УСТРОЙСТВО ОБОГРЕВА ПОЧВЫ И РАСТЕНИЙ В ТЕПЛИЦЕ Российский патент 1997 года по МПК A01G9/24 F24H7/00 A01K1/00 

Предлагаемое изобретение относится к сельскохозяйственному производству, в частности к устройствам для обогрева почвы и растений в защищенном грунте.

Известно устройство для обогрева почвы теплицы в виде открытого канала, образованного из полимерной пленки, по которому протекает теплая вода [1]
Недостатком подобной конструкции является необходимость затрачивать энергию на перекачку и подогрев обогреваемой воды при отсутствии поблизости от теплиц постоянного источника теплой воды.

Необходимым условием продуктивности овощных культур в защищенном грунте является создание оптимальных температурных условий в корнеобитаемом слое почвы и припочвенной зоне произрастания культур.

Известно также устройство, принятое нами за прототип, включающее аккумулирующие элементы для расположения в пространстве между почвенными гребнями с рядами растений и состоящие из оболочки и наполнителя, в частности воды, способного аккумулировать тепло солнечной радиации [2]
В дневное время аккумулирующие элементы воспринимают солнечные лучи и нагреваются, а ночью, остывая, отдают тепло воздуху и почве, позволяя экономить энергию традиционных источников на обогрев растений.

Недостатком подобного устройства является его невысокая эффективность ввиду низкой удельной теплоемкости воды, что приводит к переохлаждению корней растений в ночные часы, а также к перегреву почвы в дневное время в результате значительного повышения температуры аккумулирующих элементов.

Целью предлагаемого изобретения является снижение затрат энергии на обогрев растений и обеспечение оптимального температурного режима их выращивания.

Указанная цель достигается тем, что в устройство обогрева почвы и растений в теплице, в отличие от прототипа, наполнитель аккумулирующих элементов выполнен из вещества, температура фазового перехода которого из твердого состояния в жидкое изменяется в диапазоне от 15^oC до 25^oC.

Кроме того, аккумулирующие элементы снабжены нагревателями, расположенными внутри оболочек на их сторонах для соприкосновения с почвой. Оболочки аккумулирующих элементов выполнены в виде призм, имеющих в сечении форму равнобедренного тупоугольного треугольника, а нагреватели расположены в вершине тупого угла или на боковых гранях призм.

В качестве наполнителя использован тризтаноламин. Выполнение наполнителя из вещества, температура фазового перехода которого из твердого состояния в жидкое и обратно не выходит за рамки допустимых значений температур почвы в теплице (15^oC.25^oC [3]), позволяет повысить величину аккумулированной энергии за счет более высоких значений удельной теплоты фазовых переходов по сравнению с удельной теплоемкостью воды, в результате чего аккумулирующие элементы запасают больше солнечной энергии и таким образом сокращают затраты на обогрев растений.

Кроме того, в дневные часы жарких месяцев, когда особенно велик приход солнечной радиации, аккумулирующие элементы, наполненные веществом с фазовым переходом, являются своеобразным буфером, предотвращающим перегрев почвы за счет того, что температура плавления наполнителя остается постоянной и не превышает 25^oC до момента полного перехода вещества наполнителя в жидкую фазу.

В зимнее время аккумулированной днем теплоты солнечной радиации может оказаться недостаточно для поддержания оптимального температурного режима почвы, с этой целью аккумулирующие элементы снабжены нагревателями (например, трубы для пропускания теплой, в том числе геотермальной, воды, электронагревательные провода). Нагреватели при необходимости можно использовать для отвода избытка тепла от аккумулирующих элементов в летнее время путем пропускания по трубам холодной воды. Количество нагревателей в одном аккумулирующем элементе зависит от конкретных условий.

Расположение нагревателей внутри оболочки аккумулирующих элементов на их сторонах для соприкосновения с почвой позволяет наиболее экономно использовать энергию, идущую на обогрев растений, так как одна часть энергии идет на обогрев корнеобитаемого слоя почвы, а другая аккумулирует наполнитель с последующей отдачей тепла почве и воздуху после отключения нагревателей.

Такой режим работы особенно эффективен в случае применения в качестве источника энергии электричества. В этом случае ночью в часы уменьшения общего электропотребления дешевая "внепиковая" электроэнергия может быть направлена на обогрев растений, а в утреннее время, когда потребление электроэнергии другими абонентами резко возрастает, обогрев почвы и воздуха может быть произведен только за счет энергии, запасенной аккумулирующими элементами ночью от работающих электронагревателей.

Выполнение оболочек аккумулирующих элементов в виде призм, имеющих в сечении форму равнобедренного тупоугольного треугольника, позволяет получить максимальную площадь поверхности аккумулирующих элементов, которая непосредственно воспринимает солнечную радиацию, что способствует повышению эффективности процесса аккумулирования. Одновременно такая форма элементов обеспечивает необходимый объем почвы или питательного субстрата для каждого растения. Конкретные геометрические параметры аккумулирующих элементов зависят от необходимого объема вещества наполнителя и расстояния между соседними рядами растений.

В качестве вещества наполнителя предложено использовать триэтаноламин в связи с его достаточно высоким значением удельной теплоты фазового перехода в требуемом диапазоне температур, доступностью и нетоксичностью.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от известного используемым веществом наполнителя наличием нагревателей, формой аккумулирующих элементов, т.е. заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, заключающиеся в размещении внутри оболочки аккумулирующего элемента нагревателей для соприкосновения с почвой, а также в использовании в качестве наполнителя вещества, температура фазового перехода которого изменяется в диапазоне +15^oC.+25^oC, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "изобретательский уровень".

На представленном чертеже изображен фрагмент устройства обогрева почвы и растений в теплице в аксонометрии с поперечным сечением.

Устройство обогрева почвы и растений содержит аккумулирующие элементы 1, включающие в себя оболочку 2 и наполнитель 3. Аккумулирующие элементы расположены в пространстве между почвенными гребнями 4 с рядами растений 5, причем внутри оболочки 2 размещены нагреватели 6.

Устройство работает следующим образом. В дневное время солнечные лучи нагревают открытую поверхность аккумулирующих элементов 1 до температуры плавления вещества наполнителя 3, значение которой не превышает максимально допустимого значения температуры питательного субстрата в теплице (25^oC). Нагреваясь, вещество наполнителя 3 плавится и аккумулирует, таким образом, тепло солнечной радиации, сохраняя при этом до момента полного перехода в жидкую фазу температуру плавления, чем предохраняет растения от перегрева.

В ночное время при понижении температуры аккумулирующих элементов 1 ниже температуры плавления вещества наполнителя 3 начинается процесс перехода наполнителя в твердую фазу, сопровождающийся выделением аккумулированного днем тепла солнечной радиации. Если этого тепла окажется недостаточно для поддержания оптимальных значений температуры почвы 4, то начинают функционировать нагреватели 6. Тепло, выделяемое ими, идет одновременно на обогрев почвы 4 и на перевод наполнителя 3 в жидкую фазу. Таким образом, нагреватели 6 могут периодически отключаться (например, в периоды пика нагрузок в электросети) на то время, пока аккумулирующие элементы 1 будут выделять ранее запасенную теплоту нагревателей 6.

Предлагаемое изобретение позволяет экономить от 15 до 40% энергии, идущей на обогрев растений в теплицах, в зависимости от климатических условий местности, типа нагревателей и типа теплиц. Экономия энергии получается главным образом за счет использования в ночное время теплоты солнечной радиации, аккумулированной днем.

Кроме того, устройство обогрева предлагаемой конструкции позволяет повысить урожайность выращиваемых культур благодаря обеспечению благоприятных температурных условий в корнеобитаемом слое почвы за счет предотвращения переохлаждения корней растений ночью и их перегрева в дневное время.

Источники информации
1. GB, патент N 1483561, кл. F 24 H 1/06, 1980.

2. Гончарук Н.С. "Полимеры в овощеводстве", М. Колос, 1971, с. 264.

3. Общесоюзные нормы технологического проектирования теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей и рассады. М. Колос, 1982.

Использование: сельское хозяйство в области растениеводства в сооружениях защищенного грунта и может быть применено для обогрева почвы и растений в теплице. Сущность: устройство содержит аккумулирующие тепло элементы 1, включающие в себя оболочку 2 и накопитель 3. Аккумулирующие элементы расположены в пространстве между почвенными гребнями 4 с рядами растений 5. Наполнитель оболочки выполнен из вещества, температура фазового перехода которого из твердого состояния в жидкое изменяется в диапазоне от 15^oC до 25^oC. Преимущественно аккумулирующие теплоэлементы 1 снабжены нагревателями 6, расположенными внутри оболочек 2 на их сторонах для соприкосновения с почвой. Оболочки 2 элементов 1 могут быть выполнены в виде призмы, имеющих в сечении форму равнобедренного тупоугольного треугольника. Наиболее предпочтительно расположение нагревателей 6 в вершине тупого угла сечения призмы и/или на боковых гранях призмы и использование в качестве наполнителя 3 в оболочках 2 элементов 1 триэтаноламина. Применение данного изобретения позволяет обеспечить снижение затрат энергии на обогрев растений и почвы в теплице, создание в ней оптимального температурного режима для выращивания растений. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство обогрева почвы и растений в теплице, включающее аккумулирующие элементы для расположения в пространстве между почвенными гребнями с рядами растений, состоящие из оболочки с наполнителем, отличающееся тем, что наполнитель выполнен из вещества, температура фазового перехода которого из твердого состояния в жидкое изменяется в диапазоне 15 25^oС. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутые аккумулирующие элементы снабжены нагревателями, расположенными внутри оболочек на их сторонах для соприкосновения с почвой. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что оболочки указанных аккумулирующих элементов выполнены в виде призм, имеющих в сечении форму равнобедренного тупоугольного треугольника, а нагреватели размещены в вершине тупого угла и/или на боковых гранях призм. 4. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что в качестве наполнителя использован триэтаноламин.