Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть

в 22:46, , рубрики: diy или сделай сам, биология, Биотехнологии, гаджеты, Развитие стартапа, умная теплица, форсунки

Не так давно я писал пост про умную коробку для выращивания клубники на балконе. Я убедился, что у меня получается и добился хороших результатов. Это подвигло меня продолжить дело и создать нечто большее. Я решил построить небольшую теплицу в закрытом помещении — контейнере, чтобы контролировать факторы, влияющие на развитие клубники и получить более качественный результат. На этот раз я отказываюсь от субстрата и перехожу на аэропонику.

Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть - 1

Немного про Коробку 1.0

Начну я свой рассказ с отчета о том, как обстоят дела с первой версией коробки. Сейчас на дворе 16 декабря, температура на лоджии опускалась уже до -5 градусов, а в коробке — лето. Дневная температура 22°C и ночная не опускается ниже 13°C.

В какой-то момент у меня забились насосы, полив был плохой и я не сразу это заметил. Ягода обмельчала, стала хуже на вкус, но сейчас я всё исправил и клубника приходит в себя.

В общей сложности у меня было 20 кустов. 4 КДС (короткого светового дня) и 16 НСД (нейтрального светового дня). КСД кустам у меня явно не понравилось. Они всё дорогу болели и не плодоносили. Позже мне сказали, что цветочные почки у них закладываются в конце сезона, осенью, при наступлении холодов. Я такой период не устраивал в своей коробке. Вероятно поэтому они и не цвели. Остальные кусты с 21 сентября принесли 3.5 кг клубники, т.е. по 218 грамм с куста. Несколько недель назад плодоношение закончилось, но недавно пошла вторая волна — полезли новые цветоносы.

Какие проблемы возникали с первой Коробкой

Забились насосы

Как я уже писал выше — у меня забились насосы одноклеточными водорослями. Я заклеил их светонепроницаемым материалом, но это не помогло. Насос легко разбирается и чистится, так что это не большая проблема.

Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть - 2

Пересол субстрата

В какой-то момент я измерил токопроводность раствора из дренажа, и она была 6 EC при норме 1.5-2 ЕС. Это очень много. Я слишком мало его промывал. В идеале, с каждым поливом 20-30% раствора нужно сливать в дренаж или делать так, чтобы он циркулировал в системе.

Высокая влажность и конденсат

Растения дышат через листья и чем выше температура, тем больше воды испаряется. Когда резко выключается свет, коробка быстро остывает, растения продолжают ещё какое-то время выделять влагу, то в ней резко поднимается влажность. Она доходит до 75-80%. На стенках коробки образуется конденсат, и капли стекают вниз. Не очень много, но неприятно. Есть подозрение, что в сильный мороз, на стыке, крышка будет подмерзать.

Чтобы этого избежать делают диммируемое освещение, создавая искусственные закаты и рассветы. У меня такой возможности нет. Если возникнут проблемы, буду искать решение.

Проблемы с корневой системой

При плохом поливе и сильной засоленности субстрата начинают страдать корни, питательные вещества не усваиваются. Хорошие корни — основа здоровья растения. Два куста у меня перестали совсем развиваться, есть вероятность, что погибнут.

Дальнейшие планы на Коробку 1.0

Хочется, чтобы она пережила на лоджии зиму с морозами, а потом разобрать.

Коробка 2.0

Какие планы?

Я хочу научиться выращивать идеальную клубнику в закрытом пространстве. Для этого потребуется управлять всем, что влияет на развитие клубники: температура, состав питательного раствора, частота полива, освещение, влажность воздуха, уровень содержания CO2 и пр.

Почему в контейнере?

Я долго не мог определиться с помещением, которое я буду использовать под свою небольшую ферму. Я живу в Москве. Своего собственного места у меня нет. С самого начала я выбирал между контейнером и арендой помещения до 20 м².

В помещении вышло бы немного дешевле, но мне казалось, что не каждый арендодатель позволит у себя организовать подобный проект. Так же меня смущала перспектива, что придется когда-нибудь переезжать, а переезд подобной конструкции — дело нелёгкое.

Реализация умной теплицы в контейнере — это, конечно, романтика. Мысли о том, что её можно использовать практически в любом месте и при любых погодных условиях очень подкупала меня. Был бы доступ к электричеству и не очень грязной воде. Ещё контейнер имеет размеры, позволяющие его недорого транспортировать. А ещё модульность. В перспективе можно было бы расширять ферму при помощи таких же контейнеров. Ещё один плюс — больше свободы действий: контейнер мой, делаю с ним что хочу. Главный минус контейнера, в нем мало места. Ширина внутри — 2.1 м. Низкий потолок. Но есть варианты по длине.

В итоге я искал в аренду и землю для контейнера и хорошее помещение. Через пару недель мне подвернулся удобный участок в 20 минутах езды от дома. Это и стало определяющим фактором дальнейшей судьбы моего проекта. Я заключил договор с хозяином и начал выбирать контейнер.

Покупка контейнера

Оказалось, что купить новый контейнер, удовлетворяющий моим требованиям — не самое дешевое удовольствие. Когда я изучал рынок, цены на базовые варианты выглядели приемлемо. Но если добавить в них опции, которые мне были нужны, то получается значительно дороже. Сначала я хотел контейнер длиной 8 метров, но из-за высокой стоимости пришлось заказать стандартную длину — 5.85 м. Его тоже хватит, чтобы проверить задумку, но выращивать в нём менее выгодно из-за уменьшения пространства под растения.

К контейнеру у меня были следующие дополнительные требования.

  • Убрать окно. Оно будет только мешать.

  • В стандартном варианте дно снаружи покрыто досками, его надо было закрыть металлическим листом, чтобы не проникли мыши.

  • Высота потолка 2.1 м и её мне было мало, чтобы разместить желаемое количество растений. Поэтому контейнер сделали на 30 см выше.

  • В стандартных бытовках стены обшивают ДСП, а мне надо было ОСБ, чтобы можно было что-то на них крепить.

  • Утепленная металлическая дверь.

  • Улучшенная теплоизоляция.

Я нашел контору по производству контейнеров-бытовок, которая мне показалась нормальной, обсудили детали, я внес предоплату и они начали работу.

Пока производится контейнер, я подготовил простой фундамент из бетонных блоков.

Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть - 3

Дней через 10 мне сделали контейнер и доставили на участок.

Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть - 4

Почему аэропоника?

Однажды, мне в упрек, в чатике по гидропонике сказали, что аэропоника — это технология выращивания корней. Но я считаю, что это и есть её главное преимущество. От хороших и здоровых корней зависит всё остальное в растении. Если оно не испытывает недостатка в питании, то качественная, развитая корневая система будет снабжать его и плоды всем необходимым.

В аэропонной системе я могу быть уверен, что раствор в достаточной степени насыщается кислородом, который поглощается корнями и используется при дыхании растения.

А аэропонике используется меньшее количество раствора, по сравнению с гидропонными системами. Особенно это может сказаться при строительстве масштабных проектов.

Так же есть возможность посмотреть глазами на корневую систему и оценить её состояние.

По сравнению с субстратом преимущество ещё в том, что отсутствуют вредители, которые живут в субстрате, да и в целом не требуется возиться с землёй. Производство получается более чистым.

Но работа с аэропоникой более сложная и риски отказа значительно возрастают.

Если сломается насос, то растения начнут погибать уже через несколько часов, тогда как с субстрате или гидропонной системе корни будут находиться в питательной среде и смогут прожить значительно дольше.

Пространства для корней в аэропонике требуется больше, чем гидропонике, т.к. в первом случае они должны висеть и получать питание из аэрозоля, а во втором могут располагаться довольно плотной мочалкой в канале.

Ещё один минус — стоимость форсунок. Для небольших растений приходится их размещать достаточно часто и это накладно.

Ещё одна головная боль всех аэропонщиков — чистка форсунок. Питательный раствор содержит в себе минеральные соли, а сопло форсунки очень тонкое. И даже если ставить очень хороший фильтр, то соли всё равно будут откладываться на поверхностях после фильтра. Поэтому раз в 2-3 недели форсунки необходимо обслуживать.

Подготовка к реализации

Перед тем как приступать к работе, необходимо всё спланировать, определиться какие комплектующие будут использоваться, продумать, как всё будет работать.

Выбор форсунок

Форсунки — самая важная часть в аэропонике. Капля должна быть очень мелкой. Аэрозоль должен, скорее, походить на туман. Пишут, что оптимальный размер капли — 20-40 микрон. Для тестов я заказал различные форсунки, чтобы оценить качество распыления.

Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть - 5

Лучше всех себя показала первая слева, хотя мне бы хотелось побольше угол распыления:

Ролик

Помимо качества аэрозоля у нее ещё есть клапан, который не позволяет вытекать раствору из системы, а значит, что не потребуется тратить время и ресурс насоса на то, чтобы прокачивать сначала воздух.

Насос

Чтобы эти форсунки нормально функционировали, нужен мощный насос, с давлением не менее 4 Bar, с небольшой пропускной способностью. Идеальным решением стал бустерный насос для систем обратного осмоса. Он очень тихий, мощный и моментальной реакцией на подачу питания. У меня он дает давление до 8.5 Bar

Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть - 6

Освещение

В первой версии коробки я использовал бытовые светодиодные лампы с цоколем E27 на 40W каждая. Их основные проблемы — низкая энергоэффективность и занимаемое пространство. В этот раз я решил собирать освещение самостоятельно.

Я изучил вопрос, стоит ли собирать «фитолампы» или воспользоваться обычным светом полного спектра. Для себя я сделал следующие выводы. «Фитолампы» всегда дороже. Для «фито» освещения обычно используются светодиоды красного и синего спектров, т.к. они наиболее эффективно поглощаются растениями для фотосинтеза, т.е. с точки зрения потраченных ватт электроэнергии это был бы оптимальный вариант, но есть множество нюансов. Например, на разных этапах развития растения идеальными будут разные условия освещения. Так, для вегетативного роста лучше работает синий спектр, на этапе цветения/плодоношения — красный.

Также я пока придерживаюсь той точки зрения, что остальные части спектра тоже необходимы растению и используются не только для фотосинтеза, но и запускают иные процессы в растениях. В одном источнике, например, мне попадалось, что УФ-излучение ближнего спектра влияет на вкусовые и ароматические качества, но исследований на эту тему мне пока не удалось найти. Думаю, что самый лучший свет — близкий к солнечному.

Ещё один минус «фито» освещения — под ним неудобно работать, т.к. искажаются цвета. Хотя сейчас начали делать светильники полного спектра с добавлением красных и синих светодиодов. Под ними всё хорошо видно, но у меня до сих пор пока нет уверенности в необходимости добавления дополнительных цветов.

У меня был успешный опыт выращивания под обычными белыми светодиодами с цветовой температурой 4000К и результат мне очень понравился. Поэтому я пока останавливаюсь на нём, но в будущем обязательно буду экспериментировать с различными вариантами.

Я заказал несколько различных алюминиевых плат со светодиодами, чтобы оценить освещение.

Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть - 7

В итоге выбрал платы со светодиодами DURIS S5 (OSRAM). Метровая линейка потребляет 85W и выдаёт 153 люмен/ватт. На линейку я взял драйвер на 100W и алюминиевый швеллер в качестве радиатора.

Сейчас, спустя несколько месяцев после заказа, я прихожу к выводу, что с освещением я поспешил. Народ в чатиках растениеводов хвастается эффективностью 180 люмен/ватт и выше. Тут ещё надо исследовать рынок и честность. Например, некоторые могут указывать показатели без учета потерь на источнике питания и рассеивателе или как-то ими манипулировать.

В будущем я буду сравнивать три основных для меня показателя:

  • Число люксов, полученное на одном и том же расстоянии, нормированное на число используемых ватт на погонный метр

  • Температуру на радиаторе. Чем она ниже, тем лучше.

  • Стоимость светильника

Обратный осмос

В предыдущем посте я писал, что составляю питательный раствор самостоятельно из минеральных солей. Воду для раствора я брал из под крана. На сайте мосводоканала можно найти сведения о примерном составе воды, но он не точный и бог его знает, что там ещё может содержаться. В концентрате, который стоит больше месяца, у меня образовывались какие-то сгустки, которых быть не должно. Поэтому я принял решение, что в дальнейшем буду использовать воду после обратного осмоса.

Установка собирается очень просто. Я заказал колбы для фильтров и сами фильтры: 3 фильтра для предварительной очистки: на 5 микрон, очистка от хлора и на 1 микрон, а после них обратноосмотическая мембрана. Постфильтр для удаления запаха и минерализатор не нужны. Так же необходимо на выходе дренажа установить кран и отрегулировать его, чтобы из дренажа уходило не очень много воды. В результате вода получается супер-чистая. TDS-метр показывает по нулям.

Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть - 8

Ёмкость для выращивания

Я достаточно долго искал, чтобы использовать в качестве ёмкости для выращивания клубники. Я пришел к выводу, после балконного варианта, что растения стоит высаживать в один ряд, так их проще обслуживать и они меньше друг другу мешают. Для корней должно быть достаточно пространства, чтобы они не комковались на дне. Самым подходящим по параметрам и цене оказались прямоугольные вентиляционные каналы 22x9 см. Хотя, я бы смело прибавил по 5 см в ширину и высоту, но таких крупных я в продаже не нашел.

Насверлил в них отверстий под специальные горшки и форсунки, с торцов нижнюю часть заклеил, а для верхней сделал пробки, чтобы можно было наблюдать за корневой системой.

Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть - 9

Тестовая установка дома

Прежде, чем приступать к реализации в контейнере, я собрал прототип аэропонной установки дома.

Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть - 10

Сделал каркас из стоек для стеллажей, повесил свет, пластиковые каналы, сделал слив, бак для раствора, подключил форсунки, взял дешевые wi-fi розетки и настроил запуск света и полива по расписанию в Home Assistant. Раствор после распыления стекает обратно в бак. Раз в 3-4 дня я подливаю свежий раствор, взамен выпитому, а раз в 3 недели меняю его полностью.

Результаты работы установки мне нравятся. Смотрите, сколько вылезло цветков! И все крупные, здоровые.

Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть - 11

Корневая система тоже чувствует себя отлично!

Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть - 12

Обратите внимание на обилие капель на корнях. Так быть не должно. Эти капли мешают росту боковых корней и корневых волосков. У меня полив работал по 10 секунд каждые 5 минут. После того, как я узнал о существовании проблемы, я стал запускать полив на 2 секунды каждые 2 минуты и теперь капель меньше.

Чистка форсунок

Основная проблема, с которой я столкнулся — засаливание и засорение форсунок. Перед форсунками стоит фильтр на 50 микрон, но это не помогает. Раз в две недели они нуждаются в обслуживании. И я пока не нашел эффективного способа их очистки. Сначала я пробовал замачивать форсунки в 9% уксусной кислоте.

Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть - 13

На фото видно, что какой-то мусор отваливается, но не весь. Ещё один минус замачивания в кислоте — она реагирует с металлом. Через некоторое время форсунки облезли и потемнели, а ещё почему-то резинки на пружинках противокапельного клапана стали толще и перестали помещаться в канал.

Позже умные люди мне посоветовали ультразвуковую чистку. Она чистит лучше, но не идеально. С резинками проблем нет. Но эта чистка также начинает обдирать блестящее покрытие с форсунок и они выглядят вот так:

Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть - 14

Но функционируют пока нормально.

Основная ошибка, которую я допустил с форсунками — сделал заказ большой партии в свою чудо-коробку до того, как попользовался длительное время на тестовой установке. При заказе можно было выбрать диаметр сопла и я выбрал 0.4 мм. Сейчас я бы смело заказывал 0.6 мм или даже больше. Ну и пусть у них капля немного крупнее, зато шире угол распыления и реже бы забивались.

Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть - 15

А в идеале хочу найти пластиковые форсунки с антикапельным механизмом. Мне попадался один вариант, но в 2 раза дороже металлических. Заказал на пробу, но использовать буду только если достоинства перекроют разницу по стоимости. А пока применяю то, что есть.

Работа в контейнере

Электричество

Первое, что нужно было сделать в моей чудо-коробке — провести электричество. Я собрал простой щиток. Поставил счетчик, по которому буду рассчитываться с хозяином за электричество. Пришлось завести три фазы, т.к. одной может не хватить. Распределю нагрузку по фазам.

Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть - 16

Позже я купил готовый комплект заземления, забил кувалдой 3-х метровый штырь в землю, завел в щиток и протестировал, подключив мощный потребитель на фазу и землю. Работает, 220 есть.

Подготовка

Я оторвал от стен все рейки, которые закрывали стыки ОСБ плит, выкинул плинтус и проклеил щели алюминиевой лентой. Рейки и плинтуса только мешаются и занимают ценное пространство.

Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть - 17

Пенофол

Все стены, потолок, а потом и пол я покрыл пенофолом. Пенофол ещё немного утеплит коробку, но главное — будет отражать свет.

Ролик

Вентиляция

В коробку нужен свежий воздух. Поэтому я соорудил вентиляцию. С одной стороны приток свежего воздуха, который нагнетается вентилятором и пропускается через фильтр, чтобы ничего лишнего не летело внутрь.

Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть - 18

На противоположной стороне я сделал вывод воздуха сверху, чтобы отводить теплый от освещения.

Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть - 19

На входе и выходе поставил клапаны, чтобы воздух шел только в нужную сторону.

Дополнительно с помощью вентиляции зимой можно немного охлаждаться.

Обогрев

Свет, от которого очень много тепла, не будет работать круглосуточно и, чтобы поддерживать заданную температуру ночью, я повесил на стену конвектор на 1 квт. Должно хватить. Пенофол горючий, поэтому, на всякий случай, за конвектор я приделал алюминиевый лист.

Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть - 20

Стеллажи

Система для выращивания будет располагаться на стеллажах. Я попытался разместить максимум растений на доступной площади, но так, чтобы их можно было без труда обслуживать. Т.е. растения должны быть выстроены в один ряд. Чтобы поместить 4 ряда и иметь возможность передвигаться между ними, нужно было сделать так, чтобы их можно было двигать в стороны, поэтому я решил их поставить на ролики для подвесных дверей.

Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть - 21

Получилось 4 ряда в ширину, по 3 уровня, каждый по 4 метра. Т.е. в итоге, у меня будет «грядка» на 48 метров в длину.

Ролик

Свет для работы

Чтобы можно было работать, когда выключен основной свет, я сделал освещение из светодиодных панелей, которые покупал для тестирования.

Ролик

Столик, бочки, канализационные трубы, каналы, швеллеры

Сделал себе небольшой рабочий столик. Высоковато сделал. Потом ниже опущу.

Купил две бочки на 200 литров. В каждой будет раствор для полива. Благодаря тому, что их две можно ставить эксперименты с редактированием профиля питания.

После полива вода будет возвращаться в небольшие канистры, а из них обратно в бочки.

Для отвода дренажа купил канализационные трубы на 32 мм.

Привезли пластиковые каналы. Очень жаль, что максимальная длина канала - 2 метра. Придется склеивать. Я их пока расставил по стеллажам, чтобы не мешались.

Ещё у меня теперь есть алюминиевые швеллеры, которые я использую в качестве радиаторов для освещения.

Ролик

Система дренажа

На каждой из 12 линий необходимо сделать слив жидкости и её возврат обратно в растворные баки. Каждый канал расположен немного под наклоном, чтобы вода стекала в сливное отверстие.

Сливные отверстия я подсоединил к гофрам, чтобы можно было перемещать стеллажи в стороны.

Из-за того, что нижний ярус находится слишком низко, мне приходится собирать сначала воду в небольшие канистры, а затем перекачивать в основные баки. Может, оно и хорошо. У меня есть идея фильтровать дренаж перед возвратом в бак.

Ролик

Подготовка каналов к посадке

В пластиковых каналах необходимо насверлить отверстий для горшков с растениями и для форсунок. Я планирую разместить по 7 кустов на погонный метр и по одной форсунке на каждые два растения. Всего получится 336 кустов земляники садовой.

Ролик

Конец первой части

На этом я заканчиваю первую часть. Я проделал основную работу по разработке инфраструктуры. Во второй части вас ждет рассказ про освещение, обогащение воздуха CO2 для лучшего роста, электронику и датчики, которые я использовал для автоматизации, про их настройку. Обязательно расскажу, каких результатов удалось добиться в выращивании, сколько стоил весь проект и поразмышляю на тему возможных доходов.

Клубничная чудо-коробка 2.0. Первая часть - 22

Ссылки на соцсети проекта

Если кому-то интересно следить за прогрессом, не дожидаясь нового поста, то добро пожаловать в соцсети проекта:

  • В Telegram я веду дневник, делюсь результатами и мыслями по теме.

  • В TikTok я снимаю спонтанные ролики по результатам проделанной работы.

  • На YouTube я планирую выкладывать более основательные отчетные ролики

  • И в Instagram иногда появляются отдельные сторики и фоточки.

Автор: Александр Дмитриев

Источник


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js