EN
Zakaj so toplice sploh potrebovale mehanske prezračevalne sisteme
Zaprta toplica v sončnem dnevu segre hitreje kot skoraj vsaka druga kmetijska zgradba. Sončna radiacija prehaja skozi steklene površine, se absorbira v tla, rastline in konstrukcijo ter se ponovno oddaja v valovni dolžini, ki jo steklene površine ne izpuščajo. Brez prezračevanja se notranja temperatura zviša nad vse, kar lahko rastline prenesejo, že v nekaj urah.
Prezračevanje ureja tudi vlažnost in CO₂. Rastline s transpiracijo povečujejo notranjo vlažnost, trajno visoka vlažnost pa spodbuja razvoj glivastih bolezni; goste rastline v tesno zaprti toplici lahko zmanjšajo koncentracijo CO₂ do te mere, da se fotosinteza upočasni. Odpiranje prezračevalnih odprtin reši vsa tri težava, zato je nadzor odprtin osrednji element upravljanja podnebja v toplicah, ne pa le robni del tega sistema.
Vprašanje je mehansko: kako zanesljivo odpreti več sto kvadratnih metrov prezračevalnih odprtin tisočkrat na sezono v vlažnem okolju? Za komercialne večkrovne toplice je prevladujoč odgovor prezračevanje toplic z zobati letvi in zobatkami .
Pet sestavin ventilacijskega sistema z zobnikom in zobatim kolesom Krmilni motor z črpalko
Motor z zobatkami je vir energije – električni motor z vgrajenim zmanjševalnim prenosom. Zmanjšanje je pomembnejše kot sam motor. Ventilacijski okvirji potrebujejo visok navor pri zelo nizkih vrtljajih, saj počasi in nadzorovano premikate velik, z vetrom obremenjen panel. Izhodne vrtljaje v teh sistemih običajno merimo v nekaj obratih na minuto, ne v stoticah.
Zobati prenos običajno zagotavlja tudi samozapirajočo ali visoko odpornostno lastnost, tako da se ventil, ki je ostal delno odprt, zaradi tlaka vetra, ki deluje v obratni smeri skozi pogonsko verigo, ne zapre.
Pogonski val
Pogonska gred je jeklena cev ali palica, ki se razteza po celotni dolžini ventilacijskega prostora in jo na določenih razdaljah podpirajo ležajne ohišja, pritrjena na okvir rastlinjaka. Gre za distribucijski element: en motor vrti eno gred, kar omogoča, da se en sam vrtilni gibanje hkrati prenese na vsako ventilacijsko pozicijo vzdolž prostora.
To je arhitekturna odločitev, ki sistem naredi ekonomičnega. Šestdesetmetrska vodna šopa z dvajsetimi ventilskimi položaji ne potrebuje dvajsetih motorjev. Potrebuje en motor, en gred in dvajset pretvorbenih točk.
Zobnik
Pinion je majhno zobniko, pritrjeno na pogonsko gred pri vsakem ventilskem položaju. To je mesto, kjer se vrtenje spremeni v gibanje na tem določenem ventilu.
V praksi je pinion redko samostojen zobnik na gredi. Nahaja se znotraj enote za gonilno zobniško letvo — jeklenega okvirja, ki podpira pinion, ohranja zobnik v stiku z letvo in se pritrdi na gred. Prav ta okvir zagotavlja zanesljivo pretvorbo pod obremenitvijo, kar bomo spodaj ponovno obravnavali.
Žarek
Letva je jeklena palica z zobci. Njeni zobci so v stiku z pinionom in ker letva ne more rotirati, vrtenje piniona premika letvo vzdolž njene dolžine. To je dejanska pretvorba: vrtilno gibanje noter, linearno gibanje ven .
Zelenjarski zobniki so običajno izdelani z ravnimi (neposrednimi) zobmi namesto z vijačnimi. Neposredni zobje ne ustvarjajo osnega potiskanja – sila ostaja v ravnini gibanja namesto da bi poskušala potiskati zobnik stran po osi. Za sestavni del, ki mora ohraniti položaj na osi skozi tisoče ciklov, je to pomembnejše kot majhna dodatna gladkost, ki jo ponuja vijačna oblika. Oglejte si našo zincirano zelenjarsko zobno tirnico za obliko zobov, uporabljeno v teh sistemih.
Tlačni drog in nosilna roka
Zobniki redko niso neposredno pritrjeni na okensko krilo. Tlačni drog prenaša linearno gibanje zobnika na nosilno roko, ki je na krilu zazidana z osjo, nosilna roka pa pretvarja ta tlak v kotni zasuk odpiranja okna.
Ta mehanizem opravlja dejansko delo. Spremeni smer sile, zagotovi mehansko prednost na začetku premika, ko je krilo najtežje premakniti iz mirovanja, ter omogoča zobniku, da se premika po udobni ravni črti, medtem ko se krilo zasuka po lokovnem tiru.
Načelo odpiranja in zapiranja, korak za korakom
Za odpiranje:
1. Klimatski regulator zahteva prezračevanje in vklopi zobni motor.
2. Izhodni vreteni motorja se počasi vrtita pri visokem navoru.
3. Pogonsko vreteno se vrti na celotni dolžini prostora.
4. Na vsaki poziciji odprtine se zobnik, pritrjen na vreteno, z njim vrti.
5. Zobje zobnika se zaprejo z zobmi letve in premaknejo letvo linearno.
6. Letva potisne potiskalno palico.
7. Potiskalna palica premakne nosilno roko, ki odpre okensko krilo.
8. Regulator ustavi motor na ciljni odprti poziciji.
Za zapiranje , se motor obrne in ista veriga deluje v obratni smeri – letva se umakne, nosilna roka spusti okensko krilo in odprtina tesni proti svoji okvirni konstrukciji.
Celotna veriga je mehansko pozitivna. Ni hidravlične tekočine, ki bi lahko uhajala, ni pnevmatskega tlaka, ki bi se izgubil, ni kabla, ki bi se raztegoval. Vsak element predstavlja neposredno mehansko povezavo, položaj odprtka v katerem koli trenutku pa je neposredna funkcija tega, koliko se je motor zavrtel. Ta determiniranost omogoča krmilnikom, da ohranijo odprtek pri 30 % odprtosti in jim je mogoče zaupati, da je resnično pri 30 %.
Razumevanje poti zobnika
Pot zobnika je linearna razdalja, za katero se zobnik premakne od popolnoma zaprtega do popolnoma odprtega položaja. Določa, kako širok se vaš odprtek dejansko odpre, in jo določata dve stvari: obseg zobnika po koraku in število obratov pogonskega gredi.
Vsak poln obrat zobnika premakne zobnik za en obseg po koraku. Večji zobnik premakne zobnik daljšo razdaljo na obrat, vendar zahteva več navora motorja pri isti obremenitvi, saj deluje polmer zobnika kot vzvod proti motorju. Manjši zobnik zahteva manj navora, vendar potrebuje več obratov gredi za isto odprtino.
Iz tega izhajata dve praktični posledici:
Zobnik mora biti dovolj dolg za celotno pot plus vpetje. Zobnik, ki je natančno prilagojen razdalji premika, na koncu premika izgubi zobce in zadnji zobci nosijo celotno obremenitev v najslabšem možnem trenutku. Pravilno dimenzioniranje je obravnavano v kako izbrati pravi zobnik .
Premik je treba omejiti pred dosežitvijo mehanskega konca. Konecni stikali ali omejitve položaja v krmilniku morajo ustaviti motor, preden zobnik doseže konec zobcev. Zanašanje na mehansko zavoro pri trku z lastnimi mejnimi točkami povzroča izkrivljanje zobcev.
Vzdušni sistemi za streho
Zračniki na strehi se nahajajo vzdolž grebena in so pri Venlo-tipu ter podobnih rešetkah glavna pot za prezračevanje. Topel zrak se dviguje, nabira ob grebenu in zapušča stavbo skozi zračnik na strehi – kar je termično najučinkovitejše mesto za odprtino.
Mehansko gledano so strešni ventilacijski otvori zahtevnejši primer. Krilce se dviga proti sili teže, zato mehanizem nosi težo plošče skozi celotno pot premika. Še pomembneje je, da odprt strešni ventilacijski otvor predstavlja dvignjeno površino, ki je izpostavljena vetru, pri čemer lahko obremenitev zaradi vetra presega statično težo krilca za več kot znatno merilo. Pogonski elementi so dimenzionirani za to vetrno obremenitev, ne pa za težo.
Na strešnih položajih se prav tako pojavlja največ kondenzacije. Topel in vlažen zrak se nabira ob grebenu, kovinske površine pa vsako noč izhajajo skozi cikel namakanja in sušenja – zato so tam cinkane komponente standard, ne pa le možnost.
Ker ena gred pogoni celotno vrsto, se vsi ventilacijski otvori v enem polju odprejo hkrati. Vsaka pogonska enota se zato mora biti na gredi pritrjena v isti fazi, da se ventilacijski otvori premikajo sinhrono kot skupina. Ventilacijski otvor, ki je pritrjen izven faze, se glede na sosednje otvore premika prehitro ali prepočasi ter na koncih poti premika prevzame neproporcionalno velik del obremenitve.
Stranski ventilacijski sistemi
Stranski ventilacijski otvori se odpirajo v stranski steni in delujejo skupaj z ventilacijskimi otvori na strehi, da ustvarijo prečni tok – hladni zrak vstopa spodaj skozi stransko steno, topli zrak pa izhaja zgoraj skozi greben. Ta navpični pretok zraka je učinkovitejši pri odstranjevanju toplote kot kateri koli od obeh odvorov posebej.
Mehanizmi stranskih ventilacijskih odvorov sledijo istemu načelu pretvorbe vrtenja v premikanje, a so izpostavljeni drugačnim pogojev. Obremenitev zaradi teže je nižja, saj se okno zavrti namesto da bi se dvignilo. Izpostavljenost vetru je neposrednejša, vendar deluje na manjšem učinkovitem površinskem območju. Prava razlika je onesnaženost: komponente na stranski steni so blizu tal in zbirajo pršiče zemlje, prekomerno pršenje pri namakanju ter prah.
Ta onesnaženost je glavni dejavnik za vzdrževanje. Odpadki, ki se nabirajo v koreninah zobcev, so najpogostejši vzrok za tog ali neenakomeren delovanje stranskih ventilacijskih odvorov in običajno postanejo opazni že dolgo pred tem, ko bi bilo mogoče izmeriti kakršno koli obrabo zobcev.
Nekatere oblikovne rešitve stranskih sten uporabljajo navpično odpiralno razporeditev, pri kateri se krilna plošča dviguje po vodilni tirnici, pri čemer gibanje v navpični smeri zagotavlja zobni trak in zobnik. Načelo pretvorbe je enako; spremeni se le geometrija prenosnega mehanizma.
Zakaj zobni trak in zobnik namesto potiskalnega/vlečnega valja
Obstajajo tudi druga rešitve za pogon prezračevalnih odprtin – npr. pnevmatski valji, električni linearni aktuatorji ter kabli z vitlom. Zobni trak in zobnik prevladujeta pri komercialnih rastlinjaki zaradi konstrukcijskih prednosti.
En motor obravnava več prezračevalnih odprtin. Linearni aktuator premakne eno krilno ploščo; os z zobnim trakom in zobnikom pa obravnava celotno razponsko enoto iz enega samega pogona. Na večhektarskem območju se razlika v številu motorjev, kablov in nadzornih točk znatno pokaže.
Položaj je določen. Položaj zobnega traku je natančno določen z vrtenjem osi, brez kakršnegakoli lufta, ki bi se lahko nabiral. Kabli se raztegujejo; pnevmatski sistemi pa odmikajo pri spremembi tlaka.
Dolžina hoda ni omejena z aktuatorjem. Korak valja je omejen z lastno dolžino telesa. Pot roleta je omejena le z dolžino roleta.
Zdrži okoljske vplive. Ni tesnila, ki bi se razgradilo, ni tekočine, ki bi se onesnažila, ni tlakovne cevi, ki bi utrujala. Galvaniziran jeklen rolet in zobnik v jekleni okvirni konstrukciji je približno najpreprostejši pogonski mehanizem, preprostost pa je ključ do vzdržljivosti v petnajstletni dnevni izpostavljenosti kondenzaciji.
Kje ti sistemi v praksi odpovedojo
Razumevanje načinov odpovedi vam pove več o mehanizmu kot tehnični podatkovni list.
Zmanjšanje globine zazobitve. Pod obremenitvijo vetra se rolet zaradi dvigalnega učinka umika od zobnika, kar zmanjšuje globino zazobitve in s tem koncentrira silo na vrhove zob. To ravno preprečujeta vodilni klinca, nameščena na obeh straneh zobnika v ustrezni pogonski enoti – nosita se na zadnji strani roleta in ga ohranjata v zazobitvi točno takrat, ko je obremenitev najvišja.
Neskladnost. Rešetka, ki ni vzporedna s smerjo premikanja, se zagozdi na sredini poti. Namestitveniki včasih odgovorijo z povečanjem navora motorja, kar geometrijski problem spremeni v poškodovano zobnikovo zob.
Poves na nepodprtih razponih. Dolga rešetka brez vmesne podpore se upogne pod lastno težo, kar povzroči izgubo globine zajetja na sredini poti, medtem ko je na obeh koncih še vedno pravilna.
Neskladna oblika zob. Ravna rešetka, ki deluje proti poševnemu zobniku, ustvari točkovni stik namesto črtnega stika prek zobne površine. Na videz deluje pravilno ob namestitvi, a odpove znotraj enega letnega časa. Izbor ustrezne geometrije je obravnavan v kako izbrati pravi zobnik .
Ostanke v korenu zob. Najpogostejši vzrok togosti pri delovanju in najlažji za odpravo. V prašni hiši maščoba ujame drobne delce in pospeši obrabo namesto da bi jo zmanjšala.
Pogosta vprašanja
V: Koliko navora potrebuje motor za odpiranje prezračevalnih okenc v toplarni?
To je odvisno od teže kril, števila okenskih rež na vsakem gredi, velikosti pinjona in načrtovane obremenitve z vetrom za vaše mesto – ne od ene same objavljene vrednosti. Obremenitev z vetrom običajno določa izbiro, ne statična teža. Za vašo specifično konstrukcijo jo je treba izračunati, ne pa predpostavljati na podlagi podobne stavbe.
V: Ali lahko en motor poganja tako strešne kot stranske reže?
V praksi jih pogonimo ločeno. Strešne in stranske reže nadzorujemo neodvisno, saj klimatska strategija zahteva različne odprtinske položaje v različnih časovnih točkah – pogosto želimo odprte stranske stene, medtem ko je streha delno zaprta, ali obratno pri vetru.
V: Koliko naj se odpre strešna reža v rastlinjaku?
To je odločitev glede na klimatsko regulacijo, ne mehansko vprašanje, in se spreminja glede na vrsto pridelka, zunanjo temperaturo in veter. Mehansko pomembno je le to, da sistem zanesljivo doseže polno odprtino in lahko vzdrži kateri koli vmesni položaj brez odmikanja.
V: Kako se razlikujeta pot zobnega kolesa in odprtinski kot reže?
Potisk rešetke je linearna razdalja, za katero se rešetka premakne. Odpiralni kot je kotni zasuk krilca. Geometrija povezave – dolžina potiskalnega droga in položaj osi vpetja nosilnega ročaja – omogoča pretvorbo med obema količinama; ta razmerje pa ni linearno v celotnem potisku.
V: Zakaj so rešetke za toplarno cinkane namesto pobarvane?
Barva se najprej pokvari na straneh zob, saj se tam vsak cikel pojavi kovinsko-kovinski stik. Ko se prevleka na stični točki iztroši, se korozija začne točno tam, kjer se prenaša obremenitev. Cinkasta prevleka zdrži kondenzacijsko okolje brez odvisnosti od nedotaknjene filmske plast.
V: Ali se ventilski sistem z zobnikovo rešetko lahko ročno upravlja tudi ob izpadu električne energije?
To je odvisno od menjalnika. Številni motorji za toplarne imajo ročni nadomestni mehanizem ali ročno vzmetno napravo ravno zaradi tega – hiša brez prezračevanja ob sončnem dnevu hitro izgubi pridelka. To potrdite že pri določanju motorja.
Zaključek
Sistem za prezračevanje rastlinjaka s prenosom z zobnikom in zobato letvico je veriga preprostih pretvorob: električna energija se pretvori v počasno vrtenje z visokim navorom na zobnem motorju, to vrtenje se prenaša po prečni nosilni gredi skozi celotno razpon, vsak zobnik ga pretvori v linearno gibanje zobate letvice na položaju odprtka, potiskalna palica in podporna ročica pa to gibanje spremenita v zasuk okna.
Ničesar v tej verigi samostojno ni zapletenega. Sistem deluje več kot petnajst let zato, ker ostane vsaka pretvorba pravilno izvedena – zobnik je trdno privit in v pravi fazi na gredi, zobata letvica je v celoti vgrajena v vodilne pine, celotna sestava je poravnana tako, da se med gibanjem ne zaklene na pol poti, vsa jeklena površina, ki je izpostavljena nočni kondenzaciji, pa je cinkana.
Ko ti sistemi odpovejo, je to redko posledica neustreznosti samega koncepta. Večinoma se odpoved pojavi zaradi nepravilne namestitve zobate letvice, neskladja oblike zobcev ali ker je v koreninah zobcev tri sezoni ostala umazanija.