Автоматизация электрообогрева теплиц с применением контактных датчиков температуры

Автоматизация обогрева защищенного грунта позволяет поддерживать оптимальный температурный режим без постоянного присутствия человека. С помощью простой электрической схемы и датчиков нагревательные элементы включаются сразу, как только почва или воздух остывают ниже нормы, и отключаются при достижении целевой температуры. Это исключает переохлаждение рассады и оптимизирует расход электроэнергии.

• Глубина заделки датчика в почву — 5–7 см
• Ток контактов реле — не менее 5 А
• Емкость искрогасительных конденсаторов — 1000 пФ
• Разрывная мощность ртутных термометров — 2–4 Вт

Электроконтактные датчики и схемы автоматизации

Для сборки автоматической системы используется реле переменного тока (например, МКУ-48) или альтернативная схема с диодами Д226 и искрогасительными конденсаторами С1 и С2. Система работает по замкнутому циклу, реагируя на изменение температуры в зоне корней.

1. Датчик температуры (электроконтактный термометр КТ) устанавливают в почву. При снижении температуры до критической отметки его контакты замыкаются.
2. Замыкание контактов активирует реле К1, которое своими контактами К1.1 подает питание на нагреватель (ТЭН).
3. Обогреватель повышает температуру в теплице или парнике до требуемого значения.
4. При достижении заданной температуры терморегулятор подает сигнал на разрыв цепи питания реле К1, контакты размыкаются, и ТЭН отключается.

Для контроля температурного режима применяют ртутные контактные термометры. Они состоят из капиллярной трубки со ртутью и впаянных электродов: нижний постоянно контактирует со ртутью, а верхние расположены на высоте, соответствующей целевой температуре. Когда температура растет, расширяющаяся ртуть замыкает цепь между контактами, а при охлаждении — размыкает ее.

На электродных нагревателях устанавливают манометрические электроконтактные термометры типов ТПР-СК, ТПП-СК, ТПГ-СК и ТИП-СК. Давление газа или жидкости (азота, аргона, фреона, хлористого метила или ацетона) в герметичном термобаллоне меняется при нагреве, изгибает манометрическую пружину и поворачивает стрелку с подвижным контактом до замыкания с неподвижным контактом на шкале.

Для автоматического регулирования также подходят термометры сопротивления — медная или платиновая проволока на изоляционном каркасе в защитном кожухе, а также полупроводниковые термисторы. Они работают в связке с прибором, измеряющим электрическое сопротивление датчика. Полупроводниковые варианты компактны и высокочувствительны, хотя их характеристики менее стабильны по сравнению с металлическими.

Биотопливо как альтернатива электрическому обогреву

Если провести электричество в теплицу невозможно, обогрев организуют за счет биотоплива. При перегнивании органических материалов выделяется тепло, которое согревает почву и защищает корневую систему растений. В качестве источника тепла используют навоз домашних животных, бытовой мусор, опилки, древесную кору, солому и растительные остатки.

Наибольшую теплоотдачу дают коровяк и опавшие листья лесных деревьев. Заготовку листьев начинают осенью: их собирают и укладывают под кронами садовых деревьев. Зимой этот слой защищает корни сада от вымерзания, а весной слежавшиеся и частично перепревшие листья переносят в теплицу в качестве греющей подушки. Излишки сырья отправляют в компост.

Эту работу надо выполнить как можно раньше: как только сойдет снег в саду, а земля в теплице оттает настолько, что ее можно будет копать. Чтобы ускорить процесс оттаивания земли, выполняют следующие действия:

• на теплицу ставят рамы;
• землю на грядах поливают нагретой водой;
• после полива землю укрывают бумагой (упаковочной или старыми газетами) и фартуками из пленки.
• оттаявшую землю, находящуюся по одну сторону прохода, перебрасывают на другую сторону и образовавшуюся траншею заполняют листьями.

Толщину слоя листьев доводят до 30-40 см. Этот слой поливают теплой водой, а еще лучше раствором коровяка, и на несколько дней оставляют накрытым только фартуками. Когда в листьях возобновится процесс гниения с выделением тепла (определяется термометром), откинутую землю возвращают на свое место и укладывают ровным слоем поверх листьев. Таким же способом заделывают биотопливо в грядку и по другую сторону прохода.

Бытовой мусор и солому разогревают за неделю до закладки в теплицу, разрыхляя его вилами. Биотопливо укладывают

Термосифон: 1 — биотопливо; 2 — грунт; 6

3 — воздушная среда; 4 — корпус сифо5 УХ на; 5 — ребро; 6 — резиновая пробка 3 и в подготовленную теплицу и поливают И/ горячей водой или навозной жижей. 1 77 4 Можно использовать и 0,6%-ный расИ твор мочевины. Через 3—4 дня матери2 И ал разогревается и на него можно насывн, Ки пать слой почвы. ру и

Биотопливо не только обогревает И почву, но и улучшает температурный и ри газовый режим воздуха в теплице. й

При наличии обогрева почвы мож- / но защитить растения от небольших заморозков, применяя термосифонные трубы, осуществляющие интенсивный теплообмен между почвой и воздухом в теплице. Одна из конструкций представлена на рисунке.

Термосифон представляет собой металлическую трубу длиной 600 мм и внутренним диаметром 18 мм. Для интенсивной теплоотдачи в верхней части трубы приварено шесть ребер размером 150х20 мм. Термосифон этой конструкции устанавливается под углом 60° к горизонту. При установке термосифонов (из расчета одно устройство на 0,4 м? площади) температура воздуха в теплице может быть повышена на 2-—3°С.

Особое место в конструкции теплиц занимает система вентиляции. Вентиляция индивидуальных теплиц осуществляется в основном открытием фрамуг, причем площадь вентиляционных отверстий должна составлять 10-15% поверхности теплицы.

Вентиляционные проемы устраивают в торцевых стенах (за счет шторных дверей), в боковых стенах или кровле.

В теплицах с пленочным покрытием можно закатывать боковое ограждение при помощи специальных бобин.

Конструктивно форточки можно выполнять с подвесом за одну из сторон к коньку или верхней обвязке боковой стены. Крепят форточки на петлях. Для предотвращения утечки теплого воздуха в закрытом состоянии делают специальные уплотнительные прокладки. Снизить усилие, требуемое при открытии или закрытии форточки, можно, расположив ось вращения последней не по одной из сторон, а с некоторым смещением к центру.

4* 99 ГА Г] а 6 в г

Схемы расположения форточек в индивидуальных теплицах:

а — раздвижные торцевые; б — в боковых стенах; в — на кровле; г — шторная в боковых стенах

Индивидуальные теплицы можно оборудовать приточновытяжной принудительной вентиляцией. Для этого в одном из торцов теплицы устанавливают электровентилятор с расчетной подачей воздуха 1-1,5 мЗ/мин на 1 м? площади теплицы. Для вентиляции небольших теплиц вполне пригодны бытовые вентиляторы производительностью 20-30 м/мин. Вентиляторы включают на вытяжку, а с противоположного торца теплицы для обеспечения притока воздуха устанавливают жалюзи. Жалюзи должны быть постоянно закрытыми, а при включении вентилятора они открываются благодаря разрежению воздуха в теплице.

Если теплица оборудована форточками, их следует снабдить электроприводом. В качестве открывающего устройства можно использовать электромагнит или исполнительный механизм с электродвигателем. Часто используют приводы промышленного изготовления ПР-1М мощностью 50 Вт или приводы для вращения новогодних елок, имеющиеся в продаже. Поскольку

> НХ 7 я > и й 8 СН КЕ

0 о 5 4 72 4. И — —--— Г) 6 с А 7

‚- Конструкция форточки с двумя неравными скатами: 1 — стойка; 2 — боковая стойка; 3 — коньковая рейка; 4 — открывающийся скат; 5 — стропильная рейка; 6 — козырек; 7 — уплотнение; 8 — болт; 9 — оттяжка

Е и =: И < А кА Побудительная механическая вентиляция теплицы: 1 — приточные жалюзи; 2— вентилятор

5 8 9 т Ня ОИ `- гро 8}] 10 6 Т а 2 р 1 5 КВ.3 КВ.0 | -2208В тл-3| | ТЛ-3 РП1 РП1 РП2

Схема автоматической вентиляции индивидуальной теплицы: а — структурная схема вентиляции теплицы с электроприводом торцевых форточек; 6 — принципиальная схема управления электроприводом форточек; 1 — терморегулятор ТЛ-3; 2, 3 — промежуточные реле управления электроприводом; 4 — датчик температуры; 5, 6 — конечные выключатели открытия и закрытия форточек; 7 — электропривод ПР-1М; 8 — вал; 9 — трос; 10 — форточка электропривод выполнен на базе реверсивного электродвигателя, необходимо включать его через промежуточное реле, обеспечивая два сигнала управления. Следует отметить, что такой электропривод работает надежнее, чем электромагнитный. Одна из возможных кинематических схем открывания форточек и схема управления приводом представлены на рисунке. Значительно проще вентиляция теплиц решается при использовании терморегуляторов прямого действия. В них собственно терморегулятор и исполнительный механизм объединены в одном устройстве.

Автоматическое проветривание: терморегуляторы прямого действия

Для вентиляции теплиц без использования электроэнергии применяют регуляторы прямого действия. Их работа основана на физических свойствах материалов — расширении жидкостей и газов при нагревании или разности линейного расширения металлов. Эти устройства автономны, просты в изготовлении и дешевы.

• Диаметр цилиндра «Тюльпан» — 60 мм
• Длина цилиндра «Тюльпан» — 450 мм
• Объем технического масла — 1 л
• Рабочий ход штока-поршня — 170 мм
• Температура начала открывания — 20–25 °C
• Размер двухслойной пластины привода — 1100х170 мм

Помимо жидкостных устройств вроде терморегулятора «Тюльпан», применяют приводы на разности расширения металла и винипласта. Двухслойную пластину крепят шарнирами к цоколю теплицы и тяге фрамуги. При нагревании воздуха пластина изгибается, открывая проем, а при охлаждении возвращается в исходное положение.

Существуют также воздушные конструкции. В них фрамуга поднимается за счет расширения воздуха в герметичном сосуде под куполом, который соединен шлангом с автомобильной камерой. Расширяющийся воздух раздувает камеру в бочке с водой, и она всплывает, увлекая за собой тягу форточки. Другой вариант — перераспределение воды между двумя емкостями под давлением расширяющегося воздуха.

Воздушные приводы просты, но громоздки из-за малой теплоемкости воздуха. Замена воздуха на легкокипящие жидкости (например, фреон) позволяет уменьшить габариты системы, однако на практике такие приводы часто выходят из строя из-за утечки рабочего вещества через уплотнения.

Организация системы автополива и подготовка воды

Регулярное снабжение растений влагой — обязательное условие высокой урожайности, особенно если теплица находится на удаленном участке. Для бесперебойной работы автополива требуется накопительная емкость, которая решает сразу три задачи: аккумулирует запас воды, создает необходимое давление в сети и позволяет воде прогреться на солнце.

1. Установите накопительную бочку объемом 200–250 л на высоте 1,5–2,5 м от земли для создания самотечного давления. При наличии водопровода смонтируйте внутри бочки поплавковый клапан от смывного бачка унитаза для автоматического поддержания уровня воды.
2. Проложите по центру гряды магистральный распределительный трубопровод — полиэтиленовый шланг или трубу диаметром 15–20 мм.
3. Подготовьте микротрубки для адресной подачи воды. Используйте отрезки поливинилхлоридной изоляции монтажных проводов длиной 50–60 см и внутренним диаметром 0,9–1,0 мм.
4. Проколите шилом отверстия в магистральной трубе и плотно вставьте в них концы микротрубок. Второй конец каждой трубки закрепите на подставке возле растения: водовыливное отверстие должно быть приподнято над почвой на 2–3 см и отстоять от стебля на 5–6 см.

Для автоматизации полива можно использовать готовые заводские комплекты (например, систему «Водомер») либо собрать линию самостоятельно. Если полив осуществляется вручную из шланга, установите на расстоянии 10–15 см от его свободного конца запорный кран самоварного типа. Это позволит быстро перекрывать воду при переходе между грядками и регулировать напор, а душевой рассекатель на конце шланга защитит почву от размыва.

Шланг удобно использовать и при поливе из лейки. Кусок шланга длиной около 1 м насаживают на носик лейки, со стенки теплицы снимают раму, лейку ставят на брус нижней обвязки, конец шланга подводят к линии высаженных растений. Лейку наклоняют и шланг ведут вдоль этой линии, силу истечения воды регулируют наклоном лейки. Притом сила должна быть такой, чтобы не размывалась почва и не обнажалась корневая система.

Если конструкция теплицы такова, что рамы легко снимаются, то поливать из лейки удобнее, находясь снаружи теплицы.

Управление поливом растений легко осуществлять, применяя датчики влажности почвы. Можно использовать несколько принципов измерения влажности. Один из них основан на изменении объемной массы почвы при увлажнении. Регулятор влажности содержит датчик влажности в виде заполненной водой камеры 1, и соединенный с ней сифон 3, подвешенный на подпружиненном рычаге 5. Один конец рычага снабжен клапаном 19, который перекрывает сливные патрубки 17 и 18 гидроцилиндра 10. Увеличение влажности почвы приводит к повышению ее массы, прогибу мембраны 2 камеры 1 и переливу части воды в сифон 3. Увеличение массы сифона приводит к пере-

4 9 р 18 11 13 14 » 16

5 = 3 г 17 А 6 12 15