9
Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011 VCCA-2011 Mô hình nhà trồng cây với điều khiển tự động ứng dụng tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh The Model of The Automated Greenhouse used for HoChiMinh City’s Area Nguyễn Ngọc Lâm, Đỗ Quang Minh, Trần Công Thịnh, Phạm Hữu Nhượng /1/ Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học và Tự động hoá (Phân Viện Tp.HCM) /1/ Khu Nông nghiệp Công Nghệ Cao, Tp.HCM e-Mail: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected] Tóm tắt Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu và ứng dụng nhà trồng cây có điều khiển tự động được xây dng phù hợp với điều kiện sinh thái Tp.HCM. Nhà trồng cây GH-300 đã được thiết kế, lắp đặt có mái dạng tam giác liền kế, với diện tích tổng cộng ~ 300m 2 , gồm 3 nhà (kích thước: 6x16,6x3,5m(máng)– 5,3m(nóc) có hệ điều khiển riêng, phủ lợp bằng tấm polycarbonate, bao quanh bằng màng plastic và lưới. Hệ thống đã áp dụng các công nghệ cho nhà trồng cây, gồm điều khiển tự động đóng mở mái, kéo rèm, điều hoà vi khí hậu, tưới – cp dch và điều khiển ánh sáng theo chương trình, kết nối với máy tính và điều khiển từ xa. Mùa khô, nhiệt độ ban ngày ngoài trời cao (37÷58 0 C), độ ẩm thấp (15÷20%), hệ thống GH- 300 cho phép hạ nhiệt độ trong nhà với chênh lệch ~12÷15 0 C. Mùa mưa, những ngày nắng, hệ thống GH-300 cho phép hạ nhiệt độ trong nhà với chênh lệch ~ 8÷12 0 C. Thời gian sau mưa, hệ thống cho phép hạ nhiệt độ trong nhà với chênh lệch ~ 5÷7 0 C. Ở mức tự động hoá trung bình, hệ thống đã thực hiện có giá thành bằng 40÷50% so với giá ngoại nhập). Các thực nghiệm canh tác để lựa chọn giống cây phù hợp, chế độ dinh dưỡng, tưới, quy trình canh tác,… đã được thực hiện cho các loại rau ăn lá (rau muống và rau cải xanh) và ăn quả (dưa chuột, dưa lưới - giống A Liên và Dưa lê - Kim cô nương), các loại hoa nền (dyên thảo, thu hải đường), Từ các kết quả trên, cấu hình rút gọn mô hình nhà trồng cây và danh mục cây trồng được đề xuất để có thể triển khai rộng trên địa bàn Tp.HCM. Abstract The GH-300 three-section 300m 2 - area greenhouse is designed and produced for use to plant the vegetables and flowers in HCMC. The GH-300 is the automatic system that included the greenhouse environmental control with the roof and shading control, coolpad equipment, fogging, automated irrigation, nutrient dosing and lighting. The system allows to reduce the greenhouse temperature about 12-15 0 C in a dry season and 8-12 0 C or 5-7 0 C in a rain season depended on the environmental humidity. The GH-300 system is effectively used to plant the musk melon, cucumber, small colza, water morning glory, flowers (begonia, ...). The fertilizer and plant procedures in this greenhouse for these greens are proposed. Từ khoá: Nhà trồng cây; điều khiển; vi khí hậu; nhit độ; độ m. 1. Mở đầu Nhà trồng cây đã được nhiều Hãng Nhà sản xuất trên thế giới (như Richel Greenhouses; Netafim; Sundance,…) nghiên cứu, thiết kế và cung cấp cho thị trường [1, 2, 3, 9, 14]. Các kỹ thuật tạo nhà trồng cây cũng đã được phổ biến rộng rãi trên mạng Internet. Ở nước ta, trong những năm gần đây, sự phát triển nhảy vọt mang tính tự phát về nhà màng-nhà lưới công nghệ thấp (70.000-100.000 đ/m2) ở các địa phương, cùng với sự đầu tư nhà trồng cây (Greenhouse) công nghệ cao của các công ty có vốn đầu tư nước ngoài đã làm thay đổi bức tranh về nông nghiệp hướng công nghệ cao ở nước ta. Điều này thúc đẩy nhiều địa phương nhập khẩu nhà trồng cây có điều khiển tự động. Thoạt nhìn thì vấn đề này có vẻ dễ đạt hiệu quả. Tuy nhiên, việc triển khai canh tác nông nghiệp công nghệ cao trong các hệ thống nhà trồng cây này đang gặp những khó khăn, cản trở sự thành công của việc áp dụng công nghệ mới. Nguyên nhân là, ngoài việc giá thành đầu tư cao (3÷5 triệu đ/m2), việc nghiên cứu chọn lựa mô hình và hệ thống điều khiển thích hợp cho nhà trồng cây trong điều kiện khí hậu cụ thể của địa phương, việc chọn lựa loại cây trồng thích hợp, chế độ dinh dưỡng,…chưa được giải quyết. Nhìn chung, các nghiên cứu này cần có sự kết hợp chặt chẽ giữa nhà nông-sinh với người thiết kế kỹ thuật nhà trồng cây. Các kết quả điều tra ở một số địa phương [22] cho thấy tới hơn 90% diện tích nhà trồng cây hin nay là tự phát và ở mức công nghệ thấp, được lợp phủ bằng lưới hoặc màng plastic. Nhà thường cao không quá 3m, bao quanh bằng lưới hoặc để trống. Loại nhà này dễ xây dựng, rẻ tiền, sử dụng trong các hộ gia đình để trồng các loại cây nhỏ, ươm giống. Phần nhỏ còn lại là các nhà trồng cây nhập khẩu, công nghệ chủ yếu ở mc trung bình, được lợp phủ màng plastic (1 hoặc 2 lớp), có chiều cao 4-5m và được tự động điều khiển làm mát, thông gió tự nhiên hoặc cưỡng bức. Loại này phần nào kiểm soát môi trường canh tác, được bảo vệ tốt hơn (hạn chế vật nuôi phá hoại cũng như sự lây nhiễm bệnh từ bên ngoài), có giá thành tương đối cao, sử dụng tại các trang trại, khu nông nghiệp để trồng các loại cây lớn, canh tác phục vụ sản xuất thương mại và ươm giống. Một tỷ lệ nhỏ là các nhà trồng cây công nghệ cao sử dụng ở các công ty đầu tư nước 804

Mô hình nhà trồng cây với điều khiển tự động ứng dụng tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh

  • Upload
    pvdai

  • View
    705

  • Download
    4

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011Mô hình nhà trồng cây với điều khiển tự động ứng dụng tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh The Model of The Automated Greenhouse used for HoChiMinh City’s AreaNguyễn Ngọc Lâm, Đỗ Quang Minh, Trần Công Thịnh, Phạm Hữu Nhượng/1/ Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học và Tự động hoá (Phân Viện Tp.HCM) /1/ Khu Nông nghiệp Công Nghệ Cao, Tp.HCM e-Mail: [email protected], [email protected], [email protected], nhuongphcnc@g

Citation preview

Page 1: Mô hình nhà trồng cây với điều khiển tự động ứng dụng tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh

Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011

VCCA-2011

Mô hình nhà trồng cây với điều khiển tự động

ứng dụng tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh

The Model of The Automated Greenhouse used for HoChiMinh City’s Area

Nguyễn Ngọc Lâm, Đỗ Quang Minh, Trần Công Thịnh, Phạm Hữu Nhượng/1/

Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học và Tự động hoá (Phân Viện Tp.HCM) /1/

Khu Nông nghiệp Công Nghệ Cao, Tp.HCM

e-Mail: [email protected], [email protected],

[email protected], [email protected]

Tóm tắt Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu và ứng dụng nhà

trồng cây có điều khiển tự động được xây dựng phù

hợp với điều kiện sinh thái Tp.HCM.

Nhà trồng cây GH-300 đã được thiết kế, lắp đặt có

mái dạng tam giác liền kế, với diện tích tổng cộng ~

300m2, gồm 3 nhà (kích thước: 6x16,6x3,5m(máng)–

5,3m(nóc) có hệ điều khiển riêng, phủ lợp bằng tấm

polycarbonate, bao quanh bằng màng plastic và lưới.

Hệ thống đã áp dụng các công nghệ cho nhà trồng

cây, gồm điều khiển tự động đóng mở mái, kéo rèm,

điều hoà vi khí hậu, tưới – cấp dịch và điều khiển ánh

sáng theo chương trình, kết nối với máy tính và điều

khiển từ xa. Mùa khô, nhiệt độ ban ngày ngoài trời

cao (37÷580C), độ ẩm thấp (15÷20%), hệ thống GH-

300 cho phép hạ nhiệt độ trong nhà với chênh lệch

~12÷150C. Mùa mưa, những ngày nắng, hệ thống

GH-300 cho phép hạ nhiệt độ trong nhà với chênh

lệch ~ 8÷120C. Thời gian sau mưa, hệ thống cho phép

hạ nhiệt độ trong nhà với chênh lệch ~ 5÷70C. Ở mức

tự động hoá trung bình, hệ thống đã thực hiện có giá

thành bằng 40÷50% so với giá ngoại nhập).

Các thực nghiệm canh tác để lựa chọn giống cây phù

hợp, chế độ dinh dưỡng, tưới, quy trình canh tác,… đã

được thực hiện cho các loại rau ăn lá (rau muống và

rau cải xanh) và ăn quả (dưa chuột, dưa lưới - giống A

Liên và Dưa lê - Kim cô nương), các loại hoa nền (dạ

yên thảo, thu hải đường),

Từ các kết quả trên, cấu hình rút gọn mô hình nhà

trồng cây và danh mục cây trồng được đề xuất để có

thể triển khai rộng trên địa bàn Tp.HCM.

Abstract The GH-300 three-section 300m

2- area greenhouse is

designed and produced for use to plant the vegetables

and flowers in HCMC.

The GH-300 is the automatic system that included the

greenhouse environmental control with the roof and

shading control, coolpad equipment, fogging,

automated irrigation, nutrient dosing and lighting. The

system allows to reduce the greenhouse temperature

about 12-150C in a dry season and 8-12

0C or 5-7

0C in

a rain season depended on the environmental

humidity.

The GH-300 system is effectively used to plant the

musk melon, cucumber, small colza, water morning

glory, flowers (begonia, ...). The fertilizer and plant

procedures in this greenhouse for these greens are

proposed.

Từ khoá: Nhà trồng cây; điều khiển; vi khí hậu; nhiệt độ; độ

ẩm.

1. Mở đầu Nhà trồng cây đã được nhiều Hãng – Nhà sản xuất

trên thế giới (như Richel Greenhouses; Netafim;

Sundance,…) nghiên cứu, thiết kế và cung cấp cho thị

trường [1, 2, 3, 9, 14]. Các kỹ thuật tạo nhà trồng cây

cũng đã được phổ biến rộng rãi trên mạng Internet.

Ở nước ta, trong những năm gần đây, sự phát triển

nhảy vọt mang tính tự phát về nhà màng-nhà lưới

công nghệ thấp (70.000-100.000 đ/m2) ở các địa

phương, cùng với sự đầu tư nhà trồng cây

(Greenhouse) công nghệ cao của các công ty có vốn

đầu tư nước ngoài đã làm thay đổi bức tranh về nông

nghiệp hướng công nghệ cao ở nước ta. Điều này thúc

đẩy nhiều địa phương nhập khẩu nhà trồng cây có

điều khiển tự động. Thoạt nhìn thì vấn đề này có vẻ

dễ đạt hiệu quả. Tuy nhiên, việc triển khai canh tác

nông nghiệp công nghệ cao trong các hệ thống nhà

trồng cây này đang gặp những khó khăn, cản trở sự

thành công của việc áp dụng công nghệ mới. Nguyên

nhân là, ngoài việc giá thành đầu tư cao (3÷5 triệu

đ/m2), việc nghiên cứu chọn lựa mô hình và hệ thống

điều khiển thích hợp cho nhà trồng cây trong điều

kiện khí hậu cụ thể của địa phương, việc chọn lựa loại

cây trồng thích hợp, chế độ dinh dưỡng,…chưa được

giải quyết. Nhìn chung, các nghiên cứu này cần có sự

kết hợp chặt chẽ giữa nhà nông-sinh với người thiết

kế kỹ thuật nhà trồng cây.

Các kết quả điều tra ở một số địa phương [22] cho

thấy tới hơn 90% diện tích nhà trồng cây hiện nay là

tự phát và ở mức công nghệ thấp, được lợp phủ bằng

lưới hoặc màng plastic. Nhà thường cao không quá

3m, bao quanh bằng lưới hoặc để trống. Loại nhà này

dễ xây dựng, rẻ tiền, sử dụng trong các hộ gia đình để

trồng các loại cây nhỏ, ươm giống. Phần nhỏ còn lại

là các nhà trồng cây nhập khẩu, công nghệ chủ yếu ở

mức trung bình, được lợp phủ màng plastic (1 hoặc 2

lớp), có chiều cao 4-5m và được tự động điều khiển

làm mát, thông gió tự nhiên hoặc cưỡng bức. Loại này

phần nào kiểm soát môi trường canh tác, được bảo vệ

tốt hơn (hạn chế vật nuôi phá hoại cũng như sự lây

nhiễm bệnh từ bên ngoài), có giá thành tương đối cao,

sử dụng tại các trang trại, khu nông nghiệp để trồng

các loại cây lớn, canh tác phục vụ sản xuất thương

mại và ươm giống. Một tỷ lệ nhỏ là các nhà trồng cây

công nghệ cao sử dụng ở các công ty đầu tư nước

804

Page 2: Mô hình nhà trồng cây với điều khiển tự động ứng dụng tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh

Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011

VCCA-2011

ngoài. Nhà được lợp phủ bằng 2 lớp màng Plastic

hoặc bằng tấm nhựa polycarbonate, chiều cao 5-8m.

Nhà trồng cây loại này được tự động điều khiển điều

hoà khí hậu và có hệ thống kiểm soát dinh dưỡng và

tưới tự động công nghệ cao, có giá tương đối đắt. Hệ

thống này thích hợp cho cho sản xuất sản phẩm chất

lượng cao, cho thương mại và ươm giống với số

lượng lớn, lý tưởng cho việc kiểm soát các tác động

của môi trường lên việc canh tác.

Nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, song khí

hậu các miền khá khác nhau, đặc biệt có những vùng

quanh năm mát và lạnh như Đà Lạt, Tam Đảo,.. rất

thuận tiện cho việc phát triển nhà trồng cây. Vấn đề

xây dựng nhà trồng cây ở những vùng nóng, vùng có

độ ẩm cao là khó khăn hơn nhiều. Chính vì vậy, việc

nghiên cứu xây dựng mô hình nhà trồng cây với trang

bị điều khiển tự động, phù hợp với điều kiện khí hậu

và canh tác ở từng địa phương, tạo điều kiện để tiến

hành thử nghiệm và xác lập quy trình công nghệ canh

tác cho một số loại cây hoa – rau trồng theo hướng

công nghệ cao – là có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

Các vấn đề trình bày trong bài báo này là những

nghiên cứu chúng tôi thực hiện cho nhà trồng cây

công nghệ trung bình, ứng dụng tại thành phố Hồ Chí

Minh (TP.HCM) và khu vực.

2. Thiết kế cấu trúc nhà trồng cây Cấu trúc nhà được thiết kế trên cơ sở xem xét ảnh

hưởng của các tham số môi trường đối với cây trồng.

Với mái nhà vòm cong, bức xạ mặt trời suốt ngày

luôn vuông góc với mái cho phép đa phần tia sáng đi

vào trong nhà và tia phản xạ sẽ ít, do vậy lượng bức

xạ nhận được trên diện tích canh tác rất lớn. Loại mái

vòm thường được dùng ở những vùng có lượng bức

xạ mặt trời yếu (vùng ôn đới – vùng có tuyết vì khả

năng chịu tải của mái lớn). Ở vùng nhiệt đới nhiều

nắng, với loại mái tam giác, bức xạ mặt trời vào sáng

và chiều mới vuông góc với mái nhà. Vào giữa trưa

nắng gắt, lượng bức xạ nhận được trên diện tích canh

tác lại được giảm đi do bị phản xạ nhiều trên hai phần

mái nhà.Vì vậy nhà mái tam giác thường được dùng ở

những vùng nhiều nắng (nhiệt đới, sa mạc). Ngoài ra,

các phân tích tác dụng nâng mái của gió (theo Định

luật Bernuli) cho thấy dạng mái vòm dưới tác dụng

của gió chịu lực nâng lớn hơn dạng mái tam giác. Các

phân tích dòng khí khí đối lưu tự nhiên trong nhà với

mái vòm và dạng mái tam giác có các kiểu thông hơi

trên mái cho thấy sự đối lưu tuỳ thuộc mạnh vào vị trí

cửa thoát trên mái. Những nhà mái tam giác dễ thực

hiện cửa thoát ở phần nóc, nên sẽ có đối lưu tự nhiên

tốt, dễ dàng cho phép khí nóng tích tụ ở phần trên mái

thoát ra ngoài.

Căn cứ phân tích ở trên, cấu hình nhà lựa chọn là

dạng mái tam giác, được xây dựng liên kế để giảm bớt

vật liệu xây dựng và cho phép tạo diện tích canh tác

rộng. Nhà trồng cây GH-300 gồm 3 nhà liên kế

(3x100m2), thực hiện cho 3 đối tượng cây trồng cụ

thể: Nhà trồng rau ăn lá; Nhà trồng rau ăn quả, dưa

các loại trên giá thể; và Nhà trồng hoa chất lượng cao

(xem H.1). Với nhiều loại vật liệu làm khung nhà,

việc chọn thép ống mạ trong xây dựng là phù hợp về

độ bền và giá cả. Kết cấu khung nhà sử dụng thép ống

dài 6m (đường kính 21mm, 27mm và 60mm), đảm

bảo sức chịu tải của nhà cũng như các đà ngang theo

tiêu chuẩn quốc tế là 100pound/foot2 (90kg/929cm

2 ),

chịu được sức nặng của 1 công nhân trèo lên mái và

các cấu kiện khác treo hay gắn trong nhà. Để giải

lượng nhiệt tích tụ tại vùng trung tâm nhà, cấu trúc cơ

khí phải đảm bảo các yêu cầu điều khiển của hệ thống

như đóng/mở mái tự động, thông gió cưỡng bức,

thông gió mái và đảo gió bằng quạt, hệ thống làm mát

không khí trong nhà, có màn che nắng bên ngoài và

thoát nước bằng máng xối.

Tại Tp.HCM tháng nóng nhất là tháng 3 - tháng 4

cuối mùa khô, hướng nhà được đặt theo hướng bắc -

tây bắc –> nam - đông nam để có thể khai thác gió

Tín phong theo hướng nam - đông Nam (có trong

khoảng từ tháng 3 đến tháng 5.

H. 1 Nhà trồng cây GH-300

Các dãy nhà GH-300 tại Khu Nông nghiệp Công

Nghệ Cao Tp.HCM (Xã Phạm Văn Cội, Huyện Củ

Chi Tp.HCM) dựng theo hướng bắc - tây bắc/nam-

đông nam (xem H.2).

N

WWN

EES

S

Nam

- Đông nam

Bắc - T

ây bắc

H. 2 Hướng nhà, hướng gió Tín phong, quỹ đạo mặt

trời

Loại vật liệu sử dụng phủ lợp: Lớp phủ trong suốt cho

mái nhà trồng cây có ảnh hưởng chủ yếu đến khả

năng truyền ánh sáng cung cấp cho cây trồng, sự dẫn

truyền nhiệt độ, hiệu suất năng lượng sử dụng cũng là

những yếu tố quyết định cho việc thiết kế hệ điều

khiển tối ưu môi trường bên trong nhà.

Các loại vật liệu lợp sử dụng hiện nay gồm 3 nhóm

chính là kính, màng plastic (nhựa PVC, Polyvinyl

Cloride, Polyethylene mật độ thấp/LDPE), PVC,

805

Page 3: Mô hình nhà trồng cây với điều khiển tự động ứng dụng tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh

Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011

VCCA-2011

Ethylene vinyl acetate copolymer /EVA) và tấm

plastic (PolyCarbonate/PC, thuỷ tinh hữu cơ /Acrylic–

PMMA– Polymethylmethacrylate). Từ nhiều loại

plastic có cấu trúc hoá học khác nhau, khi lựa chọn ta

cần phải tính đến hai đặc tính cho nhà trồng cây là

khả năng truyền qua của bức xạ mặt trời và khả năng

dẫn nhiệt. Nhà màng xứ ôn đới có yêu cầu giảm sự

mất nhiệt. Ngược lại, nhà màng xứ nóng lại cần giải

nhiệt tích tụ bên trong nhà.

Quá trình quang hợp của cây trồng cần phần ánh sáng

nhìn thấy (khả kiến - PAR) của bức xạ mặt trời, có

bước sóng (400~700nm), chiếm 38,2% trong tổng số

các bức xạ mặt trời. Sau khi đi qua bầu khí quyển, tỷ

lệ này tăng lên 42,9% trong tổng năng lượng bức xạ

khi đến mặt đất [4,5]. Ngoài ra còn có các sóng trong

vùng tử ngoại (UV), hồng ngoại (IR) và rìa đỏ (FR:

Far-Red), hoặc gần đỏ (NIR). Năng lượng mặt trời bị

phản xạ và hấp thụ bởi bầu khí quyển và vật liệu phủ

nhà. Phần truyền qua dành cho sự phát triển của cây

thực tế chỉ khoảng 1 - 5 %. Phần còn lại bị hấp thu và

phát ra bức xạ nhiệt làm nóng không khí bên trong

nhà, hiệu ứng này được gọi là hiệu ứng nhà kính. Đối

với xứ nóng, việc nghiên cứu hiệu ứng này cho thấy

bắt buộc phải làm mát không khí trong nhà thì mới

đảm bảo nhiệt độ môi trường cho cây phát triển. Đồng

thời khả năng truyền nhiệt của vật liệu lợp nhà cần

phải được xem xét kỹ khi thiết kế nhà.

Vật liệu phủ nhà được lựa chọn theo hai thông số:

- Hệ số truyền là tỷ số cường độ bức xạ bên dưới lớp

phủ (I) được đo đồng thời với cường độ bức xạ bên

trên lớp phủ (Io) với cùng một bước sóng = I / Io.

Đối với nhà trồng cây, hai loại bức xạ được quan tâm

là bức xạ ánh sáng khả kiến cần cho quang hợp của

cây và bức xạ nhiệt góp phần làm nóng môi trường

trong nhà trồng cây. Trong bảng dưới giới thiệu hệ số

truyền của ánh sáng khả kiến và bức xạ nhiệt cho các

loại vật liệu (mới) sử dụng phổ biến lợp nhà trồng cây

hiện nay [7,8].

Loại vật liệu Hệ số truyền

PAR BX nhiệt

Kính 1 lớp 0,60 0,03

Màng PE 1 lớp(0.1mm ) 0,67 0,80

Màng PE 2 lớp(0.1mm ) 0,67 0,63

FRP một lớp ( 0.63mm) 0,89 0,12

Polycarbonate đặc 4mm 0,89 0,81

3 lớp ruột rỗng 8mm 0,71 0,61

3 lớp ruột rỗng 16mm 0,63 0,53

- Những yếu tố khác ảnh hưởng đến hệ số truyền ánh

sáng: Các thông số khí tượng (ngày giờ nắng trong

năm), quỹ đạo mặt trời,; Cấu trúc nhà (góc và độ cong

của mái nhà), số lượng gian nhà trải ra, độ cao của

bức tường cuối.

Căn cứ vào các thông số nói trên, 3 loại vật liệu

thường được dùng phổ biến cho nhà trồng cây là kính,

màng plastic và tấm plastic (có các lớp rỗng).

Kính có hệ số truyền sáng tốt, hạn chế tối đa tia cực

tím (UV), bền (tuổi thọ trên 25 năm), giữ nhiệt ban

đêm tốt, chi phí bảo quản sửa chữa thấp. Tuy nhiên,

kính lợp có giá thành cao, trọng lượng nặng và không

an toàn khi có tuyết, bão, mưa đá …, vì vậy, chúng ít

được sử dụng trong các nhà trồng cây hiện nay.

Màng Plastic- Polyethylen (PE)/ Ethylvinyl Acetate/

Polyvinyl Cloride (PVC). Có hệ số truyền sáng và tia

cực tím khá tốt, giữ nhiệt kém. Màng dễ rách, thủng,

dễ bám bẩn, thường phải thay thế sau thời gian sử

dụng 9 đến 36 tháng tùy môi trường khí hậu. Tuy

nhiên do giá rất rẻ, trọng lượng rất nhẹ, nên chúng

được ứng dụng phổ biến (loại màng EVA) trong các

nhà màng canh tác phổ thông. Mái thường được lợp 2

lớp để giảm bớt sự truyền nhiệt và hạn chế rách thủng.

Tấm Plastic loại Polycarbonate là loại vật liệu nhiều

triển vọng vì sự bền vững (tuổi thọ trên 10 năm), khả

năng truyền sáng, khả năng cách nhiệt, nhẹ và ngăn

bức xạ tử ngoại tốt, cho phép dễ dàng cọ rửa rêu, tảo,

chất bẩn phủ trên mái.

Từ các phân tích trên, nhà GH-300 được lợp bằng các

tấm Multicell Polycarbonate 1 lớp ruột rỗng 6mm.

Phần bao quanh nhà sử dụng màng plastic và lưới.

3. Thiết kế thiết bị công nghệ Việc lựa chọn thiết bị công nghệ cho nhà trồng cây

phụ thuộc nhiều vào điều kiện khí hậu địa phương.

(Tp.HCM) và khu vực nằm trong vùng nhiệt đới gió

mùa cận xích đạo, có nhiệt độ cao đều trong năm, có

hai mùa mưa – khô. Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng

11, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau. Ðiều

kiện nhiệt độ và ánh sáng thuận lợi cho sự phát triển

các chủng loại cây trồng và vật nuôi đạt năng suất

sinh học cao.

Lượng bức xạ mặt trời ở Tp.HCM cao, trung bình

khoảng 140 Kcal/cm2/năm. Số giờ nắng trung bình

160-270 giờ/tháng. Tháng 4 là tháng nóng nhất, có

nhiệt độ trung bình (trong bóng râm) là 28,80C (cao

nhất tới 400C). Tháng 12 là tháng mát, có nhiệt độ

trung bình 25,70C (thấp nhất tới 13,8

0C). Ðộ ẩm

tương đối của không khí mùa mưa 80% (cao nhất tới

100%), mùa khô 74,5% (thấp nhất tới 20%). Lượng

mưa cao, bình quân 1.949mm/năm. Số ngày mưa

trung bình/năm là 159 ngày. Khoảng 90% lượng mưa

hàng năm tập trung vào các tháng mùa mưa từ tháng 5

đến tháng 11 (cao nhất trong tháng 6 và 9). Các tháng

1, 2, 3 mưa rất ít, lượng mưa không đáng kể. Các

hướng gió chính: gió tây -tây nam trong mùa mưa (từ

tháng 6 đến tháng 10) và gió bắc- đông bắc trong mùa

khô (từ tháng 11 đến tháng 2). Ngoài ra có gió Tín

phong, hướng nam - đông nam (từ tháng 3 đến tháng

5), tốc độ trung bình 3,7 m/s. Về cơ bản Tp.HCM

thuộc vùng không có gió bão (nguồn: Nha khí tượng –

Thuỷ văn, Khu vực Nam Bộ).

Với điều kiện khí hậu nóng và nắng quanh năm như

tại Tp.HCM, nhà màng công nghệ mức trung bình

phải có các thiết bị công nghệ để đảm bảo môi trường

canh tác cho các loại rau quả và hoa. Các hệ thống

phải đảm bảo điều hoà về nhiệt độ, bức xạ, độ ẩm đạt

yêu cầu canh tác đòi hỏi. Nhà trồng cây GH-300 phải

giải quyết một cách hợp lý và tối ưu các nhiệm vụ

điều khiển sau đây: Điều hoà nhiệt độ trong nhà (mở

mái tự động, thông gió cưỡng bức, thông gió mái và

đảo gió bằng quạt, làm mát không khí trong nhà, đóng

mở rèm che nắng bên ngoài) và các điều khiển khác

phục vụ canh tác (tưới và điều khiển chiếu sáng).

806

Page 4: Mô hình nhà trồng cây với điều khiển tự động ứng dụng tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh

Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011

VCCA-2011

Điều hoà nhiệt độ:

Nhiệt độ trong nhà trồng cây tăng theo ba nguồn

nhiệt: do hiệu ứng nhà kính, do thiết bị toả nhiệt, do

nhiệt cây trồng sinh ra. Các giải pháp hạ nhiệt gồm:

- Thiết kế hệ thống đóng/mở mái tự động: Phần mái

mở có bản lề gắn trên trục nóc. Kích thước phần mở

là 0.89mx16.6m (suốt chiều dài 1 gian nhà trồng cây).

Tính toán hệ số thông gió [19] cho thấy khi cửa mở

=600 hay 90

0 thì hệ số thông gió không khác nhau

nhiều (=0,56 & 0,63).Việc mở đến 900

đòi hỏi khẩu

độ bánh răng dài, phức tạp về cơ khí, vì vậy góc mở

tối đa là 600 được chọn với các chế độ: đóng/mở mái

50% (ứng với góc mở 300), mở mái 100% (ứng với

góc mở 600). Cấu tạo đóng/mở mái cho phép thông

gió tự nhiên hoặc cưỡng bức khi mở mái để thoát

phần khí nóng tích tụ ở phần nóc nhà. Khi trời mưa

hoặc lạnh, mái được điều khiển đóng lại.

Hệ thống chỉ sử dụng 1 motor để dẫn động cơ cấu mở

mái. Nhà có 5 trụ chính. Ở mỗi trụ đặt một cơ cấu

bánh răng mở mái, liên kết động với hộp số của motor

dẫn động (xem H.3).

H. 3 Cơ cấu đóng mở mái

Cơ cấu mở mái có các thanh răng có 1 đầu gắn với

phía đẩy của mái. Motor dẫn động (3 pha, rotor lồng

sóc, ½ hp) có hộp số giảm tốc (100:1) khi vận hành sẽ

làm quay 1 trục gắn bánh răng (r=3,15cm, L=19,8cm,

21 răng/vòng). Trục này quay làm quay thanh răng

(R=480mm), cho phép vận hành dịch chuyển mái.

Khi điều khiển motor chạy theo chiều thuận hoặc

ngược sẽ tương ứng với vận hành đóng và mở mái

(tốc độ 28.7cm/phút). Trục gắn bánh răng được nối

dài cho 4 cơ cấu đẩy còn lại cho 1 mái. Các công tắc

hành trình gắn trên cơ cấu cho phép điều khiển dừng

motor tại các giới hạn 0%, 50% (300) và 100% (60

0).

- Tạo phần tường nhà có phần trống (điều khiển đóng

mở được). Gió tự nhiên thổi qua tường trống sẽ đẩy

phần khí nóng tích tụ trên đỉnh mái ra ngoài.

- Hạ nhiệt độ trong nhà thấp hơn môi trường bên

ngoài: sử dụng phương pháp phổ biến làm mát không

khí bằng sự bay hơi của nước. Quá trình bay hơi của

nước đòi hỏi năng lượng đã biết là nhiệt hoá hơi (đối

với nước ~2400kJ/kg). Sự làm mát xuất hiện khi nước

hấp thụ năng lượng nhiệt trong nhà màng để bốc hơi,

do đó làm giảm nhiệt độ không khí. Quá trình này

kèm theo sự tăng độ ẩm trong nhà màng. Các nghiên

cứu [10, 11, 12, 13] cho thấy sử dụng phương pháp

này có thể giảm nhiệt độ bên trong nhà một cách đáng

kể so với nhiệt độ bên ngoài. Hiệu quả làm mát phụ

thuộc mạnh vào độ ẩm không khí (không khí khô có

độ ẩm ~10%, nhiệt độ có thể giảm từ 45÷300C xuống

tới 26.5÷17.50C, chênh lệch tới 18.5÷12.5

0C. Không

khí có độ ẩm ~40%, nhiệt độ giảm từ 45÷300C xuống

tới 34÷230C (độ ẩm tăng tới 60%), chênh lệch còn

11÷70C (độ ẩm tăng tới 75%). Công trình [11] tiến

hành khảo sát sự tối ưu năng lượng cho hệ làm mát,

cho kết quả phân bố nhiệt độ theo khoảng cách sau

tấm PAD ở tốc độ quạt khác nhau. Kết quả nghiên

cứu dùng để điều chỉnh tốc độ quạt theo nhiệt độ môi

trường, cho phép tối ưu nguồn năng lượng sử dụng.

Khu vực Tp.HCM có độ ẩm mùa khô xuống tới 20%,

sử dụng hệ thống làm mát bằng bay hơi nước (PAD)

cho nhà trồng cây là thích hợp. PAD là các tấm bằng

cellulose hoặc vật liệu khác xếp nhiều lớp thành khối

tiêu chuẩn dày 15cm hoặc 30cm.

Các tấm PAD được bố trí theo chiều nước chảy từ

trên xuống. Hệ thống làm mát (xem H.4) sử dụng

bơm để bơm nước từ bồn chứa (TK-2) cấp cho ống

phun chạy dọc trên tấm PAD. Các lỗ trên ống phun

cho phép tạo tia nước áp lực phun xuống tấm PAD.

Nước không bay hơi chảy dọc theo PAD xuống máng

dưới và thu hồi trở lại bể chứa TK-2. Khi phun nước

từ trên xuống, dòng nước bị va đập vào các thành dích

dắc của tấm PAD, sẽ tạo thành các hạt nhỏ và bị bay

hơi, làm hạ thấp nhiệt độ môi trường. Ở đầu đối diện

của nhà màng được bố trí quạt hút (quạt ngược áp –

extracting fan) để hút không khí từ trong nhà màng ra,

tạo thành chân không trong nhà màng, do đó kéo

không khí từ ngoài vào nhà màng qua hệ thống PAD

làm mát.

Bơm nước

FV-1

FV-2

V-1V-6

V-5

Cool Pad

Ống phun

Đường cấp

Đường ồi

FV-1

TK-1

TK-2

M-6

Bể chứa nước

Bồn cấp nước

V-2

220V

h

H. 4 Hệ thống làm mát (Cool Pad)

Do quá trình bay hơi nước thu hồi bị giảm (~ 4÷5 lít/

phút cho 10m2 PAD trong ngày khô). Lượng nước

hao hụt ở bể chứa TK-2 được bổ sung nhờ van phao

cấp nước từ bồn chính TK-1. Nước sử dụng cho hệ

thống làm mát cần sạch sẽ vì có thể tảo và muối tích

luỹ trên tấm PAD sẽ làm hỏng PAD. Các tính toán

cho hệ GH-300, với thể tích mỗi nhà là 435m3 với

đòi hỏi tần suất thay đổi không khí 1,5 lần/phút khi

nhiều nắng và nhiệt độ cao, lưu lượng khí hút ~ 290

m3/phút, có thể sử dụng 1 quạt hút (220V, 0,7 kW, lưu

lượng 15.000m3/giờ ~250m

3/phút gắn ở giữa vách nhà

đối diện với hệ PAD. Với PAD loại Aspen dày 15cm,

cần lưu lượng khí cung cấp qua 1m2

của PAD là

45m3/phút [14]. Với GH-300, ta tính được diện tích

tấm PAD cho mỗi nhà là 6,4m2

. Với diện tích PAD

và thông số làm ướt bề mặt PAD là 3.78 lít/mét dài

của PAD [11, 14], ta tính được lưu lượng bơm là 13.6

lít/ phút. Tốc độ hao hụt nước cho GH-100 tính được

là 2 lít/phút.

- Khống chế bức xạ ánh sáng để hạn chế ánh sáng và

do đó làm giảm nhiệt độ bên trong nhà: Che rèm cho

807

Page 5: Mô hình nhà trồng cây với điều khiển tự động ứng dụng tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh

Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011

VCCA-2011

nhà màng bằng lưới đen (giá thành rẻ, thông thoáng,

mật độ lưới che chọn thay đổi dễ dàng) ở phía trên

bên ngoài nhà. Cơ cấu kéo rèm lưới sử dụng motor có

thể quay đảo chiều với các ròng rọc kéo. Tuy nhiên,

việc ứng dụng công nghệ tự động để điều khiển lưới

che sẽ làm hệ thống trở nên cồng kềnh.

Màn che nhà GH-300 (xem H.5) gồm một motor dẫn

động (3 pha, rotor lồng sóc, ½ hp) có hộp số (15:1)

khi vận hành sẽ làm quay 1 trục có gắn 2 ru lô quấn

cáp (r=2,5cm, L=15,7) ở mỗi đầu trục. Khi motor vận

hành theo chiều thuận, 1 ru lô sẽ quấn cáp ru lô còn

lại sẽ nhả cáp (Tốc độ kéo rèm: 1,5m/phút) Thanh nối

dẫn rèm liên kết khoang rèm với dây cáp để khi dây

cáp chạy, sẽ dẫn rèm đóng/mở. Khi motor vận hành

theo chiều ngược, các ru lô sẽ đảo vai trò quấn - nhả

cáp và sẽ dẫn rèm chạy ngược lại. Các công tắc hành

trình gắn trên cơ cấu cho phép điều khiển dừng motor

tại các giới hạn đóng/mở hoàn toàn. Rèm che sáng

Motor +Hộp số

Mo

tor

+

Hộ

p s

Bánh xe dẫn cáp Ru lô quấnThanh nối dẫn rèmDây cáp

Khoang rèm 1 Khoang rèm 2 Khoang rèm 3 Khoang rèm 4

4,15m

6m

Chiều thuận (đóng)Chiều ngược (mở)

H. 5 Hệ thống kéo rèm che

- Thiết bị phun sương: Việc phun sương cũng làm

bay ra các hạt nước, khi bay hơi chúng thu nhiệt môi

trường và làm giảm nhiệt độ không khí và cho phép

bổ sung độ ẩm trong nhà. Thiết bị phun sương cho 1

nhà GH-100 gồm bơm cao áp (1hp, áp suất cực đại tới

50 Kg/cm2) và qua 14 đầu Pet/vòi phun (bán kính

phun ~11,25m, lưu lượng ~6cm3/s), bố trí theo 2

dãy, độ cao 2.5m, cách nhau 2m và hướng lên trên.

Áp suất đầu phun: 25-30Kg/cm2. Lưu lượng nước

tính được ~0,3m3/giờ.

- Hệ thống quạt đối lưu cho phép giảm sự chênh lệch

nhiệt độ và độ ẩm không khí trong nhà trồng cây. Hệ

thống GH-300 sử dụng quạt ngang công nghiệp, thay

vì sử dụng quạt hướng trục chuyên dụng có giá thành

cao. Các quạt đối lưu/đảo gió được đặt cách vách

1,4m, độ cao 3m, xếp thành 2 cột có hướng quạt

ngược nhau để tạo vòng đối lưu.

Tuỳ điều kiện môi trường trong nhà màng và thời tiết

bên ngoài, thiết bị điều khiển sẽ điều khiển riêng rẽ

hoặc kết hợp các các thiết bị công nghệ mô tả ở trên

(mở mái, hệ thống làm mát, phun sương, quạt đối lưu)

để điều hoà nhiệt độ cho nhà màng.

Các thiết bị phục vụ canh tác:

- Hệ thống tưới chủ động các loại [2, 3] có sẵn trên thị

trường. Trong nhà GH-300 sử dụng 8 đầu tưới trên

loại quay tròn (bán kính nước 2.5m), nối với máy

bơm nước 1/2hp. Hệ thống tưới nhỏ giọt là hệ thống

áp suất thấp nhằm cung cấp nước một cách chậm,

chính xác cho cây trồng theo từng giọt. Ưu điểm của

phương pháp tưới này là tiết kiệm nước, không bị thất

thoát nước do tưới thừa, tưới ra vùng đất không có

cây trồng, hoặc do bay hơi (chỉ ~30% lượng nước tưới

thông thường [22]). Phương pháp này thích hợp để

cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng theo cụm, theo

gốc và đặc biệt thích hợp cho cây trồng trên giá thể.

Trong hệ GH-300, tưới nhỏ giọt thực hiện bằng biện

pháp đơn giản là dùng áp lực bồn chứa nước hoặc

dinh dưỡng nối qua ống dẫn tới các ống nhỏ giọt có

điều áp [21] cắm ở khóm cây. hệ thống tưới được điều

khiển tự động để có thể thay đổi chế độ tưới theo quy

trình canh tác.

- Hệ thống chiếu sáng gồm các đèn, được điều khiển

chiếu sáng trong khoảng thời gian đặt trước với mục

đích kích thích cây trồng.

4. Thiết kế hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển với phần cứng cố định, cho phép

lựa chọn, xác lập các chế độ công nghệ tối ưu, mềm

dẻo cho cây trồng bằng cách sử dụng các phần mềm

tương ứng.

Hệ thống điều khiển cho GH-300 được xây dựng trên

PLC S7-200 (xem H.6), Hệ thống là 1 mạng ghép 3

trạm GHC-100 theo mạng PC-PPI, qua cáp

RS485/RS232 về trạm chính PLC-Main (S7-200,

CPU-226). Trạm chính đặt tại nhà 1, giữ vai trò quản

lý mạng và kết nối máy tính. Máy tinh đặt ở nhà điều

hành của Khu, ở xa nhà trồng cây GH300 ~ 300m.

Thiết bị điều khiển trong mỗi nhà GHC-100 gồm

PLC-SIMATIC S7-200 CPU224, khối vào ra thông

minh loại tương tự EM235 (chứa ADC 12 bit), khối

vào ra loại số EM223 (4 In/4 Out) và khối điều khiển

chỉ thị lưu động trên TD200. Nhiệm vụ của phần này

là điều khiển tự động các quá trình đo đạc, xử lý và

lưu trữ số liệu, Lối vào tương tự gồm 4 đầu đo nhiệt

độ (LM335, cho ra điện thế tỷ lệ tuyến tính với nhiệt

độ, 10mV/0K), 4 đầu đo độ ẩm (HIH-4030/31 cho ra

điện thế từ 0.8-3.8V ứng với độ ẩm tương đối từ 0-

100%), đặt ở 4 gian trong 1 nhà, độ cao 2m. Tín hiệu

logic là trạng thái các công tắc hành trình đóng mở

mái và rèm che sáng (5 LS), tín hiệu báo mưa, nắng

và tốc độ gió. Bộ báo mưa gồm cảm biến mưa kiểu

cầu điện trở mắc ở lối vào tầng ngưỡng. Khi có mưa,

nước mưa ướt làm giảm trở cảm biến, kích hoạt tầng

ngưỡng, tạo là tín hiệu báo mưa. Bộ báo nắng sử dụng

cảm biến transistor quang. Máy đo gió được thiết kế

gồm chong chóng quay có trục gắn với bộ tạo mã

(Encoder loại ENB-360-3-2 ), cho ra 360 xung/vòng.

Lối ra logic để điều khiển điều hoà nhiệt độ trong nhà

màng (phối hợp làm mát bằng Cool Pad, mở mái,

thông gió, kéo rèm che nắng, phun sương), điều khiển

độ ẩm trong nhà màng (phun sương), điều khiển tưới

phun hoặc bơm dịch và điều khiển ánh sáng.

Tuỳ điều kiện môi trường (nhiệt độ, nắng, mưa,

gió,…), CPU sẽ điều khiển riêng hoặc kết hợp các

thiết bị ngoại vi (thông qua bộ điều khiển công suất

trong DRIVE BOX-100).

808

Page 6: Mô hình nhà trồng cây với điều khiển tự động ứng dụng tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh

Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011

PC/PPI Cable

RS232/RS485

PC

GHC-100/1GH-100/1

GH-100/2

GH-100/3

GHC-100/2

GHC-100/3

GHC-MAIN

CPU-224

CPU-224

CPU-224

EM-235

EM-235

EM-235

EM-223

EM-223

EM-223

TD-200 V2.0

MASTER CPU-226

Màn che sáng

Phần nóc quay mở mái

- Nhiệt độ

Analog

Analog

Analog

INPUT

INPUT

INPUT

OUTPUT

OUTPUT

OUTPUT

Slg

4

+RLY

Slg

Slg

Digital

Digital

Digital

Digital

Digital

Digital

- Đóng mở mái

- Độ ẩm

- Báo mưa 1

1

- Kéo rèm

- Báo nắng 1

1

- Đo gió 1

1 - Quạt đảo

- LS 5

-

- Cấp dịch

- Bảo vệ 1

1

- Chiếu sáng

- Tưới phun - Tưới

- Cảnh báo

- Bảo vệ

H. 6 Cấu hình hệ thống điều khiển nhà trồng cây GH-300

Các lối ra từ PLC được đưa tới tủ công suất DBOX-1

để điều khiển các điều khiển các motor, bơm, quạt,

van ,… trong hệ thống. DBOX-1 có công tắc chọn

điều khiển bằng “Tay ” hoặc “Tự động”. Các hệ thống

bảo vệ như phao cho các bồn nước, các công tắc hành

trình đều sử dụng điện thế thấp (24VDC) nhằm bảo

đảm an toàn khi sử dụng.

Phần mềm cho mỗi nhà được cài đặt theo nhiệm vụ

công nghệ tương ứng.

Bộ cảnh báo đột nhập bằng hồng ngoại cho phép cảnh

báo đột nhập trực tiếp bằng đèn – còi và gửi về CPU

để ghi nhận và xử lý.

Chương trình ghi trong CPU/PLC được viết trên

Microwin 32. Trên H.7 trình bày giản đồ chương trình

điều khiển điều hoà nhiệt độ.

Khi gió mạnh (Wd>Wo), hệ thực hiện điều khiển mở

rèm.

Khi có mưa, hệ thực hiện điều khiển đóng mái và mở

rèm.

Khi trời không mưa, nhiệt độ trong nhà lớn hơn T3

(T≥T3), thực hiện điều khiển chạy hệ làm mát (bơm

nước và và quạt hút làm mát), quạt đối lưu (đảo gió).

Đồng thời, nếu độ ẩm không cao, hệ thực hiện điều

khiển chạy bơm phun sương.

Nếu nhiệt độ hoặc độ ẩm trong 4 khoang nhà lệch

nhau 10%, hệ quạt đối ưu sẽ được điều khiển vận

hành. Khi trời có nắng và nhiệt độ trong nhà lớn hơn

T2 (T ≥T2), hệ điều khiển đóng rèm che trong khoảng

thời gian giữa trưa.

Chương trình điều khiển tưới - cấp dịch dinh dưỡng -

chiếu sáng khá đơn giản – là tổ chức các bộ định thời

(Timers) để điều khiển cho các chức năng. Khi khởi

động, thiết bị thực hiện xác lập đồng hồ thời gian thực

(Clock). Bộ định thời gian Timer 1 điều khiển van

solenoid để cấp dịch kiểu tưới nhỏ giọt. Bộ định thời

gian Timer 2 điều khiển bơm tưới phun từ trên. Bộ

định thời gian Timer 3 điều khiển cho hệ chiếu sáng.

809

Page 7: Mô hình nhà trồng cây với điều khiển tự động ứng dụng tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh

Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011

VCCA-2011

Để đảm bảo an toàn và phục vụ lâu dài cho hệ thống

bơm, quạt làm mát và phun sương trong chế độ vận

hành được điều khiển hoạt động cứ 60 phút sẽ nghỉ 15

phút và tự chạy lại.

Trên hình H.8 giới thiệu giao diện màn hình của hệ

thống điều khiển. Trên màn hình hiển thị thông số

nhiệt độ - độ ẩm cho 4 vùng trong mỗi nhà, cho phép

đặt các giá trị cho điều khiển nhiệt độ, độ ẩm và các

trạng thái hoạt động của các thiết bị, Bắt đầu

Mở rèm

Mưa

Giómạnh

?

Nắng ?

?

?

?

?

Khởi tạo Clock

Đóng mái

Đóng rèm

Mở mái

Mở rèm

Mở che dưới

Đóng che dưới

Run

Bơm nước làm mát

Run

Quạt hút làm m át

Run

Quạt đảo

Run

Bơm phun sương

Y

Y

Y Y

Y

Y

Y

N

N

N

N

NN

N N

N

N

giữa trưa

giữa trưa

>10%cao

Chênhlệch H-T

LS3

LS2LS1

LS5

LS4

không caoĐộ ẩm

Q0.0

Q0.1

Q0.2

Q0.3

Q0.4

Q0.5

Q0.6

Q0.7

Q2.1

Q2.2

?

?

??

Y

YY

Độ ẩm

Td>T2

Td>T3

T

T

H. 7 Giản đồ chương trình điều hoà nhiệt độ

H. 8 Giao diện màn hình của hệ thống điều khiển.

5. Kết quả Trên hình H.9 giới thiệu một số hình ảnh về GH-300.

Dữ liệu đo và kiểm soát hệ thống được lưu trữ thành

các file Data trong máy tính, cho phép lưu trữ các kết

quả đo nhiệt độ - độ ẩm (4 vùng), tốc độ gió và các

trạng thái thiết bị công nghệ tại các mốc thời gian quy

định. Các mốc thời gian lấy số liệu được nhập vào

màn hình giao diện. Kết quả trên H.10 là bảng số liệu

đo ngày 20-08-2010 cho nhà GH-100/1 lưu trữ trong

máy tính

Bố trí thiết bị trong nhà màng

Khối làm mát/ Cool Pad

Hệ điều khiển tự động GH-300 trên PLC S7-200

H. 9 Hệ thống nhà trồng cây GH-300

H. 10 Dữ liệu theo dõi vi khí hậu trong nhà GH-100/1

ngày 20-08-2010

Trên H.11 là kết quả điển hình so sánh hiệu quả làm

mát nhà trồng cây GH-100/1 ghi ngày 09-04-2010.

Các kết quả theo dõi nhiệt độ - độ ẩm cho thấy, trong

mùa khô, độ ẩm thấp (15÷20%) , nhiệt độ ban ngày

810

Page 8: Mô hình nhà trồng cây với điều khiển tự động ứng dụng tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh

Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011

VCCA-2011

ngoài trời cao (37÷580C), hệ thống nhà trồng cây GH-

300 cho phép hạ nhiệt độ trong nhà với chênh lệch ~

12÷150C; còn trong mùa mưa, những ngày nắng độ

ẩm không cao (25÷40%), nhiệt độ ban ngày ngoài trời

nắng cao (37÷580C), hệ thống nhà trồng cây GH-300

cho phép hạ nhiệt độ trong nhà với chênh lệch

~8÷120C. Thời gian sau mưa, độ ẩm cao (60÷70%),

hệ thống nhà trồng cây GH-300 cho phép hạ nhiệt độ

trong nhà với chênh lệch ~ 5÷70C.

Hệ thống đã được bàn giao từ đầu tháng 6/2009 và

chính thức từ tháng 3/2010 để Khu Nông nghiệp

Công Nghệ cao (KNN CNC) Tp.HCM sử dụng.

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

52

54

56

58

60

8h

8h30

9h

9h30

10h

10h30

11h

11h30

12h

12h30

13h

13h30

14h

14h30

15h

15h30

16h

16h30

Nhiệt độ ngoài trời nắng

Nhiệt độ trong nhà 1

Nhiệt độ trong nhà 2 có che rèm

Nhiệt độ trong nhà 3

Nhiệt độ nhà màng PE không điều khiển

H. 11 So sánh hiệu quả làm mát trong nhà GH-100/1

Các nghiên cứu về nông nghiệp-sinh học do KNN

CNC thực hiện bao gồm [22]:

- Xác định và thử nghiệm chế độ dinh dưỡng cho một

số loại cây như dưa chuột, dưa ăn trái (dưa lưới, kim

cô nương), rau (rau muống, cải xanh), hoa nền (dạ yên

thảo, thu hải đường).

- Xác định quy trình công nghệ canh tác các loại cây

trồng nói trên cho khu vực Tp.HCM.

- Sản xuất thử nghiệm một số loại rau và hoa nhiệt đới

trồng trong nhà màng để xác định hiệu quả kinh tế của

mô hình nhà màng.

Các kết quả thử nghiệm cho thấy, ngoài việc hạn chế

nhiễm bệnh cho cây, các loại cây thử nghiệm trồng

trong nhà màng GH-300 đều sinh trưởng tốt, cho năng

suất cao hơn so với đối chứng. Năng suất các loại dưa

tắng gấp đôi.

Trên hình H.12 giới thiệu vài sản phẩm nông nghiệp

trồng tại GH-300.

6. Kết luận Việc nghiên cứu thiết kế nhà màng không phải là vấn

đề mới. Tuy nhiên việc giải quyết về mặt phương

pháp luận cho ứng dụng trong điều kiện những vùng

nắng nóng ở Việt Nam là cần thiết và thiết thực.

Cùng với việc xúc tiến các nghiên cứu nông-sinh học

về xác định chế độ dinh dưỡng, tưới cho các loại cây

trồng và thực nghiệm kéo dài suốt năm (mùa khô và

mùa mưa) cho một số loại rau ăn quả, ăn lá và hoa

nền trồng trong nhà màng GH-300 đã cho những kết

quả tốt so với nhà màng đối chứng. Từ đó, có thể kết

luận việc sử dụng nhà màng có điều khiển đem lại

hiệu quả đáng kế, cho phép phát triển trồng các loại

rau hoa trong nhà màng có điều khiển trong điều kiện

khí hậu thành phố Hồ Chí Minh với các quy trình

trồng trọt và dinh dưỡng đã thử nghiệm thành công

(Dưa lê, dưa lưới và dưa chuột, Hoa Dạ yên thảo) và

không nhất thiết phải sử dụng nhà màng công nghệ

trung bình để trồng rau ăn lá và hoa Thu hải đường.

Mặc dù năng suất một số loại cây có tăng gấp đôi,

song vẫn còn kém so với nước ngoài (~gấp bốn), vì

vậy vấn đề dinh dưỡng - giống cây trồng vẫn cần

được tiếp tục triển khai nghiên cứu.

Dưa lưới trồng trong nhà GH-300

Dưa chuột trồng trong nhà GH-300

Dạ yên thảo

H. 12 Một số cây trồng trong nhà GH-300

811

Page 9: Mô hình nhà trồng cây với điều khiển tự động ứng dụng tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh

Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2011

VCCA-2011

Kinh phí để xây dựng nhà màng mức công nghệ trung

bình GH-300 ~ 1,8 triệu đ/m2 (2010). Để giảm bớt

kinh phí đầu tư, có thể lợp mái bằng vật liệu màng PE

(2 lớp). Đối với nhà màng mức công nghệ trung bình

ở nước ta, không cần thiết phải áp dụng tự động hoá

toàn bộ mà chỉ nên tự động hoá cho điều hoà nhiệt độ

(coolpad, phun sương), độ ẩm, đối lưu. Còn những

chế độ khác như kéo rèm che, tưới tiêu, đóng mở vách

hông, mở mái có thể làm bằng tay. Điều này cho phép

giảm kinh phí tới mức ~ 1,4 triệu đồng/m2 và phù hợp

với thực tế là ở hiện trường trồng trọt ban ngày luôn

có người chăm sóc cây trồng.

Tài liệu tham khảo [1] Richel Greenhouses: The Standard of

Innovation, Serres de France: Multispan

Greenhouses, 2010.

[2] Sundancesupply.com.: Framing Guide.

[3] Netafim.com: Greenhouse Project, Strutures &

Technology, 2010.

[4] Duffie J.A.; and Beckman: 1980, Solar

Engineering of Thermal Processes, Wiley,

Newyork,

[5] Thimijan R.W.; Heins (Photometric,

Radiometric, and Quantum Light Units of

Measure): A Review of Procedures for Inter

Conversion. Hort Science, 18(6), 818-822.

[6] Gerrit van Straten: Investment in Novel Closed

Greenhouse Systems: the Watery design and

other developments. Wageningen University –

Systems & Control Bornsesteeg 59-6708 PD

Wageninger,The Netherlands.

[7] Ting K.C.; G.A. Giacomelli: Availability of

Solar Photosynthetically Active Radiation,

Tran.ASAE, 30(5), 1452-1456’ 1987.

[8] Godbey L.C.; T.E.Bond; H.F.Zornig:

Transmission of Solar and Long-wavelength

Energy by Materials used as Cover for Solar

Collectors and Greenhouse. Trans.of ASAE,

22(5): 1137-1144, 1979.

[9] Aldrich, R.A; J.W. Bartok: Jr. Greenhouse

Engineering. NRAES-33. Northeast Regional

Agricultural Engineering Service. Cornell

University, Ithaca, NY. 14853, 1989.

[10] Bucklin R.A.; J.D.Leary; D.B.McConnel;

E.AG.Wilkerson: Fan and Pad Greenhouse

Evaporative Colling System. Department of

Agricultural and Biological Engineering, Florida

Cooperative Extension Service, Institute of Food

and Agricultural Sciences, University of Florida.

Publication date, 2004.

[11] Sapounas S.; C.Nikita-Martzopoulou;

T.Bartzanas; C.Kitas: Aspect of CFD modeling

of fan and pad evaporative cooling system in

greenhouse. 2nd

PALENC Conference and 28th

AIVC Conference on Building low Energy

Cooling and Advanced Ventilation

Technologies in the 21st Century, Crete Island,

Greece, September 2007.

[12] Jessica J. Prenger; Peter P. Ling: Greenhouse

Condensation Control/ Improving Air

Circulation, AEX-803-00. Ohio State University

Fact Sheet, Food, Agricultural and Biological

Engineering, 1680 Madison Ave., Wooster, OH

44691.

[13] Buffington D.E., R.A.Bucklin, R.W.Henley and

D.B.McConnell , Greenhouse Ventilation.

[14] Evans M.R.: Greenhouse Management, Design

& Construction, 2005.

[15] Nguyễn Ngọc Lâm; Nguyễn Văn Uyển: Nhà

trồng cây có điều khiển tự động IGH-24, Tài

liệu thiết kế và báo cáo kỹ thuật, 2005.

[16] Buchanan R.; Charles Hand: Greenhouse

Equipment, Facilities shown are UGA &

JCCHS Greenhouses, Georgia Agriculture

Education Curriculum Office, June, 2002.

[17] Netafim: Proposal for design, supply &

supervision of Vegetables Greenhouse Project

for HoChiMinh City Agriculture Hi-Tech Park,

2008.

[18] S. William; J.Roberts: Glazing Materials,

Structural Design, and Other Factors Affecting

Light Transmission in Greenhouse. Bioresource

Engineering Rutgers University.

[19] Bùi Hải; Hà Mạnh Thư; Vũ Xuân Hùng: Hệ

thống điều hòa không khí và thông gió, NXB

KHKT, 2001.

[20] Castilla.N: Greenhouse Drip Irrigation

management and Water Saving, C.I.D.A.

Apartado 2027 18080 Granada-Spain.

[21] Ngô Trí Dương: Thiết kế hệ thống điều khiển

quá trình tưới nhỏ giọt áp dụng trồng cây trong

nhà lưới, nhà kính, Tạp chí Khoa học kỹ thuật

nông nghiệp,Vol 3. No 4. p. 321-326, 2005.

[22] Nguyễn Ngọc Lâm: Nghiên cứu, thiết kế, chế

tạo và đưa vào ứng dụng nhà màng polyethylen

trồng cây có điều khiển tự động phù hợp với

điều kiện sinh thái Tp.HCM, Báo cáo khoa học

công nghệ Đề tài nhánh mã số KC.03.11-1/06-

10, 10-2010.

812