Автоматизированные теплицы
Автоматизированные теплицы - Пожалуй, что в современной агрокультуре нет более модного и прогрессивного способа выращивания растений в закрытых оранжереях, чем земледелие в гелиотеплицах. Причин тому несколько – это и экономия на энергоносителях, и 100%-ая экологичность метода.
Проблема 1. Строится гелиотеплица на склоне в 15-20°, естественном или насыпном, скатом на юг или юго-восток .. Кровля делается плоской — стекло, а лучше сотовый поликарбонат — вот где он действительно незаменим! Результат: солнце падает перпендикулярно, и отражения — почти ноль. В сравнении с обычными арочными теплицами, приход энергии солнца повышается в 4-5 раз, а утром, вечером и зимой — в 18-21 раз.
Но и это не все. Задняя стенка — капитальная. Собственно, это стена дома или подсобки. Она побелена, а в идеале — оклеена зеркальной пленкой. При низком солнце она — отражатель, почти удваивающий попадание лучей на почву.
Сам наклон на 15° на широте Москва увеличивает зимнее поглощение лучей на 32%. Плюс плоская кровля и экран. Чем ниже солнце, тем сильнее эффект. При стоянии солнца под углом 20° поглощается вдвое больше энергии, при 10° — втрое, при 5° — вчетверо. Уклон теплицы в 25° увеличивает поглощение низкого солнца соответственно в 2,5-4-6 раз.
Проблемы 2 и 3 решаются одним изящнейшим изобретением — замкнутым циклом воздухо — и теплообмена.
Под почвой, на глубине 30-35 см, через 55-60 см друг от друга, вдоль всей теплицы лежат пластиковые (асбоцементные) трубы. Нижние их концы выведены на поверхность и прикрыты от мусора сеточкой. Верхние (северные) концы соединены в один поперечный коллектор. Из коллектора идет вертикальная труба — стояк, проложенный в капитальной стене. Она выходит на крышу, но не напрямую, а сквозь регулировочную камеру. Камера открывается в теплицу примерно на высоте 1,5 м. Снизу и сверху она ограничена заслонками, а выход в теплицу — вентиляторный. Если летом притенять кровлю глиной или мелом, бытовой вытяжной вентилятор мощностью 15-20 Вт нормально обслуживает две трубы диаметром 70-100 мм. Если труб больше, делаются дополнительные стояки с вентиляторами.
В солнечный день, даже зимой, когда наружи —10°С, внутри гелиотеплицы — +30-35°С. Верхняя заслонка камеры закрыта. Вентилятор засасывает воздух в трубы и гонит его снизу вверх. Воздух отдает тепло почве. Остывший воздух вдувается обратно в теплицу — и снова греется. За день почва прогревается до 30° и выше — ВСЯ ПОЧВА становится аккумулятором тепла. Его запасается столько, что хватает почти на всю ночь. Ночью вентилятор продолжает работать, подавая тепло уже из почвы в воздух.
В последние два десятка лет эта система широко используется в Европе, особенно в Скандинавии. Там теплый воздух закачивают и в почву, и в каменный пол, и в коллекторы внутри бассейнов, и даже в стены прилежащих комнат.
Таким образом, без всякого отопления, при дневном морозе —10° и ночном —15°С, в гелиотеплице держится температура: днем — +18°, ночью — +12°С.
Главное — хорошая герметизация покрытия. Для сравнения, в обычной теплице в это же время: с 9 до 20.00 — выше 10°С, с 12 до 16.00 — выше 30°С, а ночью, с 23.00 до 7.00 — около нуля и ниже. Без системы автоматического регулирования нормальная температура в теплице держится лишь четверть времени суток!
На случай сильных морозов в камеру вставляется простой калорифер, и в теплицу задувается теплый воздух. На любой форс-мажор хватает калорифера мощностью в 1,0-1.2 КВт. Но таких ночей бывает немного, да и лучше зимой выращивать зелень, не требующую подогрева.
Весной и даже нежарким летом тот же вентилятор в том же режиме спасает теплицу от перегрева. В почве запасается уже не тепло, а прохлада. Днем греется и отдает свою прохладу остывшая за ночь почва, а ночью — прохладный воздух.
А ведь нагрев почвы — самый мощный ускоритель развития растений. При температуре почвы 32°С томаты и огурцы дают вдвое больший урожай на месяц раньше, а баклажаны — вчетверо больший урожай!
И все же, при наступлении долгой летней жары приходится отводить лишнее тепло наружу. Тогда закрывается нижняя заслонка камеры, а верхняя — открывается. Меняется и направление продува: вентилятор начинает просто гнать горячий воздух из теплицы наружу. Но при этом теряется СО2 и влага. Посему нужно как можно меньше пользоваться вентиляцией. Лучше на время жары накинуть сверху маскировочную сетку или самоделку из веревок с пришитыми кусками полотна. Очень эффективно опрыскать теплицу раствором обычной глины. Поглощается как раз столько, сколько нужно — около 50% излучения.
Видимо, проблему поддержания температуры нужно решать комплексно. Летом мощность вентиляторов должна явно увеличиваться. В режиме наружной вентиляции вентилятор все равно будет удалять из теплицы влагу и СО2, и тратить на это электричество неразумно. Поэтому, скорее всего, стоит все же предусмотреть форточки с умными открывалками. Вентиляторы включаются автоматически через датчики температуры, на крыше — притеняющая сетка, и потери от вентиляции минимальны.
Проблема 3. При открытой вентиляции, несмотря на уход и поливы, урожай снижается в 2-4 раза ниже возможного — то есть получаемого в гелиотеплице. Почему? Тут два главных момента.
Первое: углекислый газ. На его истинную роль недавно открыл мне глаза ученый из Уфы О. В. Тарханов. Вот полевые цифры. Для создания нормального урожая овощей на гектаре требуется до 300 кг СО2, а метровом слое воздуха — всего 6 кг СО2. Всего 2%! Как же растут растения? Почти весь нужный углекислый газ дает гниющая органика. И чем его больше, тем выше урожай. Именно замкнутый цикл воздухообмена накапливает в гелиотеплице уникальную массу СО2, которая и раскрывает весь продуктивный потенциал растений.
Второе: почвенная и воздушная влага.
Поверхностный полив, даже если он капельный, имеет массу недостатков: большие потери с испарением, охлаждение почвы, поверхностное развитие корней, влияние на физику и химию почвы. Система почвенных труб — готовая система «атмосферной ирригации». Это собиратель конденсата! Проходя по прохладным трубам, теплый воздух отдает массу воды — она выпадает в виде конденсата на стенках труб. А трубы дырчатые: по всей своей «донной» части, через каждые 15-20 см, пробиты отверстиями шириной в карандаш. Чтобы вода успевала просочиться, трубы уложены на небольшой слой керамзита или щебня
Весь день, а летом — всю первую половину дня, вода, испаренная листьями и почвой, принудительно возвращается в подпочвенную систему, а там струйками стекает в отверстия. Теплой водой увлажняется теплая почва вокруг труб. Здесь, в теплой влажной глубине, и благоденствуют корни. Внешний полив практически не нужен. Вода абсолютно свободна от жестких солей, но обогащена аммиаком разлагающейся органики. Органно-минеральные удобрения вносятся заранее, при подготовке почвы, и работают постепенно. На случай нехватки влаги смонтирован капельный полив. Он подключается только при открытой вентиляции.
Побочный эффект: воздух в теплице постоянно влажный. Это еще один важный фактор продуктивности. Влажность воздуха сильно уменьшает испарение через листья, и растения, разгруженные от ненужной работы, еще в полтора раза увеличивают синтез биомассы!
Как уже сказано, вентилятор связан с простыми датчиками температуры, и автоматически отключается, если температурный режим в теплице близок к норме — когда температура воздуха и подземных труб выровнялась.
Для гелиотеплицы можно использовать любой склон, от восточного до юго-западного, и даже вершину гряды. Грядки в гелиотеплице устраиваются узкие — террасами. Растения развиваются огромные, под самую кровлю, и нужны достаточно широкие проходы. Под крышей, над грядками, есть брусы для подвязки растений.
Гелиотеплица — капитальное, долговременное сооружение. Это часть жилого дома, часть образа жизни хозяев. Это не просто теплица, а образец гелиотехнологии — новой технологии рационального использования Солнца.
Хотелось бы отметить, что вышеизложенная технология может быть усовершенствована и автоматизирована с помощью применения новых материалов, автоматизации технологических процессов и новейших достижений в растениеводстве и земледелие. Считаю данный метод очень перспективным, так как результатом его реализации являются экологически чистые продукты питания, потребность в которых со временем только увеличивается.
