[Abstract]Attualmente, i dispositivi per la semina domestica adottano solitamente un design integrato, che comporta molti disagi durante lo spostamento, il carico e lo scarico. Sulla base delle caratteristiche dello spazio abitativo dei residenti urbani e dell'obiettivo progettuale della produzione di piante familiari, questo articolo propone un nuovo tipo di progettazione di dispositivi prefabbricati per la semina familiare. Il dispositivo è composto da quattro parti: un sistema di supporto, un sistema di coltivazione, un sistema di acqua e fertilizzante e un sistema di integrazione della luce (principalmente luci di coltivazione a LED). Ha un ingombro ridotto, un elevato utilizzo dello spazio, una struttura innovativa, un comodo smontaggio e montaggio, un basso costo e una forte praticabilità. Può soddisfare le esigenze dei residenti urbani riguardo alla lattuga, al sedano, alle verdure veloci, al cavolo nutriente e alla begonia fimbristipula. Dopo una modifica su piccola scala, può essere utilizzato anche per la ricerca sperimentale scientifica sulle piante

Progettazione complessiva delle attrezzature per la coltivazione

Principi di progettazione

Il dispositivo di coltivazione prefabbricato è rivolto principalmente ai residenti urbani. Il team ha studiato a fondo le caratteristiche dello spazio abitativo dei residenti urbani. L'area è piccola e il tasso di utilizzo dello spazio è elevato; la struttura è nuova e bella; è conveniente smontare e montare, semplice e facile da imparare; ha un costo basso e una forte praticabilità. Questi quattro principi attraversano l'intero processo di progettazione e si sforzano di raggiungere l'obiettivo finale di armonizzazione con l'ambiente domestico, struttura bella e decorosa e valore d'uso economico e pratico.

Materiali da utilizzare

Il telaio di supporto viene acquistato dallo scaffale multistrato disponibile sul mercato, lungo 1,5 m, largo 0,6 me alto 2,0 m. Il materiale è acciaio, spruzzato e antiruggine, e i quattro angoli del telaio di supporto sono saldati con ruote universali frenanti; la piastra nervata è selezionata per rinforzare la piastra dello strato del telaio di supporto che è realizzata in lamiera d'acciaio di spessore 2 mm con trattamento antiruggine spray-plastico, due pezzi per strato. La vasca di coltivazione è realizzata in tubo quadrato idroponico in PVC a tappo aperto, 10 cm×10 cm. Il materiale è un pannello in PVC rigido, con spessore di 2,4 mm. Il diametro dei fori di coltivazione è di 5 cm e la distanza tra i fori di coltivazione è di 10 cm. Il serbatoio della soluzione nutritiva o serbatoio dell'acqua è costituito da una scatola di plastica con uno spessore di parete di 7 mm, una lunghezza di 120 cm, una larghezza di 50 cm e un'altezza di 28 cm.

Progettazione della struttura del dispositivo di coltivazione

Secondo il piano di progettazione generale, il dispositivo di coltivazione familiare prefabbricato è composto da quattro parti: un sistema di supporto, un sistema di coltivazione, un sistema di acqua e fertilizzanti e un sistema di integrazione della luce (principalmente luci di coltivazione a LED). La distribuzione nel sistema è mostrata nella Figura 1.

Figura 1, viene mostrata la distribuzione nel sistema.

Supportare la progettazione del sistema

Il sistema di supporto del dispositivo prefabbricato per la coltivazione familiare è composto da un palo montante, una trave e una piastra a strati. Il palo e la trave sono inseriti attraverso la fibbia con foro a farfalla, comoda da smontare e montare. La trave è dotata di una piastra a nervature rinforzate. I quattro angoli del telaio di coltivazione sono saldati con ruote universali con freno per aumentare la flessibilità di movimento del dispositivo di coltivazione.

Progettazione del sistema di coltivazione

Il serbatoio di coltivazione è un tubo quadrato idroponico da 10 cm×10 cm con un design a coperchio aperto, facile da pulire e può essere utilizzato per la coltivazione di soluzioni nutritive, la coltivazione del substrato o la coltivazione del terreno. Nella coltivazione con soluzione nutritiva, il cestino per la semina viene posizionato nella buca di semina e le piantine vengono fissate con una spugna con le specifiche corrispondenti. Quando il substrato o il terreno vengono coltivati, una spugna o una garza vengono inserite nei fori di collegamento su entrambe le estremità della vasca di coltivazione per evitare che il substrato o il terreno blocchino il sistema di drenaggio. Le due estremità della vasca di coltivazione sono collegate al sistema di circolazione tramite un tubo in gomma di diametro interno di 30 mm, che evita efficacemente i difetti di solidificazione strutturale causati dall'incollaggio di colle in PVC, che non favoriscono il movimento.

Progettazione del sistema di circolazione dell'acqua e dei fertilizzanti

Nella coltivazione della soluzione nutritiva, utilizzare una pompa regolabile per aggiungere la soluzione nutritiva al serbatoio di coltivazione di livello superiore e controllare la direzione del flusso della soluzione nutritiva attraverso il tappo interno del tubo in PVC. Al fine di evitare il flusso irregolare della soluzione nutritiva, la soluzione nutritiva nel serbatoio di coltivazione dello stesso strato adotta un metodo di flusso unidirezionale a "forma di S". Per aumentare il contenuto di ossigeno della soluzione nutritiva, quando fuoriesce lo strato più basso della soluzione nutritiva, viene progettato un certo spazio tra l'uscita dell'acqua e il livello del liquido nel serbatoio dell'acqua. Nella coltivazione del substrato o del terreno, il serbatoio dell'acqua è posizionato sullo strato superiore e l'irrigazione e la concimazione vengono effettuate tramite un sistema di irrigazione a goccia. Il tubo principale è un tubo in PE nero con un diametro di 32 mm e uno spessore della parete di 2,0 mm, mentre il tubo di diramazione è un tubo in PE nero con un diametro di 16 mm e uno spessore della parete di 1,2 mm. Su ogni tubo di derivazione installare una valvola per il controllo individuale. La freccia a caduta utilizza un gocciolatore a freccia dritta compensata in pressione, 2 per foro, inserito nella radice della piantina nel foro di coltivazione. L'acqua in eccesso viene raccolta attraverso il sistema di drenaggio, filtrata e riutilizzata.

Sistema di supplemento leggero

Se l'apparecchio per la coltivazione viene utilizzato per la produzione di balconi, la luce naturale proveniente dal balcone può essere utilizzata senza luce supplementare o con una piccola quantità di luce supplementare. Quando si coltiva in soggiorno è necessario realizzare un progetto illuminotecnico supplementare. L'apparecchio di illuminazione è una lampada da coltivazione a LED lunga 1,2 m e il tempo di illuminazione è controllato da un timer automatico. Il tempo di luce è impostato su 14 ore, mentre il tempo di luce non supplementare è su 10 ore. Ci sono 4 luci LED in ogni strato, installate nella parte inferiore dello strato. I quattro tubi sullo stesso strato sono collegati in serie e gli strati sono collegati in parallelo. In base alle diverse esigenze di illuminazione delle diverse piante, è possibile selezionare la luce LED con spettro diverso.

Assemblaggio del dispositivo

Il dispositivo prefabbricato per la coltivazione domestica ha una struttura semplice (Figura 2) e il processo di assemblaggio è semplice. Nella prima fase, dopo aver determinato l'altezza di ogni strato in base all'altezza delle colture coltivate, inserire la trave nel foro a farfalla del palo montante per costruire lo scheletro del dispositivo; nella seconda fase, fissare il tubo luminoso di coltivazione a LED sulla nervatura di rinforzo sul retro dello strato e posizionare lo strato nella depressione interna della traversa del telaio di coltivazione; il terzo gradino, la vasca di coltivazione ed il sistema di circolazione dell'acqua e del fertilizzante sono collegati tramite un tubo di gomma; il quarto passaggio: installare il tubo LED, impostare il timer automatico e posizionare il serbatoio dell'acqua; la quinta fase di debug del sistema, aggiungere acqua al serbatoio dell'acqua. Dopo aver regolato la testa e il flusso della pompa, controllare il sistema di circolazione dell'acqua e del fertilizzante e il collegamento del serbatoio di coltivazione per eventuali perdite d'acqua, accendere e controllare il collegamento delle luci LED e il funzionamento condizione del timer automatico.

Figura 2, progettazione generale del dispositivo di coltivazione prefabbricato

Applicazione e valutazione

Applicazione di coltivazione

Nel 2019, il dispositivo sarà utilizzato per la coltivazione indoor su piccola scala di ortaggi come lattuga, cavolo cinese e sedano (Figura 3). Nel 2020, sulla base del riassunto della precedente esperienza di coltivazione, il team del progetto ha sviluppato la coltivazione del substrato organico della verdura omologa per alimenti e medicinali e la tecnologia di coltivazione della soluzione nutritiva di Begonia fimbristipula hance, che ha arricchito gli esempi di applicazione domestica del dispositivo. Negli ultimi due anni di coltivazione e applicazione, la lattuga e gli ortaggi veloci possono essere raccolti 25 giorni dopo la coltivazione a una temperatura interna di 20-25 ℃; il sedano deve crescere per 35-40 giorni; La Begonia fimbristipula Hance e il cavolo cinese sono piante perenni che possono essere raccolte in più volte; La Begonia fimbristipula può raccogliere i primi 10 cm di steli e foglie in circa 35 giorni, mentre i giovani steli e foglie possono essere raccolti in circa 45 giorni per la coltivazione del cavolo. Una volta raccolti, la resa della lattuga e del cavolo cinese è di 100~150 g per pianta; la resa di sedano bianco e sedano rosso per pianta è di 100~120 g; la resa della Begonia fimbristipula Hance al primo raccolto è bassa, 20-30 g per pianta, e con la continua germinazione dei rami laterali, si può raccogliere una seconda volta, con un intervallo di circa 15 giorni e rese di 60- 80 g per pianta; la resa del foro del menu nutriente è di 50-80 g, raccolta una volta ogni 25 giorni e può essere raccolta continuamente.

Figura 3, Applicazione di produzione del dispositivo di coltivazione prefabbricato

Effetto dell'applicazione

Dopo più di un anno di produzione e applicazione, il dispositivo può sfruttare appieno lo spazio tridimensionale della stanza per la produzione su piccola scala di una varietà di colture. Le operazioni di carico e scarico sono semplici e facili da apprendere e non è richiesta alcuna formazione professionale. Regolando l'altezza e il flusso della pompa dell'acqua è possibile evitare il problema del flusso eccessivo e del traboccamento della soluzione nutritiva nel serbatoio di coltivazione. Il design a coperchio aperto del serbatoio di coltivazione non è solo facile da pulire dopo l'uso, ma anche facile da sostituire quando gli accessori sono danneggiati. Il serbatoio di coltivazione è collegato al tubo di gomma del sistema di circolazione dell'acqua e dei fertilizzanti, che realizza il design modulare del serbatoio di coltivazione e del sistema di circolazione dell'acqua e dei fertilizzanti ed evita gli svantaggi del design integrato nel tradizionale dispositivo idroponico. Inoltre, il dispositivo può essere utilizzato per la ricerca scientifica in condizioni di temperatura e umidità controllabili oltre alla produzione agricola domestica. Non solo consente di risparmiare spazio di prova, ma soddisfa anche i requisiti dell'ambiente di produzione, in particolare la coerenza dell'ambiente di crescita delle radici. Dopo un semplice miglioramento, il dispositivo di coltivazione può anche soddisfare i requisiti di diversi metodi di trattamento dell'ambiente della rizosfera ed è stato ampiamente utilizzato negli esperimenti scientifici sulle piante.

Fonte dell'articolo: account Wechat diTecnologia di ingegneria agricola (orticoltura in serra) 

Informazioni di riferimento: Wang Fei, Wang Changyi, Shi Jingxuan, et al.Progettazione e applicazione di dispositivi prefabbricati per la coltivazione domestica[J].Agricultural Engineering Technology,2021,41(16):12-15.