Что такое сити-ферма?
Сити-ферма — теплица или стеллажная система, которая в городских условиях позволяет круглый год получать экологически чистый урожай. В нашем случае используется стеллажная система, для которой солнце вообще не требуется: за облучение растений отвечают светодиодные лампы. Поэтому такую систему можно установить в подвале, на складе, в контейнере. Главное, чтобы было электричество и вода. В случае контейнера можно собрать стеллажную систему в мастерской и доставить клиенту (супермаркету или ресторану) готовой.
Сити-ферма работает на гидропонике, когда вместо грунта используется субстрат и питательный раствор с заданной кислотностью и растворенными микроэлементами. Плотность посадки растений можно повысить, и тогда урожай будет без частиц грунта, а салат — всегда чистым.
В помещении поддерживается чистая среда без вредителей и сорняков, поэтому использование пестицидов или гербицидов не требуется.
Сити-фермы оборудуют системой автоматизации, что сводит человеческий фактор к минимуму, как и затраты на обслуживающий персонал. Особенно важно автоматизировать освещение и полив, контролировать температуру и влажность в помещении. При необходимости можно добавить другие функции.
Главное преимущество сити-фермы — стабильная урожайность. Здесь владелец не зависит от прихотей погоды. Хороший урожай всегда гарантирован, причем его можно регулировать в зависимости от спроса.
Сити-ферму можно развернуть в подвале крупного ресторана или супермаркета, гости всегда будут наслаждаться свежей зеленью. Транспортные издержки при этом минимальны, так как зелень не нужно перевозить.
Мы повторно посетили тестовую площадку LedFarm.by по выращиванию микрозелени, о ней подробно рассказывали в статье про теплицу на Linux. Ниже приведены фотографии с площадки.
Дополнительные фото
Как правильно выращивать салат?
Выращивать на сити-ферме можно практически все что угодно — от микрозелени до картошки. Вопрос в экономической целесообразности. В Нидерландах, например, каждая четвертая ферма работает на гидропонике. Там растят все: салаты, огурцы, зелень, перцы, томаты, цветы и многое отправляют на экспорт. Япония — самая передовая страна в этом вопросе, она способна полностью закрыть потребности внутреннего рынка зеленью, выращиваемой в искусственных условиях.
На сити-фермах, которые мы рассмотрим в статье, выращивают салаты. Почему именно их? Здесь, прежде всего, экономический интерес. Рестораны охотно покупают дорогие сорта салатов: не те что продаются в магазинах, а Ромэн, Фризе, Барлах и Кук. Но в целом, выделить какую-то культуру, которая может принести наибольшую прибыль, довольно сложно. Многое зависит от региона размещения фермы. Самые прибыльные фермы выращивают корень женьшеня и еще одно известное всем растение, но это уже незаконно.
Все начинается с семян, которые закупают в Нидерландах. Причем используют специальные «семена для ферм» со всхожестью 99% и сорта салата, специально предназначенные для выращивания на гидропонике. Мелкие семена салата знакомы, наверное, всем. Но здесь каждое семечко заключено в глиняную оболочку и напоминает кедровый орешек.
Семена сажаются в «пробки» из минеральной ваты диаметром 45 мм и высотой 50 мм. Затем поддон с пробками и семечками ставят на двое-трое суток в темный бокс с повышенной влажностью и температурой. Восемь раз в сутки включают насос, который прокачивает жидкость через поддоны и смачивает пробки. Для проращивания используют раствор с самой низкой кислотностью и низким содержанием микроэлементов — они на этом этапе попросту не нужны. На поддоне размещают 176 пробок. Влажность в темном боксе поддерживают на уровне 78%, но можно выставить и больше, например 85%.
Следующий этап — рассадное отделение. Поддоны с пробками устанавливают на стеллажи с освещением. Здесь кислотность повышается, но все равно находится на меньшем уровне, чем для взрослых растений. То же самое касается и микроэлементов. Рассадка растений очень плотная, в рассадном отделении они проводят три недели.
Последний этап — доращивание уже подросших растений. Растения стали крупнее, поэтому требуется разреженная посадка. Их пересаживают в поддоны примерно по 30 штук в каждом. То есть из одного поддона в рассадном отделении формируют шесть во взрослом. Кислотность раствора увеличивается, как и число микроэлементов.
Через три недели салаты готовы к сборке. На полный цикл от проращивания до сбора уходит полтора месяца. Вес каждого салата зависит от вида, но в среднем составляет 200 г ±20-30 г. Хотя здесь все условно, тот же салат Ромен весит больше. Вообще на сити-ферме урожайность высчитывается с квадратного метра, расчетная: 6 кг с м².
При выращивании салата поддерживается дневная температура 22-24 °C, ночная — 15-16 °C. Ночью часто приходится включать осушитель, поскольку при охлаждении воздуха его относительная влажность повышается . Для салатов оптимальная влажность — 64%, для цветущих или плодоносящих культур она будет иной. Рекомендуемый параметр обновления воздуха: 30 раз в час.
Лампами моделируется восход и закат по полчаса, продолжительность светового дня — 12…16 часов. Полив (включают насос для прокачки жидкости по стеллажам), как мы отметили выше — 8 раз в сутки.
А теперь перейдем к техническим подробностям.
Дополнительные фото
Сити-ферма в контейнере
Проект сити-фермы для выращивания салата был задуман несколько лет назад. Планировалось строить сити-фермы на базе транспортных контейнеров, чтобы потом можно было продавать их как готовое изделие. Но после запуска пилота выяснилось, что плохая теплоизоляция стенок контейнера приводит к высоким расходам на поддержание температуры: кондиционирование летом, отопление зимой. Поэтому решили отказаться от идеи продажи контейнеров и решили сосредоточиться на строительстве собственной сити-фермы..
Тем не менее проект позволил получить опыт, протестировать технологии, найти слабые места. А сейчас он используется как тестовая площадка для «обкатки» новых решений и экспериментов. Как на урожайность повлияет сокращение светового дня до 14 или даже до 12 часов? Как повлияет тот или иной раствор на зеленую массу? Возможно, получится собирать салаты и после двух недель во взрослом отделении, но это технологически сложно — надо менять микроклимат в соответствии с циклом роста.
Еще одна проблема, которая вскрылась на пилоте, — это система автоматизации. Сначала она была собрана буквально «на коленке»: использовались беспроводные датчики и оборудование от разных производителей — старались сделать проще и дешевле. Оказалось, что это работает ненадежно, поэтому в новых проектах отказались от беспроводных технологий и применяют только проводные решения. О них мы как раз расскажем ниже.
Поскольку сити-ферма в контейнере работает уже несколько лет, есть статистика окупаемости. Подобный контейнер можно собрать самостоятельно, в зависимости от компонентов придется вложить от $20k. В пилот было вложено намного больше, но это связано с его использованием как экспериментальной площадки: тестируются разные технологии гидропоники NFT и DWC, разные пропорции при смешивании раствора. Несмотря на это, контейнер приносит до $1k в месяц. Процентов 10 от этой суммы уйдет на семена, расходники, микроэлементы, энергоресурсы и аренду, остальное — чистая прибыль.
Прибыль также зависит от культур, которые выращивают на сити-ферме, а также от сезона. Летом не получится конкурировать с традиционными фермерами: грунтовые салаты стоят дешевле, хотя и уступают по качеству выращенным на гидропонике в сити-ферме. Однако стоимость продукции летом все равно приходится снижать. Но если выращивать культуры, которые не растут в вашем регионе на полях, то такой проблемы нет.
Так как все процессы автоматизированы, обслуживает ферму один человек, который тратит всего пару часов в день. Даже на большой ферме в подвале, про которую расскажем ниже, предполагается один работник, но уже на полную занятость.
Таким образом, окупаемость маленькой фермы в контейнере составляет полтора-два года. Примерно такие же расчеты приводят и в Америке, но там совсем другой рынок и стоимость входа в бизнес начинается от $120k.
Строить большие фермы выгоднее, но в отличие от традиционного фермерства, важно понимать, что это бесконечный конвейер, который не зависит от сезона, то есть нужен стабильный сбыт продукции. На этом погорели многие, кто вложился в сити-фермы в России.
Сити-ферма в подвале
Сити-ферма в подвале на порядок крупнее и урожайнее контейнерного варианта, ее мы как раз подробно рассмотрим. К сожалению, на момент посещения сити-фермы в подвале выполнялся монтаж инженерных систем, стеллажи были пустыми, поэтому для фото салатов мы использовали пилот в контейнере. Здесь мы хотели бы дать ссылку на статью о теплице на Linux, поскольку там уже частично затрагивали тему автоматизации стеллажных систем. Но перейдем к новому проекту LedFarm.by.
Сначала о производительности. Во взрослом отделении сити-фермы — 136 поддонов, то есть одновременно можно выращивать около 4 300 растений. Они сгруппированы по 17 секциям, восемь поддонов в каждой. Поскольку здесь используется принцип конвейера, то в каждой секции растения на разном этапе созревания. Такой подход позволяет снимать урожай два раза в неделю (и два раза в неделю проводится посадка). Салаты отправляют клиенту прямо с пробками, причем рекомендуется сразу же поместить их в холодильник и там хранить — тогда листья будут приятно хрустеть. Поддоны после сбора урожая промываются.
В темном боксе проращивания установлены четыре поддона, в рассадном отделении — 24 поддона. На максимальной производительности раз в три дня можно проращивать около 700 растений (четыре поддона по 174 растения). Через три недели они превращаются в 24 поддона во взрослом отделении, то есть в три секции. А еще через три недели 24 поддона позволят собрать 700 растений общим весом около 140 кг. Много это или мало? Здесь все зависит от ресторанов. Кто-то закупает три кг в неделю и использует салат для украшения блюд, кто-то делает из салата блюда и заказывает 30 кг в неделю. Ресторан может быть сетевым, а может, это маленькое кафе.
Сити-ферма оборудована системой автоматизации на базе контроллера Wiren Board 6. Контроллер и модули Wiren Board были выбраны не только по причине разумной цены, но и хорошего набора функций.
Автоматизированы освещение и полив. Это самые трудозатратные операции: лампы нужно плавно включать и выключать «утром» и «вечером», а поливать растения нужно восемь раз в сутки. Планируется добавить управление перемешиванием раствора в баках.
Освещение регулируется модулями аналогового вывода 0-10В WB-MAO4 отдельно для каждой секции (линия поделена на четыре секции). Использование плавного диммирования позволило избежать высоких пусковых токов, на закате лампы плавно диммируются до полного выключения, на рассвете — плавно увеличивают яркость до требуемого технологами уровня. Как мы отметили, продолжительность восхода и заката — 30 минут. Работа ламп запрограммирована через wb-rules на контроллере Wiren Board, к которому подключены модули WB-MAO4 через RS-485.
Реле WB-MR6CU v.2 используют для полива (подача раствора из растворного узла в бак линии и из бака на линию). Насос включается по расписанию (восемь раз в сутки) примерно на 5-15 минут. Этого времени достаточно, чтобы раствор смочил пробки, растения получили достаточный запас питательных веществ и воды.
Для контроля влажности и температуры используются датчики MSW.
Контроллер автоматизации смонтирован в щите, а модули управления — на стеллажах и подключены к контроллеру по шине RS-485. Поэтому в будущем систему можно расширять. В планах — добавление автоматического перемешивания растворов, чтобы обеспечивать нужную концентрацию питательных веществ. Для новых функций потребуется установить дополнительные модули и подключить их к контроллеру. Причем пересобирать щит не потребуется — модули можно устанавливать удаленно, прямо на стеллажах.
Конечно, сити-ферма позволяет выращивать не только салаты. В планах — выращивание рукколы и базилика, клубники и помидоров черри.
Дополнительные фото
Заключение
Сити-фермы на стеллажных системах продолжают набирать популярность, поскольку позволяют получать свежую экологически чистую зелень «на месте». Им не страшна засуха или зима, урожай всегда гарантирован. Создать подобную сити-ферму увлеченному человеку вполне по силам. Бюджет тоже не гигантский, как мы показали на примере контейнера. Окупаемость проекта — полтора-два года, но нужен стабильный спрос.
Автоматизация позволяет исключить человеческий фактор и сделать так, чтобы «все работало само». Первую стеллажную систему в контейнере собирали буквально на коленке, из зоопарка компонентов и ламп. При организации сити-фермы в подвале перешли на проверенные решения, которые ранее успешно отработали на тестовой площадке: контроллер, модули диммирования и реле Wiren Board. Подключение везде проводное. Кому-то контроллер покажется избыточным, но его доля в бюджете проекта невелика. Выбор универсального контроллера позволяет гибко расширять возможности системы по мере необходимости.
Как вам предложенное решение? Можно ли сделать лучше? Может быть, вы хотите рассказать про свою сити-ферму? Ждем ваших комментариев.
