Моделирование освещённости виноградных шпалер: различия между версиями

Материал из Садовый дневник Александра Зацепина
Перейти к навигацииПерейти к поиску
Строка 78: Строка 78:
|-
|-
|20 июня|||57||100||35||61||34||59||19||34||33||57
|20 июня|||57||100||35||61||34||59||19||34||33||57
|10 июля|||57||100||35||61||34||59||19||34||33||57
|30 июня|||57||100||35||61||34||59||19||34||33||57
|20 июля|||56||100||34||60||33||59||19||35||32||58
|10 июля|||56||100||34||60||33||59||19||35||32||58
|30 июля|||54||100||32||60||32||60||19||36||32||59
|20 июля|||54||100||32||60||32||60||19||36||32||59
|20 июня|||52||100||30||58||31||60||20||38||32||61
|30 июля|||52||100||30||58||31||60||20||38||32||61
|20 июня|||49||100||27||56||29||59||20||41||31||63
|10 августа|||49||100||27||56||29||59||20||41||31||63
|20 июня|||46||100||24||54||27||59||20||44||30||65
|20 августа|||46||100||24||54||27||59||20||44||30||65
|20 июня|||42||100||21||51||24||58||20||49||29||68
|30 августа|||42||100||21||51||24||58||20||49||29||68
|20 июня|||38||100||18||47||21||56||20||54||27||71
|10 сентября|||38||100||18||47||21||56||20||54||27||71
|20 июня|||50||100||29||57||29||59||20||40||31||62
|За сезон|||50||100||29||57||29||59||20||40||31||62
|}
|}


Шпалера, максимизирующая суммарную освещённость, выглядела бы как панель солнечной электростации, т. е. в течение суток вращалась бы и следовала за Солнцем.
Шпалера, максимизирующая суммарную освещённость, выглядела бы как панель солнечной электростации, т. е. в течение суток вращалась бы и следовала за Солнцем.

Версия от 10:24, 31 марта 2023

(Это пока черновик будущей статьи)

Введение

Я - садовод любитель. Виноград я выращиваю в течение всего 3 лет, однако до сих пор не нашёл для себя удовлетворительного ответа на вопрос выбора оптимальной конструкции шпалеры для Подмосковья. В сущности, достоверно мне известны следующие факты:

  • На открытом участке виноград хорошо удаётся на одноплоскостных вертикальных шпалерах при любом направлении рядов.
  • В южных, юго-восточных и юго-западных пристенках (включая использование забора в качестве стены) виноград удаётся лучше, чем на открытом месте. Здесь тоже используются вертикальные одноплоскостные шпалеры.
  • Высота шпалеры обычно составляет около 2,2 м (должно быть удобно дотянуться до верха). Высота нижней проволоки обычно составляет около 0,4 м (грозди не должны касаться земли или быть совсем близко к земле).
  • Двухплоскостные шпалеры виноградари Подмосковья считают неэффективными и обычно не используют.
  • Беседочные формировки неудобно укрывать, поэтому виноградари Подмосковья их не используют.

Хотелось бы получить ответы на следующие вопросы:

  • Действительно ли направление рядов одноплоскостных шпалер не важно?
  • Действительно ли двухплоскостные шпалеры неэффективны для Подмосковья?
  • Каково оптимальное расстояние между рядами одноплоскостных шпалер?
  • Можно ли придумать какую-нибудь более эффективную шпалеру, чем традиционные одноплоскостные вертикальные?

В этой статье делается попытка ответить на эти вопросы путём приблизительного расчёта освещённости растений на шпалерах разных типов.

Расчёт освещённости

Термины, допущения и предварительные соображения

  • Шпалеру представим в виде набора плоских фигур, соответствующих занятной листвой части реальной конструкции шпалер. Например, вертикальная одноплоскостная шпалера высотой 2,2 м с нижней проволокой, расположенной на высоте 0,4 м, будет представлена вертикально стоящим прямоугольником высотой 1,8 м.
  • Назовём мгновенной освещённостью сумму мощность (в Ваттах) прямых солнечных лучей, попадающих на единицу площади объекта (шпалеры, участка земли) в данный момент времени.
  • Назовём суммарной освещённостью сумму солнечной энергии (в Джоулях) от прямых солнечных лучей, попадающих на единицу площади объекта (шпалеры, участка земли) в течение заданного периода времени (суток, периода вегетации).
  • Назовём поглощающей способностью шпалеры отношение солнечной энергии, попавшей на шпалеру, к солнечной энергии, попавшей на землю ("мимо шпалеры").
  • Рассеянный свет учитывать не будем, но позже сделаем поправку на его влияние.
  • Не будем учитывать период роста молодых побегов винограда, в который они почти не затеняют друг друга. Вместо этого будем рассматривать только полностью заполненную шпалеру, а периодом вегетации будем считать время с 15 июня по 15 сентября.
  • Назовём выбранными датами следующую последовательность дат: 20 июня, 30 июня, 10 июля, 20 июля, 30 июля, 10 августа, 20 августа, 30 августа, 10 сентября.
  • Широту местности будем считать равной 56°.

Подход к расчёту освещённости

Для расчёта освещённости сделаем следующее:

  1. Расчёт будем проводить численными методами (напишем программу).
  2. Реализуем программно функцию для расчёта координат вектора направления на Солнце в любой момент времени.
  3. Реализуем программно функцию для расчёта ослабления прямой солнечной энергии в зависимости от высоты Солнца над горизонтом (когда Солнце стоит ниже, его освещение проходит более толстый слой атмосферы и сильнее погрощается и рассеивается).
  4. Реализуем программно функцию для расчёта суммарной освещённости отдельно стоящей (ничем не затенённой) плоской шпалеры в заданную дату. Расчёт будем проводить численным интегрированием скалярного произведения единичного вектора направления на Солнце и единичного вектора нормали к шпалере. Интегрирование будем проводить за период, пока Солнце стоит выше горизонта.
  5. Для разных расположений плоской шпалеры вычислим суммарную освещённость за сутки в выбранные даты, а также суммарную освещённость за сезон на основе усреднения суммарной освещённости за все выбранные даты.
  6. Реализуем программно функцию для расчёта поглощающей способности шпалер, установленных рядами. Для этого будем интегрировать отношение площадей затенённой шпалерами части учатска к общей площади участка. Зная эту величину, а также суммарную освещённость горизонтальной плоской шпалеры, получим формулу для расчёта освещённости шпалер, установленных рядами (как произведение суммарной плоскости горизонтальной шпалеры к отношению площади учатска к суммарной площади шпалеры).
  7. Для разных конструкций шпалер вычислим поглощающую способность и суммарную освещённость в выбранные даты и за сезон.

Результаты и обсуждение

Одиночно стоящие одноплоскостные шпалеры

Была расчинана освещённость для следующих типов шпалер:

Код Описание
След Несуществующая следящая за Солнцем шпалера, максимизирующая суммарную освещённость. Выглядит как панель солнечной электростанции, т. е. в течение дня вращается и сохраняет свою плоскость перпендикулярно направлению на Солнце.
Гор Горизонтальная плоскость. В Интернете широко распространено мнение, что такая шпалера является идеальной на практике (максимизирует урожайность и качество ягоды, особенно для столовых сортов), однако в районах укрывного виноградарства она практически не реализуема из-за сложности укрытия.
ВертСЮ Вертикальная шпалера с ориентацией рядов с севера на юг. В Интернете широко распространено мнение, что такая шпалера оптимальна для Подмосковья.
ВертВЗ Вертикальная шпалера с ориентацией рядов с востока на запад.
НаклВЗ Наклонная шпалера с углом между плоскость шпалеры и плоскостью земли 56° с ориентацией рядов с востока на запад.

Были получены следующие результаты (под ПО, полным освещением, подразумевается такой неосуществимый на практике режим освещённости шпалеры, когда Солнце находится в зените 24 часа в сутки, а плоскость шпалеры горизонтальна):

Дата След Гор ВертСЮ ВертВЗ НаклВЗ
% от полного солнца % от След % от полного солнца % от След % от полного солнца % от След % от полного солнца % от След % от полного солнца % от След
20 июня 57 100 35 61 34 59 19 34 33 57 30 июня 57 100 35 61 34 59 19 34 33 57 10 июля 56 100 34 60 33 59 19 35 32 58 20 июля 54 100 32 60 32 60 19 36 32 59 30 июля 52 100 30 58 31 60 20 38 32 61 10 августа 49 100 27 56 29 59 20 41 31 63 20 августа 46 100 24 54 27 59 20 44 30 65 30 августа 42 100 21 51 24 58 20 49 29 68 10 сентября 38 100 18 47 21 56 20 54 27 71 За сезон 50 100 29 57 29 59 20 40 31 62

Шпалера, максимизирующая суммарную освещённость, выглядела бы как панель солнечной электростации, т. е. в течение суток вращалась бы и следовала за Солнцем.

Источник — https://az-hobby.ru/index.php?title=Моделирование_освещённости_виноградных_шпалер&oldid=6914