RU2735220C1 - Способ выращивания растениеводческой продукции в вертикально ориентированных тепличных комплексах - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ выращивания в теплицах вертикального типа растениеводческой продукции, размещенной по несколько штук в щелях на колоннах роста, которые представляют собой полые трубы со сквозной щелью сверху до низу и заполненные субстратом для выращивания, причем щели на колоннах роста сориентированы в сторону источника света, в условиях искусственного освещения растений LED-светильниками (фитолампами) при непрерывном принудительном орошении сверху колонн роста питательным раствором, с дальнейшим дренажом питательного раствора и возвратом его на рецикл в растворный узел, причем после растворного узла перед распределением по колоннам роста питательный раствор дополнительно проходит кавитационное устройство при температуре от 15 до 80°С, причем кратность прохождения питательного раствора через кавитационное устройство составляет от 1 до 15 раз, удельная передаваемая при кавитации обрабатываемому раствору мощность составляет от 0,0005 до 0,015 кВт⋅ч/л раствора, внешние поверхности колонн роста со стороны вертикальных щелей выполнены со светоотражающим покрытием, и вплотную за задней поверхностью колонн роста установлены светоотражающие экраны. Изобретение позволяет ускорить процесс выращивания растениеводческой продукции, увеличить длительность хранения урожая без потерь. 1 табл., 9 пр.

Description

Предполагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к способам выращивания растениеводческой продукции в вертикально ориентированных тепличных комплексах и может быть использовано для интенсификации процессов получения урожая, снижения его себестоимости при одновременном увеличения потенциала его лежкости в процессе хранения выращенного урожая.

Известны способы выращивания растений методом гидропоники на искусственных средах без почвы. При выращивании гидропонным методом растение питается за счет всасывания необходимых веществ корнями во влажно-воздушной, сильно аэрируемой водной среде, или субстрате -твердой пористой среде, способствующей дыханию корней, и требующей сравнительно частого (или постоянно-капельного) полива питательным раствором. В качестве субстрата чаще всего используют такие вещества, как минеральная вата, керамзит, кокосовый койр, опилки и др. Методы отличаются по способам снабжения корневой системы растений воздухом, водой и элементами минерального питания. В большинстве случаев в гидропонике есть возможность создать для растений оптимальные условия с точки зрения питания, освещенности, температуры, влажности, содержанию в атмосфере теплицы CO2 [1, 2].

По принципу размещения систем и отдельных выращиваемых культур различают системы с горизонтальным выращиванием (классическое размещение установок) и с вертикальным выращиванием. Так, известен «Способ выращивания растений в теплицах на стеллажах гидропонных установок», описанный в [3]. В известном способе рассаду высаживают в лотки с питательным раствором и культивируют продукцию с облучением растений лампами.

Действительно, повышение энергии искусственного облучения интенсифицирует процесс фотосинтеза, обеспечивающий продуцирование биомассы. Однако данный способ не предусматривает корректировку гидропонного раствора в зависимости от фазы роста растений. Кроме того, применяемые в настоящее время гидропонные растворы, как правило, являются растворами неорганических веществ. В таких растворах отсутствуют или в недостаточном объеме содержатся незаменимые органические соединения и стимуляторы.

Известен модифицированный метод выращивания растений на стеллажах за счет обогащения питательной среды широким спектром органических соединений и стимуляторов роста, присутствующих в составе суспензии Chlorella Vulgaris, при этом также повышается усвояемость и эффективность использования растениями всего состава неорганических веществ, содержащихся в составе гидропонного раствора [4]. Однако, установки с горизонтальным расположением стеллажей мало эффективны в отношении использования пространства теплицы.

Идея об экономном использования производственных площадей привела в перспективе к отказу от горизонтальных систем и привела к более полному использованию вертикального пространства теплицы. Это достигалось множеством способов. Это может быть, к примеру, А-образная рама со спринклерами внутри рамы и растениями - по обе стороны. Эта система пользовалась в свое время популярностью для выращивания салатов. А-образную форму можно перевернуть острым концом вниз, как V. В этом случае растения выращиваются в желобах с использованием техники питательного слоя, аналогичных тем, что используются в горизонтальных системах, но желоба установлены на разных уровнях, поднимаясь по обе стороны от центра так, чтобы не затенять друг друга.

Сегодня одними из популярных систем являются вертикальные цилиндры с вертикально висящим освещением. Имеется несколько разных моделей, в которых применяются различные системы доставки питательного раствора. Некоторые из них оснащены капельным устройством при каждом растении, другие - вертикальными плитами минеральной ваты для минимизации количества нагнетателей [5].

Такие вертикальные системы обладают одним преимуществом: практически весь свет осветительных устройств излучается на растения. Свет больше не падает на рефлектор и не отражается от стен. Однако и в таких системах скорость набора веса биомассой ограничена возможностями самих растений принимать энергию света, и излишек световой энергии ведет к увяданию и дальнейшей гибели растений.

Известны попытки увеличить эффективность производства биомассы за счет применения импульсной технологии облучения зеленой массы светом от фото диодных ламп, как, например, в [6]. При этом в известном способе с этой же целью применяют электромагнитную обработку питающей растения воды. Сочетание импульсного освещения с оптимальным спектром и полив водой, обработанной электромагнитными излучениями, формирует кумулятивный эффект, выражающийся в некотором ускорении процесса роста, снижении сроков созревания растений, улучшении их питательных и вкусовых качеств, товарного вида и увеличении продуктивности теплиц. Как следствие, происходит снижение потребления электроэнергии, расходуемой на единицу продукции.

Применение в качестве источника света светодиодов способствует дополнительному снижению потребления электроэнергии, повышению сроков службы системы в целом. Кроме того, светодиоды можно включать с высокой частотой, регулировать спектр излучения, они имеют низкую теплоотдачу, высокую механическую прочность и не боятся попадания на их корпус водяных брызг. Однако, применяемые методы не могут привести к существенному увеличению эффективности использования световых потоков в силу самого принципа фотосинтеза, где на первой стадии (световой фазы) идет поглощение световой энергии с отщеплением от воды кислорода и протонированием энергетически емких промежуточных веществ, из которых на второй стадии фотосинтеза (темновой фазы) происходит преобразование углекислого газа, окружающего растения, в органические вещества, из которых они преимущественно и состоят. Поскольку общая скорость процесса определяется скоростью его самой медленной стадии, считают, что лимитирует именно стадия поглощения света. Вторую стадию в разумных пределах можно ускорить, увеличив до оптимальных для каждого растения значений концентрацию углекислого газа. Поэтому, не ускорив стадию взаимодействия воды с промежуточными веществами, невозможно существенно увеличить эффективность подсветки растений. Соответственно, существует оптимальная интенсивность дозы подсветки для каждого вида культур, и как снижение этой интенсивности, так и увеличение ее приводит лишь к отрицательным результатам - от замедления роста биомассы до гибели растений.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату к заявленному является способ выращивания продукции растениеводства в закрытом тепличном комплексе, в котором установлены вертикальные колонны роста, собранные в пакеты, причем в каждой колонне роста имеются боковые отверстия для собственно развития культивируемых растений, освещение находится сбоку колонн роста, через колонны сверху вниз непрерывно пропускается питательный раствор, предварительно приготовленный в специальном растворном узле и насыщенный кислородом, причем состав атмосферы в теплице и раствора в колоннах роста контролируется специальными датчиками, в теплице организована циркуляция атмосферы вокруг растущих растений, а сами колонны роста имеют возможность вращаться вдоль своей продольной оси. В различных вариантах выполнения способа колонны роста могут быть сборными и содержать несколько модулей, и тогда питательный раствор стекает постепенно от одного модуля к другому, либо представлять единую колонну, причем в некоторых вариантах может быть организовано движение колонн по кругу на медленном конвейере, один полный оборот которого совпадает с циклом полного развития растений, что позволяет организовать сбор урожая и высадку рассады в строго определенном месте, а не по всей теплице [7]. Однако и в этом способе, несмотря на возможность введения в питательный раствор различных фитогормонов роста, не удается существенно ускорить процесс фотосинтеза в его световой фазе, что ограничивает возможности по интенсификации процесса выращивания растений.

Примерно такой же способ описан в открытом доступе на сайте [8], где, в отличие от [7] приведены конкретные цифры, позволяющие судить об эффективности использования полезной площади теплиц, по крайней мере, для одной выращиваемой культуры - для базилика. Кроме того, подробно перечислен состав оборудования для выращивания, причем такой экзотический метод, как конвейерное движение колонн роста здесь не используется, а сами колонны собранны в кассеты, которые в источнике называются «пирамиды». Поэтому именно этот источник [8] выбран нами в качестве прототипа.

В способе-прототипе используются следующие устройства:

1. Пирамиды (единые кассеты), причем на каждой пирамиде установлено по 16 колонн роста. На одной колонне размещают от 7 до 15 растений в зависимости от культуры. Колонны заполнены субстратом, на котором выращиваются растения. Сами колонны представляют собой полые квадратные в сечении трубы со сквозной щелью сверху до низу, из которой растут выращиваемые растения. Между колоннами располагаются рамы с LED- светильниками (светодиодными) и вентиляторы для организации циркуляции воздуха вокруг развивающихся растений.

2. Растворный узел и дренажный узел.

3. Светодиодное освещение для выращивания растений.

4. Оборудование для выращивания рассады, салатов или микрозелени со светодиодами.

5. Инвентарь, регуляторы измерительные приборы, комплект семян.

6. Комплект минеральных удобрений.

7. Субстрат, минеральные пробки.

8. Замкнутая Гидравлическая система.

9. Электрика: проводка, шкафы, автоматика, подключение светодиодов, смесителей, узлов, кабели, стабилизатор напряжения для системы управления и поддержки канала интернета.

10. Устройства бесперебойного питания для растворных узлов (полив).

11. Устройства бесперебойного питания для дренажных узлов.

Кроме перечисленных устройств в комплект поставки входят система управления, датчики температуры и влажности, программное обеспечение, а также апробированные режимы выращивания для различных видов растений.

Технической задачей является дальнейшее увеличение эффективности использования электроэнергии при выращивании растений в теплицах на вертикальных колоннах роста, ускорение процесса выращивания и, как следствие, снижение издержек производства.

Данная задача решается заявленным способом выращивания в теплицах вертикального типа растениеводческой продукции, размещенной по несколько штук в щелях на колоннах роста, которые представляют собой полые трубы со сквозной щелью сверху до низу и заполненные субстратом для выращивания и которые собраны в единые пакеты, причем щели на колонах роста сориентированы в сторону источника света, в условиях искусственного освещения растений LED-светильниками (фитолампами), установленными вертикально между пакетами колонн роста, в условиях контролируемой с помощью датчиков состава, влажности и температуры внутренней атмосферы с использованием принудительной ее циркуляции при непрерывном принудительном орошении сверху колонн роста питательным раствором, который приготавливают заранее в растворном узле, состав и количество которого также предварительно задается и контролируется датчиками, с дальнейшим дренажом питательного раствора и возвратом его на рецикл в растворный узел, отличающийся тем, что после растворного узла перед распределением по колоннам роста питательный раствор дополнительно проходит кавитационнную обработку в кавитациионном устройстве при температуре от 15 до 80°С, причем кратность прохождения питательного раствора через кавитационное устройство составляет от 1 до 15 раз, удельная передаваемая при кавитации обрабатываемому раствору мощность составляет от 0,0005 до 0,015 кВт.час\литр раствора, после обработки питательный раствор охлаждают до комнатной температуры перед подачей в колонны роста, внешние поверхности колонн роста со стороны вертикальных щелей выполнены со светоотражающим покрытием, и вплотную за задней поверхностью колон роста установлены светоотражающие экраны.

Нанесение светоотражающего покрытия на внешние поверхности колонн роста и установка дополнительных светоотражающих экранов за колоннами позволяет использовать для процесса фотосинтеза не только поверхности зеленых частей растений, обращенных к источнику света, но и тыльные части растений, которые находятся в тени в способе, выбранном за прототип. Однако такое решение само по себе не способно существенно повысить эффективность использования энергии световых лучей, поскольку, как указано выше, существует некоторый предел по поглотительной способности лучей светочувствительными пигментами растения. Чтобы воспользоваться таким преимуществом необходимо было каким-то образом интенсифицировать первую стадию фотосинтеза, что позволило бы сразу повысить количество полезно поглощаемого растениями света без их повреждений.

Неожиданно оказалось, что механоактивация путем кавитации водных растворов, которыми питают колонны роста, ускоряет первую стадию фотосинтеза и способствует более полному усвоению растений некоторых микроэлементов, в частности, кальция, что сразу повышает лежкость собираемого с колонн роста урожая. Данные эффекты были обнаружены нами впервые и ранее не были описаны. Как оказалось, заметный эффект от кавитационной обработки водных растворов проявляется уже при обычной температуре в 15°С, при повышенной температуре до 50°С несколько вырастает и после 80°С сходит на нет. При однократном применении обработки уже заметен значительный эффект, который увеличивается с ростом кратности прохождения питательного раствора через кавитационное устройство и постепенно выходит на плато при кратности от 15 раз. Другие методы активации водных растворов, такие как магнитоэлектрическая обработка или ионизирующие излучения оказались практически не эффективны (эффект был на уровне ошибки измерений). Поскольку совместное применение светоотражающих поверхностей с многократной кавитационной обработкой питающих колонны роста растворов не описано в технической литературе, это позволяет считать предложенное техническое решение соответствующим критериям «Новизна» «Изобретательский уровень».

Осуществить однократную или многократную кавитацию питательного раствора можно любыми понятными специалисту способами, периодически или непрерывно, в том числе, путем возврата определенной части обработанного кавитацией раствора на рецикл с отбором другой части на охлаждение и в дальнейшем на орошение колонн роста. Охлаждение обработанного раствора также можно осуществлять периодически или непрерывно, в жидкостном теплообменнике или за счет самоиспарения при разбрызгивании в устройствах наподобие «градирни», в том числе, и за счет предварительного нагрева идущего на обработку питательного раствора в холодильниках-рекуператорах.

Кавитационную обработку можно осуществлять в любом лабораторном или промышленно выпускающемся устройстве. В данном техническом решении используется, но без ограничения метода, промышленно выпускающийся кавитатор «РАФ-6» с установленной мощностью в 3 кВт..

Светоотражающее покрытие на поверхности колонн роста и на дополнительных светоотражающих экранах может быть выполнено за счет применения светоотражающих красок, металлической или металлизированной фольги, зеркал или любым другим доступным специалисту методом.

Выращивание растениеводческой продукции проводят в экспериментальной теплице, построенной с таким расчетом, чтобы одновременно производить продукцию и по заявленному способу, и по способу-прототипу.

Экспериментальная теплица представляет собой замкнутое помещение, построенное по системе «теплый дом», т.е. с высокой степенью тепловой защиты для минимизации потерь на обогрев или кондиционирование, что позволяет круглосуточно поддерживать в теплице температуру атмосферы 22-23°С. Высота теплицы составляет 3,2 м, общая полезная площадь составляет 160 квадратных метров. Теплица снабжена системой обогрева и кондиционирования, а также системой подачи углекислого газа из баллонов, что позволяет поддерживать его концентрацию на оптимальном уровне от 1200-1500 ррм до 2400-2500 ррм в зависимости от выращиваемой культуры. Специальная система по поддержанию влажности поддерживает влажность во всем пространстве теплицы на уровне 92-93% отн.

Теплица разделена на несколько зон: 2 зоны выращивания с кассетами, содержащими колонны роста, общая зона получения рассады, общий растворный узел с помпами и с системой дозирования необходимых добавок и исходной воды с автономной системой водоподготовки, система дозирования питательного раствора, раздельная для обеих зон выращивания, а также система циркуляции воздуха (вентиляторы), подключенная к общей системе питания. Кроме того, в теплице имеется общая система дренажа, фильтрации и ультрафиолетового обеззараживания отработанного питательного раствора.

Особенностью электроснабжения данной теплицы является общая система питания для систем теплоснабжения и кондиционирования, зоны получения рассады, общей дренажной системы и системы фильтрации и общего растворного узла с системой обеззараживания, и раздельные системы электропитания для двух зон выращивания. Электропитание в каждой зоне выращивания, расход которого определяется по своим электросчетчикам, расходуется на питание фитоламп, на раздельные системы подачи питающего раствора, на электровентиляторы и на питание дополнительных устройств (в частности, на электропитание воздушного компрессора в зоне, где осуществляют способ по прототипу и на питание кавитатора, нагревателя и холодильника-рекуператора в зоне, где происходит осуществление заявленного способа). Это сделано для того, чтобы имелась возможность оценить эффективность завяленного способа по массе получаемого урожая и израсходованной электроэнергии (без учета общих затрат).

В двух зонах выращивания установлены по 8 кассет, каждая из которых содержит по 16 колонн роста высотой 2,2 м. Таким образом, в каждой зоне выращивания находится по 8×16 = 128 колонн роста.

Каждая колонна представляет собой вертикальную трубу из полимерного композитного материала квадратную в сечении размером 15×15 см и заполненную субстратом, состоящим из базальтового волокна и вспученного вермикулита в массовом соотношении 1:1. На каждой колонне имеется щель, проходящая сверху до низа колонны толщиной 2,5 см. В кассетах колонны сориентированы таким образом, что все щели смотрят в одну сторону - на источники света. Таким образом, в каждой зоне выращивания находится по 8×16 = 128 колонн роста.

Кассеты расположены попарно, таким образом, что в каждой паре кассет щели в колоннах роста смотрят друг на друга, и между каждой парой кассет вертикально установлен фитосветильники, прикрепленные к потолку и доходящие до пола теплицы, и вентилятор для циркулирования воздуха. Таким образом, в каждой зоне выращивания находятся по 4 пары кассет с колоннами роста с фитосветильниками и одним вентилятором для лучшего циркулирования воздуха.

Каждый фитосветильник представляет собой конструкцию из четырех промышленно выпускающихся светодиодных фитоламп, излучающих свет с двумя максимумами в спектре, каждая длиной 1 метр и мощностью 100 ватт «MiniFermer Ватт-100 см SMD». Лампы закреплены попарно, и каждая лампа в паре излучает свет в направлении, противоположном от своей соседней лампы. Каждая конструкция содержит по 2 таких пары, расположенных последовательно вертикально, и, таким образом, высота всей конструкции фитосветильника составляет 2,0 метров. Всего между каждой парой кассет расположены по 5 таких конструкций из четырех фитоламп. Таким образом, для каждой пары кассет работают 4×5 = 20 фитосветильников суммарной мощностью 20×100 = 2000 Вт (2 кВт), и общая мощность фитосветильников в каждой зоне выращивания составляет 4×2 кВт = 8 кВт.

Сверху колонн установлены системы форсунок, орошающие колонны питательным раствором. Снизу колонны установлены в общий для каждой кассеты коллектор-дренаж, откуда отработанный питательный раствор подается насосами в фильтры грубой и тонкой очистки, после чего перекачиваются в общий растворный узел.

В первой зоне выращивания, где происходит осуществление способа в соответствии с прототипом, перед распределением питательного раствора по форсункам стоит аэратор, представляющий собой компрессор с погруженным в раствор распылителем для насыщения питательного раствора кислородом воздуха.

Во второй зоне выращивания, где осуществляют способ в соответствии с заявленным, передние части колонн выращивания (со щелью) покрыты светоотражающим покрытием из металлической алюминиевой фольги. Кроме того, сзади колонн роста вплотную к ним установлены металлические зеркала высотой, равной высоте колонн.

В этой же зоне на питающей колонны линии установлен промышленный кавитатор «РАФ 6» с нагревателем, датчиками и накопителями с системой, позволяющей осуществлять рецикл обработанного кавитацией раствора через кавитатор. После кавитатора стоит холодильник-рекуператор, после которого раствор через промежуточный накопитель подается на колонны роста.

Способ иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1.

В зоне выращивания рассады культивируют из семян рассаду базилика сорта «Русский Гигант». Количество растений на каждой колонне составляет 15 штук. Начиная с 14-го дня развития растений рассаду высаживают на колонны роста одновременно в двух зонах выращивания и включают фитосветильники в обеих зонах для подсветки. Концентрацию углекислого газа в теплице поддерживают на уровне 1350-1400 ррм. Одновременно с высаживанием рассады на колонны в обеих зонах включают орошение колонн питательным раствором с объемным расходом 0,7 литра в час на каждую колонну.

Состав питательного раствора (в расчете на 100 литров раствора) для обеих зон выращивания следующий:

Аммоний азотнокислый - 20,0 г;

Калий азотнокислый - 50,0 г;

Калий фосфорнокислый - 13,5 г;

Кальций азотнокислый - 82,0 г;

Магний сернокислый - 12,0 г

Суперфосфат простой - 25,0 г;

Лимонная кислота - 12,0 г;

«ФИТОФЕРТ ЭНЕРДЖИ КОМБИВИТ 14» - комплексный продукт, состоящий из 6 наиболее важных микроэлементов в хелатной форме с ЭДТА (Fe, Mn, Zn и Cu), а также В и Мо в соответствующей анионной форме в виде растворимого порошка - 0,25 г.

В указанном соотношении компонентов указанные минеральные вещества смешивают заранее и загружают этой смесью дозирующее устройство для твердых компонентов растворного узла.

Приготовление питательного раствора происходит автоматически понятным специалисту методом путем дозирования и перемешивания исходной смеси минеральных веществ в зависимости от остаточного содержания солей в питательном растворе после колонн роста, определяемого датчиками по электропроводности воды.

Всего на каждую из двух зон выращивания из растворного узла подают 0,7×128 = 89,6 литров питательного раствора в час.

В первую зону выращивания, где происходит культивирование растений по способу-прототипу, это количество питательного раствора подают прямо с растворного узла, предварительно проведя его аэрацию в промежуточном накопителе с помощью компрессора и распылителя.

Во вторую зону выращивания такое же количество питательного раствора подают, предварительно пропустив его через кавитатор с кратностью прохождения, равной 4-м при температуре 50°С. После кавитатора питательный раствор пропускают через рекуперационный холодильник, где он за счет питающего кавитатор раствора он охлаждается до 23°С, попадает в промежуточный накопитель объемом 8 литров, откуда его далее подают на орошение колонн роста.

Недостаток тепла для работы кавитатора компенсируют встроенным в питающий трубопровод кавитатора нагревателем, который включается синхронно с включением кавитатора в очередной цикл работы и который отключается вместе с отключением кавитатора. Регулирование температуры происходит автоматически под действием датчиков температуры с учетом заданной температуры обработки, кратности рециклов кавитатора и потока жидкости, проходящего через него. При этом насыщение раствора воздухом происходит прямо в кавитаторе, поэтому компрессора не требуется.

При таком режиме кавитатор включают периодически каждые 5 минут на 13-14 секунд, поскольку его производительность при непрерывной работе при однократном пропускании потока жидкости через него составляет 5500-6000 литров в час. При этом расчетное количество жидкости, прошедшее через кавитатор за 1 час составило около 89,6 литров, общее время активной работы кавитатора составило около 160 секунд за час, что составило 160\3600 = 0,044 часа. При общей установленной мощности кавитатора около 3,0 кВт при 4-х кратной обработке удельная переданная обрабатываемому раствору мощность составила 4,0×3,0×0,044\89,6 = 0,00298 кВт.час\литр.

Примененный в данном и последующих примерах определенный тип кавитатора никак не ограничивает возможности заявленного способа, хотя данный конкретный тип более подходит для промышленных теплиц из-за своей избыточной производительности, но благодаря автоматической системе, заставляющей его работать периодически, вполне применим для работы в экспериментальной теплице.

Как оказалось, обработанный таким способом питательный раствор сохраняет свою активность 18-20 минут, поэтому суммарного времени пребывания жидкости в холодильнике, накопителе и в колонне роста вполне хватает, чтобы активность питательного раствора оставалась на нужном уровне.

Режим работы фитосветильников в течение каждых суток для первой зоны составляет 4 цикла по 4 часа работы и по 2 часа темновой фазы, а для второй зоны (по заявленному способу) - 4 цикла по 3 часа работы и по 3 часа темновой фазы.

В таком режиме теплица работает 60 дней. При этом, кроме общих затрат электроэнергии на поддержание температуры и работу систем дренажа и растворного узла, в первой зоне, где осуществляли способ выращивания базилика по прототипу, было истрачено по счетчику 9100 кВт.час, а во второй зоне, где культивирование базилика осуществляли по заявленному способу, 8300 кВт.час. Это на 8,8% меньше, чем в способе по прототипу. При этом всего было получено 618,5 кг базилика с первой зоны и 697,5 кг базилика со второй зоны. Таким образом, урожайность базилика по заявленному способу превысила урожайность способа-прототипа на 12,8%. Удельный расход электроэнергии по способу-прототипу оказался 9100/618,5 = 14,71 кВт.час\кг, а по заявленному способу 8300\697,5 = 11,90 кВт.час\кг, что на 19,1% эффективнее способа-прототипа.

Образцы базилика из первой и второй зоны поместили в холодильную камеру при 0°С. И относительной влажности 97 отн.%. Без видимых повреждений базилик из первой зоне пролежал 11 дней, из второй - 18.

Пример 2.

Выращивание базилика осуществляют по примеру 1, но режимы освещенности и в первой зоне, и во второй зоне совпадают. В результате через 60 дней получают 616,4 кг базилика в первой зоне и 705,9 кг базилика во второй зоне (увеличение урожайности на 13,8%). Величины расхода электроэнергии в первой зоне составил 9120 кВт.час, во второй - 9540 кВт.час. Удельный расход электроэнергии в способе-прототипе оказался равен 9120\616,4 = 14,80 кВт.час\кг, а по заявленному способу 9540\705,9 = 13,51 кВт.час\кг, что эффективнее способа-прототипа на 8,7%.

Пример 3

В теплице выращивают салат «Русский Богатырь». Расход питательного раствора на одну колонну роста снижен до 0,5 литра в час. Содержание углекислого газа в атмосфере теплице поддерживают на уровне 2050-2100 ррм. Состав питательного раствора следующий:

Аммоний азотнокислый - 10,0 г;

Калий азотнокислый - 30,0 г;

Калий фосфорнокислый - 13,5 г;

Кальций азотнокислый - 135,0 г;

Магний сернокислый - 9,0 г

Суперфосфат простой - 15,0 г;

Лимонная кислота - 10,0 г;

«ФИТОФЕРТ ЭНЕРДЖИ КОМБИВИТ 14» - 1,25 г.

В кавитационном устройстве в зоне выращивания по заявленному способу обработка идет однократно при 80°С. В этом и последующих примерах цикл работы кавитатора рассчитывают таким образом, чтобы он включался не реже, чем каждые 5 минут на такое время, чтобы промежуточный накопитель на 8 литров не переполнялся бы. В данном примере цикл работы кавитатора состоит из 4-х секунд работы каждые 5 минут. Удельная передаваемая при кавитации обрабатываемому раствору мощность составляет от 0,0005 кВт.час\литр раствора.

Режим работы фитосветильников в течение каждых суток для первой зоны составляет 4 цикла по 4 часа работы и по 2 часа темновой фазы, а для второй зоны (по заявленному способу) - 4 цикла по 3 часа работы и по 3 часа темновой фазы.

В таком режиме теплица работает 65 дней. При этом, кроме общих затрат электроэнергии на поддержание температуры и работу систем дренажа и растворного узла, в первой зоне, где осуществляли способ выращивания салата по прототипу, было истрачено по счетчику 9860 квт.час, а во второй зоне, где культивирование салата осуществляли по заявленному способу, 8910 кВт.час. Это на 9,6% меньше, чем в способе по прототипу. При этом всего было получено 303,9 кг салата с первой зоны и 378,5 кг салата со второй зоны. Таким образом, урожайность базилика по заявленному способу превысила урожайность способа-прототипа на 24,5%. Удельный расход электроэнергии по способу-прототипу оказался 9860/303,9 = 32,44 кВт.час\кг, а по заявленному способу 8300\697,5 = 23,54 кВт.час\кг, что на 27,4% эффективнее способа-прототипа.

Образцы салата из первой и второй зоны поместили в холодильную камеру при 0°С. И относительной влажности 96 отн. %. Без видимых повреждений салат из первой зоне пролежал 10 дней, из второй - 15.

Пример 4.

Способ осуществляют по примеру 3, но температура обработки составляет 15°С, кратность обработки составляет 15 раз. удельная передаваемая при кавитации обрабатываемому раствору мощность составляет 0,015 кВт.час\литр раствора. Режим работы кавитатора - 1 минута каждые 5 минут. Световые режимы облучения фитолампами для обеих зон одинаковы и составляют в сутки 4 цикла по 4 часа световой фазы и по 2 часа темновой фазы.

В таком режиме теплица работает 65 дней. При этом, кроме общих затрат электроэнергии на поддержание температуры и работу систем дренажа и растворного узла, в первой зоне, где осуществляли способ выращивания салата по прототипу, было истрачено по счетчику 9830 квт.час, а во второй зоне, где культивирование салата осуществляли по заявленному способу, 10680 кВт.час. При этом всего было получено 307,2 кг салата с первой зоны и 387,2 кг салата со второй зоны. Таким образом, урожайность базилика по заявленному способу превысила урожайность способа-прототипа на 26,0%. Удельный расход электроэнергии по способу-прототипу оказался 9830/307,2 = 32,00 квт.час\кг, а по заявленному способу 8300\697,5 = 27,58 квт.час\кг, что 13,8% эффективнее способа-прототипа.

Примеры 5-9.

В экспериментальной теплице аналогично примерам 1-4 были осуществлены культивирование салата «Денди Ромэн» 500, рукколу «Рокет», укроп, кинзу, и шпинат. Все перечисленные культуры выращивали как в условиях прототипа, так и по заявленному способу. Основные условия культивирования растений и полученные результаты по примерам 1-9 представлены в таблице.

Как следует из примеров 1-9, реализация заявленного способа позволяет увеличить эффективность использования электрического освещения на 8,7-33,8% при одновременном повышении сбора урожая готовой продукции на 12,6-26,0%. Дополнительным преимуществом способа является увеличение длительности хранения урожая без потерь, вероятно, в результате более эффективного усвоения питательных веществ растениями. Способ легко может быть реализован на средних и крупных промышленных теплицах.

Источники информации, принятые во внимание:

1. Уильям Тексье. Гидропоника для всех. Все о садоводстве на дому. - М.: HydroScope, 2013. - 296 с. - ISBN 978-2-84594-089-5.

2. Бентли М. Промышленная гидропоника. - М.: Изд-во Колос, 1965. - 819 с.

3. Патент РФ №2028769 С1, кл. A01G 31/00, A01G 31/02, опубл. 20.02.1995.

4. Патент РФ №2448457 МКП A01G 31/06, опубл. 27.04.2012.

5. https://floragrowing.com/ru/encyclopedia/vertikalnoe-vyrashchivanie

6. Патент РФ 2332006, МКП A01G 31/06, опубл. 27.08.2008.

7. Патентная заявка США 20180014485 А1, опубл. 18.01.2018.

8. https://healthygarden.ru/fr (прототип).

Claims (1)

1. Способ выращивания в теплицах вертикального типа растениеводческой продукции, размещенной по несколько штук в щелях на колоннах роста, которые представляют собой полые трубы со сквозной щелью сверху до низу и заполненные субстратом для выращивания и которые собраны в единые пакеты, причем щели на колоннах роста сориентированы в сторону источника света, в условиях искусственного освещения растений LED-светильниками (фитолампами), установленными вертикально между пакетами колонн роста, в условиях контролируемого с помощью датчиков состава, влажности и температуры внутренней атмосферы с использованием принудительной ее циркуляции при непрерывном принудительном орошении сверху колонн роста питательным раствором, который приготавливают заранее в растворном узле, состав и количество которого также предварительно задается и контролируется датчиками, с дальнейшим дренажом питательного раствора и возвратом его на рецикл в растворный узел, отличающийся тем, что после растворного узла перед распределением по колоннам роста питательный раствор дополнительно проходит кавитационную обработку в кавитационном устройстве при температуре от 15 до 80°С, причем кратность прохождения питательного раствора через кавитационное устройство составляет от 1 до 15 раз, удельная передаваемая при кавитации обрабатываемому раствору мощность составляет от 0,0005 до 0,015 кВт⋅ч/л раствора, после обработки питательный раствор охлаждают до комнатной температуры перед подачей в колонны роста, внешние поверхности колонн роста со стороны вертикальных щелей выполнены со светоотражающим покрытием, и вплотную за задней поверхностью колонн роста установлены светоотражающие экраны.