XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Как вы думаете, на сколько сильно вы зависите от автоматизации микроклимата хранилищ сельхоз продукции? Вопрос риторический. Хотя для многих обывателей не совсем ясный. Так уж выходит, что проблема решение которой, влияет на жизнь 90% населения этому населению не известна. Все мы возмущаемся росту цен на базовые овощи и фрукты, весной, но не все осознаём причины этого явления. Реальность такова, что мы просто скрипя зубами и шурша кошельками смиряемся со следствиями этой проблемы. Однако, чем чаще мы будем закрывать глаза на причины, тем больше мы будем пожинать плоды этих не решённых проблем, в виде значительных больших финансовых потерь.

Абсурдность делемы в том, что с точки зрения автоматизации решение проблемы является не столь сложным. Основных регулируемых параметров всего три – температура, влажность, содержание кислорода. Это не так много, как например, в химической или перерабатывающей промышленности. С точки зрения финансирования, если не для частника, то для государства вопрос точно решаемый (стоимость строительства 50 тыс. руб. за тонну хранения) [1]. Но тем не мение, решение проблемы автоматизации обычного воздуха в хранилищах и строительства таковых, уже почти как 30 лет висит в этом воздухе.

Коротко об экономических показателях. В связи с наложением санкций 2014 года в России стали популярны идеи импортозамещения. Попытки защиты собственного продовольственного рынка, а именно эмбарго сельхоз продукции с ЕС, Украины, и позже Турции внушили многим гражданам РФ надежду на обеспечение продовольственной безопасности. Аграрии в этом смысле не стали исключением. Понадеявшись на ослабление конкуренции из вне, отечественные сельхозпредприятия только и ждали благоприятного урожайного года. Таким годом оказался 2017-й. Урожай зерна составил рекордные 134,1 млн тонн, что на 11,2% больше 2016-го [2]. Рост отрасли за последние 5 лет был оценен на 8,7% [3].

Но на бочку мёда нашлась ложка дёгтя. Оказалось что всю выращенную продукцию просто негде хранить. Как пояснил президент Национального плодоовощного союза Сергей Королёв, в 2017 г из выращенных более 2,5 млн. тон овощей, в овощехранилища заложено было только 745 тыс.тон [4]. А если учитывать тот факт, что по статистике 30-40%, в первые несколько месяцев, урожая просто сгнивает, то о росте, как таковом, говорить уже не приходится.

Из-за нехватки хранилищ производители сельхозпродукции вынуждены продавать в короткие сроки свою продукцию по копеечным ценам, порой работая себе в убыток. А к весне, когда запасы на исходе, и наступает пора посадок, цены взлетают вверх. В том же 2017 году по данным Росстата, в мае и июне базовые овощи подорожали в 50-100 раз быстрее официальной инфляции [1]. Увеличение цены на свеклу, морковь и лук составило 20-30%, на капусту – 40%, картофель – 54% [1,4]. И это усреднённые цифры, в некоторых регионах увеличение цены было в разы. По факту из-за нехватки хранилищ и, как итог, нехватки запасов, Россия вновь импортирует базовые овощи и фрукты причём за доллары. Как объяснил исполнительный директор Национального союза производителей овощей Михаил Глушков: «Мы вынуждены импортировать продукцию. Её покупают за доллары плюс, увеличиваются транспортные расходы – и растёт цена» [5].

Из всего выше перечисленного можно сделать вывод, что строительство и автоматизация существующих хранилищ весьма актуальна.

Изначально самые первые овощехранилища (картофелехранилища) не имели какого-то управления микроклимата в принципе. Такие хранилища основывались на системе естественной вентиляции. Воздухообмен в таких хранилищах достигается за счёт разности давления внутри и снаружи хранилища или потоков ветра. Температурную изоляцию такие хранилища, как правило, обеспечивали с помощью толстых стен и грунта. Здесь работал принцип - глубже там, где холоднее климат. Если климат, в котором эксплуатируется хранилище мягкий, то использовали наземную степень заглубления (0,15-0,3м). В более суровом климате использовали полузаглубленные степень заглубления (когда половина высоты стены углублена в грунт). В отечественной практике половина всех хранилищ имели именно эту степень заглубления. Ну и наконец, заглубленные хранилища, это те хранилища, в которых более половины стены углублена в грунт. Хранилища такого типа используют в зонах, с расчётной зимней температурой воздуха -30 и -40 °С. Эти хранилища имели не большую вместимость, до 500т [6]. Они могли обеспечить лишь самую минимальную защиту урожая от внешних климатических воздействий. Учитывая наш резко-континентальный климат, стабильное поддержание температурных, а уж тем более влажностных и газовых параметров, система естественной вентиляции ни как обеспечить не могла.

Ей на смену пришла система принудительной вентиляции, которая основывалась на поддержании температуры. Такие хранилища помимо приточных и вытяжных шахт обеспечивались регулируемыми вентиляционными задвижками, и датчиками температуры.

Для управления микрокли­матом в таких овощехранилищах ис­пользовали оборудование типа ОРТХ (Оборудование для регулиро­вания температуры хранилищ) (см. Рис. 1.) и систему «Среда» [7]. Все они использовали автомати­ческую систему управления только температурными режимами в овощехранилище. Автоматическое регулирование влажности применяли редко из-за отсутствия датчиков, работающих при относительной влажности воздуха более 90 %. При необходимости влажностью управляли вручную, включая вытяжные вентиляторы [8].

Рис. 1. Схема управления температурным режимом в картофелехранилище

Создатели старых систем управления понижали температуру только путём открытия задвижек и запуска холодного воздуха снаружи. Однако эта система охлаждения оказалась полностью некомпетентна в случаях если температура окружающей среды выше температуры внутри хранилища.

Также в системах отсутствовали газоанализаторы, что в свою очередь приводило к не своевременному выявлению нехватки кислорода во всех частях овощехранилища. Это приводило к ухудшению качества картофеля, он «задыхался». Как итог, в таких хранилищах, часто не диагностировался и, вовремя не выявлялся порченый картофель, что приводило лишь к большему заражению и большим потерям.

Есть в этих системах и положительные стороны, например использование промежуточной камеры для смешивания воздуха и вентилирования или так называемого, тамбура. Тамбур необходим для избежания резких перепадов температуры и причинения стресса овощам.

Очень важно осознавать, что в наше время автоматизация овощехранилищ – это не просто траты на какие-то установки ради улучшения технологий хранения, а жизненно необходимая составляющая, без которой смысла в хранилище, как таковом, нет. Продукты хранения имеют биологическое происхождение и несоблюдение основных параметров портит товарный вид продукта, его свойства, и самое главное – сроки хранения.

В качестве примера возьмём хранение семенного картофеля по технологии Кемеровского Научно-Исследовательского Института Сельского Хозяйства. Как уже сказано, основные параметры температура, влажность, концентрация кислорода. Весь цикл хранения состоит из нескольких периодов:

Просушки – в процессе уборки и закладки в картофелехранилище происходит непрерывная обсушка при температуре 10 ⁰С, если картофель сырой;

Лечения - картофель восстанавливается после полученного стресса, продолжительность 14-16 дней при 18-20 ⁰С. Вентилируют 5-6 раз в день и ночное время, влажным циркуляционным тёплым воздухом, добавляя свежий воздух, влажность при этом составляет 95%;

Охлаждения – постепенно снижают температуру на 0,5 ⁰С в течение 20-30 дней пока температура не упадёт до 2-3 ⁰С;

Основной – поддержание температуры насыпи 2 ⁰С в течение 4-5 месяцев. Поддержание кислорода в межклубневом пространстве не ниже16-18 %, и не превышение углекислого газа на 0,5-1 %. Температура внутри хранилища должна на 1-2 ⁰С быть больше, чем в насыпи;

Весенний – понижение температуры до 1,5 - 1,9 ⁰С;

Дезинфекция хранилища – дезинфекция и просушка.

Влажность во все периоды, кроме лечения – 90%.

Из выше-перечисленного следует вывод, что столь точное и своевременное регулирование всех параметров, просто невозможно ручными методами. Для качественного контроля микроклимата необходима финансово доступная система автоматизации, учитывающая все необходимые параметры.

На сегодняшний день эту систему создать вполне реально. Для решения всех намеченных задач такая современная система будет иметь следующие особенности:

контроль и управление влажности;

климат контроль воздуха происходит не в самом хранилище, а в вентиляционной камере (см. рис 2);

наличие постоянного мониторинга параметров не только внутри хранилища, но и снаружи;

контроль и управление концентрации кислорода.

Рис. 2. Система вентиляции и климат контроля в вентиляционном тамбуре

Автоматическая система работает следующим образом: при открытии смесительного клапана (заслонки) и всасывания воздуха вентиляторами, уличный воздух поступает в вентиляционную, смесительную камеру. По имеющимся датчикам определяются параметры (температура, влажность, концентрация кислорода) приходящего воздуха. Информация об этих параметрах идёт в программируемый логический контроллер (ПЛК), где определяются дальнейшие действия по управлению.

Далее, воздух проходит через увлажнители, конденсаторные холодильные и нагревательные агрегаты, после чего, приобретая нужные параметры по вентиляционным коробам поступает в хранилище (см. рис 3).

Рис. 3. Система вентиляции и климат контроля в хранилище

Учитывая, что картофель-живое биологический организм, не терпящий резких изменений параметров (это может привести к стрессу), то все процессы, связанные с ним – инерционные. Датчики температуры, в связи с этим, должны быть предельно точные, но не обязательно быстродействующие. Под эти параметры прекрасно подходят термометры сопротивления: медный или платиновый. Также понадобится измеритель влажности с диапазоном от 0 до 100% и газоанализаторы кислорода и углекислого газа. Все указанные датчики имеются на рынке.

В качестве исполнительных механизмов могут быть использованы электрокалориферы (для нагрева температуры), компрессорно-конденсаторные холодильные агрегаты (для охлаждения и уменьшения влажности), несколько сервоприводов (для регулирования степени открытия и закрытия задвижек), несколько вентиляторов для лучшей циркуляции воздуха. Поскольку очень важным параметром для сохранения товарного вида продукции является влажность, то её также необходимо подвергнуть регулированию. Для уменьшения влажности можно использовать тот же компресорно-конденсаторный холодильный агрегат. В качестве увеличителя влажности – блок ультразвуковых увлажнителей, который имеет довольно малую цену.

Управляющим оборудованием может быть использовать программируемый логический контроллер компании ОВЕН, или какой-либо другой компании, имеющий блок для аналоговых сигналов и блок питания.

Данная система автоматизации может стоить от сотни до нескольких сотен тысяч рублей, в зависимости от объёмов хранимой продукции, расстояния доставки оборудования и климата в расчётном регионе.

В свете вышесказанного можно сделать вывод, что вырастить урожай это половина дела, вторая половина – сохранить его и донести до потребителя в должном состоянии. Рост цен на продукты питания в России, недоедание и заболевания людей, связанные с ним, всё это последствия отсутствия хранилищ с автоматическим регулированием микроклимата.

Список литературы:

Россия рискует потерять треть урожая овощей из-за отсутствия хранилищ // finanz.ru Дата обновления: Июль 31, 2017. URL:https://www.finanz.ru/novosti/aktsii/rossiya-riskuet-poteryat-tret-urozhaya-ovoshchey-iz-za-otsutstviya-khranilishch-1002219279

Урожай зерна в России в 2017 году составил рекордные 134,1 млн тонн // ТАСС, Россия. Дата обновления: Январь 11, 2018. URL:https://tass.ru/ekonomika/4867061

Приписки и «рекорды»: сказки о сельском хозяйстве России // Газета.ru, Отдел «Бизнес». Дата обновления: Декабрь 20, 2018. URL:https://www.gazeta.ru/business/2018/12/20/12101161.shtml?updated

Хранилища для овощей вместили лишь треть урожая 2017 года // Агроинфо, Агроновости, Растениеводство. Дата обновления: Февраль 13, 2018. URL:https://agroinfo.com/1302201801-xranilishha-dlya-ovoshhej-vmestili-lish-tret/.

Стоимость продуктовой корзины повысили овощи // agro2b.ru, Главная, Новости. Дата обновления: Май 26, 2017. URL:http://agro2b.ru/ru/news/41973-Stoimost-produktovoj-korziny-povysili-ovoshti.html

Овощи в землянке // Агроинвестор, Мария Арсеньева, Агротехника и технологии. Дата обновления: ноябрь 12, 2014. URL:https://www.agroinvestor.ru/technologies/article/15158/

Автоматизация хранилищ сельскохозяйственной продукции // StudRef.com, Главная, Техника.

URL:https://studref.com/362932/tehnika/avtomatizatsiya_hranilisch_selskohozyaystvennoy_produktsii

Системы автоматизации микроклимата в хранилище // Studme.org, Главная, Техника. URL: https://studme.org/288679/tehnika/sistemy_avtomatizatsii_mikroklimata_kartofelehranilische

Код для цитирования: Скопировать