CC BY
11УДК 631.234
ЭНЕРГОЭКОНОМИЧНАЯ РАССАДНАЯ ТЕПЛИЦА ДЛЯ МАЛЫХ ФОРМ
ХОЗЯЙСТВОВАНИЯ
Годунов И.А., бакалавр 4 курса направления подготовки 08.03.01 «Строительство». Научный руководитель: к.т.н., доцент Блажнов А. А. ФГБОУ ВО Орловский ГАУ
АННОТАЦИЯ
Предложено техническое решение теплицы только с подстеллажным обогревом выращиваемых на стеллажах растений, позволяющее в два раза сократить затраты на отопление сооружения в холодный период года. В весенне-осенний сезон стеллажи можно использовать для выращивания различных овощных культур.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Теплица, стеллажи, подстеллажный обогрев, рассада овощных культур, овощные культуры.
ABSTRACT
A technical solution for a greenhouse with only under-rack heating of plants grown on racks is proposed, which makes it possible to halve the cost of heating the building during the cold season. In the spring-autumn season, the racks can be used to grow various vegetable crops.
KEYWORDS
Greenhouse, shelving, under-shelf heating, vegetable seedlings, vegetable crops.
Введение. Общим недостатком теплиц со светопрозрачными ограждающими конструкциями являются значительные тепловые потери в холодное время года, при этом доля потерь через ограждение составляют примерно 95% от общих теплопотерь сооружения [1, 2]. Повышенный расход тепла обусловлен необходимостью обеспечения технологически требуемого температурного режима, отоплением всего сооружения и небольшим термическим сопротивлением ограждения. Например, при выращивании рассады основных овощных культур (томатов, огурцов, перца, баклажанов, капусты и др.) нормируемые значения температуры воздуха в теплице в зависимости от выращиваемой культуры и времени суток могут изменяться в пределах 17 - 30 оС [3], что в холодное время года требует значительных энергетических затрат.
Отопление всего объёма культивационного помещения предусмотрено в типовых проектах теплиц, в новых технологиях промышленного выращивания рассады, в теплицах для небольших хозяйств [4-6]. Устройства и способы выращивания рассады овощных культур рассмотрены в ряде патентов, однако вопросы энергосбережения в них не отражены [7-14].
Цель работы предусматривала разработку технического решения энергоэкономичной рассадной теплицы построечного изготовления для малых форм хозяйствования с возможностью использования сооружения в весенне-осенний сезон для выращивания различных овощных культур.
Намеченная цель определила следующие задачи исследования:
- обобщение и анализ информационных данных по сооружениям и устройствам для выращивания рассады;
- разработку технического решения энергоэкономичной рассадной теплицы для малых форм хозяйствования.
Методика выполнения работы предусматривала анализ существующих и предлагаемых технических решений сооружений, устройств и способов выращивания рассады сельскохозяйственных культур, с учётом результатов которого были разработаны варианты энергоэкономичного решения рассадной теплицы и выбрано рациональное техническое решение культивационного сооружения для малых форм хозяйствования.
Результаты исследований. Проведенный информационный поиск показал следующее.
Известен типовой проект зимних теплиц, в которых рассада томата и огурца выращивается в кубиках субстрата на полу в двух рассадных отделениях. Рассадные отделения оборудованы контурами трубопроводов подпочвенного (под рассадой) и надпочвенного обогрева, обеспечивающими в них температуру воздуха в пределах 1723 оС [4]. Значительным недостатком напольной системы выращивания рассады являются большие единовременные затраты на устройство водяной системы отопления (подпочвенный и надпочвенный обогрев растений) и эксплуатационные расходы на отопление. Для рассадной теплицы в малых формах хозяйствования такое технологическое решение не рационально.
Известно использование в теплицах линий промышленного выращивания рассады различных культур методом гидропоники на одноярусных стеллажах в горшочках с субстратом, кассетах и минераловатных кубиках [5]. Для малых форм хозяйствования применение таких рассадных теплиц неприемлемо в связи с требуемым сложным инженерным оборудованием и значительными затратами на отопление теплицы.
Известна многоярусная гидропонная установка для выращивания растений в лотках теплицы при искусственном освещении [7]. Применение таких гидропонных установок нерационально для выращивания растений в малых формах хозяйствования из-за сложности технического решения, а также требуемых значительных единовременных затрат и эксплуатационных расходов в связи со следующим:
- большой расход стали на каркас и лотки;
- для искусственного освещения растений требуются значительные энергетические затраты;
- кроме поддержания определённой температуры раствора в лотках необходимо отопление всей теплицы.
- гидропонный способ выращивания растений требует применения дорогостоящих специальных питательных растворов, оборудования для их приготовления, подогрева раствора, его подачи к растениям, контроля параметров раствора;
- низкий выход продукции, как отметил автор патента.
Все вышеуказанные факторы могут сделать экономически нецелесообразным выращивание растений в таких установках. Также можно отметить сложность ухода за растениями на верхнем ярусе установки.
Известно устройство для обогрева и увлажнения почвы в теплице, предназначенное, в том числе, для выращивания ранних растений, овощных культур и цветов [8]. Основным недостатком предлагаемого технического решения является невозможность выращивания ранних растений (в частности, овощных культур), используя только подпочвенный обогрев. В соответствии с [3, табл. 7] для выращивания овощных культур требуются различные оптимальные температуры грунта, изменяющиеся от 15 до 24 оС и позволяющие избежать повреждения корневой системы растений. Следовательно, поступающий в воздуховод воздух с учётом теплопотерь должен иметь температуру на 10-15 оС выше требуемой температуры грунта. Такой температуры будет недостаточно для обогрева теплицы и развития растений. В соответствии с описанием устройства нагретый теплообменником воздух поднимается в верхнюю часть теплицы, но зона растений при этом окажется в
низкотемпературной среде, неблагоприятной для их роста. Следовательно, в теплице должен быть предусмотрен не только сосредоточенный выброс тёплого воздуха, но и рассредоточенный по площади теплицы, обеспечивающий комфортную для растений температуру.
Известен каркас защитного колпака для укрытия растений [9]. Устройство предназначено для укрытия уже выращенной и высаженной в грунт рассады.
Известно устройство для выращивания рассады цветочных растений в оранжереях [10]. Недостатком предлагаемого изобретения является сложность конструкции устройства и его обслуживания (для сохранения влажности субстрата и воздуха контейнеры с посаженными семенами цветов достаточно покрыть тонкой прозрачной плёнкой).
Известно устройство для выращивания растений, содержащее двухслойное покрытие и поддерживающие его арки, огороженные щитами грядки с теплоаккумулирующим слоем, компостный ящик и др. элементы [11]. Подпочвенный обогрев грядок и арочного сооружения предусмотрен за счёт циркуляции внутреннего воздуха, нагреваемого при его прохождении через саморазогретый компост. Такое устройство непригодно для выращивания растений в связи с тем, что при саморазогреве компоста (а это должен быть быстро разогревающийся компост - из конского навоза, соломы с куриным помётом или мочевиной, при этом начальная масса должна быть не менее 0,5т) будет выделяться аммиак, сероводород, окислы азота, которые загубят выращиваемые растения.
Известна многоярусная светоустановка для выращивания предбазисного оздоровлённого семенного картофеля и другой сельскохозяйственной продукции [12]. Установка технически сложная и энергозатратная, для её размещения необходимо отапливаемое помещение. Использование установки для выращивания рассады в малых формах хозяйствования нецелесообразно.
Известно устройство для выращивания растений, в том числе овощей в холодный период года, на приусадебных и садовых участках [13]. Устройство разработано в виде парника с плёночным укрытием по проволочному каркасу, при этом в парнике горизонтально располагаются камеры для подачи воды, минеральных удобрений и углекислого газа, а также нагревательный элемент и осветительные лампы. Применение устройства для выращивания рассады в малых формах хозяйствования нецелесообразно по следующим причинам: возможно его разрушение в холодный период года во время снегопада; дополнительно необходимо оборудование для подачи в корневую систему растений воды, растворов минеральных удобрений, углекислого газа, при этом вода и растворы должны намагничиваться; применённые в устройстве камеры для подачи растворов и углекислого газа в корневую систему растений не выпускаются отечественной промышленностью.
Известно устройство для выращивания рассады, состоящее из герметичной емкости, с люком, через который в емкость помещают рассаду и который закрывается съемной панелью, на которой смонтированы системы подачи и контроля давления газов, внутри емкости на стенках и ребрах имеется светоотражающее покрытие из полос фольги синего и красного цвета [14]. К недостаткам устройства можно отнести сложность его изготовления и малое количество выращиваемой рассады.
Таким образом, проведенный информационный поиск показал нецелесообразность использования известных технических решений сооружений и устройств для выращивания рассады в малых формах хозяйствования.
С целью сокращения тепловых потерь культивационным сооружением разработано техническое решение теплицы (рис. 1), обеспечивающее снижение энергетических затрат в период выращивания рассады или низкорослых овощных культур на стеллажах в малых формах хозяйствования за счёт только местного отопления культивационных стеллажей. Для получения рассады могут использоваться различные средства выращивания, например, заполненные субстратом горшочки из
полимерных материалов или верхового торфа; торфяные кубики или торфяные блоки заводского изготовления [15].
Рисунок 1 - Поперечный разрез теплицы: 1 - стальная арка каркаса теплицы; 2 - светопрозрачная кровля из сотовых поликарбонатных панелей толщиной 6 мм; 3 - стеллаж для рассады из дерева или металла; 4 - стальная труба водяного отопления; 5 - теплоотражающий экран из сотовых поликарбонатных листов толщиной 8 -10 мм;
6 - ёмкости с выращиваемыми растениями; 7 - прогоны из оцинкованной проволоки
диаметром 3 мм
Поставленная цель сокращения тепловых потерь культивационным сооружением достигается тем, что к продольным сторонам и торцам стеллажей крепятся теплоотражающие экраны из сотовых поликарбонатных листов толщиной 810мм, верх которых располагается вровень с верхом выращиваемых растений, а на нижней части которых с внутренней стороны до уровня настила стеллажа размещена отражающая тепло под корневую систему растений металлизированная плёнка, а надстеллажная часть листов предусмотрена светопрозрачной для пропуска света к растениям, при этом она также выполняет функцию теплоотражающего экрана. В процессе выращивания растений замкнутое подстеллажное пространство нагревается посредством металлической трубы водяного отопления, при этом нагретый воздух из подстеллажного пространства поступает через разрежённый настил стеллажа к растущим растениям, создавая необходимый для их развития микроклимат. Ширина и высота стеллажей приняты из условия возможности двухстороннего обслуживания.
Схема отопительной системы теплицы приведена на рис. 2.
Рисунок 2 - Схема отопительной системы теплицы: 1 - отопительный котёл; 2 - насос; 3 - металлические трубы отопления;
4 - расширительный бак
Сокращение теплопотерь теплицей в холодное время года ориентировочно можно определить на основании следующего расчёта. Например, при выращивании рассады огурца и томата температура воздуха в теплице должна поддерживаться около 17оС. Рассаду выращиваем в феврале месяце, средняя температура которого в Орловской обл. составляет около - 5оС. Усреднённая по месяцу потеря тепла через 1м2 ограждения за 1 час составит
Q = "2—_н= 17-? = т ( (1)
к0 к0 к0
где О - потери тепла через ограждение; 4 - расчётная внутренняя температура воздуха, оС; Ь - расчётная наружная температура воздуха, оС; ^ - общее термическое сопротивление ограждающей конструкции.
При выращивании рассады в разработанной теплице температура воздушной среды в ней вследствие тепловых потерь от отапливаемых стеллажей не должна превысить 5 оС. Аналогично формуле (1) усреднённая по месяцу потеря тепла через 1м2 ограждения за 1 час составит
Q = Ь-Ь = Ё-т}= £ (дж). (2)
к0 к0 к0
Сравнение формул (1) и (2) показывает, что тепловые потери теплицей сократятся примерно в 2,2 раза.
По окончании выращивания рассады теплица может использоваться для выращивания различных овощных культур (томатов, огурцов, перцев, баклажанов, дынь и др.) на шпалерах, подвязанных к натянутым по затяжке арки проволочным прогонам (рис. 3).
В тёплое время года в теплице возможно повышение температуры воздуха сверх технологически требуемой, обусловленное парниковым эффектом. Для вентиляции теплицы большой площади предлагается предусматривать трансформируемые плёночные вставки, располагаемые в культивационном сооружении через два пролёта (рис. 4). Для снятия перегрева воздуха плёночная вставка наматывается на один из расположенных по продольным сторонам сооружения барабанов, образуя вентиляционный проём на всю ширину теплицы [16].
Рисунок 3 - Поперечный разрез теплицы: 1 - стальная арка каркаса теплицы; 2 - светопрозрачная кровля из сотовых поликарбонатных панелей толщиной 6 мм; 3 - стеллаж для рассады из дерева или металла; 4 - стальная труба водяного отопления; 5 - теплоотражающий экран из сотовых поликарбонатных листов толщиной 8 -10 мм; 6 - шпалеры; 7 - прогоны из оцинкованной проволоки диаметром 3 мм; 8 - проволочные прогоны; 9 - овощная культура
Рисунок 4 - Схема теплицы с трансформируемыми плёночными вставками: 1 - кровля теплицы; 2 - трансформируемая плёночная вставка; 3 - намоточный барабан; 4 - дверной проём
Таким образом, разработанное техническое решение теплицы для малых форм хозяйствования позволяет существенно снизить отопительные затраты при низких температурах наружного воздуха и обеспечить снятие перегревов внутреннего воздуха в тёплый период года.
Выводы:
1. Предложено новое техническое решение теплицы построечного изготовления, предусматривающее отопление не всего сооружения, а только пространства под стеллажами, на которых выращиваются растения, а также
вентиляцию теплицы посредством трансформирования располагаемых по её длине плёночных вставок.
Техническое решение теплицы позволяет примерно в два раза уменьшить затраты на отопление в холодный период года.
2. В весенне - осенний сезон теплица может использоваться для выращивания на стеллажах различных овощных культур.
Библиография:
1. Блажнов А.А. Сравнительная оценка типов зимних теплиц для фермерских хозяйств // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2018. № 3(711).С.71-78.
2. Пат. RU 193004 U1, МПК A01G 9/24 (2006.01). Устройство для естественной вентиляции теплиц / Блажнов А.А.; патентообладатель Орловский государственный аграрный университет им. Н.В. Парахина. № 2019102444; заявл. 29.01.2019; опубл. 09.10.2019, Бюл. № 28.
3. РД-АПК1.10.09.01-14 Методические рекомендации по технологическому проектированию теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей. М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2014. 109 с.
4. Типовой проект 810-1-35.90 Зимняя теплица пролётом 18 м площадью 3 га. Альбом 1. Ч.1. Пояснительная записка часть ТХ1. С.1-5.
5. Линии промышленного выращивания рассады - АГРОТИП // URL: https://agrotip.ru (дата обращения 02.03.2023).
6. Кашин С.П. Теплицы и парники. Изд-во ЛитРес, 2013. 215 с.
7. Пат. RU 2 045 889 C1, МПК A01G 31/00 (1995.01). Устройство для корректировки температуры в лотках многоярусных узкостеллажных гидропонных установок / Шарупич В.П.; патентообладатель Малое предприятие «Патент» Всесоюзного центрального научно-исследовательского и проектного института «Гипронисельпром». № 93009496/13; заявл. 19.02.1993; опубл. 09.10.2019, Бюл. № 28.
8. Пат. RU 201 297 U1, МПК A01G 9/24 (2006.01). Устройство для обогрева и увлажнения почвы в теплице / Андреев А.М., Долгов В.А.; патентообладатель Андреев А.М. №2020111192; заявл. 17.03.2020; опубл. 08.12.2020, Бюл. № 34.
9. Пат. RU 98 324 U1, МПК A01G 13/04 (2006.01). Каркас защитного колпака для укрытия растений / Миронов Л.Ф.; патентообладатель Миронов Л.Ф. № 2010125979/21; заявл. 25.06.2010; опубл. 20.10.2010, Бюл. № 29.
10. Пат. RU 2 723 191 С1, МПК A01G 9/14 (2006.01). Устройство для выращивания рассады цветочных растений в оранжереях / Голубенко М.И.; патентообладатель Голубенко М.И. № 2019125472; заявл.12.08.2019; опубл. 09.06.2020, Бюл. № 16.
11. Пат. RU 2 530 936 С1, МПК A01G 9/14 (2006.01). Устройство для выращивания растений / Девяткин В.Д.; патентообладатель Девяткин В.Д. №2013113774/13; заявл. 27.03.2013; опубл. 20.10.2014, Бюл. № 29.
12. Пат. RU 2 258 352 С2, МПК A01G 9/24 (2000.01). Многоярусная светоустановка для выращивания предбазисного оздоровлённого семенного картофеля и другой сельскохозяйственной продукции / Сельмен В.Н., Поляков А.В., Пыленок П.И., Сидоров И.В.; патентообладатель Сельмен В.Н., Поляков А.В., Пыленок П.И., Сидоров И.В. № 2003119943/12; заявл. 04.07.2003; опубл. 20.08.2005, Бюл.№23.
13.Пат. RU 2 001 554, МПК A01G 9/14 (2006.01). Устройство для выращивания растений. / Девяткин В.Д.; патентообладатель Девяткин В.Д. №2013113774/13; заявл. 27.03.2013; опубл. 20.10.2014, Бюл. № 29.
14. Пат. RU 2 616 778, МПК A01G 9/24 (2006.01). Способ и устройство для выращивания рассады под давлением Девяткина В.Д. / Девяткин В.Д.; патентообладатель Девяткин В.Д. № 2015156743; заявл. 28.12.2015; опубл. 18.04.2017, Бюл. № 11.
15. Овощеводство / В. П. Котов, Н. А. Адрицкая [и др. ]. СПб: Издательство «Лань», 2017. 496 с.
16. Пат. RU 2778796, МПК A01G 9/14 (2006.01). Сезонная плёночная теплица для малых форм хозяйствования / Блажнов А.А.; патентообладатель ФГБОУ Орловский государственный аграрный университет им. Н.В.Парахина. № 2022100347; заявл. 11.01.2022; опубл. 25.08.2022, Бюл. № 24.
УДК 69.691
ЭКОЛОГИЧНЫЙ ПОДХОД СОЗДАНИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ
Золотарев А.С., бакалавр 4 курса направления подготовки 08.03.01 «Строительство». Научный руководитель: к.э.н. Питель Т.С. ФГБОУ ВО Орловский ГАУ
АННОТАЦИЯ
Целевая федеральная программа «Отходы» и федеральный закон «Об отходах производства и потребления» позволяет вовлекать в стройиндустрию как в наиболее материалоёмкую отрасль вторичных материальных ресурсов приоритетных направлений науки н техники. Темпы и объемы строительства растут, и, соответственно растет спрос на новые конструкционные и теплоизоляционные материалы. На этом фоне особенно востребованы стали композиционные изделия, произведенные на основе древесного сырья. Одним из источников расширения сырьевой базы местных плитных прессованных строительных материалов являются отходы растительные.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Органическое вяжущее, отходы растениеводства, строительная плита, фурол, композитная матрица, биополимер.
ABSTRACT
The target federal program «Waste» and the federal law «On Production and Consumption Wastes» allow involving secondary material resources in the construction industry, as in the most material-intensive industry, as one of the priority areas of science and technology. Against this background, composite products made on the basis of wood raw materials have become especially in demand. One of the sources for expanding the raw material base of local pressed board building materials is woodworking waste and lignified agricultural waste. The main type of filler in the production of plant-polymer composites with thermoplastic polymer matrices (HRPCt) is traditionally wood flour, crop residues.
KEYWORDS
Organic binder, crop waste, construction plates, furol, composite matrix, biopolymer.
Введение. Технологии в строительной отрасли на сегодняшний день развиваются с учётом экологии и стремятся удовлетворить потребности человека, вызывая при этом минимальное экологическое разрушение природной среды. Устойчивое развитие требует внедрения экологически чистых технологий, которые являются одновременно эффективными и адаптированными к местным условиям. Они позволяют улучшить экономические показатели при минимизации вреда окружающей среде.
В настоящее время отсутствуют научно-обоснованные рекомендации по индивидуальному и совместному использованию различных видов растительных
