Комп'ютерно-інтегрована система автоматичного керування мікрокліматом в теплиці

Abstract

Актуальність теми. З початком незалежності України з'явилися потужні тепличні підприємства з вирощування квітів, найбільшими з яких є "Асканія-Флора" з 22 га теплиць, "Украфлора" – 12 га та "Камелія" – 9 га. Головні зрушення на вітчизняному квітковому ринку відбулися при вирощуванні червоних троянд. Господарство "Асканія-Флора" – це ціле містечко зі скла, де, вирощуючи елітні троянди, працюють понад 350 осіб. У теплицях компанії "Украфлори" за рік вирощують 18 мільйонів квітів. Один із нинішніх лідерів ринку – компанія "Камелія" – починала свою діяльність 1994 року з імпорту зрізаних квітів із Голландії та інших країн, пропонуючи місцевим споживачам рослини понад трьох тисяч найменувань. Далі компанія почала вкладати кошти не лише в розширення торгової мережі, а й у створення власного виробництва квітів. При цьому будуються нові виробничі потужності, розраховані не тільки на постачання продукції на внутрішній ринок, а й на експорт. Створюють і розширюють власні виробництва також інші компанії, які починали свою діяльність із чистого імпорту квіткової продукції. Так, наприклад, Мукачівська фірма "Квіти Закарпаття" робить ставку на вирощування розсади однолітніх і багаторічних квітів, кімнатних рослин, львівська "Еліт флора" – на оптово-роздрібний продаж кімнатних, декоративних рослин, цибулин квітів, насіння і рослин відкритого ґрунту. Працюють також більше 60-ти менших квіткових господарств з вирощуванням квітів у закритому ґрунті. Такі невеликі господарства, як правило, не можуть забезпечити цілорічне вирощування квітів і згортають роботу на зиму. Це стосується і тепличних господарств, що спеціалізуються на вирощуванні цибулинних культур – тюльпанів, нарцисів і гіацинтів. Останні зазвичай продають до весняних свят, тому такі теплиці працюють лише з кінця зими і до літа. За даними досліджень компанії "Украфлора", більшість українців купують квіти раз у три місяці (32%) або раз за півріччя (27%) (рис. В1). При цьому не менше 70% всього продажу зрізаних квітів припадає на троянди, 15 – на гербери, 10% – на гвоздики. Рис. В1. Як часто українці купують квіти, % (за даними "Украфлора") Водночас зі збільшенням вітчизняного виробництва, зростанням попиту на квіткову продукцію та скороченням імпорту, українські виробники останнім часом стикнулися із серйозною проблемою – здороженням енергоносіїв, зокрема природного газу. В результаті доля енергоресурсів у собівартості продукції складає 40% і більше, а рентабельність тепличних господарств знизилася з 45-60% до 9-15%. Слід зазначити, що у великих тепличних комбінатах вирощування зрізної квіткової продукції, зокрема троянд, відбувається цілий рік, і останнім часом в умовах спекотного літа у літній та перехідний (весняний та осінній) періоди виникає проблема боротьби із усуненням перегріву в об'ємі теплиці. Ефективність тепличних господарств значною мірою залежить від запровадження сучасних технологій і менеджменту енергозбереження. Тому питання пошуку альтернативних джерел енергії та дійових організаційно-економічних заходів ефективного використання виробничих ресурсів і природно-кліматичних умов виробництва продукції закритого ґрунту є актуальними і своєчасними. В умовах цілорічного виробництва зрізної квіткової продукції у промислових блочних теплицях перед виробниками постають дві проблеми: - у зимовий період через світлопрозорі скляні перекриття, площа яких складає більшу частину огороджуючих конструкцій блочної теплиці, виникають значні теплові втрати у навколишнє середовище, компенсація яких вимагає великих витрат коштовних енергоносіїв; - в літній та перехідний період протягом світлового дня при інтенсивній сонячній радіації температура у просторі теплиці може набувати значень, при яких виникає перегрівання рослин, стан теплового стресу, що призводить до втрати квіткової продукції. Вказані обставини обумовлюють необхідність удосконалення технології тепличного виробництва за допомогою таких технічних засобів та пристроїв керування ними, які забезпечать підвищення опору теплопередачі споруди у зимовий період з одного боку, і захисту внутрішнього простору теплиці від впливу високих температур навколишнього середовища в теплу пору року. Об'єктом дослідження є процес створення мікроклімату в промисловій блочній теплиці для вирощування квітів. Предметом дослідження є взаємозв’язки і закономірності процесів і режимів керування системою повітрообміну на енергоефективність виробництва квіткової продукції в промислових теплицях. Метою магістерської кваліфікаційної роботи є розробка системи автоматичного керування температурним режимом в блочній теплиці, яка забезпечить економію енергетичних ресурсів та покращення мікрокліматичних умов цілорічного вирощування квіткової зрізної продукції в промислових теплицях. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі. 1. Проаналізувати складові елементи технологічного процесу формування мікроклімату в сучасних промислових теплицях для вирощування квітів та визначити шляхи зниження витрат енергетичних ресурсів. 2. Розробити і дослідити математичну модель температурного стану повітряного середовища в блочній теплиці з трубною системою опалення та оцінити вплив використання енергозберігаючих шторних екранів на теплові втрати через перекриття теплиці. 3. Розробити і дослідити математичну модель температурно-вологісного режиму при використанні для охолодження повітря в теплиці в літній період системи водоаерозольного охолодження повітря та механічної вентиляції (аерації), оцінити ефективність її роботи. 4. Обґрунтувати вибір комплексу сучасних засобів автоматизації для реалізації САК температурним режимом та розрахувати показники якості роботи системи, розробити електричні схеми САК параметрами мікроклімату. 5. Оцінити економічну ефективність впровадження САК.