RS65861B1 - Postupak i uređaj za kultivaciju useva - Google Patents

Description

Opis

[0001] Ovaj se pronalazak odnosi na postupak za kultivaciju useva, specifično u okruženju barem pretežno bez dnevnog svetla. Ovaj se pronalazak odnosi na uređaj za proizvodnju useva, u okruženju barem pretežno bez dnevnog svetla.

[0002] Takav postupak i uređaj su poznati na primer iz američkog patenta br. US 9,357,718. Ovde je opisano okruženje za kultivaciju u kom se usev podvrgava kondicioniranom okruženju sa u velikoj meri kontrolisanom klimom kultivacije. Pored hlađenja vazduha, klima takođe obuhvata izloženost prilagođenom spektru svetla sa fotoaktivnim (PAR) zračenjem.

[0003] Nemački patent DE 102016 222 326 opisuje zatvorenu komoru u kojoj se usev kultivira na nekoliko nivoa. Usev je osvetljen veštačkim svetlom i struja vazduha kruži kroz prostor kultivacije. Para koju apsorbuje struja vazduha na svom putu od jednog zida prostora kultivacije do suprotnog zida povećava sadržaj isparenja vazduha, ali je na kraju otpuštena kondenzacijom na bočnom zidu koji se hladi u ovu svrhu. Zadržana voda se ponovo koristi za navodnjavanje useva.

[0004] Armaturni delovi za svetlo primenjeni u ovom trenutku koriste LED osvetljenje da bi obezbedili svetlosni spektar. Iako je njihova efikasnost svetla mnogo veća u odnosu na uobičajene i tradicionalne lampe sa ispuštanjem gasa, takvi LED armaturni delovi ipak proizvode znatnu količinu toplote pored fotoaktivnog (PAR) zračenja. Toplota se delimično povlači strujom vazduha usmeravanjem kroz prostor kultivacije, što ne menja činjenicu da će temperatura prostora neizbežno da se poveća više ili manje postepeno nizvodno. Relativna vlažnost vazduha dakle pada i usev će moći da ispari veću količinu. Iako ova povećana temperatura prostora ne daje kao rezultat brži razvoj (rast) useva lokalno, ovo je samo po sebi nepoželjno jer sadržaj čvrstog dela supstanci time pada ispod željenog nivoa, i jednoobraznost celog područja kultivacije ne može da se garantuje kada se područje kultivacije srazmerno uveća prekomerno.

[0005] Pored toga, fotosinteza useva kod uobičajene kultivacije bez dnevnog svetla takođe nameće ograničenja kada je reč o maksimalnoj efikasnosti prostora kultivacije ili ćelije. Ovo je zbog toga što, kao što postoji uslovljenost od dopremljenog PAR svetla, fotosinteza zavisi i od apsorpcije ugljen dioksida od strane useva. Postoje međutim ograničenja u pogledu obogaćenja vazduha okruženja ugljen dioksidom, i na nivou su reda veličine od 1500-2000 ppm. Preko ovog nivoa razvoj useva je neželjeno pod uticajem visoke koncentracije ugljen dioksida. Povećani dovod ugljen dioksida na usev je poželjan za obogaćivanje fotosinteze čime se zahteva struja vazduha preko useva što uvek ima kao rezultat da je dopremanje svežeg ugljen dioksida ispod ove maksimalne granice.

[0006] Za apsorpciju ugljen dioksida, stomata u listu mora međutim da bude otvorena, što će takođe dati kao rezultat više isparavanja i time gubitak vlage (dehidratacija). Ovaj efekat postaje jači kako se povećava brzina vazduha preko useva. Na kraju usev može dakle ''sagoreti'', što naravno mora da se izbegne. Uobičajno okruženje za kultivaciju dakle nameće značajna ograničenja u pogledu maksimalne brzine vazduha iznad useva, i samim tim za maksimalno dimenzioniranu razmeru prema kojoj inicjative ovde preduzete za potpuno kondicioniranu kultivaciju useva bez dnevnog useva moraju biti ostvarene u praksi.

[0007] U slučaju da se struja vazduha recirkulira značajna se dehumidifikacija instalacije češće pretežno instalira u kao višak vodene pare iz vazduha pre nego što se vazduh vodi nazad u smer kutlivacije. Ovo zahteva značajnu količinu dodatne energije, što za uzvrat u velikoj meri doprinosi u celini pomacima vrednosti mogućeg povećanog učinka proizvodnje tog okruženja za kultivaciju.

[0008] Ovaj pronalazak ima za cilj između ostalog, da obezbedi postupak i uređaj za kondicioniranu kultivaciju useva koja sprečava barem značajan nivo ovih i druga ograničenja do daljeg srazmernog uvećanja procesa.

[0009] Da bi se postigao navedeni cilj ovaj pronalazak obezbeđuje postupak za uzgajanje useva, posebno u okruženju barem pretežno bez dnevnog svetla, pomenuto okruženje obuhvata barem pretežno potpuno kondicioniran prostor kultivacije, ulazni otvor za vazduh i izlazni otvor za vazduh za usmeravanje barem pretežno laminarne struje vazduha kroz pomenuti prostor kultivacije, i obuhvata niz neke celine veštačkih izvora svetlosti u smeru između pomenutog ulaznog otvora za vazduh i pomenutog izlaznog otvora za vazduh, pri čemu je taj usev izložen pomenutom pretežno potpuno kondicioniranom prostoru kultivacije veštačkom svetlu na bazi aktinimjuma, posebno obuhvata fotosintetički aktivno zračenje (PAR), emitovano pomoću veštačkog izvora svetlosti iz pomenutog niza veštačkih izvora svetlosti prisutnih u prostoru kultivacije, pri čemu se barem pretežno laminarna struja vazduha usmerava kroz pomenuti prostor kultivacije u pomenutom smeru iz pomenutog ulaznog otvora za vazduh do pomenutog izlaznog otvora za vazduh, i pri čemu se, tokom ciklusa kultivacije, proizvedena snaga veštačkih izvora svetlosti prilagođava apsorpciji energije dela useva osvetljenih na taj način tako da je usev blizu svakog veštačkog izvora svetlosti iz pomenutog niza veštačkih izvora svetlosti se podvrgava barem pretežno konstantnom i barem pretežno obostrano jednakom nedostatku pare. Cilj ovde, u okviru konteksta ovog pronalaska je nedostatak pare koji se čuva konstantnim unutar 5%, i poželjno unutar 2,5%, prosečne vrednosti (izražene u g/kg) preko celog okruženja kultivacije.

[0010] U još jednom varijantnom rešenju ovaj pronalazak obezbeđuje uređaj za proizvodnju useva (50), specifično u okruženju barem pretežno bez dnevnog svetla, koje obuhvata barem pretežno potpuno kondicioniran prostor kultivacije između ulaznog otvora za vazduh i izlaznog otvora za vazduh za barem pretežno laminarnu struju vazduha, pri čemu obuhvata instalaciju za tretiranje vazduha za održavanje i, po želji, tretiranje pomenute laminarne struje vazduha, koja obuhvata niz armaturnih delova za svetlo u smeru između pomenutog ulaznog otvora za vazduh i pomenutog izlaznog otvora za vazduh, pri čemu su pomenuti armaturni delovi svetla prisutni u prostoru kultivacije i obuhvataju jedan ili više veštačkih izvora svetlosti koji mogu i konfiguirsani su da generišu veštačko svetlo na bazi aktinijuma, specifično obuhvataju fotosintetički aktivno zračenje (PAR), i izlože usev, i pri čemu svaki od armaturnih delova ima obezbeđene naprave za hlađenje koje je moguće kontrolisati sa kojima proizvedena snaga veštačkih izvora svetla može da se prilagodi tokom ciklusa kultivacije prema apsorpciji energije dela useva koji je njom osvetljen tako da usev blizu svakog dela niza armaturnih delova jeste podvrgnut barem pretežno konstantnom nedostatku pare. U ovom kontekstu nedostatak pare se smatra barem pretežno konstantnim i barem pretežno međusobno jednakim kada varira za manje od 5%, i poželjno za manje od 2,5%, od prosečne vrednosti (izraženo u g/kg) u celom okruženju za kultivaciju.

[0011] Pomenuti nedostatak vlage se razume u ovom kontekstu da znači razliku između stvarnog delimičnog pritiska pare od isparenja vode u atmosferu i maksimalnog delimičnog pritiska pare na pretežnoj temperaturi prostora, t.j. razlika između stvarnog sadržaja isparenja vode u vazduhu i maksimalnog sadržaja isparenja vode u vazduh pri saturaciji (izraženo u g/kg). Ovo se meri količinom vode (pare) koju okolni vazduh može ipak da apsorbuje na preovladavajućoj temperaturi. Ovo je pretežno nedostatak pare kojoj se usev podvrgava na pretežnoj temperaturi. Ovde se napominje da nedostatak pare kontrolisan ovde predloženim pronalaskom ne treba mešati sa relativnom vlažnošću vazduha, koja se definiše kao procenat stvarnog sadržaja vlage vazduha u odnosu na maksimalni sadržaj vlage na pretežnoj temperaturi okoline. Iako prema ovom pronalasku nedostatak pare u prostoru se svuda smatra pretežno konstantnim, ista potreba se ne primenjuje ni najmanje za vlažnost vazduha u prostoru.

[0012] Nivo razmene kiseonika, ugljen dioksida i vodene pare između šupljine ispod stoma i atmosfera se prirodno reguliše sa položajem stomata (pora) u listu neke biljke. Kada atmosfera može da apsorbuje veliku količinu vodene pare, stomata će delimično ili u celini da se zatvori da bi sprečila dehidraciju ili čak, što je jednako moguće, i spaljivanje. ’Sposobnost sukcije’ u atmosferi je određena kombinaciojom brzine protoka vazduha i nedostatka pare. Prema ovom pronalasku ova, kada bi to bio slučaj, aktivnost sukcije kojoj je usev izložen od strane atmosfere se održava konstantnom u prihvatljivim granicama u celom prostoru kultivacije, ili njegovom delu predviđenom za tu svrhu. Ovo pruža značajno veću kontrolu nad razvojem useva koja, između ostalih činilaca, omogućava značajno povećanje maksimalne veličine razmere prostora kultivacije.

[0013] Ovaj pronalazak se zasniva ovde na uvidu da se dalje uvećanje postupka i okruženja kultivacije ovog tipa opisano u uvodnom delu ne samo ograničava postepenim povećanjem temperature nego najmanje jednako toliko i isparavanjem iz useva. Fotomorfogena ravnoteža useva je konačno ograničena nivoom apsorpcije ugljen dioksida i isparavanjem povezanim sa većim ili manjim otvorom stomata. Kao rezultat bilo fotosinteze usev ne može do kraja da prati brzinu rasta, što dovodi do neželjenog gubitka kvaliteta, ili postoji tako visok gubitak vlage kroz isparavanje da usev dehidrira i, u krajnjem slučaju, čak uvene.

[0014] Međutim, zbog toga što se prema ovom pronalasku nedostatak pare u prostoru kultivacije drži pod kontrolom, isparavanje useva se svuda kontroliše u velikoj meri i, utvrđeno je, da dovoljan nivo tako da viši nivo fotosinteze može da se dostigne bez oštećenja kao rezultat dehidracije. Rezultat je veća mogućnost, samo ograničena tehničkim činiocima, od daljeg dimenzioniranja i određivanja u razmeri okruženja kultivacije, čime je neophodno investiranje u opremu i izgradnju konstrukcije može da se pomakne prema većem prinosu, što ima kao rezultat značajno povećanje ekonomske efikasnosti ovog oblika hortikulture, takođe se pominje kao uzgajanje u zatvorenom prostoru.

[0015] Usled neizbežne proizvodnje toplote iz tradicionalnih ali i na LED svetlu zasnovanih armaturnih delova za svetlo, ustaljeni projekti uzgajanja u zatvorenom prostoru kako je opisano u uvodnom delu zahtevaju instalacije za hlađenje sa visokim kapacitetom hlađenja da bi se držala prostorna temperatura u prostoru kultivacije u prihvatljivim granicama. U tu svrhu se struja vazduha obično usmerava kroz prostor kultivacije i preko armaturnih delova za svetlo i omogućava se apsorpcija toplote iz armaturnih delova i ispuštanje izvan prostora kultivacije. Tu se vazduh nosi kroz izmenjivač toplote, obično se pominje kao hladna baterija, koja snižava temperaturu vazduha do željenog nivoa.

[0016] Nedostatak takvog postupka je međutim u tome što u praksi, sa zamišljenim raspoloživim prostorom, hladne baterije se obično nanose u ovu svrhu koja ne samo da daje kao rezultat, na površini razmene toplote sa vazduhom koji protiče, pad temperature vazduha ali takođe i dehumidifikaciju kroz kondenzaciju. Ovo poslednje međutim nije uvek poželjno u praksi jer tako jaka dehumidifikacija daje kao rezultat visok nedostatak pare, pri čemu će se stomate zatvoriti i apsorpcija ugljen dioksida, i samim tim nivo fotosinteze, pasti. Prekomernom dehumidifikacijom se dragocena voda više gubi ako se ne koristi ponovo, pri čemu ovo zahteva relativno veliku količinu energije hlađenja i energija je pored toga neophodna da bi se ponovo ovlažio vazduh pre vraćanja struje vazduha u prostor kultivacije.

[0017] Preporučeno izvođenje postupka prema ovom pronalasku ima kao karakteristiku to što se atmosfera prostora kultivacije podvrgava tretiranju vazduha pri čemu je temperatura atmosfere zadržana iznad te tačke rošenja. Neželjeni gubitak vlage se time sprečava kao rezultat hlađenja, pri čemu ponovna humidifikacija vazduha neće biti obavezna, ili barem do značajno manjeg nivoa, da bi se zadržalo predviđen uniformni nedostatak pare u prostoru kultivacije. Specifično izvođenje uređaja prema ovom pronalasku ima kao karakteristiku to što instalacija za tretiranje vazduha obuhvata uređaj za hlađenje, posebno hladnu bateriju, koji ima izveden kolektor kondenzacije. U slučaju kada se vlaga bez obzira ekstrahuje iz vazduha koji kruži, kondenzovana vlaga može dakle da se ponovo koristi i moguće je izbeći to da se izgubi. Previše visoka vlažnost vazduha može dakle da se smanji na ovaj način do željenog nivoa pomoću prisilne kondenzacije.

[0018] Zbog toga što će usev moći da isparava do povećanog nivoa tokom razvoja sistema lišća, sadržaj vlage u atmosferi će obično da se poveća kako usev razvija više lista. Neophodno u isto vreme za fizički postupak isparavanja je toplota koja će biti ekstrahovana iz okruženja pomoću useva. Oba efekta zajedno daju kao rezultat povećanje vlažnosti lokalnog vazduha, i tako smanjenje nedostatka vlage u usevu.

[0019] Da bi se bez obzira zadržao nedostatak pare na željenom konstantnom i barem pretežno obostrano jednakom nivou, dalje poželjno izvođenje postupka prema ovom pronalasku ima kao karakteristiku da se učinak energije na nivou jednog veštačkog izvora svetlosti prilagodi isparavanju i apsorpciji energije dela useva koji je njim osvetljen. Kada usev ima manje lišća, i time se dobija manja asimilacija i isparavanje područja površine, učinak energije veštačkog izvora svetlosti će na primer biti smanjen tako da ne dozvoli temperaturi okoline da se poveća neprihvatljivo, pri čemu u slučaju veće količine sistema lišća i isto tako asimilacijom i isparavanjem površine područja useva energija isparavanja ekstrahovana na taj način iz okoline može da se suplementira iz veštačkog izvora svetlosti. Sve u svemu, neto termodinamička toplotna ravnoteža osvetljenja i isparavanja lista može dakle da se prilagodi tako da se nedostatak pare održava na željenom nivou.

[0020] Sa ovim na umu dalje preporučeno izvođenje postupka prema ovom pronalasku ima kao karakteristiku da je barem jedan veštački izvor svetlosti obezbeđen sa hlađenjem koje je moguće kontrolisati, čiji se kapacitet hlađenja prilagodi rezultanti učinka energije veštačkog izvora svetlosti i apsorpcije energije od strane tog useva. Takvo hlađenje ovde obezbeđuje opciju preciznog prilagođavanja krajnjeg rasipanja toplote veštačkog izvora svetlosti u okruženje prema ravnoteži toplote i vodene pare useva koje se nalazi ispod njega, ovo tokom celog ciklusa kultivacije od klijanja ili sečenja do berbe.

[0021] Još jedno preporučeno izvođenje postupka prema ovom pronalasku ima u ovom pogledu karakteristiku da se armature hlade kontrolisano u smeru protoka te barem pretežno laminarne struje vazduha kako bi se, zadržalo ispod nivoa, od armaturnog dela do armaturnog dela, povećanje temperature okoline i da bi se zadržao sa tim povezan gradijent temperature u prostoru kultivacije. Iako će stvarni sadržaj vodene pare u vazduhu povećati nizvodno kao rezultat isparavanja, pri zadatoj višoj temperaturi maksimalni sadržaj vodene pare u vazduhu će se proporcionalno povećati, pri čemu nedostatak pare bez obzira ostaje pretežno konstantan na putanji od ulaznog otvora za vazduh u prostor kultivacije do izlaznog otvora za vazduh iz prostora za kultivaciju.

[0022] Specifično izvođenje postupka i specifično izvođenje uređaja prema ovom pronalasku svako ima karakteristiku to što može da kontroliše hlađenje obuhvata hlađenje tečnošću, pri čemu se hlađenje tečnošću ostvaruje prinudnom cirkulacijom medija za hlađenje tečnošću u kontaktu razmene toplote sa veštačkim izvorima svetlosti. Još jedno izvođenje ovog uređaja prema ovom pronalasku ima u tu svrhu karakteristiku da sredstva za hlađenje obuhvataju kontrolisanu cirkulaciju medija za hlađenje, čiji medij za hlađenje može, barem tokom rada, da ostvari kontakt razmene toplote sa barem jednim izvorom svetlosti u armaturi. Preporučeno izvođenje uređaja prema ovom pronalasku ima karakteristiku ovde da se obezbeđuje armatura, tako da se opciono izvodi grupisanje nekoliko susednih armaturnih delova, sa pojedinačno mogućim kontrolisanjem hlađenja i kontrolerom prilagođenim tome.

[0023] Tako aktivno hlađenje tečnošću može biti veoma moćno, pri čemu se konačno proizvedena toplota iz armaturnih delova ograničava na prihvatljiv i čak poželjan nivo. Mogući kapacitet hlađenja izvan prostora kultivacije, neophodan da bi se oporavila struja vazduha koji cirkuliše na uslove na ulaznom otvoru, može tako da ostane ograničen. Ovo ima kao važnu prednost to, što unutar instalacije za tretiranje vazduha predviđene i konfigurisane za to, temperatura svih kontaktnih površina će biti u interakciji sa vazduhom potrebnim u brojnim slučajevima ne spada nigde ispod tačke rošenja vazduha, pri čemu neželjena dehumidifikacija vazduha kao rezultat može da se spreči. Medij za hlađenje primenjen za prinudno hlađenje tečnošću ulazi u direktni termodinamički kontakt sa relativno toplim armaturnim delom, pri čemu se izuzetno efikasno i učinkovito ispuštanje toplote izlazi odatle.

[0024] Sa efikasnošću instalacije na umu, i u smislu troška i prostora koji zauzima, pored toga specifično izvođenje iz ovog postupka i uređaj prema ovom pronalasku karakteriše to što se izvori svetlosti, opciono grupisano i/ili kolektivno, smeštaju u armaturne delove, pri čemu se armaturni delovi izvode opciono grupisano za hlađenje tečnošću, i da se medij za hlađenje dovodi u individualni kontakt razmene toplote sa svakim od armaturnih delova. Kolektivno smeštanje izvora svetlosti kao i rashladnih vodova za prenos tečnosti za njihovo hlađenje tečnošću mogu dakle da budu zajednički grupi izvora svetlosti. Još jedno izvođenje uređaja prema ovom pronalasku ima u ovom pogledu svojstvo da se armatura izvodi, tako da se grupiše nekoliko susednih armaturnih delova, sa kontrolisanom hlađenjem i kontrolerom prilagođenim za njih, pri čemu se susedni armaturni delovi postavljaju u smeru poprečno na smer protoka laminarne struje vazduha.

[0025] Još jedno specifično izvođenje ovog postupka prema ovom pronalasku ima karakteristiku da kontrolisano hlađenje obuhvata hlađenje vazduhom, pri čemu se hlađenje vazduhom ostvaruje uobičajenom, barem pretežno laminarnom strujom vazduha u kontaktu razmene toplote sa veštačkim izvorom svetlosti. Pored ili umesto hlađenja tečnošću sa medijem za cirkulisanje hlađenja tečnošću, ovo izvođenje obezbeđuje hlađenje vazduhom pomoću laminarne struje vazduha, preciznije istom laminarnom strujom vazduha koja je takođe usmerena iznad useva.

Pored toga što obezbeđuje dodatno hlađenje, ovo obezbeđuje kontakt razmene toplote sa ovom strujom toplote tako da se tako drži nedostatak pare u njemu konstantnim.

[0026] Imajući na umu praktičnu implementaciju, dalje preporučeno izvođenje postupka prema ovom pronalasku ima kao karakteristiku da su izvori svetlosti, opciono grupno i/ili kolektivno, smešteni u armaturnim delovima, i što barem pretežno laminarna struja vazduha se usmerava preko i duž armaturnih delova, pri čemu se u još jednom izvođenju taj postupak karakteriše time što se armaturni delovi hlade na kontrolisani način u smeru protoka barem pretežno laminarne struje vazduha da bi se zadržalo ispod, od armaturnog dela do armaturnog dela, barem pretežno konstantnog nedostataka pare. Postoji dakle potpuna kontrola izmene toplote između armaturnih delova i okolnog područja.

[0027] Imajući u vidu dovoljan kapacitet hlađenja, još jedno izvođenje postupka ima karakteristiku da kontrolisano hlađenje armature obuhvata hlađenje vazduhom duž armature kao i hlađenje tečnošću uz prinudnu cirkulaciju medija za hlađenje tečnošću uz barem pretežno direktan termodinamički kontakt sa armaturom, pri čemu se cirkulacija medija za hlađenje tečnošću kontroliše u kontaktu razmene toplote sa armaturom da bi se održao, od armaturnog dela do armaturnog dela, barem pretežno konstantan nedostatak pare ispod armature.

[0028] Napominje se još i da, kao što se opciono meša hlađenje armaturnih delova, generisanje toplote od strane armaturnih delova može još da se reguliše i prilagodi rukovanjem izvorima svetlosti pri nižoj ili višoj svetlosti. Upotreba je dakle pogodno napravljena u okviru obima pronalaska izvora svetlosti koja se prigušuju pojedinačno ili grupno tako da se dovod i potrošnja energije može podesiti. Specifično u početnoj fazi razvoja useva izvori svetlosti mogu dakle da rade pri relativno malom napajanju tako da je bez obzira na dovod dovoljno PAR zračenje da garantuje optimalnu fotosintezu.

[0029] Za zdrav i optimalan razvoj useva još jedno specifično izvođenje postupka prema ovom pronalasku ima karakteristiku da se nedostatak vode postavlja i održava na nivou između oko 0,5 i 6 grama vode po klogramu vazduha. Utvrđeno je da takav nedostatak pare u neposrednoj blizini useva obezbeđuje mogućnost velike brzine razvoja useva kao i stvaranje suve materije kao rezultata fotosinteze. Prema tome nenadmašni prinos i kvalitet su ovde mogući.

[0030] Dopirinos u ovom pogledu je omogućivanjem struje vazduha duž i kroz usev slobodom da se poveća a da se izbegne nedostatak pare kao negativan uticaj kao rezultat. Još jedno poželjno izvođenje postupka prema ovom pronalasku ima u ovom pogledu karakteristiku da je laminarna struja vazduha usmerena sa brzinom protoka od između 15 i 100 cm/s preko i/ili kroz usev. Specifično izvođenje uređaja prema ovom pronalasku ima uvom pronalasku karakeristiku da instalacija za tretiranje vazduha može da se konfiguriše i održi laminarnu struju vazduha u prostoru za kultivaciju sa brzinom vazduha od između 15 i 100 cm/s tokom rada.

[0031] Za dobru razmenu ugljen dioksida i kiseonika stomate moraju da budu otvorene u kombinaciji sa dovoljno visokim sadržajem ugljen dioksida (na primer da bi se 1500-2000 ob./min) i struja vazduha bez brzine od oko 15 do 100 cm/s. Da bi se sprečilo (delimično) zatvaranje stomata tako da se spreči gubitak vlage pri takvoj brzini protoka vazduha, nedostatak pare mora da bude dovoljno mali. Osim u uobičajenom okruženju kultivacije, moguće je prema ovom pronalasku precizno kontrolisati, i posebno održati nedostatak pare na između oko 0,5 i 6,0 g/kg čak i pri tako visokoj brzini vazduha. Viša brzina vazduha takođe ima prednost da se smanjuju i razlika temperature i razlika nedostatka pare između ulaznog otvora za vazduh i izlaznog otvora za vazduh, pri čemu se maksimalna veličina razmere uzgajanja u zatvorenom prostoru poveća, i samim tim ekonomska izvodljivost.

[0032] Takva prinudna struja vazduha ne samo da obezbeđuje hlađenje kao rezultat isparavanja vode iz useva, već takođe dovodi sveže vazduh recirkulacijom koji u sebi ima opciono dodatu količinu ugljen dioksida ključno u kontekstu fotosinteze useva. Ova razmena ugljen dioksida može da se podigne do višeg nivoa zbog pronalaska, pri čemu proizvodnje može da se poveća i/ili da ciklus kultivacije bude skraćen. Ovo doprinosi još i ekonomskoj efikasnosti i ekonomskoj izvodljivosti postupka tipa opisanog u uvodnom delu, često se označava kao uzgajanje u unutrašnjem prostoru.

[0033] Ovaj pronalazak se dalje objašnjava ovde u daljem tekstu na osnovu primera izvođenja i pratećeg nacrta. Na crtežu:

slika 1 pokazuje šematski bočni izgled postavke i izgradnje izvođenja iz primera uređaja prema ovom pronalasku;

slika 2 pokazuje šematski i isključivo kao ilustraciju varijaciju temperature i vlage nizvodno u laminarnom protoku vazduha u uobičajenom uređaju za kultivaciju; i

slika 3 pokazuje šematski i isključivo kao ilustraciju varijaciju temperature i vlage nizvodno u laminarnom protoku vazduha u uređaju za kultivaciju sa slike 1.

[0034] Napominje se da je slika čisto šematska i nije prikazana u razmeri. Neke dimenzije i komponente posebno mogu da budu preterane u većoj ili manjoj meri u svrhu razjašnjenja. Odgovarajući delovi se generalno označavaju istim referentnim brojem.

[0035] Prikazana šematski na slici 1 je konstrukcija uređaja za kultivaciju za proizvodnju useva bez dnevnog svetla, takođe se pominje kao uzgajanje u zatvorenom prostoru. Ovo obuhvata barem pretežno potpuno kondicioniran prostor 10 za kultivaciju, obično se pominje kao klimatska komora ili klimatska ćelija, u kom se prostorna klima precizno nadgleda i može po želji da se drži konstantnom unutar izvesnih granica. Klimatski parametri koji su ovde faktor, pored temperature prostora, su koncentracija ugljen dioksida i vlažnost vazduha u prostoru. Ovi parametri se snimaju u jednoj ili više mernih tačaka sa senzorima instaliranim namenski, ali mogu po želji da se razlikuju od mesta do mesta u prostoru kultivacije.

[0036] Ovo poslednje je pre svega rezultat prinudne struje vazduha 20 usmerene kroz prostor kultivacije. Pošto je opciono tretiran spoljni prostor 10, ova struja vazduha se prima preko ulaznog plenuma 15 i nastavlja svoj put kroz prostor 10 kultivacije kao barem pretežno u celini laminarna struja vazduha, i napušta prostor kultivacije preko povratnog plenuma 25.

[0037] Pomenuto tretiranje vazduha uobičajeno obuhvata hlađenje i vlaženje ili dehumidifikaciju vazduha na željenoj relativnoj vlažnosti vazduha.

[0038] Prisutan u prostoru 10 za kultivaciju je niz veštačkih izvora 30 svetlosti u obliku niza LED armaturnih delova. Ovi emituju fotosintetički aktivno zračenje (PAR) koje je ključno za fotosintezu, i samim tim razvoj , useva 50 ali koji takođe rasipaju toplotu u prostor. Njegov deo će biti razmenjen sa strujom 20 vazduha, ali će ovo takođe dati kao rezultat malo pomalo postepeno lokalno povećanje temperature u prostoru 10 kultivacije. Ovo povećanje temperature je uvek lokalna neto ravnoteža toplote emitovane svetlom 30 i energijom apsorbovanom od srane useva u svrhu isparavanja preko lista, rasta i fotosinteze i toplote ispuštene hlađenjem tečnošću tih armaturnih delova.

[0039] Varijacija temperature je prikazana šematski na slici 2 u obliku krivulje A. U toku razvoja useva, i samim tim razvoja sistema lista, komponenta isparavanja će se povećati (jako), pri čemu će krivulja A manje strmo da se podigne. Količina vodene pare (vlage) ispuštene od strane lista useva 50 je prikazana pojednostavljeno na slici 2 u obliku blok dijagrama. Ispunjeni blokovi ukazuju ovde otpuštanje vlage iz useva na položaju uzastopnih delova useva 50 u smeru protoka struje 20 vazduha ispod odgovarajućih armaturnih delova 30. Prazni blokovi ukazuju šematski na nedostatak lokalne pare. Ovo je i razlika između stvarne frakcije vodene pare u vazduhu i nivoa zasićenja Ew na datoj temperaturi, t.j. na relativnoj vlažnosti vazduha od 100%.

[0040] Na slici 2 se očigledno prikazuje da učinak energije tih armaturnih delova u uobičajenom prostoru kultivacije daje kao rezultat jako povećanje temperature, pri čemu nivo zasićenja Ew, i tako se nedovoljan pritisak pare odražava na usev, raste. Jače isparavanje je rezultat toga, ovo simbolički prikazuju na slici tamno šrafirani blokovi. Vrednost relativne vlažnosti vazduha RV je takođe prikazana šematski na svakoj poziciji ilustracijom u obliku stubičastog dijagrama.

[0041] Prema ovom pronalasku međutim, nedovoljan pritisak pare ispod armaturnih delova 30 se kontroliše i održava konstantnim i barem pretežno je obostrano jednak unutar uskih granica. Armaturni delovi 30 su obezbeđeni u ovu svrhu aktivnim rashladnim sredstvima 35 koji se kontrolišu regulacijom. U ovom primeru ovo povlači prisilno hlađenje pomoću regulisane cirkulacije sa pogodnim rashladnim medijem, kao što je voda, koja se dovodi u pretežno direktnom kontaktu razmene toplote sa armaturnim delom 30 preko sistema vodova (velikih cevi) pomoću metalnih cevi sistema cevovoda i time se stvara fizički kontakt sa metalom tog metalnog kućišta armaturnog dela 30. Izvore svetlosti je pored toga moguće prigušiti, pri čemu emisija PAR svetla može da se optimalno prilagodi stvarnom stanju razvoja dela useva ispod njih. Prigušivanjem PAR emisije izvora svetlosti će isto tako proizvesti manji učinak energije (toplote), tako da u nekim uslovima smanjeno ili uopšte nikakvo prisilno hlađenje tečnošću nije neophodno.

[0042] Sve u svemu tokom celog ciklusa kultivacije (t.j.od klijanja, rasta mladica ili sečenja do berbe) učinak energije veštačkih izvora svetlosti se neprestano može podesiti prema apsorpciji energije dela useva ispod tako da se taj usev podvrgava barem pretežno konstantnom i barem pretežno obostrano jednakom nedostatku pare ispod svakog od niza armaturnih delova. Ovo znači u praksi da temperatura u prostoru kultivacije raste sporije kao rezultat hlađenja tečnošću armaturnih delova, ovo je prikazano na slici 2 sa krivuljom B.

[0043] Preciznije ostvarivanjem, nametanjem i održavanjem specifičnog gradijenta temperature u prostoru kultivacije taj nedostatak pare može precizno da se kontroliše u X smeru i može da se održava konstantnim i barem pretežno obostrano jednakim od mesta do mesta (opciono u specifičnom području) kako je prikazano na slici 3. Vrednost relativne vlažnosti vazduha RV u svakoj poziciji je takođe prikazana šematski ilustracijom ovde u obliku stubnog dijagrama. Njihova vrednost se izračunava od količnika stvarnog sadržaja vlage vazduha prema poziciji u odnosu na maksimalni sadržaj vlage Ew na toj lokaciji. Odmah se vidi da, iako prema ovom pronalasku nedostatak pare se svuda održava barem pretežno jednakim, to isto nije potrebo primeniti za relativnu vlažnost vazduha, i samim tim nije zapravo u ovom slučaju od značaja (na slici). Nasuprot tome, relativna vlažnost vazduha RV se postepeno povećava.

[0044] Usled konstantne laminarne struje vazduha (brzine) u kombinaciji sa pretežno konstantnim nedostatkom pare u vazduhu usev će biti podvrgnut svuda u prostoru kultivacije pretežno konstantnoj ravnoteži vodene pare i prilagodiće sopstveno isparavanje tako da će prema tome biti isti svuda u prostoru kultivacije. Po želji, hlađenje armaturnih delova u smeru poprečno od smera protoka X struje vazduha 20 može da se izvodi kolektivno za sve armaturne delove ili grupno za neke od njih, ovo obezbeđuje prednosti sa stanovišta projektovanja instalacije.

[0045] Dodatna prednost hibridnog hlađenja delova armature, t.j. hlađenje ne samo pomoću struje vazduha 20 već takođe prisilnim hlađenjem 35, je manje povećanje u vlažnosti vazduha i temperaturi vazduha struje vazduha koja izlazi. Tretiranje vazduha izvan prostora kultivacije može dakle da ostane ograničeno. Instalacija za hlađenje se pogodno primenjuje u tom smislu sa površinom hlađenja, čija temperatura ostaje po želji iznad tačke rošenja vazduha tako da neželjena dehumidifikacija kao rezultat kondenzacije može da se spreči.

[0046] Kontrola prema ovom pronalasku i u pogledu temperature (povećanja) i nedostatka pare u okruženju kultivacije dozvoljava hlađenje izvan okruženja kultivacije sa relativno malom razlikom temperature, posebno sa površinom hlađenja iznad tačke rošenja. Veći deo toplote proizveden izvorima svetlosti može direktno da se dozira (širi) prisilnim hlađenjem tečnošću i potrebom da ne bude uklonjeno instalacijom za tretiranje vazduha. Relativno velika razlika temperature između medija za hlađenje i armaturnog dela ovde dozvoljava izuzetno efikasan i delotvoran transfer toplote. Međutim, dovođenjem instalacije za hlađenje tretiranjem vazduha ispod tačke rošenja viška vodene pare može i uprkos tome po želji da se uhvati kondenzacijom. Vodena para je u tom slučaju ekstrahovana iz vazduha kondenzacijom pre nego što se vazduh vrati na željenu početnu temperaturu u okruženje za kultivaciju. Kondenzat je u tom slučaju pogodno prikupljen i ako se želi se vraća ili drugačije ponovo koristi na koristan način.

[0047] Zbog toga što se nedostatak pare u prostoru kultivacije rešava prema ovom pronalasku i svuda se održava barem pretežno isti, pronalazak dozvoljava višu brzinu struje vazduha u prostoru kultivacije a da ne prouzrokuje neprihvatljivo veliko isparavanje iz useva koje bi inače neželjeno uticalo na razvoj useva. U prikazanom uređaju struja vazduha je posebno usmerena kroz prostor kultivacije pri brzini od 15 i 100 cm/s, pri čemu razmena ugljen dioksida sa usevom jeste značajno veća od uobičajenog prostora kultivacije u kom je maksimalna brzina struje vazduha ograničena na niži nivo. Ta posledica je viši nivo fotosinteze, sa jačim i bržim razvojem useva kao rezultatom. Berba može dakle da se desi u kraćem roku sa istim odnosom suve materije i drugim korisnim komponentama i supstancama koje su sastavni deo tog useva. Jasno je da će ovo pospešiti ekonomičnost okruženja kultivacije.

[0048] Iako se ovaj pronalazak detaljnije objašnjava gore u tekstu na osnovu samo jednog primera izvođenja, očigledno je da se ovaj pronalazak ni na koji način ne ograničava na to. Nasuprot tome, brojne varijacije i izvođenja su i dalje moguće unutar obima ovog pronalaska za prosečnog stručnjaka u ovoj oblasti. Kao što je primenjeno u celini ili pretežno u celini u okruženju bez dnevnog svetla, ovaj pronalazak može posebno da se primeni, a da se zadrže gore opisane prednosti, i na usev izložen sunčevoj svetlosti, kao što je uzgajanje ispod stakla.

Claims (19)

Patentni zahtevi

1. Postupak za kultivaciju useva (50), specifično u okruženju barem pretežno bez dnevnog svetla, pri čemu pomenuto okruženje obuhvata barem pretežno potpuno kondicioniran prostor (10) kultivacije, ulazni otvor za vazduh i izlazni otvor (25) za ulazni i izlazni vazduh za usmeravanje barem pretežno laminarne struje vazduha kroz pomenuti prostor (10) kultivacije, i obuhvata niz veštačkih izvora (30) svetlosti u smeru između pomenutog ulaznog otvora (15) za vazduh i pomenutog izlaznog otvora (25) za vazduh,

pri čemu je taj usev (50) u pomenutom barem pretežno potpuno kondicioniranom prostoru (10) kultivacije izložen veštačkom svetlu aktinijuma, posebno obuhvata fotosintetički aktivno zračenje (PAR), emitovano iz veštačkog izvora (30) svetlosti iz pomenutog niza veštačkih izvora (30) svetlosti prisutnih u tom prostoru (10) kultivacije,

pri čemu barem pretežno laminarni protok vazduha (20) jeste usmeren kroz pomenuti prostor (10) kultivacije u pomenutom smeru iz pomenutog ulaznog otvora (15) za vazduh u pomenuti izlazni otvor (25) za vazduh, i pri čemu, tokom ciklusa kultivacije, proizvedena snaga veštačkih izvora (30) svetlosti jeste prilagođena apsorpciji energije od strane dela useva (50) osvetljenim na taj način tako da usev (50) blizu svakog veštačkog izvora (30) svetlosti iz pomenutog niza veštačkih izvora (30) svetlosti jeste podvrgnut barem pretežno konstantno i barem pretežno obostrano jednako nedostatku isparenja.

2. Postupak za koji se zaštita patentom traži u patentnom zahtevu 1, pri čemu se atmosfera prostora (10) kultivacije podvrgava tretiranju vazduha pri čemu se temperatura vazduha održava iznad njihove tačke rošenja.

3. Postupak za koji se zaštita patentom traži u patentnom zahtevu 1, pri čemu je proizvedena snaga najmanje jednog veštačkog izvora (30) svetlosti prilagođena isparavanju i apsorpciji energije dela useva (50) smeštenog ispod.

4. Postupak za koji se zaštita patentom traži u patentnom zahtevu 1, 2 ili 3, pri čemu najmanje jedan veštački izvor (30) svetlosti ima obezbeđeno hlađenje (35) koje je kontrolisano, čiji kapacitet hlađenja jeste prilagođen rezultanti proizvedene snage tog veštačkog izvora (30) svetlosti i apsorpciji energije tog useva (50).

5. Postupak za koji se zaštita patentom traži u patentnom zahtevu 4, pri čemu to hlađenje (35) koje je moguće kontrolisati obuhvata hlađenje tečnošću, pri čemu se hlađenje tečnošću ostvaruje prinudnom cirkulacijom rashladnog sredstva u kontaktu razmene toplote sa veštačkim izvorima (30) svetlosti.

6. Postupak za koji se zaštita patentom traži u patentnom zahtevu 5, pri čemu su izvori svetlosti (30), opciono bilo grupisano i/ili kolektivno, smešteni u armature, pri čemu su te armature opciono grupisano opremljene hlađenjem tečnošću, čija se rashladno sredstvo dovodi u kontakt razmene toplote sa svakom od armatura.

7. Postupak za koji se zaštita patentom traži u patentnom zahtevu 4, pri čemu to hlađenje (35) koje je moguće kontrolisati obuhvata hlađenje vazduhom, koje se ostvaruje uobičajenom, barem pretežno laminarnom strujom vazduha (20) u kontaktu razmene toplote sa veštačkim izvorom (30) svetlosti.

8. Postupak za koji se zaštita patentom traži u patentnom zahtevu 7, pri čemu su izvori (30) svetlosti, opciono grupno i/ili kolektivno, smešteni u armature, i što je barem pretežno laminarna struja vazduha (20) usmerena preko i duž armature.

9. Postupak za koji se zaštita patentom traži u patentnom zahtevu 7 ili 8, pri čemu se armature hlade kontrolisano u smeru protoka, te, barem pretežno, laminarne struje (20) vazduha kako bi se zadržao ispod, od armaturnog dela do armaturnog dela, barem pretežno konstantan nedostatak isparenja.

10. Postupak za koji se zaštita patentom traži u patentnom zahtevu 9, pri čemu kontrolisano hlađenje armature obuhvata hlađenje vazduhom duž armature kao i hlađenje tečnošću uz prinudnu cirkulaciju medija za hlađenje tečnošću uz barem pretežno direktan termodinamički kontakt sa armaturom, pri čemu se cirkulacija medija za hlađenje tečnošću kontroliše u kontaktu razmene toplote sa armaturom da bi se održao, od armaturnog dela do armaturnog dela, barem pretežno konstantan nedostatak pare ispod armature.

11. Postupak za koji se zaštita patentom traži u patentnom zahtevu 9 ili 10, pri čemu se nedostatak pare postavlja i održava na nivou od između oko 0,5 i 6 grama vode po kilogramu vazduha.

12. Postupak za koji se zaštita patentom traži u patentnom zahtevu 9, 10 ili 11, pri čemu se laminarna struja vazduha (20) usmerava brzinom protoka od između 15 i 100 cm/s preko useva (50).

13. Postupak za koji se zaštita patentom traži u jednom ili više patentnih zahteva 9 do 12, pri čemu se armature hlade kontrolisano u smeru protoka te barem pretežno laminarne struje vazduha (20) kako bi se, zadržalo ispod nivoa, od armaturnog dela do armaturnog dela, povećanje temperature okoline i da bi se zadržao sa tim povezan gradijent temperature u prostoru (10) kultivacije.

14. Uređaj za proizvodnju useva (50), posebno u okruženju barem pretežno bez dnevnog svetla, koje obuhvata barem delimično potpuno kondicioniran prostor (10) kultivacije između ulaznog otvora (15) za vazduh i izlaznog otvora (25) za vazduh tokom barem pretežno laminarne struje (20) vazduha, koji obuhvata instalaciju za tretiranje vazduha za održavanje i, po želji, obradu pomenute laminarne struje (20) vazduha, koja obuhvata niz svetlosnih armaturnih delova u smeru između pomenutog ulaznog otvora (15) za vazduh i pomenutog izlaznog otvora (25) za vazduh,

pri čemu su pomenuti svetlosni armaturni delovi prisutni u prostoru (10) kultivacije i obuhvataju jedan ili više veštačkih izvora (30) svetlosti koji mogu i konfigurisani su da generišu veštačko svetlo na bazi aktinijuma, koje specifično obuhvata fotosintetičko aktivno zračenje (PAR), i da takvom svetlu izlože taj usev (50), i

i pri čemu svaki od armaturnih delova jeste izveden sa sredstvima za kontrolisano hlađenje (35) sa kojima proizvedena snaga tih veštačkih izvora (30) svetlosti može da se prilagodi tokom ciklusa kultivacije prema apsorpciji energije nekog dela useva (50) osvetljenih time tako da taj usev (50) blizu svakog armaturog dela niza armaturnih delova jeste podvrgnut barem pretežno konstantnom nedostatku pare.

15. Uređaj za koji se zaštita patentom traži u patentnom zahtevu 14, pri čemu sredstva za hlađenje obuhvataju kontrolisanu cirkulaciju medija za hlađenje, pri čemu medij za hlađenje može, barem tokom rada, da uđe u toplotno izmenjivački kontakt sa barem jednim izvorom (30) svetlosti u tom armaturnom delu.

16. Uređaj za koji se zaštita patentom traži u patentnom zahtevu 15, pri čemu je izvedena armatura opciono tako što je grupisana sa nekoliko susednih armaturnih delova, sa individualno kontrolisanim hlađenjem (35) i kontrolerom prilagođenim njima.

17. Uređaj za koji se zaštita patentom traži u patentnom zahtevu 16, pri čemu je armaturni deo izveden, tako što je grupisano nekoliko susednih armaturnih delova, sa kontrolisanim hlađenjem (35) i kontrolerom prilagođenim na njega, pri čemu su susedni armaturni delovi postavljeni poprečno u odnosu na smer protoka laminarne struje (20) vazduha.

18. Uređaj za koji se zaštita patentom traži u jednom ili više patentnih zahteva od 14 do 17, pri čemu instalacija za tretiranje vazduha obuhvata rashladni uređaj, posebno hladnu bateriju, pri čemu je rashladni uređaj izveden sa kolektorom za kondenzaciju.

19. Uređaj za koji se zaštita patentom traži u jednom ili više od patentnih zahteva 14 do 19, pri čemu instalacija za tretiranje vazduha može i konfigurisana je da izdrži laminarnu struju (20) vazduha u prostoru (10) kultivacije sa brzinom vazduha od oko 15-100 cm/s tokom rada.