Водяной насос, воздушный насос и трубопроводы для гидропоники: руководство по подбору

Для чего нужен водяной насос в гидропонике?

Водяной насос для гидропоники подаёт питательный раствор из резервуара к растениям, а в рециркуляционных системах обеспечивает его движение по замкнутому контуру с возвратом в резервуар. Насос подбирают по двум параметрам: расходу, необходимому каналам, капельницам или башням, и полному напору, который он должен создавать с учётом высоты подъёма и потерь на трение.

В большинстве систем насос работает вместе с двумя другими компонентами: компрессором с воздушными распылителями, повышающими содержание растворённого кислорода в резервуаре, и комплектом труб, фитингов и сливов, по которым вода движется по контуру. Вместе они образуют насосно-трубопроводную систему гидропонной установки. Если какой-либо её элемент недостаточен по производительности или размеру либо неправильно расположен, это сказывается на растениях: концы каналов пересыхают, вода нагревается и застаивается, появляются водоросли или корневая гниль.

В этом руководстве рассказывается, как выбрать насос для гидропоники, когда нужен компрессор, как рассчитать объём резервуара и как проложить трубопроводы из PVC, чтобы систему можно было сливать и очищать и чтобы она выдерживала отключение электричества.

Какие типы насосов используют в гидропонике?

Погружной водяной насос для гидропоники — самый простой выбор для одной небольшой системы. Когда хозяйство разрастается до нескольких стеллажей или тепличного комплекса, внешний водяной насос, подключённый к коллектору, обычно проще обслуживать: его можно отсечь клапанами и заменить, не сливая воду из резервуара.

Как подобрать водяной насос для гидропонной системы?

Чтобы подобрать водяной насос для гидропонной системы, выполните следующие действия:

1. Определите необходимый расход. Для NFT умножьте количество каналов на расход в каждом канале. Во многих системах для листовой зелени расход составляет около 1–2 L/min на канал в зависимости от его ширины и длины. Для капельных систем умножьте количество капельниц на расход каждой капельницы. В DWC насос обеспечивает только циркуляцию и перемешивание, поэтому обычно достаточно умеренного часового оборота объёма резервуара.
2. Измерьте статический напор. Это расстояние по вертикали от поверхности воды в резервуаре до самой высокой точки подачи, например верхнего канала А-образной конструкции или вершины башни.
3. Оцените потери на трение. Трубы, отводы, клапаны и фильтры создают сопротивление потоку. На коротких участках с достаточным диаметром труб эти потери могут составлять небольшую долю статического напора. На длинных или узких участках они могут превышать его.
4. Добавьте давление на выходе. Для открытой подачи в каналы оно почти не требуется. Капельницам и распылителям необходимо номинальное рабочее давление, которое часто выражают в bar или метрах напора.
5. Изучите характеристическую кривую насоса. Выбирайте насос, обеспечивающий необходимый расход при полном расчётном напоре, а не по максимальному расходу при свободном изливе. Предусмотрите запас примерно 20–30% на засорение, износ и будущее расширение.
6. Предусмотрите регулирование. Установите после насоса шаровой кран или байпас для корректировки расхода, а там, где обратный ток может опорожнить коллектор, — обратный клапан.

Пример: на стеллаже установлены 20 каналов NFT с расходом около 1.5 L/min каждый, что даёт 30 L/min, или 1.8 m³/h. Верхний канал находится на 1.8 m выше поверхности раствора в резервуаре, а потери на трение оцениваются примерно в 1 m, поэтому полный напор составляет около 3 m. Нужен насос, обеспечивающий не менее 1.8 m³/h при напоре 3 m; с учётом запаса следует искать на характеристической кривой расход около 2.2–2.4 m³/h при этом напоре.

Для систем капельного полива, в которых также вводятся удобрения, насос и дозирующий узел подбирают совместно; см. как рассчитать параметры системы фертигации.

Нужны ли для гидропоники компрессор и воздушные распылители?

Корням нужен кислород. В NFT основную его часть обеспечивают тонкий слой движущегося раствора и воздух над ним. В глубоководной культуре корни находятся в стоячей воде, поэтому компрессор, подающий воздух к распылителям, входит в стандартное оснащение. Рекомендации агроконсультационных служб для выращивания салата на плавучих платформах предлагают поддерживать содержание растворённого кислорода около 6–8 ppm. Воздушные распылители в резервуаре гидропонной системы также помогают перемешивать питательные вещества и сокращать застойные зоны.

Практические рекомендации:

• Распределяйте воздух. Несколько воздушных распылителей среднего размера или линейных диффузоров, размещённых вдоль бассейна с плавучими платформами, обеспечивают более равномерное насыщение кислородом, чем один крупный распылитель.
• Поддерживайте прохладную воду. Тёплая вода удерживает меньше кислорода. Многие производители стремятся поддерживать температуру раствора примерно 18–22 °C; по мере нагревания воды риск корневых болезней обычно возрастает.
• Подбирайте по глубине и объёму. Оптимальный компрессор для гидропоники должен быть рассчитан на глубину вашего резервуара и обеспечивать достаточную подачу воздуха ко всем распылителям. Чем глубже вода, тем выше требуемое давление. Проверяйте указанную производителем производительность на вашей глубине, а не при свободном выходе воздуха.
• Защитите компрессор. Устанавливайте его выше уровня воды или используйте обратные клапаны, чтобы при отключении электричества вода не могла попасть в него обратным сифонированием.
• Измеряйте, а не гадайте. Портативный измеритель растворённого кислорода (DO) быстро покажет, достаточно ли аэрации.

О конструкции плавучих платформ и плотности посадки читайте в нашем руководстве по глубоководной культуре, а о канальных системах — в руководстве по системам NFT.

Каким должен быть объём резервуара для гидропоники?

Резервуар, или бак, гидропонной системы должен быть достаточно вместительным, чтобы сглаживать изменения EC, pH и температуры и вмещать всю воду, стекающую обратно из системы при остановке насоса. Больший объём стабильнее, но требует больше затрат на заполнение, нагрев или охлаждение.

• Сначала рассчитайте объём обратного слива. Сложите объёмы воды, находящейся в каналах, трубах и башнях. При остановке насоса эта вода возвращается в резервуар. Если его вместимости недостаточно, он переполнится.
• Добавьте рабочий объём. В жаркий день растения потребляют много воды. Рабочий объём, равный как минимум потреблению растений за один-два дня, снижает частоту колебаний EC и работы насоса всухую.
• Используйте непрозрачный материал, безопасный для контакта с пищевой продукцией. Резервуары гидропонных систем должны блокировать свет, чтобы предотвращать рост водорослей, и изготавливаться из пищевого пластика или стали с внутренним защитным покрытием.
• Закрывайте резервуар. Крышка уменьшает испарение, проникновение света, мусора и вредителей.
• Предусмотрите очистку. Установите сливной кран в самой нижней точке и оставьте доступ для механической очистки между циклами выращивания.

Доливайте воду в резервуар гидропонной системы каждые несколько дней и планируйте частичную или полную замену раствора каждые несколько недель, чтобы не допускать накопления нежелательных ионов. В коммерческих хозяйствах вместо общего большого резервуара часто устанавливают отдельный резервуар для каждой зоны, чтобы заболевание или ошибка дозирования не затронули всю ферму.

Как смонтировать трубопроводы гидропонной системы из PVC?

В большинстве гидропонных систем с трубами из PVC этот материал используют для подающего коллектора, а для выращивания — трубы из PVC или специально изготовленные каналы из PVC. Гидропонные системы из PVC популярны благодаря низкой стоимости материала, простоте клеевого соединения и широкой доступности. Рекомендации по монтажу:

1. Используйте материал, безопасный для контакта с пищевой продукцией и стабилизированный против ультрафиолета, для всех деталей, соприкасающихся с питательным раствором, а для защиты от света — непрозрачные трубы или трубы с белым наружным слоем.
2. Подбирайте подающие коллекторы с достаточным запасом по диаметру, чтобы давление было равномерным от первого отвода до последнего. Слишком узкий коллектор приводит к недостаточной подаче на дальнем конце.
3. Делайте сливные трубопроводы больше подающих. Обратный поток движется самотёком, поэтому ему нужны больший диаметр и постоянный уклон к резервуару.
4. Задайте уклон каналов. Каналы NFT обычно укладывают с уклоном примерно 1–3%, чтобы вода стекала без образования застойных участков.
5. Установите разъёмные соединения и клапаны у насоса, фильтра и каждой зоны, чтобы отдельные компоненты можно было отключать и снимать без разрезания труб.
6. Фильтруйте воду перед малыми выходными отверстиями. Установите сетчатый или дисковый фильтр перед капельницами и тонкими подающими трубками; см. наше руководство по фильтрам для орошения.
7. Испытайте систему под давлением и промойте чистой водой перед посадкой, затем проверьте равномерность расхода во всех точках подачи.

Гидропонные системы из канализационных или круглых труб PVC подходят для небольших установок, но в круглых трубах меньше места для корней, а по краям они пересыхают быстрее, чем каналы с плоским дном. Коммерческие производители обычно переходят на специализированные гидропонные трубы или каналы квадратного сечения, например нашу систему NFT с плоскими каналами из пищевого PVC и насосом.

Можно ли использовать в гидропонике насос на солнечной энергии?

Да, но необходимо предусмотреть непрерывную работу. Насос для гидропоники на солнечной энергии — это насос постоянного тока, питающийся от панелей через контроллер заряда и, как правило, аккумуляторную батарею. При прекращении потока корни в NFT могут пересохнуть за время от десятков минут до пары часов в зависимости от температуры и размера растений, поэтому солнечный насос без резервного аккумуляторного питания рискован для NFT. DWC и капельные системы с таймерами менее чувствительны к перерывам. Рассчитайте ёмкость аккумуляторов на ночное время и пасмурные периоды, а для критически важных культур предусмотрите резервное питание от сети или генератора. В нашем руководстве по орошению на солнечной энергии подробнее описан подбор панелей и аккумуляторов.

Как предотвратить корневую гниль в гидропонике?

Корневую гниль в гидропонике обычно вызывают водяные плесени, например Pythium, которые активно развиваются в тёплых, загрязнённых системах с низким содержанием кислорода. Заражённые корни буреют, размягчаются и покрываются слизью, а растения вянут, хотя находятся в воде. Правильно устроенные трубопроводы и аэрация — первая линия защиты:

• Поддерживайте умеренную температуру раствора и высокое содержание растворённого кислорода.
• Избегайте тупиковых ответвлений, приямков и низких участков трубопровода, в которых застаивается вода.
• Защитите резервуары и каналы от света, чтобы водоросли не способствовали росту микроорганизмов.
• Используйте чистые рассадные пробки, своевременно удаляйте больные растения, очищайте и дезинфицируйте всю систему между циклами выращивания.
• Обрабатывайте исходную воду, если она содержит патогены или осадок.

Борьба с корневой гнилью в гидропонике в основном сводится к исправлению этих условий: охладите и аэрируйте раствор, удалите сильно поражённые растения, промойте и продезинфицируйте систему. Когда возбудитель закрепился в трубопроводах и резервуарах, устранить его трудно, поэтому профилактика обходится значительно дешевле лечения.

Контрольный список обслуживания насосов и трубопроводов

• Еженедельно очищайте всасывающие отверстия насосов и фильтры предварительной очистки, а при появлении водорослей или остатков корней — чаще.
• Каждую неделю проверяйте расход в последнем канале или последней капельнице каждой зоны.
• Заменяйте воздушные распылители при снижении подачи воздуха или засорении минеральными отложениями.
• Держите на объекте запасной насос для каждой критически важной зоны.
• Установите поплавковый выключатель минимального уровня для защиты насосов от сухого хода и сигнализацию отсутствия потока или электропитания на случай ночных сбоев.

Нужна система в полной комплектации?

Mars Vertical Farm поставляет комплектные рециркуляционные системы с насосами, резервуарами и трубопроводами, включая бассейны с плавучими платформами для глубоководной культуры, стеллажи NFT и интеллектуальную установку фертигации с дозирующим насосом для регулирования EC и pH. Ознакомьтесь с нашими гидропонными системами или пришлите нам план размещения, и мы подберём насос, резервуар и трубопроводы при подготовке коммерческого предложения.

Источники

• Центр диверсификации сельскохозяйственных культур Университета Кентукки: Гидропонное выращивание салата в контролируемых условиях