Солнечный вегетарий. Витаминное изобилие круглый год - читать бесплатно онлайн полную версию книги автора Александр Александрович Иванько (1. Как устроен солнечный вегетарий) #4

1. Как устроен солнечный вегетарий

1.1. Солнце. Зима. Освещение

Таблица 1 Минимальная продолжительность светового дня в зимнее полугодие (час)

Летом, даже прохладным, никто дополнительно не освещает грядки. А вот зимой — множество проблем. Во–первых, для развития растений необходимо солнечное освещение. Его недостаточно — солнце низко, день короткий (табл. 1).

Вторая проблема — мало тепла. Его «добывают» различными методами, но все они требуют ’значительных затрат. Третья проблема — обеспечение стабильности микроклимата. Круглые сутки. И для «каждого овоща» — свои требования (табл. 2). Четвертая проблема — полив и подкормка растений, пятая — в щели дует, шестая …

Таблица 2 Температурные условия выращивания овощей

Проблемы, проблемы… И если в феврале на рынке цены на огурцы покажутся вам слишком высокими, подумайте — вы сможете вырастить их дешевле?

Перед нами стояла задача изучить опыт А. В. Иванова и, пользуясь современными, хотя и ограниченными возможностями, разработать такие проекты вегетариев, которые при минимальных затратах позволят получить устойчиво хорошие урожаи. И без «химии».

Самое главное звено в решении поставленной задачи — эффективное использование энергии солнца. Зимой солнечные лучи как бы скользят вдоль поверхности земли. А что если использовать естественные уклоны земельного участка, располагая там теплицы? Именно это предложил А. В. Иванов. Его классический солнечный вегетарий должен строиться на уклоне 5—40°. Что это дает?

Откроем справочники и определим, что на наклонную (например, под углом 30° к югу) поверхность на широте Киева в холодные месяцы года падает солнечной энергии в среднем в 1,32 раза больше, чем на горизонтальную (рис. 1). Выигрыш большой, особенно утром и вечером (рис. 2), а дополнительных затрат не требуется. Когда солнце почти на горизонте, каждый градус уклона дает увеличение поступающей энергии в несколько раз.

Рис. 1. Среднемесячный коэффициент пересчета суммарного потока солнечной энергии на наклонную (30° к югу) поверхность на широте г. Киева:

Рис.2 3ависимость увеличения поступления солнечной энергии от наклона грунта в вегетарии.

А как, например, в условиях Подмосковья? Здесь выигрыш может быть еще больше. Вспомним тригонометрию. При малых углах синус нарастает быстрее, чем при больших. Поэтому, чем севернее, тем важнее уклон почвы.

Далее. Если паралельно склону воздвигнуть прозрачную крышу, поставить прозрачные стены, то получится теплица новой конструкции — солнечный вегетарий (рис. 3). Чтобы северные ветры не охлаждали теплицу, ее северная стена должна быть непрозрачная и утепленная. Это может быть степа, смежная с хозпостройкой, входом в погреб, в дом и др. Плоская крыша — без изломов, поэтому лучи солнца равномерно распределяются на всей площади почвы в вегетарий. Поверхность крыши почти перпендикулярна падающим солнечным лучам, значит, их отражение будет минимальным. Представьте, что вы на самолете подлетаете к аэродрому: внизу — река, море, крыши теплиц. Как они сверкают в лучах солнца! Это солнечные лучи отражаются от их поверхности, а отраженные — потерянные для почвы.

Рис.3. Базовая конструкция солнечного вегетария на южном нетеррасированном склоне с углом 5—40°:

А если ваш участок не имеет уклона в 5—40°, да еще в южном или, что лучше, в юго–восточном направлении? Тогда можно предложить следующие решения.

Рис.4. Вариант вегетария — теплица с односкатной крышей на горизонтальном грунте.

Первое и очень доступное — на рис.4. Здесь вегетарий сохраняет профиль и наклон крыши, как на рис.3. Недостаток количества падающей солнечной энергии на горизонтальную поверхность почвы в холодные месяцы года можно компенсировать установкой на задней стенке вегетария или над ним отражающего экрана. Таким экраном может служить стена, окрашенная в белый цвет.

Чем выше степа (Н), особенно при малой глубине (а) вегетария, тем больше будет солнечный поток за счет отражения. В результате даже при низком солнце вся почва хорошо освещается дополнительными лучами.

Недостаток такого вегетария — большой объем, увеличение инфильтрации (потери тепла через щели) и капитальных затрат.

Лучший вариант — создание искусственного уклона (хотя бы 5-20°).

Где взять грунт для насыпи? За счет простого его перемещения.

Можно несколько углубить южную часть вегетария, сделав там небольшой водоем (вкопать старую ванну или бочку), который одновременно станет хранилищем воды, собирая излишнюю влагу с грядки, и аккумулятором тепла (рис. 5а). А можно под вегетарием создать небольшое помещение (например, погребок, рис.5б).

Рис. 5. Солнечный вегетарий на насыпном грунте: а — с водоемом; б — с погребком

Увеличить освещенность за счет солнечных лучей можно и используя ближайшие постройки для размещения на них экранов–отражателей. Можно прикрепить над задней стенкой вегетария экран и в ночное время опускать его на крышу, уменьшая тем самым потери тепла.

Однако этот путь требует дополнительных затрат.

При принятии решения следует помнить, что освещенность в теплице должна быть не»менее 5—8 клк. При освещенности 20—40 клк фотосинтез максимален, свыше 40 клк — он замедляется. Для лимонов, например, необходима освещенность не менее 12 клк.

Немаловажна и длительность светового дня. Для большинства растений это 8—12 час. Но для некоторых томатов — сортов длинного светового дня она составляет 15—16 час.

Если вы собираетесь выращивать овощи, ягоды и фрукты круглый год, иногда необходимым будет и искусственное удлинение светового дня лампами.

Какую лампу выбрать?

Напомним, что электрические лампы характеризуются поминальным напряжением питания, мощностью, световым потоком, сроком службы. Световой поток оценивает мощность видимого излучения и измеряется в люменах (лм). Экономичность лампы оценивается световой отдачей — значением светового потока на 1 Вт ее мощности. Для люминесцентных ламп она составляет 40—80 лм/Вт, для ламп накаливания лишь 7—19 лм/Вт.

Чем дальше расположены растения от лампы, тем меньше их освещенность (Е). Если в вашем распоряжении есть ртутная дуговая лампа высокого давления ДРЛ-250 (мощность 250 Вт, напряжение 130 В), то ее световой поток

1 = 12 000 лм. На расстоянии (Д), равном 2 м, Е=1/Д² = 12 000/4 = 3000 лк.

Если использовать лампу накаливания общего назначения Г215-225-200 примерно той же мощности, то при ее световом потоке 1 = 2920 лм на таком же расстоянии освещенность составит Е = 2920/4 = 730 лк.

Но всегда ли требуется досвечивание овощей?

В прошлом веке в г. Клип Московской губернии была построена первая односкатная зимняя теплица. Выведенный сорт огурцов «Елинский» широко использовался для последующей селекции ранних сортов, приспособленных к условиям недостаточной освещенности. Елинские огородники получали огурцы круглый год без досвечивания. Это пример для нас.

1.2. Солнце. Зима. Отопление

Затраты на отопление в холодное время года — основные. Они составляют до 80% от общих затрат на содержание теплицы.

Можно ли здесь воспользоваться солнечной энергией? Можно и довольно несложно. Но как накопить энергию солнца и распределить ее хотя бы в течение суток? Решений много. Среди них нужно выбрать простейшее, но наиболее эффективное.

Есть отрасль пауки и техники, занимающаяся вопросами использования солнечной энергии. Это — гелиотехника. В соответствии со стандартными рекомендациями для использования солнечного тепла необходимо приобрести или изготовить систему солнечного нагрева воды и этой водой обогревать теплицу. Часть энергии следует экономить на ночь с помощью теплоаккумулятора (нагреваемые солнечными лучами большие массы камня, воды, бетона и др.). Непосредственно теплоприемником является коллектор (застекленный плоский ящик), где нагревается теплоноситель (вода, реже — воздух).

Такая система очень дорога (более 80% от капитальных затрат на сооружение). Затраты по ее эксплуатации составляют 40% от общих затрат на обслуживание теплицы.

Нам нс подходят и тепловые насосы (холодильники «наоборот»). Их испаритель должен находиться в теплой почве или все в том же солнечном коллекторе, а конденсатор, отдающий тепло, — в теплице. Такая конструкция очень накладна даже для состоятельных людей.

Доступнее иной путь. Ведь вся теплица — это готовый коллектор солнечной энергии. Лучи солнца, попадая внутрь вегетария, не только освещают растения, но и нагревают их, почву, дорожки, заднюю стену, конструкции, которые затем излучают полученную энергию. Но так как их температура низкая (+20…30 °C), то излучение происходит в длинноволновой, невидимой части спектра — на инфракрасных (ИК) электромагнитных волнах.

Если прозрачное покрытие теплицы (стекло, пленка полиэфирная или иная, по не обычная полиэтиленовая) не пропускает волны такого диапазона, то тепла поступает больше, чем уходит, в том числе через землю, щели, фундамент, конструкции. Температура в теплице повышается. Это и есть парниковый эффект. Но если не предпринять соответствующие меры, то даже зимой, в солнечный день, в теплице очень жарко (до 35 °C и выше), а ночью, в мороз, — холодно (до 0 °C). В таких условиях растения нормально развиваться не могут.

Есть традиционный путь. Днем рекомендуют открывать фрамуги и проветривать теплицу, а ночью использовать печное, водяное или электроотопление. Кроме трудовых затрат, это требует огромных средств на покупку энергоносителей. Потому–то и останавливаются паши тепличные комбинаты.

Воспользуемся идеей Н. И. Гаврилова, который еще в 50‑е годы предложил накапливать излишки тепла в грунте теплицы. Как применить его идею к солнечному вегетарию? С этой целью в почве на глубине около 30—35 см укладываются трубы, желательно тонкостенные диаметром 110 мм и больше из полиэтилена, асбестоцемента, металла. Если для вас это дорого, можно использовать полволны шифера соединив куски шалашиком (рис. 6).

Концы труб с одной стороны выводятся из под земли для воздухозабора, с другой — соединяются в батареи, от которых прокладываются каналы подачи воздуха на северной стене или внутри ее под перекрытие. Капал заканчивается коробом с электровентилятором. При включении вентилятора теплый воздух теплицы через воздухозабор проходит по трубам, нагревая почву вокруг них, далее — по каналам в стене и, подхваченный вентилятором, уже охлажденный, возвращается в помещение вегетария, снижая температуру воздуха в нем до требуемой. Чем интенсивнее поток воздуха и больше подземных воздухопроводов, шире трубы, тем ниже будет температура в вегетарии в жаркий солнечный день.

Ночью, когда солнечная энергия не поступает, воздух, пройдя этот же путь и нагреваясь теплом, аккумулированным в почве, повышает температуру внутри теплицы. Если же температура воздуха и почвы низкая (на улице мороз до —15 °C), то, к сожалению, кроме простых вентиляторов необходимо установить электрокалориферы с вентиляторами. Их можно разместить в любом месте вегетария, соблюдая правила электробезопасности. У таких калориферов не должно быть открытой спирали.

Отапливание — это крайний случай. И то если в теплице выращивают теплолюбивые растения. Но даже при этом варианте электроэнергии на обогрев затрачивается гораздо меньше, чем без аккумулирования солнечного тепла в почве. А если нет электросети? Тогда нужна «буржуйка», как в первом вегетарии А. В. Иванова в 40‑е годы.

Но можно, объединившись с соседями, построить элементарную ветростанцию на 2—4 кВт с генераторами от автомобиля (КРАЗ, КАМАЗ и др.) и стандартными авторегуляторами напряжения для них (имеются в продаже). При ветре вращаются лопасти, вырабатывается электрический ток, которым можно подогревать с помощью ТЭН-ов водоем в теплице (воду в бочке и т. д.). Накопленное водой тепло постепенно отдается объему вегетария. Необходимое условие — соблюдение правил техники безопасности.

При отсутствии напряжения даже для вентилятора в жаркие дни необходимо открыть фрамуги или удалить перегретый воздух через вытяжную трубу в верхней части северной стены вегетария. Но это неэкономно, хотя весной и осенью допустимо.

1.3. Полив. Подкормка

Полив растений в теплице возможен прямой и косвенный. Прямой — это дождевание, в борозду, подпочвенный и капельный. Косвенный — конденсация влаги при прохождении воздуха по трубам (или шиферным каналам) системы аккумулирования тепла в почве.

Начнем с последнего, при котором полив потребуется очень слабый. Ведь количество влаги, выделяемой из нагретого воздуха в почву, составляет до 4,5 л/кв. м в сутки. Это обеспечит необходимую влажность почвы в огуречном вегетарии. В томатных вегетариях влаги выделяется 2,5—3,5 л/кв. м в сутки. Чтобы конденсат попал в почву, в трубах необходимо сделать перфорацию шагом 10—15 см. Перфорация — это отверстие диаметром 5—10 мм. В случае использования шиферных каналов влага поступает на орошение свободно.

Но если растения еще небольшие, а влаги недостаточно, желательно проводить и подпочвенный или капельный полив. При таких поливах испарение и теплопотери, связанные с ним, меньше. Если полив осуществляется водой, нагретой солнцем, он полезен вдвойне. Нагретая вода является дополнительным аккумулятором тепла. Чтобы получить такой эффект, внутри вегетария целесообразно сделать простейшую гелиоустановку с баком или бочкой емкостью около 290 л (рис. 6, 7).

Рис 7. Система капельного и общего полива, водоснабжения.

Воздушная система солнечного отопления и аккумулирования энергии в почве обладает еще одним преимуществом. При конденсации влаги в виде росы количество связанного азота (NH₃, NO₃, NO₂) в 2—3 раза больше, чем при дождевании. Это было известно еще в 1925 году.

Во «можно, что конденсат, получаемый в почвенных грубах теплицы, будет содержать азота еще больше, так как больше аммиака может выделяться за счет органических удобрений, вносимых в почву вегетария. Кроме азотистых соединений, в конденсате содержатся. также в 2—3 раза больше, чем при дождевании, и фосфорные соединения (Р₂О₂).

Есть еще одна проблема теплицы — влажность воздуха. При организации системы аккумулирования тепла в почве повышенная влажность воздуха в вегетарии уменьшается интенсивной конденсацией влаги в виде росы на стенках труб. Если влажность воздуха недостаточна, необходим полив дождеванием. Регулировка влажности, особенно ее уменьшение — не самая сложная проблема вегетария.

Очень важно снизить относительную влажность воздуха в ночное время и нс допустить выпадения росы на растения, чтобы избежать их заболевания и ускорить илодообразование. Эффективным способом снижения влажности воздуха в зимних теплицах является совместная работа систем отопления и подпочвенной вентиляции.

Дополнительную подкормку растений можно осуществлять водным настоем свежего коровяка (1:10) или куриного помета (1:20).

1.4. Солнечный вегетарий летом

Приближается долгожданное лето. Солнце встает рано и целый день освещает вегетарий. Какие проблемы нас ожидают? Рассмотрим все по порядку. Ранним утром, когда солнце низко, еще прохладно, наклон рабочей площади (поверхности) к югу или к юго–востоку обеспечивает очень быстрое прогревание всего вегетария и почвы (если она не затенена листьями растений). Это очень хорошо.

Но солнце поднимается все выше. Его лучи под большим углом надают на поверхность стеклянной крыши и с минимальными потерями (4—5% на отражение, 5—10% — из–за запыленности стекла) проникают в вегетарий. Температура повышается, может превысить и 40 °C. Жизнь растений под угрозой. Что делать?

Возможны варианты:

1. Если вы установили рекомендуемую воздушную систему аккумулирования тепла в почве (рис. 6) и работают вентиляторы, то особых проблем нет. Воздух будет охлаждаться, нагревая почву. Если на глубине 40 см температура 32 °C, то урожай помидоров будет в 2—2,5 раза выше и на месяц раньше, а урожай баклажанов повысится в 4 раза. Повышение температуры почвы на 3—4 °C относительно воздуха увеличивает урожайность, например помидоров, на 43% и ускоряет их созревание на 9 дней.

2. Можно зимой и летом мульчировать почву между растениями кусками черной, серой или бесцветной полиэтиленовой пленки. Это поможет не только бороться с сорняками, но и снизит на 17% теплоотдачу в воздух. Значит, будет прохладней в теплице. Интересно, что при мульчировании бесцветной пленкой температура на глубине 5 см выше на 0,4—1,7 °C, а черной — лишь на 0,3—1,2 °C, так как она хуже пропускает инфракрасные лучи.

И еще полезное сведение. В 1971 году доказано, что повышение температуры почвы с 12 °C до 16 °C увеличивает на 100% поглощение ею окиси фосфора (Р₂О₅). А это — питание для растений.

3. Система аккумулирования тепла работает плохо или на ней вообще «сэкономили».

Придется открыть фрамуги, вентиляционную трубу (рис. 6), устроить сквозняк. Температура понизится, но уйдут влага, углекислота, азот, фосфор. Нужно будет дополнительно поработать (поливать, закрывать, открывать, удобрять…). Но это не самое важное. Главное — снижение урожая в 2—5 раз. А можно и вообще его потерять, если на неделю оставить вегетарий без присмотра. Отсюда вывод: нужно все сделать фундаментально и соорудить систему аккумулирования тепла в почве. Это окупится.

4. Если ожидается очень жаркое лето, будет полезно и эстетично завить вегетарий лианами фасоли. Весной они еще не дотянутся до крыши, а летом защитят ее от излишнего солнечного тепла. Да и урожай фасоли (заменители мяса) значительно увеличится.

Широко распространенное мнение, что яркие солнечные лучи вредны в теплице, глубоко ошибочно. Ведь в тропиках и субтропиках не пустыни, а буйство растительности, джунгли. Если в вегетарии влаги достаточно, а излишнее тепло отводится (желательно в почву), ни в косм случае не забеливайте стекла — иначе овощи будут бледные и невкусные. В них не будет витаминов, зато в избытке мы получим нитраты. Именно этим и отличается продукция из двускатных теплиц.

1.5. Микроклимат и автоматика

Известно, что если один из факторов, обеспечивающих развитие растений, будет в недостатке или в избытке (и то и другое отрицательно влияет на растения), то величина урожая определится именно этим фактором.

Поэтому, чтобы получить хороший урожай, теплице нужно либо регулярно уделять немало времени, либо использовать в ней хотя бы простые системы управления температурой, поливом, влажностью.

Без системы авторегулирования микроклимата только 24% времени температура в теплице соответствует требуемой, 41% времени она выше и 35% — ниже нормальной. На рис.8 приведен график температур в январе снаружи типовой гелиотеплицы и внутри ее — без аккумулирования и с аккумулированием излишнего тепла в почве.

Рис. 8. Структурная схема программатора: (а), графики суточного изменения температуры воздуха в вегетарий в зимнее время без почвенного аккумулятора (б) и с аккумулятором тепла (в), схема подключений программатора (г)

При температуре 12—18 °C в теплице можно обеспечить развитие многих овощных культур без дополнительного обогрева, даже когда температура наружного воздуха -10 °C. Однако для этого следует использовать принудительную вентиляцию воздуха через подпочвенные трубы.

Применение систем автоматического полива и подкормки, регулирование микроклимата уменьшают трудоемкость работ в типовых теплицах со 125 час до 17 час (в расчете на 1 кв. м). Выигрыш большой. Поэтому, если вы занятой человек, стоит подумать об автоматике. Для солнечного вегетария, где многие параметры микроклимата поддерживать несложно, внедрение простейшей автоматики даст огромный эффект.

Рассмотрим три задачи авторегулирования в вегетарии: наполнение водой баков для дополнительного (к конденсационному) капельного или подземного полива, включение внутренней принудительной вентиляции и включение дежурного электрокалориферного обогрева в ненастную погоду.

Если эти проблемы решить, то жизнеобеспечение в вегетарии будет на требуемом уровне (все остальное, включая влажность воздуха, решается попутно).

а) Автомат поддержания уровня воды в баке

Если в баке достаточно теплой воды, организовать капельный или подземный полив несложно. Заполнить бак можно, конечно, и ведрами, по у большинства овощеводов есть скважина, водоем и вибрационный насос типа «Малыш» или «Струмок» мощностью 250 Вт. Стоит включить насос и вода через шланг начнет заполнять бак на чердаке или в вегетарии. Чтобы вовремя прекратить подачу воды и не залить потолок или помещение, достаточно сделать некоторые приспособления, сигнализацию. Очень удобно, если система контроля сама включит подачу воды (при уровне ниже нормы) или отключит се (при достижении необходимого уровня). Простейший автомат поддержания уровня воды в баке изображен па рис.9. Он состоит из датчика уровня и электронной системы управления. Питание — от нестабилизированного источника 12 В стоком нагрузки не менее 200 мА.

Рис. 9. Схема включения автомата «Вода» (а), принципиальная схема устройства управления (б), схема капельного и общего полива (b).

Вся система несложна в изготовлении. Но если у вас возникают технические затруднения, обратитесь к радиолюбителям или к нам. Вам помогут сделать или приобрести такой автомат.

Датчик уровня состоит из изоляционной пластины, куда вставлены три медных или алюминиевых прямых отрезка проволоки, два из которых (Е₂ и Е₃) своей длиной определяют нижний уровень воды в баке, третий (E₁) — верхний уровень. От каждого отрезка к устройству идет изолированный проводник (А, В, С). Если бак металлический, отрезок проволоки Е₂ (или Е₃) можно не ставить. В этом случае проводник В (или С) крепится (важен хороший контакт) вместе с металлической пластиной датчика к баку. Датчик электрически безопасен.

Сетевое напряжение от распределительного щита (РЩ) подводится к контактам исполнительного реле Р₁. Здесь 220 В. Это опасно!

Электронная автоматика должна быть хорошо загерметизирована в корпусе из металла или пластика и установлена в удобном месте возле скважины.

Ну, а если нужно тем же насосом подать воду в другие места вашего хозяйства? Тогда установите переключатель S₁ и подайте 220 В к насосу, минуя автомат включения. Шланг с водой также следует переключить или перенести.

б) Автомат включения вентилятора и электрокалорифера.

Логика выравнивания температуры в вегетарии очень проста:

• светит солнце, жарко — включаем вентилятор, который прогонит горячий воздух через подземные трубы. Нагревается почва вокруг труб. Воздух выйдет из них охлажденный;

• наступила ночь, стало прохладно — вновь включаем вентилятор. Прохладный воздух, пройдя по трубам, за счет накопленного в почве тепла выходит нагретым. В вегетарий становится теплее.

Главное, чтобы теплый воздух не покинул теплицу. Поэтому так важна максимальная герметичность ограждающих конструкций.

Ну, а если температура воздуха и почвы возле труб выравнялись? Тогда вентилятор не должен включаться.

По такому алгоритму действует управляющее устройство — программатор.

Для реализации системы автоматического управления работой вентилятора системы аккумулирования тепла в почве и использования его в прохладное время суток необходимо иметь:

два вытяжных кухонных вентилятора питанием 220 В;

один или два программатора с измерителями температуры воздуха и почвы в одном или двух местах с питанием от сети через сетевой адаптер на 12 В.

В крайнем случае возможно использование вентиляторов без программаторов. Но тогда обязательным будет ваше ежедневное присутствие на участке с вегетарием.

Применение программатора позволит автоматизировать поддержание в требуемых пределах температуры воздуха и почвы при любой погоде, если, как уже отмечалось, имеется резервный источник тепла — электрокалорифер. Вариант подключения программатора к цепи управления вентилятором и калорифером показан па рис.8.

В этом случае программатор при понижении общей температуры воздуха ниже величины t_H включает с помощью реле питание калорифера. Выключение его осуществляется при достижении верхнего установленного уровня температуры воздуха t_B.

Оба значения температуры (t_H и t_B) устанавливаются на программаторе с помощью потенциометрических датчиков.

Целесообразно, с точки зрения надежности системы авторегулироваyия, иметь на каждую батарею труб подпочвенного аккумулирования тепла по одному программатору и одному электрокалориферу мощностью 1—1,2 кВт.

Электрокалориферы должны устанавливаться на бетонной подставке, покрытой резиновым ковриком. Их воздушные потоки желательно направить либо на заднюю каменную стену вегетария, либо вдоль его центральной дорожки.

Включение калориферов может происходить лишь при повышенных требованиях к температуре воздуха в вегетарии или при продолжительной ненастной погоде.