Рассадно - овощная теплица для малых форм хозяйствования

Введение. Разработанные технологии построения культурооборотов позволяют круглогодично использовать соору^ения 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 огра^дающие конструкции, составляющими до 95% всех теплопотерь соору^ением [1,2]. Большие расходы тепла и необходимые для их восполнения энергетические затраты обусловлены небольшим сопротивлением теплопередаче светопрозрачных огра^дающих конструкций, отоплением всего объёма соору^ения, а так^е технологической необходимостью обеспечения требуемых параметров воздушной среды. Например, в соответствии с Методическими рекомендациями по технологическому проектированию теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей РД-^ПК1.10.09.01-14 для выращивания рассады таких основных овощных культур как огурец, томат, капуста, перец, бакла^ан требуется температура в диапазоне 17 – 30 оС.

Подготовка рассады огурца и томата совпадает с холодным периодом года, в связи с чем техническое решение теплицы дол^но обеспечивать максимально возмо^ное 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 возмо^ности.

Так, рассадно-овощная теплица пролётом 9м по типовому проекту 810-121.87 рекомендована для эксплуатации при нару^ной температуре до -15 оС. Теплица запроектирована со стальным арочным каркасом и плёночным огра^дением. Выращивание рассады предусмотрено на грунте с подпочвенным воздушным или электрическим обогревом. Дополнительно к подпочвенному обогреву запроектировано воздушное отопление всего внутреннего объёма соору^ения [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 поддер^ания температуры воздушной среды рассадного отделения в пределах 17-23 оС. Таким образом, зало^енный 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 стелла^ах методом гидропоники. В качестве средств выращивания используют торфоплиты, горшочки с субстратом, кассеты, кубики из минеральной ваты [6]. Однако этот способ требует использования сло^ного ин^енерного 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 поддер^ания технологически требуемой температуры воздуха внутри всего объёма культивационного соору^ения, что способствует увеличению тепловых потерь через огра^дающие конструкции; при напольном способе выращивания рассады так^е необходимы значительные затраты на устройство и эксплуатацию двух видов систем отопления: подпочвенного и надпочвенного обогрева, а при использовании стелла^ного гидропонного способа выращивания требуется дорогостоящее ин^енерное оборудование для подготовки и циркуляции питательных растворов определённой концентрации и температуры.

Так^е для выращивания рассады и некоторых низкорослых сельскохозяйственных культур рекомендуется многоярусная узкостелла^ная 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 обслу^ивающего установку персонала; дополнительные эксплуатационные затраты на компоненты специальных питательных растворов, электродосвечивание растений на ни^них ярусах установки; пони^енный выход продукции (как отметил автор патента); сло^ность ухода за растениями на верхних лотках конструкции. При использовании таких установок так^е 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 оран^ереях – предлагаемое

• 2.    Пат.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 мо^ет 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 сло^ную конструкцию и малопроизводительно.

устройство сло^но в конструктивном отношении и обслу^ивании;

Цель иссле^овани^ предусматривала разработку технического решения теплицы для малых форм хозяйствования, обеспечивающего сни^ение энергетических затрат при выращивании рассады овощных культур в холодный период года, а так^е 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 предло^ено конструктивное решение рассадно-овощной теплицы (рис.1). В качестве средств выращивания рассады мо^но использовать, например, полимерные горшочки с субстратом, питательные кубики из почвосмесей и торфяные блоки заводского изготовления, торфоперегнойные горшочки [8]. Для сни^ения энергетических затрат при выращивании рассады, зеленных культур в теплице предусмотрен только местный подстелла^ный обогрев в выгоро^енном пространстве.

Рисунок 1 – Разрез рассадно-овощной теплицы: 1- стальная арка; 2 - сотовые поликарбонатные листы толщиной 4 мм; 3 – металлический или деревянный стелла^; 4 – труба водяного отопления; 5 - теплоотра^ающий экран; 6 -культивируемые растения; 7 – проволочные (диаметр 3 мм) оцинкованные прогоны

Подстелла^ное пространство отапливается от уло^енной трубы водяного отопления. Направленный тепловой поток к растениям формируется прикреплёнными к продольным сторонам и торцам стелла^а теплоотра^ающими экранами из листового сотового поликарбоната толщиной 810мм, верх которых располагается на возмо^ную высоту роста растений. К внутренней стороне листов экранов до уровня настила стелла^а крепится металлизированная плёнка для отра^ения тепловых лучей, а надстелла^ная часть экранов остаётся прозрачной для пропуска света к растениям и так^е выполняет теплоотра^ающую функцию. При выращивании растений необходимая для их развития температура воздуха в надстелла^ной части создаётся нагретым воздухом, поступающим из подстелла^ного пространства через разре^ённый настил, на котором размещены ёмкости с растениями. Принятые размеры максимальной ширины стелла^ей 1,5м и надстелла^ной высоты экранов 0,45м обеспечивают возмо^ность их двухстороннего обслу^ивания.

Небольшое сни^ение тепловых потерь соору^ением так^е мо^но обеспечить, располо^ив его на участке строительства продольной осью вдоль преобладающего направления ветра в зимний период года [9].

Для предло^енного технического решения теплицы расчётом мо^но примерно определить сни^ение тепловых потерь в период выращивания рассады. Например, рассаду огурца или томата выращивают в феврале в условиях Орловской обл. в теплице на стелла^ах без подстелла^ного обогрева. В этом случае требуемая по нормам температура воздуха в теплице дол^на составлять около 17оС, среднемесячная температура нару^ного воздуха по климатическим данным - 5оС. Тогда часовая потеря тепла через 1м2 огра^дения в среднем составит

Q — ‘- в -^ — ^v ,'    I ; (Дж) ,                         (1)

где Q – тепловые потери через огра^дение;

• t в – расчётная внутренняя температура воздуха, ^оС;

• t н – расчётная нару^ная температура воздуха, ^оС;

Ro – общее термическое сопротивление огра^дающей конструкции.

В разработанной теплице вследствие тепловыделений от отапливаемых стелла^ей температура воздуха дол^на несколько превышать нулевую отметку, примем её равной 5 оС. Тогда по аналогии с формулой (1)

° — ЛТ1 —    " = Г (Дж).(2)

• I0        Io

  Сопоставление выра^ений (1) и (2) показывает, что тепловые потери разработанной теплицей дол^ны сократиться примерно в 2 раза.

  Методическими рекомендациями по технологическому проектированию теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей РД-^ПК1.10.09.01-14 площадь рассадно-овощной теплицы для фермерских хозяйств рекомендуется принимать равной 100м2. Месячные затраты на отопление арочной теплицы такой площади ориентировочно мо^но определить по формуле

  
  

p   ⁽С в t^ZCF , ,

LT —            Ki Kn, т      1000Io

Z - продол^ительность отопительного периода в феврале равная 28 суткам (672 часа);

C T - стоимость природного газа с учётом НДС 20%, равная 1,08 руб/ 1000 ккал(1,08 руб/4184кД^) (рассчитана на основании цены реализации природного газа юридическим лицам и индивидуальным предпринимателям на территории Орловской области, приказ Ф^С 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 снаб^енческо - сбытовые услуги (ПССУ) - 222,39 руб., транспортировка по сетям АО «Газпром газораспределение» - 764,93руб., спецнадбавка к тарифам на транспортировку газа по газораспределительным сетям ^О "Газпром газораспределение Орел"- 211,43 руб., тариф на транзитный поток – 28,23руб.);

R O – общее сопротивление теплопередаче кровельной сотовой поликарбонатной панели толщиной 4мм равное 0,440 м 2 ^оС/Вт (0,511 м²час°С/ккал);

F - площадь ограждающих конструкций арочной теплицы равная 205м²;

K i - коэффициент для теплицы с полностью обогреваемым внутренним пространством (равный 1,5), учитывающий КПД котла (~90%), потери в трубах отопления (~5%), инфильтрацию через огра^дающие конструкции (~15%), расход тепла на обогрев пола (~5%), повышение отопительной нагрузки в периоды похолодания (~15 - 20%).

К 2 - коэффициент для теплицы с подстеллажным обогревом (равный 1,2), учитывающий КПД котла (~90%), потери в трубах отопления (~2%), инфильтрацию через огра^дающие конструкции (~5%), расход тепла на обогрев пола (~2%).

Расчёты показали, что месячные затраты затраты на отопление теплицы площадью 100м2 без выгора^ивания подстелла^ного пространства составят примерно 9 600 руб, а по предло^енному техническому решению культивационного соору^ения 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).

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

• 2.    В весенне – осенний период культивационное соору^ение мо^ет использоваться для стелла^ного выращивания овощных культур.

только подстелла^ного пространства. Для сокращения единовременных затрат строительство теплицы возмо^но осуществить хозяйственным способом.

площадью 1га.

пролётом 24м площадью 3 га.

"Гипронисельпром". № 93009496/13; заявл. 19.02.1993; опубл. 09.10.2019, Бюл. № 28.

24m ploshchadyu 3 ga.