Системы вентиляции теплиц на основе термоприводов и возобновляемых источников энергии

Введение. Системы вентиляции являются неотъемлемой и очень значимой частью любой теплицы. Высокие температуры, повышенная влажность, парниковый эффект, застоявшийся воздух — все это не только негативно влияет на качество роста растений, но и может вызывать различные болезни растений, а также спровоцировать распространение вредоносных организмов. К.А. Глухов, сотрудник Саратовского государственного аграрного университета имени Н.И. Вавилова, в своей обзорной статье упоминает, что всякое отклонение от благоприятных для растений условий отрицательно влияет на величину урожая его качества. Решающее значение для роста, развития и урожайности тепличных культур имеют интенсивность воздухообмена и система вентиляции [1]. В связи с этим, необходимо соблюдать требования, такие как: поступление в помещение чистого свежего воздуха вместо удаленного; создание необходимой влажности в помещении; регулирование скорости движения воздуха [2].

Естественная вентиляция имеет свои преимущества: нет необходимости расходовать денежные средства на вспомогательные устройства, тратить электроэнергию. Но в данном методе есть свои минусы, основной – это постоянное присутствие человеческого фактора [3].

При механической вентиляции воздухообмен происходит за счет разности давления, создаваемой вентилятором. Этот способ вентиляции более эффективен, так как воздух может быть доведен до требуемой влажности. В таких системах вентиляции используются элементы автоматики, обеспечивающие контроль за движением и перемещением воздуха в больших пространствах. Такие системы могут подавать и удалять воздух в необходимом количестве, независимо от изменяющихся условий окружающей воздушной среды. Все это невозможно в системах естественной вентиляции [3,4].

В результате обзора научных работ и патентов на тему вентиляции теплиц, было определено, что на сегодняшний день, в данном вопросе не полностью раскрыты такие проблемы, как: применение термоприводов в системе вентиляции теплицы; использование возобновляемых источников энергии в системах вентиляции теплицы;

На сегодняшний день, системы вентиляции теплиц можно классифицировать в соответствии с рисунком 1.

Вентиляция

Естественная Мехсхическоя

^ткм*ся        (рециркуляцией

Вытякная

Последобательнтя Г^яюя

Рисунок 1 – Классификация систем вентиляции

Естественная вентиляция теплицы всегда ассоциировалась с человеческим фактором. Но, в последнее время, набирают популярность системы регулируемой вентиляции теплицы, основанные на термоприводах (рисунок 2).

Рисунок 2 – Термопривод теплицы

Термопривод — это устройство, позволяющее в автоматическом режиме регулировать микроклимат в теплице, путем открывания и закрывания при определенной температуре, предусмотренных теплицей распашных окон, дверей или форточек. Когда температура воздуха достигает +23 °С, жидкость (циклогексанол) начинает расширяться и заполняет камеру, двигая шток, который и открывает створку теплицы. Когда температура в теплице падает, объем циклогексанола уменьшается и шток втягивается обратно, что приводит к закрытию окна, форточки или двери (рисунок 3).

Рисунок 3 – Термопривод в закрытом состоянии

Преимущество термоприводов заключается в том, что они работают за счет протекания физических процессов и не требуют дополнительной электроэнергии или вмешательства человека. Повсеместное применение термоприводов в сельском хозяйстве позволит минимизировать присутствие человеческого фактора в процессе естественной вентиляции теплиц.

Механическая система вентиляции теплиц может включать в себя приточные вентиляторы, вытяжные вентиляторы (рисунок 4), а также вентиляторы рециркуляции воздуха (рисунок 5).

Рисунок 4 — Приточновытяжной вентилятор теплицы

Рисунок 5 — Вентилятор рециркуляции теплицы

Системы механической вентиляции способны перемещать, а также подавать и удалять воздух в необходимых количествах. Системы автоматизации процессов и поддержания температуры позволяют контролировать воздухообмен в механической системе, чего нельзя добиться в условиях естественной вентиляции.

Механические системы вентиляции непрерывно связаны с потреблением электроэнергии. Стоит отметить, что реформы в электроэнергетике России с начала 2000-х годов приравняли сельхозпроизводителей по оплате за потребленную электроэнергию к «прочим потребителям». В результате все правила использования электроэнергетики и ценовой политики стали полностью распространяться на сельскохозяйственном производстве [5,6], что привело к опережающему росту цен на энергоносители.

На рисунке 6 была представлена схема автоматизированной механической вентиляции теплиц на основе возобновляемых источников энергии, разработанная авторами данной статьи.

Рисунок 6 — Система автоматизированной механической вентиляции теплицы на основе возобновляемых источников энергии.

На рисунке 6 представлена схема системы автоматизированной механической вентиляции теплицы на основе возобновляемых источников энергии, где 1 — солнечная панель; 2 — система контроля заряда аккумуляторной батареи; 3 — аккумуляторная батарея; 4 — реле-регулятор ТРМ-501; 5 — термопара К-типа; 6 — вентиляторы.

Алгоритм работы системы заключается в следующем: солнечная панель вырабатывает электроэнергию, которая заряжает аккумуляторную батарею. Контроллер заряда аккумуляторной батареи не допустит ее перезаряд. В свою очередь, аккумуляторная батарея (12V), через реле-регулятор ТРМ-501, питает вентиляторы, подключенные между собой параллельно.

Реле-регулятор ТРМ-501 является универсальным устройством и имеет широкий диапазон настроек. В данной системе реле-регулятор запрограммирован на +23 °С и имеет значение гистерезиса 3,0°С.

Соответственно, при достижении +26 °С внутри теплицы, что является максимальным значением температуры для выращивания томатов [7], аппарат замыкает реле и включает механическую вентиляцию теплицы. Когда термопара фиксирует падение температуры до +20 °С, ТРМ-501 размыкает реле и механическая система вентиляции прекращает свою работу.

Основное преимущество применения вышеописанной системы заключается в решении вопроса электроснабжения систем механической вентиляции теплиц, отдаленных от централизованной сети электроснабжения.

Помимо этого, нельзя не отметить автоматизацию самой системы. ТРМ-501 является доступным и универсальным устройством, не требующим навыков написания автоматизированных систем управления технологическими процессами. После несложного программирования, ТРМ-501 позволяет контролировать температуру внутри теплицы и самостоятельно управлять механической вентиляцией.

Выводы. Использование термоприводов в условиях естественной вентиляции теплицы позволяет отказаться от участия человека в данном процессе и должно использоваться повсеместно, так как экономит электроэнергию, а также время, которое человек тратит на открытие и закрытие створок теплицы.

Системы, основанные на возобновляемых источниках энергии, являются автономными и могут применяться на объектах, отдаленных от централизованной сети электроснабжения. Автоматизированные системы контроля температуры теплицы дают возможность настройки и поддержания микроклимата под определенный вид растений, выращиваемых в теплице.

Гусаров Валентин Александрович, главный научный сотрудник, доктор технических наук, заведующий лабораторией автоматизированного электропривода энергетического оборудования на возобновляемых источниках энергии.

Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, 109428, Российская Федерация, г. Москва, 1-й Институтский проезд, дом 5.

РУТ (МИИТ), Россия, Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9.

GREENHOUSE VENTILATION SYSTEMS BASED ON

THERMAL DRIVES AND RENEWABLE ENERGY SOURCES

RUT (MIIT), Russia, Moscow, 9 bldg 9, Obraztsova St.