Расчеты осветительного оборудования теплицы

Расчеты осветительного оборудования теплицы

Введение

Тепличное овощеводство сравнительно новая и интенсивно развивающаяся отрасль сельскохозяйственного производства нашей страны, получившая ускоренное развитие в начале 70-х годов преимущественно за счет строительства крупных тепличных комбинатов, использующих передовую технологию при высоком уровне механизации и автоматизации технологических процессов.

Увеличение производства овощей в защищенном грунте неразрывно связано с возрастанием потребления электроэнергии. Потребление электроэнергии возрастает ещё в большей степени вследствие вовлечения в производство более интенсивной технологии, создания высокомеханизированных и автоматизированных поточных линий и производств, более высокой энерговооруженности современного тепличного овощеводства.

Тепличное овощеводство относится к числу наиболее энергоемких производств. В среднем затраты на обогрев теплиц составляют 40...50% от себестоимости продукции. К примеру, на обогрев 1 га зимних теплиц расходуется более 200 т условного топлива в год, поэтому повышение эффективности его использования имеет важное народнохозяйственное значение.

Автоматизация технологических процессов в защищенном грунте позволяет экономить 15...20% теплоты при росте урожайности, улучшении условий труда обслуживающего персонала и подъеме общей культуры производства.

В России в защищенном грунте выращивают свыше 20 овощных культур, среди них по площади и валовому сбору преобладают огурец, томат и зеленый лук. Огурец - самая урожайная и рентабельная культура во всех световых зонах, включая субтропики и Заполярье.

Плод огурца употребляют в пищу в недозрелом состоянии в виде зеленца. Он обладает высокими вкусовыми и диетическими качествами, способствует выведению солей из организма человека, ароматен и богат белками.

1. Исходные данные

.1 Генплан и благоустройство

Зимние теплицы расположены в Красноармейском районе в г. Волгограде на территории санитарно-защитной зоны ОАО «Каустик».

Тепличное хозяйство находится в черте города. Оно состоит из двух теплиц по 1га. Хозяйство имеет следующие здания и сооружения: административно-бытовые и вспомогательные помещения, цветочная оранжерея, оранжерея - зимний сад, склад минеральных удобрений. Вдоль участка теплиц запроектирован асфальтированный проезд шириной 4 м. Ограждения выполнены из железобетонных плит.

.1.1 Теплицы. Архитектурно-планировочное и конструктивное решение

На участке расположены две теплицы 1га каждая. Теплицы предназначены для выращивания овощей в весенний период. Для выращивания рассады огурцов и томатов зимней посадки предусмотрено рассадное отделение площадью 0,095 га.

Несущими конструкциями теплиц являются металлические гнутые профили. Наружные стены и шатер выполнены из стекла толщиной 4 мм. Фундаменты монолитные столбчатые. Отопление теплиц осуществляется двумя самостоятельными системами: системой обогрева шатра и системой почвенного обогрева. Тепловая мощность на отопление шатра одной теплицы составляет 6,048 МВт, подпочвенного обогрева 0,535 МВт.

Теплоноситель для отопления t=70...95°C, для систем почвенного обогрева t=30.. .40°С. Для термической обработки почвы используется пар.

Нагревательные приборы:

а) система отопления - гладкие стальные трубки;

б) система почвенного обогрева - полиэтиленовые трубы.

Вентиляция теплиц естественная - через открывающиеся фрамуги остекления.

.1.2 Внутриплощадные тепловые сети. Центральный тепловой пункт (ЦТП)

ЦТП предназначен для получения теплоносителя требуемых параметров, обусловленных технологий выращивания овощей, рассады деревьев, а также для распределения теплоносителя по потребителям и контроля его параметров.

Источником теплоснабжения и пароснабжения ЦТП является заводская котельная: параметры теплоснабжения - перегретая вода t=70...150°C, пароснабжение пар Р=475,2 кПа.

Расход тепла (перегретой воды) на теплоснабжение всего тепличного комплекса составляется 15 Гкал/ч, что соответствует тепловой мощности в 17,445 МВт.

Расход тепла (пара) на термическую обработку почвы составляет 3,7 Гкал/ч, что составляет количество тепловой мощности 4,303 МВт.

Технологическая схема ЦТП предусматривает:

а) получение постоянной температуры теплоносителя t=70...95°C в отопительных контурах теплиц, оранжереи - зимнего сада и цветочной оранжереи;

б) получение теплоносителя с постоянной температурой t=30...40°C для подпочвенного обогрева теплиц;

в) снижение давления пара с Р.=476,2 кПа до Р.=101,325 кПа (1 атм.) для термической обработки теплиц.[15]

1.1.3 Хладоснабжение

Поддержание заданной температуры в холодильной камере осуществляется с помощью холодильной машины АКФВ-4М холодопроизводительностью 4600 ккал/ч (5,4 кВт).

Применяется способ непосредственного охлаждения. Внутренняя температура камер t=4.. .8°С. Охлаждение конденсаторов водяное [15]

.1.4 Энергоснабжение

Основание ТУ №02144 от 31/VII-78 г.

Для электроснабжения теплиц существует трансформаторная подстанция типа К-42-630 на два трансформатора по 400 кВт по схеме №1 без АВР на стороне 0,4кВ.

Питание ТП со стороны 6 кВ осуществляется от ТП-617, ТП-636 по кабельным линиям ВТП-617 и ВТП-636.

Питание потребителей электроэнергии теплиц осуществляется по кабельным линиям 0,4 кВ [15]

.1.5 Телефонизация

Телефонизация административного корпуса осуществляется от телефонного шкафа №901 кабелем ТИП 20x2x0,5, положенного в телефонной канализации и по территории парка до объекта, абонентская телефонная сеть выполнена проводом ТРП 1x2x0,5 от телефонных распредкоробок КРТП 10x2 [13]

.1.6 Радиофикация

Радиофикация осуществлена от городской радиотрансляционной сети стальным проводом через радиотрубостойку с абонентского трансформатора проводом ПВЖ-2,5. Абонентская разводка осуществляется ПТПЖ2х1,2 до розеток.

.1.7 Водоснабжение

Внеплощадочные сети: для обеспечения хозяйственно-питьевых нужд теплицы проектом предусматривается перемычка Д-200 мм между существующими водопроводами 200 мм и Д-250 мм.

Для производственных нужд и полива зеленых насаждений предусматривается технический водопровод Д-150 мм с подключением к техническому водопроводу завода.

Строительная часть: колодцы В-1ПГ+В-6ПГ, ВТ-1+ВТЗ разработаны на основании планов профилей сети с выборкой данных из типового проекта 901-9-8 Вып II. Трубы стальные уложены на естественное основание. [15]

2. Выбор технологии производства огурцов в зимне-весенний период

В защищенном грунте огурец - самая урожайная и рентабельная культура, скороспелая, малосветотребовательная, выращиваемая во всех световых зонах, включая субтропики и Заполярье.

Плод огурца употребляют в пишу в недозрелом состоянии в виде зеленца. Последний обладает высокими и диетическими качествами, ароматен, улучшает переваримость пищи, богатый витаминами.

С развитием промышленного овощеводства и строительством крупных тепличных комбинатов связано появление «технологичных» сортов, обеспечивающих высокую производительность труда. К таким формам относят партенокарпические гибриды, обладающие мощным ростом и высокой облиственностью, что позволяет высаживать на единицу площади в два с половиной раза меньше растений, чем при выращивании пчелоопыляемых сортов. Это обеспечивает существенную экономию семян и рассады, сокращает затраты труда на уход за растениями и уборки урожая, исключает расходы на содержание и уход за пчелами. Благодаря высокой продуктивности данных гибридов и большой средней массе плода (800...400 г) с одного растения длиноплодных «партенокарпинов» за 4-4,5 месяца плодоношения снимают по 22...24 кг плодов.

Указанные особенности партенокарпических гибридов позволяют увеличить площадь, обслуживаемую одной тепличницей до 1100... 1300 м .

При этом существенно снижается себестоимость продукции, затраты труда (до 35...30 Чел.-ч. на 1 т)[13]

Нельзя не назвать и такое преимущество рассматриваемых гибридов, как высокие товарные качества, выравненность по величине и окраске плодов, отсутствие горечи, способность дольше сохранять качество при хранении. В плодах, образовавшихся без опыления и оплодотворения, после снятия с растений не происходит дозревание семян (плоды бессемянные), поэтому такие огурцы дольше не желтеют, остаются плотными и свежими, сохраняют высокую транспортабельность и хороший вкус.

В данной теплице выращивают длиноплодные гибриды отечественной селекции: длинноплодные - НИИОХ-412, Аэлита, Московский тепличный селекции НИИОХ.

На 1 га теплиц высаживают около 15000... 16000 растений, для чего необходимо высеивать около 18000 семян (600...650 г).

Семена перед посевом подвергают термической и химической обработке, а затем высеивают. Сеянцы пикируют в горшочки в фазе первого настоящего листочка. Посев осуществляется за 40 дней до посадки. Срок посева- 1...5 декабря, посадки - 2.. .5 января.

В рассадной фазе растения проходят тройной отбор: в момент пикировки, при расстановке рассады и перед посадкой.

Стандартная рассада партенокарпических гибридов, по данным ВНИИО, имеет следующие характеристики: возраст-30 дней; высота растений - 25...30 см; длина подсемядольного колена - не более 5 см; число листьев - 5...6; площадь листовой поверхности -6.. .7 дм ; сырая масса надземной части - около 35...40 г; сухая - около 2,5 г; корневая система - хорошо развита.

В блочных теплицах при ширине пролета 6,4 м растения высаживают в четыре ряда с междурядьями 160 см. Данная ширина междурядий предусмотрена для партенокарпинских сортов огурца в самом проекте блочной теплицы, в соответствии, с чем расположены и трубы подпочвенного обогрева и дождевания, а так же подпочвенные регистры.

Оптимальная схема посадки 160x40 см (1,6 растений на 1 м2).

Рассаду высаживают вертикально, что возможно при соответствии ее стандарту по высоте (25-30 см). После ее высадки растения поливают теплой (24...26°С) водой через систему дождевания (2...3 мин). В это время опасно повышение ночных температур (22...25°С), что вызывает вытягивание междоузлий, утончение стебля, а если воздух при этом сухой (относительная влажность воздуха 50-55 %), то и образование деформированных (куполообразных) листьев.

Через 2.. .3 дня после посадки на постоянное место растения подвязывают шпагатом к шпалере, Над каждым рядом растений располагают два ряда проволоки на расстоянии 50 см одна от другой. Чтобы улучшить условия освещенности внутри ряда, растения подвязывают поочередно, то к левой, то к правой проволоке создавая, таким образом, V-образную шпалеру. Затем проводят тщательное формирование растений в течение 2-2,5 месяцев от посадки, а с началом массового плодоношения следят лишь за тем, чтобы боковые побеги не выходили в междурядья, прищипывая их без учета количества листьев и завязей, и направляя их вниз и вглубь ряда.

Желтеющие листья и отплодоносившиеся побеги удаляют по мере их появления - срезают на кольцо острым ножом, а лучше специальными ножницами для обрезки.

Формирование верхней части растений и удаление желтых листьев и старых побегов следует проводить раздельно, чтобы не перенести инфекцию на верхние молодые побеги. Лучше выполнять указанные работы при пониженной влажности воздуха, тогда быстрее заживает раненая поверхность.

До начала плодоношения температуру воздуха поддерживают в солнечную погоду 22...24°С. Относительную влажность воздуха в теплицах 75...80%. Резкие колебания, как температуры, так и влажности воздуха ослабляют растения и вызывают появление заболеваний. На ранних фазах роста огурца причинами массового отмирания завязей нередко бывают понижение температуры воздуха, охлаждения грунта ниже 15...12°С, а чаще полив холодной водой температурой ниже 15°С.

При образовании в теплице застоя воздуха и повышения относительной влажности воздуха до 95% в течение 7-10 дней на листьях огурца появляются симптомы аскохитоза (листовая форма). В связи с этим в зимнее и ранневесеннее время, когда форточки еще не открывают, проводить полив следует в утренние часы малыми дозами. При недостатке или избытке влаги в почве развитие растений нарушается, опадают завязи, отмирают листья, деформируются плоды и снижается урожай. Резкие колебания влаги в почве приводят к растрескиванию стеблей, особенно в начале плодоношения, когда стремясь усилить налив плодов, резко увеличивают норму полива. Поэтому режим поливов следует соблюдать строго (табл. 2.1). Оптимальным содержанием влаги в грунте считается в начале вегетации огурца - 75...80% НВ, в период плодоношения -85...95%.

При посадке рассады партенокарпического огурца в начале января сбор плодов начинается через 40.. .45 дней.

Собирают плоды длиноплодных огурцов не реже 2 раз в неделю, чтобы не было переросших. Съём плодов проводят ранним утром, пока они не нагрелись, так как собранные после полудня при высокой температуре хуже хранятся. Плоды срезают ножом или специальными ножницами и укладывают в ящики, которые стоят на тележках в междурядьях, и вывозят из теплицы. Средняя урожайность партенокарпического огурца на 1 июля у длиноплодных гибридов 24.. .28 кг/м , в лучших звеньях она достигает 30.. .32 кг/м .

3. Выбор и расчет технологического оборудования

.1 Виды технологических операций в зимних теплицах

В процессе подготовки теплиц к высадке рассады и к дальнейшему уходу за растениями, на качество производимых работ в большей степени влияет применяемое технологическое оборудование.

В блочных зимних теплицах можно выделить следующие звенья технологических операций:

а) очистка и обеззараживание тепличных конструкций;

б) дезинфекция грунта;

в) внесение удобрений;

г) вскапывания почвы;

д) фрезерование почвы.

Посев семян в рассадном отделении.

Уход за рассадой:

а) досвечивание и освещение;

б) полив.

Подготовка рассады к посадке:

а) выборка рассады;

б) транспортировка к месту посадки.

Посадка рассады.

Уход за растениями в процессе роста:

а) освещение;

б) подкормка углекислотой;

в) полив.

Создание микроклиматических условий.

3.2 Обработка почвы в теплицах

Обработка почвы в теплицах должна обеспечивать хороший воздушный и водный режимы на весь период вегетации растений.

Важнейшим требованием к технологии обработки почвы является создание в стыковом горизонте пахотного и подпахотного слоев почвы хорошей проницаемости для воды. Поэтому обработка почвы включает два основных этапа: вскапывание на полную глубину подпахотного слоя и на глубину 12-18 см перед посевом и посадкой культур.

Вскапывают почву с оборотом пласта, извлечением нижнего слоя с поверхности и с захватом следов верхнего слоя почвы.

.2.1 Вскапывание почвы

Наилучшим образом технологическим требованиям обработки почвы отвечает роторный копатель КР-1,5, агрегатируемый с трактором МТ-ЗОТ.

Роторный копатель КР-1,5 состоит из рамы, центрального редуктора, ротора, механизма регулировки глубины обработки и карданной передачи.

.2.2 Фрезерование почвы

Поверхностную обработку почвы перед посевом или посадкой проводят тепличной электрофрезой ФС-0,7А.

Основными узлами ФС-0,7 А являются: электродвигатель, редуктор с муфтой включения и предохранительной муфтой, ротором, ходовыми колесами, рукояткой управления и приспособлением для намотки кабеля.

Машина комплектуется кабелями длиной 75 м.

Краткая техническая характеристика почвообрабатывающих машин сведена в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 - Краткая техническая характеристика почвообрабатывающих машин

Исходя из того, что по технологическим требованиям обработка почвы фрезерованием должна проводиться в течение двух дней перед посадкой, рассчитаем необходимое количество электрофрез ФС-0,7А для проведения этой операции.

Рассчитаем количество фрез:

=F/t∙П,(3.1)

где F- площадь обрабатываемой почвы, га, равная 1 га

П- сменная производительность одной фрезы, га/ч количество часов в смену, ч, равное 6 ч.=1/(0,07∙6)=2,3

Принимаем число фрез равное 3.

Тогда потребляемое количество электроэнергии на фрезерование будет:

=Tr∙P∑=2∙N∙4∙P∑,(3.2)

Р∑- суммарная мощность трех фрез, кВт;количество дней работы.

Аг=2∙2∙6∙12=288 кВт∙ч.

.2.3 Посев семян в рассадном отделении

Для посева овощных культур, в том числе и огурцов, в рассадном отделении применяется самоходная пневматическая сеялка равномерного высева с электроприводом СМ-0,7 с шириной захвата 0,7 м и мощностью электропривода 1,85 кВт. Производительность сеялки, равная 740-1200 м /ч, обеспечивает равномерный засев рассадного отделения за одну смену [13].

Потребляемое количество электроэнергии:

Аг=2∙2∙6∙1,85=44,4 кВт∙ч

.3 Уход за растениями

.3.1 Электрическое досвечивание

Во время роста рассады проводят досвечивание в зимний период лампами искусственного освещения.

Расходное отделение оборудуют различными системами электрического досвечивания. В данной теплице примем систему на основе облучателей ОТ-400.

Тепличный облучатель ОТ-400 состоит из ртутной лампы типа ДРЛФ-400 и пускорегулирующей аппаратуры, которая изготавливается заводом изготовителем в двух исполнениях: индуктивная и емкостная. Облучатели с индуктивной ПРА имеют обозначение ОТ-400Н, а емкостной ОТ-400Е.

Применение емкостных и индуктивных ПРА в сочетании 1:3 до 1:1 обуславливается необходимостью взаимокомпенсации токов в системе электропитания, повышения cos ф.

В комплект облучателя входят: дроссель балластный в корпусе, патрон, провода для питания с армированной штепсельной вилкой и розеткой, узел подвеса, уплотнительное кольцо с лампой.

Облучатель ОТ-400Е отличается от ОТ-400Н наличием блока конденсаторов. Масса облучателей ОТ-400Е - 11 кг, ОТ-400Н - 6,9 кг, номинальная мощность лампы 400 Вт, световой поток 12800 Лм [11].

Преимущества облучателя ОТ-400 перед другими тепличными облучателями заключается в отсутствии затенения рассады. Лампы ОТ-400 с внутренним люминофором не препятствуют прохождению естественного дневного света и не затеняют рассаду.

Облучатели ОТ-400 не нужно ежегодно монтировать и демонтировать в рассадном отделении.

Узел подвеса позволяет поднять лампу для проезда под ними транспортных средств, а также изменять расположение лампы в горизонтальной плоскости и тем самым регулировать интенсивность излучения.

Таблица 3.2 - Режим электродосвечивания при выращивании рассады огурцов

Режим продолжительности дополнительного освещения в рассадном отделении теплицы представлен в таблице 3.2. Такой режим обеспечивает более высокий уровень освещенности в первых фазах выращивания рассады, способствует созданию мощной корневой системы, развитию листового аппарата.

3.3.2 Расчет системы электрического досвечивания

В соответствии с условиями естественного облучения в теплицах, вся территория нашей страны делится на 8-м световых зон. Границы зон указаны в «нормах технологического проектирования теплиц и тепличных комбинатов». Волгоградская область входит в пятую световую зону. Исходя из этого рассчитаем требуемую искусственную фитооблученность:

Еn=((Dе-Не)∙Кфт)/τ, фнт/м2(3.3)

где De - доза облученности или экспозиции требуемая для нормального развития растений;

для рассады Demin=3 00... 400 Вт∙ч/м2;

Не- экспозиция естественного облучения в течении суток, ч;

Кфт=0,5 фнт/Вт=((400-243)∙0,5)/7... 18)=11,2.. .4,4(фнт/м2)

Светотехнический расчет установки будем вести точечным методом, в основе которого лежит минимальная облученность. При этом коэффициент минимальной освещенности:

=Eminф/Emaxф>0,7(3.4)

где Еminф и Еmaxф - соответственно минимальная и максимальная облученности на расчетной поверхности.

Будем считать лампы ДРЛФ точечными источниками. Высоту подвеса облучателей принимаем 0,5 м. Это минимальная высота подвеса ламп над растениями во избежание перегрева растений.

Построим зависимость фитооблученности от расстояния до облучаемой поверхности при постоянной высоте подвеса (h=0,5 м). Для этого используем продольную кривую светораспределения лампы ДРЛФ-400.

Последовательно задаемся значениями расстояний по радиусу от проекции лампы на облучаемую плоскость. Определяем угол а между осью облучателя и направлением на точку по формуле:

a=arctg(τ/h),(3.5)

где h- высота подвеса облучателя, м;

τ- радиус, м.=arctg(0,2/0,5)=21,8°

По углу а находим силу света в направлении этого угла и пересчитываем ее на фитооблучение:

ІфL=ІL∙ Kф,(3.6)

где Кф - коэффициент перевода светового потока в фитопоток, фкт/м

ф1=2800-1,375-10~3=3850 мфнт. Фитооблученность найдем по формуле:

Еф=(Іф1/соs3L)/h2,

Еф=(3850∙0,932)/0,52=12320 мфнт/м2 Аналогично рассчитываем остальные значения Еф при различных радиусах г. Результаты этих расчетов сведены в таблицу 3.3.

Таблица 3.3 - Результаты расчета зависимости фитооблученности от радиуса

Графически эта зависимость представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Зависимость фитооблученности от радиуса

Из графика Еф=f(r) находим rА=0,26 м. Еmin=11,2фнт/м2[G]

Рисунок 3.2 -