Электрообогрев сельскохозяйственных объектов при помощи металлической аморфной ленты

 Технико-агрономический отчет о проведении исследования. Общая характеристика технологии

Система AHT

Обогрев с помощью металлической аморфной ленты – это новая технология позволяющая создать комфортный микроклимат для роста растений. Системы AHT могут быть установлены в открытом грунте, холодных, смежных и теплых парниках с любыми напольными покрытиями.

Строение аморфной ленты позволяет создать ограничение нагрева: с помощью датчиков и контроллеров можно запрограммировать определенную температуру и в запланированные сроки максимально эффективно обогреть грунт. При этом системы AHT безопасны для окружающей среды и имеют низкий уровень электромагнитных потерь.

Преимущества электрообогрева почвы:

  • Ускоренный рост растений
  • Ранняя высадка, возможность выращивать различные культуры вне зависимости от сезона.
  • Снижение риска возникновения и распространения заболеваний.
  • Нивелирование пагубного влияния заморозков.

Цель использования аморфной ленты в качестве системы обогрева – это увеличение производительности труда за счет эффективного и экономного использования энергии.

Причины устанавливать систему обогрева AHT напрямую в грунт

Электрообогрев грунта – это метод снижения затрат на электроэнергию за счет размещения источника тепла как можно ближе к корневой системе. Такое расположение дает возможность направить тепло напрямую к растению, снизив при этом уровень теплопотерь. Аморфный материал, из которого изготовлена лента, позволяет ей не накапливать энергию и при необходимости быстро прекратить обогрев.

Сравнительный анализ различных систем обогрева

Анализу были подвергнуты следующие обогревательные системы:

  • Система AHT поддерживающая температуру в 20;
  • Система AHT поддерживающая температуру в 25;
  • Система парового отопления с температурой 18-20, в теплице с рассадой на паллетах;
  • Отсутствие обогрева почвы, высадка рассады на паллетах.

Температура внутри помещения изменялась произвольно, без контроля, за исключением экстренного вмешательства при охлаждении ниже 10.

Данные наблюдения позволяют сделать вывод о том, что обогрев грунта с помощью металлической аморфной ленты стимулирует рост растений и снижает длительность производственных циклов. Урожайность участков, на которых был установлен электрообогрев выше, чем в зонах парового отопления или его отсутствия.

Кроме того, обогрев максимально приближенный к корневой системе, препятствует размножению бактерий гниения. Это значительно снижает объемы бракованного продукта и сокращает затраты, направленные на борьбу с болезнями.

В конце наблюдения автором был произведен расчет дохода от разведения растениеводческих культур при использовании указанных видов обогрева по следующей формуле:

где R – доход,

p - розничная цена одного растения,

q - на количество растений на 1 м2.,

u – стоимость электроэнергии в расчете на 1 м2.

Расчеты дали положительный результат. В обоих случаях использования электрообогрева доход превысил аналогичные значения, рассчитанные для паровой системы и естественной среды.

На рисунке 1 показано, как распределяется тепло при использовании аморфной ленты (слева) и обычного кабеля (справа). Красным цветом обозначена наибольшая температура нагревания. Необходимо отметить, что высота ленты не превышает 1/8 диаметра кабеля. Проведенный анализ показал, что, несмотря на малую величину, особое строение ленты делает ее в 40 раз более эффективным способом обогрева почвы.

Рис.1. Разница в распределении тепла от металлической аморфной ленты и обычного теплового кабеля.

Необходимо отметить, что в теплицах маты AHT, в отличие от кабеля и трубопровода, могут монтироваться без стяжки. Для максимального результата достаточно проложить термоизоляцию, как показано голубым цветом на рисунке 2. Маты можно устанавливать напрямую в плиточный клей, самовыравнивающийся раствор или цемент. Отсутствие стяжки способствует быстрому распространению тепла, а ограничение нагрева аморфной ленты в 30-35°С не портит напольное покрытие и не высушивает землю в паллетах или горшках.

Рис. 2. Обычный тепловой кабель и лента AHT. Способы монтажа.

В таблице 1 приведен анализ зависимости эффективности работы аморфной ленты и теплового кабеля или металлического трубопровода (водяной теплый пол) от их ширины в миллиметрах. Таблица 2 содержит в себе данные о результатах выращивания растений, участвовавших в наблюдении.

Проводник

Площадь теплоотдачи, м2/м*10-3

Мощность, Вт

Разница в мощности, Вт

Эффективность, %

Металл с кристаллическим строением (медь, уголь, и т.д.)

Аморфная лента

Металл. провод или труба

Лента

Металл. провод или труба

Лента

   

Диаметр, мм

Ширина, мм

0,15

0,885

0,471

1,774

0,264

0,933

0,67

71,7

0,20

1,55

0,625

3,054

0,35

1,71

1,36

79,5

0,25

2,45

0,0785

4,904

0,44

2,746

2,31

84,0

0,30

3,55

0,942

7,104

0,528

3,978

3,45

86,7

0,35

4,8

1,1

9,604

0,616

5,378

4,76

88,5

0,40

6,3

1,257

12,604

0,704

7,058

6,35

90,0

0,50

9,8

1,571

19,604

0,808

10,98

10,17

92,6

Табл.1.Сравнение эффективности использования различных систем обогрева.

Название сельскохозяйственной культуры

Выросшие растения в конце цикла выведения, %

Длительность цикла выведения, дни

Зональная герань

   

Электрообогрев 20°C

71,0 ab (*)

- (**)

Электрообогрев 25°C

99,1 a

31,1

Традиционный (пар) обогрев

71,2 b

- (**)

Отсутствие обогрева

62,3 c

- (**)

Лаванда

   

Электрообогрев 20°C

56,8 b

85,0

Электрообогрев 25°C

56,8 b

85,0

Традиционный (пар) обогрев

63,6 ab

88,0

Отсутствие обогрева

75,0 a

55,0

Гербера

   

Электрообогрев 20°C

60,0 b

41,0

Электрообогрев 25°C

70,0 a

48,1

Традиционный (пар) обогрев

46,7 c

59,0

Отсутствие обогрева

38,3 c

63,0

(*)Буквы a,b,c обозначают результаты теста Дункана. При сравнении средних значений этот тест показывает, какие именно группы значимо отличаются друг от друга. В данном анализе средние значения одной колонки с одинаковой буквой сильно не отличаются друг от друга при уровне значимости 0,05;

(**) Значение срока пребывания в теплице, полученное путем расчетов, очень высоко и не указывается.

Табл.2. Сравнение объемов и длительности циклов роста растений в результате использования различных систем обогрева.

Обогрев грунта:

  • Приводит к росту растений в нехарактерный для этого период;
  • Лучшему испарению влаги;
  • Улучшает естественный дренаж почвы;
  • Улучшает вентиляцию корневой системы;
  • Способствует росту корней растения
  • Улучшает рост поверхностной части растений.

Всем растениеводческим культурам свойственно постепенно приспосабливаться к условиям окружающей среды. Основываясь на этом факте автор использует правило Вант-Гоффа для вычисления оптимальной температуры грунта. Согласно данному правилу температура влияет на все химические реакции в интервале 10-30°С и при увеличении ее на 10°С скорость реакции увеличивается в два раза.

Таким образом, все температурные режимы можно разделить следующим образом:

Влияние температуры на рост растений

32°C

Блокировка внешнего роста

Нежелательные риски

25°C

Блокировка корневого роста

21°C

Максимальная температура для корневого роста

Необходимая температура. Цель тестирования.

15-23°C

Оптимальная температура для прорастания ростков

10-18°C

Оптимальная температура для роста корня

4,5°C

Блокировка роста ростков

Нежелательные риски

0,5°C

Блокировка роста корня

- 6°C

Фрагментация растительного волокна

Табл.3 Температурные режимы.

Ущерб, нанесенный растениям низкими температурами и заморозками, негативно сказывается на посадках и сильно влияет на последующий сезонный рост. Заморозки и понижение температур до 0°C, в то время, когда ткани находятся в вегетативном состоянии и, следовательно, наполнены водой, происходит увеличение волокна в объеме,

с его последующим разломом и смертью растения. Степень ущерба зависит от состояния тканей, количества воды, характеристик каждого отдельного вида культуры, скорости понижения температуры до 0°C и длительности заморозков.

Способы противостояния традиционным заморозкам различны, от ирригации до вентилирования с высотных объектов – все способы дорогостоящие и требующие постоянного контроля.

Обогрев грунта – это эффективное и практичное решение. Управление подобными системами не требует особых знаний и навыков. Аморфная лента имеет одинаковую температуру на протяжении всей длины, а за счет особого строения позволяет укладывать ее на минимальном друг от друга расстоянии.

Ущерб от переохлаждения почвы может быть различным:

  • Прорастание семян замедляется и увеличивается время производственного цикла;
  • Земля теряет свои питательные элементы, происходит их вымывание;
  • В холодном грунте корни распределяются по поверхности, в то время как в теплом проникают вертикально вглубь, что препятствует потере влаги и минеральных элементов;
  • Все ферментные процессы, в том числе вентиляция и микробная активность грунта, зависят от температуры, в особенности процесс разложения органических отходов.

Температура грунта зависит:

  • от его цвета (легче согреваются темные грунты),
  • от растительного покрова (медленней согреваются площади, покрытые растительностью),
  • от уровня и территориального расположения (быстрее согреваются поверхности, обращенные на юг),
  • от степени пропускной способности грунта в зависимости от его минералогического состава (песчаные грунты согреваются быстрее),
  • от степени влажности (влажный грунт согревается медленнее) и
  • от степени аэрации (проветриваемые участки согреваются быстрее),
  • также обработанный грунт согревается и охлаждается быстрее, чем необработанный.

Для контроля температуры почвы используется постоянный режим влажности и мульчирование. Когда температура воздуха опускается ниже точки росы, водяной пар преобразуется в конденсат или затвердевает в зависимости от температуры -+ 0°C. Если это происходит, на грунте появляется роса (T >0°C) или иней (T < 0°C).

Использование технологии AHT в открытом грунте

На рисунках 3,4,5 показано как на практике выгляди результат использования аморфной ленты в качестве системы обогрева. В открытом грунте высажены луковичные растения и установлена лента мощностью 37 Вт/м. Система работает под напряжением 400 В переменного тока с плотностью 10% (150 Вт/м2). Включение и управление осуществлялось автоматически и программировалось вручную.

На рисунках 6,7 показаны план и сам процесс укладки аморфной ленты в грунт.

Рис. 3 Результат использования аморфной ленты в качестве системы обогрева

Рис.4 Результат использования аморфной ленты в качестве системы обогрева

Рис. 5 Результат использования аморфной ленты в качестве системы обогрева

Рис.6. План монтажа аморфной ленты в грунт

Рис.7. Процесс укладки аморфной ленты в грунт

Использование технологии AHT в теплице

AHT Нидерланды активно сотрудничает с одним из ведущих мировых центров в сфере естественных наук и управления природными ресурсами - Университетом Вагенинген в Голландии.

Образованное в 1918 году это высшее учебное заведение остается важнейшим образовательным и научно-исследовательским центром в сферах растениеводства и животноводства, технических и социально-экономических, а также наук об окружающей среде. Указанное сотрудничество имеет особое значение, так как Голландия является одним из крупнейших центров по использованию теплиц – 2 000 теплиц на 10 526 гектаров, около 0,25% всей географической площади страны.

В результате данного сотрудничества было установлено, что культуры, выращенные с использованием системы AHT, имеют большую урожайность в сокращенные сроки (с опережением графика на 3-4- недели), а, следовательно, и повышение показателя экономической прибыли.

Преимущества использования технологии AHT в теплице:

  • Контроль температуры в корневой зоне;
  • Ускоренный рост корней;
  • Эффективное использование энергии в теплице при создании круглогодичных идеальных условий для роста;
  • Ранний сбор обильного урожая;
  • Отсутствие технического обслуживания;
  • Использование возобновляемой энергии;
  • Высокая окупаемость.

Металлическая аморфная лента также используется для удаления снега и льда с кровли. Пример подобного монтажа системы AHT показан на рисунке 8. В зимний период скопление осадков может спровоцировать статичную нагрузку на крышу теплицы, потерю эффективности солнечных батарей, а также блокировку солнечного излучения.

Рис.8 Расположение аморфной ленты на крыше теплицы.

Технико-агрономический отчет о проведении исследования

Вступление

Данный эксперимент осуществлен под руководством агротехника Маттео Джузеппе Буонаюто. Господин Буонаюто был уполномочен фирмой ОАО «AHT Италия» составить настоящий агрономический отчет по результатам исследования, произведенного в теплицах, находящихся в округе Верделло с целью выявить реакцию посевов на установленную обогревательную систему.

Цель эксперимента – продемонстрировать качественные, количественные, временные и экономические преимущества использования металлической аморфной ленты в качестве системы обогрева грунта.

Задача эксперимента – создание универсальных моделей выращивания различных сельскохозяйственных культур с помощью выбора оптимальных температур для стимуляции их роста.

Подобный эксперимент с использованием аморфной металлической ленты в качестве системы обогрева ранее не проводился. Результаты исследования представляют собой элемент научной новизны. Исследовательская группа регулярно документировала полученные данные, каждая стадия эксперимента протоколировалась для последующей оценки аспектов для дальнейшей реализации рабочего оборудования.

Полученные данные обработаны исследовательской группой и опубликованы оценочной комиссией, составленной Сельскохозяйственным Консорциумом. Результаты исследования, составленная документация, а также право покупки первой партии продукции AHT являются собственностью Сельскохозяйственного Консорциума:

Результаты эксперимента будут иметь конфиденциальный характер до момента принятия решения об использовании аморфной ленты в качестве системы подогрева почвы и выпуске продукта на рынок сельскохозяйственных товаров.

Методика эксперимента

21/11/2014 фирмой ОАО «AHT Италия» были установлены 3 обогревательных элемента длиной 20 метров каждый, которые затем были укрыты возделываемым грунтом с целью получения однородного слоя толщиной 40 см по всей площади экспериментального участка.

Площадь участка имеет длину 20 м и ширину 1,50 м. Общая площадь 30 м2. Экспериментальный участок расположен внутри холодного, укрытого пленкой парника общей протяженностью 60 м.

Рис.9 Расположение обогревательных элементов в парнике. ?

Обогревательные элементы были установлены при помощи риппера на расстоянии 0,50 м один от другого с целью обеспечения равномерного распределения тепла внутри возделываемого грунта. В тот же день был произведен посев Valerianella locusta, включение отопительной системы произведено 12/12/2015.

Рис.10 Процесс установки ленты в грунт.

Рис.11 Процесс установки ленты в грунт.

Рис.12 Процесс установки ленты в грунт.

Для контроля минимальной и максимальной температуры был установлен подземный датчик с термостатом. Датчик был запрограммирован на определенное рабочее время, а именно: с 8:30 до 16:30.

В течение всего эксперимента проводился контроль вставным термометром 120 мм и камерой Flirthermo («Флиртермо»).

Температура грунта, измеренная вставным термометром 120 мм.

ДАТА

Грунт с обогревом

Грунт без обогрева

18.12.14

15,0 °C

9,3 °C

24.12.14

19,0 °C

7,9 °C

07.01.15

16,7 °C

7,4 °C

16.01.15

20,0 °C

7,5 °C

Табл.4 Температура грунта, измеренная термометром.

Температура поверхности грунта, измеренная камерой Flirthermo.

ДАТА

Грунт с обогревом

Грунт без обогрева

18.12.14

14,0 °C

9,5 °C

24.12.14

10,6 °C

4,0 °C

07.01.15

//

//

16.01.15

7,5 °C

4,5 °C

Табл.5 Температура грунта, измеренная камерой Flirthermo.

Рис. 13. Измерение температуры грунта камерой Flirthermo.

При сравнении вышеприведенных данных очевидна разница температур в разных условиях выращивания. Результаты показывают, что температура в грунте была постоянной и находилась на отметке выше 16° C, на поверхности же, по причине воздействия окружающей среды, температура оставалась постоянной и превышала отметку 4° C.

Постоянная температура грунта выше 15° C создала оптимальные условия для прорастания посаженной культуры. Действительно, уже через неделю можно было наблюдать появление первых всходов.

Для Valerianella locusta, как и для других растений, температура является важным фактором роста. Можно утверждать, что возможность контроля температуры дает несомненные преимущества не только для сокращения фенологического цикла, но и для уменьшения бракованных неразвившихся ростков.

На рисунках 13,14,15 видно, что обогреваемая зона сильно отличается от обычных гряд. Подогрев способствует равномерному и интенсивному росту растений. Данный эффект не зависит от времени посева или других технических приемов, а достигается только благодаря регулированию температуры почвы.

Рис.14 Проросшие Valerianella locusta на экспериментальном участке. С правой стороны в грунт помещен термометр.

Рис.15. Прорастание в стандартных условиях

Рис.16 Прорастание в обогреваемом грунте

Рис.17. Прорастание в стандартных условиях

Рис.18 Прорастание в обогреваемом грунте

При каждом измерении температуры можно было наблюдать значительное отличие размеров ростков на обогреваемом участке. Сравнение зон посадок (с обогревом и без) позволяет утверждать, что фенологический цикл растений на обогреваемом грунте опережает стандартные показатели на 10 дней.

Контрольное измерение и взвешивание

29/01/2015 был осуществлен забор отдельных ростков для последующей аналитической оценки. Были установлены самые характерные зоны площадью 40 см2 и 20 см2. На экспериментальном участке были выполнены замеры и визуальная оценка образцов культуры.

ДАТА

Грунт с обогревом

Грунт без обогрева

29 января 2015 г.

количество растений на 40 см2

количество растений на 40 см2

100

55

количество растений на 20 см2

количество растений на 20 см2

30

19

Вес 1 растения, г

Вес 1 растения, г

0,27

0,23

Вес 3 растений, г

Вес 3 растений, г

0,69

0,59

22 февраля 2015 г.

Вес растений, г на 40 см2

Вес растений, г на 40 см2

44,48

21,35

Табл.6 Вес образцов Valerianella locusta, выращенных в различных условиях.

Рис.19. Росток с обогреваемого грунта.

Рис.20 Росток с необогреваемого грунта.

Рис.21 Ростки с равных по площади участков гряды с подогревом и без.

Рис.22 Ростки с обогреваемого и необогреваемого грунта.

Рис.23 Ростки с обогреваемого и необогреваемого грунта.

Площадь поверхности, м2

Растения, собранные с необогреваемого участка грунта, кг

Растения, собранные с обогреваемого участка грунта, кг

0,4

0,02135

0,04448

0,8

0,0427

0,08896

1

0,053

0,111

5

0,265

0,555

10

0,53

1,11

20

1,06

2,22

30

1,59

3,33

40

2,12

4,44

50

2,65

5,55

60

3,18

6,66

70

3,71

7,77

80

4,24

8,88

90

4,77

9,99

100

5,3

11,1

150

7,95

16,65

160

8,48

17,76

170

9,01

18,87

180

9,54

19,98

190

10,07

21,09

200

10,6

22,2

Табл.7 Результаты контрольных взвешиваний.

Не трудно видеть, что разница в весе отдельно взятых ростков существенна. Если полученные значения умножить на величину площади всего участка, а также принять во внимание тот факт, что обогрев увеличивает плотность прорастания растений, то можно рассчитать потенциальную экономическую выгоду от их продажи. Увеличения прибыли можно также достичь за счет уменьшения сроков, необходимых для прохождения культурой фенологического цикла.

Выводы

Цель эксперимента – продемонстрировать качественные, количественные, временные и экономические преимущества использования металлической аморфной ленты в качестве системы обогрева грунта, была достигнута. На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что технология, разработанная фирмой AHT, улучшает обычную технику культивации. Визуальный анализ и совершенные замеры позволяют утверждать, что растения, участвовавшие в эксперименте, улучшили не только свои количественные, но и качественные характеристики.

Возможность сократить время на выпуск продукта позволяет получить экономические преимущества на рынке. Кроме того, культуре требуется меньше времени для развития, что дает возможность сократить объем работ персонала и увеличить количество посадок в год.

Автор отмечает, что поддержание определенной температуры грунта оптимизируется и режим фотосинтетической активности растения, а это повышает впитывающую способность корневой системы. При использовании аморфной ленты для обогрева почвы некоторые удобрения как, например, легко вымываемый азот, поглощается корневой системой в необходимом количестве. Это распространяется на все удобряющие субстанции.

В ходе эксперимента было отмечено незначительное уплотнение грунта, которое не нанесло ущерба выращиваемой культуре. Автором сделано предположение о том, что этот феномен был следствием обогрева, который спровоцировал повышенное испарение влаги. Чтобы этого избежать следует применять технику орошения для поддержания влажности верхнего слоя почвы.

Важно также отметить, что корневая система растений, помещенная в оптимальные для прорастания условия, не обнаружила признаков избыточного развития, а напротив, осталась такой же, как и у культуры на стандартном участке.

Мы вам перезвоним!
Имя*
Телефон:*
Время для звонка:
С:
до:
Отрпавить сообщение
Имя*
E-mail
Сообщение:*
UL_1_small