Введение к работе
Актуальность. По нормам, рассчитанным институтом питания академии медицинских наук, необходимо иметь потребление овощей на душу населения 125-135 кг. При этом круглогодовое обеспечение овощами возможно при развитии и интенсификации овощеводства защищенного грунта.
Ряд директивних правительственных постановлений и основные положения Энергетической программы СССР на длительную перспективу направлены на создание энергосберегающих технологий в народном хозяйстве, на рациональное использование и экономное расходование топлива и энергии. В связи с этим можно сформулировать научно-техническую проблему - оптимизировать режимы технологического процесса выращивания овощей, разработать математические модели, позволяющие рассчитать энергетические режимы, которые экономят энергию и формируют требуемый дл растений микроклимат в светонепроницаемых теплицах, --имеющую важное народнохозяйственное значение.
Существующее неудовлетворительное положение в снабжении жителей севера страны местными тепличными овощами объясняется целым рядом причин, одной из которых главной.является отсутствие типовых проектов теплиц. Самым распространенным видом культивационных сооружений в регионе являются ангарные зимние теплицы, строительство которых ведется хозяйственным способом по индивидуальным или устаревшим проектам разных министерств и ведомств.. Основное назначение ах выращивать овощи в зимние месяцы. Однако, недостаточная освещенность и полярная ночь препятствуют этому.
Решить проблему круглогодового производства овощей можно только при широком внедрении светокультуры (выращивание растений с іосветкой электрическими лампами или при полном искусственном свете). Применять высокоэффективные источники оптического облучения растений целесообразно в культивационных сооружениях со светоне- . цюницаемым теплоизолированным ограждением. Подобные помещения позволяют получать овощную продукцию в течение круглого года в экстремальных условиях севера страны. Но для таких теплил необходимо эазработать прогрессивную технологию возделывания овощных культур, эбеспечивающую максимальный выход продукции на единицу затрат )лектроэнергии.
Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка шергетических режимов технологического процесса в светонепрони-[аемых теплицах, обеспечивающих экономию энергии и получение оп-'иыального микроклимата для растений.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
изучить состояние и перспективы развития защищенного грунта на севере страны и обосновать целесообразность применения в регионе СНТ;
создать математическую модель процессов энергомассообмена в светонепроницаемой теплице;
разработать алгоритмы для исследования на математической модели технологических режимов и микроклимата СНТ;
исследовать и разработать энергетические режимы светонепроницаемых культивационных сооружений;
оптимизировать сочетание параметров микроклимата и режимов обеспечения технологического процесса.
Методы исследований. Составление математической модели энергомассообмена в светонепроницаемой теплице основывалось на теории тепломассообмена. Выбор метода обусловлен свойствами исследуемой сложной системы.и масштабами эксперимента. Оценка влияния различных факторов на систему производилась путем варьирования параметров математической модели. Выявление основных закономерностей внутри каждой подсистемы было получено как на базе теоретических, так и натурных экспериментов. В теоретических исследованиях параметры варьировались в пределах, допускаемых теорией. В прикладных исследованиях параметры варьировались вниз и вверх до пределов, утвержденных агротехническими требованиями. Системный подход состоял в применении принципа иерархичности СНТ и исследовании энер^ гетического обмена и функциональных связей между ее подсистемами. Экспериментальные данные получены на основе стандартных и разработанных автором методов с применением современных приборов контроля и записи конструктивных и технологических параметров. Обработка результатов натурных экспериментальных исследований произведена с помощью теории математической статистики. Математическое моделирование осуществлено с применением ЭВМ и прибора Э1ДА. Теоретические выводы подтверждены на макете и созданием опытно-производственной светонепроницаемой теплицы.
Научная новизна работы заключается в выработке методологического подхода к решению научно-технической проблемы в области электрификации овощеводства защищенного грунта, а также разработке математической модели, алгоритма и программных средств исследования режимов микроклимата и систем обеспечения технологического процесса в СНТ. В работе получены следующие новые результаты:
обоснована целесообразность применения на севере страны светонепроницаемых многоэтажных культивационных сооружений;
на основе усовершенствованной теории разработана математическая модель и выведены закономерности процессов энергомассо-эбмена при облучении растений искусственными источниками света;
на базе математической модели с использованием критерия сдельных энергетических затрат сформулирован метод оптимизации режимов технологического обеспечения и параметров микроклимата и разработан алгоритм расчета, минимизирующий затраты энергии;
предложен новый способ рециркуляции теплоты из помещения 2 дневным режимом в помещение с ночным режимом растений, позволяющий утилизировать тепловую энергию ламп и получать равномерное температурное поле в зоне растений при минимуме затрат энергии.
Практическая ценность работы. Исследования выполнялись в соответствии с утвержденными планами научно-исследовательских ра-Зот Новосибирского аграрного университета и СибЖЭ СО РАСХН, в частности, по темам:
"Разработать технические средства и технологию комплексной механизации в защищенном грунте в условиях Крайнего Севера" -пост. ГК СССР НТ И 305 (п.7) от 28.05.74 г. (срок выполнения [976-1980 гг.).
"Разработать технологию возделывания овощей в закрытом грунте" - пост. ГК СССР НТ И 253 (п.II) от 30.05.75 г. (1975-1980 гг.).
"Разработать и внедрить режимы микроклимата и системы обеспечения технологического процесса производства овощей в светонепроницаемых культивационных сооружениях в условиях Сибири" - пост. ГК СССР НТ И 226 (п.73) от 9.06.80 г. (1980-1983 гг.).
"Повысить эффективность эксплуатации МТП и усовершенствовать сельскохозяйственную технику для Западной Сибири" - тема ХШ зятилетнего плана НИР Новосибирского СХИ на 1986-1990 годы. Раз-цел 12 "Внедрить светонепроницаемую теплипу, оснащенную средства-пи автоматизации работы электрооборудования".
Законченные теоретические и экспериментальные исследования явятся основой для расчета оптимальных параметров микроклимата и режимов технологического процесса выращивания овощей при искусственном свете, разработки электрооборудования CUT, а также создания новых светонепроницаемых культивационных сооружений.
Ценность для практики заключается также в экономии энергии, зыраженной в утилизации тепловой энергии ламп и использовании ее
для обогрева помещения, улучшения условий охраны труда обслуживающего персонала за счет постоянного микроклимата в течении круглого года, снижении себестоимости продукции в 2 раза.
Разработаны рекомендации "Светокультура овощей в Сибири", которые могут быть использованы при эксплуатации светонепроницаемых теплиц. Результаты исследований включены в методические рекомендации "Вопросы механизированной технологии и микроклимата в теплицах", г.Новосибирск, 1979 г., а также использованы ВИЭСХсм при выполнении Государственного задания 051.21.02.04- - "Разработка автоматизированного комплекта электрооборудования для регулирования микроклимата в теплицах" в 1986 г. Результаты разработок применены при подготовке шахтных выработок для выращивания овощей в Таштагольском рудоуправлении Кемеровской области.
Внедрение результатов исследований. На основе разработанного нами технического задания в ОПКТЕ СибНЖГГШа выполнен проект двух этажной светонепроницаемой теплицы полезной площадью 300 кг, построенной в г.Ленске Якутской АССР. Данный проект передан в проектный институт "Якутагропромпроект". Закончен проект также по нашему техническому, заданию и в 1991 г. закончено строительство трехэтажной светонепроницаемой теплины полезной площадью 800 ьіг для условий г.Новосибирска. Спроектирована трехэтажная СНТ полезной площадью 800 иг с цехом переработки продукции для совхоза "Ленский" Ленского района Якутской АССР.
Результаты исследований'рассмотрены и одобрены научно-техни-чесішми советами Новосибирского облагропрома, ГОСАГРОНРОМА Якутской АССР и ГОСАГРОПРОМА РСФСР.
Апробация. Результаты научных исследований доложены на научно-методической конференции в г.Барнауле (1979 г.), зональном семинаре в г.Новосибирске (1980 г.), всесоюзном совещании в Г.Владимире (1980 г.), зональной научно-практической конференции в г.Красноярске (1982 г.), научно-практической конференции в г.Барнауле (1983 г.), научном совещании в г.Красноярске (1983 г.), региональной научно-технической конференции в г.Иркутске(1984 г.), всесоюзной научно-технической конференции в г.Смоленске (1985 г.), ряде научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Новосибирского сельскохозяйственного института в 1983-1988 гг., научном семинаре по проблемам электрификации сель-.ского хозяйства в ЧШЭСХе (г.Челябинск, І986-І99І гг.), всесоюзной отраслевой конференции в г.Москве (ВИСХОМ - ВДНХ СССР, 1986 г.), региональной читательской книжно-журнальной конференции
по проблемам электромеханизадии сельского хозяйства (Краснообск -СибШЭ, 1986 г.), научно-методической конференции Госагропрша СССР - ВАСХВЖ - НЖОХ в г.Москве (1987 г.), научно-практической конференции СО ВАСХНИЛ - НСХИ в г.Новосибирске (1988 г.), региональной конференции по применению наземных аэрокосмических и автоматизированных систем для наращивания потенциала агроресурсов в г.Барнауле (1989 г.), всесоюзной конференции по развитию производительных сил в Сибири в г.Новосибирске (1990 г.).
Научная работа одобрена учеными советами СибКМЭ й НСХИ в 1978-1988 гг., научным семинаром кафедры автоматизации сельскохозяйственного производства УСХА в 1984, 1988 и 1991 гг., научным советом факультета электрификации сельского хозяйства Ч7ЧЭСХ (І986-І99І гг.), Диссертация заслушана и одобрена на совместном заседании секции Энергетики ВАСХНИЛ и лаборатории электрификации защищенного грунта ВИЭСХ в г.Москве в феврале 1988 года, г.Минске на заседании кординационно-экспертного совета БИМСХ по проблеме "Автоматизированные системы микроклимата" в июне 1989 г., г.Москве на заседании отдела облучательных светотехнических установок и приборов для агропромышленных комплексов и промышленной фотохимии ВНИСИ в апреле 1990 г., г.Пушкине на расширенном заседании кафедры электроснабжения сельского хозяйства Ленинградского государственного аграрного университета и отделе новых типов хранилищ Сибирского научно-исследовательского и проектно-технологи-ческого института переработки с.-х. продукции (СибНИПТШ) в октябре 1991 г. Всего по материалам диссертации сделано более 40 докладов .
По результатам выполненной научной работы опубликованы 39 научных работ (15 выполнены без соавторов), из которых 29 опублико-заны в центральной и республиканской печати. В ВНТЩ по теме диссертации зарегистрированы 4 отчета.
