Проектирование вентиляции в гроутентах

28.01.2025 Автор: RastOk Hydroponics

Права: RastOk Hydroponics

Ознакомившись с основами в части 1, пришло время перейти
к практическому проектированию вентиляционной системы.

Первое, что вам нужно понимать: что именно вы планируете сделать, какую систему вентиляции (открытую или закрытую, вертикальную или горизонтальную), какое влияние это окажет и как придется перестраивать со временем климат. После получения необходимой информации система вентиляции может быть спроектирована и построена в соответствии с двумя отдельными линиями: горизонтальной и вертикальной системой.

Горизонтальная система вентиляции гроубокса.

Горизонтальная система вентиляции относится к движению воздуха в определенной области. Это движение «растворяет» термическую стратификацию, быстро перераспределяя воздух и выравнивая уровень влажности. В этой ситуации, поскольку растения выращиваются в среде, защищенной от всех атмосферных явлений, воздух будет нагреваться вблизи источников тепла (освещение и другое оборудование), в это же время воздух будет терять тепло вблизи более холодных областей или объектов (теплоотводы).

Если воздух останется неподвижным, без какого-либо движения, воздух, получивший энергию (теплый), поднимется вверх, а тот, который потерял энергию (холодный), опустится вниз. При этом будут образовываться слои воздуха, которые будут иметь одинаковую температуру: этот процесс называется термической стратификацией. В этой ситуации необходимо горизонтальное движение, чтобы смешать эти слои таким образом, чтобы получить однородную температуру в зоне выращивания, которая, в свою очередь, может регулироваться равномерно на холоде или в тепле в соответствии с потребностями выращивания.

Устранение микроклиматических барьеров.

На поверхности листьев растений есть микропоры, называемые устьицами, через которые испаряется вода. Это позволяет воде двигаться от корней к верхушке растения, таким образом транспортируя питательные вещества внутри него. Растения используют как кислород, так и углекислый газ, которые входят и выходят через эти поры. Также возможно, что при очень слабом движении воздуха эти газы скапливаются, пытаясь проникнуть и выйти одновременно. Это явление известно как микроклиматические барьеры, и они должны быть устранены, чтобы позволить растению расти наилучшим образом.

✅ Горизонтальное перемешивание воздуха в среде выращивания устраняет эти барьеры, повышая эффективность движения газов в листья и из них.

Функции горизонтальной системы.

Характеристики, которыми должен обладать горизонтальный воздушный поток, легко определить, но получить их сложнее. Воздух на участке, предназначенном для выращивания, т. е. на участке с растениями, должен циркулировать. Было бы целесообразно смешивать воздух и в остальной части культивационной среды, но если бы, например, циркуляция воздуха происходила только сверху, то это скорее повлияло бы только на смешивание имеющегося воздуха в этой области, чем на то, что правильнее было бы сделать - смешивание воздуха у растений, при этом внизу будут скапливаться споры грибков или насекомые.

То, как циркулирует воздух, может повлиять на само растение, а именно растения могут испытать стресс.

Есть два способа создания циркуляции воздуха:

• В первом методе используются воздушные потоки, образующиеся при удалении и замещении воздуха в зоне выращивания;
• Во втором методе используются отдельные вентиляторы меньшего размера или горизонтальные высокоэффективные вентиляторы, предназначенные для создания небольшого вихря.

Движение воздуха, создаваемое системой рециркуляции, не является постоянным/стабильным, даже если система используется для регулирования температуры, остается существенная потребность в горизонтальном потоке воздуха 24 часа в сутки на протяжении всего цикла выращивания.

Скорость и распределение рециркуляции воздуха.

Количество энергии, необходимое для смены воздуха в помещении несколько раз в минуту с целью охлаждения, может вызвать слишком сильные сквозняки и создать чрезмерную нагрузку на растения и, следовательно, навредить им. При использовании горизонтальной и вертикальной вентиляции или вытяжной системы может возникнуть дополнительное увеличение давления/скорости воздуха, которое требует контроля.

✅ Идеальной была бы скорость движения воздуха, при которой происходит легкое движение листьев в зоне выращивания. Это обеспечивает адекватное смешивание воздуха, не вызывая слишком большого стресса и вреда для растений.

✅ По возможности рекомендуется использовать два настенных вентилятора на коротких сторонах зоны выращивания (с торцов) на той же высоте, что и растения, и направленные в разные стороны. Это создаст круговое вращение воздушных масс, что позволит лучше распределить их по площади, предназначенной для возделывания. Однако на больших площадях вентиляторы будут создавать большую скорость, но с меньшим объемом, поэтому, хотя они очень эффективны для создания локальной циркуляции, они не будут достаточно сильными, чтобы напрямую воздействовать на растения. Эти устройства обычно размещают так, чтобы поток воздуха от вентилятора был направлен прямо над верхушками растений.

Вертикальная система вентиляции.

Вертикальная вентиляционная система — это термин, используемый для обозначения системы, в которой воздух выбрасывается из зоны выращивания и обрабатывается перед повторным введением или заменой воздухом из другой зоны. Если система не предназначена для подачи и удаления воздуха, который поступает в зону выращивания, весь поток воздуха является горизонтальным: поэтому эта система подразумевает, что воздух перемещается горизонтальными слоями (без его перемешивания с помощью вентиляторов, смешивающих эти слои) на разных уровнях, а не на одном и том же уровне. Воздухообмен в помещении, используемом для выращивания растений, необходимо производить регулярно, чтобы избежать ряда проблем.

Открытые и закрытые системы вентиляции.

Существует два способа создания вертикальной системы:

• открытая: состоит из механизма, всасывающего воздух из другой области и заменяющего его в зоне выращивания;
• закрытая: воздух не заменяется, а обрабатывается на месте.

Обработка воздуха, заключающаяся в его охлаждении или нагреве, увлажнении или осушении и замещении отработанных растением газов (углекислый газ и кислород), важна в обеих системах, но имеет принципиальное значение в закрытой. В зависимости от необходимости регулирования микроклимата в помещении для выращивания и потребностей выращиваемых культур, движение воздуха через вентилятор, будь то в открытой или закрытой системе, будет определять конструкцию самой системы.

Закрытые системы вентиляции.

Закрытая система будет использоваться в ситуациях, когда необходимо избежать загрязнения (как биологического, так и экологического) озоном или другими промышленными газами. Контакт воздуха внутренней и внешней зоны происходит раздельно. Воздух в зоне выращивания удаляется, обрабатывается, а затем возвращается обратно.

Открытые системы вентиляции.

Открытая система забирает свежий воздух из внешнего источника (из помещения с контролируемой температурой или улицы). Свежий воздух можно использовать для изменения температуры, влажности и содержания газа, также его можно использовать для охлаждения, нагревания, увлажнения, осушения воздуха перед его отправкой в зону выращивания (в зоне выращивания такие работы лучше не проводить). Затем этот воздух переносится в зону выращивания для обновления потребленного воздуха с подходящей скоростью (воздух в зоне выращивания должен обновляться полностью не более чем за 15 минут, время зависит от многих факторов). Поскольку спертый воздух направляется на улицу, факторы, вызывающие нежелательные изменения для растений (температуры или влажности), не прекращаются сами по себе.

Скорость, с которой новый воздух должен менять эти нежелательные эффекты и устранять уже существующие, будет определять необходимый объем воздухообмена. Это должно происходить достаточно быстро, чтобы система работала эффективней. Существуют формулы для расчета влажностных и тепловых нагрузок и необходимого для этого расхода потока воздуха.

Проектирование вентиляции для растений.

Проектировщик должен понимать, каков приток или отток тепла в зоне выращивания, который обычно рассчитывается в БТЕ (BTU/h или БТЕ/ч - это единица тепловой мощности используется в спецификациях климатической техники. Перевод в ватты и обратно: 1 Вт ≈ 3,41 BTU/h. 1 BTU/h ≈ 0,293 Вт). Когда количество БТЕ известно, проектировщик может построить систему, способную поддерживать постоянный набор значений температуры и/или влажности на основе разницы между наихудшим сценарием и параметрами, в пределах которых должны находиться эти условия.

Температура в гроубоксе.

Если, например, внутренняя температура жарким летом может достигать 40°С, а максимальная температура для поддержания жизни растений составляет до 28°С (а может и до 32°С со многими «НО» по выращиванию: наличие СО2; добавок: витамины, аминокислоты; обдува…), система должна иметь возможность менять температуру с разницей в 12°С (40°С - 28°С). Точно так же можно измерить тепло, как и влажность, хотя расчет нужно производить по-другому.

Газовые индексы.

Скорость обмена воздуха (а именно CO2 и кислорода) в открытой системе на самом деле не проблема, так как они всегда должны соответствовать тому, что доступно на открытом воздухе, что само по себе всегда в достатке.

⚠️ Но, в закрытой системе необходимо будет добавлять углекислый газ в периоды, когда происходит фотосинтез, так как имеющийся СО2 будет израсходован за очень короткое время, настолько быстро, что начнет замедлять метаболические процессы растения уже через пару дней, а может и часов. С другой стороны, кислород, необходимый растению даже в нормальных условиях жизни, высвобождается в достаточно высоких концентрациях во время преобразования углерода в СО2, чтобы обеспечить то, что необходимо растению.

Дополнительное оборудование.

Точные характеристики системы вентиляции подскажут, какие дополнительные компоненты будут использоваться в ней. В закрытой системе объем помещения определяет, достаточно ли хорошо будет работать испарительная система охлаждения или может ли потребоваться система кондиционирования воздуха. Необходимость подачи нужного объема воздуха будет определять размер воздуховодов и вентиляторов. Открытые системы также работают, всасывая воздух извне и направляя его в нужное место. Если воздух необходимо охладить и увлажнить, решением может стать система испарительного охлаждения (также называемый чиллер или водяной кондиционер, который в некоторых случаях также может использоваться в закрытой системе).

Расчеты для этого дополнительного оборудования должны быть сделаны тщательно, чтобы гарантировать, что система функциональна и рентабельна. Знайте все факторы, влияющие на планируемую вентиляционную систему, включая ограничивающие факторы, такие как кривизна воздуховода и тип используемого фильтра (снижают проходимость воздуха). Ещё важно учесть вентиляторы притока и отвода воздуха, чтобы обеспечить хорошее движение воздуха и сбалансированное давление в помещении, что исключает создание вакуума.

Элементы управления.

Конечной стадией проектирования будет автоматизация контроля параметров вентиляционной системы. Сити-фермеры не могут позволить себе смотреть на термометр, гигрометр и датчик CO2 в течении 24 часов в сутки несколько месяцев.

♨️ Минимум для любой системы – это термостат для регулирования охлаждения. Для регулирования отопления потребуется отдельный термостат. Также было бы желательно установить разные значения для ночного цикла, особенно для температуры. Некоторым системам может потребоваться охлаждение днем и обогрев ночью, особенно в теплицах.

💧 В небольших помещениях, предназначенных для выращивания, целесообразно иметь гигростат, который активирует систему вентиляции, когда влажность поднимается выше определенного уровня.

В закрытых системах нужно учесть уровень CO2. Для повышения его уровня в воздухе, желателен детектор CO2, особенно если он имеет функцию сигнала при сбое установленного уровня газа. Если уровень CO2 становится слишком высоким, зона выращивания становится опасной для людей. Регулятор CO2 приносит дополнительные затраты, но гарантирует, что в вентиляционной модели никогда не закончится газ или что он будет добавлен в определенное время в систему.

Принцип простоты.

Все должно работать в синергии, чтобы быть эффективным. Необходимо понимать, что принцип ПРОСТОТЫ можно применять и в вентиляционных системах: например, 

• чем меньше площадь для выращивания, тем проще должна быть система;
• чем проще управление, тем меньше вероятность ошибки;

Вентиляционная система, безусловно, не самый простой аспект, но она необходима для контроля среды выращивания и улучшения здоровья растений. Этот аспект необходимо адекватно и детально учитывать при проектировании систем вентиляции для растений, чтобы обеспечить функциональность… а функциональность означает успех!

С уважением, ваш RastOk.