CC BY
31ЭНЕРГОУСТАНОВКИ НА ОСНОВЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ВИДОВ ЭНЕРГИИ
УДК 631.344.8-84:620.92
СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ ТЕПЛИЦ НА ОСНОВЕ ТЕРМОПРИВОДОВ И ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
ЭНЕРГИИ
*В.А. Гусаров, *Д.Ю. Писарев, **Е.В. Гусарова
* Федеральный научный агроинженерный центр «ВИМ», Россия, Москва, 1-й Институтский проезд, д.5. e-mail: [email protected]
** Российский университет транспорта, Россия, Москва, ул.
Образцова, д.9 стр. 9
Аннотация. В данной статье описана актуальность вентиляции теплиц, а также значимость вентиляции теплиц. Перечислены методы вентиляции теплиц, способы естественной (ручная и при помощи термоприводов) и механической (приточная, вытяжная, с рециркуляцией прямая и последовательная) вентиляции теплиц. Раскрыта актуальность использования термоприводов в рамках естественной вентиляции теплиц, а также принцип устройства термоприводов, перечислены достоинства данного метода вентиляции теплиц. Представлена созданная авторами система механической вентиляции теплиц на основе возобновляемых источников энергии, преимущества, а также электросхема данной системы. Описана работа системы механической вентиляции теплиц на основе возобновляемых источников энергии с использованием солнечной панели, аккумуляторной батареи, контроллера заряда аккумуляторной батареи, реле-регулятора ТРМ-501 с термопарой, а также двумя вентиляторами вентиляции теплиц. Раскрыт вопрос использования реле-регуляторов с термопарами при механической вентиляции теплиц, а также преимущества использования автоматизированных систем управления микроклиматом теплицы. Разбирается вопрос использования и актуальность использования нескольких источников питания, таких как солнечная панель и централизованное подключение к сети электроснабжения при механической вентиляции теплиц. Подведены выводы по вышеперечисленным вопросам.
Ключевые слова: термопривод теплицы, автоматизированная система вентиляции теплицы, система вентиляции теплицы на возобновляемых источниках 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
7 \
/ I
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 — Приточно- Рисунок 5 — Вентилятор
вытяжной вентилятор теплицы 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 (12У), 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.
Список использованных источников:
1. Глухов К.А. Классификация систем вентиляции в теплице // Актуальные проблемы АПК. Материалы IX международной научно-практической конференции. 2018. С 63-64.
2. Каталог Seminis «Технология выращивания огурца в условиях защищенного грунта» 2017 г.
3. Грингауз, Ф.И. Слесарь-жестянщик по промышленной вентиляции: / Ф.И. Грингауз. - М.: Рипол Классик, 2013 -С. 266.
4. Лягина, Л.А. Система автоматического управления процессом сушки растительного сырья: / Л.А. Лягина, В.А. Каргин, А.П. Моисеев. - Аграрный научный журнал, № 7,2017.-С.78-83.
5. Рощин, О.А. Обзор систем электроснабжения сельских потребителей / Инновации в сельском хозяйстве. 2012. - № 2 - С. 2-9.
6. Судаченко, В.Н. Структура энергоносителей, состояния и перспектива их использования сельхозпроизводством Северо-Запада России / В.Н. Судаченко, В.Н. Бровцин, А.П. Мишанов // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве: труды 7-й Международной научнотехнической конференции. Часть Проблемы энергообеспечения и энергосбережения / ГНУ ВИЭСХ -Москва, 2010. - С. 76-80.
7. Оптимальная температура для роста томата и нюансы выращивания. Режим доступа: https://bagan.ru/articles/397253 (дата обращения: 28.09.2020).
Писарев Дмитрий Юрьевич, инженер лаборатории автоматизированного электропривода энергетического оборудования на возобновляемых источниках энергии, магистрант, 8926793 [email protected], +79267937494,
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.
Гусарова Елена Валентиновна, старший преподаватель кафедры «Системыуправления транспортной инфраструктурой». РУТ (МИИТ), Россия, Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9.
GREENHOUSE VENTILATION SYSTEMS BASED ON THERMAL DRIVES AND RENEWABLE ENERGY SOURCES
Abstract. This article describes the relevance of greenhouse ventilation, as well as the importance of greenhouse ventilation. Listed methods of greenhouse ventilation, methods of natural (manual and thermal) and mechanical (supply, exhaust, with a recirculation of direct and sequential) ventilation of greenhouses. Disclosed the relevance of the use of thermal drives in the natural ventilation of greenhouses, as well as the principle of the device thermal drives, listed the advantages of this method of greenhouse ventilation. The system of mechanical ventilation of greenhouses created by the authors on the basis of renewable energy sources, the advantages, as well as the wiring diagram of this system. The work of the system of mechanical ventilation of greenhouses based on renewable energy sources using solar panel, battery, battery charge controller, relay-regulator TRM-501 with thermocouple, and two fans of
greenhouse ventilation is described. The question of using relay-regulators with thermocouples in the mechanical ventilation of greenhouses, as well as the advantages of using automated systems to control the greenhouse climate is revealed. Discusses the use and relevance of multiple sources of power, such as solar panel and centralized connection to the power supply network for mechanical ventilation of greenhouses. The conclusions on the above issues are summarized.
Keywords: thermal drive of a greenhouse, automated greenhouse ventilation system, greenhouse ventilation system based on renewable energy sources.
Valentin Alexandrovich Gusarov, Chief Researcher, Doctor of Technical Sciences, Head of the Laboratory of Automated Electric Drive of Power Equipment on Renewable Energy Sources,
Pisarev Dmitry Yurievich, engineer of the laboratory of automated electric drive of power equipment on renewable energy sources, Student (Master of Science), [email protected], +79267937494.
Federal Scientific Agroengineering Center VIM, 109428, Russian Federation, Moscow, 1st Institute passage, 5.
Gusarova Elena Valentinovna, Senior Lecturer of the Department "Management systems of transport infrastructure".
RUT (MIIT), Russia, Moscow, 9 bldg 9, Obraztsova St.
