[บทคัดย่อ] ปัจจุบัน อุปกรณ์ปลูกพืชในบ้านมักใช้การออกแบบแบบรวมชิ้นส่วน ซึ่งก่อให้เกิดความไม่สะดวกในการเคลื่อนย้ายและการขนถ่าย บทความนี้เสนอการออกแบบอุปกรณ์ปลูกพืชในบ้านแบบสำเร็จรูปชนิดใหม่ โดยพิจารณาจากลักษณะพื้นที่อยู่อาศัยของผู้อยู่อาศัยในเมืองและเป้าหมายการออกแบบการผลิตพืชในครัวเรือน อุปกรณ์นี้ประกอบด้วยสี่ส่วน ได้แก่ ระบบค้ำยัน ระบบการเพาะปลูก ระบบน้ำและปุ๋ย และระบบเสริมแสง (ส่วนใหญ่เป็นไฟ LED สำหรับการเจริญเติบโต) มีขนาดกะทัดรัด ใช้พื้นที่สูง โครงสร้างแปลกใหม่ ถอดประกอบได้สะดวก ต้นทุนต่ำ และใช้งานได้จริง สามารถตอบสนองความต้องการของผู้อยู่อาศัยในเมืองเกี่ยวกับการปลูกผักกาดหอม ขึ้นฉ่าย ผักที่โตเร็ว กะหล่ำปลีบำรุง และเบโกเนียฟิมบริสติปูลา หลังจากปรับเปลี่ยนในขนาดเล็กแล้ว ยังสามารถใช้สำหรับการวิจัยทดลองทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับพืชได้อีกด้วย

การออกแบบโดยรวมของอุปกรณ์การเพาะปลูก

หลักการออกแบบ

อุปกรณ์เพาะปลูกสำเร็จรูปนี้มุ่งเน้นไปที่ผู้อยู่อาศัยในเมืองเป็นหลัก ทีมงานได้ศึกษาลักษณะเฉพาะของพื้นที่อยู่อาศัยของผู้อยู่อาศัยในเมืองอย่างละเอียดถี่ถ้วน โดยคำนึงถึงพื้นที่ขนาดเล็กแต่ใช้พื้นที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โครงสร้างมีความแปลกใหม่และสวยงาม ถอดประกอบได้สะดวก ใช้งานง่าย และเรียนรู้ได้ไม่ยาก ต้นทุนต่ำ และใช้งานได้จริง หลักการทั้งสี่นี้ถูกนำมาใช้ตลอดกระบวนการออกแบบ โดยมุ่งมั่นที่จะบรรลุเป้าหมายสูงสุดคือการกลมกลืนกับสภาพแวดล้อมภายในบ้าน โครงสร้างสวยงามและเหมาะสม และคุ้มค่าในด้านการใช้งานและประสิทธิภาพ

วัสดุที่จะนำมาใช้

โครงรองรับซื้อมาจากชั้นวางของหลายชั้นในตลาด ยาว 1.5 เมตร กว้าง 0.6 เมตร และสูง 2.0 เมตร ทำจากเหล็กพ่นสีกันสนิม และมุมทั้งสี่ของโครงรองรับเชื่อมติดกับล้อเลื่อนแบบมีเบรก แผ่นเหล็กเสริมแรงเลือกใช้แผ่นเหล็กหนา 2 มิลลิเมตร พ่นสีกันสนิมสองชั้นต่อแผ่น รางปลูกทำจากท่อพีวีซีแบบเปิดขนาด 10 ซม. × 10 ซม. ทำจากแผ่นพีวีซีแข็งหนา 2.4 มิลลิเมตร รูปลูกมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 เซนติเมตร และระยะห่างระหว่างรู 10 เซนติเมตร ถังใส่น้ำหรือถังใส่สารละลายธาตุอาหารทำจากกล่องพลาสติกหนา 7 มิลลิเมตร ยาว 120 เซนติเมตร กว้าง 50 เซนติเมตร และสูง 28 เซนติเมตร

การออกแบบโครงสร้างอุปกรณ์เพาะปลูก

ตามแผนการออกแบบโดยรวม อุปกรณ์เพาะปลูกแบบสำเร็จรูปสำหรับครอบครัวประกอบด้วยสี่ส่วน ได้แก่ ระบบค้ำยัน ระบบเพาะปลูก ระบบน้ำและปุ๋ย และระบบเสริมแสง (ส่วนใหญ่เป็นไฟ LED สำหรับเพาะปลูก) การจัดวางส่วนประกอบในระบบแสดงในรูปที่ 1

ภาพที่ 1 แสดงการกระจายตัวในระบบ

การออกแบบระบบสนับสนุน

โครงสร้างรองรับของอุปกรณ์เพาะปลูกสำเร็จรูปสำหรับครอบครัวประกอบด้วยเสาตั้งตรง คาน และแผ่นรอง เสาและคานเสียบเข้าด้วยกันผ่านตัวล็อกแบบผีเสื้อ ซึ่งสะดวกในการถอดประกอบ คานมีแผ่นรองเสริมแรงด้วยซี่โครง มุมทั้งสี่ของโครงเพาะปลูกเชื่อมติดกับล้ออเนกประสงค์พร้อมเบรกเพื่อเพิ่มความคล่องตัวในการเคลื่อนย้ายอุปกรณ์เพาะปลูก

การออกแบบระบบการเพาะปลูก

ถังเพาะปลูกเป็นท่อสี่เหลี่ยมแบบไฮโดรโปนิกส์ขนาด 10 ซม. × 10 ซม. ออกแบบให้มีฝาเปิด ทำความสะอาดง่าย และสามารถใช้สำหรับการเพาะปลูกในสารละลายธาตุอาหาร การเพาะปลูกในวัสดุปลูก หรือการเพาะปลูกในดิน ในการเพาะปลูกในสารละลายธาตุอาหาร จะวางตะกร้าปลูกลงในหลุมปลูก และยึดต้นกล้าด้วยฟองน้ำที่มีขนาดเหมาะสม เมื่อเพาะปลูกในวัสดุปลูกหรือดิน จะใช้ฟองน้ำหรือผ้าก๊อซอุดรูเชื่อมต่อที่ปลายทั้งสองข้างของถังเพาะปลูกเพื่อป้องกันไม่ให้วัสดุปลูกหรือดินอุดตันระบบระบายน้ำ ปลายทั้งสองข้างของถังเพาะปลูกเชื่อมต่อกับระบบหมุนเวียนด้วยท่อยางที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 30 มม. ซึ่งช่วยหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องของการแข็งตัวของโครงสร้างที่เกิดจากการยึดติดด้วยกาว PVC ซึ่งไม่เอื้อต่อการเคลื่อนไหวได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การออกแบบระบบหมุนเวียนน้ำและปุ๋ย

ในการเพาะปลูกด้วยสารละลายธาตุอาหาร ให้ใช้ปั๊มปรับระดับเพื่อเติมสารละลายธาตุอาหารลงในถังเพาะปลูกชั้นบน และควบคุมทิศทางการไหลของสารละลายธาตุอาหารผ่านจุกด้านในของท่อ PVC เพื่อหลีกเลี่ยงการไหลของสารละลายธาตุอาหารที่ไม่สม่ำเสมอ สารละลายธาตุอาหารในถังเพาะปลูกชั้นเดียวกันจะใช้การไหลแบบ "รูปตัว S" ในทิศทางเดียว เพื่อเพิ่มปริมาณออกซิเจนในสารละลายธาตุอาหาร เมื่อสารละลายธาตุอาหารชั้นล่างสุดไหลออก จะต้องออกแบบช่องว่างระหว่างท่อระบายน้ำกับระดับน้ำในถังเก็บน้ำ ในการเพาะปลูกด้วยวัสดุปลูกหรือดิน ถังเก็บน้ำจะวางไว้ที่ชั้นบนสุด และทำการรดน้ำและให้ปุ๋ยผ่านระบบน้ำหยด ท่อหลักเป็นท่อ PE สีดำขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 32 มม. และความหนาของผนัง 2.0 มม. และท่อสาขาเป็นท่อ PE สีดำขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 16 มม. และความหนาของผนัง 1.2 มม. ท่อสาขาแต่ละท่อจะติดตั้งวาล์วสำหรับควบคุมแยกกัน ระบบให้น้ำแบบหยดน้ำใช้หัวจ่ายน้ำแบบลูกศรตรงที่ปรับแรงดันได้ จำนวน 2 หัวต่อหลุม โดยเสียบเข้าไปที่รากของต้นกล้าในหลุมเพาะปลูก น้ำส่วนเกินจะถูกรวบรวมผ่านระบบระบายน้ำ กรอง และนำกลับมาใช้ใหม่

ระบบเสริมแสง

เมื่อใช้เครื่องปลูกพืชบนระเบียง แสงธรรมชาติจากระเบียงก็เพียงพอแล้ว โดยไม่ต้องใช้แสงเสริม หรือใช้แสงเสริมเพียงเล็กน้อย แต่หากปลูกในห้องนั่งเล่น จำเป็นต้องออกแบบระบบแสงเสริม โคมไฟเป็นไฟ LED สำหรับปลูกพืช ยาว 1.2 เมตร ควบคุมเวลาเปิด-ปิดด้วยตัวตั้งเวลาอัตโนมัติ ตั้งเวลาเปิด-ปิดไว้ที่ 14 ชั่วโมง และเวลาปิด-เปิดแสงคือ 10 ชั่วโมง แต่ละชั้นมีไฟ LED 4 ดวง ติดตั้งที่ด้านล่างของแต่ละชั้น หลอดไฟทั้งสี่ดวงในชั้นเดียวกันต่อกันแบบอนุกรม และชั้นอื่นๆ ต่อกันแบบขนาน สามารถเลือกใช้ไฟ LED ที่มีสเปกตรัมต่างกันได้ตามความต้องการแสงของพืชแต่ละชนิด

การประกอบอุปกรณ์

อุปกรณ์ปลูกพืชแบบสำเร็จรูปมีโครงสร้างที่เรียบง่าย (รูปที่ 2) และขั้นตอนการประกอบก็ไม่ซับซ้อน ขั้นตอนแรก หลังจากกำหนดความสูงของแต่ละชั้นตามความสูงของพืชที่ปลูกแล้ว ให้เสียบคานเข้าไปในรูผีเสื้อของเสาตั้งตรงเพื่อสร้างโครงสร้างของอุปกรณ์ ขั้นตอนที่สอง ติดตั้งหลอดไฟ LED สำหรับปลูกพืชบนโครงเสริมแรงด้านหลังของชั้น และวางชั้นนั้นลงในรางด้านในของคานขวางของโครงปลูกพืช ขั้นตอนที่สาม เชื่อมต่อรางปลูกพืชและระบบหมุนเวียนน้ำและปุ๋ยด้วยท่อยาง ขั้นตอนที่สี่ ติดตั้งหลอดไฟ LED ตั้งเวลาอัตโนมัติ และวางถังน้ำ ขั้นตอนที่ห้า - การทดสอบระบบ เติมน้ำลงในถังน้ำ หลังจากปรับหัวปั๊มและอัตราการไหลแล้ว ตรวจสอบระบบหมุนเวียนน้ำและปุ๋ย และการเชื่อมต่อของถังปลูกพืชเพื่อหาการรั่วซึมของน้ำ เปิดเครื่อง และตรวจสอบการเชื่อมต่อของไฟ LED และสภาพการทำงานของตัวตั้งเวลาอัตโนมัติ

รูปที่ 2 การออกแบบโดยรวมของอุปกรณ์เพาะปลูกสำเร็จรูป

การสมัครและการประเมินผล

การประยุกต์ใช้ในการเพาะปลูก

ในปี 2019 อุปกรณ์นี้จะถูกนำไปใช้สำหรับการเพาะปลูกผักในร่มขนาดเล็ก เช่น ผักกาดหอม กะหล่ำปลี และขึ้นฉ่าย (ภาพที่ 3) ในปี 2020 บนพื้นฐานของการสรุปประสบการณ์การเพาะปลูกก่อนหน้านี้ ทีมงานโครงการได้พัฒนาเทคโนโลยีการเพาะปลูกผักที่มีคุณสมบัติทางอาหารและยาในวัสดุปลูกอินทรีย์ และเทคโนโลยีการเพาะปลูก Begonia fimbristipula hance ในสารละลายธาตุอาหาร ซึ่งช่วยเพิ่มตัวอย่างการใช้งานในครัวเรือนของอุปกรณ์นี้ ในช่วงสองปีที่ผ่านมาของการเพาะปลูกและการใช้งาน ผักกาดหอมและผักที่โตเร็วสามารถเก็บเกี่ยวได้ภายใน 25 วันหลังจากการเพาะปลูกที่อุณหภูมิในร่ม 20-25℃; ขึ้นฉ่ายต้องใช้เวลาในการเจริญเติบโต 35-40 วัน; Begonia fimbristipula Hance และกะหล่ำปลีเป็นพืชยืนต้นที่สามารถเก็บเกี่ยวได้หลายครั้ง; Begonia fimbristipula สามารถเก็บเกี่ยวลำต้นและใบส่วนบน 10 ซม. ได้ในเวลาประมาณ 35 วัน และลำต้นและใบอ่อนสามารถเก็บเกี่ยวได้ในเวลาประมาณ 45 วันสำหรับกะหล่ำปลีที่กำลังเจริญเติบโต เมื่อเก็บเกี่ยว ผักกาดหอมและกะหล่ำปลีจีนจะได้ผลผลิต 100-150 กรัมต่อต้น; ขึ้นฉ่ายขาวและขึ้นฉ่ายแดงจะได้ผลผลิต 100-120 กรัมต่อต้น; เบโกเนียฟิมบริสติปูลา แฮนซ์ ผลผลิตในการเก็บเกี่ยวครั้งแรกจะต่ำ 20-30 กรัมต่อต้น และด้วยการแตกกิ่งก้านสาขาอย่างต่อเนื่อง ทำให้สามารถเก็บเกี่ยวได้ครั้งที่สอง โดยเว้นระยะห่างประมาณ 15 วัน และได้ผลผลิต 60-80 กรัมต่อต้น; เห็ดหูหนูขาวให้ผลผลิต 50-80 กรัม เก็บเกี่ยวได้ครั้งละ 25 วัน และสามารถเก็บเกี่ยวได้อย่างต่อเนื่อง

รูปที่ 3 การประยุกต์ใช้งานจริงของอุปกรณ์เพาะปลูกสำเร็จรูป

ผลของการประยุกต์ใช้

หลังจากผลิตและใช้งานมานานกว่าหนึ่งปี อุปกรณ์นี้สามารถใช้พื้นที่สามมิติของห้องได้อย่างเต็มที่สำหรับการผลิตพืชหลากหลายชนิดในระดับเล็ก การโหลดและขนถ่ายทำได้ง่ายและเรียนรู้ได้ง่าย ไม่จำเป็นต้องมีการฝึกอบรมจากผู้เชี่ยวชาญ การปรับระดับการยกและการไหลของปั๊มน้ำสามารถหลีกเลี่ยงปัญหาการไหลมากเกินไปและการล้นของสารละลายธาตุอาหารในถังเพาะปลูกได้ การออกแบบฝาเปิดของถังเพาะปลูกไม่เพียงแต่ทำความสะอาดง่ายหลังการใช้งาน แต่ยังง่ายต่อการเปลี่ยนชิ้นส่วนเมื่อชำรุดอีกด้วย ถังเพาะปลูกเชื่อมต่อกับท่อยางของระบบหมุนเวียนน้ำและปุ๋ย ซึ่งทำให้การออกแบบถังเพาะปลูกและระบบหมุนเวียนน้ำและปุ๋ยเป็นแบบโมดูลาร์ และหลีกเลี่ยงข้อเสียของการออกแบบแบบรวมในอุปกรณ์ไฮโดรโปนิกส์แบบดั้งเดิม นอกจากนี้ อุปกรณ์นี้ยังสามารถใช้สำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความชื้นที่ควบคุมได้ นอกเหนือจากการผลิตพืชในครัวเรือนแล้ว ยังไม่เพียงแต่ประหยัดพื้นที่ทดสอบ แต่ยังตอบสนองความต้องการของสภาพแวดล้อมการผลิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งความสม่ำเสมอของสภาพแวดล้อมการเจริญเติบโตของราก หลังจากปรับปรุงอย่างง่ายแล้ว อุปกรณ์เพาะปลูกนี้ยังสามารถตอบสนองความต้องการของวิธีการบำบัดสภาพแวดล้อมบริเวณรากพืชที่แตกต่างกันได้ และถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในการทดลองทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับพืช

ที่มาของบทความ: บัญชี WeChat ของเทคโนโลยีวิศวกรรมเกษตร (การปลูกพืชในเรือนกระจก) 

ข้อมูลอ้างอิง: Wang Fei, Wang Changyi, Shi Jingxuan และคณะการออกแบบและการประยุกต์ใช้อุปกรณ์เพาะปลูกในครัวเรือนสำเร็จรูป[J].เทคโนโลยีวิศวกรรมเกษตร,2021,41(16):12-15.