УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ В ТЕПЛИЦЕ Российский патент 1996 года по МПК A01G31/02 A01G9/24 A01G9/22 A01G9/26 

Изобретение относится к устройствам для облучения растений в процессе их выращивания и может быть использовано в сельском хозяйстве.

Известно устройство для выращивания растений в теплице, содержащее вегетационные блоки, включающие лотки для питательного раствора, сообщенные с источником этого раствора и установленные на основании теплицы и треугольных рамах, систему облучения, включающую две группы источников оптического излучения, источники первой из которых расположены над лотками для питательного раствора между соседними вегетационными блоками, а источники второй группы размещены в полости между основанием теплицы и треугольными рамами каждого вегетационного блока, и систему подачи воздуха, включающую воздуховоды, по крайней мере части которых, расположенные внутри вегетационных блоков образованы двумя сопряженными между собой криволинейными поверхностями с одинаковой направленностью нормали этих поверхностей, обращенных своей выгнутой частью в сторону источников оптического излучения второй группы. (патент США N 4292762, кл. А 01 G 9/24, опубл. 1981 г.).

Недостатком такого устройства является неоптимальный спектральный состав облучения растений при оптимальном спектре излучения источников света, так как растения, расположенные в различных частях устройства, из-за фильтрации вышерасположенным ценозом, облучаются светом иного, а следовательно, неоптимального спектрального состава, чем излучаемый источниками света, что не позволяет повысить урожайность выращиваемых растений. Кроме того, в известном устройстве использование светового излучения неэффективно ввиду попадания значительно его части не на растения, а на окружающие предметы, что требует повышенного расхода электроэнергии.

Помимо этого, в известном устройстве имеются недостатки конструктивного характера, а именно: размещение воздуховода в верхней части под кровлей приводит к увеличению габаритных размеров устройства и повышенному расходу строительных материалов.

Задачей изобретения является создание устройства, обеспечивающего оптимальный спектральный состав облучения растений в процессе их выращивания, экономию энергетических затрат.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве для выращивания растений в теплице, содержащем вегетационные блоки, включающие лотки для питательного раствора, сообщенные с источником этого раствора и установленные на основании теплицы и треугольных лапах, систему облучения включающую две группы источников оптимального излучения, источники первой из которых расположены над лотками для питательного раствора между соседними вегетационными блоками, а источники второй группы размещены в полости между основанием теплицы и треугольными рамами каждого вегетационного блока, и систему подачи воздуха, включающую воздуховоды, по крайней мере части которых, расположенные внутри вегетационных блоков образованы двумя сопряженными между собой криволинейными поверхностями с одинаковой напряженностью ортов нормали этих поверхностей, обращенных своей вогнутой частью в сторону источников оптического излучения второй группы, согласно изобретению в качестве источников оптического излучения первой группы использованы источники излучения с распределением соответствующих долей потока энергии в спектральных диапазонах 400-500 нм, 500-600 нм и 600-700 нм соответственно в пределах 15-25% 35-45% и 35-45% а в качестве источников оптического излучения второй группы применены источники с распределением соответствующих долей потока энергии в этих же спектральных диапазонах, соответственно в пределах 5-10% 15-25% и 60-70% при этом, по крайней мере, имеющая меньший радиус кривизны поверхность каждого воздуховода покрыта светоотражающим слоем.

В варианте выполнения устройства источники света второй группы каждого вегетационного блока расположены фокальной оси криволинейной поверхности соответствующего воздуховода, имеющей меньший радиус кривизны.

В устройстве для выращивания растений в теплице предпочтительно воздуховоды системы подачи воздуха выполнены из эластичного материала.

Наличие двух групп источников излучения, из которых в качестве источников оптического излучения первой группы использованы источники с распределением соответствующих долей потока энергии в спектральных диапазонах 400-500 нм, 500-600 нм, и 600-700 нм соответственно в пределах 15-25% 25-45% и 35-45% а в качестве источников излучения второй группы применены источники с распределением соответствующих долей потока энергии в этих же спектральных диапазонах соответственно в пределах 5-10% 15-25% и 60-70% позволяет создать оптимальный спектральный состав облучения растений, расположенных в различных частях устройства, подбирая его для каждого вида.

Размещение источников оптического излучения второй группы каждого вегетационного блока на фокальной оси криволинейной поверхности соответствующего воздуховода, имеющей меньший радиус кривизны позволяет создать поток параллельно направленных лучей света для обеспечения интенсивностей освещенности растений (например, ослабленных), размещенных в основании вегетационного блока.

Покрытие светоотражающим слоем поверхности каждого воздуховода, имеющей меньший радиус поверхности позволяет использовать воздуховод одновременно в качестве отражателя, что упрощает конструкцию устройства и обеспечивает рациональное распределение светового потока благодаря его направленности, обусловленной формой воздуховода (отражателя), что дает возможность экономить электроэнергию. Кроме того, использование воздуховода в качестве отражателя повышает срок службы светоотражающего покрытия, так как происходит периодическое охлаждение воздуховодов при подаче атмосферного воздуха, что предотвращает растрескивание светоотражающего материала, имеющего низкую теплопроводность и нагревающегося меньше по сравнению с металлическим.

Выполнение воздуховода из эластичного материала позволяет производить юстировку (регулировку) его в качестве отражателя светового потока применительно к особенностям конструкции вегетационных блоков, а также в процессе эксплуатации.

Кроме того, такой материал обладает антикоррозионными свойствами, что является положительным фактором в специфических условиях микроклимата в теплице с повышенной влажностью воздуха.

Сопоставимый анализ с прототипом показывает, что предложенное устройство отличается от прототипа тем, что в нем в качестве источников оптического излучения первой группы использованы источники излучения с распределением соответствующих солей потока энергии в диапазонах 400-500 нм, 500-600 нм и 600-700 нм в пределах 15-25% 35-45% и 35-45% а в качестве источников оптического излучения второй группы применены источники с распределением потока энергии в пределах 5-10% 15-25% и 60-70% при этом по крайней мере, имеющая меньший радиус кривизны поверхность каждого воздуховода покрыта светоотражающим слоем. Таким образом, предложенное техническое решение удовлетворяет критерию патентоспособности изобретения "новизна".

Из уровня техники для специалиста явным образом не следует влияние указанных отличительных признаков на достижение технического результата - обеспечение оптимального спектрального состава облучения растений в процессе их выращивания. Экономию энергоресурсов, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию патентоспособности изобретения "изобретательский уровень".

Заявляемое решение может быть использовано в сельском хозяйстве, оно позволяет обеспечить оптимальный спектральный состав облучения растений, и этим повысить качество и урожайность выращиваемой продукции. Таким образом, предложенное решение удовлетворяет критерию изобретения "промышленная применимость".

На фиг.1 представлен поперечный разрез устройства для выращивания растений в теплице.

Устройство для выращивания растений в теплице, включающей кровлю 1 с форточками 2, содержит вегетационные блоки, выполненные из треугольных рам 3, установленных на основании теплицы и лотки 4 для питательного раствора, установленные на кронштейнах, жестко закрепленных на треугольниках рамах 3 (на чертеже не показаны) и на основании теплицы. В лотках 4 с почвой размещены растения 5 и 6. Устройство содержит систему облучения, включающую две группы источников оптического излучения. Источники 7 первой группы расположены над лотками 4 для питательного раствора между соседними вегетационными блоками, а источники излучения 8 второй группы размещены в полости между основанием теплицы и треугольными рамами 3 каждого вегетационного блока.

Система подачи воздуха включает воздуховоды 9, расположенные внутри вегетационных блоков и образованные двумя сопряженными между собой криволинейными поверхностями 10 и 11 с одинаковой направленностью сортов нормам этих поверхностей, обращенных своей вогнутой частью в сторону источников оптического излучения 8 второй группы. Источники излучения 8 второй группы каждого вегетационного блока расположены на фокальной оси криволинейной поверхности воздуховода 9, имеющей меньший радиус кривизны.

Над источниками света 7 установлены отражатели 12 с цилиндрической поверхностью. Лучи 13, испускаемые источники света 7, имеют определенную направленность (пересекают вегетационный блок между его верхней частью и основанием) и ограничиваются световыми плоскостями, проходимыми через края отражателей 12.

В качестве источников света могут быть использованы лампы типа ДМЗ-3000, ДМЗ-4000 и другие. Поверхности 11 воздуховодов 9, обращенные к источникам света 8, выполнены со светоотражающим покрытием, например, из алюминированной полиэтилентерефталатной пленки. Воздуховоды 9 могут быть выполнены из армированной металлом резины или другого эластичного материала.

На фиг. 2 изображен пример направления лучей от двух групп источников света.

На фиг.3 показано объемное изображение расположения основных узлов устройства для выращивания растений в теплице.

Воздуховод 9, частично размещенный внутри вегетационного блока, выполнен с перфорированными отверстиями 14 для подачи воздуха, обогащенного углекислым газом, с необходимыми температурно-влажностными параметрами.

На фиг.4 представлены примеры сечений воздуховодов согласно изобретению (справа) и сечение традиционного воздуховода круглой формы для сравнения (слева).

Устройство для выращивания растений в теплице работает следующим образом.

В лотки 4 расположены на ярусах вегетационных блоков, и в лотки, установленные в их основаниях, высаживают растения 5 и 6, например, огурцов. Периодически, через заданный промежуток времени включают источники 7 и 8 двух групп света. Источники 7 первой группы, установленные между соседними вегетационными блоками, выполнены с распределением спектра излучения в диапазонах 400-500 нм, 500-600 и 600-700 нм. Соответственно в пределах 15-25% 35-45% и 35-45% источники света 8, установленные в полости между основанием теплицы и треугольными рамами, выполнены с распределением спектра излучения в диапазонах 400-500 нм, 500-600 нм и 600-700 нм соответственно в пределах 5-10% 15-25% и 60-70% Лучи света, излучаемые источниками 7 и 8 двух групп света, пересекают ценоз на разных ярусах под различными углами. При этом чем дальше от источника света находятся растения, тем больше будет ширина ценоза. Установлено, что для создания оптимального спектрального состава облучения растений, находящихся в устройстве, необходимо увеличить долю излучения с полосой 600-700 нм, что и осуществляется путем размещения внутри треугольных рам источников 8 второй группы и данного процентного соотношения полос излучения от источников света 7 и 8. Указанное размещение источников 7 и 8 двух групп света позволяет обеспечить равномерное освещение как внешних, так и внутренних частей ценоза, так как освещенность ценоза в каждой точке, например, в точке Е_це суммируется от источников света 7 и 8 - (Е₁+Е₂) (см. фиг. 2). Отражатели 12 и вогнутые части 11 воздуховодов 9, установленные над и под источниками 7 и 8 двух групп света соответственно, направляют световые потоки, создаваемые этими источниками, на растения 5 и 6, предотвращая "распыление" световых потоков, что способствует более рациональному их использованию и равномерному облучению растений. Через перфорированные отверстия 14 воздуховода 9, частично размещенного внутри вегетационного блока, непосредственно в места расположения растений периодически подается воздух с необходимыми температурно-влажностными параметрами и концентрацией углекислого газа. Одновременно внешняя часть 11 воздуховода 9, отражения к источникам 8 второй группы света служит в качестве отражателя света. Это обстоятельство обуславливает форму воздуховода 9 в виде двух сопряженных кривых поверхностей с одинаковой направленностью ортов нормам этих поверхностей, при этом радиусы кривизны различны и могут варьироваться в зависимости от назначения. Однако количество подаваемого воздуха должно соответствовать расчетному значению, поэтому площади сечения воздуховода 9 должны быть одинаковы независимо от его формы (фиг.4).

В случае необходимости, например, для интенсивной освещенности ослабленных растений, источники 8 второй группы света помещают на фокальной оси криволинейной поверхности воздуховода, имеющей меньший радиус кривизны. Тогда, согласно закону физики, отраженные лучи света от этих источников падают параллельно, без рассеяния, и позволяют создать световой поток нужной мощности.

При монтаже воздуховодов 9 и по мере необходимости в процессе эксплуатации производят их юстировку (корректируют направление светового потока).

Избыточное тепло выводится из установки посредством открывания форточек 2, размещенных в кровле 1 теплицы. Периодичность этой операции зависит от времени года.

Предложенное техническое решение может быть использовано в сельском хозяйстве в устройствах для выращивания растений в теплице в процессе их выращивания.

Заявляемое изобретение позволяет обеспечить оптимальный спектральный состав облучения растений, экономию энергетических затрат.

Использование заявленного технического решения может увеличить урожайность продукции на 15-20% при одновременном ее созревании и улучшении качества, уменьшить затраты энергии на облучение на 5-10%

Использование: сельское хозяйство, в области растениеводства в сооружениях защищенного грунта. Сущность изобретения: устройство содержит вегетационные блоки, выполненные из треугольных рам 3 с лотками 4 для растений 5, 6, систему облучения из двух групп источников 7,8 света и систему подачи воздуха с воздуховодами 9. Источники излучения первой группы выполнены с распределением соответствующих долей потока энергии в спектральных диапазонах 400-500 нм, 500-600 нм, соответственно, в пределах 15-25 проц., 35-45 проц и 35-45 проц. Источники второй группы выполнены с распределением соответствующих долей потока энергии в этих же спектральных диапазонах, соответственно, 5-10 проц. , 15-25 проц. и 60-70 проц. Поверхность каждого воздуховода 9 с меньшим радиусом кривизны покрыта светоотражающим слоем. Это позволяет обеспечить оптимальный спектральный состав облучения растений 5, 6 и экономию энергетических затрат при их выращивании. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для выращивания растений в теплице, содержащее вегетационные блоки, включающие лотки для питательного раствора, сообщенные с источником этого раствора и установленные на основании теплицы и треугольных рамах, систему облучения, включающую две группы источников оптического излучения, источники первой из которых расположены над лотками для питательного раствора между соседними вегетационными блоками, а источники второй группы размещены в полости между основанием теплицы и треугольными рамами каждого вегетационного блока, систему подачи воздуха, включающую воздуховоды, по крайней мере части которых, расположенные внутри вегетационных блоков, образованы двумя сопряженными между собой криволинейными поверхностями с одинаковой направленностью ортов нормали этих поверхностей, обращенных своей вогнутой частью в сторону источников оптического излучения второй группы, отличающееся тем, что в качестве источников оптического излучения первой группы использованы источники излучения с распределением соответствующих долей потока энергии в спектральных диапазонах 400 500 нм, 500 600 нм и 600 - 700 нм соответственно в пределах 15 25% 35 45% и 35 45% а в качестве источников оптического излучения второй группы применены источники с распределением соответствующих долей потока энергии в этих же спектральных диапазонах соответственно в пределах 5 10% 15 25% и 60 70% при этом по крайней мере имеющая меньший радиус кривизны поверхность каждого воздуховода покрыта светоотражающим слоем. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источники оптического излучения второй группы каждого вегетационного блока расположены на фокальной оси криволинейной поверхности соответствующего воздуховода, имеющей меньший радиус кривизны. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что воздуховоды системы подачи воздуха выполнены из эластичного материала.