[Riassunto]Attualmente, i dispositivi di impianto domestico di solito adottano un design integrato, che porta molti disagi al movimento, al carico e allo 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 di impianto familiare prefabbricati.Il dispositivo 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).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 a lattuga per sedano, verdura veloce, cavolo nutriente e begonia fimbristipula.Dopo modifiche su piccola scala, può essere utilizzato anche per la ricerca di esperimenti scientifici sulle piante

Progettazione generale delle attrezzature per la coltivazione

Principi di progettazione

Il dispositivo di coltivazione prefabbricato è principalmente orientato 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 basso costo e una forte praticabilità.Questi quattro principi attraversano l'intero processo di progettazione e si sforzano di raggiungere l'obiettivo finale di armonizzarsi con l'ambiente domestico, una struttura bella e decente e un valore d'uso economico e pratico.

Materiali da utilizzare

Il telaio di supporto viene acquistato dal prodotto a scaffale multistrato del mercato, lungo 1,5 m, largo 0,6 m e alto 2,0 m.Il materiale è acciaio, spruzzato e antiruggine, ei 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 2 mm di spessore con trattamento antiruggine in plastica spray, due pezzi per strato.La vasca di coltivazione è realizzata in tubo quadrato idroponico in PVC a cappello aperto, 10 cm×10 cm.Il materiale è un pannello in PVC rigido, con uno 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, con 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, è mostrata la distribuzione nel sistema.

Supporto alla progettazione del sistema

Il sistema di supporto del dispositivo di coltivazione familiare prefabbricato è composto da un palo verticale, una trave e una piastra a strati.Il palo e la trave vengono inseriti attraverso la fibbia a farfalla, comoda da smontare e montare.La trave è dotata di una piastra rinforzata con nervature.I quattro angoli del telaio di coltivazione sono saldati con ruote universali con freni per aumentare la flessibilità del 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 della soluzione nutritiva, il cesto di semina viene posizionato nel foro di semina e le piantine vengono fissate con una spugna di specifiche corrispondenti.Quando il substrato o il terreno viene coltivato, una spugna o una garza viene inserita nei fori di collegamento alle due 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 da un tubo in gomma con diametro interno di 30 mm, che evita efficacemente i difetti di solidificazione strutturale causati dall'incollaggio del PVC, che non favorisce il movimento.

Progettazione del sistema di circolazione dell'acqua e del fertilizzante

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".Al fine di aumentare il contenuto di ossigeno della soluzione nutritiva, quando fuoriesce lo strato più basso di soluzione nutritiva, viene progettato un certo spazio tra l'uscita dell'acqua e il livello del liquido del serbatoio dell'acqua.Nella coltivazione del substrato o del terreno, il serbatoio dell'acqua viene 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.Ogni tubo di diramazione Installare una valvola per il controllo individuale.La freccia a goccia utilizza un gocciolatore a freccia dritta compensato 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

Quando il dispositivo di coltivazione viene utilizzato per la produzione su balcone, 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 eseguire il progetto di illuminazione 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 h e il tempo di luce non supplementare è 10 h.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 verticale 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 cavità interna della trave trasversale del telaio di coltivazione;il terzo gradino, la vasca di coltivazione e il sistema di circolazione dell'acqua e del fertilizzante sono collegati da un tubo in 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 perdite d'acqua, accendere e controllare il collegamento delle luci a LED e il funzionamento condizione del timer automatico.

Figura 2, progetto generale del dispositivo di coltivazione prefabbricato

Applicazione e valutazione

Applicazione di coltivazione

Nel 2019, il dispositivo verrà utilizzato per la coltivazione indoor su piccola scala di verdure come lattuga, cavolo cinese e sedano (Figura 3).Nel 2020, sulla base del riepilogo della precedente esperienza di coltivazione, il team del progetto ha sviluppato la coltivazione del substrato organico dell'omologo vegetale alimentare e medicinale 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 la verdura veloce possono essere raccolte 25 giorni dopo la coltivazione a una temperatura interna di 20-25 ℃;il sedano deve crescere per 35-40 giorni;Begonia fimbristipula Hance e cavolo cinese sono piante perenni che possono essere raccolte 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.Al momento della raccolta, la resa di lattuga e 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 nel primo raccolto è bassa, 20-30 g per pianta, e con la continua germinazione dei rami laterali, può essere raccolta per la seconda volta, con un intervallo di circa 15 giorni e rese di 60- 80 g per pianta;la resa della buca 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 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 sue operazioni di carico e scarico sono semplici e facili da imparare e non è richiesta alcuna formazione professionale.Regolando il sollevamento e il flusso della pompa dell'acqua, è possibile evitare il problema del flusso eccessivo e del trabocco della soluzione nutritiva nel serbatoio di coltivazione.Il design del 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 del fertilizzante, che realizza il design modulare del serbatoio di coltivazione e del sistema di circolazione dell'acqua e del fertilizzante, 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 che per la produzione agricola domestica.Non solo consente di risparmiare spazio di test, 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.