Автоматизированные системы управления микроклиматом в грибоводстве

Оценка затрат на систему искусственного климата в камерах выращивания

При оценке стоимости затрат на создание искусственного климата в камерах выращивания необходимо учесть:

  • Приточный и вытяжной вентиляторы
  • Воздуховоды
  • Климатическую установку
  • Водосмесительные узлы
  • Приборы и датчики (КИП и А)
  • Систему увлажнения

Дополнительно необходимо учесть затраты на подготовку теплоносителя (котел), хладоносителя (чиллер), пара (парогенератор) и т.п.

Затраты на создание системы искусственного климата зависят от объема и загрузки камер выращивания, степени автоматизации, особенностей организации технологического процесса.

Рассмотрим рекомендуемые структуры климатических установок для камер выращивания и варианты их упрощения и удешевления.
 

Климатические установки для камер выращивания

Особенностями климатических установок для выращивания грибов являются:

  • наличие контура рециркуляции воздуха
  • размещение холодного калорифера перед горячим
  • температура поверхности хладообменника в режиме охлаждения при постоянном влагосодержании равна точке росы
  • температура поверхности хладообменника в режиме охлаждения с одновременным осушением должна быть ниже температуры точки росы
  • температура поверхности хладообменника при адиабатическом охлаждении равна температуре мокрого термометра влагомера
  • вся воздухоподготовка (нагрев, охлаждение, увлажнение) должна производится в воздуховоде.

Контур рециркуляции позволяет экономить энергоресурсы грибного хозяйства, в противном случае грибовод затрачивает средства на подогрев (охлаждение), увлажнение (осушение) подаваемого в камеру воздуха и… выбрасывает весь подготовленный воздух через вытяжку. В зимний период времени, когда воздух на улице очень холодный с низким влагосодержанием, без использования рециркуляции не исключено кратковременное попадание потока такого воздуха в зону плодоношения, что сказывается на урожайности.

Размещение холодного калорифера перед горячим позволяет производить осушение воздуха в камере понижая его температуру ниже точки росы холодным калорифером, а затем подогревать до требуемой температуры горячим калорифером.

Рекомендуемая схема приточной установки показана на рисунке ниже.

В качестве приточных рекомендуется применять вентиляторы типа «улитка» с трехфазным питанием – это увеличивает срок службы вентиляторов. Производительность приточного вентилятора рассчитывается исходя из загрузки камеры компостом (субстратом).

1 - заслонка свежего воздуха или шибер
2 - заслонка рециркуляции или шибер
3 - секция хладообменника 
4 - секция теплообменника
5 - приточный вентилятор

 

Система искусственного климата в камерах выращивания шампиньонов

1 - заслонка избыточного давления
2 - вытяжной вентилятор
3 - увлажнитель
4 - клапан увлажнения
5 - приточный вентилятор
6 - частотный инвертор
7 - клапан горячей воды
8 - клапан холодной воды
9 - заслонка рециркуляции
10 - заслонка свежего воздуха

Назначение устройств, входящих в состав системы искусственного климата, может изменяться на различных фазах выращивания.

После загрузки камеры температура компоста очень неравномерна. Выравнивание показаний датчиков компоста производится приточным вентилятором. Для этого используется частотный инвертор приточного вентилятора. Приточный вентилятор должен вращаться тем сильнее, чем больше разброс показаний. При этом заслонка свежего воздуха должна быть полностью закрыта, заслонка рециркуляционного воздуха полностью открыта. Калориферы (как правило, на этой фазе работает горячий калорифер) поддерживают заданную температуру компоста. Влажность не регулируется.

Когда температура компоста стала равномерной, приточный вентилятор работает на минимальных оборотах, калорифер, если нужно, работает на нагрев, охлаждение можно проводить свежим воздухом, но количество свежего воздуха на этой фазе следует ограничивать. При необходимости на этой фазе начинают увлажнение.

После нанесения покровки количество свежего воздуха по прежнему ограничивают (накапливают СО2), держат постоянную температуру компоста, воздуха, влажность. СО2 даже не измеряют во избежание выхода датчика из строя.

Основная задача фазы «Стоп» – накопить СО2. Поэтому лучше совсем закрыть свежий воздух и охлаждать калорифером. Температура компоста, воздуха, влажность должны оставаться стабильными.

“Охлаждение” проводят и свежим воздухом и калорифером, понижая температуру компоста с заданной скоростью. От того, как выполнено” охлаждение”, зависит количество и размер будущих грибов. Одновременно стремительно уменьшается СО2. В конце фазы «Охлаждение» начинают измерять СО2. На этой фазе обороты приточного вентилятора зависят от температуры компоста (чем сильнее надо охлаждать, тем сильнее вращается приточный вентилятор).

На фазах «Плодобразование» и «Сбор» заслонка свежего воздуха используется для управления уровнем СО2, калорифер – для поддержания температуры воздуха, увлажнитель поддерживает влажность. Приточный вентилятор также работает на СО2. В зависимости от текущих обстоятельств технолог может изменить приоритет и заставить работать свежий воздух и приточный вентилятор на охлаждение или на осушение. Калорифер при необходимости также используется для осушения.

 

Система искусственного климата в камерах выращивания вешенки

1 - частотный инвертор вытяжного вентилятора
2 - вытяжной вентилятор
3 - увлажнитель
4 - клапан увлажнения
5 - приточный вентилятор
6 - клапан горячей воды
7 - клапан холодной воды
8 - заслонка рециркуляции
9 - заслонка свежего воздуха

В камерах выращивания вешенки рекомендуется размещать в контрольных блоках по два датчика температуры субстрата. Один в центре блока, другой – под пленкой. Это позволяет грибоводу контролировать качество блоков в процессе инкубации и плодоношения.

Другой особенностью камер выращивания вешенки является то, что полив самих блоков никогда не производится, поэтому основная задача системы – удержать в камере достаточно высокий уровень влажности воздуха. Для этого используют частотный инвертор, к которому подключают вытяжной вентилятор. С помощью частотного инвертора добиваются нулевого или небольшого отрицательного давления в камере.

На фазе «Прогрев» регулируется только температура воздуха, заслонка свежего воздуха полностью закрыта.

На фазе «Инкубация» регулируется как температура, так и влажность воздуха. Температура компоста контролируется. СО2 не измеряется. Для создания климата используются калориферы и увлажнитель, заслонка свежего воздуха закрыта или используется для охлаждения и осушения. Готовность блоков к охлаждению определяется по соотношению температур в центре блока, под пленкой блока, в воздухе камеры.

На фазе «Охлаждение» свежий воздух активно используется для охлаждения.

На фазах «Плодообразование» и «Плодоношение» заслонка свежего воздуха используется для поддержания требуемой концентрации СО2, калориферы – для создания требуемой температуры воздуха, увлажнитель – для поддержания требуемой влажности.

 

Способы снижения затрат на системы искусственного климата

Для малых камер применяют упрощенные схемы автоматизации.

Упрощение делается с целью экономии затрат на оборудование.

Схема климата остается прежней, только уменьшается доля автоматизации, и упрощаются некоторые процессы.

Направления упрощения следующие:

  • не ставят частотный инвертор; на фазе «Выравнивание» приточный вентилятор постоянно включен, затем его выключают на весь период инкубации, включают на «Охлаждении» и держат включенный до окончания сбора грибов;
  • вместо заслонок свежего воздуха и рециркуляции делают шиберы, их открывают и закрывают вручную;
  • не приобретают датчик СО2, просто начиная с «Охлаждения» степень открытия шибера свежего воздуха подбирают опытным путем;
  • не ставят холодный калорифер; на лето просто закрывают производство;
  • не делают автоматическое увлажнение; делают ручной полив полов, стен и компоста (применимо только для шампиньонов).

Состав применяемых приборов и датчиков зависит от того, будет ли грибовод производить инкубацию в отдельной камере, а также от размеров камеры выращивания.

Поэтому стоимость создания системы искусственного климата в камерах выращивания варьируется в очень широких пределах.