теплицы покрывается двойной пленкой с поддувом между слоями пленки. Боковые стенки – одинарный слой пленки или однослойный профилированный пластик. По коньку – вытяжные вентиляторы. У торцов теплицы по диагонали – камеры смешения воздуха с заборными клапанами для забора воздуха из бокового кармана, из производственной зоны теплицы, снаружи теплицы.

Основной контур обогрева – регистры надпочвенного обогрева. Дополнительный обогрев – с помощью калориферов, размещенных в камерах смешения воздуха.

Горячая вода для регистров надпочвенного обогрева и для калориферов нагрева воздуха в камерах смешения нагревается с помощью котлов пульсирующего горения (из расчета мощности в 200 кВт по теплу на площадь 1000 м 2 ).

Все оборудование работает в автоматическом режиме (разработано специальное программное обеспечение) и управляется отечественной автоматикой по данным датчиков метеопараметров снаружи теплицы и по датчикам температуры и влажности воздуха, содержания СО₂ в воздухе внутри теплицы

Предварительные расчеты показывают, что стоимость такой конструкции вместе со стоимостью необходимого оборудования (включая котлы!) в два раза ниже стоимости аналогичной по площади стеклянной блочной теплицы (без стоимости котельной!).

Суммируя вышесказанное, все отличия «полностью закрытой» теплицы с технологией управления разделенными воздушными потоками от «полузакрытой» теплицы с технологией типа Ultra Clima или SuprimAir можно сформулировать следующим образом.

В полностью закрытой теплице:

в камеры смешения забирается охлажденный воздух из нижней части боковых карманов, куда он попадает за счет естественной конвекции (в «полузакрытой» теплице в торцевые коридоры забирается теплый воздух из-под кровли теплицы и загоняется в теплицу через двойные рукава для создания искусственной циркуляции воздуха, т.е. с дополнительными затратами энергии);

циркуляция воздуха создается за счет прямой подачи воздушного потока (без рукавов!) в междурядья (или подлотковое пространство) из камер смешения воздуха, расположенных по диагонали у торцов теплицы, дополняя естественную вертикальную конвекцию вынужденной горизонтальной, разнонаправленной конвекцией вокруг средней шторы теплицы;

в летнее время боковые карманы служат для отвода перегретого воздуха к кровле теплицы для последующего удаления через вытяжную вентиляцию (у «полузакрытой» теплицы такого механизма нет);

в зимнее время боковые карманы 1) не дают охлажденному воздуху напрямую смешиваться с теплым, т.е. защищают растения от стресса; 2) служат для удаления излишней влаги из воздуха путем ее конденсации внутри карманов; 3) создают меньший градиент перепада между внутренней и наружной температурой воздуха, т.е. уменьшают теплопотери;

форточная вентиляция заменена на приточно-вытяжную, что приводит к резкому снижению теплопотерь, защите внутреннего объема теплицы от проникновения в него вредителей и инфекционных начал извне;

наличие камер смешения воздуха позволяет управлять воздушными потоками в теплице, изменяя кратность воздухообмена и климатические параметры воздуха (температура, влажность, содержание СО₂), в том числе за счет смешения в необходимых соотношениях воздушных потоков, забираемых из боковых карманов теплицы, из ее производственной зоны, и снаружи теплицы;

отсутствует необходимость в наличии целого ряда инженерных систем: 1) система зашторивания (во-первых, оно просто мешает естественной конвекции воздуха; во-вторых, при отсутствии форточной вентиляции, высокой кратности воздухообмена, при меньшем температурном градиенте за счет боковых карманов потери тепла и так будут минимальными; в-третьих, та же высокая кратность воздухообмена и поддержание оптимальной температуры воздуха решают проблему перегревов и ожогов, т.е. убирают необходимость притенения растений. В результате мы можем более полно использовать приходящую солнечную радиацию); 2) система форточной вентиляции; 3) система распределительных воздуховодов под подвесными лотками; 4) система испарительного охлаждения и увлажнения воздуха; 5) система подачи СО₂;

использование комбинированной трубо-воздушной системы отопления, в которой базовую роль выполняют маломощные котлы пульсирующего горения российского производства с КПД до 95%, позволяет обходиться без дорогостоящих котельных, тепломагистралей и баков-аккумуляторов, что, в свою очередь, приводит не только к отсутствию теплопотерь, но и существенному снижению стоимости капитальных затрат и монтажных работ;

боковые шторы, отделяющие боковые карманы, могут использоваться для улучшения освещенности в теплице в утренние и вечерние часы (при правильной ориентации теплицы по сторонам света);

низкая удельная металлоемкость (из-за наличия центральных стоек) конструкции при очень высоких возможных нагрузках.

Все вышеперечисленные преимущества полностью закрытой теплицы с технологией управления разделенными воздушными потоками обеспечивают:

Стоимость строительства – в два раза ниже, чем у стеклянной теплицы блочного типа. Энергоэффективность – минимум на 30-40% выше, чем у стеклянной блочной теплицы.

За счет возможности поддержания идеальных параметров активного микроклимата – потенциал урожайности выше, чем в стеклянной блочной теплице минимум на 15-20%.

Снижение себестоимости производимой продукции минимум на 30%, что приводит к увеличению валовой прибыли в 2,5 раза, и рентабельности – в 3,5 раза.

Шишкин П.В., генеральный директор ООО НПО «КОМПАС»
Олейников В.Н., генеральный директор ООО «Олия»

Источник статьи: http://gavrishprof.ru/info/publications/polnostyu-zakrytaya-teplica-s-tehnologiey-podderzhaniya-parametrov-mikroklimata