RU2724513C1 - Combined irradiation system for multi-tier phytoplant - Google Patents

Combined irradiation system for multi-tier phytoplant Download PDF

Info

Publication number
RU2724513C1
RU2724513C1 RU2019143611A RU2019143611A RU2724513C1 RU 2724513 C1 RU2724513 C1 RU 2724513C1 RU 2019143611 A RU2019143611 A RU 2019143611A RU 2019143611 A RU2019143611 A RU 2019143611A RU 2724513 C1 RU2724513 C1 RU 2724513C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
irradiators
phyto
triangular frame
phytoirradiators
irradiation system
Prior art date
Application number
RU2019143611A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Леонид Борисович Прикупец
Георгий Валентинович Боос
Владислав Геннадьевич Терехов
Александр Иосифович Селянский
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Всесоюзный научно-исследовательский светотехнический институт имени С.И. Вавилова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Всесоюзный научно-исследовательский светотехнический институт имени С.И. Вавилова" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Всесоюзный научно-исследовательский светотехнический институт имени С.И. Вавилова"
Priority to RU2019143611A priority Critical patent/RU2724513C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2724513C1 publication Critical patent/RU2724513C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G31/00Soilless cultivation, e.g. hydroponics
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/20Forcing-frames; Lights, i.e. glass panels covering the forcing-frames
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/22Shades or blinds for greenhouses, or the like
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/25Greenhouse technology, e.g. cooling systems therefor

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Cultivation Of Plants (AREA)

Abstract

FIELD: agriculture; machine building.SUBSTANCE: invention relates to agricultural equipment, namely to lighting systems intended for use in plant growing of protected soil using light culture technology. Combined irradiation system for multi-tier phytoplant in the form of at least one long triangular frame, including phytoirradiators placed above multi-tier phytoplant, and phytoirradiators placed in inner cavity of triangular frame, characterized in that phytoirradiators located in the inner cavity of the triangular frame are made in the form of extended light-emitting diode radiation sources with content of radiation fraction in the blue range in the spectrum of photosynthetically active radiation Δλ=430–470 nm, end faces of triangular frame are equipped with reflecting screens with sputtered mirror aluminum layer with reflection coefficient ρ≥70 %. Phytoirradiators placed above multi-tier phytoplant, are selected from: irradiators with sodium lamps of high pressure, light-emitting diode irradiators. Phytoirradiators in the irradiation system are established on condition that the ratio of exposure of the outer surface of cenosis Eto the exposure of the inner surface of cenosis Ewithin E:E=2.0÷3.5 is provided.EFFECT: higher illumination of plants with reduced power consumption in conditions of light culture of plants in greenhouse, reduced loss of light energy.3 cl, 4 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к сельскохозяйственной технике, а именно к системам освещения, предназначенным для применения в растениеводстве защищённого грунта с использованием технологии светокультуры.The invention relates to agricultural machinery, and in particular to lighting systems intended for use in crop production of protected soil using light culture technology.

Известно, что выращивание растений по технологии светокультуры в современных промышленных теплицах с использованием искусственного освещения позволяет в 3÷5 раз увеличить производство тепличной овощной продукции и обеспечить импортозамещение в её поставках населению страны в холодное время года.It is known that cultivating plants using light culture technology in modern industrial greenhouses using artificial lighting can increase the production of greenhouse vegetable products by 3–5 times and provide import substitution in its supplies to the country's population in the cold season.

В современных теплицах с малообъемной гидропоникой, использующих технологию светокультуры, выращивание формообразующих растений (огурец, томаты, баклажаны, перец) производят с помощью специально сформированного ценоза в виде шпалер V-образной формы высотой 2,0÷3,5 м. Растения высаживают рядами в лотках (в секции шириной, например, 9,6 м - 5÷6 рядов) с расстоянием между рядами порядка 1 м.In modern greenhouses with low-volume hydroponics using light culture technology, the cultivation of formative plants (cucumber, tomatoes, eggplant, pepper) is carried out using specially formed cenosis in the form of V-shaped trellises with a height of 2.0 ÷ 3.5 m. Plants are planted in rows in trays (in a section with a width of, for example, 9.6 m - 5–6 rows) with a distance between rows of the order of 1 m.

Системы освещения для современных теплиц основаны в основном на устанавливаемых сверху мощных облучателях 600÷1000 Вт с натриевыми лампами высокого давления (НЛВД) с удельной электрической мощностью 150÷220 Вт/м2. В дополнение к ним иногда используются устанавливаемые между рядами шпалер или непосредственно в ценозе светильники с НЛВД без отражателей, получившие название междурядных. Однако из-за частых повреждений листьев растений (температура на колбе ламп превышает 400°С) и технологических неудобств светильники с НЛВД в настоящее время заменяются на протяжённые светодиодные (СД) фитооблучатели мощностью 100÷150 Вт с удельной установленной мощностью 40÷60 Вт/м2 [Справочная книга по светотехнике, 4 издание, под ред. Ю.Б. Айзенберга, Москва, - 2019].Lighting systems for modern greenhouses are based mainly on high-mounted irradiators 600 ÷ 1000 W mounted on top with high-pressure sodium lamps (NLVD) with a specific electric power of 150 ÷ 220 W / m 2 . In addition to them, luminaires with NLVD without reflectors installed between rows of trellises or directly in the cenosis are sometimes used, which are called inter-row. However, due to frequent damage to plant leaves (the temperature on the bulb of the lamps exceeds 400 ° C) and technological inconveniences, NLVD lamps are currently being replaced with extended LED (LED) phyto-irradiators with a power of 100 ÷ 150 W with a specific installed power of 40 ÷ 60 W / m 2 [The reference book on lighting engineering, 4th edition, under the editorship of Yu.B. Eisenberg, Moscow, - 2019].

В последние годы активно меняется структура питания населения передовых стран в пользу возрастающего потребления богатых витаминами и другими ценными веществами свежих салатно-зеленных культур. С учетом этой тенденции, а также из-за стремления снизить затраты на производственные площади и транспортные расходы, но главным образом благодаря уникальным техническим и экономическим качествам СД-излучателей появился и динамично развивается в настоящее время новый вид производственных фитоустановок - автоматизированные вертикальные многоярусные фитоустановки (МФУ) типа City Farm. Эти установки предназначены для выращивания салатно-зеленных культур и состоят из компактных ячеек (модулей), расстояние в них от растений до СД-фитооблучателей не превышает 50 см. Электрическая мощность используемых СД-фитооблучателей составляет, как правило, 30÷60 Вт, удельная установленная мощность - 80÷120 Вт/м2, создаваемая фотосинтетическая фотонная облучённость на плоскости посадки растений - 160÷200 мкмоль/(с·м2).In recent years, the nutritional structure of the population of advanced countries has been actively changing in favor of the increasing consumption of fresh salad-green crops rich in vitamins and other valuable substances. Given this trend, and also because of the desire to reduce production costs and transportation costs, but mainly due to the unique technical and economic qualities of LED emitters, a new type of production phytogenesis has emerged and is developing dynamically - automated vertical multi-tiered phytogenesis (MFP) ) type City Farm. These plants are intended for growing salad-green crops and consist of compact cells (modules), the distance in them from plants to LED phyto-irradiators does not exceed 50 cm. The electric power of the used LED phyto-irradiators is usually 30 ÷ 60 W, specific installed power - 80 ÷ 120 W / m 2 , created photosynthetic photon irradiation on the planting plane - 160 ÷ 200 μmol / (s · m 2 ).

Облучательная система для таких МФУ достаточно проста и состоит из нескольких линейных облучателей, которые устанавливаются на верхней плоскости («потолке») ячейки по схеме, обеспечивающей необходимый уровень облученности и равномерность её распределения на технологической площади.The irradiation system for such MFPs is quite simple and consists of several linear irradiators that are installed on the upper plane ("ceiling") of the cell according to a scheme that provides the necessary level of irradiation and the uniformity of its distribution over the technological area.

Отметим, что на цели облучения растений в МФУ расходуется около 90% всей потребляемой электроэнергии, следовательно, фактор энергосбережения за счет рационализации систем облучения МФУ весьма значим.It should be noted that about 90% of all consumed electric energy is spent on the purpose of plant irradiation in MFPs; therefore, the energy saving factor due to the rationalization of MFP irradiation systems is very significant.

Известны технические решения, предполагающих повышение эффективности облучательных систем для МФУ.Known technical solutions involving increasing the efficiency of irradiation systems for multifunction devices.

Известна установка для облучения растений в многоярусных системах, преимущественно в их внутренней области, размещена внутри многоярусной гидропонной установки, имеющей каркас из наклонных ригелей, на которых установлены растильни. Источники света закреплены непосредственно на защитном коробе. Отражающая поверхность выполнена в виде части поверхности защитного короба. Источники света - ртутные газоразрядные лампы - выполнены удлинённой формы и расположены соосно. На коробе закреплено не менее двух ламп. Лампы токоподводящим кабелем через помещённые в короб соединительную клеммную колодку и импульсное зажигающее устройство связаны со шкафом управления. [Патент РФ №2098941, МПК A01G 9/24, опубл. 20.12.1997.]A known installation for irradiating plants in multi-tiered systems, mainly in their internal region, is located inside a multi-tiered hydroponic installation having a frame of inclined beams on which the germinators are mounted. Light sources are mounted directly on the protective box. The reflecting surface is made as part of the surface of the protective box. Light sources — mercury discharge lamps — are elongated and aligned. At least two lamps are fixed on the box. The lamps are connected by a lead-in cable through a connecting terminal block and a pulse ignition device to the control cabinet. [RF patent No. 2098941, IPC A01G 9/24, publ. 12/20/1997.]

Недостатком известного устройства является то, что используемые в нем ртутные лампы технически и морально устарели, имеют в 2-4 раза меньшую эффективность, чем современные излучатели; кроме того, ртутное наполнение не желательно по экологическим соображениям. В патенте также отсутствуют какие-либо сведения о технических характеристиках ламп и облучательной установки, без чего невозможно оценить хозяйственную эффективность предлагаемого устройства.A disadvantage of the known device is that the mercury lamps used in it are technically and morally obsolete, have 2-4 times less efficiency than modern emitters; in addition, mercury filling is not desirable for environmental reasons. The patent also lacks any information on the technical characteristics of the lamps and the irradiation unit, without which it is impossible to evaluate the economic efficiency of the proposed device.

Известно устройство для облучения растений в теплице с многоярусной стеллажной гидропонной установкой, содержащее основной отражатель и кассету источников излучения. Кассета источников излучения размещена в полости основного отражателя и снабжена приводом ее вращения и оптическим многолопастным отражающим экраном, лопасти которого соединены одной стороной с осью вращения кассеты, связанной с приводом вращения последней и размещенной соосно с основным отражателем, который выполнен в виде размещенного горизонтально цилиндрического отражателя для закрепления на стеллаже гидропонной установки, при этом источники излучения расположены параллельно оси вращения кассеты в промежутках между соседними лопастями оптического многолопастного отражающего экрана и с зазором относительно последних и оси вращения кассеты, причем кассета источников излучения размещена вдоль всей длины отражателя для закрепления на стеллаже гидропонной установки. В качестве источников излучения использованы люминесцентные газоразрядные лампы. [Патент РФ № 2034447, МПК A01G 9/24, A01G 31/02, опубл. 27.02.1995.]A device for irradiating plants in a greenhouse with a multi-tiered rack hydroponic installation containing a main reflector and a cassette of radiation sources is known. The cassette of radiation sources is placed in the cavity of the main reflector and is equipped with a drive for its rotation and an optical multi-blade reflective screen, the blades of which are connected on one side to the axis of rotation of the cartridge, connected with the drive of rotation of the latter and placed coaxially with the main reflector, which is made in the form of a horizontal cylindrical reflector for fixing on the rack of the hydroponic installation, while the radiation sources are located parallel to the axis of rotation of the cartridge in the spaces between adjacent blades of the optical multi-blade reflective screen and with a gap relative to the latter and the axis of rotation of the cartridge, the cartridge of radiation sources being placed along the entire length of the reflector for fixing on the rack of the hydroponic installation. As radiation sources used fluorescent discharge lamps. [RF patent No. 2034447, IPC A01G 9/24, A01G 31/02, publ. 02/27/1995.]

Недостатком известного устройства является неоправданно сложная система ввода излучателя в трубу-световод, при этом не учитывается (в светотехнике это многократно проверено), что оптический КПД подобной системы крайне низок. В качестве источников излучения предлагается использовать содержащие ртуть люминесцентные лампы, что недопустимо в фитоустановках по экологическим соображениям.A disadvantage of the known device is the unreasonably complex system for introducing the emitter into the fiber pipe, but it does not take into account (this has been repeatedly verified in lighting engineering) that the optical efficiency of such a system is extremely low. It is proposed to use mercury-containing fluorescent lamps as radiation sources, which is unacceptable in phyto-plants for environmental reasons.

Общим недостатком вертикальных МФУ является принципиальное отсутствие возможности энергосбережения при их размещении в традиционных теплицах.A common drawback of vertical MFPs is the fundamental lack of energy saving opportunities when they are placed in traditional greenhouses.

При возрастании естественной освещённости в теплицах снижение потребляемой электрической мощности СД-фитооблучателей невозможно, поскольку в каждую ячейку попадает лишь минимальная доля естественного света.With an increase in natural illumination in greenhouses, a decrease in the consumed electric power of LED phyto-irradiators is impossible, since only a minimal fraction of natural light falls into each cell.

Избавиться от указанного недостатка позволяют завоёвывающие в настоящее время в области растениеводства защищенного грунта всё большую популярность многоярусные фитоустановки МФУ, выполненные в виде протяжённых треугольных призм, стоящих на одной из прямоугольных боковых граней. Вдоль боковых граней параллельно продольной оси МФУ проложена замкнутая система труб (количество труб соответствует числу ярусов), по которым по специальной программе подается питательный раствор; в отверстия в верхнем полуцилиндре трубы высаживаются в стандартных горшочках с субстратом растения, образующие многоярусный ценоз.The multi-tiered phyto-plants of multifunction devices made in the form of long triangular prisms, standing on one of the rectangular side faces, which are currently gaining popularity in the field of plant growing of protected soil, make it possible to get rid of this drawback. A closed pipe system is laid along the side faces parallel to the longitudinal axis of the MFP (the number of pipes corresponds to the number of tiers), according to which, according to a special program, a nutrient solution is supplied; In the holes in the upper half-cylinder, the pipes are planted in standard pots with substrate plants, forming a multi-tiered cenosis.

Данная конструкция МФУ, в отличие от вертикальных МФУ, дает возможность выращивать не только салатно-зеленные, но и детерминантные культуры томатов, огурца, перца, баклажанов, а также ягодные растения. Кроме того, наклонные грани МФУ позволяют использовать всей поверхностью ценоза естественное излучение и тем самым создают реальные возможности существенной экономии электроэнергии в условиях светокультуры в процессе вегетации растений, которая, по нашим оценкам, достигает 30%.This design of MFPs, unlike vertical MFPs, makes it possible to grow not only salad-green, but also determinant crops of tomatoes, cucumber, pepper, eggplant, and also berry plants. In addition, the inclined faces of the multifunction devices allow the use of natural radiation over the entire cenosis surface and thereby create real opportunities for significant energy savings in light culture during plant vegetation, which, according to our estimates, reaches 30%.

Таким образом, при установке МФУ данной конструкции в стандартной теплице не только пассивно используется инфраструктура последней, но и может быть достигнуто существенное энергосбережение.Thus, when installing an MFP of this design in a standard greenhouse, not only the infrastructure of the latter is passively used, but also significant energy saving can be achieved.

Известно устройство для выращивания растений в теплице, содержащее вегетационные блоки, выполненные из треугольных рам с лотками для питательного раствора растений, систему облучения, систему подачи воздуха с воздуховодами. Система облучения включает две группы источников оптического излучения. Источники первой группы расположены над лотками для питательного раствора между соседними вегетационными блоками. В качестве источников оптического излучения первой группы использованы источники излучения с распределением соответствующих долей потока энергии в спектральных диапазонах 400-500 нм, 500-600 нм и 600-700 нм соответственно в пределах 15-25%, 35-45% и 35-45%. Источники второй группы размещены в полости между основанием теплицы и треугольными рамами каждого вегетационного блока. В качестве источников оптического излучения второй группы использованы источники с распределением соответствующих долей потока энергии в этих же спектральных диапазонах соответственно в пределах 5-10%, 15-25% и 60-70%. Имеющая меньший радиус кривизны поверхность каждого воздуховода покрыта светоотражающим слоем. В качестве источников света используются лампы трехфазные металлогалогенные типа ДМЗ-3000. [Патент РФ №2066530, МПК A01G 9/24, опубл. 20.09.1996 - прототип.]A device for growing plants in a greenhouse is known, containing vegetation blocks made of triangular frames with trays for plant nutrient solution, an irradiation system, an air supply system with air ducts. The irradiation system includes two groups of optical radiation sources. The sources of the first group are located above the trays for nutrient solution between adjacent vegetative blocks. As sources of optical radiation of the first group, radiation sources with the distribution of the corresponding fractions of the energy flux in the spectral ranges of 400-500 nm, 500-600 nm and 600-700 nm, respectively, in the range of 15-25%, 35-45% and 35-45%, were used. . Sources of the second group are located in the cavity between the base of the greenhouse and the triangular frames of each vegetation block. As sources of optical radiation of the second group, sources with a distribution of the corresponding fractions of the energy flux in the same spectral ranges, respectively, in the range of 5-10%, 15-25%, and 60-70%, were used. Having a smaller radius of curvature, the surface of each duct is covered with a reflective layer. As light sources, three-phase metal halide lamps of the DMZ-3000 type are used. [RF patent No. 2066530, IPC A01G 9/24, publ. 09/20/1996 - prototype.]

Недостатком известного устройства является зависимость системы облучения от конструкции устройства для выращивания растений, а используемые трехфазные металлогалогенные лампы могут содержать токсичные соединения, обладают низкой надежностью и имею ресурс в 8-10 раз меньше, чем современные натриевые или светодиодные излучатели.A disadvantage of the known device is the dependence of the irradiation system on the design of the device for growing plants, and the three-phase metal halide lamps used may contain toxic compounds, have low reliability and have a life of 8-10 times less than modern sodium or LED emitters.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является устройство для облучения растений, выращиваемых в лотках, установленных на основании теплицы и треугольных рамах вегетационных блоков, содержит первую секцию источников оптического излучения для размещения над лотками между соседними вегетационными блоками и вторую секцию источников оптического излучения для установки в полости между треугольными рамами каждого вегетационного блока и основанием теплицы. Источники оптического излучения второй секции выполнены с уменьшением отношения потока энергии в спектральном диапазоне 600-700 нм к общему потоку энергии во всем спектре излучения каждого из источников оптического излучения от 60-80% до 30-40% при увеличении высоты размещения данных источников оптического излучения относительно основания теплицы. Источники оптического излучения второй секции расположены в вертикальной плоскости симметрии каждого вегетационного блока. Мощность P каждого источника оптического излучения второй секции выбирают в соответствии с линейной зависимостью P=ah+b, где h - расстояние от вершины вегетационного блока до места установки источника оптического излучения, м; a - постоянная величина, Вт/м; b - постоянная величина, Вт. [Патент РФ №2029458, МПК A01G 9/24, A01G 31/02, опубл. 27.02.1995 - прототип.]The closest in technical essence and the achieved technical result to the claimed invention is a device for irradiating plants grown in trays installed on the basis of the greenhouse and triangular frames of vegetative blocks, contains a first section of optical radiation sources for placement above trays between adjacent vegetative blocks and a second section of sources optical radiation for installation in the cavity between the triangular frames of each vegetation block and the base of the greenhouse. The optical radiation sources of the second section are made with a decrease in the ratio of the energy flux in the spectral range of 600–700 nm to the total energy flux in the entire radiation spectrum of each of the optical radiation sources from 60–80% to 30–40% with an increase in the height of these optical radiation sources relative to the base of the greenhouse. The sources of optical radiation of the second section are located in the vertical plane of symmetry of each vegetation block. The power P of each optical radiation source of the second section is selected in accordance with the linear dependence P = ah + b, where h is the distance from the top of the vegetation block to the installation location of the optical radiation source, m; a is a constant value, W / m; b is a constant, watts. [RF patent No. 2029458, IPC A01G 9/24, A01G 31/02, publ. 02/27/1995 - prototype.]

Недостатком прототипа является то, что приведенные данные о выборе мощности источника излучения в зависимости от расстояния до вершины вегетационного блока технически не конкретны; в соответствии с представленной зависимостью P=ah+b ими могут являться принципиально отличающиеся по удельным излучательным характеристикам, например люминесцентные лампы мощностью 20-80 Вт или натриевые лампы мощностью 600-1000 Вт. Сам принцип изменения мощности излучателя в зависимости от схемы его расположения в установке требует применения различных кривых светораспределения облучателей, что технически трудно реализуемо.The disadvantage of the prototype is that the data on the choice of the power of the radiation source depending on the distance to the top of the vegetation block are not technically specific; in accordance with the presented dependence P = ah + b, they can be fundamentally different in specific radiative characteristics, for example, fluorescent lamps with a power of 20-80 W or sodium lamps with a power of 600-1000 W. The very principle of changing the power of the emitter depending on the arrangement in the installation requires the use of different light distribution curves of the irradiators, which is technically difficult to implement.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в оптимизации освещенности растений при снижении энергозатрат в условиях светокультуры растений в теплице, сокращении потери световой энергии.The technical problem to which the claimed invention is directed is to optimize the illumination of plants while reducing energy consumption in the conditions of light culture of plants in the greenhouse, reducing the loss of light energy.

Поставленная техническая задача решается тем, что в комбинированной облучательной системе для многоярусной фитоустановки, выполненной в виде по меньшей мере одной протяжённой треугольной рамы, включающей фитооблучатели, размещенные над многоярусной фитоустановкой, и фитооблучатели, размещённые во внутренней полости треугольной рамы, согласно заявляемом изобретению, фитооблучатели, размещённые во внутренней полости треугольной рамы, выполнены в виде протяженных светодиодных источников облучения с содержанием в спектре фотосинтетически активной радиации доли излучения в синем диапазоне Δλ=430÷470 нм, торцы треугольной рамы снабжены отражающими экранами с напылённым зеркальным слоем алюминия с коэффициентом отражения ρ≥70%.The stated technical problem is solved by the fact that in the combined irradiation system for a multi-tiered phyto installation, made in the form of at least one extended triangular frame, including phyto-irradiators located above the multi-tiered phytostructure, and phyto-irradiators located in the internal cavity of the triangular frame, according to the claimed invention, phyto-irradiators, placed in the inner cavity of the triangular frame, made in the form of extended LED radiation sources with a content of photosynthetically active radiation in the blue range Δλ = 430 ÷ 470 nm, the ends of the triangular frame are equipped with reflective screens with a coated mirror layer of aluminum with a reflection coefficient ρ≥70 %

Кроме того, фитооблучатели, размещенные над многоярусной фитоустановкой, выбираются из группы: облучатели с натриевыми лампами высокого давления, светодиодные облучатели.In addition, phyto-irradiators located above the multi-tiered phyto-installation are selected from the group: irradiators with high-pressure sodium lamps, LED irradiators.

Кроме того, фитооблучатели в облучательной системе устанавливаются из условия обеспечения соотношения облученности внешней поверхности ценоза E1 к облученности внутренней поверхности ценоза E2 в пределах E1:E2=2,0÷3,5.In addition, phytoradiators in the irradiation system are established from the condition of ensuring the ratio of the irradiation of the outer surface of the cenosis E 1 to the irradiation of the inner surface of the cenosis E 2 within E 1 : E 2 = 2.0 ÷ 3.5.

Технический результат, достижение которого обеспечивается реализацией всей заявляемой совокупностью существенных признаков, заключается в повышении энергосбережения и сокращении потери световой энергии.The technical result, the achievement of which is ensured by the implementation of the entire claimed combination of essential features, is to increase energy conservation and reduce the loss of light energy.

За счёт использования естественного излучения, попеременного включения внешних и внутренних СД-фитооблучателей и регулирования их мощности, без снижения продуктивности растений, может быть обеспечено энергосбережение на уровне 30% от номинального потребления электроэнергии.Through the use of natural radiation, the alternate inclusion of external and internal LED phyto-irradiators and the regulation of their power, without reducing plant productivity, energy saving at the level of 30% of the nominal electricity consumption can be ensured.

Сущность изобретения поясняется рисунками, где The invention is illustrated by drawings, where

на фиг. 1 приведена схема расположения комбинированной облучательной системы и многоярусной фитоустановки (МФУ) в помещении теплицы;in FIG. Figure 1 shows the layout of the combined irradiation system and multi-tiered phytostation (MFP) in the greenhouse;

на фиг. 2 приведена схема модуля многоярусной фитоустановки (МФУ);in FIG. 2 shows a diagram of a multi-tiered phyto-installation module (MFP);

на фиг. 3 представлен пример действующей облучательной системы и МФУ, установленной в производственной теплице, с использованием комбинированного освещения;in FIG. Figure 3 shows an example of an existing irradiation system and an MFP installed in a production greenhouse using combined lighting;

на фиг. 4 представлен пример действующей облучательной системы и МФУ, установленной в производственной теплице, с использованием только светодиодных облучателей, размещённых внутри МФУ (при высоком уровне естественного освещения).in FIG. Figure 4 shows an example of an existing irradiation system and an MFP installed in a production greenhouse, using only LED irradiators located inside the MFP (with a high level of natural light).

В данном описании авторами используются понятия:In this description, the authors use the concepts:

Фитооблучатель - облучательный прибор, предназначенный для облучения растений в промышленных теплицах и других культивационных сооружениях защищённого грунта.Phyto-irradiator - an irradiation device designed to irradiate plants in industrial greenhouses and other cultivated structures of greenhouses.

Ценоз - совокупность растений в теплице или другом сооружении защищённого грунта (ГОСТ Р 57671-2017 «Приборы облучательные со светодиодными источниками света для теплиц», введён в действие 01.12.2017)Cenosis - a set of plants in a greenhouse or other construction of protected ground (GOST R 57671-2017 “Irradiation devices with LED light sources for greenhouses”, entered into force on 12/01/2017)

Фотосинтетически активная радиация (ФАР) - оптическое излучение от 400 нм до 700 нм, используемое растениями для фотосинтеза, роста и развития (ГОСТ Р 57671-2017 «Приборы облучательные со светодиодными источниками света для теплиц», введён в действие 01.12.2017)Photosynthetically active radiation (PAR) - optical radiation from 400 nm to 700 nm, used by plants for photosynthesis, growth and development (GOST R 57671-2017 "Irradiation devices with LED light sources for greenhouses", entered into force on 12/01/2017)

Фотосинтетический фотонный поток - суммарное количество фотонов, излучаемых в секунду в диапазоне длин фолн от 400 нм до 700 нм (ГОСТ Р 57671-2017 «Приборы облучательные со светодиодными источниками света для теплиц», введён в действие 01.12.2017)Photosynthetic photon flux - the total number of photons emitted per second in the range of wavelengths from 400 nm to 700 nm (GOST R 57671-2017 "Irradiation devices with LED light sources for greenhouses", put into effect 12/01/2017)

Комбинированная облучательная система для многоярусной фитоустановки (фиг. 1), выполненной в виде по меньшей мере одной протяжённой треугольной рамы (фиг. 2), включает фитооблучатели 1, размещенные над многоярусной фитоустановкой, и фитооблучатели 2, размещённые во внутренней полости треугольной рамы 3.The combined irradiation system for a multi-tiered phyto-installation (Fig. 1), made in the form of at least one extended triangular frame (Fig. 2), includes phyto-irradiators 1 located above the multi-tiered phyto-installation and phyto-irradiators 2 located in the inner cavity of the triangular frame 3.

В качестве фитооблучателей 1, размещенных над многоярусной фитоустановкой, могут использоваться облучатели с натриевыми лампами высокого давления (НЛДВ) или светодиодные источники излучения, предпочтительно устанавливаемых на небольшом расстоянии от верхнего яруса по центру промежутка между внешними гранями соседних МФУ.As phytoradiators 1 located above the multi-tiered phytogenesis, irradiators with high-pressure sodium lamps (NLDV) or LED radiation sources can be used, preferably installed at a small distance from the upper tier in the center of the gap between the outer faces of adjacent MFPs.

Фитооблучатели 2, размещённые во внутренней полости треугольной рамы, выполнены в виде протяженных светодиодных источников облучения с содержанием в спектре фотосинтетически активной радиации доли излучения в синем диапазоне Δλ=430÷470 нм. Особенностью светодиодных источников облучения, излучающих в нижнюю часть пространства, является отсутствие необходимости в отражателе.Phyto-irradiators 2, located in the inner cavity of a triangular frame, are made in the form of extended LED radiation sources with a content of radiation in the blue range Δλ = 430 ÷ 470 nm in the spectrum of photosynthetically active radiation. A feature of LED radiation sources emitting in the lower part of the space is the lack of need for a reflector.

Торцы треугольной рамы 3 снабжены отражающими экранами с напылённым зеркальным слоем алюминия с коэффициентом отражения ρ≥70%. Отражающие экраны могут быть выполнены в виде зеркальной пленки. Использование отражающего экрана также обеспечивает повышение энергосбережения, сокращение потери световой энергии и одновременно препятствует пагубному воздействию излучения на органы зрения работников, обслуживающих МФУ. Кроме того, снимается необходимость контроля «синей опасности» [IEC 62471:2006/CIE S 009:2002

Figure 00000001
photobiologique des lampes et des appareils utilisant des lampes / Photobiological safety of lamps and lamp systems (bilingual edition) / Фотобиологическая безопасность ламп и ламповых систем (двуязычное издание)] бинарных светодиодных облучателей с красно-синим спектром, доля излучения которых в синем диапазоне ФАР выбирается Δλ=430÷470 нм.The ends of the triangular frame 3 are equipped with reflective screens with a sprayed mirror layer of aluminum with a reflection coefficient ρ≥70%. Reflective screens can be made in the form of a mirror film. The use of a reflective screen also provides increased energy saving, reduced loss of light energy and at the same time prevents the harmful effects of radiation on the organs of vision of workers serving MFPs. In addition, the need to control the blue hazard is removed [IEC 62471: 2006 / CIE S 009: 2002
Figure 00000001
photobiologique des lampes et des appareils utilisant des lampes / Photobiological safety of lamps and lamp systems (bilingual edition) / Photobiological safety of lamps and lamp systems (bilingual edition)] binary LED irradiators with a red-blue spectrum, the proportion of radiation in the blue range of which is selected Δλ = 430 ÷ 470 nm.

Фитооблучатели в облучательной системе устанавливаются из условия обеспечения соотношения облученности внешней поверхности ценоза E1 к облученности внутренней поверхности ценоза E2 в пределах E1:E2 = 2,0÷3,5. Приведенное соотношение является оптимальным. При превышении верхнего значения снижается положительный эффект влияния дополнительного внутреннего освещения на продуктивность растений. Уменьшение отношения E1:E2 меньше 2 не рационально, так как привело бы к перерасходу электрической энергии на внутреннее дополнительно освещение. Phyto-irradiators in the irradiation system are established from the condition of ensuring the ratio of the irradiation of the outer surface of the cenosis E 1 to the irradiation of the inner surface of the cenosis E 2 within E 1 : E 2 = 2.0 ÷ 3.5. The above ratio is optimal. If the upper value is exceeded, the positive effect of the effect of additional internal lighting on plant productivity is reduced. Reducing the ratio of E 1 : E 2 less than 2 is not rational, since it would lead to an excessive consumption of electric energy for additional internal lighting.

Ниже приведён пример реализации заявляемого изобретения.The following is an example implementation of the claimed invention.

В стандартной ангарной теплице шириной 9,6 м устанавливаются модули рассматриваемой фитоустановки в виде протяженной треугольной рамы по схеме, приведенной на фиг. 1. Модуль (фиг. 2) предпочтительно выполняется высотой 2400 мм с шириной основания 1200 мм. Расстояние лотков верхнего ряда до вершины модуля выбирается 200 мм, расстояние лотков нижнего ряда до основания модуля выбирается 550 мм. Растения томатов выращиваются по технологии светокультуры с использованием искусственного освещения 6÷7 месяцев в году и размещаются на 4÷5 ярусах двух боковых поверхностей треугольной рамы.In a standard hangar greenhouse with a width of 9.6 m, the modules of the plant in question are installed in the form of an extended triangular frame according to the scheme shown in FIG. 1. The module (Fig. 2) is preferably 2400 mm high with a base width of 1200 mm. The distance of the trays of the upper row to the top of the module is selected 200 mm, the distance of the trays of the lower row to the base of the module is selected 550 mm. Tomato plants are grown using light culture technology using artificial lighting for 6–7 months a year and are placed on 4–5 tiers of two side surfaces of a triangular frame.

При выращивании детерминантной культуры томатов «Черри» используется комбинированная облучательная система, состоящая из фитооблучателей с натриевыми лампами высокого давления (НЛВД) мощностью 600 Вт (верхнее освещение) и светодиодных фитооблучателей мощностью 150 Вт, устанавливаемых во внутренней полости в виде сплошной протяжённой светящей линии длиной 190 см.When growing the determinant culture of Cherry tomatoes, a combined irradiation system is used, consisting of phytoradiators with high-pressure sodium lamps (NLVD) with a power of 600 W (overhead lighting) and LED phyto-irradiators with a power of 150 W installed in the internal cavity in the form of a continuous long luminous line 190 cm.

Облучатели верхнего освещения с фотосинтетическим фотонным потоком 1100 мкмоль/с устанавливаются в количестве четырёх штук на стандартную длину модуля 5,6 м по оси прохода между соседними рядами треугольных рам. Они освещают каждую из сторон на уровне вершины и создают при удельной установленной мощности P1=87 Вт/м2 среднюю облучённость на боковой поверхности E1=145÷150 мкмоль/(см2).Overhead irradiators with a photosynthetic photon flux of 1100 μmol / s are installed in the amount of four pieces per standard module length of 5.6 m along the passage axis between adjacent rows of triangular frames. They illuminate each side at the peak level and create, with a specific installed power of P 1 = 87 W / m 2, the average irradiation on the side surface E 1 = 145 ÷ 150 μmol / (cm 2 ).

Светодиодные фитооблучатели внутреннего освещения излучают в синем и красном диапазонах ФАР, фотосинтетический фотонный поток излучения составляет 440 мкмоль/с. Светодиодные фитооблучатели устанавливаются во внутренней полости треугольной рамы в количестве трех штук на модуль 5,6 м на высоте 1,2 м от пола. Удельная установленная мощность светодиодных фитооблучателей при этом P1=17 Вт/м2, а средняя облученность внутренней поверхности обеих сторон треугольной рамы E2=45÷50 мкмоль/(см2). Отношение облучённости внешней поверхности ценоза E1 к облучённости внутренней поверхности ценоза E2 при этом находится в пределах E1:E2=2,9÷3,3. Приведённая конструкция и параметры комбинированной облучательной системы обеспечивают при четырех вегетациях в год урожайность томатов «Черри» на уровне 60÷70 кг/м2, что ~1,5÷1,75 раза выше, чем в обычных производственных теплицах для томатов этого вида. LED phyto-irradiators of internal lighting emit in the blue and red ranges of the PAR, the photosynthetic photon flux of radiation is 440 μmol / s. LED phyto-irradiators are installed in the internal cavity of a triangular frame in the amount of three pieces per module 5.6 m at a height of 1.2 m from the floor. The specific installed power of the LED phytoradiators is P 1 = 17 W / m 2 , and the average irradiation of the inner surface of both sides of the triangular frame is E 2 = 45 ÷ 50 μmol / (cm 2 ). The ratio of the irradiation of the outer surface of the cenosis E 1 to the irradiation of the inner surface of the cenosis E 2 is in the range of E 1 : E 2 = 2.9 ÷ 3.3. The above design and parameters of the combined irradiation system ensure that at four vegetations per year the yield of Cherry tomatoes is at the level of 60–70 kg / m 2 , which is ~ 1.5–1.75 times higher than in ordinary production greenhouses for tomatoes of this type.

Предложенная комбинированная система облучения растения в целом и каждого отдельного листа ценоза увеличивает интенсивность фотосинтеза, улучшает воздушное питание листьев, вовлекает в активный ассимиляционный процесс листья нижнего и средних ярусов и увеличивает тем самым продуктивность растений в условиях светокультуры.The proposed combined irradiation system for the plant as a whole and each individual cenosis leaf increases the intensity of photosynthesis, improves the air nutrition of the leaves, involves lower and middle tiers in the active assimilation process, and thereby increases the productivity of plants in light culture.

Claims (3)

1. Комбинированная облучательная система для многоярусной фитоустановки, выполненной в виде по меньшей мере одной протяжённой треугольной рамы, включающая фитооблучатели, размещенные над многоярусной фитоустановкой, и фитооблучатели, размещённые во внутренней полости треугольной рамы, отличающаяся тем, что фитооблучатели, размещённые во внутренней полости треугольной рамы, выполнены в виде протяженных светодиодных источников облучения с содержанием в спектре фотосинтетически активной радиации доли излучения в синем диапазоне Δλ=430÷470 нм, торцы треугольной рамы снабжены отражающими экранами с напылённым зеркальным слоем алюминия с коэффициентом отражения ρ≥70%.1. Combined irradiation system for a multi-tiered phytostructure made in the form of at least one extended triangular frame, including phyto-irradiators placed above the multi-tiered phytostructure, and phyto-irradiators placed in the inner cavity of the triangular frame, characterized in that the phyto-irradiators placed in the inner cavity of the triangular frame are made in the form of extended LED radiation sources with a content of photosynthetically active radiation in the blue spectrum of Δλ = 430 ÷ 470 nm, the ends of the triangular frame are equipped with reflective screens with a coated mirror layer of aluminum with a reflection coefficient ρ≥70%. 2. Комбинированная облучательная система для многоярусной фитоустановки по п. 1, отличающаяся тем, что фитооблучатели, размещенные над многоярусной фитоустановкой, выбираются из группы: облучатели с натриевыми лампами высокого давления, светодиодные облучатели.2. The combined irradiation system for multi-tiered phyto-installation according to claim 1, characterized in that phyto-irradiators located above the multi-tiered phyto-installation are selected from the group: irradiators with high-pressure sodium lamps, LED irradiators. 3. Комбинированная облучательная система для многоярусной фитоустановки по п. 1, отличающаяся тем, что фитооблучатели в облучательной системе устанавливаются из условия обеспечения соотношения облученности внешней поверхности ценоза E1 к облученности внутренней поверхности ценоза E2 в пределах E1:E2=2,0÷3,5.3. The combined irradiation system for multi-tiered phyto-installation according to claim 1, characterized in that the phyto-irradiators in the irradiation system are established from the condition that the ratio of the irradiation of the outer surface of the cenosis E 1 to the irradiation of the inner surface of the cenosis E 2 within E 1 : E 2 = 2.0 ÷ 3,5.
RU2019143611A 2019-12-24 2019-12-24 Combined irradiation system for multi-tier phytoplant RU2724513C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019143611A RU2724513C1 (en) 2019-12-24 2019-12-24 Combined irradiation system for multi-tier phytoplant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019143611A RU2724513C1 (en) 2019-12-24 2019-12-24 Combined irradiation system for multi-tier phytoplant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2724513C1 true RU2724513C1 (en) 2020-06-23

Family

ID=71135963

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019143611A RU2724513C1 (en) 2019-12-24 2019-12-24 Combined irradiation system for multi-tier phytoplant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2724513C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2028757C1 (en) * 1991-06-21 1995-02-20 Малое Предприятие "Патент" Всесоюзного Центрального Научно-Исследовательского И Проектного Института "Гипронисельпром" Greenhouse
RU2029458C1 (en) * 1992-11-10 1995-02-27 Малое предприятие "Патент" Государственного научно-исследовательского и проектного института "Гипронисельпром" Device for irradiation of plants
RU2066530C1 (en) * 1993-01-06 1996-09-20 Малое предприятие "Патент" Государственного научно-исследовательского и проектного института "Гипронисельпром" Apparatus for plant growing in hothouse
EA007935B1 (en) * 2002-12-20 2007-02-27 Зао Международная Гелиоэнергетическая Компания "Интергелиоэкогалактика" Solar intensified green house complex
RU130477U1 (en) * 2013-05-22 2013-07-27 Дмитрий Никитич Голик LED DEVICE FOR GROWING ORGANISMS

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2028757C1 (en) * 1991-06-21 1995-02-20 Малое Предприятие "Патент" Всесоюзного Центрального Научно-Исследовательского И Проектного Института "Гипронисельпром" Greenhouse
RU2029458C1 (en) * 1992-11-10 1995-02-27 Малое предприятие "Патент" Государственного научно-исследовательского и проектного института "Гипронисельпром" Device for irradiation of plants
RU2066530C1 (en) * 1993-01-06 1996-09-20 Малое предприятие "Патент" Государственного научно-исследовательского и проектного института "Гипронисельпром" Apparatus for plant growing in hothouse
EA007935B1 (en) * 2002-12-20 2007-02-27 Зао Международная Гелиоэнергетическая Компания "Интергелиоэкогалактика" Solar intensified green house complex
RU130477U1 (en) * 2013-05-22 2013-07-27 Дмитрий Никитич Голик LED DEVICE FOR GROWING ORGANISMS

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2707148T3 (en) LED horticultural lighting set
JP5971623B2 (en) Light irradiation apparatus, strawberry cultivation system and strawberry cultivation method
US20120198762A1 (en) Spectural specific horticulture apparatus
US5269093A (en) Method and apparatus for controlling plant growth with artificial light
KR20100057849A (en) Led lighting device for growing plants
JP2003339236A (en) Lighting device and apparatus for plant growth, and method for plant growth
JP2014033622A (en) Plant cultivation device and plant cultivation method
RU180020U1 (en) AUTOMATED LED LAMP FOR HYDROPONIC INSTALLATIONS
JP2005192517A (en) Method for growing plant
Sheibani et al. Close-canopy lighting, an effective energy-saving strategy for overhead sole-source LED lighting in indoor farming
US20100296278A1 (en) Plant Illumination Device And Greenhouse Provided With A Plant Illuminating Device
KR200467139Y1 (en) Growing plants using your computer's USB power LED lamp
RU2724513C1 (en) Combined irradiation system for multi-tier phytoplant
CN207005820U (en) A kind of imitative solar irradiation LED plant lamps
JPH11196671A (en) Plant culturing method
CN106545788B (en) High evenness light matter is than adjustable vegetation lamp
JP2002272271A (en) Artificial light source unit for culturing plant or the like
JP2006042706A (en) Fe light source for growing plant and plant factory using the fe light source
RU2723725C1 (en) Artificial phyto-lighting system
JP2013158317A (en) Plant culture apparatus and plant culture method in completely-controlled plant growing factory
GB2140262A (en) A method for improving plant growth
KR20170002783U (en) mounting system of bed member and fluorescent lamp for plant factory
KR200473448Y1 (en) Illumination lamp for gardening
CN210275200U (en) Improved efficient LED plant growth lamp
CN216131832U (en) Cambered surface shape plant light filling lamp

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210428

Effective date: 20210428