Основные принципы организации микроклимата в закрытом грунте

Привет! Сегодня я хотел бы рассказать, как измерить температуру и влажность воздуха в твоей теплице. Поехали!

Для начала разберемся с температурой. Что измеряем? 

Всегда мы измеряем только температуру самого датчика. Это та температура, которую нам показывает термометр. Чаще всего измеряется именно она, но не факт, что это именно то, что нам нужно. Все зависит от того, где он лежит (или стоит)

• Температура поверхности под лампой. Если мы положим датчик на освещаемую лампами поверхность, то мы получим завышенное значение температуры (завышенное от чего?) и как следствие, заниженное значение влажности воздуха (почему?)

• Температура в тени. Довольно неплохой вариант, но возможна ошибка в несколько градусов (а правильно-то как?)

• Истинная температура воздуха. Хотя это слишком громко. Фактически: максимально близкая к реальности цифра температуры воздуха в определенной зоне. Достигается тем, что датчик располагается в тени и потоке воздуха. Наиболее практически осмысленный способ: выдув из бокса или если контур замкнутый, то в канальнике с фильтром под потолком

• Температура на листьях. Вот об этом я и хотел поговорить…

З-А-Ч-Е-М?

А собственно зачем измерять температуру воздуха? Особенно если ты, например, растишь неприхотливый сорняк? Вопрос не праздный, моментов тут целых два

1. Микроклимат (температура и влажность воздуха) является важнейшим фактором, но только если у вас нет других проблем. В неоптимальном микроклимате вы получите замедление роста и/или развитие плесени, но неоптимальный полив может привести к почти полной потере урожая и/или полной же потери его качества (но плохой микоклимат и плохой полив это совсем пиздец)

2. Что-то измерять имеет смысл только в том случае, если вы можете что-то изменить. Если вы поставили небольшую палатку у себя дома с канальником на выдув, то у вас примерно все нормально. Если окружающая температура меняется не сильно, то в целом вам достаточно два раза измерить температуру (ночью и днем) и как-то значимо она отличаться не будет. Короче, мониторинг без автоматики как баня без пива.

Таким образом, мониторить бабушкин шкаф особо смысла не имеет, но вот наличие кондиционера/управляемой вытяжки/осушителя здорово все меняет.

А все-таки зачем управлять температурой? VPD и все-все-все

Итак, у нас есть некоторое устройство, которое умеет влиять на температуру и опосредованно на влажность. Почему опосредованно? 

Потому что изменение температуры изменяет относительную влажность! Как и напрямую: тот же самый объем воздуха при более низкой температуре будет более влажным (в терминах относительной влажности, естественно, количество самой влаги в воздухе не поменяется); так и опосредованно: КПД осушающих устройств повышается с ростом температуры, то есть они больше влаги забирают из воздуха.

И что делать? 

Следовать рекомендациям. Рекомендации гласят:

1. Разница между дневной и ночной температурой 8-10 градусов

2. Ночная не ниже 15, дневная не выше 30 (без учета CO2)

3. Относительная влажность не выше 60% (во избежание гниения на цветении)

4. VPD. На самом деле предыдущие пункты прямо или косвенно следуют из него. И из физической реальности.

Законы физики играют против нас: с повышением температуры влажность воздуха (относительная все ещё) падает, а вот растению как раз при жаре нужна бОльшая влажность. Проблема.

Для растениевода все становится ещё хуже, когда в начале цикла растению требуется много влаги в воздухе, при этом растение само почти не испаряет. В конце же цикла растению нужен сухой воздух, при этом зеленая масса генерирует такое количество влаги, что это становится проблемой само по себе.

Обзор средств контроля микроклимата

NB! Мы не рассматриваем сейчас передовые методики поддержания микроклимата с точностью до десятых градуса с параллельным контролем влажности. Такие технологии есть, но мы сейчас о более простых вещах.

Кондиционер

Минусы:

• шумит

• ест электричество

Плюсы:

• контролирует температуру

Давайте вкратце пройдемся по тому, как работает кондиционер. Жидкий фреон поступает во внутренний блок, вскипает и расширяется (забирая тепло из радиатора внутреннего блока). Радиатор получает тепло от двух процессов: охлаждение воздуха и конденсации воды (при этом тоже выделяется тепло). Что там с внешним блоком сейчас происходит, нас не волнует. Вроде все просто? Это пока. 

Представим себе середину цикла. Мы немного сэкономили на кондиционере, поставили один большой и почти без запаса мощности. 

Воздух 25 градусов и вполне нормальной влажности в 55% попадает в кондиционер и охлаждается до 15 градусов и выдувается из кондиционера с влажностью в 100%. 

Почему? Потому что это точка росы. При данной температуре относительная влажность равна 100% и, чтобы дальше охлаждать воздух, необходимо конденсировать водяной пар, то есть мощность кондиционера будет ограничена его способностью конденсировать влагу. А это, прямо скажем, не его основная задача. 

Тем более, что КПД осушения зависит от скорости вентиляторов внутреннего блока: чем ниже скорость, тем больше влаги успевает сконденсироваться и не улететь обратно в комнату. При этом сильно падает мощность самого охлаждения, кондиционер почти не охлаждает. 

Проиллюстрируем проблему. На нашей воображаемой теплице уже конец цикла, лампы работают на 110%, растения много пьют и много испаряют. У нас те же 25 градусов на входе, но уже 75% влажности… И на выходе мы получим уже 20 градусов. Потому что это точка росы, дальше кондиционер будет тратить энергию на конденсацию влаги в первую очередь, а это сильно больше, чем просто охладить на 1 градусов воздух с водяным паром. Короче, на выходе уже будет не 15 градусов как раньше, а 20. 

В конечном итоге система все равно стабилизируется на новых значениях и кондиционер будет выдавать свою честную дельту в 10 градусов между входным и выхлопным воздухом, но это уже будет не 25 → 15, а 30 → 20

Давайте краткое резюме:

• На выхлопе из кондиционера дует холодный и очень влажный воздух. Да, физически влаги там стало меньше, но относительная влажность этого воздуха выше

• Важна не только мощность кондиционера, но и их количество. Несколько поменьше лучше, чем один, но большой: во-первых, больше площадь испарителя, больше гибкость; во-вторых, больше устройств, меньше точек отказа.

• В ночное время один только кондиционер (без других кондиционеров и осушителей) охладит вам воздух до своей температуры уставки, например 17 градусов, но это будут 17 градусов и 80% влажности, так что растить вы будете через какое-то время только плесень

• В общем случае, чтобы сделать посуше, надо прибавить температуру, чтобы сделать влажнее, надо убавить температуру

Итак, допустим, мы поставили ещё один кондиционер в нашу воображаемую теплицу, температура стала прохладнее и комфортнее, но и днем, и ночью влажность неприлично высокая (днем 60-70%, а в момент выключения ламп опускается до 80-90% и выпадает роса). Вариант для бедных: давайте заставим кондиционеры воевать с друг другом, один будет греть, второй охлаждать. Общая температура не изменится, но водичка из второго потечет. Примерно так работает 

Осушитель

Обычный бытовой осушитель работает именно таким образом (они бывают разные, но нам интересны именно они). Внутренний и внешний блок в нем объединены, электричество тратится на конденсацию влаги и на небольшой нагрев помещения. 

По картинкам выше кстати можно понять, почему с ростом температуры повышается эффективность осушения. 

Теперь рассмотрим осушитель, на котором написано 10 литров в сутки. Что это значит для нас? Что при температуре в 25 градусов и влажности 80% он высосет из воздуха за сутки 10 литров. При влажности в 60% его производительность будет меньше, а при влажности 100% его производительность будет больше.

Что происходит, когда мы ставим осушитель? Днем при температуре 25-27 эффективность осушителя резко возрастает, с 60% он способен осушить до 40% (это практический предел для бытового осушителя). Ночью же при температуре, например, в 15-17 градусов он практически перестанет осушать, но его все равно хватит чтобы держать влажность на уровне 60%

Почему не вытяжка?

Потому что нас интересуют закрытые контуры, только CO2, только хардкор! Ну и ни одна вытяжка не сравнится по эффективности с кондиционером.

Резюме

Сегодня мы узнали:

• Где лучше размещать датчики температуры и влажности

• Как связана относительная влажность и температура

• Как работает кондиционер и осушитель

Практика

Вроде разобрались, что измеряем, теперь надо сосредоточиться на том, как мы это делаем. Нюансы следующие:

• Датчик должен быть под постоянный обдувом, чтобы компенсировать собственный нагрев

• Датчики должны быть в тени, чтобы не нагреваться от ламп

• Добавление второго/третьего/четвертого датчика в одну точку сильно уменьшает погрешность измерения и увеличивает отказоустойчивость

Отсюда идеальные расположения любых датчиков:

• канальники и гофры

• вход кондиционера

Разделим системы на закрытые, открытые и полузакрытые (или полуоткрытые, кому как нравится).

• Открытая система: палатка с вытяжкой. В этом случае температура воздуха измеряется на выходе из теплицы. Опционально можно измерять температуру воздуха на входе, это даст больше знания о микроклимате

• Закрытая система: одна комната с кондиционером и канальником с фильтром. Тут целесообразно поставить датчики влажности/температуры на канальник (DHT22, BME280, SCD40/41) и отдельные датчики температуры (герметичные DS18B20) на кондиционеры

• Полузакрытая система: две комнаты или две палатки соединенные двумя гофрами. Плюсом данной системы является что парой датчиков мы одноввременно измеряем вход и выход каждой комнаты/палатки. Также, если разнести день и ночь, бодрствующие растения будут доедать углекислоту за спящими

Как мониторим кондиционер

Мониторинг кондиционера делаем четырьмя датчиками температуры:

• Входной воздух. Это температура воздуха в помещении.

• Выходной воздух. У исправного кондея разница с входной температурой должна быть чуть больше 10 градусов.

• Тонкую трубку. Температура жидкого фреона, позволяет оценить здоровье внешнего блока.

• Толстую трубку. Газообразный фреон выходит отсюда.

Самая частая проблема с кондиционерами — это недостаток фреона. При этом обмерзает одна или обе трубки, но перед тем как они обмерзнут, вы увидите снижение мощности на графиках.

Аттеншон: если у вас несколько кондиционеров, желательно каждый датчик разместить в одинаковом положении. В зависимости от конструкции, одна сторона выдува может быть холоднее, чем другая. Это надо учитывать.

Диагностика реального кондиционера

Рассмотрим график реального кондиционера и попробуем сделать выводы о его здоровье (in - вход, out - выход, bp - толстая трубка, sp - тонка трубка)

А видим мы тут следующее. Несмотря на приемлемую дельту входной и выходной температуры (9-10 градусов), другие признаки говорят нам, что кондею весьма плохо:

• температура тонкой трубки чуть выше нуля (значит ещё немного и она начнет обмерзать)

• есть участки с гармошкой, скорее всего, кондиционер в эти моменты рестартился по ошибкам давления, при этом тонкая трубка окончательно замерзла

В целом этого уже достаточно чтобы сделать вывод, что дело в недостатке фреона. Но, конечно, перед этим надо исключить такие вещи, как грязные теплообменники внешнего блока и внутреннего радиатора.

Лечение пациента

Дисклеймер: повторение нижеописанного на свой страх и риск. При попытке повторить вы должны понимать, что и зачем вы делаете. Помните, инверторные кондиционеры (которые, например, не пригодны для охлаждения зимой) штатно перезаправляются с вакуумацией и заправкой по весам.

Двухкомпонентный фреон R410A, благодаря своим физическим свойствам, в теории, позволяет вам проводить дозаправку. Основной проблемой тут является то, что у него нет таблицы, по которой можно было бы это сделать. Однако мы можем попытаться это сделать на основе данных. Методика такова:

• Исключаем такие проблемы, как грязные радиаторы (внешний и внутренний)

• Заставляем нашего подопытного пыхтеть на 100% (выкручиваем температуру на минимум, а обороты вентилятора на максимум)

• Добавляем фреона в жидкой фазе до тех пор, пока не получим удовлетворительный результат (естественно, с паузами в минут 15)

Итого, после включения выхода на +- стабильный режим работы произошло 4 пуска фреона:

1. 10 секунд, самое значимое изменение характеристик

2. 5 секунд, изменение заметные, но сильно меньше

3. 5 секунд, изменение на несколько десятых градуса

4. 3 секунды, контрольный пуск, без изменений после

Что мы видим на графике после? 

Во-первых, температура тонкой трубки сравнялась с воздухом на выходе. Значит, на вход поступает жидкий фреон в достаточном количестве (а не вскипает где-то по пути).

Во-вторых, дельта выросла до 14-15 градусов!

Вот это уже неплохо. Если бы мы ещё измеряли количество потребляемого тока кондеем, получили бы ещё больше информации, но нам лень. Но мы держим в голове, что давление фреона зависит от температуры, и заправленный при наружных +25 градусах будет работать иначе при уменьшении температуры, при этом где-то в районе 0, скорее всего, превратится в тыкву.

На этом пока все, ребята! До новых встреч!