17.07.2019

Системы микроклимата в теплицах нового поколения

Современные технологии выращивания овощей и других сельскохозяйственных культур требуют постоянного поддержания определенных режимов микроклимата в теплицах. Создание благоприятной и контролируемой среды для растений в теплицах нового поколения обеспечивает высокое качество продукции и позволяет гарантированно получать высокие урожаи, а значит, достигать высокого уровня рентабельности.

Как объяснил Виктор Семкин, генеральный директор агрокомбината «Московский», теплицы нового поколения — это, по сути, автономные системы с управляемым микроклиматом. В любое время года здесь поддерживаются оптимальные параметры среды, что благоприятно сказывается на растениях и значительно повышает их урожайность.

«Современные теплицы — это прежде всего малообъемная безгрунтовая технология выращивания с полным автоматизированным контролем температуры, влажности, освещенности, подачей С02, вентиляцией, а также питанием с применением исключительно биологических препаратов и энтомофагов для борьбы с вредителями и болезнями, — говорит Виктор Семкин. — Кроме того, с помощью датчиков осуществляется дистанционное управление всеми процессами, влияющими на урожай».

По словам главного агронома тепличного комплекса «Сосногорский» (Республика Коми) Сергея Иванова, когда мы говорим о микроклимате, то оперируем тремя ключевыми понятиями: температура, влажность и временной период. «Оптимальный микроклимат создается путем работы всех узлов и механизмов теплицы, таких как трубное отопление с разделенными автономными контурами, система вентиляции, как естественной, так и принудительной, подача СО2 от собственной котельной, система досвечивания», — отмечает он.

При этом, обращает внимание генеральный директор НПФ «ФИТО» Игорь Соколов, строительство современных тепличных комплексов сопряжено с серьезными инвестициями. По его подсчетам, сейчас стоимость строительства составляет около 250 млн руб. за гектар. «Безусловно, для инвестора очень важно окупить столь существенные вложения в течение нескольких лет. «А быстрая окупаемость проекта может быть достигнута только за счет получения высокой урожайности выращиваемых культур, —объясняет специалист. — Тут имеют значение множество факторов, но одна из важнейших технологических цепочек в процессе получения урожая, без которой быстрой окупаемости достичь не удастся, — это создание оптимального микроклимата в теплицах».

Он уточняет, что для создания комфортной среды обитания растений необходимо отслеживать и поддерживать максимально точно следующие параметры: температуру воздуха, относительную влажность, воздухообмен, уровень СО2, уровень освещенности. Именно поэтому, по убеждению Игоря Соколова, современный тепличный комплекс невозможен без сложной, надежной и качественной системы управления микроклиматом на основе микропроцессоров.

Простота управления.

Как рассказал Игорь Соколов, тепличная конструкция подразумевает изоляцию растений от внешней среды, поэтому аграриям, которые выбирают зарубежные решения, нет необходимости адаптировать их под российские условия. По мнению генерального директора НПФ «ФИТО», сегодня практически стерта грань между зарубежными и отечественными технологиями, они настолько интегрированы, что можно говорить лишь о самой сути технологий, например, капельном поливе на субстратах или выращивании растений на искусственном освещении.

Генеральный директор компании «Интерагро» Екатерина Бабаева, напротив, считает, что индивидуальная незначительная адаптация зарубежных технологий всегда необходима. По ее наблюдениям, если раньше на рынке преимущественно были представлены импортные решения, то сейчас появляется все больше отечественных предложений (по крайней мере, если говорить о сборке).

«Многие крупные тепличные предприятия России применяют зарубежные технологии. Однако климатические системы российского производства есть, и очень хорошего качества», — соглашается Андрей Гришкин, коммерческий директор компании «РусАгроКомплекс», приводя в пример компанию, которая является партнером Института «Сколково». При этом, подчеркивает специалист, стоимость отечественных систем микроклимата во много раз ниже зарубежных аналогов.

teplica-ultra-klima

Игорь Соколов также уверяет, что в этой области российские компании достигли больших успехов и на равных конкурируют с зарубежными производителями. Если говорить только о системах управления микроклиматом, то, по его словам, их выпускают несколько отечественных компаний, в том числе «ЛиС», НПО «Автоматика» и др. Специалист уточняет, что стоимость любой системы управления микроклиматом в основном зависит от площади теплиц, конфигурации системы, комплектности поставки и производителя автоматики. Цена, по его данным, варьируется в широких пределах начиная от 0,5 млн руб. за 1 га.

В новых теплицах агрокомбината «Московский» применены технические решения и системы, разработанные голландскими специалистами. Как пояснил Виктор Семкин, они включают в себя оборудование полива, вентиляции, зашторивания, отопления, подачи С02, системы контроля, управления оборудованием и системой туманообразования, промышленные компьютеры и программное обеспечение. «Данная система управления микроклиматом позволяет контролировать все параметры в теплице и выдерживать их с точностью до 1–5 %», — добавляет он.

Кстати, как утверждает генеральный директор «Интерагро» Екатерина Бабаева, самой распространенной на рынке системой управления микроклиматом является PRIVA (Голландия). «Но ее адаптируют и наши разработчики», — отмечает она. Использование системы управления и контроля микроклиматом, по опыту Виктора Семкина, позволяет выращивать самые разнообразные культуры, получать качественную продукцию и иметь преимущество на рынке сельхозпроизводителей.

«Основным элементом такой системы является промышленный управляющий контроллер, который имеет высокий показатель бесперебойной и надежной работы, — углубляется в вопрос Андрей Гришкин. — Система включает в себя подсистему измерительных датчиков, установленных внутри и снаружи теплицы». По его словам, система легко интегрируется с котельной. Для этого дополнительно устанавливается специальный модуль, который по интерфейсу (ПО) передает данные в котельную для управления выработкой тепла, СО2, а также электроэнергией и другими системами. Следить за процессом создания и поддержания микроклимата и вносить задания в удобной форме помогает ПК. Кроме того, во всех системах доступна функция удаленного администрирования через интернет.

Главный агроном тепличного комплекса «Сосногорский» Сергей Иванов обращает внимание на такую особенность системы микроклимата, как обратная связь между состоянием самой теплицы и источниками энергии в энергоцентре (котлы и ГПУ). «У тепличных хозяйств появляется возможность не только оперативного регулирования режима выращивания, но также рационального и эффективного использования энергоносителя, — подчеркивает он. — Кроме того, быстродействие системы микроклимата позволяет вовремя реагировать на внешние изменения погоды (ветер, дождь, снег и т.д.) без риска потерять нужные параметры внутри теплицы».

Подробнее на принципах работы системы управления микроклиматом остановился Игорь Соколов. По его словам, оператор задает необходимые с точки зрения агронома параметры микроклимата: температуру, влажность, уровень СО2, освещенность. Эти параметры отслеживаются установленными в теплицах соответствующими датчиками, и в случае расхождения заданных и измеренных величин компьютер с помощью имеющихся исполнительных механизмов компенсирует разницу. «Другой вопрос, что эта простота управления достигается за счет сложных алгоритмов, заложенных разработчиками в микропроцессорную технику», — замечает специалист.

Генеральный директор НПФ «ФИТО» рассказал, что современные алгоритмы управления и программы предоставляют широкие возможности агрономам тепличных хозяйств. Это и разные задания микроклимата в зависимости от времени суток, и бессрочное архивирование, и анализ данных. Это полная автоматизация процессов без вмешательства оператора, обработка, анализ и контроль внештатных ситуаций, мониторинг состояния растений и другие возможности, которые разработчики могут предоставить агрономам при составлении технического задания на систему.

Избежать перегрева

Существенным недостатком большинства современных теплиц, на который указывает Игорь Соколов, является невозможность поддержания оптимальных параметров микроклимата в летний период времени.

Как рассказал Андрей Гришкин, хорошее начало температурного режима утром к восходу солнца, когда воздух прогревается до 17–19° С, начиная с полудня сопровождается постепенным повышением температуры до 26° С. Причинами являются стимулирование поглощения питательного раствора, оптимальный фотосинтез, выход пыльцы (на пчелоопыляемых культурах). «Если температура начинает превышать положенные нормы, ее понижают за счет полностью автоматизированной системы форточной вентиляции», — отмечает специалист.

Помимо вентиляции, добавляет Екатерина Бабаева, снижать температуру воздуха в теплицах помогает регулирование температуры и досветки, зашторивание, система туманообразования.

Например, в теплицах агрокомбината «Московский» применяется несколько технических и организационных решений для охлаждения перегретого воздуха. «Самый простой метод — нанесение затеняющих покрытий (например, «РедуСол» или Eclipse) на остекление теплицы в период жаркой погоды, — делится Виктор Семкин. — Используем также системы вентиляции, зашторивания и туманообразования».

По словам Игоря Соколова, наиболее распространенной системой для понижения температуры сегодня является система испарительного охлаждения и доувлажнения воздуха (СИОД). Принцип ее работы заключается в мелкодисперсном распылении воды по всей площади теплицы, поясняет он. Вода, испаряясь, забирает часть энергии, таким образом несколько охлаждая воздух в теплице и увеличивая влажность.

«Такие системы могут работать с насосами низкого или высокого давления, — продолжает Игорь Соколов. — Оба варианта имеют существенные недостатки при ограниченных возможностях. Основной их минус — незначительное понижение температуры. Кроме того, система СИОД низкого давления повышает риск заболевания сельскохозяйственных культур, так как при частом использовании происходит увлажнение самих растений, а СИОД высокого давления отличается высокой стоимостью и высокими требованиями к качеству распыляемой воды, что также ведет к увеличению цены системы». Тем не менее, подчеркивает специалист, даже учитывая все риски и недостатки систем, без них не обходится ни один современный комбинат.

microklimat

Сергей Иванов выделяет несколько решений, которые применяются для снижения температуры воздуха, помимо СИОД. Так, по его словам, широко используется система теневого зашторивания, когда специальное полотно закрывает теплицу и ограничивает приток солнечной радиации. Также есть системы естественной и принудительной вентиляции. Первая подразумевает открытие фрамуг при достижении высокой температуры, вторая запускает вентиляторы, распложенные в теплице. В крайнем случае, отмечает главный агроном тепличного комплекса «Сосногорский», проводится забеливание кровли специальным раствором.

«Особенностью работы любых систем снижения температуры является принципиальная ограниченность, — переходит к перечислению недостатков Сергей Иванов. — Например, тканевая штора снижает температуру, но ограничивает растения в солнечной энергии. Система естественной вентиляции вместе с температурой понижает влажность, что критично для растений. Кроме того, очень часто в жаркую и ветреную погоду невозможно открыть фрамуги из-за возможности разрушения самих форточных механизмов. Дует сильный ветер, светит солнце, теплица перегревается, но форточки не открываются из-за конструктивного предела открытия по скорости ветра. Очень характерная ситуация для южных стран и регионов».

Регулируем влажность.

В зависимости от времени года, климатических условий, требований выращиваемой культуры необходимо постоянно следить за влажностью воздуха. Если для выращиваемых культур требуется повышенная влажность, то, по мнению Виктора Семкина, эффективна система туманообразования с автоматическим регулированием. Более сложная ситуация, когда требуется снизить влажность в теплице. «На данный момент наиболее распространенный способ — это “вытапливание”, то есть подогрев воздуха в теплице и выпуск его наружу, — поясняет генеральный директор агрокомбината «Московский». — Однако более современным решением является предварительная подготовка воздуха с требуемыми параметрами в установках системы вентиляции и подача подготовленной смеси по перфорированным рукавам, расположенными под грядками».

Он добавляет, что на температурно-влажностный режим влияет множество факторов: выращиваемая культура, кратность поливов, требуемые температуры в зоне выращивания, климатические условия. Впрочем, практически всеми параметрами можно управлять, исключая внешний климат.

Андрей Гришкин замечает, что системы испарительного охлаждения и доувлажнения нельзя назвать прогрессивным решением, так как они внедрены довольно давно. Последние усовершенствования произошли в подходе к циркуляции воздуха для предотвращения риска образования конденсата. Эффект контролируется промышленной автоматикой и достигается воздуховодами под желобами с принудительными вентиляторами, которые смешивают слои воздуха в производственных зонах теплицы. Эта модификация предусматривает активную обработку воздуха — обогрев или охлаждение.

«Современная научно-производственная мысль овощеводства защищенного грунта объединяет в один параметр влажность и температуру, — замечает Сергей Иванов. — А самая прогрессивная на данный момент идея — это понимание того, что само растение является источником влажности. Транспирация воды через листья охлаждает не только само растение, но и окружающий воздух, и понижение температуры, в свою очередь, повышает его влажность». Как раз сохранение влажности в теплице специалист считает первоочередной задачей. По его мнению, этого возможно добиться только с помощью технологии Ultra Clima, одновременно обеспечивающей охлаждение воздуха. «Управление температурно-влажностным режимом позволяет растению снизить собственные затраты на транспирацию», — подчеркивает главный агроном тепличного комплекса «Сосногорский».

Как рассказал Игорь Соколов, революционное решение в вопросах охлаждения теплицы и точного поддержания влажности — технологию Ultra Clima — предложила в 2006 году компания «КУБО» из Голландии. По словам специалиста, ее суть заключается в том, что теплица снабжена специальной зоной, в которой воздух готовится по заданным параметрам, а затем с помощью вентиляторов и воздушных рукавов подается в теплицу. Высокая эффективность охлаждения достигается за счет адиабатических панелей, расположенных по всей длине теплицы. «Современные теплицы Ultra Clima, несмотря на более высокую стоимость, имеют меньший срок окупаемости за счет увеличения урожайности и энергоэффективности. Это инновационное решение уже получило большое распространение в России», — отмечает Игорь Соколов.

greenhouse-day

Кстати, согласно подсчетам Сергея Иванова, Ultra Clima позволяет повысить урожайность в 2,5–3 раза по сравнению со старыми теплицами (антрацит). С его точки зрения, сама комплектация и концепция Ultra Clima подразумевает выпуск овощной продукции экстра-премиум класса, причем не по брендовости, а по своим вкусовым характеристикам и содержанию витаминов. «Конечно, такие теплицы дороже, — признает специалист. — Они подразумевают наличие развитой энергетической инфраструктуры, внешних коммуникаций, дорожного сообщения, что ограничивает выбор месторасположения. Зато на выходе Ultra Clima выдают продукцию, которая обеспечивает потребителей новыми стандартами качества овощей по ценам не выше рыночных». Кроме того, по своим техническим характеристикам Ultra Clima — единственная система, способная работать вне зависимости от географического месторасположения теплицы, заключает Сергей Иванов.

Сорт имеет значение

Андрей Гришкин, коммерческий директор компании «РусАгроКомплекс»: «На практике в процессе полива и питания растений обнаруживаются самые разные проблемы сортов. При этом нежелательные свойства сорта можно уменьшить за счет создания оптимального для него микроклимата, ведь поглощать воду и питательные элементы в необходимом объеме культуре помогает именно хороший микроклимат.

На наш взгляд, хороший микроклимат — это дневной микроклимат, наиболее важный для оптимального роста растений, а именно — правильное сочетание температуры, поступления света, влажности и концентрации СО2, изменение наружных погодных условий, в том числе скорость и направление ветра. Все сигналы считываются мгновенно с датчиков на программное обеспечение управляющего контроллера, при этом, согласно заданным параметрам микроклимата в теплице, осуществляется управление основными инженерно-технологическими системами: теплоносителями, влажностью, светом, СО2. Главная цель такого управления — создание благоприятной среды для растений.

Если на этапе проектирования тепличного комплекса все технологии были заложены правильно, реально подобрать абсолютные значения параметров микроклимата, исходя из толщины стебля, сорта, загруженности растений плодами, а также наличия или отсутствия заболеваний».

Вероника Перова, журнал "Райк Цваан и технологии" № 1, май 2019