Návrh osvětlení vertikální farmy: rozteč pater, PPFD a uspořádání regálů

Vertikální pěstování mění podlahovou plochu na vrstvitelný porost tím, že staví regály ze světelných polic. Úloha návrhu osvětlení je proto dvourozměrná: musíte nastavit PPFD na každém patře a svislou rozteč mezi patry tak, aby plodina dozrála podle plánu a přitom se neplýtvalo vzdušným prostorem ani fotony. Tento článek se zabývá roztečí pater, PPFD na patro a uspořádáním regálů včetně řešeného příkladu. Stránka oboru vertikální pěstování obsahuje celou metodu plánování.

Rozteč pater je kompromis mezi propustností a světlem

Každé přidané patro násobí plochu porostu na metr podlahy, ale zároveň bere svislý prostor, který mohl patřit výšce plodiny, a určuje montážní výšku světla nad patrem pod sebou. Těsná rozteč vynucuje nižší montážní výšku a menší záběr jednoho svítidla; široká rozteč umožňuje svítidlům viset výš a pokrýt více, ale přinese méně pater. Optimum vyvažuje výšku plodiny, cílové PPFD a cenu prostoru.

PPFD a rovnoměrnost na každém patře

Každé patro je v podstatě vlastní malá indoorová farma, takže platí stejná pravidla: stanovte cílové PPFD podle plodiny, překrývejte svítidla pro nízký variační koeficient a měřte ve výšce porostu. Protože jsou patra blízko, záleží na teple svítidel na patro pod sebou — světelná police a plodina sdílejí stejnou tenkou vzduchovou mezeru, takže tepelný návrh a proudění vzduchu jsou součástí plánu osvětlení, ne dodatečnou záležitostí.

Řešený příklad

Vezměte regál s 5 patry, každé patro 2 m × 1 m (2 m²), cíl 250 µmol/m²/s pro listovou zeleninu, obecné svítidlo 900 µmol/s v úrovni porostu, faktor rovnoměrnosti 0,85.

Jde o odhad; skutečný návrh umísťuje svítidla na každém patře do mřížky a kontroluje variační koeficient. Stejná logika počtu svítidel je popsána v článku o uspořádání indoorového pěstování.

Řešený příklad: rozteč regálu s 5 vrstvami pro listovou zeleninu

Tento příklad je ilustrativní. Uvažujte vertikální regál s pěstováním salátu s cílovým PPFD 220 umol/m2/s na vrstvu při fotoperiodě 18 hodin. Každá vrstva nese tácy o rozměrech 1,2 m x 3,0 m (3,6 m2). Svítidla jsou tyče 600 mm s udávaným PPF 320 každá.

• Krok 1 - potřebné PPF na vrstvu: 220 x 3,6 x 1,15 (rovnoměrnost) = 911 umol/s.
• Krok 2 - počet tyčí na vrstvu: 911 / 320 = 2,8, zaokrouhleno na 3 tyče, což se vejde na tácy 3,0 m při jedné tyči na metr délky.
• Krok 3 - DLI na vrstvu: 220 x 18 x 0,0036 = 14,3 mol/m2/den, v rozmezí běžného pásma pro salát.
• Krok 4 - elektrické zatížení na vrstvu při 2,6 umol/J: 3 x (320 / 2,6) = 369 W; regál s 5 vrstvami odebírá zhruba 1,85 kW na sloupec bez driverů a HVAC.
• Krok 5 - svislá rozteč: nechte 0,35-0,45 m mezi rovinou svítidel a porostem, aby zralé hlávky prošly pod tyčemi, a zachovejte alespoň 0,5 m servisního odstupu pro přístup.
• Krok 6 - kontrola celkové výšky: 5 pěstebních vrstev s roztečí zhruba 0,75-0,85 m plus konstrukce a servisní prostor se vejde do místnosti s nominální světlou výškou 4,5-5,0 m.

Určujícím omezením ve většině skutečných budov je světlá výška, ne světlo. Než zvolíte počet vrstev, změřte skutečnou světlou výšku, odečtěte konstrukci, odstup sprinklerů a servisní přístup a zbytek vydělte roztečí plodiny, kterou dokážete obhájit. Přidat šestou vrstvu do místnosti, která ji neumí obsloužit, je chyba návrhu, ne optimalizace.

Proudění vzduchu, teplo a vrstvený blok

Každá vrstva zachycuje teplo vrstvy nad sebou a vzduch se v každé úrovni stohu pohybuje jinak. Teplota v porostu může na spodních vrstvách vybočit o několik stupňů nad nastavení místnosti, pokud není proudění vzduchu navrženo po vrstvách, a ne pro celou místnost. Běžnou odpovědí jsou horizontální cirkulační ventilátory nebo vzduchovody pro každou vrstvu a kvantové senzory by měly být ve více než jedné vrstvě, aby řízení reagovalo na nejhorší vrstvu, ne na průměr. Společné umístění teplotního a PAR snímání v každé vrstvě mění tyto interakce ve viditelná data místo překvapení.

Otázky, které si položte před nákupem

• Odpovídají rozměry svítidel a montážní systém rozteči vašich taců a umožňují nastavení výšky bez nářadí, jak plodina roste?
• Je PPF uváděno na tyč, nebo na modul, a při jakém budicím proudu a předpokládané rozteči?
• Jaká je povrchová teplota svítidla a je bezpečná pro materiály taců a obaly používané ve vašem provozu?
• Může dodavatel dodat výkresy uspořádání pro každou vrstvu s předpokládanou rovnoměrností, ne jen počet svítidel?
• Jaká je politika náhradních dílů a výměny driverů u svítidel instalovaných vysoko ve vlhkých prostorách?

Časté chyby v návrhu osvětlení vertikálních regálů

Vertikální regály násobí každé rozhodnutí o návrhu počtem vrstev, takže chyby se sčítají. Ty opakující se:

• Návrh podle světlé výšky stavby, ne podle výšky po instalacích; sprinklery, vzduchovody a kabelové lávky srazí místnost o celé patro.
• Jedna volba svítidla pro všechny vrstvy, i když se zralost plodiny po vrstvách liší; vrstva mladých rostlin a dokončovací vrstva chtějí jinou montážní vzdálenost.
• Rovnoměrnost kontrolovaná naprázdno, a ne s tácy, žlaby a vzrostlým porostem na místě, což je jediná geometrie, na které záleží.
• Proudění vzduchu plánované pro místnost, a ne pro vrstvu, takže spodní patra jsou horká a vlhká, zatímco senzor na stěně hlásí pohodu.
• Žádná servisní strategie pro svítidla nad osázenými tácy; čištění a výměna driverů se mění v zásahy, které ruší plodinu.
• Elektrické rozvody dimenzované na počet svítidel, a ne na profil stmívání, chování při restartu a budoucí přidání vrstev.

Snímání a řízení ve vrstvené místnosti

Instrumentace pro každou vrstvu

Vrstvená místnost je několik klimatů v jednom sloupci. Snímání PAR a teploty po vrstvách (minimálně v horním, středním a spodním patře) odhalí gradient, který jediný senzor v místnosti zprůměruje. S daty po vrstvách se stmívání stává rozhodnutím pro každou vrstvu: patro pod nejteplejším driverem může jet mírně jiný režim než chladné rohové patro a data toto nastavení podporují. Bez nich místnost běží na průměru podmínek, které žádná plodina ve skutečnosti nezažívá.

Návrh pro změnu

Vertikální farmy mění plodiny rychleji, než se mění budovy. Montážní systémy umožňující seřízení výšky bez nářadí, elektrické vývody dosahující na změněné uspořádání taců a svítidla se spektrem pokrývajícím více než jednu skupinu plodin kupují flexibilitu za mírný příplatek. Při srovnávání nabídek počítejte cenu druhého pěstebního cyklu, ne jen prvního: platforma, která sedne salátu a zároveň poslouží bazalce nebo bylinkám bez přepracování, obvykle vydá víc než rozdíl účinnosti 2 procenta.

Reference, které si můžete ověřit

• e-GRO – poznámky k osvětlení v kontrolovaném prostředí a vertikálním pěstování
• Controlled Environment Agriculture Center, University of Arizona – centrum pro výzkum kontrolovaného prostředí
• Cornell University – výzkum zemědělství v kontrolovaném prostředí

Časté dotazy