Автоматизация и механизация работ в оранжерейно-парниковом хозяйстве
Тотальный контроль техникой облегчает труд человека. Но не заменяет его полностью. Созданы системы автоматизированного управления режимом теплицы, предназначенные для задания температурного цикла, контроля за микроклиматом и внешним климатом, благодаря чему в теплице всегда поддерживаются заданная температура и влажность. Благодаря таким «мини-мелиораторским» системам человек высвобождает больше свободного времени.
Парники — это полностью или частично заглубленные в почву каркасные сооружения со съемным светопрозрачным покрытием, с небольшой земельной площадью, обслуживаемой снаружи. (Рис.1)
Рисунок 1. – Парник.
Теплицы — это наиболее совершенный и технически оснащенный вид сооружений защищенного грунта. Теплица позволяет при помощи технических средств выращивать растения в любое время года. В отличие от парников, все работы по выращиванию овощей в теплице ведут внутри культивационного сооружения. По виду профиля поперечного сечения теплицы делят на ангарные и блочные.
Ангарные теплицы - представляют собой сооружения площадью 600...3000 м2 с двухскатной арочной светопроницаемой кровлей без внутренних опорных стоек.
Блочные теплицы (Рис.2) — объединение нескольких ангарных теплиц с заменой, примыкающих одна к другой боковых стен опорными стойками. Стыки крыши смежных секций шириной 6,4 м соединяются желобами, которые являются опорой для элементов кровли и служат для отвода дождевой воды. Оптимальная площадь блочной теплицы — 1 га, а тепличного комплекса, состоящего из 3-10 отдельных блоков, — 18...60 га. К достоинствам ангарных и блочных теплиц относятся лучшая освещенность, возможность применения почвообрабатывающих и транспортных машин. Но из-за большой высоты и ширины у ангарной теплицы площадь светопроницаемых ограждений завышена, что увеличивает теплопотери.
Рисунок 2. - Блочные теплицы.
По срокам использования теплицы делят на зимние (работающие круглогодично) и весенние (функционирующие с февраля по октябрь). Зимние теплицы в 2...3 раза дороже весенних из-за массивных строительных конструкций и большей насыщенности теплотехническими установками.
Башенные гидропонные теплицы – это многоэтажные стеклянные или светонепроницаемые сооружения высотой 20…40 м при экономном использовании земли. По высоте теплицы сооружен непрерывный конвейер со стеллажами для растений и питательного раствора. При движении конвейера растения на стеллажах в нижнем положении получают минеральную подкормку и увлажнение. Такую теплицу можно строить в любом месте: на бросовых землях или как пристройку к многоэтажному дому в городе.
Автоматизация
Парники обогревают биотопливом, горячей водой, кроме того, в них используют электрообогрев или сочетают водяной обогрев с электрическим, который включают в период резких похолоданий и заморозков.
Автоматизация парников сводится к автоматическому управлению температурой почвы и воздуха в зависимости от погодных условий, вида и возраста растений. Самый распространенный способ автоматического управления температурой в парниках основан на принципе периодического включения и отключения нагревательных элементов при помощи магнитных пускателей в зависимости от температуры внутри парника.
Для автоматического управления тепловым режимом в воздушном пространстве одного из четырех последовательно соединенных парников устанавливают датчик температуры ТЕ (SK).
В парниках только с почвенным обогревом на группу парников ставят один датчик температуры почвы. Его помещают в почву парника на глубину около 0,1 м.
Автоматизация микроклимата теплиц.
Важнейшими параметрами микроклимата, которые играют значительную роль в росте растений, являются следующие: освещенность, температура и влажность воздуха, концентрация углекислого газа и скорость движения воздуха. Управление микроклиматом теплицы означает управление этими параметрами с учетом их взаимосвязи.
Оптимальное значение температуры воздуха зависит от многих факторов и в первую очередь от выращиваемой культуры, стадии ее развития и уровня освещенности растений. Достаточное количество света при высокой температуре ускоряет фотосинтез и накопление углеводов, необходимых для дыхания и роста растений. Низкая освещенность и высокая температура приводят к дефициту углеводов и истощению растений, а низкая температура даже при достаточной освещенности замедляет или приостанавливает их рост.
Урожайность в культивационных сооружениях в значительной степени зависит от влажности почвы. Ее необходимо поддерживать на уровне 75...90 % полной полевой влажности (ППВ).
Влажность воздуха мало влияет на продуктивность растений, но все-таки при снижении температуры воздуха следует увеличивать ее.
Температура воды для полива должна быть на уровне температуры почвы и воздуха в теплице (около 20...25 °С).
Воздушно-газовый режим в значительной мере определяет продуктивность фотосинтеза. В ночные часы содержание СО2 в теплице за счет дыхания растений увеличивается до 0,05 %, а днем за счет фотосинтеза падает до 0,01 %, что и вызывает необходимость принудительной подачи С02 в теплицу в количествах, зависящих от уровня освещенности.
Углекислый газ также доставляют в баллонах высокого давления и через редукторы выпускают в теплицы.
Для нормального роста растений и предохранения их от заболеваний необходима постепенная смена воздуха в надземной части растений. Оптимальный воздушно-газовый режим обеспечивает повышение урожая до 20 %.
Световой режим определяется степенью использования солнечной энергии, которая характеризуется потоком Фп. Для искусственного освещения растений применяют электрические лампы накаливания и люминесцентные лампы, стремясь создать облученность растений не менее 5...8 тыс. лк.
В многолетних теплицах температура воды в системе подпочвенного обогрева поддерживается импульсным регулятором, управляющим (последовательно) двумя трехходовыми смесительными клапанами, включенными параллельно один другому. При предельных отклонениях регулируемой температуры прерывается регулирующее воздействие и выдается светозвуковой сигнал. После возвращения температуры в допустимые пределы блокировка снимается.
В ангарных теплицах может использоваться многоканальный принцип управления, который реализуется поочередным подключением к регулятору датчиков и исполнительных механизмов, управляющих мощностью систем обогрева в каждой из теплиц блока.
Теплицы имеют устройства естественной и принудительной вентиляции, предназначенные для снижения внутренней температуры, удаления от растений воздуха с избыточным влагосодержанием и замены его воздухом с необходимым количеством углекислого газа и кислорода.
Процесс управления снижением температуры можно разделить на два временных периода: переходный процесс вентиляции в период открытия форточек и процесс установившейся вентиляции при постоянной кратности воздухообмена в теплице, после открытия форточек.
Для управления процессом открытия-закрытия фрамуг многопролётных теплиц используются регулирующие приборы (например, TCS(26) в одном блоке теплицы).
Каждый регулятор температуры с помощью четырех исполнительных механизмов управляет положением левых и правых форточек системы естественной вентиляции; вместе или порознь — выбирается оператором. Кроме того, оператор может ограничить степень открытия форточек на 40, 60, 80 и 100 % с помощью конечных выключателей GS (3...10).
Механизация
Все средства механизации, используемые в защищенном грунте, можно разделить на следующие группы: энергетические, погрузочные и транспортные, приготовления почвенных примесей и изготовления горшочков, обработки почвы и внесения удобрений, посева и выращивания рассады, посадки и ухода за растениями, сбора урожая, удаления и утилизации растительных отходов, механизации основных и вспомогательных работ, упаковки, сортировки и мойки продукции, оборудования для обслуживания и ремонта.
Конструкция современных теплиц и их габариты позволяют применять тракторные агрегаты. Для теплиц используют специальную технику, а также подбирают либо переоборудуют машины и тракторы в соответствии с требованиями тепличного производства.
Тепличные тракторы малогабаритные, мощные, обладают хорошей маневренностью, небольшой массой и малым радиусом поворота, большим диапазоном скоростей. Поэтому они меньше уплотняют тепличный грунт, хорошо вписываются в габариты теплиц по высоте, между стойками и на поворотах, могут работать с холодо-уменьшителем при обработке почвы или при посадке растений и на повышенных скоростях на транспортных работах. Наиболее распространены импортные тракторы «Универсал-445У» (СРР) и Т-54В-СЗ (НРБ).
Основную обработку грунта проводят роторным копателем, который вскапывает грунт на глубину около 30—35 см, оборачивает пласт и ровно укладывает его без образования борозд, что создает крупно-комковатую структуру, обеспечивает хорошее проникновение пара при пропаривании грунтов, заделку органических удобрений, рыхлящих и известковых материалов, длительное сохранение водно-воздушных свойств грунта на всей глубине пахотного слоя.
Вскапывание предотвращает уплотнение, образование подошвы и оглинение нижних слоев грунта. После вскапывания грунт, как правило, фрезеруют. Фрезерование обеспечивает мелкое крошение, рыхлую и однородную структуру корнеобитаемого слоя, а также равномерную заделку минеральных удобрений. После обработки фрезой верхнего слоя грунта на глубину 15—18 см нижний слой сохраняет крупно-комковатую структуру, меньше уплотняется.
Рост производительности труда зависит от наличия необходимого комплекса машин и эффективного их использования на протяжении всего цикла производства овощей — от подготовки почвы до уборки, сортирования, упаковки и транспортирования (ссылка[ТД1]).