Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ технологий и светотехнических средств для выращивания растений защищенного грунта
1.1. Применение переменного светового поля - перспективная энергосберегающая технология 10
1.2. Способы формирования пространственного и поверхностного распределения потока оптического излучения 25
1.3. Источники лучистой энергии для облучения растений и их энергетические показатели 32
1.4. Обоснование конструктивно-технологической схемы установки, переменного облучения 41
1.5. Цель и задачи исследования 44
2. Теоретическое обоснование электротехнологии и оборудования переменного облучения рассады томатов в сооружениях защищеного грунта
2.1. Решение компромиссной задачи для определения оптимальных диапазонов параметров установки переменного облучения 45
2.2. Теоретическое обоснование параметров установки переменного облучения для выращивания рассады томатов 50
2.3. Определение удельной продуктивности растений от технологических и конструктивных параметров установки переменного облучения 57
3. Методика экспериментального исследования технологических и конструктивных параметров установки переменного облучения рассады томатов защищеного грунта
3.1. Программа исследования и общая методика 62
3.2. Методика экспериментального исследования параметров установки переменного облучения 64
3.3. Методика определения равномерности освещения наклонной технологической поверхности 68
3.4. Методика исследования технологического процесса выращивания рассады томатов в условиях защищенного грунта и оценка световых условий теплицы 69
3.5. Методика определения качества семян и их всхожести 71
3.6. Методика исследования процесса выращивания рассады томатов с применением установки переменного облучения 71
3.7. Методика проведения фенологических наблюдений процесса выращивания рассады томатов 74
3.8. Методика определения качества рассады томатов 74
3.9. Методика определения листовой площади рассады томатов 74
3.10. Методика определения массы сухого вещества вегетативной части растений и массы сухого вещества корневой части в растениях 75
3.11. Методика определения эффективности установки переменного облучения по удельной мощности и энергоемкости процесса выращивания рассады томатов 76
4. Результаты экспериментального исследования электротехнологии и оборудования установки переменного облучения для выращивания рассады томатов
4.1. Оптимизация параметров установки переменного облучения для процесса выращивания рассады томатов 77
4.2. Модель влияния скорости движения облучателей и угла наклонной поверхности на массу сухого вещества вегетативной части растений 82
4.3. Модель влияния скорости движения облучателей и угла наклонной поверхности на массу сухого вещества корневой части в растениях 87
4.4. Модель влияния скорости движения облучателей и угла наклонной поверхности на листовую площадь растений 92
4.5. Определение оптимальных диапазонов параметров установки переменного облучения для выращивания рассады томатов 96
5. Определение экономической эффективности применения установки переменного облучения для выращивания рассады томатов
Общие выводы по литературы 111
Приложение 125
- Способы формирования пространственного и поверхностного распределения потока оптического излучения
- Теоретическое обоснование параметров установки переменного облучения для выращивания рассады томатов
- Методика исследования технологического процесса выращивания рассады томатов в условиях защищенного грунта и оценка световых условий теплицы
- Модель влияния скорости движения облучателей и угла наклонной поверхности на массу сухого вещества вегетативной части растений
Введение к работе
Актуальность темы. Доля отраслевого потребления электроэнергии в технологических процессах тепличного производства с использованием оптического 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 эффективности. Наибольший процент в себестоимости отечественных овощей составляет доля энергетических затрат - 65...75 %, причем цены за период с 2000 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 использовать в тепличном производстве новые технологии, которые бы обеспечили высокорентабельное производство овощей и решили проблему круглогодового обеспечения населения витаминной продукцией.
Анализ существующих способов облучения растений защищенного грунта и многостеллажных технологий показал, что применение данных технических 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 поиску энергосберегающей технологической схемы облучения растений защищенного грунта, которая повышает эффективность использования энергии оптического излучения и снижает энергоемкость процесса, является актуальной и имеет научное и практическое значение.
Научная гипотеза. Изменчивость внешней среды существования биообъекта, обуславливает изменчивость его внутренних свойств, обеспечивая многообразие ответных реакций на воздействие извне (по качеству, интенсивности, длительности, градиенту), совершенствование его приспособительной адаптивной системы и приобретение им новых качеств и свойств.
Цель исследования. Обосновать рациональные параметры и режимы работы облучательной установки для выращивания рассады томатов в сооружениях защищенного грунта, которые обеспечивают снижение энергозатрат и повышение продуктивности выращиваемых растений.
Объект исследования. Процесс выращивания рассады томатов в сооружениях защищенного грунта с применением устройства переменного облучения 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 сооружениях защищенного грунта.
4 Задачи исследования.
Разработка теоретических положений, выявляющих параметры и способы повышения эффективности облучательной установки с целью обнаружения резервов энергосбережения процесса выращивания рассады томатов и повышения качества рассадной продукции.
Теоретическое обоснование параметров конструкции и режимов работы, разработка методики опытно-экспериментальной проверки установки переменного облучения применительно к многоярусной стеллажной технологии 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 математического анализа, элементы математической статистики, теории планирования экспериментальных исследований и светотехники. Результаты исследований обрабатывались с применением прикладного пакета статистических программ STATIS-ТІСАиЕхсеІ.
Научную новизну составляют:
Зависимость удельной продуктивности растений от их выхода биомассы и параметров установки переменного облучения (скорости движения облучателей и угла наклонной технологической поверхности).
Математическая модель, описывающая ответную реакцию растений (масса сухого вещества растений, масса сухого вещества корневой части в растениях, 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 (А —> max ) и снижение энергоемкости процесса выращивания рассады томатов.
Новизна технического решения подтверждена патентами на изобретение РФ № 2006142613/28 «Устройство выравнивания степени облученности в производственных помещениях» и на полезную модель РФ № 2010131786/21 «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 защищенного грунта, увеличивающая продуктивность растений на 21 % и снижающая 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 реализовать производственные опыты по изучению влияния переменного режима облучения и наклонной технологической поверхности на качественные показатели рассады томатов.
Основные результаты исследования приняты для практического применения 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 «Энергосберегающие технологии. Проблемы их эффективного использования» ФГОУ ВПО Волгоградской ГСХА 8-9 декабря 2008 года; на Международной научно-практической конференции «Энергетика, электрооборудование и электротехнологии в АПК» ФГОУ ВПО АЧГАА 12-14 мая 2010 года; на 5-й Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии - основа эффективного 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 статей, в том числе 3 статьи в научных журналах, входящих в перечень ВАК.
Достоверность результатов работы. Выводы и рекомендации, сформулированные в диссертационном исследовании, базируются на теоретических положениях и научных принципах, разработанных ведущими учеными по фундаментальным и прикладным аспектам электрификации сельскохозяйственного производства. 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 иностранных языках. В приложение входит: патент на изобретение РФ № 2006142613/28 «Устройство выравнивания степени облученности в производственных помещениях»; патент на полезную модель РФ № 2010131786/21 «Сборно-разборный стеллаж»; акт о внедрении облучательной установки в технологический процесс выращивания рассады тепличных культур на базе учебно-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 долгом выразить глубокую благодарность научному руководителю к.т.н. доценту Степанчук Геннадию Владимировичу за многолетнее плодотворное сотрудничество и критические замечания. А также всем, кто принял участие в обсуждении научной проблемы при выполнении диссертационного исследования.
Способы формирования пространственного и поверхностного распределения потока оптического излучения
В настоящее время для регулирования освещенности в вегетационных климатических установках и теплицах применяются включение и отключение групп источников, изменение взаиморасположения облучателей и стеллажей с растениями, перераспределение светового потока за счет изменения фотометрических характеристик облучателей и другие способы. Недостатком большинства способов является ступенчатость регулирования освещенности с одновременным нарушением равномерности освещения, что ведет к изменению фотометрических характеристик светового поля /73/. Не учитывается освещенность в зоне растения.
В последнее время более широкое применение в вегетационных климатических установках и теплицах находят установки с МГЛ и НЛВД, которые обладают относительно высокой единичной мощностью и повышенной светоотдачей. В этом случае ступенчатое регулирование за счет отключения части ламп приводит к недопустимому ухудшению равномерности. Плавное регулирование светового потока в этих лампах является актуальной задачей. Оно позволяет сохранить основные показатели структуры светового поля теплицы: равномерность, соотношение горизонтальной и вертикальной освещенностеи, градиент освещенности по высоте растений и т.д. Кроме того, возможность плавного регулирования светового потока создает условия для реализации различных алгоритмов управления световыми режимами, требующих гибкого и динамичного изменения.
Оптические свойства листьев в известной степени зависят от угла падения направленного излучения. Увеличение угла падения света с 30 до 70 снижает коэффициент поглощения на 8...10 % у блестящих и на 2...4 % у матовых листьев. Это связано с увеличением коэффициента отражения и уменьшением степени пропускания /74, 75/. При этом надо учесть,-что интенсивность отражения определяется направлением падающих лучей и их спектральным составом. Отражение от зеленого листа из-за неровности поверхности, окраски будет смешанным и неравномерным. Плотные листья с блестящей поверхностью дают большее отражение, чем матовые или покрытые волосками /76/. Явления изменчивости пропускания света в течение дня наблюдала F.B. Устинова при полном постоянстве интенсивности и спектра света, а также других факторов внешней среды. Объектом исследований были листья огурцов, томатов и фасоли, находившихся под люминесцентными трубками. При постоянном освещении разница между максимумом и минимумом достигала 10... 12%, а при прерывистом (7,5 сек света и 7,5 сек темноты) — 5.. .6 %, т.е. изменчивость имела более сглаженный характер /77/.
Фитоценоз как фотосинтезирующая система отличается от среднего листа. К оптическим характеристикам света прибавляются такие как направление излучения (вертикальное, боковое), степень рассеянности (диффузности света). Листья растений так располагаются в пространстве, чтобы при нехватке света максимально собирать рассеянный свет, а при избытке уменьшать световое поглощение. Интенсивный свет, падающий на одну сторону листа, производит такое же действие на фотосинтез, как и половинные интенсивности света, падающего на обе стороны листа. Это означает, что для фитоценоза важен также свет, рассеянный листьями и отраженный от листьев /5 7, 76/.
Выигрыш в урожае, полученный в работах В.М Лемана, указывает, что в реальных фитоценозах при одинаковых мощностях лучистых потоков боковое освещение более эффективно, чем освещение сверху, поскольку оно более объемно и лучше распределяется по ассимилирующей поверхности фитоценоза. Диффузный свет более эффективен, чем прямой /57/. Учитывая вышеизложенное, следует обратить внимание на угол падения направленного излучения на технологическую поверхность, т.е. на способы улучшения пространственного светорас-пределения и градиента освещенности по высоте растений.
Научные основы исследования по фотометрическому совершенствованию системы «облучатель - объект» были разработаны в трудах В.Н. Карпова /78, 79/. Здесь же следует отметить работы Г.С. Сарычева, связанные с рассмотрением действия ОИ на биологический объект /80/. Традиционная схема облучетшрас-тений характеризуется односторонним действием по- отношению к биообъекту. Метод объемного облучения исключает это противоречие, позволяет повысить качество ОИ. Дальнейшее развитие темы формирования оптимального пространственного потока ОИ отражено в работах С.А. Ракутько /3/. Предложен способ оценки приемлемости облучателей с различным светораспределением для создания оптимального светового режима, растений- по соответствию компоновочной схемы- облучательной установки пространственной структуре кроны растения. Снижение фотометрических потерь возможно при максимизации произведения компоновочного коэффициента khom на площадь миделевого сечения кроны растения Sa. Компоновочный коэффициент ккаип характеризует параметры облучательной установки. Площадь Sa определяется пространственной структурой кроны облучаемого растения. Происходящие при этом изменения интегральной облученности и равномерности светового поля компенсируют путем изменения высоты подвеса облучателя или коррекции его светораспределения (рисунок 1.6).
С точки зрения рационального использования энергии ОИ при регулировании освещенности в зоне растения перспективным является переменный способ облучения, создаваемый движущимися облучателями. При движении облучателя в определенный момент создается благоприятное для растения световое поле. Повышается коэффициент использования ОИ растениями.
Теоретическое обоснование параметров установки переменного облучения для выращивания рассады томатов
В научной и патентной литературе описано большое количество облучатель-ных установок для сооружений ЗГ. Проведен анализ, позволяющий определить преимущества и недостатки известных и перспективных способов создания переменного светового поля, конструкций стеллажных технологий, источников ОИ для теплиц. Выявлено, что опираясь на объективно существующие закономерности воздействия переменного облучения на растения, возможно, снизить количество используемого светотехнического оборудования на единицу площади теплицы. Показано, что многоуровневая стеллажная технология с наклонной рабочей поверхностью дает рациональное пространственное и поверхностное распределение энергии ОИ. Это позволяет значительно снизить расход электроэнергии и повысить продуктивность при выращивании растений ЗГ. Исследуемыми параметрами установки переменного облучения являются скорость движения облучателя, задающая экспозицию облучения, и угол наклона рабочей поверхности, дающий более высокую равномерность облучения.
Оценкой качества создаваемых световых условий является продуктивность фотосинтеза растений. Фотосинтез - основная функция и главный процесс питания растений, в результате которого создается 90.. .95 % биомассы. Поэтому по изменению содержания сухой массы можно судить об ассимиляционной деятельности растений. Правильному формированию растений соответствует отношение вегетативной части растения к корневой. Для получения высокой продуктивности фотосинтеза необходимо создание оптимального по размерам фотосинтетического аппарата (ФСА) — площади листьев. Площадь листа - это весьма мобильный показатель фотосинтетической деятельности растений, который в значительной степени изменяется под воздействием внешних факторов/103, 104, 105/.
При создании переменного светового поля движущимися лампами необходимо достичь оптимального сопряжения световой и темновой стадии фотосинтеза для функциональной активности ФСА растения/38, 39,40/.
Исходя из выше сказанного в первой главе (эффект Каутского) перепад освещенности должен составлять в среднем 1:5...1:10 /36, 37/. Момент максимальной освещенности должен наступать от 1 до 10 мин. Данный перепад освещенности приходится на скорость от 0,4 до 0,9 м/мин.
Ориентация листьев в пространстве и положение облучателя по отношению к ним влияют на способность растения поглощать и усваивать с наибольшим КПД энергию ОИ. Необходимо чтобы листья верхних ярусов как можно меньше затеняли листья второго яруса. Ориентация листьев в пространстве влияет на освещенность самих листовых пластинок, что формирует распределение ОИ в фитоценозе и влияет на структуру ФСА, урожай и его качество /106/. Имеются опытные данные о зависимости структуры и эффективности функционирования ФСА при изменении ориентации листьев, что имеет большое значение для продукционных процессов растений /107, 108/. Днем у томата листья горизонтальные, а ночью занимают более вертикальное положение. Таким образом, для повышения эффективности использования энергии ОИ рациональной является такая структура светового поля, которая бы соответствовала геометрической структуре растения.
В работах С.А. Ракутько сформулированы удобные для практического применения показатели геометрической структуры растений, разработана методика оценки приемлемости облучателей, формирующих различное распределение потока излучения в пространстве для создания оптимального светового режима растений /108, 109, ПО/. Традиционные способы светотехнического расчета установок для облучения растений предусматривают создание нормируемой горизонтальной облученности. Однако при этом не учитывается формы кроны растения. С.А. Ракутько предлагает оптимизацию светового режима растений свести к выбору параметров компоновочной схемы (определяемой КСС, h, а), чтобы они в наибольшей степени соответствовали КМС растения (задаваемой Sa) /ПО/. Для растений рассады томатов выбираем наклонное расположение листьев - форма КМС типа «Л» (таблица 2.1, рисунок 2.3). На основании вышеизложенных положений задача по формированию облученности на поверхности листьев можно решиться при помощи движущихся облучателей. В отличие от стационарного положения источника света, при движении облучатель для каждого растения в определенный момент времени создает благоприятное освещение. Но рассматривать каждое отдельное растение с точки зрения формирования освещенности в фитоценозе не совсем правильно. Поэтому важную роль в формировании структуры светового поля играет наклонная технологическая поверхность. Рабочая поверхность, находящаяся под углом относительно облучателя, создает ступенчатую структуру фитоценоза, тем самым увеличивая облучаемую площадь растительного покрова, неоднородного по своей структуре, увеличивая проникающую способность ОИ вглубь фитоценоза, делая более рациональным использование отраженных лучей (рисунок 2.4).
В существующих вегетационных облучательных установках традиционно используется постоянный способ облучения, при стационарном положении источника. Способы светотехнического расчета установок для облучения растений предусматривают создание нормируемой горизонтальной облученности. Однако при этом не учитывается пространственное и поверхностное распределение энергии ОИ /112, 113/. Для определения в общем случае освещенности (лк) необходимо знать значение направленной к освещаемой поверхности силы света, расстояние от излучателя до освещаемой поверхности и угол падения света (угол между лучом силы света и нормалью к расчетной площади) (рисунок 2.5).
Методика исследования технологического процесса выращивания рассады томатов в условиях защищенного грунта и оценка световых условий теплицы
Если отталкиваться от норм технологического проектирования теплиц для выращивания овощей и рассады, то к световому режиму предъявляется ряд требований /91, 92, 93/. При разработке культурооборотов следует учитывать суточное количество естественной ФАР, проходящее в теплицу. Если суточное количество ФАР, проходящее в теплицу, составляет менее 0,9 минимального физиологического критерия, рекомендуется предусматривать дополнительное искусственное облучение. Оценка радиационного режима выполняется исходя из необходимой (нормируемой) облученности, на уровне верха растений, в течение нормируемого фотопериода. В рассадных отделениях овощных теплиц минимальная суммарная (естественная + искусственная) облученность должна быть не менее 25 Вт/м2 ФАР. Суточное количество - не менее 250 Вт ч/м2 ФАР. При выращивании растений в условиях искусственного облучения для сеянцев и рассады рекомендуется применять облученность 80 Вт/м2 ФАР. Расчет удельной мощности облучательной установки следует производить для конкретных облучателей. Неравномерность искусственного облучения, определяемая отношением максимальной облученности к минимальной в пределах рабочей поверхности должны составлять 0,7...0,8. Минимальный физиологический критерий достаточности облучения (дозы) ФАР при естественном облучении (Ашп) равен произведению минимально возможной интенсивности облучения, обеспечивающей нормальную жизнедеятельность и продуктивность растений (Ет1п,Вт/м2 ФАР), на нормируемый фотопериод (tn, ч) (Dmin = Emln tn) /94, 95/.
Важным фактором, влияющим на энергосбережение, является нормирование освещения. Эффективной следует считать такую облучательную установку, которая создает высококачественное освещение и сохраняет свои характеристики на протяжении длительной работы, при наименьших капитальных и эксплуатационных затратах, в томчисле при минимальном энергопотреблении.
Анализ многовариантных расчетов рациональных схем размещения светильников показывает, что эффективность решения во многом зависит от свето-распределения светильников и схем их размещения. Как известно, принятая у нас в стране система нормирования горизонтального освещения предусматривает регламентацию не средней по помещению, а минимальной освещенности на облу-чаемой поверхности. При существующих методах расчета освещения и конкретных возможностях реализации облучательных установок это приводит к тому, что освещенность всегда оказывается несколько выше нормируемой. Нормативные данные по использованию электроэнергии на цели освещения позволяют рассчитать минимально необходимое потребление электроэнергии при достижении нормируемой освещенности (яркости) для объекта и сравнить с фактическими затратами. Для оценки энергетической эффективности облучательной установки основными нормативными данными являются уровень освещенности (яркости) и удельная- установленная мощность /96/. Удельная установленная мощность (W, Вт/м2 ) является основой нормативной базы для контроля энергозатрат в об 38 лучательной установке при проектировании. Удельная установленная мощность не должна превышать максимально допустимые значения где WQ — базовые значения удельной мощности или по нормам ТСН, приведенные к освещенности 100 лк; коэффициенту запаса 1,5; условному коэффициенту полезного действия светильника 100 % и световой отдаче источника света 80 лм/Вт; Енор - нормируемая освещенностьпо СНиП23-05-95; лк; К3 - нормируемый коэффициент запаса; Т]са — КПД применяемых светильников, %; rjuc — световая отдача применяемого источника света, лм/Вт. Для повышения экономичности освещения необходимо, по возможности, уменьшить ненужное превышение установленной мощности путем максимального приближения расчетной освещенности нормируемой, а также снижения неравномерности освещения в тех случаях, когда она велика, т.е. близка к максимально допустимой по нормам. Решение этой-задачи заключается в,нахождении с помощью существующих средств и способов освещения наиболее экономичного варианта обеспечения заданной нормами освещенности. Трудность отыскания экономически наиболее выгодного решения усугубляется тем, что все три подлежащих согласованию параметра (нормируемая освещенность, высота подвеса облучателя и мощность установленных в нем осветительных приборов) являются дискретными величинами со сравнительно большим шагом дискретизации.. При решении конкретной задачи; когда нормируемая освещенность и высота подвеса заданы, основным рычагом? повышения экономичности облучательной установки является нахождение в заданных условиях минимальной установленной мощности путем оптимального подбора мощности использованных светильников и выбора подходящей схемы их размещения при выполнении всех нормативных требований к освещению. Решение этой задачи в облучательной установки с НЛВД осложнено высокой единичной мощностью каждого источника и большим шагом дискретизации в типоразмерном ряду ламп общего назначения (250, 400, 700, 1000 и 2000 Вт). За счет этого, а также ввиду большой световой отдачи газоразрядных ламп высокого давления количество светильников, необходимых для обеспечения нормируемой освещенности, оказывается сравнительно небольшим, что повышает значение каждого отдельного светильника в установке.
Модель влияния скорости движения облучателей и угла наклонной поверхности на массу сухого вещества вегетативной части растений
Продуктивность сельскохозяйственной системы - результат комбинации генетических характеристик биологических объектов и условий окружающей среды. Вид и сорт культуры определяют параметры микроклимата в теплице (освещение, влажность, температура и т.д.). Количественная зависимость между микроклиматом, создаваемым в теплице, и продуктивностью выбранной культуры вызывает особый интерес с точки зрения решения задачи изучения и прогнозирования сельскохозяйственного производства, а также управления его ходом /99/. В общем виде модель роста растения может быть представлена в виде где М — критерий качества рассады томатов (биомасса растения); / - время вегетативного периода; Р — множество параметров или постоянных коэффициентов, характеризующих растение; Ем — параметры либо переменные, характеризующие те условия микроклимата теплицы, которые поддаются управлению и задаются изначально (температура, влажность и т.д.); Еэ — параметры либо переменные, характеризующие световые условия, которые создает облучательная установка и сопутствующее светотехническое оборудование (спектральный состав, интенсивность освещения, экспозиция, длительность и т.д.); Е — случайные показатели, на которые нельзя повлиять (климатические условия). Функция роста g — это некоторое аналитическое выражение, связывающее между собой М, Р, Ем ,ЕЭ,Е. Чтобы записать уравнение в явном виде необходимо провести эксперимент, в ходе которого изменялись бы условия окружающей среды при помощи установки переменного облучения с цель выявления ее рациональных параметров. Подстановка измеренных показателей совместно с параметрами, характеризующими биологический объект, открывает возможность для решения уравнения численными методами, т.е. для прогнозирования изменений массы сухого вещества растений М т (а также массы сухого вещества корневой части в растениях NKOpHb, листовой площади растений Smcm) за весь период наблюдения. Что касается адекватности модели, то она может быть оценена обычным путем - сопоставлением прогнозируемых и фактических данных. В идеализированной модели воздействия энергии ОИ необходимо принять следующие ограничения: исследование проводится для тепличных сортов томатов, поэтому xi определяется видом растения; за основу принята технология выращивания рассады томатов, используемая в теплице (х2 - фаза растения; х3 — качество семян); модель справедлива для условий ЗГ (х4 - характеризует почву; х5 - полив; х6 — температуру воздуха; х7 — уровень освещенности (Е); х8 — экспозицию (Н); х9 -равномерность освещения технологической поверхности (z); х,0 светотехнические характеристики оборудования),,а также для комплекса дополнительных факторов, определяющих жизнедеятельность биологического объекта не только в период облучения, но и в предшествующие облучению периоды. В разрабатываемой модели принимаются все уровни этих факторов такими, которые устанавливаются в теплице; модель должна предусматривать связь между параметрами облучательной установки, а именно, пространственное и поверхностное распределение энер гии ОИ (хп - скорость движения облучателей (v), создающих переменное облучение и пространственное распределение энергии ОИ; х12 — угол накло на облучаемой поверхности (), формирующий поверхностное распределе ние энергии ОИ). Цель моделирования состоит в построении дифференциальных уравнений, с помощью которых можно прогнозировать значения всех переменных состояния системы в любой наперед заданный момент времени. Управляющими переменными состояния математической модели являются скорость движения облучателей и угол наклона рабочей поверхности. Для определения диапазона параметров установки переменного облучения (скорость движения облучателей и угол наклона технологической поверхности), соответствующих максимальным показателям качества рассады томатов (масса сухого вещества растения, масса сухого вещества корневой части и площадь листовой поверхности растения) целесообразно представить зависимости Zu - f(&,v), ZN =f(&,v), Zs =/(0,v) полиномами второго порядка/100, 101, 102/. Зависимость полиномов второго порядка имеет вид
