CC BY
7
УДК 631.234
РАССАДНО - ОВОЩНАЯ ТЕПЛИЦА ДЛЯ МАЛЫХ ФОРМ ХОЗЯЙСТВОВАНИЯ
GROUND - VEGETABLE GREENHOUSE FOR SMALL FORMS OF ECONOMY
Блажнов А.А., кандидат технических наук, доцент Blazhnov A.A., candidate of technical sciences, associate professor ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени
Н.В. Парахина», Орел, Россия
Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin", Orel, Russia E-mail: blazhnov47@mail.ru
Объектом исследования являлась теплица для малых форм хозяйствования. Изучалась возможность разработки технического решения теплицы, обеспечивающего снижение энергетических затрат при выращивании рассады овощных культур в холодный период года. Обобщены и проанализированы способы выращивания рассады, используемые в типовых проектах теплиц и предлагаемые на уровне изобретений. В разработанных технологических решениях при выращивании рассады овощных культур отапливается весь объём теплицы, что обусловливает большие тепловые потери через ограждающие конструкции сооружения. Установлена нецелесообразность рассмотренных аналогов для применения в рассадных теплицах для малых форм хозяйствования. С учётом отмеченных недостатков рассмотренных технологий разработано техническое решение рассадной стеллажной теплицы, предусматривающее отопление не всего объёма культивационного сооружения, а только ограниченного теплоотражающими экранами из сотовых поликарбонатных листов подстеллажного пространства, в котором расположена труба водяного отопления. В качестве средств выращивания принято использование полимерных ёмкостей с субстратом, торфоперегнойных горшочков, питательных кубиков из почвенных смесей. Необходимый для развития рассады тепловой режим в зоне роста растений, ограниченного светопрозрачными теплоотражающими экранами, создаётся посредством поступающего из подстеллажного пространства тёплого воздуха. Предложенное техническое решение теплицы по ориентировочным расчётам даёт возможность примерно в два раза сократить тепловые потери сооружением. В весенне -осенний период теплица может использоваться для стеллажного выращивания овощных культур в ёмкостях. Предложенные технологические решения теплицы пояснены графическими материалами. По результатам исследования оформлена заявка на получение патента.
Ключевые слова: рассадно-овощная теплица, экономия энергетических затрат, техническое решение теплицы.
The object of the study was a greenhouse for small forms of the economy. The possibility of developing a technical solution for a greenhouse was studied. providing a reduction in energy costs when growing seedlings of vegetable crops in the cold season. Summarized and analyzed methods of growing seedlings used in standard projects of greenhouses and proposed at the level of inventions. In the developed technological solutions. when growing seedlings of vegetable crops. the entire volume of the greenhouse is heated. which causes large heat losses through the building envelope. The inexpediency of the considered analogues for use in seedling
greenhouses for small forms of management has been established. Taking into account the noted shortcomings of the considered technologies. a technical solution for a seedling shelving greenhouse has been developed. which provides for heating not the entire volume of the cultivation facility. but only the under-shelf space limited by heat-reflecting screens made of honeycomb polycarbonate sheets. in which the water heating pipe is located. As a means of cultivation. it is customary to use polymer containers with a substrate. peat pots. nutrient cubes from soil mixtures. The thermal regime necessary for the development of seedlings in the plant growth zone, limited by translucent heat-reflecting screens. is created by means of warm air coming from the space under the rack. The proposed technical solution for the greenhouse. according to tentative calculations. makes it possible to reduce heat losses by the structure by about half. In the spring-autumn period. the greenhouse can be used for rack growing of vegetable crops in containers. The proposed technological solutions for the greenhouse are illustrated with graphic materials. Based on the results of the study. an application for a patent was filed.
Keywords: seedling and vegetable greenhouse, saving energy costs, technical solution of the greenhouse.
Введение. Разработанные технологии построения культурооборотов позволяют круглогодично использовать сооружения защищённого грунта. Так, например, в первом культурообороте посев рассады огурца производят 1 декабря, высадку рассады в начале января. После завершения сбора огурцов в начале июля во втором обороте с июля по декабрь выращивают томат.
Эксплуатация теплицы в холодный период года характеризуется значительными тепловыми потерями через светопрозрачные ограждающие конструкции, составляющими до 95% всех теплопотерь сооружением [1,2]. Большие расходы тепла и необходимые для их восполнения энергетические затраты обусловлены небольшим сопротивлением теплопередаче светопрозрачных ограждающих конструкций, отоплением всего объёма сооружения, а также технологической необходимостью обеспечения требуемых параметров воздушной среды. Например, в соответствии с Методическими рекомендациями по технологическому проектированию теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей РД-АПК1.10.09.01-14 для выращивания рассады таких основных овощных культур как огурец, томат, капуста, перец, баклажан требуется температура в диапазоне 17 - 30 °С.
Подготовка рассады огурца и томата совпадает с холодным периодом года, в связи с чем техническое решение теплицы должно обеспечивать максимально возможное сокращение тепловых потерь. Применяемые в промышленном овощеводстве рассадные теплицы, рассадные отделения в теплицах круглогодового использования, установленные в телицах линии промышленного выращивания рассады методом гидропоники не обеспечивают такой возможности.
Так, рассадно-овощная теплица пролётом 9м по типовому проекту 810-121.87 рекомендована для эксплуатации при наружной температуре до -15 °С. Теплица запроектирована со стальным арочным каркасом и плёночным ограждением. Выращивание рассады предусмотрено на грунте с подпочвенным воздушным или электрическим обогревом. Дополнительно к подпочвенному обогреву запроектировано воздушное отопление всего внутреннего объёма сооружения [3].
В типовых проектах зимних овощных теплиц размещены по два рассадных
отделения, площадь которых составляет 7-9% от общей посадочной площади [4,5]. Выращивание рассады предусмотрено в торфоперегнойных кубиках на полу теплицы с использованием её досвечивания. Для обеспечения развития корневой системы рассады отделения оборудованы подпочвенным обогревом. Второй контур отопительных труб предназначен для поддержания температуры воздушной среды рассадного отделения в пределах 17-23 °С. Таким образом, заложенный в типовых проектах зимних теплиц способ выращивания рассады требует значительного расхода металла на отопительные системы и отопления всего внутреннего пространства помещения.
Более эффективным по сравнению с вышеприведенными технологическими решениями является промышленный способ выращивания рассады различных сельскохозяйственных культур на одноярусных стеллажах методом гидропоники. В качестве средств выращивания используют торфоплиты, горшочки с субстратом, кассеты, кубики из минеральной ваты [6]. Однако этот способ требует использования сложного инженерного оборудования и необходимость отопления всего объёма теплицы.
Таким образом, рассмотрение промышленных способов выращивания рассады показало нецелесообразность их использования в малых формах хозяйствования в связи со следующим: необходимость поддержания технологически требуемой температуры воздуха внутри всего объёма культивационного сооружения, что способствует увеличению тепловых потерь через ограждающие конструкции; при напольном способе выращивания рассады также необходимы значительные затраты на устройство и эксплуатацию двух видов систем отопления: подпочвенного и надпочвенного обогрева, а при использовании стеллажного гидропонного способа выращивания требуется дорогостоящее инженерное оборудование для подготовки и циркуляции питательных растворов определённой концентрации и температуры.
Также для выращивания рассады и некоторых низкорослых сельскохозяйственных культур рекомендуется многоярусная узкостеллажная гидропонная установка с использованием искусственного освещения, культивируемые растения в которой располагаются в лотках. Для питания корневой системы растений в лотках предусмотрена циркуляция раствора определённой температуры [7]. Использование такой установки в малых формах хозяйствования является проблематичным по ряду причин конструктивно -технологического характера: значительные единовременные затраты на стальной каркас установки, приобретение оборудования для подготовки, подогрева и подачи питательного раствора к растениям, средств автоматического контроля параметров раствора; необходима соответствующая квалификация обслуживающего установку персонала; дополнительные эксплуатационные затраты на компоненты специальных питательных растворов, электродосвечивание растений на нижних ярусах установки; пониженный выход продукции (как отметил автор патента); сложность ухода за растениями на верхних лотках конструкции. При использовании таких установок также необходимо отопление всей теплицы.
Проведенный патентный поиск выявил ряд патентов по выращиванию рассады и растений различных сельскохозяйственных культур, изучение которых показало нецелесообразность их использования в теплицах для малых форм хозяйствования по следующим причинам:
1. Пат. RU 2 723 191 С1, МПК A01G 9/14 (2006.01). Устройство для выращивания рассады цветочных растений в оранжереях - предлагаемое
устройство сложно в конструктивном отношении и обслуживании;
2. naT.RU 2 530 936 С1, МПК A01G 9/14 (2006.01). Устройство для выращивания растений - предлагаемое устройство неработоспособно;
3. Пат. RU 2 001 554, МПК A01G 9/14 (2006.01). Устройство для выращивания растений - предлагаемое устройство может разрушиться от снеговой нагрузки и неработоспособно, так как требует дополнительного оборудования;
4. Пат. RU 2 616 778, МПК A01G 9/24 (2006.01). Способ и устройство для выращивания рассады под давлением Девяткина В.Д - устройство имеет сложную конструкцию и малопроизводительно.
Цель исследования предусматривала разработку технического решения
теплицы для малых форм хозяйствования, обеспечивающего снижение энергетических затрат при выращивании рассады овощных культур в холодный период года, а также её дальнейшее использование для получения овощной продукции в весенне-осенний период.
Результаты работы. С учётом отмеченных недостатков рассмотренных способов выращивания рассады для малых форм хозяйствования предложено конструктивное решение рассадно-овощной теплицы (рис.1). В качестве средств выращивания рассады можно использовать, например, полимерные горшочки с субстратом, питательные кубики из почвосмесей и торфяные блоки заводского изготовления, торфоперегнойные горшочки [8]. Для снижения энергетических затрат при выращивании рассады, зеленных культур в теплице предусмотрен только местный подстеллажный обогрев в выгороженном пространстве.
Рисунок 1 - Разрез рассадно-овощной теплицы: 1- стальная арка; 2 - сотовые поликарбонатные листы толщиной 4 мм; 3 - металлический или деревянный стеллаж; 4 - труба водяного отопления; 5 - теплоотражающий экран; 6 -культивируемые растения; 7 - проволочные (диаметр 3 мм) оцинкованные
прогоны
Подстеллажное пространство отапливается от уложенной трубы водяного отопления. Направленный тепловой поток к растениям формируется прикреплёнными к продольным сторонам и торцам стеллажа теплоотражающими экранами из листового сотового поликарбоната толщиной 810мм, верх которых располагается на возможную высоту роста растений. К внутренней стороне листов экранов до уровня настила стеллажа крепится
металлизированная плёнка для отражения тепловых лучей, а надстеллажная часть экранов остаётся прозрачной для пропуска света к растениям и также выполняет теплоотражающую функцию. При выращивании растений необходимая для их развития температура воздуха в надстеллажной части создаётся нагретым воздухом, поступающим из подстеллажного пространства через разрежённый настил, на котором размещены ёмкости с растениями. Принятые размеры максимальной ширины стеллажей 1,5м и надстеллажной высоты экранов 0,45м обеспечивают возможность их двухстороннего обслуживания.
Небольшое снижение тепловых потерь сооружением также можно обеспечить, расположив его на участке строительства продольной осью вдоль преобладающего направления ветра в зимний период года [9].
Для предложенного технического решения теплицы расчётом можно примерно определить снижение тепловых потерь в период выращивания рассады. Например, рассаду огурца или томата выращивают в феврале в условиях Орловской обл. в теплице на стеллажах без подстеллажного обогрева. В этом случае требуемая по нормам температура воздуха в теплице должна составлять около 17°С, среднемесячная температура наружного воздуха по климатическим данным - 5°С. Тогда часовая потеря тепла через 1 м2 ограждения в среднем составит
<? = ТГ = ^Т^ Г <«*>• <1>
к0 к0 к0
где О - тепловые потери через ограждение;
- расчётная внутренняя температура воздуха, °С; fн - расчётная наружная температура воздуха, °С; ^ - общее термическое сопротивление ограждающей конструкции.
В разработанной теплице вследствие тепловыделений от отапливаемых стеллажей температура воздуха должна несколько превышать нулевую отметку, примем её равной 5 °С. Тогда по аналогии с формулой (1)
у= 5-р= ¿0 (дж). (2)
к0 к0 к0
Сопоставление выражений (1) и (2) показывает, что тепловые потери разработанной теплицей должны сократиться примерно в 2 раза.
Методическими рекомендациями по технологическому проектированию теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей РД-АПК1.10.09.01-14 площадь рассадно-овощной теплицы для фермерских хозяйств рекомендуется принимать равной 100м2. Месячные затраты на отопление арочной теплицы такой площади ориентировочно можно определить по формуле
(св- (3)
т 1000Ко 1 4 '
2 - продолжительность отопительного периода в феврале равная 28 суткам (672 часа);
Ст - стоимость природного газа с учётом НДС 20%, равная 1,08 руб/ 1000
ккал(1,08 руб/4184кДж) (рассчитана на основании цены реализации природного газа юридическим лицам и индивидуальным предпринимателям на территории Орловской области, приказ ФАС России от 16.11.2022 г. №820/22 исходя из следующих данных за 1 000 м3 (без НДС): оптовая цена на газ - 5 828 руб., плата за снабженческо - сбытовые услуги (ПССУ) - 222,39 руб., транспортировка по сетям АО «Газпром газораспределение» - 764,93руб., спецнадбавка к тарифам на транспортировку газа по газораспределительным сетям АО "Газпром газораспределение Орел"- 211,43 руб., тариф на транзитный поток - 28,23руб.);
^ - общее сопротивление теплопередаче кровельной сотовой поликарбонатной панели толщиной 4мм равное 0,440 м2 °С/Вт (0,511 м2час°С/ккал); Г - площадь ограждающих конструкций арочной теплицы равная 205м2; К1 - коэффициент для теплицы с полностью обогреваемым внутренним пространством (равный 1,5), учитывающий КПД котла (~90%), потери в трубах отопления (~5%), инфильтрацию через ограждающие конструкции (~15%), расход тепла на обогрев пола (~5%), повышение отопительной нагрузки в периоды похолодания (~15 - 20%).
К2 - коэффициент для теплицы с подстеллажным обогревом (равный 1,2), учитывающий КПД котла (~90%), потери в трубах отопления (~2%), инфильтрацию через ограждающие конструкции (~5%), расход тепла на обогрев пола (~2%).
Расчёты показали, что месячные затраты затраты на отопление теплицы площадью 100м2 без выгораживания подстеллажного пространства составят примерно 9 600 руб, а по предложенному техническому решению культивационного сооружения около 3 500 руб. Месячная экономия затрат при принятой площади сооружения составит примерно 6100 руб.
В весенне - осенний период года в разработанной теплице возможно выращивание в установленных на стеллажи ёмкостях огурцов и томатов (рис.2).
8
Рисунок 2 - Разрез теплицы: 1- стальная арка; 2 - сотовые поликарбонатные листы; 3 - металлический или деревянный стеллаж; 4 -труба водяного отопления; 5 - теплоотражающий экран; 6 - шпалеры; 7 - проволочные (диаметр 3 мм) оцинкованные прогоны; 8 - проволочные прогоны по затяжке
арки; 9 - выращиваемая культура
По результатам исследования оформлена заявка на получение патента «Энергоэкономичная рассадная теплица для малых форм хозяйствования» №2023102705 от 06.02.2023. Выводы:
1. Предложено техническое решение рассадно - овощной стеллажной теплицы для малых форм хозяйствования, позволяющее примерно в два раза снизить энергетические затраты в холодный период года посредством отопления
только подстеллажного пространства. Для сокращения единовременных затрат
строительство теплицы возможно осуществить хозяйственным способом.
2. В весенне - осенний период культивационное сооружение может
использоваться для стеллажного выращивания 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. Transformable greenhouse for climatically optimized agriculture / A.A. Blazhnov, M.A.Fetisova, L.R.Glukhova, S.S.Volodin, A.Y.Kolomytseva // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Ser. "International Scientific and Practical Conference: Development of the Agro-Industrial Complex in the Context of Robotization and Digitalization of Production in Russia and Abroad, DAICRA 2021" 2022. P. 012095.
3. Типовой проект 810-1-21.87 Блок плёночных рассадно-овощных теплиц пролётом 9м площадью 1га.
4. Типовой проект 810-1-35.90 Зимняя теплица пролётом 18м площадью 3 га.
5. Типовой проект 810-1-29.88 Теплицы и соединительный коридор блока зимних теплиц пролётом 24м площадью 3 га.
6. Линии промышленного выращивания рассады - АГРОТИП // URL: https://agrotip.ru > (дата обращения: 02.05.2023).
8. 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.
7. Овощеводство / В. П. Котов, Н. А. Адрицкая [и др. ]. СПб: Издательство «Лань», 2017. 496 с.
9. Блажнов А.А. Энергоэкономичная ориентация арочного сооружения // Строительство и реконструкция. 2012. №1(39). С.3-6.
REFERENCES
1. Blazhnov A.A. Sravnitelnaya otsenka tipov zimnikh teplits dlya fermerskikh khozyaystv // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Stroitelstvo. 2018. № 3(711). S.71-78.
2. Transformable greenhouse for climatically optimized agriculture / A.A. Blazhnov, M.A.Fetisova, L.R.Glukhova, S.S.Volodin, A.Y.Kolomytseva // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Ser. "International Scientific and Practical Conference: Development of the Agro-Industrial Complex in the Context of Robotization and Digitalization of Production in Russia and Abroad, DAICRA 2021" 2022. P. 012095.
3. Tipovoy proekt 810-1-21.87 Blok plenochnykh rassadno-ovoshchnykh teplits proletom 9m ploshchadyu 1ga.
4. Tipovoy proekt 810-1-35.90 Zimnyaya teplitsa proletom 18m ploshchadyu 3 ga.
5. Tipovoy proekt 810-1-29.88 Teplitsy i soedinitelnyy koridor bloka zimnikh teplits proletom 24m ploshchadyu 3 ga.
6. Linii promyshlennogo vyrashchivaniya rassady - AGROTIP // URL: https://agrotip.ru > (data obrashcheniya: 02.05.2023).
8. Pat. RU 2 045 889 C1, MPK A01G 31/00 (1995.01). Ustroystvo dlya korrektirovki temperatury v lotkakh mnogoyarusnykh uzkostellazhnykh gidroponnykh ustanovok./ Sharupich V.P.; patentoobladatel Maloe predpriyatie "Patent" Vsesoyuznogo tsentralnogo nauchno-issledovatelskogo i proektnogo instituta "Giproniselprom". № 93009496/13; zayavl. 19.02.1993; opubl. 09.10.2019, Byul. № 28.
7. Ovoshchevodstvo / V. P. Kotov, N. A. Adritskaya [i dr. ]. SPb: Izdatelstvo «Lan», 2017. 496 s.
9. Blazhnov A.A. Energoekonomichnaya orientatsiya arochnogo sooruzheniya // Stroitelstvo i rekonstruktsiya. 2012. №1(39). S.3-6.
