Водопостачання весняних теплиць

Підтримування заданої вологості повітря і грунту – одна з важливих умов нормального розвитку і росту рослин в умовах захищеного грунту.

Система зволоження грунту повинна забезпечувати рівномірність зволоження при економній витраті води. Нерівномірність зволоження, не повинна перевищувати ±5% від заданої.

Зрошування здійснюється періодично з інтервалами в часі 20…60хв. Інтервал встановлюється агрономом в залежності від місяця року і відносної вологості повітря.

Ввід водопроводу виконаний з чавунних труб діаметром ø=50мм на асбес-тоцементних стінах, внутрішня частина з стальних водогазопровідних труб діаметром ø=25мм на зварці.

Зрошування рослин і зволоження повітря здійснюється за допомогою форсунок, вмонтованих в спеціальній розводці труб на місці поливу.

Форсунки розміщені одна біля одної на віддалі 1,6м. Радіус розпилу води через форсунку досягає 1,8м.

Зрошувальна площа від однієї групи складає 125м². Витрати води на полив однією групою складає 375 літрів протягом 20 хвилин.

Водопостачання тепличного господарства здійснюється з артезіанської свердловини. Система водопостачання баштового типу.

Визначаємо напір насоса:

h= hг + hз (3.16)

де hг – геодезичний напір, м;

hз – втрати напору в трубопроводах, м.

Геодезичний напір: hг = 2,9м.

Втрати напору в трубопроводі:

hз=h·l+g, (3.17)

де h – втрати напору на один метр довжини трубопроводу;

l – довжина трубопроводу, м;

g – втрати напору на місцевих опорах, м.

H і g визначаємо по монограмі.

Витрати води за одну секунду повинні складати на всі теплиці.

Qсек = 0,4∙6 = 2,4 л/с, (3.18)

де 0,4 – норма витрати води на одну теплицю, л/с;

6 - кількість теплиць.

Для чавунних труб діаметром ø=50мм: h=9Па/м, g=500; швидкість води v=0,3 м/с; з довжиною трубопроводу l=47м,

Напір насоса:

h=2,9+2,97=5,87м;

Повний напір:

H=Hп + h=115+5,87=120,87м. (3.19)

Приймаємо насос типу: 1ЭЦВ6-4-130 з середнім напором 130м і подачею Qнас=4 м³/год.

Потужність на валу насоса визначаємо за формулою:

де Q – продуктивність насоса, м³/год;

ρ – густина води, кг/ м³;

g – прискорення вільного падіння, м/с²;

ηн – коефіцієнт корисної дії насоса;

ηп – коефіцієнт корисної дії передачі;

кз – коефіцієнт запасу.

Вибираємо електродвигун 7ПЭДВ-2,8-140, потужністю 2,8кВт.

Подачу підігрітої води до місця поливу здійснюють насосом 1,5К-81-19, з такими характеристиками:

Подача води	8 м³/год
Повний напір	20м
Частота обертання	2800 об/хв

Тоді потужність на валу насоса:

Р =1,5 кВт.

Для приводу насоса вибираємо електродвигун АИР 80А2У2.

Вибраний електродвигун АИР 80А2У2 має такі технічні дані:

Номінальна потужність, кВт	1,5
Частота обертання, об/хв
Номінальний струм, А	3,31
СОSφ	0,85
η, %
Мпуск/Мном	2,1
Ммин/Мном	1,2
Ммакс/Мном	2,2
Іпуск/Іном

Вода нагрівається в котлі типу ЭПЗ, а поступає з свердловини із

температурою Qк=18…20˚С потрібна така потужність водонагрівача:

де Vc - об’єм нагріваємої води, л;

с – теплоємність води, с=4,19кДж/(л∙˚С);

t – час нагріву води, год.;

η – коефіцієнт корисної дії водонагрівача.

Тоді:

Р=89,4 кВт.

Приймаємо електродний водонагрівач типу ЭПЗ-100 з такими технічними даними:

Номінальна потужність,кВт
Номінальна напруга, В
Розрахунковий опір води при температурі 20˚С,Ом∙м
Номінальна температура води, ˚С: - на вході
- на виході
Діапазон регулювання потужності, %	20…100

Для керування котлом передбачено ручне і автоматичне керування. Управління насосним агрегатом здійснюється станцією управління типу “КАСКАД” 2,8-0-У2 з ящиком керування ЯГ5102-2Г7Б1У2. Для регулювання відносної вологості повітря вибираємо ящик керування Я2001-247ВУХЛ3. Він містить регулятор вологості СПР-3-04-2 УХЛ-4 та реле часу ВЛ-40, яке вмикає соленоїдні вентилі подачі води. Діапазон регулювання відносної вологості повітря – 60…95%.

3.3. Розрахунок зовнішнього і внутрішнього освітлення весняних теплиць

За умовами навколишнього середовища теплиці і парники відносяться до 2 категорії. Це особливо вогкі приміщення.

Розрахунок освітлення проводимо методом коефіцієнта використання світлового потоку.

Світловий потік лампи визначаємо за формулою:

де Ф – розрахунковий світловий потік лампи;

Е – нормована освітленість, лк;

S – площа освітлювального приміщення, м²;

к - коефіцієнт запасу;

Z – коефіцієнт нерівномірності освітлення;

N – число світильників

η – коефіцієнт використання світлового потоку.

Приведемо приклад розрахунку освітлення для коридору побутового корпуса. Приймаємо світильники НСП-01 з лампами розжарювання.

Визначаємо індекс приміщення:

і=S/(h∙(А+В (3.23)

де h – розрахункова висота підвішування світильника, h=3м;

А і B – ширина і довжина приміщення, А=15м і B=2м.

і=30/(3∙(15+2)) = 0,8, (3.24)

Коефіцієнт відбивання стелі ρ=50%, підлоги ρ =10%, стін ρ =30%.

Тоді коефіцієнт використання світлового потоку для і=0,8 і прийнятих коефіцієнтів відбивання рівний η =0,23.

Тоді:

Ф = 487,3 лм.

Приймаємо лампу розжарювання БК-220-230-40 ГОСТ 2239-79, світловий потік Фл=460лм, потужність – 40Вт.

Розрахунок освітлення в інших приміщеннях проводимо аналогічно. Дані розрахунків записуємо в таблицю 3.1.

Для зовнішнього освітлення на 1 погонний метр прийнято 3,0 Вт.

Загальна потужність зовнішнього освітлення складає:

Р=Рпог.м.∙l, (3.25)

де Рпог.м. – потужність на 1 погонний метр довжини;

l – довжина території, м.

Для зовнішнього освітлення приймаємо світильники типу СПО-200, які змонтовані на опорах на висоті 6,5метрів. Кількість світильників 12шт.

Р=0.003∙770=2,3 кВт.

Сумарна встановлена потужність зовнішнього освітлення:

Р=12.∙0,2=2,4 кВт.

3.4. Розрахунок і вибір електроприводів.

Проведемо вибір електропривода насоса подачі води в теплицю

1,5К-8/19.

Потужність насоса визначаємо за формулою:

де ρ – питома густина води, ρ = 1000кг/м²;

g – прискорення вільного падіння, g = 9,81 м/с²;

Ннас.н. – напір насоса, Ннас.н. = 20м;

Qнас.н. – подача насоса, Qнас.н. = 8 м³/год = Qнас.н. = 0,0022 м³/с;

η нас. – коефіцієнт корисної дії, η нас. =0,53.

Рнас = 1 кВт.

Механічна характеристика відцентрового насоса описується рівнянням:

де Мс – момент статичних опорів;

Мо – початковий момент, Мо = 0,05∙Мсн;

Мсн – момент статичних опорів при номінальній кутовій швидкост

ω, ωн – задане і номінальне значення кутової швидкості.

Момент статичних опорів при номінальній кутовій швидкості визначаємо за формулою:

(3.28)

(3.29)

. (3.30)

Задаючись ω від 0 до 300 1/с, розраховуємо значення моменту статичних опорів. Значення записуємо в таблицю 3.2.

Таблиця 3.2. Розрахунок механічної характеристики насоса.

ω, 1/с
Мс, Н∙м	0,17	0,26	0,55	1,0	1,68	2,53	3,56

Для привода насоса вибрано електродвигун АИР 80А2У2 (розділ 3.2.).

Побудову механічної характеристики електродвигуна виконуємо за характерними точками:

Побудова механічної характеристики електродвигуна з урахуванням допустимого відхилення моментів:

1. ωо =314 (1/с); М΄=0.

2. ωн =298,3 (1/с); Мн΄=5,026 Н∙м.

3. ωк =141,3 (1/с); Мк΄= 0,9∙11,058 = 9,96 Н∙м.

4. ωмін = 62,8 (1/с); Ммін΄= 0,8∙7,54 = 6,44 Н∙м.

5. ωпуск = 0; Мпуск΄= 0,85∙10,56 = 8,98 Н∙м.

Побудова механічної характеристики електродвигуна з урахуванням допустимого відхилення напруги ∆U = -5%:

1. ωо =314 (1/с); М΄΄=0.

2. ωн =298,3 (1/с); Мн΄΄= 0,95²∙5,026=4,53 Н∙м.

3. ωк =141,3 (1/с); Мк΄΄= 0,95²∙9,96 =8,97 Н∙м.

4. ωмін = 62,8 (1/с); Ммін΄΄=0,95²∙6,44 =5,8 Н∙м.

5. ωпуск = 0; Мпуск΄΄=0,95²∙8,98 =8,08 Н∙м.

Рис. 3.1 Визначення часу пуску електродвигуна

Будуємо механічну характеристику двигуна і насоса (рис.3.1.).

Для визначення часу пуску двигуна знаходимо динамічний момент:

Мj =Мд΄΄- Мс. (3.31)

Інтервал швидкостей ділимо на ділянки ∆ωі, для кожної з яких визначаємо середнє значення динамічного моменту Мjсрі і розраховуємо приріст часу:

де jзв - зведений момент інерції привода;

де jрот - момент інерції ротора двигуна, jрот =1,8∙10^-3 кг∙м²;

jнас - момент інерції насоса, jрот = 8∙10^-3кг∙м².

jзв =1,8∙10^-3+8∙10^-3=9,8·10^-3кг∙м².

Час пуску:

tпуску =∑∆tі. (3.34)

tпуску =0,04+0,048+0,051+0,043+0,038+0,038+0,043+0,052+0,07+0,163=0,583 с.

перевищення температури двигуна під час пуску:

τпуск=νt∙ tпуску, (3.35)

де νt – швидкість нагрівання двигуна, νt = 7,9 ˚С/с.

τпуск=7,9∙0,583=4,61 ˚С.

Отже, τпуск < τдоп.

3.5 Розрахунок і вибір тепличної опромінювальної установки

В даний час застосовують опромінювальні установки різних конструк-тивних виконань з різними джерелами випромінення.

В стаціонарних опромінювачах використовуються лампи порівняно великої одиничної потужності, так як при застосуванні лампи низького тиску збільшується їх кількість, а це затрудняє їх експлуатацію.

Призначення опромінювальних установок і особливості їх роботи в умовах теплиці обумовлює ряд специфічних вимог до них.

Найважливіші із них такі:

1. Спектральний склад енергії випромінення повинен бути сприятливим для здійснення процесу фотосинтезу і не створювати опромінення, яке погано впливає на розвиток рослин.

2. Опроміненість повинна бути рівномірною на поверхні рослин і достатньою для протікання основних процесів і розвитку рослин, формування врожаю.

3. Установка не повинна перегрівати рослини.

4. Застосування опромінювальної установки повинне рентабельним.

5. Устаткування і експлуатація опромінювальної установки повинно задовольняти вимогам, які ставляться до електричних пристроїв, працюючих в приміщеннях з особливою небезпекою враження електричним струмом обслуговуючого персоналу.

Враховуючи всі переваги і недоліки, а також вимоги. Які ставляться до опромінювальних установок приймаємо стаціонарні опромінювачі ОТ-400.

Застосування двох модифікацій опромінювачів одночасно дозволяє отримати коефіцієнт потужності, близький до одиниці. Опромінювачі розраховані на експлуатацію в умовах навколишнього середовища з наявністю вуглекислого газу, вологості повітря до 98% при температурі 20˚С. вмикають опромінювачі в мережу кабелем за допомогою вилки і розетки. Штепсельні розйоми мають гумові ущільнення і розраховані на струм 16А. Опромінювачі з’єднують в групу з 6…8 ламп і під’єднують до магістральної лінії. Металеві частини опромінювача мають антикорозійне покриття.

В опромінювачах використовують ртутні лампи високого тиску потужністю 400Вт типу ДРЛФ-400. Ці лампи розраховані на роботу при відносній вологості повітря 98% і температурі 35˚С; номінальна напруга живлення 220В. Потужність опромінювача з урахуванням пуско-регулюючої апаратури – 0,43кВт.

Для заземлення корпусів опромінювача передбачені контактні заземляючі болти, до яких приєднана третя жила кабелю. Обслуговування і усунення неполадок опромінювальної установки допускається проводити не раніше ніж через 5хв після вимкнення опромінювачів. Додаткове опромінення розсади і тепличних овочевих культур рекомендують застосовувати:

1. Для огірків і помідорів – 120Вт/м².

2. Параметри підвіски опромінювачів при технології з розсадною розсадою приведені в таблиці 3.3.

Таблиця 3.3. Параметри підвіски опромінювачів.

Параметри	Помідори, огірки	Розсада перед розсадкою	Розсада після розсадки
Відстань між рядками, м	1,0	1,5…1,7	1,5…1,7
Відстань в рядку, м	1,0	0,91…1,0	0,82…2,0
Висота підвіски, м	0,6	0,9	1,3

3. Тривалість періодів і тривалість «дня» при опроміненні розсади приведені в таблиці 3.4.

4. Режим мікроклімату на основних видах овочевих культур, дані в таблиці 3.5.

Таблиця 3.4. Тривалість періодів і тривалість “дня” при опроміненні розсади.

Назва	Сходи	Перед розсадкою	Після розсадки
		Огірки
Період, дні	2…3	10…12	10…12
Тривалість дня, години
		Помідори
Період, дні	2…3	10…12	12…15
Тривалість дня, години

Таблиця 3.5. Режими мікроклімату по основних видах овочевих культур.

Параметр	Огірки	Помідори
Температура грунту до сходів, °С
Температура грунту після сходу, °С
Температура повітря в похмурий день, °С	19…20	18…19
Температура повітря в сонячний день, °С	20…23	19…22
Температура повітря вночі, °С	18…20	15…17
Вологість повітря, %	70…75	60…70
Концентрація СО2, %	0,15…0,2	0,15…0,2

Розрахунок опромінення рослин виконуємо за ефективним потоком. Ефективний потік опромінення в рослинництві – фітопотік. Він характеризує наявність в інтегральному випроміненні енергії, потенціально доступну рослинам для здійснення фотосинтезу.

Площа опромінення однією лампою:

Sопр.л= Фл / Фн (3.36)

де Фл – фітопотік лампи, Фт;

Фн – нормована фітоопроміненість, Фт/м².

Фітопотік лампи ДРЛФ – 400 дорівнює:

Фл =17,6 Фт. (3.37)

Нормована фітоопроміненість для розсади огірків і помідорів дорівнює 8 Фт/м²

Тоді: Sопр.л= 17,6 / 8 = 2,2 м². (3.38)

Кількість опромінювачів необхідних для однієї теплиці площею 500м² дорівнює:

N = S/Sопр.л = 500/2.2 = 227,3 шт. (3.39)

Приймаємо 228 опромінювачів, з них ОТ-400И – 114штук, ОТ-400Е – 114штук.

Опромінювачі розміщуємо в 4 ряди. В кожному ряду 57 опромінювачів. Висота підвісу опромінювачів 0,9м, відстань між рядами 1,5м, відстань між опромінювачами 1,3м.

Кожна група живиться від розподільчого щита керування РУ-1. Кожна група розбита на 8 підгруп по 7 паралельно під’єднаних опромінювачів, а в одній групі 8 опромінювачів. Групи опромінювачів рівномірно розподілені по фазах.

Потужність однієї групи опромінювачів:

Ргр = Ропр∙n, (3.40)

де Ргр – потужність однієї групи опромінювачів, кВт;

Ропр – потужність опромінювачів з урахуванням ПРА, кВт; Ропр=0,43кВт

n – кількість опромінювачів в групі, штук; n=57 шт.

Тоді:

Ргр = 0,43∙57=24,51 кВт.

Струм, споживаний однією групою опромінювачів:

Ігр=(Ргр∙1000)/(U∙cosφ)= (24,51∙1000)/(220∙1)=111,4 А (3.41)

Цей струм є розрахунковим для вибору перерізу кабелю:

Ітр.доп. ≥ Іроз, (3.42)

де Ітр.доп. – тривалодопустимий струм кабелю, А;

Живлення групи опромінювачів здійснюється кабелем АВВГ 1 (2х35+1х25), для якого Ітр.доп. =130А> Іроз. =111,4А.

Захист групи опромінювачів здійснюється за допомогою автоматичних вимикачів типу АЕ2064М-10Р00УЗБ, розміщених в щиті керування.

Загальна потужність опромінювальної установки однієї групи теплиці дорівнює:

Р=4·Ргр=4·24,51=98,04кВт. (3.43)

Розрахунковий струм щита керування:

Ірозр.щ.=(Р∙1000)/(U∙cosφ· )= (98,04∙1000)/(380∙1· )=257,3 А. (3.45)

Живлення розподільчого пристрою РП-1 здійснюється кабелем АВВГ-1(3х50+1х35), тривало допустимий струм якого:

Ітр.доп. =275А> Ірозр.щ =257,3А.

3.6 Вибір апаратури керування і захисту, пультів та ящиків керування

Умови до захисту електротехнічних виробів від дії кліматичних і механічних факторів навколишнього середовища визначаються цілим рядом стандартів.

Захист електродвигуна насоса від короткого замикання здійснюється автоматичним вимикачем серії ВА51Г, який вибирається за умовою:

1. Uном ≥ Uмережі 660В ≥ 380В

2. Ін.АВ. ≥ Інав 25А ≥ 3,3А

3. Ірозг ≥ Ін.ДВ 4А ≥ 3,3А

4. Івідс. ≥ Іпуск ∙кз∙крс∙кру,

де кз – коефіцієнт запасу, кз=1,1

кру – коефіцієнт розпадання струмів неспрацювання електромагнітного розчіплювача, кру = 1,25;

крс – коефіцієнт, який враховує допустиме відхилення пускового струму, крс =1,2.

Івідс. =14∙Ірозг = 14∙4=56А (3.46)

56А ≥ 7∙3,31∙1,1∙1,25∙1,2=38,2А – умова виконується.

5. Ін.тепл.реле ≥ Ін.ДВ – з послідуючим регулювання на номінальний струм.

Приймаємо автоматичний вимикач ВА51Г25340010Р30УХЛ3.

Електромагнітний пускач вибираємо за умовою:

1. Uпуск ≥ Uмережі 380В ≥ 380В

2. Ін.пуск. ≥ Ін.ДВ 10А ≥ 3,3А

3. Ітепл.розщ ≥ Ін.ДВ

4. Uкот = Uкола.керування

Приймаємо електромагнітний пускач серії ПМЛ 120004Б з тепловим реле РТЛ-1008-04 з Іуст. =2,4…4А. Для керування електродвигуном приймаємо пост кнопковий ПКЕ 622-2У2. Всю апаратуру захисту і керування вмонтовується в ящик Я5401-2674У2. Для управління і захисту електрокалориферної установки і нагрівних елементів грунтового обігріву приймаємо комплектне устаткування УТ-12У3.

3.7 Вибір електропроводки

Проводи і кабелі вибирають за тривалодопустимим струмом:

Ітр.доп. ≥ Іроз (3.47)

Двигун поливного насоса під’єднуємо кабелем АВВГ-1 (4х25); котел ЭПЗ-100 – АВВГ-1 (3х25+1х70).

Для підключення шафи електрокалориферної установки і грунтового обігріву теплиці приймаємо кабель АВВГ-1 (3х95+1х70). Живлення груп парників здійснюється кабелем АВВГ-1 (3х10+1х6).

Для живлення котушок пускачів, переключення режимів роботи парників використовуємо кабель АНРГ-1 (4х2,5). Освітлювальна мережа блоку побутових і допоміжних приміщень виконана проводом АПВ з перерізом 2,5мм².

3.8 Розрахунок електричних навантажень, вибір джерела живлення

Правильне визначення навантажень має важливе значення. Завищення навантаження призводить до перевитрат првідникового матеріалу, подорожчання будівництва, заниження ж може призвести до зменшення прохідної можливості мережі, або неможливості забезпечити нормальну роботу електроприймачів.

Максимальне навантаження тепличного господарства дорівнює сумі навантажень теплиць, зовнішнього освітлення, освітлення побутових приміщень, опромінення.

Таблиця 3.6. Споживачі електроенергії в блоці весняних теплиць.

Найменування споживачів електроенергії	Потужність, кВт
Електрообігрів повітря теплиць
Електрообігрів грунту теплиць	187,3
Силове обладнання: теплиць	4,3
Електродний водонагрівач
Електрообладнання в теплиці	588,2
Зовнішнє освітлення	2,4
Електроосвітлення блоку побутових і допоміжних приміщень	3,12
ВСЬОГО	1299,3

Розрахункові навантаження ділянок лінії 0,38кВ визначені додаванням максимальних навантажень на вводах споживачів з врахуванням коефіцієнта одночасності.

Потужність трансформаторних підстанцій вибирається по максимальному навантаженні.

S_p=S_max × K_0, (3.48)

де Smax – максимальне навантаження споживачів, кВА;

kо – коефіцієнт одночасності, kо =1.

S_p=1299,3· 1=1299,3 кВА. (3.49)

Електропостачання тепличного господарства здійснюється від шести трансформаторних підстанцій зовнішньої установки КТП – 250/10 з силовим трансформаторами ТМЗ – 250/10.

4. РОЗРОБКА ЕЛЕКТРООБЛАДНАННЯ ДЛЯ АВТОМАТИЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ ВОЛОГОСТІ ПОВІТРЯ І ГРУНТУ В ТЕПЛИЦЯХ

4.1 Аналіз існуючих способів і технологічного обладнання для регулювання вологості повітря і поливу рослин у весняних теплицях

Регулювання вологості грунту і повітря у відповідності з біологічними особливостями рослин, температурою і освітленням – важливі ланки агротехніки.

Для поливу воду беруть із свердловин, а також річкову без шкідливих домішок. Вона повинна підігріватись до температури грунту.

В теплицях застосовують такі способи поливу: дощування, краплинний, шланговий. Найбільш поширений спосіб – дощування. Трубопроводи розміщують на висоті 2,2 або 0,3м від поверхні грунту. Трубопроводи-зрошувачі розміщують через 1,6м. Кращими є форсунки щілинного та дугового типів. Шланговий полив використовують як резервний.

Для огірків від посадки до початку плодоношення вологість грунту повинна бути 65-75% НВ (найменшої волоємкості), в період плодоношення — відповідно 65-70 та 75-80%.

Для розсади овочевих культур в період від посіву до появи сходів вологість грунту повинна бути 70-75% НВ, від появи сходів до загартовування - 55-65%НВ.

Поливні норми залежать від періоду вирощування та особливостей культури. При вирощуванні огірка поливна норма змінюється від 2-3 в січні до 5-6 л/м² в червні, для томату від 5-6 в лютому до 10-12 л/м² в липні.

В ясну погоду поливання виконують частіше великими нормами. Під час плодоношення огірок поливають після обіду, щоб краще зволожити грунт і посилити ріст плодів у нічний час. Розсаду поливають з ранку.

Відносна вологість повітря для огірків підтримується в межах 75-80% до плодоношення і 80-85% в період плодоношення; для томату – 60-70%, розсади 60-65%. Зниженню відносної вологості повітря сприяє калориферний обігрів, наскрізне провітрювання теплиць. Особливо важливо знижувати її в нічний час і не допускати випадання роси. Це знижує захворюванність рослин і збільшує плодоутворення. Поливи, примусова вентиляція із зволоженням повітря стимулюють підвищенню відносної вологості повітря, зменшенню перегрівів.

Щоб посилити ріст огірків у виробництві застосовують “припарки”-зволоження повітря в теплиці поливом нормою 1,5-2 л/м². Їх виконують між основними поливами. Після цього теплиці закривають на 1-2 години.

Для регулювання вологості повітря і поливу рослин у весняних теплицях застосовують ящик керування соленоїдними вентилями поливу Я2001-2547ВУХЛ3.1. Його недоліком є відсутність автоматичного регулювання відносної вологості повітря і вологості грунту. Дані функції виконує оператор вмикаючи систему перемикачем.