Процесс облучения растений является весьма энергоемким, за счет использования источников света. Затрачивается электрическая энергия, которая преобразуется в оптическую энергию, а затем оптическая энергия, поглощаемая растениями, в энергию роста и развития. Если говорить о повышении эффективности использования электроэнергии, то перед нами стоят три задачи: выбор источника света, построение структуры светового поля, создаваемого вокруг растения, и точное понимание того какого качества и в каком количестве необходимо оптической энергии для продуктивной жизни.

Один из факторов влияющих на способность растения поглощать и усваивать с наибольшим КПД энергию оптического излучения – ориентация листьев в пространстве. Необходимо, чтобы листья верхнего яруса как можно меньше затеняли листья второго и последующих ярусов. Известный факт, что процесс фотосинтеза происходит в стебле растения, как и в листьях. Ориентация листьев в пространстве влияет на освещенность листовых пластинок, что формирует определенное распределение энергии излучения в ценозе и, в конечном счете, на структуру фотосинтетического аппарата, урожай и его качество. Имеются опытные данные о зависимости структуры и эффективности функционирования фотосинтетического аппарата при изменении ориентации листьев. Отсюда боковое освещение растений всегда более выгодное.

Технология выращивания растений на стеллажах при использовании электродосвечивания в настоящее время является самой совершенной при использовании гидропоники. Она является оптимальной при выращивании рассада овощей, цветов, салат и зеленные культуры и т.д. Применение тепличных технологий на стеллажах решает важный вопрос рационального использования площади защищенного грунта. На каждом уровне стеллажа располагается лоток с растениями, над которыми подвешиваются стационарно лампы. Одна из первых промышленных многоярусных установок «Зимние грядки» СГУЛ-30 для бессубстратной выгонки лука-пера была разработана во Всесоюзном научно-исследовательском институте сельскохозяйственного машиностроения имени В.П. Горячкина. Идея разработки очень проста: получается четыре маленьких «поля» состоящих из мини-стеллажей, поставленных один на другой, этаж на этаж. Все устройство занимает не много площади, а его полезная поверхность увеличивается вчетверо.

Патентный поиск

Существуют многочисленные разработки способов распределения рабочей поверхности в объеме теплицы и размещения источника света относительно технологической (облучаемой) поверхности. На рисунке изображена малая часть многочисленных разработок В.П. Шарупича, в которых он предлагает различные конституции стеллажей (рисунок 1).

рис 1

Рисунок 1. Схемы размещения оборудования гидропонной установки
(В.П. Шарупич, Гипронисельпром)

рис 2

Рисунок 2. Схемы размещения оборудования гидропонной установки
(В.П. Шарупич, Гипронисельпром)

рис 3

Рисунок 3. Реализация гидропонной установки
для выращивания перца (В.П. Шарупич, Гипронисельпром)

В.П. Шарупич (2005) провел большую исследовательскую работу и выпустил ряд книг по сравнительному анализу классических технологий с преимуществами многоярусной узкостеллажной гидропоники, как основы современного и будущего теплицестроения. Важный момент не до конца освещен в этих работах светотехническое оборудование и пространственное распределение светового потока в многоярусной узкостеллажной гидропонике. Основным недостатком таких разработок является использование стационарных источников облучения, что создает не равные условия в каждом ярусе для растений. Т.С. Шарупич, Т.В. Кабанен (2007) провели разработку светотехнического оборудования и пространственного распределения светового потока в многоярусной узкостеллажной гидропонике

На рисунке 4 представлено устройство, разработанное Г.В. Курочкиным (2006), для выращивания растений в условиях защищенного грунта, содержащее систему культивации растений, включающую вертикальную многоярусную узкостеллажную установку для вегетационных лотков с растениями. Световой режим обеспечивается движущимися источниками света. Движение осуществляется при помощи средства, обеспечивающее непрерывное реверсивное движение источника освещения между ярусами в период облучения растений.

рис 4

Рисунок 4 – Схемы узкостеллажной установки

а) разработка Курочкина Г.В. (2006) с движущимися источниками света б) разработка Шарупич В.П. конструкция движущихся лотков с растениями

Существуют ряд разработок Агрофизического института (АФИ, 2006), основой которых является многоярусный модуль установки ГОУВРИ-1,5 «Елочка» (гидропонная облучательная установка для выращивания растений Ильина). При всей привлекательности данных установок вопрос рационального и равномерном облучении растений (верхние ряды получают максимум облучения, а нижние остаются недоосвещенными) (рисунок 4).

рис 5

а) ГОУВРИ-1

б) ГОУВРИ-1,5 (2006)

Рисунок 5. Блок-схема установки ГОУВРИ: А – блок автоматики;
С – блок освещения; Р – блок питания; Г – блок выращивания растений

Конструкции стеллажей в теплицах

Посмотрите внимательно представленную на рисунке 6 классификацию, по которой можно создать собственную тепличную технологию. Огромное количество вариантов решения. Например, проводим анализ различных технологий выращивания растений. Взвесив за и против выбираем аэропонику, которая в настоящее время наиболее экономичная технология и по расходу воды, и по трудозатратам. Затем необходимо продумать устройство стеллажа для многостеллажной конструкции установки. Не менее важно техническое решение расположения светильников в объеме теплицы относительно растений. Далее решение вопросов связанных с выбором источника света, с учетом технических и светотехнических характеристик, форма светильника или рефлектора, светотехническое оборудование.

рис 6

Рисунок 6. Классификация тепличных технологий

Напольное размещение растений

рис 7

Рисунок 7. Напольное размещение растений

Одностеллажные установки

рис 9

Рисунок 9. Внешний вид УГС-4 и практическое применение

рис 11

Рисунок 11. Одностеллажная тепличная технология

рис 13

Рисунок 13. Пример, когда одностеллажная установка, может стать вертикальной установкой

рис 14

Рисунок 14. Японская разработка одностеллажной установки круглой вращающейся конструкции

Многостеллажные установки

рис 15

Рисунок 15. Вертикальные теплицы используют многостеллажную технологию

рис 17

Рисунок 17. Вертикальные теплицы используют многостеллажную технологию в форме вращающихся лотков

рис 20

Рисунок 20. Многостеллажная технология для небольших фермерских теплиц

рис 24

Рисунок 24. Многостеллажная технология для небольших фермерских теплиц

Узкостеллажная технология

рис 26

Рисунок 26. Узкостеллажная технология для промышленных теплиц

рис 30

Рисунок 30. Узкостеллажная технология для домашнего использования

Узкостеллажная  технология с применением лотков

рис 31

Рисунок 31. Тепличная технология с применением лотков различных по форме, конструкции и материалу

рис 32

Рисунок 32. Тепличная технология с применением лотков различных по форме, конструкции и материалу

Система NGS

Система NGS является аэрогидропонической технологией. Появление системы NGS автоматически символизирует конец эпохи труб. Простота в изготовлении, отсутствие субстрата и универсальность для любой культуры кроме зеленых. Суть технологии томаты и другие крупные культуры сначала выращивают в виде рассады в кубиках со сторонами 7,5см. Затем вставляют кубик сквозь верхнюю пленку на второй ярус пленки. Корни томата развивается свободно в воздухе. Это чем-то напоминает аэропонику только без систем нагнетания и распыления. Делают двух, трех, и четырех уровневые каналы. Например, томат растят в четырехуровневых каналах.

рис 33

Рисунок 33. Тепличная технология системы NGS

рис 34

Рисунок 34. Тепличная технология с подвижными желобами-лотками в объеме теплицы во Франции

рис 35

Рисунок 35. Тепличная технология с подвижными желобами-лотками

Узкостеллажная технология с перемещающимися (движущимися) лотками

рис 36

Рисунок 36. Вертикальная теплица и узкостеллажная технология
с перемещающимися лотками (Сингапур)

рис 37

Рисунок 37. Узкостеллажная технология с движущимися лотками

Фитопирамида – узкостеллажной технологией

Фитопирамида разработана инженерами Е. Лобашевым и А. Селянским как установка для многоярусного выращивания растений бессубстратным, аэрогидропоным способом. Она представляет собой каркас, на котором, на нескольких ярусах размещены вегетационные трубы. Количество ярусов зависит от вида выращиваемых растений. Многоярусность позволяет значительно эффективнее использовать площадь и объем теплицы. При равных затратах на отопление и содержание культивационного сооружения, продуктивность единицы площади при многоярусном способе гораздо выше, а значит, значительно выше и рентабельность производства. На вегетационной установке Фитопирамида можно высокоэффективно выращивать различные низкорослые культуры – томаты, баклажаны, болгарский перец, салат, зеленные культуры и другие растения.

рис 38

Рисунок 38. Тепличная технология – фитопирамида

Многоярусная узкостеллажная технология в России (автор В.П. Шарупич)

Специалистами научно-исследовательского и проектного института «Градоагроэкопром» разработан и издан «Типовой технологический регламент на выращивание сеянцев, рассады и взрослой культуры овощей, зеленных, земляники методом многоярусной узкостеллажной гидропоники (МУГ) при искусственном облучении в условиях промышленного производства в светонепроницаемой теплице-магазине». Документ предназначен для специалистов тепличных комбинатов, частных лиц, проектировщиков, преподавателей, занимающихся вопросами выращивания сеянцев, рассады и взрослой культуры овощей, зеленных, земляники методом многоярусной узкостеллажной гидропоники (МУГ) при искусственном облучении в условиях частного и промышленного производства в светонепроницаемых теплицах. В теплице применена одна из наиболее прогрессивных технологий – интенсивная энергосберегающая экологически чистая технология выращивания рассады, овощей, ягод, цветов, зеленных культур методом многоярусной узкостеллажной гидропоники. В каждой одногектарной теплице предусмотрено отделение сеянцев, рассадное отделение, три овощных отделения. В качестве основной культуры приняты томаты, сладкий перец и огурцы. Ориентация технологических лотков С-Ю. Выращивание растений предусмотрено в пластмассовых горшочках, установленных в технологических лотках. Выход продукции круглогодично.

рис 40

Рисунок 40. Многоярусная узкостеллажная технология (автор В.П. Шарупич)

рис 41

Рисунок 41. Многоярусная узкостеллажная технология (автор В.П. Шарупич)

рис 43

Рисунок 43. Многоярусная узкостеллажная технология

рис 46

Рисунок 46. Пирамидальная узкостеллажная технология

рис 48

Рисунок 48. Вертикальная тепличная технология

рис 51

Рисунок 51. Вертикальная тепличная технология