Исследование растения wageninge n c02 в тепличном садоводстве

Различные типы CO2 измерителя используются, чтобы измерить и управлять CO2 концентрацией в теплице. Большинство типов имеют диапазон между 0 и 3000 ppm, базируются на том же самом принципе и имеют те же самые полные ограничения относительно точности.

Надежность измерения CO2 очень важна. Это определено точностью и удобочитаемостью измерителя. CO2 измерители в использовании в настоящее время – с точностью до 1 %. Это означает отклонение 30 ppm в масштабе 3000 ppm.

Практически, отклонения измерителя часто выше до больше, чем 100 ppm. Если измеритель измеряет слишком высоко, дозировка слишком низка, и это влияет на производство. Если измеритель указывает более низкую концентрацию, чем фактическая концентрация, дозирование активизирует слишком часто. Это дорого, особенно если произведенное тепло не может использоваться.

В течение лета, есть немного требования тепла, и вентили открыты. В это время года цель мониторинга состоит в том, чтобы препятствовать CO2 концентрации становиться слишком низкой. Обычно концентрация – вокруг внешней величины. При 350 ppm 1%-ая погрешность будет иметь большие последствия. С полным солнцем (700 W/м²), разница концентрации в 30 ppm представляет разницу в фотосинтезе 4 - 5 %. Фактически используемые в настоящее время измерители не являются подходящими для контроля в течение лета. Это должно быть принято во внимание. Прежде всего, отклонение должно быть ограничено в максимально возможной степени, калибруя регулярно использование правильного калибровочного газа.

Во-вторых, CO2 единица должна быть регулярно между 10.00 и 16.00 в солнечные дни, даже непрерывно, если это сходится с требованием тепла. Летом лучше установить необходимый поток вместо того, чтобы закрыть на основе концентрации теплицы. Секции 4.3 к 4.5 описывают этот предмет в дальнейшей детали. Зимой система контролирует для CO2 концентраций, которые являются слишком высокими. Маленькое отклонение измерения – не проблема. Остановлено ли дозирование в 800 или 850 ppm – не влияет на растения. И при этом стоимость – не проблема, как больше, чем достаточные дымоходные газы произведены нагреванием.

Два аспекта важны для CO2 измерения: фактический измеритель и пункт дискретизации. Измеритель CO2 может быть приостановлен в различных местоположениях, обеспечивая пункты дискретизации, приостановленные правильно относительно измерителя. Измеритель не должен быть помещен на солнце, но в хорошо проветренной области с постоянной температурой. CO2 должен быть измерен в каждом отделении, поскольку отделения управляются индивидуально. Один пункт дискретизации в отделении достаточен. Выбор позиции дискретизации важен, так как всегда есть различия концентрации в отделении. Пункт дискретизации должен быть расположен между культурами в центре отделения. Большинство фотосинтеза происходит наверху урожая. С высокими овощными культурами лучшее местоположение для пункта дискретизации – наверху урожая: приблизительно одна треть высоты урожая ниже вершины растения. Со многими цветочными культурами такая же высота или выше верхнего листа – лучшее положение. Пунктом дискретизации должен быть, по крайней мере, один измеритель от шлангов, чтобы препятствовать оттягиванию воздуха непосредственно от шлангов. Для эффективного контроля время дискретизации не должно превышать три минуты. С закрытыми вентилями и скоростью дозирования 100 м³ природного газа на га в час, концентрация в теплице повысится приблизительно на 100 ppm в течение того времени. Если время дискретизации дольше, эта проблема может быть решена путем присоединения дополнительного насоса на линии всасывания или путем приостановки измерителя CO2 ближе к пункту дискретизации. Сокращение линии всасывания, так, чтобы пункт дискретизации был ближе к размещению котла, – не желательное решение. Практические измерения показали, что концентрация CO2 часто превышает среднее число отделение в этой области. Если бы измерения были сделаны в этой области, единица CO2 активизировала бы редкое закачивание отрицательным воздействием на производство.

Горизонтальные и вертикальные различия в концентрации CO2 в теплице должны быть предотвращены, где возможно. Высокая влажность в подаче воздуха может повлиять на измерения. Это может также причинить уплотнение в измерителе. Чтобы предотвращать уплотнение на линии всасывания, это не должно управлять прошлыми холодными структурными частями. Конденсат от линии всасывания собран в ловушке для пара. Если используются агенты защиты урожая, подача воздуха, втянутого из теплицы, должна временно быть прервана, поскольку это загрязнило бы фильтр пыли. Если испарители серы используются в течение ночи, желательно остановить измерения CO2 по той же самой причине. CO2 не должен дозироваться, если темно, так или иначе.

Один метр CO₂ может использоваться, чтобы взять измерения в нескольких отделениях. Мультиплексоры, или конвертеры, используемые для этой цели, доступны на рынке. Они оснащены клапанами, которые переключаются между пунктами дискретизации. Простые типы имеют двухсторонние клапаны. Будучи однажды переключенным, свежий воздух должен быть втянут прежде, чем взяты измерения. С четырьмя или больше пунктами измерения время цикла становится слишком длинным. Например, если каждое измерение занимает три минуты, каждое отделение измеряется только раз в двенадцать минут. Следовательно, дозирование включается или выключается раз в двенадцать минут. Десять минут между измерениями в отделении почти приемлемо, но максимальный интервал для оптимального контроля – четыре минуты.

Если больше чем три отделения связаны с одним измерителем, желательно использовать мультиплексор с трехходовыми клапанами. Он имеет дополнительный насос, который непрерывно втягивает воздух от всех отделений. Однажды будучи переключенными, измерения могут быть взяты немедленно. Снова применяется максимальное количество отделений для каждого мультиплексора, то есть столько, сколько может быть измерено в течение четырех минут.
Измерения внешнего воздуха

Внешний воздух часто включается как дополнительное измерение. Иногда внешняя величина может объяснить отклонение в концентрации CO2 в теплице. Это может также использоваться, чтобы приблизительно оценить потерю CO2. Это зависит от различия концентрации между внутренней и внешней частью и вентиляцией в теплице. Внешний воздух должен быть измерен в подходящем местоположении, то есть на измеряющей башне, по крайней мере, на три метра выше конька теплицы. Измеряющая башня должна стоять на расстоянии, по крайней мере, 10 пролетов (32 м) от внешней стены теплицы и далеко от котельной и навеса. Вода не должна втягиваться в линию, когда идет дождь. Это может быть предотвращено, устанавливая покрытие, сделанное от трубы или подобного изделия.

Измеритель должен быть калиброван раз в три месяца. Одна калибровка должна быть в начале лета и одна в течение лета, используя летнюю концентрацию. Затем должна идти процедура калибровки для оборудования. Сначала выполнена нулевая калибровка, используя свободный газ (нулевой газ) CO2 или нулевой заряд (контейнер с карбонатной известью, которая поглощает весь CO2 от воздуха). Это идет вслед за калибровкой давления, используя газовую концентрацию, соответствующую контролю. Это – 1000 ppm зимой и 350 - 400 ppm летом. Внешний воздух определенно не подходящий для использования как газ калибровки. Для того, чтобы проиллюстрировать это, цифра 4.1.1 показывает, как внешняя концентрация изменяется на протяжении дня, выбранного наугад. Калибровка улучшена, если газ калибровки непрерывно втягивается во время калибровки скорее, чем просто заполнение измеряющей камеры газом калибровки. Калибровка может отклониться под влиянием давления воздуха и температуры. Газ приспособлен как стандарт к давлению 1013 mbar и температуре 20°C. Отклонение составляет до - 1 % для каждого увеличения в три градуса в температуре и + 1 % для каждого увеличения точки процента в давлении. Если есть пределы на барометре 940 или 1050 mbar давления, измерение будет отклоняться до - 7 и + 4 % соответственно. Это должно быть принято во внимание во время калибровки. Выполните калибровку при давлении приблизительно 1013 mbar, где возможно. При калибровании проверьте, чтобы и измеритель и компьютер климата указывали правильные величины. В конце концов, это данные используются с целью контроля. Когда поставка магистрали выключена, индикатор должен указывать на ноль. В противном случае положение индикатора должно быть исправлено. Используйте винт набора в измеряющем масштабе, чтобы сделать так. Винт набора должен быть отрегулирован, только когда выключен измеритель.

Регулярно проверяйте и освобождайте ловушку для пара, если необходимо. Фильтр в точке дискретизации в теплице должен быть очищен или заменен, по крайней мере, раз в шесть месяцев. Для того чтобы почистить фильтр, погрузите его в парафин на некоторое время, ополосните и продуйте через него воздух. Полная система измерения должна быть проверена, по крайней мере, один раз в год. Фильтр пыли в измерителе должен быть заменен и линия всасывания проверена на утечку. Чтобы сделать так, соедините нулевой картридж в точке дискретизации. Через некоторое время, измерение должно понизиться к 0 ppm. В противном случае соедините нулевой картридж непосредственно с измерителем. Если измерение на измерителе действительно двигается к нолю, линия всасывания просачивается. Замените линию всасывания. Если измеритель не двигается к нолю, он должен быть повторно приспособлен, и должно быть выполнено новое нулевое измерение от точки дискретизации.

Как упомянуто выше, измерители CO2, используемые в настоящее время, не достаточно точны для правильного закрытия в течение лета. Усовершенствования должны будут быть сделаны к этим измерителям в будущем. Сравнение фактического содержания CO2 с таковыми из коллег не имеет смысл, так как измерение неточно.

Важно максимально использовать доступный CO2. Распределение – важный аспект в этом процессе. Чтобы гарантировать успешное горизонтальное распределение, вентилятор, главная линия и расстояние между отверстиями на шлангах должны быть скоординированы. Это должно быть рассчитано экспертом. Если успешно, давление в шлангах будет то же самое во всех шлангах. Практические измерения на участке показали, что распределение давления в шлангах отклоняется на больше чем 20 % во многих предприятиях. Необходимо, чтоб и горизонтальное и вертикальное распределения были правильными. Исследование на испытательной станции и практические применения показали, что высота, на которую помещены шланги CO2, имеет воздействие на успешное использование CO2.

Большинство фотосинтеза происходит в верхней секции урожая. Это – то, где больше всего солнечного света поглощено листом. Увеличение в CO2 концентрации здесь будет самой выгодной опцией. Измерения показали, что во время дозирования концентрация CO2 вокруг свободно приостановленного шланга дозирования – 20 - 25 ppm выше, чем средняя концентрация в теплице. Если шланги подвешены, где происходит самое большое количество фотосинтеза, более высокий урожай будет получен с той же самой дозой CO2. Образцовые вычисления показали это, если шлаги подвешены в самом благоприятном местоположении относительно шлангов на земле, приблизительно 1.5 % дополнительного фотосинтеза происходит в здоровом урожае в течение лета. В весеннее и осеннее время эта цифра – 1 %.

CO2 вытекает из шлангов при концентрации 5 – 10 %. Эта концентрация понижается очень быстро. Вопреки популярному убеждению не весь CO2 падает к земле. CO2 газ от шлангов пытается достичь прямого распределения в воздухе, и он имеет больше воздействия, чем тот факт, что CO2 более тяжелый, чем воздух. Цифра 10 ясно показывает, что концентрация та же самая выше и ниже шлангов.
Цифра 10. Распределение вертикального CO2, если шланги находятся на земле или между культурами.
CO2-darrnen hoog CO2-darmen lag



Измерение давления C02 в шлангах
Высота зависит от урожая

Идеальная высота для шлангов дозирования зависит от плотности урожая. Например, перцы – плотный урожай. Индекс листа (номер м² листа на м² почвы) может с легкостью достигнуть 6 – 7. Легкий перехват, и, следовательно, фотосинтез, едва увеличивается вообще с индексом листа более чем 3, вершина плотного урожая перехватывает большинство света. С перцами шланги лучше всего подвешены на 0.5 м ниже вершины. То же самое относится к баклажанам и огурцам, которые являются также плотными культурами. Помидор – открытая культура. Номер м² листа в м² почвы колеблется приблизительно 2 в течение лета. Это означает, что CO2 используется до той же самой степени всюду между листьями. В этом случае шланги могут быть понижены на 75 см ниже вершины. Концентрация оттока очень высока. Шланги не должны располагаться близко к верху растения из-за риска "сжигаемой" точки роста.

Во многих предприятиях шланги подвешены от трубы роста, когда они подняты от земли. Если труба роста подвешена у основания культуры, это не идеально для фотосинтеза. Часть потенциального увеличения производства потеряна.
Горизонтальное CO2 смещение

Распределение давления системы дозирования должно быть ровным настолько это возможно, чтобы предотвратить главные горизонтальные различия дозирования. Даже с правильной концентрацией распределения, в теплице могут произойти различия. Эти различия вызваны температурными различиями или ветром. Концентрация наиболее высокая, где температура наиболее высока и наоборот. Это из-за того, что горячий воздух повышается и отводится в окружающем воздухе, обогащенном CO2 от основания теплицы. Воздух наверху теплицы остывает и теряет CO2 через обмены с внешним воздухом и понижается вниз снова с намного более низкой CO2 концентрацией. Иногда температурные различия между горячими и холодными областями могут достигнуть 2°C или больше приводят к различиям концентрации до 100 ppm. Этот эффект происходит около шлангов между культурами и на земле, но он более сильный около шлангов на земле.

Идея, которую часто цитируют, о том, что CO2 всегда должен проходить через растения перед выходом через вентили, когда шланги дозирования находится на земле, является неправильной. Поскольку CO2 может легко двигаться в горизонтальном направлении, часть повысится через дорожку и часть с вентиляционной струей к внешним стенам. Это уменьшает количество CO2, в конечном счете достигая листьев, и даже не способствует распределению в теплице. Горизонтальное смещение является намного меньшим, если шланги подвешены между культурами. Листья создают сопротивление. Испытания показали различие концентрации 30 ppm, измеренное между рядом с подвешенным шлангом и рядом без шланга. Успешное распределение требует два шланга на крышу в 3.20 м.

Имеет смысл подвешивать шланги между культурами, но есть некоторые проблемы, связанные с этим методом. Желательно не вешать шланги слишком высоко для начала, потому что они перехватывают свет. Если шланги подвешены выше урожая, они будут перехватывать от 1 к 1.5 % света. Перехват света является намного меньшим со шлангами, помещенными между культурами (" 0.3 %). Это означает, что шланги должны быть подняты во время культивирования, так что они нуждаются в гибком соединении с главной линией. Другая проблема с высокими проводными культурами, вызванная понижением растений. Листья и плоды могут легко свисать вниз по шлангам. Шланги могут получить петли в них, или они могли бы даже стать отделенными от крюков подвешивания. Важно проверить это. При прокладывании линии и шлангов также проверьте, где растут растения. Высокие шланги могут представлять преграду. Это может быть решено путем направления линии по-другому или преобразования главной линии CO2 в низкое положение, и затем ее подъемом через трубу S-изгиба. Тогда растения могут бежать позади изгиба.

Некоторые производители томатов, кажется, думают, что подъем шлангов ведет к ботритису. Ботритис – это паразит слабости. Инфекция начинается как маленькие пятна. Споры прорастают легко с высокой влажностью. Дымоходные газы, происходящие от шлангов, насыщаются влажностью и соединяются с окружающим воздухом очень быстро. Измерения показали, что высокая влажность не может быть обнаружена дольше, чем на 20 см от открытия оттока. Увеличение в атаках ботритиса возможно, если шланги подвешены от трубы роста, где подбираются листья, а также, если шланги подвешены близко к стеблям. Есть риск горячего влажного воздуха, конденсирующегося на стеблях рядом с перфорациями на стороне шлангов. Если шланги подвешены на некотором расстоянии от стеблей, с отверстиями, указывающими вниз, конденсат закончится между культурами. В этом случае проблемы с дозированием, связанные с ботритисом, маловероятны.

Конденсация в системе дозирования, вследствие того, что дымоходные газы насыщаются водным паром, может быть главной проблемой. Если температура дымоходных газов в системы дозирования снижается от 40 до 30°C, например, 20-граммовый конденсат будет создан на м³ дымоходного газа. С дозой 25 м³ природного газа на га в час приблизительно 350 м³ дымоходного газа пройдут через систему. Это включает 7-килограммовый конденсат. Если вода не выпускается должным образом, система будет блокирована. Если шланги дозирования подвешены между культурами, вода может легко накопиться в изгибе между двумя крюками подвешивания. Вес заставит шланги сгибаться даже больше, и они останутся наполненными водой. Эта проблема может быть решена, гарантируя то, что намотанные шланги являются правильно натянутыми, и отверстия находятся внизу. Фактически, это может быть достигнуто только со шлангами, специально предназначенными для подвешивания. Этот тип шланга более тверд и поэтому остается тугим и, если его подвешивать от клапана, отверстия дозирования автоматически укажут вниз. Исследование показало, что шланги остаются тугими, если они натянуты и привязанные к цепи на трубе роста или к стенду в конце. Определенно не желательно использовать и перфорировать стандартные шланги для вытекания воды. В этом случае требуемое распределение давления не будет достигнуто. Это – глупая экономия.

Есть постоянная поставка и разгрузка CO2 в теплице. Он течет в теплицу через шланги. Он одновременно входит в растения через устьица и вытекает наружу через вентили. Концентрация вокруг листьев особенно важна, поскольку она определяет поглощение листьями и следовательно количество фотосинтеза. Чем выше концентрация вокруг растения, тем больше растение может поглотить и тем выше будет увеличение фотосинтеза. Если концентрация CO2 снижается в течение дня, фотосинтез также уменьшится, растение «хочет есть», потому что поставка CO2 недостаточна. Концентрация ниже внешней величины имеет неблагоприятный эффект на производство.

Фотосинтез увеличивается по мере того, как увеличивается интенсивность света. Вот почему растение использует больше CO2 в солнечные дни, чем в пасмурные дни. В солнечные дни вентили открыты, потому что теплица нагревается из-за высокого излучения. Норма вентиляции также увеличивается в результате. Если концентрация CO2 в теплице такая же, как внешняя концентрация, нет потери CO2, если вентили открыты. Если концентрация теплицы ниже внешней концентрации, CO2 подается снаружи. Если концентрация CO2 в теплице превышает внешнюю концентрацию, CO2 будет вытекать, если вентили открыты. Это называется потерей вентиляции. Цифры 11 и 12 иллюстрируют взаимосвязь между потерей вентиляции и вентилированием.


Цифра 11. Потеря CО2 и воздухообмен в солнечный день


Цифра 12. Потеря CO2 и воздухообмен в пасмурный день
Потеря вентиляции

CO2 потеря от вентиляции пропорциональна различию концентрации между

теплицей и внешним воздухом. Это подразумевает, что, если различие концентрации удваивается, потеря вентиляции также увеличивается вдвойне. Вышеупомянутое иллюстрировано следующим примером. Предположите, что внешний воздух содержит 350 ppm CO2 и теплица 4 м высотой – 400 ppm. Различие – 50 ppm. Норма вентиляции 50 производит потерю вентиляции 18 г/м²/час. Норма вентиляции 50 – реалистическая величина со средней скоростью ветра, и вентили на защищенной стороне полностью открыты. Увеличение

концентрации теплицы от 400 до 450 ppm увеличивает различие с внешним воздухом к 100 ppm. Потеря вентиляции теперь – 36 г/м²/час.

Количество CO2, который должен дозироваться, равно потере вентиляции CO2 плюс поглощение урожаем CO2. Поглощение урожая также определено излучением и не может быть рассчитано, не используя компьютер. Эксперименты продемонстрировали то, что с концентрацией CO2 450 ppm и 400 W/м² излучения, полностью выращенный овощной плод имеет поглощение CO2 приблизительно 4 г/м²/час и 6 г/м²/час при 800 W/м². Таблица 13 указывает поглощение CO2 огурцами. В декоративных древесных культурах фотосинтез обычно немного ниже. В солнечные дни с широко открытыми вентилями потеря вентиляции является настолько большой, что поглощение растением CO2 не должно быть рассчитано точно к десятичным порядкам при определении количества CO2.

Таблица 13. Поглощение CO2 в полностью выращенном огуречном урожае с различными концентрациями CO2 и интенсивностью света

Интенсивность света концентрация CО2 CO2 поглощение w/м2 ppm г/м2/час 0 340 -0.23 20 200 0.11 20 340 0.20 20 1000 0.32 100 200 1.14 100 340 1.59 100 1000 2.31 400 200 3.00 400 340 4.49 400 1000 7.82

Потеря CO2 от теплиц Venlo может быть рассчитана, используя следующую формулу:

потеря вентиляции CO2 = норма вентиляции x среднюю высоту теплицы x различие CO2 x 0.0018.

Эта формула относится только к теплице Venlo с вентилями, не полностью открытыми.

0.0018 используется, чтобы конвертировать ppm к граммам CO2.

различие CO2 – различие между внутренней и внешней концентрацией в ppm.

Высота теплицы – в метрах.

Норма вентиляции – количество раз, за которое заменен объем воздуха в теплице в час и грубо базируется на следующей формуле:

V = 0.09xWx (R+L).

V – норма вентиляции, W – скорость ветра в метрах за секунду, R – процент открытие вентиля и L – количество утечки от теплицы. В современных теплицах Venlo L – приблизительно 0.3 замены воздуха в час. Более старые теплицы могут иметь L 2 или больше.

Вычисление примера

Весной с излучением 500 W/м² и скоростью ветра 5 м/с вентили на защищенной стороне будут открыты на 50 %. Концентрация CO2 в теплице – 450 ppm. Внешняя концентрация – 350 ppm. Теплица 4 м высотой (среднее число). Поглощение урожая – 6 г/м²/час.

Норма вентиляции – 0.09 x W x (R+L) = 0.09 x 5 x (50+0.5) = 22.7. Для получения замены воздуха в м² поверхности теплицы эта цифра должна быть умножена на среднюю высоту теплицы. Скорость вентиляции – 22.7 x 4 = 91 м/час. Различие в концентрации CO2 между теплицей и внешним воздухом – 100 ppm. Это ведет к потере CO2 вентиляции 91 x 100 x 0.0018 = 16.4 г/м²/час.

Общая сумма CO2, который должен дозироваться, чтобы поддержать концентрацию CO2 в теплице – 16.4 + 6 = 22.4 г/м²/час. Это требует положения горелки 125 м³/га/час.

Увеличение концентрации наиболее эффективно во время периода высокого излучения. Недостаток – то, что вентили являются обычно также открытыми, так что часть дозируемого CO2 убегает. Это поднимает вопрос того, насколько полезным является дозирование больших количеств CO2 летом. Это трудно оценивать, когда дозирование CO2 становится нерентабельным. Всегда полезно по крайней мере поддерживать внешнюю концентрацию воздуха (приблизительно 350 ppm), когда излучение превышает 100 W/м².

Глава 5 обеспечивает дальнейшие детали относительно затрат и доходности дозирования CO2. Полезный директива – то, что в солнечные дни со здоровым урожаем, по крайней мере 25 – 30 м³ газов должны быть дозированы на га в час между 10.00 и 15.00.