Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và đưa vào ứng dụng các thiết bị, phương tiện và hệ thống tự động hoá cho các nhà trồng thông minh Viện NC Điện tử Tin học Tự động hoá

VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HOÁ







BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐƯA VÀO ỨNG
DỤNG CÁC THIẾT BỊ, PHƯƠNG TIỆN VÀ HỆ THỐNG
TỰ ĐỘNG HOÁ CHO CÁC NHÀ TRỒNG THÔNG MINH


CNĐT : NGUYỄN XUÂN QUỲNH












9388

HÀ NỘI – 2010




1

MỞ ĐẦU
Hiện nay, nền kinh tế của nước ta ngày càng phát triển, đời sống của người dân
ngày càng được cải thiện, nâng cao. Nhu cầu được tiêu dùng những hàng hóa chất
lượng cao nói chung và sản phẩm nông nghiệp sạch, an toàn nói riêng ngày càng trở
nên bức thiết với người dân. Để đáp ứng được nhu cầu tất yếu này, nhiều cơ sở kinh
doanh nông phẩm đã đầu tư cho hướng các mặt hàng chất lượng cao, an toàn vệ sinh
thực phẩm, do đó nhiều nơi đã đầu tư, xây dựng nhà trồng rau, hoa quả sạch (nhà
màng, nhà lưới, nhà kính, … gọi chung là nhà trồng thông minh hay gọi tắt là nhà
trồng). Nhà trồng từ lâu đã được phát triển ở châu Âu – Mỹ, đặc biệt là ở xứ có thời
tiết lạnh băng giá, nhằm đáp ứng nhu cầu về rau xanh, hoa của con người vào mùa
đông. Hiện nhà trồng đã được nhiều hãng, nhiều nhà sản xuất trên thế giới nghiên cứu,
thiết kế và cung cấp cho thị trường.
Điểm đặc biệt của quá trình phát triển nhiều năm của nhà trồng là cho thấy sự
gắn kết giữa nghiên cứu công nghệ (điều khiển tự động) nhà trồng cây với công nghệ
sinh học. Nhà trồng tạo điều kiện để xác lập quy trình canh tác chuẩn, rồi chính quy
trình này đòi hỏi phải phát triển thiết bị, nhằm nâng cao hiệu quả, tối ưu, tiết kiệm
năng lượng,… Kết quả của sự phát triển kết hợp này là tạo ra một hệ thống tối ưu, có
chứa hàm lượng công nghệ sinh học trong cấu tạo nhà trồng.
Tuy nhiên đối với các cơ thể sống như thực vật không thể áp dụng dập khuôn
các mô hình nhập ngoại mà đòi hỏi phải có các nghiên cứu sử dụng phù hợp trong điều
kiện khí hậu, môi trường, giống cây tại địa phương. Đặc biệt, khi phải triển khai sử
dụng nhà trồng trong điều kiện kinh tế, đầu tư hạn chế với những đòi hỏi về hiệu quả
sản xuất cao như ở nước ta thì việc nghiên cứu, chế tạo và phát triển nhà trồng trong

nước, ngoài việc hạ thấp đáng kể chi phí đầu tư, còn cho phép tạo ra công nghệ canh
tác phù hợp với các điều kiện đặc thù theo từng mùa, từng miền, của chúng ta.
Hiện nay, trong nước đã có một số địa phương, nhiều nhất là Tỉnh Lâm Đồng –
đã sử dụng nhà trồng để canh tác một số loại cây – hoa – rau có giá trị kinh tế cao.
Ngoài các nhà trồng nhập từ nước ngoài với tính năng công nghệ trung bình trở lên có
giá thành rất cao (từ 120 USD/m2 trở lên) đang dùng ở một số công ty có vốn đầu tư
nước ngoài như HasFarm ở Đà Lạt, một số Viện nghiên cứu sinh học – nông – lâm
nghiệp ở Hà Nội, còn lại hầu hết là những nhà trồng thô sơ, giá thành thấp (40.000 -
100.000 đ/m2), cho phép canh tác đại trà một số loại cây – hoa, cung cấp cho thị
trường với giá thành phù hợp với điều kiện kinh tế trong nước.
Mặc dù nhu cầu phát triển ngày càng tăng, song trong nước vẫn chưa có đơn vị
nào tiến hành nghiên cứu thiết kế nhà trồng đáp ứng điều kiện kinh tế, môi trường và
2

thực vật của nước ta. Nhằm góp phần vào sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất
nước, đặc biệt sự nghiệp phát triển nông nghiệp, nông thôn, vừa qua Viện NC Điện tử,
Tin học, Tự động hoá đã được Bộ Khoa học Công nghệ cho phép thực hiện đề tài:
Nghiên cứu, thiết kế chế tạo và đưa vào ứng dụng các thiết bị, phương tiện và hệ
thống tự động hóa cho các nhà trồng thông minh. Sau đây chúng tôi xin trình bày
phần khảo sát, nghiên cứu, thiết kế hệ thống mà nhóm thực hiện đề tài đã thực hiện
được trong thời gian qua.
Mục tiêu của đề tài (theo đăng ký):
- Nghiên cứu, hoàn thiện quy trình công nghệ sinh học (quy trình canh tác) trên
cơ sở ứng dụng công nghệ tự động hoá cho một số loại cây có giá trị kinh tế cao
phục vụ cho đời sống và có khả năng xuất khẩu.
- Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thành công hệ thống tự động hoá kết hợp với công
nghệ sinh học để ứng dụng trong các nhà trồng thông minh theo một số quy
trình sinh học đã xây dựng.
- Đưa hệ thống vào sử dụng tại một vài cơ sở sản xuất để kiểm tra, đánh giá và
hoàn thiện các sản phẩm của đề tài (hệ thống tự động hoá và các quy trình canh

tác).
Phương pháp nghiên cứu:
- Điều tra, thu thập thông tin từ ngành sản xuất hoa - rau sạch và công nghệ cao ở
Việt Nam, phân loại, phân tích tài liệu để xác định những loại cây trồng trên
từng vùng có nhu cầu sử dụng nhà màng, nhà lưới.
- Điều tra, khảo sát các mô hình nhà trồng cây ngoại nhập hiện có ở nước ta, các
mô hình chào bán ở nước ngoài theo phương pháp phỏng vấn và thu thập số
liệu về các thông số liên quan tới môi trường trồng cây và hiệu quả kinh tế của
các dạng nhà trồng cây.
- Nghiên cứu để xác định các thông số kỹ thuật canh tác một số loại rau, quả và
một số loại hoa theo các phương pháp thường quy đối với các thí nghiệm đồng
ruộng để có số liệu phục vụ cho việc sử dụng các thiết bị tự động hóa.
- Hoàn thiện các quy trình công nghệ sinh học cho một số loại cây đã chọn dựa
trên đặc điểm khí hậu, môi trường của từng vùng, miền trên cơ sở ứng dụng
công nghệ tự động hoá.
- Xây dựng mô hình nhà màng, nhà lưới tối ưu phù hợp với điều kiện cây trồng
và sản xuất tại Việt Nam.
- Thiết kế, chế tạo và sử dụng thử nghiệm một số cấu kiện, phần tử và hệ thống
tự động hoá cho nhà trồng cây thông minh.
3

- Sản xuất thử nghiệm một số loại rau và hoa nhiệt đới trồng trong nhà trồng cây
để xác định hiệu quả kinh tế của mô hình nhà màng được tiến hành trên diện
rộng, không nhắc lại.
- Liên kết với một số đơn vị có khả năng để triển khai đề tài.
- Tổ chức hội nghị, hội thảo khách hàng để hợp đồng chuyển giao thiết bị & công
nghệ.
4

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG 7
DANH MỤC CÁC HÌNH 10
PHẦN I.KHẢO SÁT, ĐIỀU TRA THỰC TRẠNG VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG NHÀ
TRỒNG HIỆN NAY 12
1. Nghiên cứu, đánh giá thực trạng ứng dụng và nhu cầu của người sử dụng về nhà
trồng thông minh trên thế giới và ở Việt Nam 12
1.1. Lịch sử phát triển nhà trồng thông minh 12
1.2. Thực trạng áp dụng nhà trồng trong sản xuất nông nghiệp trên thế giới 14
1.3. Tình hình áp dụng nhà trồng trong sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam 17
1.4. Một số mô hình ứng dụng công nghệ nhà trồng ở Việt Nam 18
1.5. Khảo sát xác định nhu cầu của người sử dụng về nhà trồng thông minh 20
2. Điều tra, phân loại, phân tích những loại hoa, rau có nhu cầu sử dụng nhà trồng
thông minh và lựa chọn loại cây trồng áp dụng cho đề tài 23
2.1. Điều tra, phân loại, phân tích những loại hoa, rau và cây trồng chủ yếu có
nhu cầu sử dụng nhà trồng thông minh 23
2.2. Lựa chọn loại cây trồng cần sản xuất theo công nghệ cao 26
PHẦN II.THIẾT KẾ, CHẾ TẠO PHẦN CƠ KHÍ VÀ MỘT SỐ CẤU KIỆN CHO
NHÀ TRỒNG THÔNG MINH 31
1. Tổng quan về thiết kế hệ thống cơ khí nhà trồng thông minh 31
1.1. Cơ sở, quan điểm thiết kế hệ thống cơ khí nhà trồng thông minh 31
1.2. Yêu cầu chung về nhà trồng cây 33
1.3. Các loại cấu trúc nhà trồng cây 33
2. Lựa chọn loại cấu hình cho nhà trồng cây 35
2.1. Các yêu cầu lựa chọn 35
2.2. Ảnh hưởng của các tham số môi trường đối với cấu trúc nhà trồng cây 36
2.3. Phân tích lựa chọn vật liệu cho nhà trồng 37
3. Phân tích về thiết bị công nghệ 43
3.1. Thiết bị khống chế và điều hòa nhiệt độ 43
3.2 Thiết bị khống chế và điều hòa độ ẩm 53

3.3. Thiết bị tưới 54
3.4. Kết luận 56
4. Thiết kế nhà trồng cây cho Tp Hồ Chí Minh 57
4.1. Các yêu cầu cụ thể 57
4.2. Các yếu tố khí hậu môi trường tại khu vực Tp.HCM và phía Nam 57
4.3. Địa hình bố trí xây dựng nhà mành 58
4.4. Thiết kế nhà trồng cây 59
4.5. Kết luận 63
5

PHẦN III.THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO NHÀ TRỒNG
THÔNG MINH 64
1.Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển 64
1.1. Cơ sở thiết kế hệ thống điều khiển 64
1.2. Quan điểm thiết kế hệ thống điều khiển 64
2. Thiết kế chi tiết các thành phần trong hệ thống 68
2.1. Trung tâm điều khiển 68
2.2. Thiết kế, chế tạo tủ điều khiển kéo rèm, nâng hạ mái 84
2.3. Thiết kế, chế tạo tủ động lực kéo rèm 89
2.4. Thiết kế, chế tạo tủ điều khiển cấp chất dinh dưỡng và tưới nhỏ giọt 90
2.5. Thiết kế, chế tạo tủ điều khiển phun sương. 96
2.6. Các trạm thiết bị đo 101
2.6.1. Thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm 101
2.6.2. Thiết bị đo cường độ sáng 104
2.6.3. Thiết bị đo tốc độ gió và hướng gió 108
2.6.4. Thiết bị đo nồng độ khí CO
2
112
2.6.5. Thiết bị đo nồng độ oxi 116
2.6.6. Thiết bị đo độ dẫn EC và thiết bị đo độ pH 119

2.7. Kết luận 120
3. Thiết kế hệ thống tự động hóa cho nhà màng GH-300 trong Tp Hồ Chí Minh 120
3.1. Các yêu cầu điều khiển tự động 120
3.2. Thiết kế cấu hình điều khiển tự động 121
3.3.Trạm điều khiển có tích hợp các khối thực hiện chức năng điều khiển nâng hạ
mái, tưới nước, cuốn rèm, …GHC-100 125
3.4.Tủ điều khiển công suất lối ra DBOX-1 126
3.5. Các thiết bị đo 127
3.6. Giao diện màn hình của hệ thống điều khiển 128
PHẦN IV.THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH CANH TÁC
130
1. Thử nghiệm hệ thống trong phòng thí nghiệm 130
1.1. Mục tiêu, nội dung thử nghiệm và quy trình vận hành chạy thử 130
1.2. Thử nghiệm tủ trung tâm 131
1.3. Thử nghiệm tủ điều khiển kéo rèm, nâng hạ mái 133
1.4. Thử nghiệm tủ điều khiển cấp chất dinh dưỡng 136
1.5. Thử nghiệm tủ phun sương 137
1.6. Số liệu thử nghiệm trong phòng thí nghiệm Error! Bookmark not
defined.
6

2. Thử nghiệm hệ thống tại công ty TNHH1TTTV phát triển nông nghiệp Hà Nội
(HADICO) 140
2.1. Mục tiêu, nội dung thử nghiệm và quy trình vận hành chạy thử 140
2.2. Thử nghiệm phần điều khiển kéo rèm, nâng hạ mái 144
2.3. Thử nghiệm phần điều khiển cấp chất dinh dưỡng 146
2.4. Thử nghiệm phần phun sương 148
2.5. Thử nghiệm tủ trung tâm 149
2.6. Đánh giá kết quả thử nghiệm chung 151
2.7. Số liệu thử nghiệm thực tế Error! Bookmark not defined.

2. 8. Đánh giá kết quả thử nghiệm của người sử dụng (công ty HADICO) 152
2.8.1. Đánh giá chất lượng và sản lượng cây trồng 152
2.8.2. Đánh giá hệ thống điều khiển 154
3. Thử nghiệm nhà màng và hệ thống điều khiển tại thành phố Hồ Chí Minh 154
3.1. Mục tiêu và nội dung thử nghiệm 154
3.2. Đánh giá kết quả thử nghiệm 155
3.2.1. Đánh giá chất lượng và số lượng các cây trồng thử nghiệm 155
3.2.2. Đánh giá hệ thống điều khiển và cơ cấu nhà trồng (phần cơ khí) 159
PHẦN V.CÁC KẾT QUẢ VỀ ĐÀO TẠO VÀ 162
CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 162
PHẦN VI.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 162
1. KẾT LUẬN 162
1.1. Kết quả đạt được 162
1.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo 166
2. KIẾN NGHỊ 166
LỜI CẢM ƠN 167
TÀI LIỆU THAM KHẢO 168
PHỤ LỤC BÁO CÁO 170
Phụ lục: Một số hình ảnh thử nghiệm hệ thống tại công ty TNHH1TV phát triển
nông nghiệp Hà Nội (Hadico) 170
Phụ lục: Một số hình ảnh thử nghiệm hệ thống nhánh thành phố Hồ Chí Minh 171
Phụ lục: Kết quả điều tra 172
Phụ lục: Chi tiết về giao thức truyền thông giữa tủ điều khiển trung tâm và các tủ
phân tán 180

7

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Sản xuất rau trong nhà kính của Canada 16

Bảng 1.2: Tổng diện tích sản xuất nông nghiệp có mái che của một số quốc gia làm
vườn chính trên thế giới (Costa et al., 2004) 16
Các loại rau hoa có nhu cầu sử dụng nhà trồng nhiều nhất là: xà lách, súplơ xanh, các
loại cải và hoa lan, hoa ly, hoa đồng tiền. Các loại cây rau cà chua, dưa chuột có nhu
cầu sử dụng nhà trồng thấp hơn 24
Bảng 1.3: Đặc điểm sinh học của một số loại rau 26
Bảng 1.4: Đánh giá tiềm năng năng suất và hiệu quả kinh tế của một số chủng loại rau
28
Bảng 1.5: Tiềm năng năng suất và hiệu quả kinh tế của một số chủng loại hoa 29
Bảng 2.1: Tỷ lệ phổ ánh sáng mặt trời trên bề mặt trái đất 38
Bảng 2.2: Hệ số truyền trung bình của ánh sáng khả kiến đối với một số vật liệu: 40
Bảng 2.3: Hệ số truyền bức xạ nhiệt qua một số vật liệu nhà màng 42
Bảng 2.4: Khả năng truyền các bức xạ ánh sáng và nhiệt của tấm lợp polycarbonate42
Bảng 2.5: Kết quả khảo sát thực nghiệm hiệu quả làm mát bằng PAD 46
Bảng 2.66. Tiêu chuẩn thiết kế hệ thống đối lưu không khí sử dụng quạt trục ngang
[13] 47
Bảng 3.1. Cấu trúc frame truyền xuống tủ phân tán 83
Bảng 4.1.Bảng đánh giá sản lượng cây dưa chuột 152
Bảng 4.2.Bảng đánh giá chất lượng cây dưa chuột 152
Bảng 4.3.Bảng đánh giá chất lượng, và sản lượng cây hoa lily 153
Bảng 4.4.Bảng đánh giá chất lượng, và sản lượng cây cải ngọt 153
Bảng 4.5.Bảng so sánh đánh giá hệ thống điều khiển của VIELINA và hệ thống mà
HADICO đang sử dụng 154
Bảng 4.6.Bảng so sánh đánh giá chiều cao cây và kích thước quả dưa lưới trong hai
nhà trồng khác nhau 156
Bảng 4.7.Bảng ảnh hưởng của loại nhà màng đến thời gian phát dục của 2 giống dưa
leo Tropical và Israel trồng trong tháng 7 năm 2009 156
Bảng 4.8.Bảng ảnh hưởng của loại nhà màng đến chiều cao cây qua các giai đoạn phát
dục khác nhau của 2 giống dưa leo Tropical và Israel trồng trong tháng 7 năm 2009.
156

Bảng 4.9.Động thái tăng chiều cao cây của 2 giống dưa leo trong điều kiện nhà màng
khác nhau 157
Bảng 4.10.So sánh năng suất và tình trạng sau bệnh của 2 giống dưa leo trong điều
kiện nhà màng khác nhau 157
Bảng 4.11.Chiều cao cây (cm) dạ yên thảo sau các đợt theo dõi trong điều kiện nhà
màng khác nhau 158
Bảng 4.12.Chiều rộng tán lá (cm) dạ yên thảo sau các đợt theo dõi trong điều kiện nhà
màng khác nhau 158
Bảng 4.13.Số cành hoa dạ yên thảo sau các đợt theo dõi trong điều kiện nhà màng
khác nhau 159
Bảng 4.14.Thời gian ra hoa (ngày) của hoa dạ yên thảo sau các đợt theo dõi trong điều
kiện nhà màng khác nhau 159
8

Bảng 4.15. Chiều cao (cm) cây thu hải đưởng sau các đợt theo dõi trong điều kiện nhà
màng khác nhau 159
Bảng 4.16. Chiều rộng tán (cm) cây thu hải đưởng sau các đợt theo dõi trong điều kiện
nhà màng khác nhau 159
Bảng 4.17. Chênh lệch nhiệt độ trong nhà màng GH-100/1.2.3 so với nhiệt bên ngoài.
160
Bảng 4.18. Chênh lệch độ ẩm trong nhà màng GH-100/1.2.3 so với độ ẩm bên ngoài.
161
Bảng P.1: Điều tra tình hình sản xuất rau, hoa trong nhà có mái che ở Hà Nội và một
số vùng phụ cận 172
Bảng P.2: Điều tra xác định nhu cầu của người sử dụng về nhà trồng thông minh 173
Bảng P.3: Các thông số kỹ thuật cần đảm bảo của nhà trồng thông minh 174
Bảng P.4: Điều tra những loại hoa, rau có nhu cầu sử dụng nhà trồng thông minh 176
Bảng P.5: Yêu cầu ngoại cảnh của một số loại rau 177
Bảng P.6: Đặc điểm sinh học của một số chủng loại hoa 177
Bảng P.7: Yêu cầu sinh thái của một số giống hoa 179

Bảng P.8. Cấu trúc frame truyền xuống tủ kéo rèm 180
Bảng P.9. Đặc tả dữ liệu truyền từ tủ trung tâm xuống tủ kéo rèm 180
Bảng P.10. Cấu trúc truyền lệnh lấy dữ liệu xuống tủ kéo rèm 180
Bảng P.11. Cấu trúc frame truyền lên từ tủ kéo rèm 181
Bảng P.12. Đặc tả dữ liệu truyền từ tủ kéo rèm lên tủ trung tâm 181
Bảng P.13. Frame thông báo đã cập nhật xong cơ sở dữ liệu 181
Bảng P.14. Cấu trúc frame truyền thông tin pha 1 xuống tủ dinh dưỡng 182
Bảng P.15. Đặc tả dữ liệu truyền thông tin pha 1 từ tủ trung tâm xuống tủ dinh dưỡng
183
Bảng P.16. Cấu trúc frame truyền thông tin cho phép Module làm việc xuống tủ dinh
dưỡng 183
Bảng P.17. Đặc tả dữ liệu truyền thông tin cho phép Module làm việc từ tủ trung tâm
xuống tủ dinh dưỡng 183
Bảng P.18. Cấu trúc truyền lệnh lấy dữ liệu xuống tủ dinh dưỡng 184
Bảng P.19. Cấu trúc truyền lệnh cho phép truyền số liệu cài đặt khu vực 1 của tủ dinh
dưỡng 184
Bảng P.20. Cấu trúc frame truyền lên từ tủ dinh dưỡng 185
Bảng P.21. Đặc tả dữ liệu truyền từ tủ dinh dưỡng lên tủ trung tâm 185
Bảng P.22. Cấu trúc frame truyền thông tin khu vực 1 lên tủ trung tâm 185
Bảng P.23. Đặc tả dữ liệu truyền thông tin pha 1 từ tủ dinh dưỡng lên tủ trung tâm.186
Bảng P.24. Cấu trúc frame truyền thông tin cho phép từ tủ dinh dưỡng 186
Bảng P.25: Đặc tả dữ liệu truyền thông tin cho phép từ tủ dinh dưỡng 186
Bảng P.26: Cấu trúc frame truyền thông số Module 1 xuống tủ phun sương 187
Bảng P.27: Đặc tả dữ liệu truyền thông số Module 1 từ tủ trung tâm xuống tủ phun
sương 187
Bảng P.28. Cấu trúc frame truyền thông tin cho phép xuống tủ phun sương 188
Bảng P.29: Đặc tả dữ liệu truyền thông tin cho phép từ tủ trung tâm xuống tủ phun
sương 188
Bảng II.24. Cấu trúc truyền lệnh lấy dữ liệu xuống tủ phun sương 188
Bảng P.30. Cấu trúc truyền lệnh cho phép truyền số liệu cài đặt của khu vực 1 tủ phun

sương 189
9

Bảng P.31. Cấu trúc frame truyền lên từ tủ phun sương 190
Bảng P.32. Đặc tả dữ liệu truyền từ tủ phun sương lên tủ trung tâm 190
Bảng P.33. Cấu trúc frame truyền thông tin khu vực 1 từ tủ phun sương 190
Bảng P.34. Đặc tả dữ liệu truyền thông tin khu vực 1 từ tủ phun sương 191
Bảng P.35. Cấu trúc frame truyền thông tin cho phép từ tủ phun sương 191
Bảng P.36. Đặc tả dữ liệu truyền thông tin cho phép từ tủ phun sương 191

10

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1. Một số mô hình nhà trồng trên thế giới 33
Hình 2.2: Nhà mái dốc 34
Hình 2.3. Nhà mái răng cưa và mái vòm cong 34
Hình 2.4: Nhà mái vòm cao và nhà liên kế 35
Hình 2.5: Sự tạo thành lực nâng của gió với dạng mái vòm và mái tam giác 36
Hình 2.6: Sự tạo thành lực nâng của gió với dạng mái vòm và mái tam giác liền kề 36
Hình 2.7: Dòng khí đối lưu yếu Dòng khí đối lưu mạnh 36
Hình 2.8: Dòng khí đối lưu hướng trực tiếp lên trên mạnh 36
Hình 2.9: Phản xạ bức xạ mặt trời Hình 2.10: Phản xạ bức xạ mặt trời 37
với mái vòm với mái tam giác 37
Hình 2.11: Phổ ánh sáng mặt trời tác dụng vào nhà trồng cây 38
Hình 2.12: Cấu hình mái có gắn bộ phản xạ khử bức xạ gần đỏ NIR 39
Hình 2.13: Một số kiểu thông gió cho nhà màng 44
Hình 2.14: Phương pháp làm mát không khí nhờ sự bay hơi nước 46
Hình 2.15: Khảo sát nhiệt độ trong nhà màng theo công suất quạt hút cho hệ làm mát
bằng PAD 47

Hình 2.16: Nguyên lý đảo khí bằng quạt trong nhà trồng cây 48
Hình 2.17: Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của tấm che sáng 49
Hình 2.18: Hiệu ứng che ánh sáng của tấm lợp multicell 50
Hình 2.19: Che sáng bằng lưới 51
Hình 2.20: Cơ cấu điều khiển đóng - mở màn che 51
Hình 2.21: Đóng mở tấm che dưới và mặt bên nhà màng 52
Hình 2.22: Máy tạo sương – Fogmachine 53
Hình 2.23: Các đầu tưới nhỏ giọt cho bình, chậu (Bench Pots, Baskets), tưới cho luống
(Bedding Plants), Bình ươm (Nursery Containers), tưới rộng (Propagation) 54
Hình 2.24: Tưới cố định dưới Tưới cố định trên 54
Hình 2.25: Một hệ thống tưới đầu phun di động 55
Hình 2.26: Tưới nhỏ giọt 56
Hình 2.27. Hướng gió Tín phong, quỹ đạo mặt trời và hướng nhà trồng cây 58
Hình 2.28. Phản xạ bức xạ ánh sáng với mái tam giác 59
Hình 2.29. Mô hình nhà liên kế lựa chọn cho nhà GH-300 59
Hình 2.30. Cấu hình nhà trồng cây GH-300 cho đề tài KC.03-11-1/06-10 61
Hình 2.31. Bố trí thiết bị trong nhà trồng cây GH-300 62
Hình 3.1. Mô hình nhà trồng thiết kế phần hệ thống điều khiển 66
Hình 3.2. Mô hình hệ thống điều khiển tại trung tâm 68
Hình 3.3. Sơ đồ khối thiết kế tủ trung tâm 70
Hình 3.4. Mối tương quan giữa các module phần mềm điều khiển trên tủ trung tâm. 72
Hình 3.6. Thuật toán truyền thông 74
Hình 3.7. Thuật toán cài đặt thông số cho 1 trạm tớ 75
Hình 3.8. Thuật toán tra cứu số liệu 76
Hình 3.9. Cửa sổ giao diện chính 77
Hình 3.10. Cửa sổ tra cứu giá trị đo hiện thời phục vụ cho việc kéo rèm 78
Hình 3.11. Cửa sổ thông số cài đặt kéo rèm 78
Hình 3.12 . Cửa sổ tra cứu số liệu đo phần kéo rèm theo thời gian 79
11

Hình 3.13. Các bảng cơ sở dữ liệu 81
Hình 3.14. Vòng quét mạng 82
Hình 3.15.Sơ đồ khối tủ điều khiển kéo rèm, nâng hạ mái và tủ động lực 86
Hình 3.16. Gián đồ chương trình điều khiển theo mưa gió 87
Hình 3.18. Cấu hình phần cứng hệ thống cấp chất dinh dưỡng và tưới nhỏ giọt 91
Hình 3.19. Sơ đồ cấu hình phần cứng hệ thống phun sương 97
Hình 3.40. Sơ đồ khối thiết bị đo nhiệt độ, độ ẩm 101
Hình 3.41. Lưu đồ thuật toán phần mềm của thiết bị đo nhiệt độ, độ ẩm 103
Hình 3.42. Sơ đồ khối thiết bị 104
Hình 3.43. Lưu đồ thuật toán cho đầu đo cường độ sáng 107
Hình 3.44.Sơ đồ khối thiết bị đo hướng gió và tốc độ gió 108
Hình 3.45. Thiết bị đo tốc độ gió và hướng gió trong hệ thống 109
Hình 3.46. Lưu đồ chương trình 111
Hình 3.47. Sơ đồ khối đầu đo CO
2
112
Hình 3.48. Lưu đồ thuật toán cho đầu đo CO
2
115
Hình 3.49: Sơ đồ khối mạch cứng đầu đo Oxi 117
Hình 3.50: Lưu đồ thuật toán đầu đo Oxi 118
Hình 3.51. Sơ đồ khối mạch cứng đầu đo EC và đầu đo pH 120
Hình 3.52. Cấu hình điều khiển nhà mành 122
Hình 3.53.Sơ đồ khối điều khiển theo nhiệt độ 123
Hình 3.54. Sơ đồ khối điều khiển hệ thống quạt đối lưu 124
Hình 3.55. Sơ đồ khối điều khiển hệ thống bơm tưới phun 124
Hình 3.56. Sơ đồ khối điều khiển hệ thống cấp dịch tưới nhỏ giọt 124
Hình 3.57. Sơ đồ khối điều khiển hệ thống chiếu sáng cưỡng bức 125
Hình 3.58. Mặt tủ điều khiển công suất lối ra DBOX-1 127
Hình 3.59. Máy đo gió WIND100 127

Hình 3.60. Giao diện màn hình của hệ thống điều khiển 128
Hình 4.1. Quy trình vận hành chạy thử hệ thống trong phòng thí nghiệm 131
Hình 4.2. Sơ đồ bố trí thiết bị hệ thống thử nghiệm thực tế 143
12

PHẦN I.
KHẢO SÁT, ĐIỀU TRA THỰC TRẠNG VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG NHÀ
TRỒNG HIỆN NAY
1. Nghiên cứu, đánh giá thực trạng ứng dụng và nhu cầu của người sử dụng về
nhà trồng thông minh trên thế giới và ở Việt Nam.
1.1. Lịch sử phát triển nhà trồng thông minh
Từ những năm giữa thế kỷ XX, các nước phát triển đã quan tâm đến việc xây
dựng các khu nông nghiệp công nghệ cao. Đầu những năm 80, tại Mỹ đã có trên 100
khu khoa học công nghệ. Ở Anh, đến năm 1988 đã có hơn 38 khu vườn khoa học công
nghệ với sự tham gia của hơn 800 doanh nghiệp. Phần Lan đến năm 1996 đã có 9 khu
khoa học nông nghiệp công nghệ cao. Tính đến giữa thập kỷ 80, Ixraen đã xây dựng
10 khu nông nghiệp công nghệ cao đầu tiên. Bên cạnh các nước tiên tiến, nhiều nước
và khu vực lãnh thổ ở Châu Á cũng đã chuyển nền nông nghiệp theo hướng số lượng
là chủ yếu sang nền nông nghiệp ứng dụng công nghệ để tạo ra sản phẩm có chất
lượng cao, an toàn, hiệu quả tiêu biểu như các nước Trung Quốc, Đài Loan, Thái
Lan… Đặc biệt, từ những năm 90, Trung Quốc đã rất chú trọng phát triển các khu
nông nghiệp công nghệ cao. Trung Quốc hiện đã có khoảng 500 khu nông nghiệp công
nghệ cao và trên 4.000 mô hình sản xuất nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao tại các
vùng sinh thái khác nhau. Những khu này đóng vai trò quan trọng trong phát triển nền
nông nghiệp hiện đại của Trung Quốc.
Các lĩnh vực khoa học công nghệ được ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp
công nghệ cao bao gồm: công nghệ sinh học (tạo giống, nhân giống, bảo vệ thực vật),
công nghệ tự động hoá, công nghệ vật liệu (các màng che nắng mưa, giảm tia nhiệt,
giảm tia UV…), công nghệ bảo quản… Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các khu
nông nghiệp công nghệ cao thì công nghệ trồng cây trong nhà trồng thông minh cũng

ngày càng phát triển, hoàn thiện với trình độ cao để canh tác rau, hoa và quả. Người ta
đã nghiên cứu và ứng dụng một số loại nhà trồng thích hợp với nhiều vùng khí hậu
khác nhau như: nhà trồng ôn đới, nhiệt đới, cận nhiệt đới. Tuỳ theo khả năng đầu tư
mà chia thành loại nhà thông minh đơn giản và hiện đại trên cơ sở nối ghép các mô
đun tương ứng.
Nhà trồng thông minh đơn giản (nhà không có mái che): chống được côn trùng
truyền bệnh, hạn chế sử dụng thuốc BVTV, giảm một phần nhiệt độ và tránh được dập
nát rau khi mưa. Lưới có thể bằng thép, bằng polyethylen hoặc Aluminet với độ dày
mắt lưới khác nhau. Khung nhà bằng thép cacbon thường, thép không gỉ hoặc tre,
13

gỗ…Loại này có ưu điểm là vốn đầu tư ban đầu ít nhưng không có khả năng tăng nhiệt
vào mùa đông, không chịu được mưa đá, tuyết vùng ôn đới.
Nhà trồng thông minh hiện đại (nhà có mái che): mái che và vật liệu che phủ xung
quanh bằng kính, polyethylen hoặc polycacbonat, chống côn trùng, tia cực tím. Loại
nhà này cần có hệ thống làm thoáng, làm mát nhất là trong những tháng nóng. Các
thiết bị hỗ trợ cho sự phát triển của cây: thiết bị thông gió, hệ thống làm mát, làm ẩm,
hệ thống cấp nhiệt, hệ thống kiểm soát và cung cấp CO
2
…Hệ thống có thể điều khiển
bằng thủ công, cơ khí hoặc tự động hoàn toàn.
Nhà kính (glasshouse) có thuận lợi hơn nhà plastic là có thể kéo dài thời gian
chiếu sáng của mặt trời vào mùa đông và kiểm soát môi trường khi cần làm mát vào
mùa hè. Sự khác biệt quan trọng nhất giữa nhà kính (kiểu Hà Lan) và nhà plastic là giá
xây dựng. Sau Chiến tranh thế giới lần thứ hai, các quốc gia công nghiệp của châu Âu
có khí hậu lạnh (Hà Lan, Bỉ, Đức, Đan Mạch, Anh) bắt đầu xây dựng các nhà kính. Do
sự cải tiến của công nghệ sản xuất kính diễn ra chậm chạp, nên diện tích nhà kính trên
thế giới cơ bản vẫn không thay đổi (khoảng 30.000ha) trong suốt 25 năm. Ngược lại,
số lượng plastic dùng cho nhà xanh, tấm lợp thẳng và màng phủ tăng nhanh. Diện tích
của nhà plastic mở rộng từ con số 0 (đầu những năm 50 thế kỷ 20) lên 60.000ha (năm

1976). Ban đầu, cấu trúc che phủ sử dụng plastic được sử dụng như một sự thay thế rẻ
tiền cho nhà kính ở vùng ôn đới nơi có mùa đông lạnh giá và ánh sáng yếu. Tuy nhiên,
tốc độ mở rộng và thay thế nhà kính của nhà plastic tăng nhanh ở vùng Địa Trung Hải.
Kết quả là nhà xanh plastic đã phát triển cả trong vùng hoang mạc nhiệt đới và gần đây
là vùng nhiệt đới ẩm.
Tấm lợp plastic rất phổ biến và phong phú về kích cỡ và giá cả. Nó còn có các ưu
điểm như: tuổi thọ thích hợp với mục đích sử dụng (từ 1 vài tháng đối với các tấm lợp
đến 3 hoặc 4 năm đối với nhà xanh); thích hợp cho sự truyền năng lượng của các tia
sáng không nhìn thấy với bước sóng 400 – 700nm…Ở cả bắc và nam Âu, màng
polyethylen (150 – 180 micron) là dạng plastic được sử dụng chính cho nhà xanh. Các
báo cáo đã chỉ ra rằng, màng polyethylen làm giảm 20% sự thất thoát hơi ấm của nhà
xanh ở châu Âu. Gần đây ở Ixraen, người ta đã phát triển được loại polyethylen cho
phép các tia UV truyền qua ở mức thấp. Các vật liệu mới như polycacbonat và arcrylic
đã trở nên phổ biến hơn nhưng giá thành còn cao nên mới được sử dụng với số lượng
nhỏ. Ở Nhật Bản, tấm lợp polyvinyl clorid là phổ biến nhất. Tấm lợp này có khả năng
giữ hơi ấm tốt nhưng nó không được sử dụng ở châu Âu do khó sản xuất thành tấm
lớn, đắt tiền và giữ bụi.
Các loại nhà kính trồng rau hiện đang sử dụng trên thế giới: ATZ
MONA/AZ2500, AR1500, MV2100, NE1600, ARAVA, DOUBLE VENT, MORE
14

VENT, NEGEV, AVRIRIT, YEVUL, KET VENT, TUNNELS, NET HOUSE… với
quy mô từ 100m
2
đến vài ba hecta thậm chí hàng trăm hecta. Đi đầu là các nước công
nghiệp phát triển như: Mỹ, Nhật Bản, Hà Lan, Ixraen…
Hiện nay, có nhiều hãng, nhiều nước sản xuất và cung cấp các nhà trồng thông
minh trên thị trường với mức độ hiện đại, khả năng tự động hoá và giá thành khác
nhau như các hãng: Richel Greenhouses, Netafim, Sundance,
Công nghệ tưới: công nghệ này phát triển rất mạnh mẽ ở các nước có nền nông

nghiệp phát triển, đặc biệt ở các nước khan hiếm nguồn nước tưới. Với việc sử dụng
hệ thống tưới nhỏ giọt có hệ thống điều áp, có thể sử dụng trên các địa hình khác nhau
làm cho việc tưới nước trở nên đơn giản và thuận tiện hơn. Thông thường hệ thống
tưới nhỏ giọt được gắn với bộ điều khiển lưu lượng và cung cấp phân bón cho từng
loại cây trồng nhờ đó tiết kiệm được nước và phân bón. Hệ thống này có thể sử dụng
trên quy mô từ 100m
2
đến 500m
2
và có thể lớn hơn, áp lực tưới có thể từ 0,1 – 0,3at,
có thể tưới bằng trọng lực hoặc động lực. Một số thiết bị tưới nhỏ giọt thường được sử
dụng trên thế giới: Uniram, Ram conector, Tiran, Tiran conector, Typhoon…Đối với
tưới phun sử dụng động cơ và bơm có thể chia ra tưới phun sương, phun cực nhỏ, hạt
nhỏ, trung bình và lớn với áp lực 1,5 – 7at, diện tích từ vài trăm m
2
đến vài hecta hoặc
vài trăm hecta. Một số thiết bị tưới phun thường được sử dụng: N85 – 23, N86, N95 –
12, N2000, Vibropray, Supernet, Vibromist… Ixraen là nước ứng dụng rất thành công
và hiệu quả công nghệ tưới phục vụ cho canh tác nông nghiệp cũng như trong hệ thống
nhà trồng thông minh.
Ngoài ra, còn một số hệ thống thiết bị phụ trợ cho công nghệ: bộ phận điều chỉnh
áp lực, bộ phận kiểm soát pH, EC, bộ phận lọc…
Việc trồng cây trong nhà trồng chủ yếu sử dụng công nghệ trồng cây không dùng
đất (kỹ thuật thuỷ canh). Trong những năm gần đây, một số nước như Thái Lan,
Ixraen, Đài Loan đã phát triển mạnh công nghệ trồng rau sạch, trồng hoa để phục vụ
nhu cầu trong nước và xuất khẩu bằng công nghệ này. Hiện nay, các nhà khoa học Bồ
Đào Nha, Đài Loan đang phát triển và thử nghiệm các cảm biến không dây để thu
nhận thông tin và kiểm soát, quản lý nhà trồng thông minh (Serôdio et al.,1998, 2002;
Morais et al., 1996; Liu & Ying, 2003; Mizunuma et al., 2003).
1.2. Thực trạng áp dụng nhà trồng trong sản xuất nông nghiệp trên thế giới

Việc sử dụng các loại nhà cũng như các thiết bị phục vụ cho sản xuất nông nghiệp
công nghệ cao đã được sử dụng ở hầu hết các nước trên thế giới. Diện tích nhà trồng
thông minh, mái che plastic dạng tunnel là 1.612.380 ha trên toàn thế giới.
15

Châu Á chiếm phần diện tích rộng nhất. Tại Nhật Bản, diện tích nhà lợp plastic
tăng 35.000ha trong vòng 20 năm (1965 – 1985). Năng suất cà chua đạt 130 – 140
tấn/ha/năm; dưa chuột 250 tấn/ha/năm; xà lách 700 tấn/ha/năm. Tại Hàn Quốc, diện
tích nhà plastic cũng tăng 6,3 lần từ 3.099ha năm 1975 đến 21.061ha năm 1986. Tuy
nhiên, sự phát triển ấn tượng nhất là Trung Quốc. Diện tích nhà xanh tăng từ 5.300ha
(1978) lên 34.000ha (1988) trong vòng 10 năm. Trung Quốc chiếm tới 55% tổng diện
tích nhà plastic (gồm cả mái che plastic dạng tunnel cỡ lớn) và trên 75% mái che
plastic dạng tunnel cỡ nhỏ của thế giới (Costa et al., 2004). Năng suất cây trồng tăng
nhanh: lúa siêu năng suất 12 tấn/ha, các giống cà chua năng suất 140 tấn/ha, rau cải đỏ
ngọt năng suất 60 tấn/ha… với chất lượng cao và đồng nhất. Ở Singapore năm 1997,
kỹ thuật khí canh (aeroponic) đã cung cấp thêm 20% nhu cầu tiêu dùng rau tươi trong
nước. Các loại rau được trồng khí canh là: rau diếp, bắp cải, cà chua, su hào và một số
loại rau ôn đới khác.
Châu Âu chiếm 23% tổng diện tích nhà xanh và mái che tunnel cỡ lớn chủ yếu tập
trung ở Italia và Tây Ban Nha. Có rất nhiều trung tâm công nghiệp nhà xanh tập trung
ở Almeria (Tây Ban Nha). Tại đây các loại cây trồng chiếm ưu thế là: cà chua, ớt ngọt,
cà tím, dưa chuột, dưa tây và dưa hấu được trồng chủ yếu trong các nhà xanh mái
phẳng kiểu Tây Ban Nha. Nhà kính (glasshouse) tập trung lớn nhất ở Hà Lan, nơi đây
chiếm hơn ¼ của 39.430ha nhà kính toàn thế giới. Từ năm 1980 đến năm 1998, giá trị
rau quả của Hà Lan đã tăng gần gấp đôi, khoảng 2,5 tỷ đô la Mỹ (Costa and
Heuvelink, 2000) và giá trị hoa cắt cành khoảng 3 tỷ đô la Mỹ. Các nhà sản xuất nông
nghiệp ở Hà Lan chủ yếu sử dụng hệ thống thuỷ canh với giá thể trơ là rockwool, một
số khác cũng đạt được kết quả tốt với kỹ thuật màng mỏng dinh dưỡng.
Tại Anh, nhằm tận dụng nhiệt thừa của một nhà máy điện, người ta đã xây dựng
nhà xanh sử dụng kỹ thuật màng mỏng dinh dưỡng với diện tích 8,1ha để trồng cà

chua. Hiện nay, một tổ hợp khổng lồ gồm 7 nhà kính trồng rau trên diện tích gần 91ha
đang được xây dựng và dự kiến sẽ khánh thành vào tháng 8 năm 2010. Tổ hợp nhà
kính này sẽ trồng gần 1,3 triệu cây bằng công nghệ trồng cây không đất. Việc trồng
trọt trong những nhà kính lớn như thế đã từng có ở Hà Lan, Canada, Mỹ. Theo tính
toán thì từ tháng 2 đến tháng 10, mỗi tuần tổ hợp này sẽ thu hoạch gần 560 ngàn quả
ớt, 700 ngàn quả dưa chuột, 2,5 triệu quả cà chua. Công trình này sẽ làm tăng 15% sản
lượng thu hoạch rau hằng năm tại Anh. Sau đây là ví dụ về tình hình sản xuất rau trong
nhà kính ở Canada (Nguồn: Statistic Canada)


16


Bảng 1.1: Sản xuất rau trong nhà kính của Canada
Sản phẩm

Năm
Cà chua Dưa
chuột
Ớt ngọt

Xà lách

Tổng
(1000tấn)

Tổng trị giá
(tỷ USD)
1998 116 82,2 9,8 13 220,9 367,7
1999 158 89,7 12,4 14,6 274,7 429,4

2000 182,5 100,6 17,5 15,5 316 493,8
2001 208,4 115,1 21 23,9 368,4 584,1
2002 217,7 89,1 24,7 17,9 389,4 599
Bảng 1.2: Tổng diện tích sản xuất nông nghiệp có mái che của một số quốc gia làm
vườn chính trên thế giới (Costa et al., 2004)
Nước
Nhà và mái che dạng
tunnel cỡ lớn (plastic)

Mái che plastic dạng

tunnel cỡ nhỏ
Nhà kính
Châu Âu
Italia 61.900 19.000 5.800
Tây Ban Nha 46.582 17.000 4.600
Pháp 9.200 20.000 2.300
Hà Lan 400 10.500
Anh 2.500 1.400 1.860
Hy Lạp 3.000 4.500 2.000
Bồ Đào Nha 1.177 450
Ex-Yugoslavia 5.040
Ba Lan 2.031 1.662
Châu Phi và Trung Đông
Ai Cập 20.120 17.600
Thổ Nhĩ Kỳ 17.510 26.780 4.682
Morocco 10.000 1.500 500
Ixraen 5.200 15.000 1.500
Châu Á
Trung Quốc 380.000 600.000

17

Nam Triều Tiên 43.900
Nhật Bản 51.042 53.600 2.476
Châu Mỹ
Mỹ 9.250 15.000 1.000
Canada 6.000 350
Columbia 4.500
Mehico 2.023 4.200
Ecuador 2.700 30.000

1.3. Tình hình áp dụng nhà trồng trong sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam
Trong nước hiện nay đã ứng dụng nhiều nhà trồng, các nghiên cứu về nhà trồng
cũng như quy trình công nghệ ứng dụng cho các loại cây đã bắt đầu được triển khai.
Những năm gần đây, có nhiều tỉnh thành đã áp dụng công nghệ sản xuất rau, hoa
trong nhà trồng thông minh phục vụ tiêu dùng và xuất khẩu. Điển hình là tại Đà Lạt
(Lâm Đồng) với các mô hình trồng hoa trong nhà có mái che plastic đạt giá trị sản
lượng 605 triệu đồng/ha, trồng rau an toàn đạt 150 triệu đồng/ha. Năm 2005, toàn tỉnh
Lâm Đồng có 31.536ha sản xuất rau và hoa ứng dụng ông nghệ cao trong đó có
1.000ha nhà che plastic, nhà lưới. Thành công nhất phải kể đến công ty Dalat Hasfarm
ở Lâm Đồng với 40 ha nhà kính để sản xuất hoa theo công nghệ tiên tiến nhất được du
nhập từ châu Âu. Công ty đã đầu tư hàng chục triệu USD vào cơ sở hạ tầng; đặc biệt
đầu tư lắp đặt 5 dàn mái nhà kính tự động đầu tiên ở Đông Nam Á. Mỗi dàn mái có 5
bộ cảm ứng về gió, mưa, độ ẩm, ánh sáng và nhiệt độ được lập trình, điều khiển bằng
máy tính, đảm bảo làm mát khi thời tiết quá nóng và hệ thống sưởi nóng cho hoa khi
trời giá lạnh để giữ được nhiệt độ trung bình lý tưởng nhất từ 18 – 22
o
C. Các công
đoạn sản xuất từ vườn ươm đến trồng cây, chăm sóc, thu hoạch đều được tự động hóa,
trong đó hệ thống thu hoạch tự động nhằm phòng tránh tối đa tình trạng giập cánh hoa.

Trung bình mỗi ngày Dalat Hasfarm sản xuất 80.000 bông hoa các loại, 60% sản phẩm
hoa xuất khẩu đạt doanh thu 7,1 triệu USD (năm 2003).
Miền Bắc hiện có các khu nhà trồng thông minh hiện đại trên 2ha ở Hải Phòng,
Hưng Yên, Hà Nội. Công ty TNHHNN1TV đầu tư và phát triển nông nghiệp Hà Nội
và Trung tâm nông nghiệp công nghệ cao Hải Phòng có khu nhà trồng thông minh của
Ixraen với diện tích 1,6ha, có mức độ tự động hoá hoàn chỉnh nhất hiện nay. Tại đây
đang sản xuất các loại rau (cà chua, dưa chuột, ớt ngọt) và hoa (hoa lan, hoa ly, hoa
18

đồng tiền) cho năng suất và chất lượng cao. Đặc biệt, hiện Hà Nội đang triển khai dự
án: “Xây dựng mô hình ứng dụng công nghệ cao trong sản xuất, bảo quản hoa phục vụ
phát triển vùng hoa Tây Tựu”, với diện tích gần 500 ha trong đó có 10ha nhà trồng
thông minh ứng dụng công nghệ cao để trồng các loại hoa có giá trị kinh tế cao. Trong
tương lai nơi đây sẽ là vùng hoa mới cho Hà Nội phục vụ sản xuất kinh doanh và du
lịch sinh thái.
Thành phố Hồ Chí Minh là nơi có khá nhiều mô hình ứng dụng công nghệ cao. Đã
có 1.663 ha trồng rau an toàn ứng dụng công nghệ cao, sản lượng đạt khoảng 30.000
tấn/năm, đặc biệt là diện tích rau sản xuất trong nhà lưới cho giá trị sản lượng 120 -
150 triệu đồng/ha; hơn 700 ha trồng hoa - cây cảnh, các hộ đã áp dụng công nghệ cao
trong sản xuất hoa cảnh đem lại thu nhập 600 triệu đến 1 tỷ đồng/ha/năm. Để tạo động
lực thúc đẩy sản xuất nông nghiệp theo hướng công nghệ cao, Thành phố Hồ Chí
Minh đã có dự án đầu tư xây dựng khu nông nghiệp công nghệ cao với quy mô 88,17
ha ứng dụng công nghệ canh tác kỹ thuật cao trong sản xuất rau và hoa tại Củ Chi. Các
kỹ thuật cao được ứng dụng gồm: kỹ thuật trồng cây trong nhà kính, nhà lưới, trồng
cây bằng giá thể không đất, thủy canh, màng dinh dưỡng, công nghệ tưới có điều khiển
tự động và bán tự động. Đây là mô hình thử nghiệm đầu tiên của nước ta về một khu
nông nghiệp công nghệ cao đa chức năng để nghiên cứu hoàn thiện công nghệ, trình
diễn công nghệ mới và chuyển giao công nghệ.
1.4. Một số mô hình ứng dụng công nghệ nhà trồng ở Việt Nam
1.4.1. Nhà trồng đơn giản

- Nhà trồng đơn giản do dân tự làm: đây là mô hình nhà có kết cấu đơn giản, có
khung cột bằng bê tông hay tre, gỗ. Chiều cao nhà dưới 2,5 – 3m, có 1 – 2 mái, cớ một
nóc đơn lẻ, trên lợp lưới đen. Nhà trồng loại này có ưu điểm chống côn trùng, giảm
cường độ ánh sáng trực xạ, mưa to nhưng còn nhược điểm chưa điều tiết tốt được
nhiệt độ, không hạn chế được gió rét đậm, không hạn chế được côn trùng, nấm bệnh,
sự lan truyền dịch hại.
1.4.2. Nhà trồng tương đối hiện đại
- Nhà trồng tương đối hiện đại của các Viện nghiên cứu, trường đại học. Loại này
có kết cấu vật liệu sắt chống rỉ, mắt lưới 0,1mm; có 1 – 2 mái, có một nóc hoặc nóc
liên hoàn, che lợp 2 lớp (lớp dưới là lưới đen cắt nắng, lớp trên là nilon), xung quanh
che lưới kín. Độ cao nhà 4,5 – 5m; bên trong có quạt gió và các bộ phận phụ kiện
khác. Ưu điểm của loại nhà này là ngăn cản được nước mưa, hạn chế cường độ ánh
sáng, ngăn ngừa sâu bệnh, đảm bảo mát về mùa hè, ấm về mùa đông, rất thuận lợi cho
19

cây sinh trưởng và phát triển. Đây là loại nhà trồng được ứng dụng ở Viện Rau quả
trung ương, trại giống rau Hải Phòng, Công ty giống rau quả (Thường Tín), Viện Di
truyền nông nghiệp
1.4.3. Nhà trồng hiện đại
- Nhà trồng hiện đại ngoại nhập công nghệ đồng bộ: khung bằng thép, vật liệu che
phủ bằng polyethylen, lưới cắt nắng Aluminet, hệ thống điều khiển lập trình trên máy
vi tính: tưới nước kết hợp bón phân, phun sương giảm nhiệt độ, thông gió, kiểm soát
và điều chỉnh CO
2

Nhà trồng thông minh của Nhật Bản có ưu điểm là kết cấu vững chắc, có thể mở
mái ở phía trên để lưu thông không khí, điều hoà nhiệt độ tốt nhưng có nhược điểm là
giá thành đắt.
Nhà trồng thông minh của Ixraen: Đang được sử dụng nhiều ở Việt Nam có nhược
điểm là giá thành cao, có ưu điểm là mức độ tự động hoá cao, chương trình điều khiển

đa dạng, Loại nhà này có ở Công ty Đầu tư và phát triển nông nghiệp Hà Nội, Trung
tâm nông nghiệp công nghệ cao Hải Phòng, trại thực nghiệm Văn Giang (Hưng Yên),
khu nông nghiệp công nghệ cao Thành phố Hồ Chí Minh
Ngoài ra, nhà trồng hiện đại còn có tại nhiều địa phương khác như: Đồng Nai, Cần
Thơ, Bắc Ninh, Đà Nẵng… và các viện nghiên cứu như: Viện Di truyền nông nghiệp,
Viện nghiên cứu rau quả trung ương, Viện Sinh học nông nghiệp, Trung tâm nghiên
cứu cây ăn quả Long Định…
Qua quá trình sản xuất, nhà trồng hiện đại nhập ngoại đã bộc lộ những nhược
điểm sau: quy trình công nghệ chưa thực sự phù hợp với điều kiện khí hậu nước ta.
Việc làm mát có sử dụng hệ thống phun sương khiến ẩm độ tăng cao nhất là trong
những ngày hè oi bức. Điều này làm ảnh hưởng đến sự sinh trưởng phát triển của cây
trồng hơn nữa còn tạo điều kiện cho nấm bệnh hại và một số côn trùng phát triển
mạnh. Về mùa đông, nhà kính cần trang bị hệ thống làm ấm và thiết bị chiếu sáng.
Phần mềm điều khiển bằng tiếng Anh nên khó sử dụng. Việc bảo hành, sửa chữa, nâng
cấp phụ thuộc hoàn toàn vào chuyên gia nước ngoài nên thiếu tính chủ động, kịp thời
và tốn kém. Hơn nữa, giá thành nhà trồng cao nên phạm vi ứng dụng mô hình này còn
hạn chế. Đồng thời phải tính khấu hao cơ bản nên đòi hỏi giá rau, hoa phải cao và thị
trường ổn định tương ứng với chất lượng sản phẩm được đưa ra. Do đó, bước đầu mới
chỉ phục vụ cho công tác nghiên cứu, mô hình trình diễn phục vụ tham quan học tập,
hạn chế trong áp dụng sản xuất đại trà.
20

Việc tưới nước kết hợp bón phân mới chỉ được ứng dụng ở các nhà kính nhập
ngoại theo công nghệ chuyển giao của nước ngoài. Trong nước vẫn chưa nghiên cứu
và ứng dụng thiết bị bón phân, chủ yếu vẫn sử dụng phương pháp thủ công.
Các thiết bị điều khiển vi khí hậu trong nhà trồng rau và hoa rất đa dạng, kể cả
chủng loại, vật liệu và thông số kỹ thuật. Các thiết bị này được thiết kế và chế tạo từ
nhiều cơ sở trong nước và nhập khẩu từ các công ty nước ngoài. Sự đa dạng đó phần
nào đáp ứng được nhu cầu về số lượng và chất lượng các chủng loại thiết bị phục vụ
xây dựng các nhà trồng. Tuy nhiên, việc chế tạo các thiết bị này chưa được chú trọng

mà mới chỉ dừng ở mức độ chép mẫu, chưa có một tính toán, thiết kế, chế tạo đầy đủ.
1.5. Khảo sát xác định nhu cầu của người sử dụng về nhà trồng thông minh
1.5.1. Điều tra, đánh giá tình hình sản xuất rau, hoa trong nhà có mái che ở
Hà Nội và một số vùng phụ cận
Chúng tôi tiến hành điều tra các chủng loại nhà, diện tích và kỹ thuật canh tác
được áp dụng trong sản xuất rau, hoa tại 11 điểm trên địa bàn Hà Nội, Hưng Yên và
Bắc Ninh. Kết quả (xem trong phụ lục) cho thấy:
- Kiểu nhà trồng phổ biến là nhà có mái che bằng nilon và nhà lưới thông gió tự
nhiên. Nhà có chiều cao 3 – 4m, phía mái thấp nhất cao 2,5 – 2,8m. Diện tích nhà từ
100 – 1000m
2
. Vật liệu khung nhà bằng tre hoặc thép hình kết hợp với tre, gỗ.
- Các loại rau hoa được sản xuất trong nhà có mái che tại Hà Nội, Hưng Yên và
Bắc Ninh là rau cải các loại, rau xà lách, cà chua, bắp cải, rau thơm… và hoa đồng
tiền, hoa ly, hoa loa kèn, hoa lan, hoa hồng…
- Chủ yếu trồng cây trên đất, một vài nơi sử dụng giá thể trộn lẫn với đất. Người
dân tưới theo cách thủ công đơn giản như dùng ô roa, thậm chí có nơi vẫn sử dụng
cách tưới rãnh, dải lạc hậu. Một số nơi dùng vòi phun, việc tưới nhỏ giọt được ứng
dụng ở rất ít nơi.
- Bón phân chủ yếu theo phương pháp thủ công như: vãi, vùi trong đất, có một số
loại phân hoà vào nước và bón thủ công, chưa kết hợp tưới nước với bón phân.
1.5.2.Điều tra, đánh giá tình hình sản xuất rau, hoa trong nhà có mái che ở
Tp Hồ Chí Minh và một số vùng phụ cận
Việc ứng dụng kỹ thuật cao mới chỉ mới bắt đầu tại TP Hồ Chí Minh và Đà Lạt.
Những công nghệ được áp dụng chủ yếu là: Trồng cây trong nhà lưới và nhà màng;
trồng cây có phủ màng polyethylen (PE); tưới nhỏ giọt. Hiện nay có khá nhiều kiểu
nhà lưới đã ghi nhận: nhà lưới dạng kín có thể ngăn chặn côn trùng, nhà lưới nửa kín
21

nửa hở, nhà lưới hở (chỉ che bên trên tránh tác hại của mưa lớn)… Hầu hết nhà lưới

làm thấp hoặc lưới quá dày khi che phủ kín xung quanh.
Đối với cây rau:
Tại TP.HCM, số hộ áp dụng áp dụng công nghệ trồng rau trong nhà lưới chiếm
9,09% số hộ điều tra. Công nghệ tưới phun sương chiếm tỷ lệ rất khiêm tốn (4,04%).
Công nghệ trồng rau trong dung dịch chỉ mới xuất hiện 01 đơn vị với diện tích 2000
m2, bước đầu thu được hiệu quả cao.
Nhà màng (dạng tunnel – vài hécta) có hệ thống tưới nhỏ giọt và phun sương làm
mát –bán tự động chỉ mới xuất hiện gần đây (2007-2008) tại Công ty giống Đông Tây,
Công ty Cổ phần đầu tư phát triển Nhiệt đới (Củ Chi), Trung tâm Nghiên cứu và Phát
triển Nông nghiệp Công nghệ Cao (Củ Chi) và Công ty giống cây trồng Thành phố.
Tại đây đang thử nghiệm trồng rau ăn lá và ăn quả trong nhà màng, trên giá thể mụn
dừa với tưới nhỏ giọt kết hợp với bón phân dung dịch.
Tại Đà Lạt, số hộ trồng rau trong nhà màng cũng còn ở tỷ lệ thấp, chỉ chiếm
18,52%. Kỹ thuật tưới nhỏ giọt ở tỷ lệ rất thấp (3,09%) và tưới phun sương ở 20,37%
số hộ điều tra. Công nghệ trồng rau trong dung dịch hầu như chưa xuất hiện trên các
hộ nông dân, chỉ mới được thử nghiệm tại các cơ sở nghiên cứu và công ty đầu tư
nước ngoài.
Đối với cây hoa:
Tại Tp.HCM chỉ trồng hoa trong nhà lưới cho phong lan với tỷ lệ 17,65% so với
tổng số hộ trồng hoa đã điều tra. Nhà màng trồng hoa chỉ có ở 2 cơ sở, chiếm 5,88% số
hộ điều tra. Tại Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Nông nghiệp Công nghệ Cao và
Trường Trung học Kỹ thuật Nông nghiệp, có hệ thống nhà màng dạng tunnel theo mẫu
của Hàn Quốc để trồng hoa phong lan, với hệ thống điều khiển tự động đóng mở lưới
che, phun ẩm, làm mát bằng Pad nước và quạt hút.
1.5.3. Điều tra xác định nhu cầu của người sử dụng về nhà trồng thông minh
Chúng tôi lập phiếu điều tra rồi tiến hành điều tra nhu cầu của người sản xuất về
việc ứng dụng nhà trồng thông minh. Phỏng vấn 51 hộ gia đình và một số doanh
nghiệp sản xuất rau, hoa ở Tây Tựu, Tứ Liên, Vĩnh Tuy, Lĩnh Nam, Đông Anh, Sóc
Sơn, Gia Lâm, Mê Linh (Hà Nội), Văn Giang (Hưng Yên), Đình Bảng (Bắc Ninh).
Kết quả (xem trong phụ lục) cho thấy:

Người sử dụng có nhu cầu rất lớn về nhà trồng có quy mô 500 – 1000m
2
, chiều
cao nhà trên 4m, có thông gió và lưới cắt ánh sáng. Cây trồng trên đất hoặc đất trộn
với giá thể, sử dụng vòi phun nước hoặc tưới nhỏ giọt. Đây là mô hình ứng dụng phù
22

hợp với khả năng đầu tư của nông dân do chỉ sử dụng một số công nghệ cao trong một
số khâu canh tác. Với quy mô lớn, trên 1000m
2
đến vài nghìn m
2
là nhu cầu của các
doanh nghiệp hoặc cá nhân có vốn lớn, có thể đầu tư phù hợp với khả năng sản xuất và
tiêu thụ sản phẩm.
1.5.4. Các thông số kỹ thuật cần đảm bảo của nhà trồng thông minh
Qua tham khảo ý kiến các chuyên gia, phân tích tài liệu cho thấy nhà trồng thông
minh cần đảm bảo các yêu cầu về chiều cao, độ thấu quang, độ chịu lực, quy mô cơ
bản về một module….Chi tiết được liệt kê trong phụ lục.
23

2. Điều tra, phân loại, phân tích những loại hoa, rau có nhu cầu sử dụng nhà
trồng thông minh và lựa chọn loại cây trồng áp dụng cho đề tài.
2.1. Điều tra, phân loại, phân tích những loại hoa, rau và cây trồng chủ yếu
có nhu cầu sử dụng nhà trồng thông minh.
2.1.1. Tình hình sản xuất rau hoa của nước ta.
Tính đến năm 2004, tổng diện tích trồng rau, đậu trên cả nước đạt trên 600 nghìn
ha, gấp hơn 3 lần so với năm 1991.Đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) là vùng sản xuất
lớn nhất, chiếm khoảng 29% sản lượng rau toàn quốc. ĐBSCL là vùng trồng rau lớn
thứ 2 của cả nước, chiếm 23% sản lượng rau của cả nước. Đà Lạt, thuộc Tây Nguyên,

cũng là vùng chuyên canh sản xuất rau cho xuất khẩu và cho nhu cầu tiêu thụ thành
thị, nhất là thị trường thành phố Hồ Chí Minh và cho cả thị trường xuất khẩu.
Cũng trong giai đoạn từ đầu thập kỷ 90, tổng sản lượng rau đậu các loại đã tăng
tương đối ổn định từ 3,2 triệu tấn năm 1991 lên đạt xấp xỉ 8,9 triệu tấn năm 2004.
Theo điều tra của Sở NN&PTNT Hà Nội, hiện Hà Nội có 112 xã, phường sản xuất
rau với tổng diện tích 7.927ha. Sản lượng rau của Hà Nội đạt 175.000 tấn /năm, trong
khi nhu cầu tiêu thụ của Hà Nội hiện khoảng 1.200 tấn/ngày. Như vậy, cung mới chỉ
đáp ứng được 40% lượng cầu. Hiện nay, diện tích trồng rau an toàn của Hà Nội lên
đến trên 5.600 ha với sản lượng 125.000 tấn/năm. Tuy nhiên, hiện toàn thành phố mới
chỉ có 42 ha nhà lưới trồng rau an toàn và chỉ có 3 cơ sở được đầu tư hệ thống giếng
khoan công suất lớn có xử lý nước để tưới rau. Như vậy có thể thấy rằng nhu cầu mở
rộng diện tích nhà trồng rau là rất lớn.
Năm 2006, diện tích hoa cây cảnh cả nước có 15000 ha, tăng 7% so với 2004. Sản
xuất hoa đang cho thu nhập cao bình quân đạt khoảng 70 - 130 triệu đồng/ha nên rất
nhiều địa phương trong cả nước đang mở rộng diện tích hoa trên những vùng đất có
tiềm năng. Một số tỉnh Duyên hải miền Trung cũng bắt đầu phát triển sản xuất hoa cắt
cành theo hướng hàng hoá, chủ yếu phục vụ nhu cầu tại chỗ, với chủng loại tương đối
hạn chế.
Các tỉnh phía Nam, điển hình là Thành phố Hồ Chí Minh, trong đó có các huyện
Hóc Môn, Bình Chánh, Gò Vấp, Thủ Đức cùng các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long
như Tiền Giang, Đồng Tháp là nguồn cung cấp hoa và cây cảnh đáng kể. Tuy nhiên,
các địa bàn này chỉ sản xuất chủ yếu một số loại hoa nhiệt đới (cúc móng rồng, cúc đại
đoá, huệ, mai…). Lượng hoa cắt cành truyền thống (hồng, cúc, cẩm chướng, layơn,
đồng tiền) sản xuất còn rất hạn chế và chất lượng chưa thật cao.
Hà Nội được đánh giá là vùng hoa lớn nhất ở phía bắc, trong đó huyện Từ Liêm
với diện tích 500 ha thì xã Tây Tựu có 330 ha (chiếm 66% diện tích trồng hoa toàn
24

huyện, chiếm 84,6% diện tích canh tác toàn xã), chủ yếu trồng hoa cúc, hoa hồng, hoa
đồng tiền, hoa ly, hoa loa kèn… Ngoài ra, một số huyện ngoại thành khác và một số

tỉnh khác như Vĩnh Phúc, Hưng Yên, Hà Tây, Thái Bình… Dự kiến đến năm 2015 TP
Hà Nội có 3000 ha, diện tích tập trung chính ở huyện Từ Liêm (Tây Tựu), Đông Anh,
Quận Tây Hồ.
Tại các tỉnh tỉnh phía Nam, tập trung nhiều tại TP HCM với diện tích hoa cây
cảnh hiện có 700 ha, tập trung ở 8 quận huyện như quận 12 (110 ha), Thủ Đức (87
ha)…, nhiều nhất là Củ Chi (131 ha) với khoảng 1.400 hộ sản xuất, hoa, cây cảnh đang
được đề nghị đưa vào chương trình 3 cây trồng chủ lực của thành phố (cây dứa cayen,
cây rau an toàn, hoa - cây cảnh). Các giống hoa cao cấp như ly, hồng môn, layơn
giống mới, hoa đồng tiền giống mới, thiên điểu, tulíp đang được ưa chuộng.
Việc ứng dụng công nghệ cao trong sản xuất rau hoa đã được cải thiện đáng kể,
như thay đổi cơ cấu giống, nuôi cấy mô, kỹ thuật canh tác và bảo vệ thực vật tiên tiến;
áp dụng công nghệ nhà lưới có mái che sáng Tuy nhiên, sự thay đổi này diễn ra
không đồng đều giữa các vùng sản xuất vì nhiều lý do (khí hậu thời tiết, trình độ thâm
canh, khả năng đầu tư, khả năng tiếp cận kỹ thuật tiến bộ và thị trường…). Đà Lạt có
thể coi là địa bàn có tiến bộ nhanh nhất trong cả nước về phát triển sản xuất hoa cắt
cành.
Hầu hết những cơ sở sản xuất hoa cắt cành ở nước ta còn ở quy mô nông hộ nhỏ,
tổ chức sản xuất đơn lẻ, với diện tích trung bình từ 2.000 đến 3.000 m2 /hộ. Hộ sản
xuất hoa lớn cũng chỉ từ 1 đến 2 ha. Ở quy mô sản xuất này không thể áp dụng những
kỹ thuật tiến bộ như nhà kính, nhà lưới, sân bãi, mặt bằng, dây chuyền chế biến, bảo
quản vận chuyển lạnh,…để đưa ngành sản xuất hoa trở thành sản xuất công nghiệp.
Từng hộ nông dân sản xuất cá lẻ, thiếu hợp tác là trở ngại lớn cho việc tạo nguồn hàng
hóa lớn và đa dạng với chất lượng cao, đồng nhất.
2.1.2. Điều tra, phân loại, phân tích những loại hoa, rau và cây trồng chủ
yếu có nhu cầu sử dụng nhà trồng thông minh
Tháng 8 năm 2008, chúng tôi tiến hành điều tra người sản xuất về nhu cầu sử
dụng nhà trồng thông minh cho các loại cây rau hoa. Chúng tôi đã phỏng vấn 51 hộ gia
đình và một số doanh nghiệp sản xuất rau, hoa ở Tây Tựu, Tứ Liên, Vĩnh Tuy, Lĩnh
Nam, Đông Anh, Sóc Sơn, Gia Lâm, Mê Linh (Hà Nội), Văn Giang (Hưng Yên), Đình
Bảng (Bắc Ninh). Kết quả điều tra (xem phụ lục) cho thấy:

Các loại rau hoa có nhu cầu sử dụng nhà trồng nhiều nhất là: xà lách, súplơ xanh, các
loại cải và hoa lan, hoa ly, hoa đồng tiền. Các loại cây rau cà chua, dưa chuột có nhu
cầu sử dụng nhà trồng thấp hơn.