Способ снижения энергоемкости при облучении растений

Способ снижения энергоемкости при облучении растений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к сельскому хозяйству, к растениеводству в условиях сооружений защищенного грунта, в частности к светокультуре.

Известно понятие энергоемкости, в соответствии с которым энергоемкость - это величина потребления энергии и (или) топлива на основные и вспомогательные технологические процессы изготовления продукции, выполнение работ, оказание услуг на базе заданной технологической системы [ГОСТ Р 51387-1999. Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. Основные положения. Введ. 2000-07-01].

Численным выражением энергоемкости системы является показатель, представляющий собой отношение энергии, потребляемой системой, к величине, характеризующей результат функционирования данной системы. В применении к процессу облучения растений энергия, потребляемая системой, представляет собой энергию, которая используется облучательной установкой для создания определенных параметров радиационного режима растений. Под величиной, характеризующей результат функционирования данной системы, следует понимать энергию, которая может быть полезно воспринята растениями с учетом их требований к параметрам радиационного режима.

Для облучательной установки как технического средства передачи энергии от источников излучения к выращиваемым растениям величина энергоемкости является показателем эффективности процесса облучения.

Известен способ снижения энергоемкости при облучении растений, включающий формирование воздействующего на них потока оптического излучения определенной интенсивности и спектрального состава, для чего используются наборы горелок со специальным наполнением, создающие преимущественное излучение в отдельных участках спектра. Требуемого спектрального распределения потока энергии добиваются путем комбинации таких горелок в разном количестве внутри общего светильника [А.с. СССР № 1620062, МКИ A01G 31/00. Способ выращивания огурца / Тихомиров А.А., Золотухин И.Г., Лисовский Г.М., Сидько Ф.Я., Прикупец Л.Б. - № 4650599/13; заявл. 17.02.89; опубл. 15.01.91. - Бюл.№ 2].

Недостатком данного способа является низкая технологичность указанных мероприятий, затрудняющая реализацию способа в реальных производственных условиях. Кроме того, необходимость наличия специальных источников излучения с заданным спектральным составом потока облучения снижает общую эффективность процесса облучения и, следовательно, увеличивает себестоимость выращиваемых культур.

Наиболее близким к изобретению является способ снижения энергоемкости искусственного облучения растений в процессе выращивания, включающий формирование посредством источников излучения воздействующего на растения потока оптического излучения с нормативным для растения данной культуры или текущей фазы их развития распределением энергии этого потока по фотосинтетически активным радиационным спектральным диапазонам, задание или измерение действительной доли потока энергии каждого источника излучения в каждом спектральном диапазоне, определение значения коэффицентов отклонения спектрального состава потока излучения этих источников излучения от нормативного, использование для облучения растений источников излучения с минимальным значением коэффициента отклонения спектрального состава потока излучения от нормативного [Пат. 2053644 РФ, МПК⁶ A01G 9/24, A01G 31/02. Способ искусственного облучения растений в процессе выращивания / Ракутько С.А.; заявитель и патентообладатель Ракутько С.А. - № 93008935/15; заявл. 17.02.93; опубл. 10.02.96].

Недостатком известного способа является то, что повышение соответствия спектрального состава источников света нормативному по критерию минимума коэффициента отклонения спектра неравнозначно снижению энергоемкости процесса облучения.

Техническим результатом изобретения является снижение энергоемкости процесса облучения растений.

Способ снижения энергоемкости при облучении растений заключается в следующем. Формируют посредством источников излучения воздействующий на растения поток оптического излучения с нормативным для растений данной культуры или текущей фазы их развития распределением энергии этого потока по фотосинтетически активным радиационным спектральным диапазонам, задают или измеряют действительные доли потока энергии каждого источника излучения в каждом спектральном диапазоне, определяют значения величины энергоемкости процесса облучения растений при использовании этих источников излучения, для облучения растений используют источники излучения с минимальным значением энергоемкости.

Новые существенные признаки: определение значений величины энергоемкости процесса облучения растений при использовании источников излучения, использование для облучения растений источников излучения с минимальным значением энергоемкости.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными позволяют получить технический результат во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

На фиг.1 приведен спектральный состав излучения некоторых источников, применяющихся для облучения растений, на фиг.2 показаны рассчитанные значения энергоемкости процесса облучения растений с применением данных источников света и их отнесение для облучения культур огурца или томата.

В настоящее время в соответствии с действующими в отрасли методиками спектральный состав излучения характеризуется соотношением интенсивности излучения трех спектральных диапазонов k_i, %: синего k_син(400…500 нм), зеленого k_зел(500…600 нм) и красного k_кр(600…700 нм). Продуктивность облучаемых растений повышается при приближении создаваемых параметров радиационного режима растений к нормируемым значениям. Для некоторых светокультур найдены спектральные соотношения, обеспечивающие наилучшие результаты. Например. для огурца - k_син:k_зел:k_кр=17%:40%:43%, для томата - k_син:k_зел:k_кр=15%:17%:68% [Прикупец, Л.Б. Оптимизация спектра излучения при выращивании овощей в условиях интенсивной светокультуры / Л.Б.Прикупец, А.А.Тихомиров // Светотехника. - 1992. - No 3. - С.5-7.].

Передаваемая при облучении растениям лучистая энергия характеризуется величиной дозы Н₀, Вт·ч/м², определяемой как произведение создаваемой облученности Е₀, Вт/м² и времени облучения Т, ч

При отсутствии данных о требуемом спектральном составе излучения для растений под облученностью понимается создаваемая интегральная облученность, как поверхностная плотность энергии всего диапазона длин волн, генерируемых ИС.

При известных спектральных характеристиках нормируемыми величинами становятся дозы излучения H_i, Вт·ч/м в отдельных спектральных диапазонах:

где E_i - облученность в i-ом спектральном диапазоне, Вт/м².

Однако, как правило, применяемые ИС имеют спектральный состав излучения, отличный от оптимального.

Анализ спектра излучения применяемых для облучения растений источников, приведенных на фиг.1, показывает, что спектр излучения промышленно выпускаемых ИС, задаваемых k_i, не соответствует точно требованиям рассматриваемых культур, задаваемым k_iн.

Использование ИС, спектр которых не соответствует требуемому, приводит к потерям, что увеличивает энергоемкость процесса облучения. Природа этих потерь связана с необходимостью обеспечить требуемую дозу облучения в определенном «дефицитном» спектральном диапазоне, завысив ее в других диапазонах на некоторую величину k_з, отн.ед. (коэффициент завышения):

Требуемые дозы, Вт·ч/м, в i-ых спектральных диапазонах

Обеспечиваемые дозы, Вт·ч/м², в i-ых спектральных диапазонах

Интегральная обеспечиваемая доза, Вт·ч/м²

Избыточные дозы, Вт·ч/м², в i-ых спектральных диапазонах

Интегральная избыточная доза, Вт·ч/м²

Энергия, потребляемая системой облучения (энергия, которая используется облучательной установкой для создания определенных параметров радиационного режима растений)

где S - площадь облучаемой поверхности, м².

Энергия, которая может быть полезно воспринята растениями с учетом их требований к параметрам радиационного режима

Энергоемкость, отн.ед.

К применению принимаются источники, энергоемкость у которых в условиях данной светокультуры минимальна.

Пример. В светокультуре огурца применяются ИС типа ДНаТ 400. Величина интегральной облученности E₀=100 Вт/м², продолжительность облучения Т=10 час.

Требуемая интегральная доза составляет

H₀=E₀·T=100·10=1000 Вт·ч/м².

Значение коэффициента завышения

«Дефицитным» является синий спектральный диапазон.

Требуемые дозы в спектральных диапазонах:

Обеспечиваемые дозы в спектральных диапазонах

При создании обеспечиваемых спектральных доз общая доза составляет

Н^об=170+1360+899=2429 Вт·ч/м²

Избыточные дозы в спектральных диапазонах

Сумма избыточных доз, относимых к потерям

Н^изб=960+469=1429 Вт·ч/м².

Энергоемкость

Произведя аналогичные вычисления, были найдены значения энергоемкости процесса облучения для культур огурца и томата, показанные на фиг.2. Здесь же показано отнесение данного ИС к светокультуре томата или огурца исходя из минимального значения обеспечиваемой энергоемкости.

Способ снижения энергоемкости при облучении растений, включающий формирование посредством источников излучения воздействующего на растения потока оптического излучения с нормативным для растений данной культуры или текущей фазы их развития распределением энергии этого потока по фотосинтетически активным радиационным спектральным диапазонам, задание или измерение действительных долей потока энергии каждого источника излучения в каждом спектральном диапазоне, отличающийся тем, что определяют значения величины энергоемкости процесса облучения растений при использовании этих источников излучения, а для формирования воздействующего на растения данной культуры или текущей фазы их развития потока оптического излучения используют источники излучения с минимальным значением энергоемкости.