СТЕЛЛАЖНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ С ОБЛУЧАЮЩЕЙ УСТАНОВКОЙ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
RACK SYSTEM FOR CULTIVATING PLANTS WITH IRRADIATING PLANT WITH FORCED COOLING

Изобретение предназначено для использования в сельском хозяйстве, в частности для выращивания растений методом гидропонического питания, в защищенном грунте.
Широкое распространение, в настоящее время в мире получили многоярусные установки стеллажного типа для выращивания салатных и травяных культур растений. Принципиальным отличием от классических теплиц со светокультурой является более эффективное использование площади, возможность использования установок в условиях с низкими уровнями естественного освещения (включая полное его отсутствие), возможность создания мобильных автоматизированных установок, для использования в удаленных районах, за полярным кругом и т.д. Растущее население крупных городов также стимулирует повышение спроса на свежую зелень, при дефиците площадей, а в удаленных населенных пунктах напротив существует проблема обеспечения населения свежей зеленой массой, необходимой для здорового питания.
С точки зрения агротехнологии, стеллажные многоярусные установки позволяют с помощью различных комбинаций питательных смесей, а также спектров и уровней облучения растений, добиваться высокого качества продукции, при минимальных энергетических затратах. На отдельных культурах возможно также снижение сроков вегетации растений.
Предшествующий уровень техники
Так, из предшествующего уровня техники известны стеллажные установки для выращивания сельскохозяйственных культур. Например, в документе RU 55249 U1 описано устройство для выращивания растений в условиях защищенного грунта, содержащее систему культивации растений, включающую вертикальную многоярусную стеллажную установку для вегетационных лотков с растениями, системы создания требуемых климатического и светового режимов, последняя из которых включает, по меньшей мере, один источник освещения, выполненный с возможностью перемещения вверх-вниз между ярусами стеллажной установки, отличающееся тем, что содержит средство, обеспечивающее непрерывное реверсивное движение источника освещения между ярусами в период облучения растений. Документ RU 61081 описывает установку для выращивания гидропонного зеленого корма, содержащую многоярусные вегетационные стеллажи, камеру предварительного проращивания и вспомогательное оборудование, с включением передвижного электрообрабатывающего устройства, содержащего стойку, размещенную на основании, и источник питания, соединенный с проводящими контурами, установленными на стойке. Из документа RU 67392 известна установка для выращивания гидропонного корма, содержащая секционный многоярусный вегетационный стеллаж с переменным расстоянием между ярусами, вращающиеся колонны с двухзаходной винтовой опорной поверхностью, полки с поддонами для выращивания корма, осветительные устройства и перемещающуюся оросительную штангу с форсунками, отличающаяся тем, что поддоны выполняются с антимикробным покрытием, включающим наночастицы серебра. Наконец, документ RU 178645 раскрывает Фитостеллаж, содержащий многоярусную стеллажную установку, источники излучения, отражатель и систему управления режимами источников излучения, отличающийся тем, что стеллажная установка содержит вертикальные стойки с возможностью установки на них не менее одной нижней полки для размещения растений и не менее одной верхней полки для размещения над растениями на радиаторах охлаждения с развитой ребристой поверхностью не менее одного многоканального источника излучения, снабженного линзовым рассеивателем с коэффициентом светопропускания больше 0,92; при этом хотя бы один канал многоканального источника работает в УФ-диапазоне 365-400 нм, хотя бы один канал работает в видимом диапазоне спектра 400-740 нм и хотя бы один канал работает в инфракрасном диапазоне спектра выше 740 нм, отражатели в виде отдельных экранов укреплены на вертикальных стойках между верхней полкой и нижней полкой со всех четырех сторон фитостеллажа, с условием сохранения зазора между отражателями и полками, при этом с лицевой стороны стеллажа экран отражателя выполнен с возможностью съема для обеспечения доступа к растениям, а система управления режимами работы источников излучения представляет собой соединенные между собой проводами размещенный на стеллаже многоканальный источник тока, источники излучения и контроллер, установленный с лицевой стороны фитостеллажа и снабженный программным обеспечением для управления спектральными и временными характеристиками излучений, панелью управления, например, в виде сенсорного экрана, а также энергонезависимой памятью для хранения в базе данных информации о динамических и спектральных характеристиках воздействующего излучения, и экраном, отражающим обработанную информацию из базы данных в виде таблиц и/или графиков.
Среди основных проблем существующих установок важно отметить следующее:
2
Выделение тепла облучающей установкой. Основным источником облучения в системах подобного типа является светодиодный модуль (кластер). Для правильного функционирования светодиодов необходимо обеспечивать эффективный отвод тепла, при этом, если средний уровень облучения на уровне растения должен быть примерно 200 мкмоль/(с⋅м), с учетом современного уровня эффективности светодиодов в 2,0 мкмоль/Дж, мощность, потребляемая облучающей установкой составит 100 Вт/кв.м. Это приводит к выделению тепловой энергии порядка 60% или 60 Вт/кв.м.
С учетом многоярусности установки, в условиях естественной конвекции, тепло от облучателей будет подниматься вверх, разогревая питательную жидкость, что на более высоких уровнях будет приводить к перегреву корневой системы растения и его гибели. Таким образом, многоярусная стеллажная установка имеет различные температурные режимы для одной и той же культуры растений в одном и том же цикле выращивания.
Таким образом, существует необходимость в создании многоярусной стеллажной установки для выращивания растений с режимом, примерно одинаковым по всей высоте установки, для предотвращения вреда системе питания растений и повышений урожайности.
Описание чертежей
Фиг. 1 - схематично показана конструкция облучающей установки с трубами для подачи воздуха для принудительного охлаждения в зависимости от яруса или нахождения стеллажной полки с культурой.
Фиг. 2 - подробная схема многоярусной стеллажной установки с принудительным охлаждением в виде подачи воздуха по трубам, включая положение светодиодов и элементов радиатора-охладителя в виде труб.
Фиг. 3 - показаны отдельные элементы стеллажной установки.
Краткое описание Фигур:
Позиции, указанные на Фигурах:
1  - Труба с соединительными элементами и подачей воздуха
2 - светодиодный светильник
3 - стеллаж
4 - воздушный компрессор 5- соединительный элемент
6 - круглый корпус светильника
7 - элемент корпуса-радиатора
8 - модуль светодиодной платы.
Описание изобретения
Согласно настоящему изобретению, предложена многоярусная стеллажная установка для выращивания растений, при этом на ярусах расположены модули светодиодной платы, светодиодные светильники, трубы с соединительными элементами, расположенные перпендикулярно ярусам, для подачи воздуха для принудительного охлаждения, при этом подача воздуха осуществляется сверху вниз.
В одном из вариантов реализации установка включает 4 и более яруса для выращивания растений.
Кроме того, в одном из вариантов реализации, скорость подачи воздуха регулируется в зависимости от степени и мощности облучения.
Дополнительно, в одном из вариантов реализации, установка включает датчик тепла на верхнем ярусе, для более эффективного регулирования подачи воздуха по трубе для охлаждения.
В еще одном варианте реализации установка включает не менее 4 отдельных труб для подачи воздуха для принудительного охлаждения. В другом варианте реализации установка включает трубы для подачи воздуха для принудительного охлаждения, которые одновременно могут являться и опорами многоярусной установки или служить для повышения жесткости стеллажа.
В еще одном варианте реализации трубы для подачи воздуха для принудительного охлаждения имеют развитой ребристой поверхностью, предпочтительно расположенную в зоне нахождения облучателя.
Преимущества подобного решения:
- Эффективное охлаждение светодиодных модулей. При этом удалось добиться более высокой эффективности облучателя, а также возможности использовать меньшее количество светодиодов в режиме более высокой единичной мощности, что снижает себестоимость облучающей установки и увеличивает срок эксплуатации.
- Возможность в зимний период, или в условиях недостаточного отопления помещения, использовать отводимое тепло для обогрева помещения, путем равномерного распределения в помещении, отведенного от облучателей тепла.
- Отсутствие влияния тепла, выделяемого облучателями на систему питания растений.
- Возможность создания специфических спектров облучения, за счет применения различных комбинаций светодиодов, ускоряющих рост растений и повышающих качественные характеристики. Снижение рабочей температуры кристаллов светодиодов, за счет принудительного охлаждения, снижает деградационные процессы и позволяет сохранять стабильность светотехнических параметров облучателей.
Основные отличия от известных установок
В описываемой установке можно отметить следующие принципиальные отличия, от существующих решений:
- Универсальность данной установки. Данная установка дает возможность работы со всеми существующими технологиями питания растений в условиях закрытого грунта: рост в грунте, гидропоника (как методом подтопления, так и проточным методом), аэропоника и т.д.
- Полное отсутствие паразитного теплового воздействия на питающие лотки и кассеты со стороны облучающей светодиодной установки.
- Низкая стоимость решения и малое энергопотребление. Данная установка позволяет управлять потребляемой воздушным компрессором мощностью, в зависимости от температуры окружающей среды и температуры около облучателей.
- Светодиодный облучатель находится в герметичной прозрачной трубке, изготовленной из стекла, пластика или любого другого материала, обеспечивающего механическую прочность конструкции и имеющего достаточную степень пропускания светового потока в диапазоне от 300 до 800 нм.
Применение дополнительных отражателей внутри прозрачных трубок позволяет формировать специфические кривые силы света, снижающие потери на боковое свечение и повышает эффективность системы облучения в целом.
Данная установка была опробована на культурах салата и показала прирост урожайности на 25% по сравнению с установками, не имеющего принудительного воздушного охлаждения в виде труб с принудительной подачей воздуха сверху вниз.
Исследования проводились в рамках Соглашения №14.576.21.0099 о предоставлении субсидии от 26.09.2017 года (далее - Соглашение), заключенного между ООО «ВНИСИ» и Минобрнауки России. Идентификатор Соглашения: 0000000007417PD20002. Уникальный идентификатор работ (проекта) RFMEFI57617X0099.