Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego AGROINŻYNIERIA GOSPODARCE Ekspertyza Najnowsze technologie i rozwiązania techniczne w produkcji ogrodniczej pod osłonami Prof. dr hab. inż. Kazimierz Rutkowski Instytut Inżynierii Rolniczej i Informatyki Uniwersytet Rolniczy im. H. Kołłątaja Kraków, 2011 Publikacja dostępna w serwisie: www.agengpol.pl
Spis treści 1. Wprowadzenie 3 2. Rys historyczny i kierunki rozwoju produkcji pod osłonami 3 3. Konstrukcja obiektów pod osłonami 4 3.1. Wymagania i rozwiązania techniczne 4 3.2. Materiały pokryciowe 9 3.2.1. Szkło 9 3.2.2. Tworzywa sztuczne 11 4. Klimatyzacja obiektów pod osłonami 11 4.1 Ogrzewanie obiektów 12 4.2. Zapewnienie wilgotności 14 5. Wyposażenie dodatkowe 16 5.1. Kurtyny 16 5.2. Zapewnienie czystości i sterylności produkcji 17 5.3. Doświetlanie roślin 18 6. Technologie uprawy 21 6.1.Uprawa w rynnach 21 6.2. Uprawa na parapetach 24 7. Nawożenie roślin 25 8. Transport wewnętrzny 27 9. Sortowanie i pakowanie owoców 31 10. Automatyzacja i robotyzacja procesów produkcyjnych 32 10.1. Robotyzacja procesu produkcyjnego 33 10.2. Sterowanie mikroklimatem 34 10.3. Zdalne sterowanie i wizualizacja procesu technologicznego w szklarni 37 11.Literatura 39
1.Wprowadzenie Produkcja ogrodnicza oraz jej ciągła poprawa efektywności to skutek oddziaływania najnowszych praktyk z dziedziny agrotechniki. Intensywność tej gałęzi produkcji to wynik coraz większego globalnego spożycia warzyw oraz dynamiczny rozwój postępu technicznego. Produkcja polowa wiąże się z sezonową nadwyżką świeżych warzyw na rynku, a co za tym idzie ich niską ceną w tym okresie. Mimo rozwoju przechowalnictwa świeże warzywa pochodzące z upraw pod osłonami nadal cieszą się ogromnym zainteresowaniem. Ze względu na początkowe koszty inwestycji, duże nakłady ponoszone na ogrzewanie, opłacalność produkcji może stanąć pod znakiem zapytania. Aby temu zapobiec należy poszukiwać nowych rozwiązań technicznych mających na celu obniżenie kosztów inwestycyjnych, energetycznych przy jednoczesnym zachowaniu odpowiedniego mikroklimatu niezbędnego do prawidłowego wzrostu i rozwoju roślin [Beck i in. 1990, Kurpaska 2008, Rutkowski 2005A, Rutkowski 2006 ]. W dobie wyczerpujących się złóż konwencjonalnych źródeł energii oraz ciągłego wzrostu cen nośników energetycznych, uzasadnionym wydaje się poszukiwanie nowych rozwiązań technicznych pozwalających na ograniczenie strat ciepła, wykorzystanie ciepła odpadowego oraz poprawę gospodarki energetycznej [Gaziński 2005, Latała 2005, Piechocki 2004, Rutkowski 2009 C]. Szeroka wiedza w zakresie nowych technologii oraz wymagań roślin w uprawach pod osłonami stawia przed producentem wysokie wymagania w zakresie konstrukcji i wyposażenia szklarni. Uzyskanie wysokiego i dobrej jakości plonu jest możliwe przy zapewnieniu optymalnych warunków uprawianym roślinom. Nowoczesne szklarnie winny sprostać tym wymaganiom, stąd też radykalnie zmienia się ich konstrukcja i wyposażenie. W celu zapewnienia dobrego dostępu światła rośnie wysokość obiektów szklarniowych z równoczesnym ograniczeniem strat ciepła. Dostawcy obiektów szklarniowych starają się sprostać wymaganiom producentów ogrodniczych niemniej jednak prowadząc badania zauważamy, że istnieją jeszcze znaczne rezerwy w zakresie poprawy mikroklimatu i ograniczenia strat ciepła [Bakker i in. 1995,Byszewski 1997, Grabarczyk 2008, Rutkowski 2006 C, Wysocka-Owczarek 2001]. Szczegółowe badania oraz analiza poszczególnych czynników mających wpływ na efekty produkcyjne oraz koszty produkcji dają podstawę do stwierdzenia, że istnieją jeszcze duże rezerwy w zakresie poprawy efektywności produkcji a w szczególności zmniejszenie najważniejszego czynnika którym jest ogrzewanie obiektów produkcyjnych. 2. Rys historyczny i kierunki rozwoju produkcji pod osłonami Intensywny rozwój produkcji pod osłonami występuje w latach siedemdziesiątych minionego stulecia. Powstają setki hektarów szklarni oraz tuneli foliowych w których często pomijany jest aspekt związany z kosztami ponoszonymi na ogrzewanie budowanych obiektów. Budowane szklarnie są niskie, nieszczelne, konstrukcja oraz wyposażenie ogranicza dostęp światła to tylko niektóre z wad tych obiektów. W takich szklarniach uzyskiwano plon w zakresie 8 12 kg/m 2. Gwałtowny wzrost cen nośników energetycznych, środków produkcji oraz robocizny wymusza na producentach szklarniowych poszukiwania rezerw pozwalających na podniesienie jakości i ilości plonu. Postęp hodowlany stwarza nowe możliwości ale równocześnie stawia ostre wymagania dotyczące warunków uprawy. Spełnienie tych warunków to zadanie dla postępu technicznego. Wzajemna współpraca tych kierunków rozwoju daje możliwości kilkukrotnego zwiększenia plonu przy równoczesnym zachowaniu wysokiej jakości.
W ostatnim dziesięcioleciu zauważa się wyraźne zmiany w konstrukcji i technologii upraw pod osłonami. Prawa wolnego rynku wywierają ogromny nacisk na zwiększenie wydajności i obniżenie kosztów produkcji. Wielu autorów podkreśla, że w naszej strefie klimatycznej dla uzyskania wysokiego i wczesnego plonu niezbędne jest użytkowanie takich obiektów, które zapewnią dostateczną ilość światła. Libik [1996], Sady i inni [1987] podają, że ograniczenie dostępu światła roślinom o 1% powoduje zmniejszenie wczesnego plonu o 1%. Należy podkreślić, że plon wczesny to jeden głównych czynników poprawiający efektywność produkcji. Wielu autorów podkreśla ten czynnik jako podstawowy, zapewniający rentowność produkcji a także, co jest niezmiernie ważne, pozyskanie klienta [Sady 1987, Rutkowski 2009B]. 3.Konstrukcje obiektów pod osłonami 3.1 Wymagania i rozwiązania techniczne Nowe obiekty szklarniowe to lekka, wysoka konstrukcja (fot. 1). Najczęściej, tam gdzie jest to ekonomicznie uzasadnione, aluminiowa. Równocześnie stosowane materiały konstrukcyjne cechują się minimalnym pochłanianiem promieni słonecznych. Fot.1 Widok ogólny nowoczesnej szklarni Stosowane technologie konstrukcyjne mają zapewnić dużą hermetyczność a stosowane materiały winny cechować się większym oporem cieplnym. Czynniki te pozwalają na łatwiejsze sterowanie klimatem wewnętrznym. Każdy nowo budowany obiekt musi być odporny na zmienne warunki klimatyczne (m.in. obciążenie, wiatr). Biorąc pod uwagę normy holenderskie, albowiem one stanowiły pierwowzór szklarni wielonawowych, dowiadujemy się, że konstrukcja winna zapewnić minimum 15-letnią żywotność [Bekker i in.1995]. Wymieniony wyżej autor podaje, że szklarnie winny posiadać: - odporność na obciążenie powodowane przez śnieg i wiatr min. 25kg/m 2, - minimalne obciążenie konstrukcji (związanej z uprawą roślin podwiązywanych w okresie wegetacji np. ogórki, pomidory) 15kg/m 2,
- dostosowanie konstrukcji do montażu urządzeń stanowiących dodatkowe wyposażenie szklarni, - powierzchnia oraz rozmieszczenie elementów konstrukcyjnych winny zapewniać uprawianym roślinom maksymalny dostęp światła, - materiał osłonowy szklarni winien zapewnić długotrwałą przepuszczalność światła oraz małe straty ciepła. Polskie normy są znacznie ostrzejsze i podają, że winny być spełnione następujące wymagania: - wytrzymałość na śnieg (dopuszczalne obciążenie 45 kg/m 2 ) i wiatr do prędkości 120 km/godz), - niskie koszty eksploatacji (elementy odporne na korozję), - duża szczelność (dopuszczalna wartość infiltracji 1 wymiana powietrza/godz.), - możliwość utrzymania wewnątrz optymalnych wartości temperatury i wilgotności (skuteczna wentylacja, sprawny system grzewczy), - duża kubatura obiektu ułatwiająca utrzymanie zalecanych wartości temperatury i wilgotności powietrza, - szerokie nawy, ułatwiające mechanizację oraz lepsze wykorzystanie powierzchni, - racjonalne zużycie energii elektrycznej i ciepła, - wyposażenie w nowoczesne systemy ogrzewania, wietrzenia, nawadniania; - wyposażenie w systemy ograniczające zużycie ciepła oraz zmniejszające bezpośrednie promieniowanie (kurtyny cieniujące, ekrany cieplne), - sprawny i terminowy serwis naprawczy [Kurpaska 2007]. Śledząc nowości w zakresie konstrukcji już do niektórych zaleceń można mieć pewne uwagi. Prowadzone są doświadczenia na szerszą skalę uprawy roślin w szklarniach nie posiadających wietrzenia górnego a wzrost temperatury w szklarni spowodowany efektem szklarniowym likwidowany jest przez umieszczenie cieniówek, włączenie wentylatorów mieszających powietrze, omywanie szklarni po stronie zewnętrznej wodą bądź też włączanie urządzeń chłodzących [http://owocewarzywakwiaty.pl.] Szklarnie takie posiadają tylko wietrzniki boczne zabezpieczone siatką ograniczającą zagrożenie szkodnikami i grzybami pochodzącymi z zewnątrz. Analizując strukturę nakładów na produkcję upraw pod osłonami zauważa się, że największy udział stanowi ciepło stąd istotnym czynnikiem w planowaniu obiektów szklarniowych są zagadnienia energetyczne. Wszystkie działy gospodarki, ze względów ekonomicznych i ekologicznych, zmuszane są do wprowadzania energooszczędnej gospodarki. Dotyczy to przemysłu, ale także rolnictwa, któremu bliżej jest do sięgania po źródła energii niekonwencjonalnej, [Bredenbeck 1989, Dabbene 2003, Henten 1994, Kurpaska i in. 2004, Kowalczuk i in. 2000, Rutkowski 2010 A]. Jednak ze względu na wysokie koszty inwestycyjne przy budowie urządzeń pozwalających na korzystanie ze źródeł odnawialnych w chwili obecnej należy szukać oszczędności poprzez stosowanie nowych technologii oraz poprawę jakości wykorzystywania tradycyjnych nośników energetycznych [Grabarczyk 2008, Rutkowski 2008 A, Wrzesiński 2005]. Powyższe stwierdzenie nie oznacza jednak rezygnacji z zaleceń w zakresie wykorzystania odnawialnych źródeł energii w produkcji pod osłonami. Szeroki zakres badań realizowany jest przez wiele placówek badawczych zagranicznych oraz krajowych (Instytut Ogrodnictwa Skierniewice, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, fot. 1).
Fot.1. Stanowiska do badań z zakresu wykorzystania odnawialnych źródeł energii w produkcji ogrodniczej (laboratoria U.R. Kraków) W produkcji szklarniowej zaleca się: 1. Stosowanie konstrukcji wielonawowych cechujących się lepszymi warunkami: uprawy, logistyki, komfortu środowiskowego dla pracowników, oraz niższym jednostkowym zapotrzebowaniem ciepła. 2. Zamianą paliwa z węgla na gaz. Uzasadnieniem tej zmiany jest fakt, że stwarza to możliwości łatwiejszego sterowania procesem spalania oraz pozwala na tanie pozyskanie dwutlenku węgla bardzo istotnego w uprawach pod osłonami. 3. Zastosowanie nowoczesnych systemów sterowania procesem ogrzewania oraz mikroklimatem. Predykcyjne systemy sterowania pozwalają z wyprzedzeniem sterować klimatem wewnętrznym przez co warunki w których uprawiane są rośliny podlegają mniejszym wahaniom, a ponadto ma to korzystny wpływ na zużycie ciepła. 4. Wprowadzanie do upraw wzbogacanej atmosfery w CO 2. 5. Intensyfikację procesu fotosyntezy przez wykorzystanie sztucznego doświetlania uwzględniającego nowe energooszczędne źródła światła. (szczególnie w okresach zimowych), 6. Stosowanie nowych technologii uprawy opartej przede wszystkim na stosowaniu podłoży inertnych. Pozwala to na utrzymaniu optymalnych warunków środowiskowych oraz ułatwia sterowanie czynnikami plonotwórczymi. Stąd w uprawach pojawiają się oprócz wełny mineralnej, wiórka kokosowe, trociny oraz inne materiały, które zajmują mniejszą objętość podczas transportu oraz są łatwiejsze w utylizacji (fot.2).
Fot.2 Mata z wiórek kokosowych przygotowana do uprawy 7. Stosowanie nowoczesnych systemów automatycznego nawadniania o zmiennej wielkości kropel podawanych zarówno rozbudowanymi systemami tradycyjnymi jak też podawanych w strudze mieszającego powietrza. Procesy te winny być sterowane mikroprocesorem, którego programy są ciągle doskonalone. Ochrona środowiska wymusza a obecny poziom techniki stwarza możliwości na stosowanie systemów zamkniętego obiegu pożywki. 8. Wprowadzanie nowych odmian roślin o specyficznych wymaganiach, które można zaspokoić tylko w kontrolowanych warunkach szklarniowych. Odmiany te ponadto cechuje m.in.: odporność na choroby, przedłużenie okresu uprawy oraz lepsza jakość co prowadzi do poprawy efektywności ekonomicznej prowadzonej działalności gospodarczej. 9. Wykorzystanie ciepła odpadowego odprowadzanego ze szklarni do podgrzewania wody technologicznej, podgrzewania podłoża oraz magazynowania. 10. Równomierne obciążanie źródeł ciepła poprzez budowę zbiorników buforowych zarówno ciepłej jak też zimnej wody. Stwarza to możliwości realizacji nowych technologii uprawy polegającej na stosowanie zmiennych warunków termicznych w ciągu dnia i nocy (fot. 3)
Fot. 3 Zbiornik buforowy ciepła Rozwiązania takie przynoszą znaczne oszczędności energetyczne oraz pozwalają na osiąganie wysokich plonów, do 100kg/m 2. 11. Wprowadzenie skojarzonej gospodarki energetycznej w obiekcie produkcyjnym połączonej z uzyskiwaniem CO 2. Ze względu na konstrukcje wyróżniamy dwa rodzaje szklarni: szklarnie wolnostojące oraz szklarnie wielonawowe zwane inaczej szklarniami zblokowanymi. Szklarnie wolnostojące mają tą zaletę, że można je wyłączyć z eksploatacji na okres zimy albowiem pochylenie połaci dachowej zapewnia zsuwanie się śniegu a tym samym nie zagraża przeciążeniem konstrukcji dachu. Równocześnie należy podkreślić, że masa konstrukcji tych szklarni w przeliczeniu na jednostkę powierzchni uprawy jest większa a tym samym koszt budowy 1m 2 powierzchni uprawy jest znacznie wyższy. Szklarnie zblokowane posiadają lżejszą konstrukcję opartą na profilach zamkniętych oraz kratownicach (fot. 4) stąd cena 1m 2 szklarni z podstawowym wyposażeniem wynosi 30-50 Euro/1m 2 [ Rutkowski 2010A ]. Fot. 4. Konstrukcja nośna nowoczesnej szklarni z rozciągniętymi cieniówkami Konstrukcja nośna nowo budowanych szklarni to najczęściej profile stalowe (rzadziej aluminiowe) zabezpieczone antykorozyjnie. Górna część szklarni, których wysokość (mierzona na wysokości okapu) sięga ponad 4,5m stanowi kratownica podpierająca dach. Konstrukcję dachu stanowią najczęściej profile aluminiowe zamknięte kryte po stronie zewnętrznej listwą z blachy aluminiowej bądź tworzywa sztucznego ograniczającego negatywne oddziaływanie promieniowania UV na elementy uszczelniające. W celu ograniczenia strat ciepła nowością jest konstrukcja rynien, przez które na skutek intensywnej wymiany ciepła jest tracona znaczna ilość ciepła. W nowym rozwiązaniu dno rynny stanowi profil zamknięty, przez co wymiana ciepła między ośrodkami jest ograniczona. Najczęściej stosowane szerokości nawy to 8 i 12m. W zależności od przeznaczenia szklarni ich wysokość jest różna ale najczęściej w nowo budowanych obiektach parametr ten przekracza 4,5m. Rozmiary słupów (przekrój słupa i grubość ścianki słupa) i kratownic (przekrój i grubość belki kratownicy, średnica prętów) zależą od wysokości, długości, szerokości szklarni oraz od parametrów zadanych przez klienta np. konstrukcja obciążona dodatkowo rynnami uprawowymi itp. Konstrukcja szklarni najczęściej oparta jest na stopach betonowych między którymi umieszcza się izolowane termiczne prefabrykowane płyty betonowe (fot.5). Rozwiązanie takie znacznie obniża koszty inwestycyjne oraz przyśpiesza termin realizacji inwestycji.
3.2.Materiały pokryciowe 3.2.1 Szkło Fot. 5. Rozwiązanie konstrukcyjne fundamentów szklarni Istotnym czynnikiem decydującym o przydatności materiału pokryciowego obiektu w którym prowadzona jest produkcja roślinna jest jego przepuszczalność światła (promieniowania podczerwonego IR powyżej 3000nm i nadfioletowego UV do 400nm). Istotne są także cechy konstrukcyjne tj. wytrzymałość na obciążenia, odporność na uderzenia, starzenie się, zabrudzenie, działanie środków chemicznych. Ze względów energetycznych oraz produkcyjnych równie ważna jest przewodność ciepła jak też zachowanie się kondensatu pary wodnej na powierzchni. Najczęściej używanym materiałem pokryciowym szklarni jest szkło ogrodnicze ciągnione oraz szkło ogrodnicze surowe. Znacznie rzadziej stosuje się szkło specjalne cechujące się małą przepuszczalnością dla promieni o długości powyżej 2200nm. Szkło takie uzyskuje się poprzez pokrycie powierzchni jedną lub dwoma warstwami tlenku cynku. Jak podaje Zwart [1996] oraz Zabeltitz [1996] osłona wykonana z takiego szkła pozwala na zaoszczędzenie od 9 do 30% ciepła. Należy pamiętać że krycie takim szkłem szklarni może być realizowane przy uprawie roślin o mniejszych wymaganiach światła albowiem posiada ono średnio o 9% mniejszą przepuszczalność. Osiągalne jest także na naszym rynku szkło o zwiększonej przepuszczalności światła w stosunku do standardowego średnio o około 10%. Efekt taki uzyskiwany jest przez pokrycie powierzchni szkła warstwami tlenku tytanu. W obu przypadkach sięgając po szkło specjalne należy się liczyć ze znacznie większymi wydatkami inwestycyjnymi (średnio o 35 do 60%). Ze względów bezpieczeństwa szkło używane do krycia dachu winno być hartowane. Dach szklarni ze względu na
zapewnienie odpowiedniego dostępu światła najczęściej kryty jest szkłem pojedynczym, stąd czasami warto się zastanowić czy nie sięgnąć po materiał cechujący się mniejszymi stratami ciepła. Nowością w zakresie szkła używanego do krycia szklarni jest wielowarstwowe szkło antyrefleksyjne, które, według danych firmy, odbija tylko 1,5% światła padającego na taflę szkła i 1,5% światła opuszczającego warstwę szkła (rys1.). W efekcie przepuszcza ono o około 6% więcej światła niż najczęściej używane do pokrywania konstrukcji standardowe szkło ciągnione, Tradycyjne szkło ogrodnicze odbija około 4,5% światła, dlatego do szklarni przenika nie więcej niż 90% promieniowania świetlnego. Właściwości antyrefleksyjne szkła uzyskano dzięki traktowaniu go różnymi substancjami chemicznymi, między innymi czyszczącymi, zabezpieczającymi przed tłuszczem i trawiącymi. Wierzchnia warstwa szkła o grubości 10 Nm nabiera mikroskopijnej szorstkości, dzięki czemu światło lepiej przenika przez taką taflę. Jest to innowacyjne rozwiązanie, chronione patentem (takie szkło wykorzystuje się również do produkcji kolektorów słonecznych). Jest ono dwukrotnie droższe od standardowego kosztuje 7 8 Euro/m 2. Rys.1. Porównanie przepuszczalności stosowanych materiałów pokryciowych szklarni Ściany boczne w szklarniach zblokowanych, które mają mniejszy wpływ na dostęp światła dla uprawianych roślin mogą i powinny być kryte szkłem zespolonym klejonym bądź zgrzewanym. Rozwiązanie takie pozwala na znaczne ograniczenie strat ciepła. Według opinii użytkowników oraz prowadzonych najnowszych badań najlepszym rozwiązaniem ograniczenia strat ciepła przez ściany boczne jest stosowanie do krycia ścian bocznych szkła pojedynczego i stosowanie podwójnych kurtyn (cieniującej i termicznej). Uzyskana szczelność między szkłem a ekranami (zapewnia to nowe rozwiązanie konstrukcyjne) gwarantuje ograniczenie strat ciepła a możliwości wyboru wersji osłony pozwalają na sterowanie dostępem światła oraz umożliwiają poprzez dobry dostęp uzyskanie dużej czystości osłony bocznej. 3.2.2. Tworzywa sztuczne Znaczną powierzchnię obiektów służących do uprawy roślin stanowią tunele foliowe. Jako materiał służący do ich pokrycia stosuje się folie ogrodnicze lub płyty z tworzyw sztucznych. Powyższe stwierdzenie nie oznacza, że materiały te nie mogą być stosowane do krycia konstrukcji szklarniowych. Materiały z tworzyw sztucznych cechują się mniejszą trwałością a przede wszystkim gwałtownym spadkiem przepuszczalności światła wraz z przedłużającym się okresem użytkowania. Wadę tą producenci starają się eliminować i z roku na rok zauważa się w tym kierunku znaczne postępy. Na rynku można znaleźć różnorodne materiały pokryciowe produkowane na bazie polietylenu (PE), polichlorku winylu (PVC), polifluorku winylu (Tedler), kopolimeruetylenu i octanu winylu (EVA). Najczęściej stosowanym materiałem są folie PE o grubości 0,1 do 0,2mm. W celu poprawy trwałości folii, zmniejszenia jej kruchości spowodowanej oddziaływaniem promieni słonecznych dostarczane są na rynek folie stabilizowane których trwałość wynosi 3 i więcej lat. Jak już wspomniano w ogólnych wymaganiach dotyczących obiektów pod osłonami istotną cechą materiału
pokryciowego jest aby skropliny pary wodnej powstającej na powierzchni osłony nie spływały w postaci kropel na rośliny. Często czynnik ten powoduje obniżenie jakości produktu. Aby temu zapobiec stosuje się krycie folią kondensującą, na której skropliny pary w postaci filmu wodnego spływają po powierzchni. W celu poprawy właściwości izolacyjnych folii można stosować folię z absorberem promieniowania cieplnego, który ogranicza wypromieniowanie ciepła w zakresie podczerwieni. W uprawie roślin o zmniejszonych wymaganiach świetlnych oraz w warunkach występujących zagrożeń gradu jak też w strefie występowania silnych wiatrów prze wieloletniej eksploatacji pokrycia zaleca się folię z siatką z włókna szklanego. Rzadziej używane, niemniej dostępne są folie chromatyczne, które ograniczają dostęp światła w miarę wzrostu natężenia promieniowania słonecznego. Folie dyfuzyjne posiadają właściwości rozpraszania promieniowania słonecznego. Występują folie z naniesioną warstwą antywirusową bądź też antystatyczną. W szczególności zaleca się je do krycia pomieszczeń gdzie prowadzi się szczepienie i namnażanie roślin. Materiałem, który ma gorsze właściwości przenikania światła ale lepsze właściwości izolacyjne są wielowarstwowe płyty z tworzyw sztucznych. Najczęściej spotykane są płyty z poliwęglanu (PC), polichlorku winylu(pvc) orz polimetakrylanu (PMMA). Wraz ze wzrostem ilości warstw pogarsza się przepuszczalność światła (10 do 20%) ale ulegają poprawie właściwości izolacyjne, które przykładowo dla płyty PC są 2 aż 3 krotnie mniejsze (płyta 2 i 3 warstwowa). Z tego względu płyty ta zalecane są do krycia ścian bocznych oraz wypełnienia miejsc narażonych na częste uderzenia (drzwi, ściany działowe z pomieszczeniami w których utrzymywana jest niższa temperatura). W celu poprawy przepuszczalności promieniowania świetlnego płyt wielowarstwowych wprowadzane są na rynek jako nowość płyty harmonijkowe, które nawet do kilku procent poprawiają ten parametr. Przy stosowaniu płyt wielowarstwowych należy pamiętać, że materiały z których wykonane są płyty przepuszczają parę wodną przez co kanaliki znajdujące się w dolnej części płyty winny być otwarte aby mógł odpływać kondensat. Ponadto używane do krycia obiektów płyty cechują się dużą rozszerzalnością cieplną, stąd należy parametr ten uwzględnić przy montażu. 4. Klimatyzacja obiektów pod osłonami 4.1. Ogrzewanie obiektów szklarniowych Należy pamiętać, że Polska leży w strefie klimatycznej o niezbyt sprzyjających warunkach do prowadzenia produkcji szklarniowej ale bogate tradycje i doświadczenie producentów warzyw pozwala na rozwój tej gałęzi produkcji. Niskie temperatury występujące w okresie jesiennym, zimowym i wiosennym wymuszają ogrzewanie. Ze względu na niską bezwładność cieplną szklarni oraz zmiany czynników zewnętrznych, takich jak: temperatura, wilgotność, nasłonecznienie i wiatr, wewnątrz obiektów zachodzą szybkie zmiany mikroklimatu. Możliwość prowadzenia produkcji w okresach o niesprzyjających warunkach atmosferycznych, warunkuje zastosowanie systemów grzewczych szybko reagujących na zachodzące zmiany. Ciepło, które w niektórych przypadkach stanowi nawet 60% wszystkich nakładów [Rutkowski 2006 C] znacząco wpływa na koszty produkcji. Ograniczenie nakładów wiąże się z koniecznością doskonalenia obiektów także pod względem zmniejszenia zużycia ciepła. Projektując systemy grzewcze oraz ich sterowanie należy mieć na względzie spełnienie wymagań w zakresie odpowiedniego mikroklimatu oraz zminimalizowanie strat spowodowanych nadmiernym ruchem powietrza oraz promieniowaniem ciepła pochodzącym od elementów grzewczych. Odwiedzając liczne obiekty produkcji pod osłonami zauważa się,
że często pomijany jest aspekt oszczędności energii. W szczególności przejawia się to stosowaniem nieodpowiednich lakierów grzejnikowych oraz jednopozycyjnym starowaniem obwodów grzewczych. Wiele cennych uwag dotyczących ogrzewania szklarni można znaleźć w literaturze [Adamicki i in. 2005, Kurpaska 2007, Rutkowski 2009C]. Do najważniejszych czynników wpływających na wielkość strat ciepła należą: - ilość przegród zewnętrznych oraz zastosowany materiał pokryciowy, - szczelność szklarni, - różnica temperatur zewnętrznej i wewnętrznej, - wysokość obiektu, - sposób osłonięcia szklarni od silnych wiatrów, - położenie przegród szklarni w stosunku do stron świata ze względu na czynniki klimatyczne (nasłonecznienie, prędkość i kierunek wiatru), - wilgotność względna powietrza, - sposób ogrzewania stały lub zmienno temperaturowy, -rozmieszczenie elementów grzejnych. Dobór odpowiedniego systemu grzewczego i jego prawidłowe działanie uzależnione jest od zapotrzebowania ciepła przez uprawiane rośliny. Dobiera się je i oblicza na podstawie fizycznych cech materiałów zastosowanych do budowy i wyposażenia obiektu. Najczęściej stosowanymi systemami grzewczymi w obiektach pod osłonami są układy wodne rurowe. W celu uzyskania odpowiedniego mikroklimatu w strefie wegetacji roślin rury grzewcze najczęściej umieszczone są; - na ścianach bocznych szklarni, - w górnej części szklarni (nad roślinami) tzw. ogrzewanie górne, - w dolnej części szklarni tzw. ogrzewanie dolne - wegetatywne nad podłożem, lub w podłożu, - wegetatywne ruchome między rzędami roślin. Boczny system ogrzewania tworzą rury grzejne ułożone wzdłuż bocznych i szczytowych ścian szklarni. Dzięki temu zapobiega się przedostawaniu się do obszaru wegetacyjnego zimnego powietrza spływającego wzdłuż dachu i ścian bocznych szklarni ku dołowi. W tym obwodzie grzewczym w zależności od warunków zewnętrznych stosuje się wyższe temperatury grzewcze tym samym znaczna ilość energii przekazywana jest drogą promieniowania. Aby uniknąć strat ciepła w kierunku ścian bocznych należy w dolnej część szklarni za grzejnikami umieścić ekrany zagrzejnikowe oraz zewnętrzną pobocznicę rur grzewczych pokryć brązem aluminiowym. Tym sposobem ograniczymy wielkość strat ciepła przekazywaną przez promieniowanie w kierunku zewnętrznym. W systemie górnego ogrzewania rurowego rury umieszczone są nad roślinami. Promieniowanie cieplne skierowane jest wówczas ku dołowi oraz ku górze, co jest efektem niekorzystnym gdyż ogrzewana jest górna część szklarni. Aby ograniczyć straty ciepła przekazywanego drogą promieniowania w kierunku dachu postępujemy podobnie jak w przypadku malowania elementów ogrzewania bocznego [Rutkowski i in. 2008 D]. Ogrzewanie górne powoduje ograniczenie dostępu światła co jest bardzo niekorzystne w okresie zimowym, ale z drugiej strony, przy tym systemie występuje korzystniejszy rozkład temperatur w strefie wegetacji roślin [Rutkowski 2009C]. W przypadku rurowego ogrzewania dolnego rury grzejne umieszczane są dokładnie w strefie wzrostu roślin wzdłuż zagonów lub traktów komunikacyjnych, przy czym jeżeli ułożone są one bezpośrednio między roślinami lub na stołach pomiędzy doniczkami, to wtedy mamy do czynienia z ogrzewaniem dolnym wegetacyjnym. W wielu nowych obiektach stosuje się ogrzewanie wegetacyjne, gdzie elementy grzewcze umieszczone są w gruncie. Ich zagłębienie, temperatura, oraz średnica ma decydujący wpływ na mikroklimat glebowy. O tym jak ważny jest to problem świadczą liczne
doniesienia naukowe [Kurpaska 1995]. Ogrzewanie szklarni poprzez elementy grzejne umieszczone w glebie ma wiele zalet zarówno z punktu oszczędności ciepła jak też gospodarki powietrzno-wodnej występującej w podłożu uprawianych roślin. Zastawanie ogrzewania gruntowego w szklarni wymaga kompleksowego rozwiązania w zakresie gospodarki wilgotnościowo cieplnej, a przede wszystkim niezawodnej automatyki. Stosując ten system z zachowaniem podstawowych zasad konstrukcyjno eksploatacyjnych możemy spodziewać się znacznych oszczędności ciepła jak też poprawy mikroklimatu, który przyczyni się do zwiększenia ilości i jakości plonu. Obecnie w celu uzyskania jak najlepszego rozkładu temperatury wewnątrz szklarni stosuje się wieloobwodowe systemy grzewcze [Rutkowski 2009C]. Zainstalowanie w obiekcie wieloobwodowych systemów grzewczych posiada niewątpliwe zalety polegające na lepszej regulacji temperatury wewnątrz obiektu, wymuszenie ruchów konwekcyjnych powietrza, zapewnieniu równomiernego rozkładu temperatur wokół roślin (temperatura wokół roślin winna być wyższa niż pod dachem). Wieloobwodowy system grzewczy z niezależnym sterowaniem oraz zróżnicowaną bezwładnością cieplną systemu umożliwia utrzymanie w miarę stabilnych warunków mikroklimatu wewnętrznego przy szybkich zmianach mikroklimatu zewnętrznego [Rutkowski 2009C]. Przedstawione powyżej systemy grzewcze i ich krótka ocena dotyczyła przede wszystkim rozkładu temperatur w strefie wegetacji roślin i możliwości prowadzenia energooszczędnej gospodarki szklarniowej. Pozostaje jeszcze jeden czynnik, który w ostatnim okresie nabiera coraz ważniejszego znaczenia - jest nim ruch powietrza w strefie wegetacji roślin. Śledząc oddziaływanie systemów grzewczych na ruch powietrza w szklarni, zauważa się, że występują w poszczególnych strefach szklarni dość znaczne różnice [Wojciech 2010]. Jest to szczególnie ważne w tych obiektach gdzie stosuje się dokarmianie roślin CO 2. Nadmierny i nierówny ruch powietrza powoduje zwiększone zużycie CO 2, oraz nie zapewnia jednakowego dostępu uprawianym roślinom do dostarczanego składnika nawozowego, równocześnie jest przyczyną zróżnicowanej wilgotności powodujących ogniska chorobowe. Stąd też w ogólnej ocenie dodatkowego wyposażenia szklarni taka analiza winna mieć miejsce o czym wspomina wielu autorów [Krzesiński 2002, Rutkowski i inni 2008 C Wysocka-Owczarek 2001]. Reasumując - stosując wymienione powyżej systemy grzewcze należy pamiętać, że ich wydajność, temperatura i bezwładność winny uwzględniać następujące warunki: - ściany boczne muszą być wystarczająco osłonięte, - zasadniczą cześć zapotrzebowania ciepła winien pokrywać system ogrzewania umieszczony poniżej i w strefie wegetacji roślin, zapewnia to wyrównany rozkład temperatur i wilgotności w szczególności w okresach dużych różnic temperatur, - pozostałą część maksymalnego zapotrzebowania ciepła winien pokrywać system ogrzewania górnego, który równocześnie stanowi osłonę przed napływem strumieni zimnego powietrza od góry. 4.2. Zapewnienie wilgotności Drugim istotnym czynnikiem prawidłowego rozwoju roślin w szklarniach jest zachowanie odpowiedniej wilgotności. Na wilgotność powietrza i kondensację na liściach spowodowaną przekroczeniem temperatury punktu rosy mają wpływ następujące czynniki: -temperatura wewnętrznej powierzchni dachu, która zależy od rodzaju materiału pokryciowego, rodzaju systemu ogrzewania, mikroklimatu zewnętrznego (temperatura zewnętrzna, prędkość wiatru, zachmurzenie), - intensywność wymiany powietrza przez nieszczelność konstrukcji, - szczelność konstrukcji, właściwości zastosowanych ekranów termoizolacyjnych,
- różnica temperatury zewnętrznej i wewnętrznej, wilgotność na zewnątrz szklarni oraz temperatura roślin, - wielkości oscylacji układu automatycznej regulacji temperatury wewnętrznej, - rodzaj uprawy i intensywność nawadniania. Wpływ zewnętrznych czynników atmosferycznych na wilgotność występującą wewnątrz szklarni jest mniejszy w szklarniach z wielowarstwową warstwą osłonową, stąd wydaje się także z tego względu uzasadnione stosowanie kurtyn termoizolacyjnych oraz wymuszony ruch powietrza w górnej strefie szklarni (fot. 6). Fot. 6. Wentylatory wymuszające ruch powietrza w górnej strefie szklarni Kondensacja pary wodnej na wewnętrznej powierzchni dachu zachodzi w warunkach określonych stosunkiem temperatur powietrza i osłony przy różnych poziomach wilgotności względnej powietrza. Stopień kondensacji nie określa jednoznacznie warunków wilgotnościowych występujących w szklarni. Należy jednak przyjąć, że kondensacja zawsze powoduje zmniejszenie wilgotności. Rodzaj systemu ogrzewania oraz układ regulacji uwzględniający zróżnicowanie temperatur tym samym formę przekazywania ciepła (konwekcja, promieniowanie) wpływa głównie na intensywność wymiany powietrza w strefie wegetacji roślin, oraz stosunek temperatury roślin do temperatury powietrza. Reasumując aby uniknąć kondensacji pary na liściach i zmniejszyć wilgotność w szklarni. Aby zrealizować powyższe zalecenia należy uwzględnić następujące zasady:
pokrycie dachu szklarni szkłem pojedynczym, powodujące to, że obniżenie wilgotności następuje w wyniku kondensacji na powierzchni osłony oraz na skutek zwiększonej w tym przypadku wymiany powietrza przez nieszczelności, jednoczesne ogrzewanie i wentylowanie szklarni, co jest jednak dosyć energochłonne ale w określonych warunkach uzasadnione, zmniejszenie wilgotności w strefie wegetacji roślin przez zastosowanie odpowiednich systemów ogrzewania, takich jak np. ogrzewanie wegetacyjne, ogrzewanie powietrzne przy użyciu rękawów foliowych umieszczonych w strefie roślin lub ogrzewanie podstołowe przy zastosowaniu ażurowych powierzchni stołów (konstrukcja rurowa i stoły kratowo-rusztowe), mieszanie powietrza w strefie roślin np. za pomocą właściwie rozmieszczonego systemu ogrzewania, stosowanie metod nawadniania zapewniających oszczędne zużycie wody a jednocześnie ograniczający jej parowanie z gleby substratu i stołów. Powierzchnie parowania muszą być ograniczone do minimum, dobra regulacja ogrzewania utrzymująca temperaturę na właściwym poziomie zależnie od warunków zewnętrznych czy też podczas otwierania ekranów termoizolacyjnych, przestrzeganie wymogów związanych z podlewaniem roślin, stosowanie regulowanej wentylacji wymuszonej (zapewniającej przy użyciu wymienników ciepła) wymianę ciepła między powietrzem nawiewnym i wywiewnym, jednocześnie powinna ona zapobiegać zmniejszeniu koncentracji CO 2 w szklarni poniżej wartości występującej na zewnątrz, stosowanie urządzeń zmniejszających wilgotność powietrza np. specjalnie do tego celu wykorzystywanie pomp cieplnych. Zastosowanie ostatniego z wymienionych środków budzi pewne wątpliwości w zakresie ponoszonych kosztów. Nie mniej jednak coraz częściej wymienione pompy ciepła znajdują zastosowanie w produkcji pod osłonami do ogrzewania i chłodzenia i mogą być równocześnie wykorzystywane do wyżej wymienionych celów. 5. Wyposażenie dodatkowe 5.1. Kurtyny Śledząc bilans zużycia ciepła w obiektach pod osłonami zauważa się, że około 75% przypada na godziny nocne. Jest to okres w którym można sobie pozwolić na dodatkowe osłonięcie ścian albowiem nie ma możliwości korzystania z oświetlenia dziennego. Praktycznie wszystkie nowe obiekty dostosowane są do rozwieszania cieniówek oraz kurtyn termoizolacyjnych. Zalecenia potwierdzone badaniami naukowymi sugerują wyposażać szklarnie zarówno w cieniówki jak też kurtyny termoizolacyjne (fot.7).
Fot. 7. Kurtyny w nowoczesnych obiektach szklarniowych (z firmy Ludvig Svensson) Tkaniny przeznaczone na osłony termoizolacyjne winny spełniać następujące wymagania: - mieć małą przepuszczalność długofalowego promieniowania cieplnego IR, - mieć małą zdolność wypromieniowania (mały współczynnik emisji) i dużą zdolność odbijania (duży współczynnik odbicia) długofalowego promieniowania cieplnego o długości fali przekraczającej 300 nm, - powinny być przepuszczalne dla pary wodnej i powietrza przy dużych szybkościach parowania z powierzchni uprawy i gruntu, przy małych szybkościach parowania natomiast powinien być nieprzepuszczalny. Ekrany termoizolacyjne winny szczelnie przylegać do ścian szczytowych, ścian bocznych i fundamentów, tym sposobem zostanie wyeliminowany napływ zimnego powietrza. Konstrukcja mocująca kurtyny jak też sama kurtyna po złożeniu powinna w minimalnym stopniu ograniczać dostęp światła do strefy uprawy roślin. Ekrany termoizolacyjne wykonuje się z materiałów odpornych na działanie UV oraz wilgoć. Fotografia 8. pokazuje jedną z lepszych tkanin zamontowaną w doskonale prosperującym gospodarstwie ogrodniczym. 5.2. Zapewnienie czystości i sterylności produkcji W ogólnych założeniach konstrukcyjnych zwrócono uwagę na spełnienie wymagań mikrobiologicznych w procesie produkcyjnym. Nowoczesny zakład winien spełniać wymagania dotyczące produkcji artykułów żywnościowych jak też ochrony mikrobiologicznej uprawianych roślin. Wymagania są większe w obiektach gdzie prowadzona jest produkcja rozsady a w szczególności tam gdzie prowadzone jest szczepienie roślin. Obserwując proces produkcji rozsady zachowanie warunków sterylnych niewiele odbiega od warunków stosowanych w medycynie. Różnica tkwi w skali odpowiedzialności. W pierwszym przypadku odpowiadamy za tysiące czy miliony zdolnych do przetrwania roślin w drugim zaś za stan zdrowia a w konsekwencji życie ludzkie. Osoby wchodzące do szklarni zobowiązane są do nakładania ochraniaczy na obuwie oraz założenie fartuchów ochronnych. Przed wejściem na halę produkcyjną konieczna jest dezynfekcja rąk. Pracownicy zatrudnieni w działach produkcyjnych z obligowani są do codziennej wymiany obuwia i odzieży ochronnej. W celu zapewnienia wymienionych powyżej zaleceń w obiektach szklarniowych stosowane są specjalne korytarze (stacje dezynfekcyjne) (fot.8) przez które musi przejść
pracownik. System automatycznego śledzenia uniemożliwia pominięcie wszystkich czynności związanych z zachowaniem zasad sterylności. W zachowaniu procesu sterylności pomocne są roboty, których w produkcji pod osłonami jest coraz więcej (fot. 9 i 10). Fot. 8. Stacja dezynfekcji przed wejściem na szklarnię Fot.9. Suwnica z automatycznym sterowaniem procesem dezynfekcji parapetów
5.3. Doświetlanie roślin Fot. 10. Linia szczepienia sadzonek pomidora Nowe technologie uprawy roślin w szklarniach prowadzone są najczęściej w jednym cyklu. W szklarni w tak długim okresie występują dosyć zróżnicowane warunki świetlne. Dlatego w pierwszej kolejności winno się zapewnić roślinom dostateczną ilość światła. Utrzymanie czystości materiału pokryciowego wydaje się najmniej kosztowne i od tego winno się zacząć. W nowoczesnych szklarniach problem ten jest rozwiązywany w ten sposób, że powierzchnia zewnętrzna osłony szklarni myta jest w sposób ciągły jeśli tylko pozwalają na to warunki zewnętrzne tzn. wietrzniki są zamknięte. Do tego służy agregat myjący poruszający się po powierzchni dachu (fot.11). Urządzenie to sterowane jest przy pomocy komputera i nie wymaga ciągłego dozoru. Zespół myjący dokonuje mycia szkła jak też rynien.
Fot. 11. Myjka służąca do samoczynnego mycia powierzchni zewnętrznej osłony szklarni. W okresie przerwy technologicznej każdorazowo winno być przeprowadzone mycie powierzchni wewnętrznej osłony szklarni. Do tego celu służy agregat składający się z zespołu wytwarzającego wysokie ciśnienie, który przetacza się wzdłuż łącznika szklarni oraz mobilnej jednostki przemieszczającej się samoczynnie wzdłuż naw (fot. 12). Jednostka myjąca posiada zbiorniki na środki myjące a sam komputer nastawia proporcje mieszania z wodą i szybkość przesuwu. W górnej części jednostki myjącej znajduje się ruchoma głowica, która swym zasięgiem obejmuje zadaną szerokość powierzchni dachu.
Fot. 12. Jednostka myjąca wewnętrzną powierzchnię osłony szklarni samoczynnie przemieszczająca się wzdłuż nawy. Prawidłowy rozwój roślin pozwala na uzyskanie wczesnego plonu co w warunkach zimowych nie jest rzeczą łatwą. Dlatego często sięga się po oświetlenie sztuczne. Udział oświetlenia sztucznego w okresie produkcyjnym ma charakter rosnący albowiem w dużej mierze zależą od tego efekty produkcyjne. Można przypuszczać, że wykorzystanie sztucznego światła zwiększy się kiedy osiągnięty zostanie pułap, gdzie nowa generacja lamp będzie zużywała małe ilości energii. Stwierdzenie powyższe jest już w części realizowane w wiodących zakładach ogrodniczych w Polsce oraz poza granicami. Optimum natężenia światła zależy nie tylko od gatunku uprawianych roślin, ale również od temperatury otoczenia oraz stężenia dwutlenku węgla w otaczającej atmosferze. Spotykamy się z dwoma pojęciami w cyklu wykorzystywania światła sztucznego. Uzupełnienie światła dziennego sztucznym nazywamy doświetlaniem, zaś całkowite dostarczenie światła, bez dostępu światła naturalnego nazywamy naświetlaniem. W celu uzyskania wysokiej jakości uzyskiwanych ze szklarni produktów oraz prawidłowego rozwoju roślin (przy produkcji rozsady) często sięgamy po sztuczne źródła światła. Uzyskiwany w tych warunkach owoc posiada więcej cukrów oraz znacznie mniejsze ilości związków azotowych oraz kwasów. W niekorzystnych warunkach świetlnych w celu przyśpieszenia terminu zbioru oraz poprawy jakości sięga się po sztuczne źródło światła które powoduje zwiększenie asymilacji dwutlenku węgla oraz przedłużenie dnia. Sięgając do wyników badań zaobserwowano, że doświetlanie na poziomie 10 klx pozwoliło osiągnąć plon w wysokości 90 kg/m2. Jeżeli wiemy, ze roślina pomidora dla wytworzenia 1kg owocu potrzebuje około 22MJ światła zakresie PAR można obliczyć w oparciu o prowadzony monitoring warunków zewnętrznych ile godzin winno wynosić doświetlanie. Najczęściej w okresie wiosennym jest to 9 do 14 godzin na dobę. Śledząc rozwój w zakresie produkcji lamp, zauważa się, że wszystko zmierza w dobrym kierunku.
Prowadzone są badania a ich efekty pojawiają się na rynku w postaci lamp charakteryzujących się mniejszym zużyciem energii oraz mniejszą ilością wydzielanego ciepła. Większość firm oferuje teraz lampy z elektronicznym układem zapłonowym (fot. 13), dzięki czemu zużywają one mniej energii, są mniejsze i lżejsze mogą ważyć około 3 kg (podczas gdy lampy starszego typu, z elektromagnetycznym układem zapłonowym ważyły ponad 10 kg). Często w nowej generacji lamp istnieje możliwość regulowania ilości emitowanego światła, a zmiany napięcia w sieci nie zakłócają pracy. Na rynku dostępne są lampy większej mocy 600 W, a nawet 1000 W. Pozwala to na zmniejszenie zacieniania uprawianych roślin. Producenci gwarantują dłuższą żywotność i tak na przykład firma Philips gwarantuje prawidłową pracę lamp przez 10 tys. godzin. Fot. 13. Lampa z elektronicznym układem zapłonowym pozwoliła między innymi na zmniejszenie wymiarów i masy lamp Po raz pierwszy lampa z elektronicznym zapłonem pojawiła się w 2003 r. w ofercie firmy Agrolux. W kolejnych latach pojawiają się nowe typy uzupełnione systemem kontroli pracy instalacji oświetleniowej i ilości światła emitowanego przez każdą lampę oraz jej regulacji. Często lampy nowej generacji posiadają dwa systemy połączeń (z układem zapłonowym elektronicznym lub elektromagnetycznym) oraz ruchome odbłyśniki pozwalające na korzystniejsze rozdzielenie strumienia świetlnego. Przeprowadzając analizę kosztów produkcji połączoną z doświetlaniem należy oprócz kosztów energii elektrycznej uwzględnić efekt cieplny pochodzący od włączonych lamp. Znacznie korzystniejszy efekt ekonomiczny można osiągnąć jeżeli do wytwarzania energii elektrycznej użyjemy własny agregat zasilany gazem sieciowym względnie biogazem. Agregat kogeneracyjny dostarcza ciepło oraz dwutlenek węgla. 6. Technologie uprawy 6.1. Uprawa w rynnach W większości nowoczesnych obiektów warzywa uprawiane są na wełnie mineralnej. Coraz częściej sięga się po nowe podłoża którymi są wiórka kokosowe bądź trociny. Maty uprawowe układane są bezpośrednio na gruncie albo na styropianowych płytach lub w rynnach (fot. 14).
Fot. 14. Uprawa w rynnach wraz z wegetacyjnym systemem grzewczym zasilanym od dołu. Jeśli decydujemy się na montaż rynien w szklarniach to winny być spełnione następujące warunki: szklarnia winna mieć wysokość powyżej 4m, konstrukcja szklarni musi wytrzymywać dodatkowy ciężar co najmniej 32 kg/m 2 (15 kg mata nasączona pożywką + 15 kg rośliny + 2 kg rynny). Jeśli konstrukcja nie spełnia powyższego warunku obciążenia, rynny mogą być układane na podporach, ale wówczas należy instalować wieszaki do podwieszenia rynien w czasie wymiany nasadzeń oraz dezynfekcji szklarni (fot. 15). Fot. 15. Montaż rynien w szklarni o osłabionej konstrukcji nośnej - na podstawkach Wysokość montowanych rynien zależy od uprawianej rośliny i technologii uprawy. Jeśli planowane jest podsadzanie uprawy, optymalną wysokością, na jakiej powinny być umieszczane rynny, jest 120 130 cm nad gruntem szklarni. Wówczas pędy z co najmniej 4 gronami starej uprawy mogą być opuszczone poniżej rynien, co umożliwia wzrost nowo posadzonych roślin z pełnym dostępem światła. Ogrodnicy, którzy nie korzystają z technologii podsadzania roślin uważają, że optymalna wysokość rynien pozwalająca na zmniejszenie nakładów pracy wynosi od 50 do 100 cm (zwykle 70 80 cm). W uprawie ogórków dąży się do tego, aby uzyskać jak najwięcej owoców z pędu głównego i dlatego rynny umieszcza się na wysokości 20 30 cm od podłoża. Również w uprawie papryki zaleca się taką samą wysokość rynien, jak dla ogórków.
Zastosowanie rynien uprawowych stwarza roślinom lepszy dostęp światła. Sztywna konstrukcja rynny umożliwia nawet przy mniejszym spadku (0,5%) odpływ pożywki do kanałów odprowadzających. Ukształtowanie profilu rynny stwarza lepsze warunki napowietrzania uprawianych roślin oraz rozmieszczanie przewodów grzewczych i rozprowadzających dwutlenek węgla. Praca w szczególności w początkowej fazie uprawy jest mniej uciążliwa przez co uzyskuje się większą wydajność. W technologii rynnowej istnieje możliwość pozostawienia zerwanych liści bezpośrednio pod rynnami, które stanowią źródło dwutlenku węgla oraz powrót entomofagów przy stosowanej w coraz szerszym zakresie ochrony biologicznej (fot.16). Fot. 16. Pozostawienie liści pod rynnami uprawowymi Podwieszone rynny umożliwiają łatwiejszą wymianę folii ale równocześnie zwiększają powierzchnię objętą dezynfekcją przed nowym cyklem produkcyjnym (fot.17 ). Fot. 17. Dezynfekcja rynien z wykorzystaniem myjki wysokociśnieniowej. Uprawa w rynnach pozwala na uzyskanie wyższych temperatur w strefie korzeniowej co jest szczególnie ważne w okresie wczesnej wiosny. W produkcji pomidorów w rynnach lepiej rozwija się system korzeniowy roślin, ponieważ w matach wiosną łatwiej utrzymać
temperaturę optymalną dla wzrostu korzeni (18 22 C). Lepsza a w szczególności bardziej wyrównana jest cyrkulacja powietrza wokół uprawianych w rynnach roślin. Wiszące łodygi, pozbawione liści znajdujące się w strefie oddziaływania systemu ogrzewania dolnego w mniejszym stopniu są narażone na występowanie chorób w porównaniu z uprawą gruntową. Zmniejszenie zagrożenia patogenami często pozwala ogrodnikom na przedłużenie okresu stosowalności mat do dwóch lat. Aby przyśpieszyć okres produkcyjny często stosuje się przed likwidacją starej uprawy nasadzanie nowych roślin w miejscach wycinanych starych mat. Po usunięciu roślin rynny powinny być przemyte kwasem azotowym o małym stężeniu, lub innymi środkami aby usunąć glony i resztki nawozów, a następnie zdezynfekowane jednym ze środków chemicznych polecanych do dezynfekcji szklarni. 6.2. Uprawa na parapetach W uprawie rozsady, kwiatów doniczkowych, wydaje się zasadnym sięgniecie do uprawy parapetowej, którą można w pełni zautomatyzować. Zarówno przygotowanie parapetów (mycie dezynfekcja oraz transport) jest sterowany mikroprocesorem.( fot.18 ). Przygotowane parapety z wysadzonymi roślinami są transportowane do szklarni w których utrzymywane są warunki odpowiednie do stadium uprawianych roślin (wilgotność, temperatura). Wówczas kiedy winna nastąpić zmiana warunków uprawy, parapet automatycznie (zgodnie z zadanym programem) przemieszcza się do innej szklarni. Proces ten odbywa się samoczynnie, zaś osoba nadzorująca często mająca pod opieką znaczny obszar (1 i więcej ha) nadzoruje warunki produkcji (fot. 19). Fot. 18. W pełni z automatyzowana linia do transportu i mycia parapetów uprawowych.
Fot. 19. Produkcja na parapetach wyposażona w komputerowy system logistyki 7. Nawożenie roślin Uprawa roślin w inertnym podłożu wymaga bieżącego śledzenia ilości i składu podawanej pożywki. Duże stężenie składników pokarmowych zwiększa niebezpieczeństwo zasolenia podłoża. W celu ograniczenia tego niepożądanego efektu stosuje się większą o 20 do 30% dawkę pożywki. Przy dużej koncentracji produkcji ilości odprowadzanej pożywki są olbrzymie (fot. 20). Fot. 20. System fertygacji roślin w układzie zamkniętego obiegu pożywki Przykładowo przy uprawie pomidora na powierzchni 1ha podczas okresu wegetacyjnego odprowadza się do kanalizacji około 400kg czystego azotu. Ochrona środowiska wymusza na producentach poprzez stosowanie opłat i kar do powtórnego zagospodarowania odprowadzanych ścieków. Mimo, iż koszt instalacji jest dosyć drogi to biorąc pod uwagę ilości traconych składników pokarmowych oraz zagrożenie ekologiczne coraz więcej użytkowników obiektów szklarniowych sięga po technologię zamkniętego obiegu pożywki. Oczyszczanie pożywki i powtórne przygotowanie składu wymaga wielu urządzeń. W pierwszej kolejności należy się pozbyć części mechanicznych. Odbywa się to
przy pomocy separatora (fot.21) oraz dwóch typów filtrów piaskowego i dyskowego. Pożywka po pozbawieniu zanieczyszczeń i rozcieńczeniu gromadzona jest w zbiornikach skąd podawana jest do systemu dezynfekcji najczęściej dokonywanej przez baterie lamp (fot.22) wytwarzających promienie ultrafioletowe. Zdezynfekowana pożywka wędruje do dalszych zbiorników gdzie na podstawie bieżących wyników analizy uzupełniany jest jej skład i może być powtórnie kierowana do systemu fertygacji. Istnieje także system termicznej dezynfekcji, który zalecany jest w obiektach posiadających dostęp do taniej energii cieplnej. Alternatywnymi metodami odkażania jest filtrowanie, ozonowanie, jodowanie bądź też technika membranowa, która w szerokim zakresie stosowana jest w inżynierii środowiska. W obiektach o mniejszej powierzchni pożywka po oczyszczeniu mechanicznym przepuszczana jest przez urządzenie umożliwiające wzbogacenie przepływającej cieczy w wolne jony miedzi, które powodują zniszczenie patogenów (fot 23). Fot.21. Separator zanieczyszczeń mechanicznych w układzie zamkniętego obiegu pożywki. Fot. 22. System dezynfekcji pożywki z zastosowaniem baterii lamp wytwarzających promienie ultrafioletowe.
. Fot. 23. Urządzenie do wzbogacania pożywki w wolne jony miedzi 8.Transport wewnętrzny Nowoczesne szklarnie charakteryzujące się dużą wysokością przysparzają problemów przy zbiorze owoców. Większość prac prowadzonych jest na wysokości z wykorzystaniem wózków umożliwiających zmianę położenia platformy na której znajduje się pracownik prowadzący prace pielęgnacyjne bądź zbiór owoców. Wózek musi być stabilny oraz łatwo przemieszczać się wzdłuż nawy. Platformy wózków mogą być regulowane skokowo a wejście na nich może odbywać się po szczeblach drabiny (fot.24) bądź mogą być używane najnowsze typy wózków, które posiadają płynną regulację wysokości poprzez mechanizm nożycowy (fot.25).