Облучательная установка для выращивания рассады томатов в сооружениях защищенного грунта
На правах рукописи
КЛЮЧКА ЕВГЕНИЯ ПЕТРОВНА ОБЛУЧАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РАССАДЫ ТОМАТОВ В СООРУЖЕНИЯХ ЗАЩИЩЕННОГО ГРУНТА Специальность 05.20.02 – Электротехнология и электрооборудование в сельском хозяйстве (по техническим наук
ам)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Зерноград – 2011 2 Диссертация выполнена на кафедре «Эксплуатация энергетического обо рудования и электрических машин» Федерального государственного образова тельного учреждения высшего профессионального образования «Азово Черноморская государственная агроинженерная академия».
Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Степанчук Геннадий Владимирович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Гордеев Александр Сергеевич кандидат технических наук, профессор Чеба Борис Павлович Ведущее предприятие: Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ Росельхозакадемии)
Защита состоится «04» июля 2011 г. в 12 часов на заседании диссерта ционного совета ДМ.220.001.01 при Азово-Черноморской государственной аг роинженерной академии, по адресу: 347740, г. Зерноград Ростовской области, ул. Ленина 21, в зале заседания диссертационного совета.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО АЧГАА.
Автореферат разослан «02» июня 2011г.
Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Шабанов Н.И.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Доля отраслевого потребления электроэнергии в технологических процессах тепличного производства с использованием опти ческого излучения составляет 10…15 %, а потери энергии в них доходят до 40 %. Переход сельскохозяйственного производства в условия рыночных отношений привел к тому, что доля электроэнергии в себестоимости продукции не просто выросла, а стала определяющим показателем экономической эффек тивности. Наибольший процент в себестоимости отечественных овощей со ставляет доля энергетических затрат – 65…75 %, причем цены за период с по 2004 годы на энергоносители возросли в 4,5 раза, а цены на реализацию овощей в 1,5 раза. Для того чтобы выйти из такой ситуации необходимо ис пользовать в тепличном производстве новые технологии, которые бы обеспечи ли высокорентабельное производство овощей и решили проблему круглогодо вого обеспечения населения витаминной продукцией.
Анализ существующих способов облучения растений защищенного грунта и многостеллажных технологий показал, что применение данных техни ческих средств не получает должного распространения. Объясняется тем, что реализация данных электротехнологий предполагает наличие и эксплуатацию целого комплекса светотехнического и конструкционного оборудования. Это требует значительных капитальных вложений, больших затрат энергетических и трудовых ресурсов. Поэтому тема диссертационной работы, посвящена поис ку энергосберегающей технологической схемы облучения растений защищен ного грунта, которая повышает эффективность использования энергии оптиче ского излучения и снижает энергоемкость процесса, является актуальной и имеет научное и практическое значение.
Научная гипотеза. Изменчивость внешней среды существования био объекта, обуславливает изменчивость его внутренних свойств, обеспечивая многообразие ответных реакций на воздействие извне (по качеству, интенсив ности, длительности, градиенту), совершенствование его приспособительной адаптивной системы и приобретение им новых качеств и свойств.
Цель исследования. Обосновать рациональные параметры и режимы ра боты облучательной установки для выращивания рассады томатов в сооруже ниях защищенного грунта, которые обеспечивают снижение энергозатрат и повышение продуктивности выращиваемых растений.
Объект исследования. Процесс выращивания рассады томатов в соору жениях защищенного грунта с применением устройства переменного облуче ния и многоярусного стеллажа с наклонной технологической поверхностью.
Предмет исследования. Закономерности влияния пространственного положения технологической поверхности относительно источника излучения и скорости движения облучателей на повышение продуктивности растений и снижение энергоемкости процесса выращивания рассады томатов в сооружени ях защищенного грунта.
Задачи исследования.
Разработка теоретических положений, выявляющих параметры и способы повышения эффективности облучательной установки с целью обнаруже ния резервов энергосбережения процесса выращивания рассады томатов и повышения качества рассадной продукции.
Теоретическое обоснование параметров конструкции и режимов работы, разработка методики опытно-экспериментальной проверки установки пе ременного облучения применительно к многоярусной стеллажной техноло гии для выращивания рассады томатов.
Экспериментальное определение технологических показателей установки переменного облучения, т.е. определение влияния скоростных режимов движущихся облучателей и угла наклонной технологической поверхности на ответную реакцию рассады томатов (масса сухого вещества растений, масса сухого вещества корневой части в растениях, листовая площадь).
Определение экономической эффективности разработки.
Методы исследований. В работе использованы методы системного и мате матического анализа, элементы математической статистики, теории планирования экспериментальных исследований и светотехники. Результаты исследований обра батывались с применением прикладного пакета статистических программ STATIS TICA и Excel.
Научную новизну составляют:
Зависимость удельной продуктивности растений от их выхода биомассы и параметров установки переменного облучения (скорости движения облуча телей и угла наклонной технологической поверхности).
Математическая модель, описывающая ответную реакцию растений (масса сухого вещества растений, масса сухого вещества корневой части в расте ниях, листовая площадь) для оптимизации параметров и режимов работы установки переменного облучения для выращивания рассады томатов.
Параметры системы (интенсивность, длительность воздействия и экспозиция) обеспечивающие повышение удельной продуктивности растений ( A max ) и снижение энергоемкости процесса выращивания рассады томатов.
Новизна технического решения подтверждена патентами на изобретение РФ № 2006142613/28 «Устройство выравнивания степени облученности в про изводственных помещениях» и на полезную модель РФ № 2010131786/ «Сборно-разборный стеллаж».
Практическая ценность. По результатам исследований разработаны:
установка переменного облучения, реализующая рациональные параметры и режимы работы, для создания световых условий необходимых в процессе выращивания рассады томатов в сооружениях защищенного грунта;
электротехнология выращивания рассады томатов в сооружениях защи щенного грунта, увеличивающая продуктивность растений на 21 % и сни жающая расход электроэнергии в 2 раза.
Реализация результатов исследования. На базе школьной учебно производственной теплицы МОУ СОШ № 16 г. Зернограда Ростовской области была сконструирована облучательная установка, которая позволила реализо вать производственные опыты по изучению влияния переменного режима об лучения и наклонной технологической поверхности на качественные показате ли рассады томатов.
Основные результаты исследования приняты для практического приме нения в тепличном хозяйстве индивидуального предпринимателя А.Д. Нечта (Свидетельство о государственной регистрации физического лица в качестве индивидуального предпринимателя серия 61 № 006299251).
Результаты работы используются при изучении дисциплины «Электро технологии и электрооборудование в сельском хозяйстве» в ФГОУ ВПО АЧГАА.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на научно-практических конференциях ФГОУ ВПО АЧГАА с 2005 по 2011 годы;
на III Международной научно-практической конференции «Энергосберегаю щие технологии. Проблемы их эффективного использования» ФГОУ ВПО Вол гоградской ГСХА 8–9 декабря 2008 года;
на Международной научно-практи ческой конференции «Энергетика, электрооборудование и электротехнологии в АПК» ФГОУ ВПО АЧГАА 12–14 мая 2010 года;
на 5-й Международной науч но-практической конференции «Инновационные технологии – основа эффек тивного развития агропромышленного комплекса России» ГНУ СКНИИМЭСХ 27–28 мая 2010 года;
на Всероссийской научной конференции «Научно-техническое обеспечение АПК Юга России» ФГОУ ВПО АЧГАА с 28.04–20.05 2011 года.
По результатам исследований получено 2 патента, опубликовано 14 ста тей, в том числе 3 статьи в научных журналах, входящих в перечень ВАК.
Достоверность результатов работы. Выводы и рекомендации, сформули рованные в диссертационном исследовании, базируются на теоретических положе ниях и научных принципах, разработанных ведущими учеными по фундаменталь ным и прикладным аспектам электрификации сельскохозяйственного производст ва. Основные выводы диссертационного исследования обоснованы теоретическими положениями и экспериментальными данными.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа содержит введение, пять глав, общие выводы, библиографический список, приложение.
Работа содержит 126 страниц машинописного текста, 45 рисунков, 17 таблиц.
Библиографический список состоит из 130 наименований, в том числе 5 на ино странных языках. В приложение входит: патент на изобретение РФ № 2006142613/28 «Устройство выравнивания степени облученности в произ водственных помещениях»;
патент на полезную модель РФ № 2010131786/ «Сборно-разборный стеллаж»;
акт о внедрении облучательной установки в тех нологический процесс выращивания рассады тепличных культур на базе учеб но-производственной теплицы МОУ СОШ № 16 г. Зернограда;
акт о внедрении облучательной установки в технологический процесс выращивания тепличных культур на базе теплиц индивидуального предпринимателя А.Д. Нечта;
акт о внедрении в учебный процесс ФГОУ ВПО АЧГАА;
экспериментальные данные проведенных производственных опытов.
Личный вклад автора. Результаты исследований, представленные в диссертационной работе, получены автором лично. Автор считает своим дол гом выразить глубокую благодарность научному руководителю к.т.н. доценту Степанчук Геннадию Владимировичу за многолетнее плодотворное сотрудни чество и критические замечания. А также всем, кто принял участие в обсужде нии научной проблемы при выполнении диссертационного исследования.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении отражена актуальность работы, сформулированы научная гипотеза, цель, объект, предмет, задачи, методы исследования, научная новиз на, практическая значимость работы, апробация и реализация результатов рабо ты, структура и объем диссертации. Кратко изложено содержание по главам.
В первой главе «Анализ технологий и светотехнических средств для выращивания растений защищенного грунта» дан анализ особенностям тех нологического процесса выращивания растений защищенного грунта. Ученые в области электрификации сельскохозяйственного производства доказали эффек тивность применения оптического излучения для получения дополнительной растениеводческой продукции: А.Л. Вассерман, Н.П. Воскресенская, В.С. Газа лов, С.Г. Гуменецкий, Ю.М. Жилинский, В.Н. Карпов, В.А. Козинский, Н.П. Кондратьева, С.В. Конев, О.А. Косицын, Я.А. Кунгс, В.М. Леман, А.К. Лямцов, В.В. Малышев, А.Т. Мокроносов, А.Г. Молчанов, Б.С. Мошков, А.А. Ничипорович, Л.Б. Прикупец, Л.Г. Прищеп, Н.Н. Протасова, С.А. Ракуть ко, Г.С. Сарычев, И.И. Свентицкий, А.А. Тихомиров, Н.В. Цугленок, В.П. Ша рупич, R. McCree, P. Mekkel, B. Singh, M. Fischer, J. Bonnet, P. Harris и многие другие. Решению проблемы повышения эффективности облучения растений в теплицах посвящены работы ряда организаций, а именно АФИ, ВИЭСХ, ВНИСИ, Гипронисельпром, СКНИИМЭСХ, СтГАУ и др.
Световой режим является основополагающим при создании микрокли мата теплицы, т.к. никаким другим агротехническим приемом его заменить нельзя. С учетом особенностей оптического излучения электротехнологический процесс облучения растений защищенного грунта состоит из ряда преобразова ний энергии: подача электроэнергии к источнику;
генерирование потока опти ческого излучения в источнике излучения;
формирование пространственного и поверхностного распределения потока оптического излучения;
поглощение энергии оптического излучения растением и превращение ее в другой вид энер гии. Энергетические потери в процессе этих преобразований обуславливают низкую эффективность использования энергии оптического излучения и высо кую энергоемкость. Поэтому поиск возможностей экономии электроэнергии представляет собой важную научную и практическую задачу.
Проблема энергосбережения является основной в применении электро облучательных установок в сооружениях защищенного грунта. Существующие облучательные установки не дают однозначного ответа по эффективности ис пользования энергии оптического облучения, что является причиной высокой энергоемкости процесса выращивания растений защищенного грунта. Вместе с тем поиск снижения потерь на каждом этапе технологической схемы должен применяться там, где оптическое излучение повышает качество и количество продукции, увеличивает производительность труда и экономически себя оправ дывает. Проведя анализ данного технологического процесса, отметим, что уменьшение энергетических потерь возможно на следующих этапах:
Обоснование выбора источника излучения (спектр, интенсивность, про должительность), используемого в облучательной установке исходя из осо бенностей облучаемого вида, сорта растения и вегетационного периода.
Рациональное формирование пространственного распределения потока оп тического излучения при использовании более совершенной светообра зующей системы или при применении различных способов облучения (прерывистый, переменный, импульсный, комбинированный).
Формирование поверхностного распределения потока оптического излуче ния путем поиска наиболее рационального взаимного пространственного положения источника излучения и технологической поверхности.
Создание необходимых условий, при которых поглощение энергии оптиче ского излучения растениями и превращение ее в другой вид энергии давало бы наиболее высокие показатели продуктивности, качества и выхода сель скохозяйственной продукции.
Анализ предшествующих исследований дает основание сформулировать рабочую гипотезу, что с позиции наименьших энергозатрат наиболее целесооб разно повысить эффективность использования энергии оптического излучения за счет рационального пространственного и поверхностного распределения по тока оптического излучения. При создании новой облучательной установки использовать переменное облучение при помощи движущихся облучателей и многоярусный стеллаж с наклонной технологической поверхностью. Данная конструкция установки оказывает влияние на внутреннюю энергетику растений и способствует реализации их потенциальных возможностей.
Во второй главе «Теоретическое обоснование электротехнологии и обо рудования для переменного облучения рассады томатов в сооружениях за щищенного грунта» указываются пути повышения эффективности использова ния оптического излучения. А.К. Лямцов и Ю.М. Жилинский рекомендуют рас четное уравнение освещенности E А для наклонной плоскости в точке A (рисунок 1), которое имеет вид:
I cos3 p p sin ) Егориз(cos EА (cos sin ), (1) h h hp где – освещенность горизонтальной поверхности, лк ;
Eгориз – угол наклона расчетной поверхности по отношению к плоско сти, перпендикулярной оси симметрии облучателя (горизон тальная плоскость), град ;
.
– сила света по направлению к точке А, кд ;
I – угол между направлением силы света к расчетной точке А и осью симметрии облучателя, град ;
.
– высота подвеса облучателя, м ;
h – кратчайшее расстояние от проекции оси симметрии источника p на горизонтальную плоскость к наклонной плоскости, м.
Рисунок 1 – Расчет освещенности для наклонной поверхности Из формулы (1) видно, что если освещенность в точке А будет мини мальной E А, а освещенность, рассчитанная на горизонтальной поверхности, будет максимальная Eгориз, то их отношение друг к другу дает коэффициент равномерности освещения.
EA p sin ) 0,8...1.
z (cos (2) Eгориз h Отсюда следует (2), что коэффициент равномерности наклонной поверх ности является функцией зависимости z f (, h, p ) от угла наклона техноло гической поверхности, высоты подвеса облучателя h и расстояния от облучателя до наклонной поверхности стеллажа p. Экспозиция (доза облу чения) зависит от освещенности и длительности воздействия.
b b Ta, Hi Ei ti dt Ei ti dt Ei T b (3) a a где – облученность от источника излучения, Вт м 2 ;
Ei – длительность воздействия, с.
ti Длительность воздействия переменного облучения, в течение которого происходит смена интенсивности облучения, и экспозиция (доза облучения), по лученная растениями во временной промежуток от максимального значения облу чения до следующего максимального значения, зависят от скорости.
L H i Ei ti Еi, (4) v где t i – время от максимального значения освещения до следующего максимального значения, полученного растениями, с ;
L – длина одного хода облучателя, м ;
– скорость движения облучателя, м с.
О.А. Косицыным была предложена математическая модель энергетики искусственного облучения растений, позволяющая быстро оценить изменения в энергетике данного процесса.
M Mz о ф И А. (5) Q S Emin tv В формулу удельной продуктивности (5) подставляем (2) и (4):
2p (cos sin ) (6) L ИОФ АM.
Еmin SL Очевидно, что при сравнении различных вариантов облучательных устано вок и технологий выращивания растений при искусственном облучении лучшим из них будет тот, для которого удельная продуктивность растений будет больше A max. Откликом растения на создаваемые световые условия является био масса растения M, как показатель продуктивности фотосинтеза. Из анализа формулы (6) следует:
ИОФ Отношение группы величин характеризует параметры уста 1.
Еmin новки переменного облучения. Существует необходимость оптимизиро вать скоростной режим облучателя с определенными светотехническими характеристиками источника излучения.
2p (cos sin ) L Отношение группы величин характеризует параметры 2.
SL многоярусного стеллажа с наклонной технологической поверхностью.
Существует необходимость оптимизировать угол наклона поверхности.
В третьей главе «Экспериментальное исследование конструктивных и технологических параметров установки переменного облучения рассады томатов защищенного грунта» произведено обоснование методов экспери ментальных исследований и описана конструкция разработанной установки переменного облучения. Программой исследований предусматривалось прове дение экспериментов для подтверждения сформулированной рабочей гипотезы:
определение скоростных режимов установки переменного облучения и угла наклона технологической поверхности многоярусного стеллажа, необходимых для получения наибольшего отклика растения (масса сухого вещества растений, масса сухого вещества корневой части в растениях, листовая площадь).
Проводились однофакторные и двухфакторные постановочные экспери менты для определения оптимальных режимов по методике активного плани рования. Исследования проводились в соответствии с требованиями по «Мето дике исследований по культуре томата». Лабораторно-полевые опыты заклады вали, опираясь на методику Б.А. Доспехова.
Оценка световых условий теплицы определена методом фотометра по Н.А. Максимову. Учет температурного режима теплицы – при помощи трех термометров, находящихся на каждом уровне стеллажа и на лотке контрольно го выращивания рассады. Измерение электроэнергии производили при помощи электросчетчика.
С целью проверки равномерности распределения облученности по тех нологической поверхности, подвергающейся облучению, были проведены со ответствующие измерения. Для этого поверхность стеллажа под установкой разбивается на участки размером 0,50,5 м. Измерялась сферическая облучен ность так, чтобы учитывать естественную облученность. В центре каждого квадрата измерялась освещенность, при этом использовался люксметр ТКА-ПК.
Переход от единицы освещенности к энергетическим единицам осуществлялся с помощью переходных коэффициентов.
Выбор семян производился согласно ГОСТ Р52171–2003 «Семена овощ ных, бахчевых культур, кормовых корнеплодов и кормовой капусты.
Сортовые и посевные качества. Общие технические условия». Лабораторную всхожесть (в %) определяли по ГОСТ Р50260–92 «Семена лука, моркови и то мата дражированные. Посевные качества. Технические условия». Оценку сте пени приживаемости растений устанавливали визуально через 4…5 дней после высадки рассады по «Методическим рекомендациям по проведению опытов в сооружениях защищенного грунта». К показателям качества рассады относятся основные критерии, определяющие состояние рассады, готовой к пересадке, по В.И. Эдельштейну, Г.И. Тараканову, а также по «Методам определения ка чества. Государственные стандарты». Фенологические наблюдения развития растений проводились по методике полевого опыта Б.А. Доспехова и по «Ме тодике исследования по культуре томата».
Продуктивность фотосинтеза оценивалась по методикам, предложенным А.А. Ничипоровичем и С.В. Коневым, а именно: по выходу массы сухого веще ства растений, массы сухого вещества корневой части в растениях и площади листовой поверхности. Метод определения площади листьев основан на ис пользовании уравнения регрессии: отношение длины к ширине листа – величи на постоянная, а между линейными параметрами листа и площадью листа су ществует прямая зависимость.
Рисунок 2 – Принципиальная схема установки переменного облучения:
1 – металлическая рама;
2 – стеллаж;
3 – система блоков;
4 – мотор-редуктор;
5 – электронный преобразователь;
6 – лампы;
7 – аппарат пускорегулирующий;
8 – автоматический выключатель;
9 – магнитный пускатель;
10 – счетчик;
11 – концевой выключатель;
12 – реле времени Объектом настоящего исследования является установка переменного об лучения с движущимися облучателями (горизонтально расположенными лам пами ДНаТ-400) и технологической поверхностью, расположенной под углом, для производства рассадной продукции культуры томатов (рисунок 2), в основу которой легли патент на изобретение РФ № 2006142613/28 и патент на полез ную модель РФ № 2010131786/21.
В настоящем исследовании предложено техническое решение, которое позволило найти в процессе исследования рациональный угол наклонной плоскости. А именно: стеллаж имеет верхний и нижний лоток.
Технологическое пространство лотка делится на 12 рядов, каждый ряд имеет разницу между соседними рядами по углу наклона к горизонту на 2. На основании теории, изложенной во второй главе, угол варьировали от 0 до (рисунок 3).
Рисунок 3 – Установка переменного облучения Эффективность использования установки переменного облучения оце нивали по качественным показателям рассады томатов. К ним относятся ос новные критерии, определяющие со стояние рассады, готовой к пересадке:
накопление биомассы за определенное количество времени – показатель продуктивности фотосинтеза;
мощная корневая система, которая обладает ассимилирующей резервно стью – характеризуется отношением массы корневой части к общей массе растений и должна составлять 30…50 %;
большая площадь листовой поверхности – увеличивает коэффициент ис пользования потока в области фотоактивного излучения;
количество листьев, высота и толщина стеб ля, наличие завязи и т.д.
Данные качества пре допределяют в дальнейшем опережающие тепы разви тия, роста, стрессоустойчи вости и раннего выхода ко нечного продукта. Крите риями оптимизации выбра ны: масса сухого вещества растений, масса сухого ве щества корневой части в растениях и площади листо вой поверхности.
Таблица 1 – Уровни факторов и интервалы варьирования Уровни факторов Интервал Факторы варьирования -1 0 + Скорость движения, м мин 0,4 0,6 0,8 0, Угол наклона, град. 0 11 22 В четвертой главе «Результаты экспериментального исследования электротехнологии и установки переменного облучения для выращивания рассады томатов» на основании разработанной методики выполнено экспери ментальное исследование установки переменного облучения для выращивания рассады томатов защищенного грунта. Место проведения эксперимента – учеб но-производственная теплица МОУ СОШ № 16 г. Зернограда Ростовской об ласти. С данной школой заключен договор о творческом сотрудничестве. Опы ты в теплице по изучению влияния переменного режима облучения на рассаду томатов проводили с 31 октября 2009 года по 21 апреля 2010 года.
В соответствии с методикой, изложенной в третьей главе, выращивалась рассада томатов. Исследовалась зависимость массы сухого вещества растений Z М ( г ) от скорости облучателей и угла наклонной плоскости (рисунок 4).
3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, Рисунок 4 – Зависимость массы сухого вещества от скорости движения 4, 4, облучателей и угла наклонной плоскости 4, 4, Для получения уравнения регрессии второго порядка использовалась 4, программа STATISTICA 5.11. В результате обработки опытных данных на ПЭ- 4, 4, ЭВМ получено уравнение (7) 4, 4, 4, 4, 4, 4, above 1,749 4,361х 0,128 y 3,101х 2 0,01xy 0,002 y 2, (7) ZМ скорость облучателя, м с ;
где – x угол наклонной плоскости, град y –.
Получили координаты центра поверхности:
х 0,654 м мин ;
22,680 град Определили массу сухого вещества растений в центре по y.
верхности Z M 5,0 г.
Исследовалась зависимость массы сухого вещества корневой части в растениях ZW ( г ) от скорости облучателей и угла наклонной плоскости (рисунок 5). В результате обработки опытных данных на ПЭЭВМ получено урав нение (8) ZW 0,720 1,918 х 0,062 y 1,357 х 2 0,004 xy 0,001 y 2. (8) 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, Рисунок 5 – Зависимость массы сухого вещества корневой части 1, от скорости движения облучателя и угла наклонной плоскости 1, 1, 1, х 0,754 м мин Получили координаты центра поверхности: 1,48 ;
1, 21,505 градОпределили массу сухого вещества корневой части в растени y. 1, 1, 2,201 г ях в центре поверхности W Z. 1, 1, 21, Исследовалась зависимость листовой площади растений Z S ( см ) от 1, скорости облучателей и угла наклонной плоскости (рисунок 6). В результате 1, обработки опытных данных на ПЭЭВМ получено уравнение (9) 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 266,461 675,241x 18,665 y 488,909 x 2 0,739 xy 0,339 y 2. (9) ZS Рисунок 6 – Зависимость листовой площади от скорости движения облучателей и угла наклонной поверхности Получили координаты центра поверхности: х 0,754 м мин ;
y 17,555 град Определили массу сухого вещества корневой части в растени. above ях в центре поверхности Z S 731,017 см2.
При сравнительном анализе полученных математических моделей ре шающим фактором является скорость облучателей, создающих переменное световое поле. Максимальная реализация влияния скорости на продуктивность растений возможна при определенном угле наклона рабочей поверхности.
Обработка экспериментальных данных позволила получить рациональ ные значения скорости движения облучателя и угла наклона технологической поверхности для параметров, характеризующих процессы роста рассады тома тов. Рациональные значения скорости и угла наклона составляют:
х 0,654 м мин ;
y 22,680 град – для зависимости, отражающей.
влияние параметров установки на прибавку массы сухого вещества расте ний;
х 0,754 м мин ;
y 21,505 град – для зависимости, отражающей.
влияние параметров установки на прибавку массы сухого вещества корне вой части в растениях;
х 0,745 м мин ;
y 17,555 град – для зависимости, отражающей.
влияние параметров установки на увеличение листовой площади растений.
Решение компромиссной задачи, совмещения контурных кривых, дало возможность определить рациональный диапазон параметров, характеризую щих ростовые процессы рассады томатов ( Z M, Z W, Z S ), скорость движения облучателей 0,65…0,75 м мин, угол наклонной плоскости 17,5…22,7 град.
(рисунок 7).
Рисунок 7 – Решение компромиссной задачи Расчетные данные количественной оценки параметров приведены в таб лице 2. Данные показывают, что адекватность математической модели может считаться удовлетворительной, так как значения критериев Стьюдента и Фише ра не превышают табличных значений. Оценка адекватности модели проводи лась в программе «STATISTICA 5.11».
Таблица 2 – Критерии адекватности математической модели при 5% уровне значимости Коэффици- Критерий Критерий ент корре- Стьюдента t p Фишера F p Исследуемый показатель ляции r ( tТ 2,0 ) ( FТ 4) Масса M сухого вещества, г 0,938 1,134 1, Масса W сухого вещества кор 0,909 1,189 1, невой части в растениях, г Площадь S поверхности ли 0,834 1,019 1, стьев растений, см В пятой главе «Определение экономической эффективности приме нения установки переменного облучения для выращивания рассады тома тов» приведено технико-экономическое обоснование принятых решений.
Общие выводы Энергетический и технологический анализ современного состояния про 1.
цесса выращивания растений в сооружениях защищенного грунта показал возможность существенного повышения их продуктивности в зависимости от светового режима, создаваемого облучательными установками, в сред нем до 30 % при снижении энергоемкости процесса в 2 раза.
Аналитическое описание совокупности параметров системы (интенсив 2.
ность, длительность воздействия и экспозиция) с учтом удельной продук тивности растений позволило получить модель е функционирования, включающую характеристики облучательной установки и пространствен ного положения технологической поверхности, и рассчитать выход про дукции с точностью до 94 %.
Полученная теоретическая зависимость (6), учитывающая основные пара 3.
метры источника и примника облучения (2, 4), позволила разработать кон структивно-технологическую схему облучательной установки и в фактор ном эксперименте определить рациональные значения скорости облучате лей: 0,7 5 % м мин и угла наклона рабочей поверхности: 18 5 %.
Экспериментальная проверка облучательной установки в производствен 4.
ных условиях показала увеличение прироста массы сухого вещества расте ний на 21,70 %, массы сухого вещества корневой части в растениях на 22,57 %, площадь листовой поверхности на 21,52 % в сравнении с кон тролем. Продуктивность растений в среднем повысилась на 21 %.
На основе теоретических зависимостей и результатов эксперимента разра 5.
ботана методика расчета основных параметров установки переменного облучения для выращивания рассады томатов в сооружениях защищенного грунта.
Экономический эффект разработки: удельная энергоемкость процесса 6.
уменьшилась на 3 Вт ч на единицу продукции;
себестоимость единицы производимой продукции ( руб шт. ) снизилась на 27,22 %;
срок окупае мости дополнительных капитальных вложений – 3 года.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.
Публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ:
Ключка, Е.П. Облучательные установки для культивационных сооружений 1.
[Электронный ресурс] / Г.В. Степанчук, Е.П. Ключка // Научный журнал КубГАУ, № 61 (07), 2010. – http://ej.kubagro.ru/2010/07/pdf/32. pdf.
Ключка, Е.П. Энергосберегающий принцип для создания светового режи 2.
ма, повышающего продуктивность фотосинтеза растений защищенного грунта [Электронный ресурс] / Г.В. Степанчук, Е.П. Ключка // Научный журнал КубГАУ, № 68 (03), 2011. – http://ej.kubagro.ru/2011/03/pdf/32. pdf.
Ключка, Е.П. Моделирование переменного светового режима в теплицах / 3.
Г.В. Степанчук, Е.П. Ключка, С.Е. Сенкевич // Механизация и электрифи кация сельского хозяйства. – 2011. – № 5. – С. 37–38.
Публикации в других изданиях:
Ключка, Е.П. Осветительно-облучательная установка для повышения уро 4.
жайности тепличных культур / Г.В. Степанчук, Е.П. Ключка // Электротех нологии и электрооборудование в сельскохозяйственном производстве:
сборник научных трудов / ФГОУ ВПО АЧГАА. – Зерноград, 2005. – Выпуск 5. – Том 1. – С. 104–107.
Ключка, Е.П. Повышение степени облучения в помещениях сельскохозяй 5.
ственного назначения / Г.В. Степанчук, Е.П. Ключка, Е.Е. Якушева // По вышение эффективности использования орошаемых земель Южного Феде рального округа: сборник научных трудов / ФГОУ ВПО НГМА. – Новочер касск, 2005. – Выпуск 4.– Том 2. – С. 220–224.
Ключка, Е.П. Осветительно-облучательная установка для создания опти 6.
мального микроклимата в помещениях сельскохозяйственного назначения / Г.В. Степанчук, Е.П. Ключка, Е.Е. Якушева // Электротехнологии и элек трооборудование в сельскохозяйственном производстве: сборник научных трудов / ФГОУ ВПО АЧГАА. – Зерноград, 2007. – Выпуск 6. – Том 1. – С. 55–58.
Ключка, Е.П. Осветительно-облучательная установка с меняющейся интен 7.
сивностью облучения для повышения эффективности производства тома тов в теплицах / Г.В. Степанчук, Е.П. Ключка // Электротехнологии и элек трооборудование в сельскохозяйственном производстве: сборник научных трудов / ФГОУ ВПО АЧГАА. – Зерноград, 2007. – Выпуск 7. – Том 1. – С. 19–22.
Патент 2328652 Российской Федерации F21V21/02. Устройство выравнива 8.
ния степени облученности в производственных помещениях / Г.В. Степан чук, Е.П. Ключка, Е.Е. Якушева;
заявитель и патентообладатель Азово Черноморская государственная агроинженерная академия. – № 2006142613/28;
заявлено 01.12.2006;
опубликовано 10.07.08, Бюллетень № 19. – 4с.: ил.
Ключка, Е.П. Переменный режим облучения растений защищенного грунта 9.
как эффективный способ повышения урожайности и качества продукции / Е.П. Ключка // Энергосберегающие технологии. Проблемы их эффективно го использования: сборник научных трудов III Международной научно практической конференции / ФГОУ ВПО ВГСХА. – Волгоград, 2009. – С. 145–149.
10. Ключка, Е.П. Оптимизация параметров исследуемой облучательной уста новки / Е.П. Ключка // Вестник аграрной науки Дона. Механизация, элек трификация животноводства, растениеводства: сборник научных трудов / ФГОУ ВПО АЧГАА. – Зерноград, 2009. – Выпуск 3. – С. 33–36.
11. Ключка, Е.П. Энергосбережение как основной критерий эффективности установки с переменным режимом облучения растений защищенного грун та и оптимизация ее параметров / Е.П. Ключка // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Энергосберегающие технологии в растениеводстве и мобильной энергетике: сборник научных трудов 7-й Международной научно-практической конференции / ГНУ ВИЭСХ. – Мо сква, 2010. – Часть 2. – С. 226–232.
12. Ключка, Е.П. Энергосберегающие принципы для разработки новых элек тротехнологий в культивационных сооружениях / Г.В. Степанчук, Е.П. Ключка, Л.В. Харченко // Инновационные технологии – основа эффек тивного развития агропромышленного комплекса России: сборник научных трудов 5-й Международной научно-практической конференции / ГНУ СКНИИМЭСХ. – Зерноград, 2010. – С. 181–189.
13. Патент 9/00 Российской Федерации 11613 U1. Сборно-разборный стеллаж / Г.В. Степанчук, П.В. Гуляев, Е.П. Ключка, П.Т. Корчагин, Е.В. Сергиенко, Э.Э. Петренко;
заявитель и патентообладатель Азово-Черноморская госу дарственная агроинженерная академия. – № 2010131786/21;
заявлено 28.08.10;
опубликовано 27.01.2011, Бюллетень № 3. – 4 с.: ил.
14. Ключка, Е.П. Облучательные установки для культивационных сооружений / Г.В. Степанчук, Е.П. Ключка // Овощеводство и тепличное хозяйство. – 2011. – № 5. – С. 27–30.
ЛР 65-13 от 15.02.99. Подписано в печать 30.05.2011.
Формат 60х84/16. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 177.
© РИО ФГОУ ВПО АЧГАА 347740, Зерноград, Ростовской области, ул. Советская, 15.