Как охладить раствор в гидропонной установке

Главное достоинство гидропоники состоит в возможности контролировать все параметры среды, окружающей растения. Один из таких параметров — температура питательного раствора, оптимальный диапазон которой лежит в пределах от 18°С до 24°С.

Почему это так важно? Если температура раствора упадет ниже 18°С, рост растений замедлится и в конечном итоге полностью остановится. И хотя более низкая температура в резервуаре увеличивает количество растворенного в воде кислорода, температура раствора должна быть выше 18°С, чтобы растение смогло поглощать кислород в полной мере. Если же температура раствора будет выше 24°С, это приведет к уменьшению концентрации растворенного в воде кислорода, а также ускорению метаболизма у растения.

О том, как контролировать температуру питательного раствора и какие проблемы у растений вызывает ее повышение, писал Уильям Тексье в своей знаменитой книге «Гидропоника для всех. Все о садоводстве на дому».

Изменение, точнее, увеличение температуры питательного раствора приводит к четырем проблемам:

• снижение насыщенности кислородом;
• ускорению метаболизма;
• развитию анаэробных патогенов;
• повышению концентрации питательных веществ.

Концентрация кислорода в воде имеет прямую зависимость от температуры. Чем выше температура воды, тем ниже предельная концентрация кислорода. То есть при температуре воды 20°C стопроцентное насыщение кислородом наступит при концентрации последнего 9,1 мг/л, а при 30°C максимальная концентрация составит только 7,5 мг/л.

Повышение температуры питательного раствора в гидропонике приводит к ускорению метаболизма, а значит, к повышенной потребности в кислороде в корневой зоне.

Если компрессор не будет успевать восполнять повышенное потребление кислорода корнями, то возникнет его дефицит, что в дальнейшем приведет к размножению патогенных микроорганизмов и возникновению корневой гнили.

Обычно повышение температуры раствора связано с высокой температурой окружающей среды — от 30°С и выше. Из-за этого надземная часть растения ускоряет клеточное дыхание и выделение влаги для самоохлаждения. В этой ситуации корни в большей степени поглощают воду, игнорируя питательные вещества. Таким образом, в длительной перспективе повышается концентрация растворенных в воде веществ, что приведет к их передозировке у растения.

Основная причина нагрева раствора — это влияние внешней среды в помещении, теплице или открытом грунте.

У воды большее буферное свойство, чем у воздуха. Ей требуется больше времени для изменения температуры, и через некоторое время она вновь приблизится к температуре окружающей среды.

Нагрев помещения происходит из-за освещения и погодных условий. Для снижения температуры раствора работу необходимо начать с охлаждения помещения при помощи кондиционера. 

Чтобы уменьшить теплообмен между теплым воздухом и растворам, резервуар и трубы, по которым он течет, оборачивают теплоизоляционным материалом. У такого решения есть и обратная сторона: снижающаяся по ночам температура воздуха пассивно охлаждает раствор, но при наличии теплоизоляции это происходит гораздо медленнее.

Обычно для охлаждения раствора устанавливают чиллеры — специальные охладительные агрегаты. Принцип действия чиллера сравним с работой холодильника — это тот же тепловой насос, который забирает энергию у охлаждаемой жидкости и отводит ее из системы. 

Погруженная в раствор помпа засасывает воду из резервуара, по трубке вода попадет в чиллер, где охлаждается до заданной температуры и возвращается в резервуар.

Растениеводы в странах с жарким климатом часто сталкиваются с перегревом корней растений. Это постоянно возникающая ситуация, которая вызывает стресс у растений, в результате чего ухудшается питание и снижается сопротивление вредителям и инфекциям.

В 2018 году израильская компания Roots Sustainable Agricultural Technologies (RZTO) приступила к тестированию технологии оптимизации температуры водного раствора при выращивании салата в гидропонике по методу NFT. По словам Шарона Девира, руководителя RZTO, в тот момент никто в мире не предлагал систем охлаждения гидропонных растворов.

Оборудование для этого эксперимента сконструировала компания Teshuva Agricultural Products. Это оборудование влияло лишь на температуру в зоне корней, а не на температуру воздуха во всем объеме теплицы. Для поддержания постоянной температуры субстрата с применением теплообменника потребовался лишь циркуляционный насос, потребляющий 1,5 кВт/ч электроэнергии.

Благодаря  применению новой системы RZTO удалось снизить температуру раствора на 11 °С при средней температуре воздуха в теплице около 40 °С. Снижение температуры воды до 26 °С и поддержание ее на этом уровне повысило качество салата и сократило продолжительность цикла выращивания на 20% по сравнению с выращиванием без контроля температуры раствора. 

Во время проведения эксперимента в местности, где расположено хозяйство, было несколько жарких и ветреных дней, когда температура воздуха доходила до 40°С, а порывы ветра срывали затеняющие сетки с большинства теплиц. В результате во многих хозяйствах растения погибли, но в экспериментальной теплице с охлаждением раствора растения пережили четыре часа сильного порывистого ветра и несколько часов жары без затеняющей сетки. Этот момент обведен на графике в кружок.

Таким образом, опыт RZTO убедительно доказывает, что температура раствора питательных веществ чрезвычайно важна для хорошего роста растений и получения высоких урожаев. Следовательно, для сити-фермера важно поддерживать оптимальные температурные значения и следить за бесперебойной работой всех систем для гидропонного выращивания.

Уильям Тексье (William Texier) — один из известнейших мировых специалистов по гидропонике. В 2004 году он разработал и запатентовал биопонику — метод органического гидропонного садоводства. 

Тексье родился в Париже, получил образование в Национальном институте геммологи во Франции, затем продолжил учебу в американском институте геологии в Лос-Анджелесе. В Калифорнии он открыл для себя гидропонику и сделал карьеру в General Hydroponics, где проработал с 1980 до 1994 года. В 1994 году Тексье вернулся во Францию ​​и вместе со своей женой Нуцеттой Кеди создал General Hydroponics Europe (в настоящий момент — Terra Aquatica).

Посвятив гидропонике 40 лет своей жизни, Уильям Тексье до сих пор остается новатором и востребованным специалистом. В своей книге «Гидропоника для всех. Все о садоводстве на дому», изданной в 2013 году, он пишет, что помещение для выращивания — это источник удовольствия, который должен испытать каждый. Он до сих пор выступает с презентациями, убеждая слушателей освоить гидропонику. «Еда сегодня, по большей части, низкого качества, — говорит Тексье о продуктах из супермаркетов. — Предоставление легкого доступа и простого способа выращивания продуктов питания — это наша цель. Мы хотим дать людям инструменты для выращивания собственной еды даже в городских условиях».

Посмотрите запись выступления Уильяма Тексье на выставке «Ситифермер» в 2019 году с лекцией «Как выращивать что угодно и где угодно. Гидропоника и жизнь».