УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБОГРЕВА СПОРТИВНОГО ГАЗОНА Российский патент 1998 года по МПК A01G9/24 

Изобретение относится к спортивным сооружениям, в частности для обогрева спортивных газонов футбольных полей, асфальтовых и гаревых дорожек, велотреков, теннисных кортов, игровых полей регби, а также в теплицах и оранжерейном хозяйстве.

Известен электропроводящий состав, укладываемый в аэродромные и дорожные покрытия для их нагрева, включающий полиэфирную смолу, диизоционат ТГ и графит, в котором, с целью уменьшения энергозатрат при нагреве покрытия, он дополнительно содержит магнетит с диаметром частиц 50 - 500 мкм, при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:
Полиэфирная смола - 80 - 120
Диизоционат ТГ - 80 - 120
Графит - 10 - 110
Магнетит - 10 - 110
(авт. св. СССР N 630334. кл. E 01 C 11/26, H 05 B 3/34. Баранов Л.Н. и Кузьменко Ю.В. Электропроводящий состав. 1978.

Спортивные газоны в отличие от декоративных лужаек и других типов газонов имеют свои особенности. Травяной покров футбольного поля долями быть совершенно ровным, низким, упругим, способных переносить частые стрижки, обладать устойчивостью не только к неблагоприятным условиям погоды (морозу, засухе и т.д.), но и к вытаптыванию. По данным киносъемки, на 1 м² поверхности поля за один футбольный матч приходится 130 - 180 ударных импульсов, причем нагрузил на 1 см² поверхности поля достигают 200 - 250 кгс.

Травяной покров, произрастая в земляном покрове, своей корневой системой образует дерн. Дерн должен быть связанный и плотный с настолько развитой корневой системой, чтобы после повреждения травяного покрова ногами и бутсами, трава могла отрасти.

Для того, чтобы поверхность футбольного поля отвечала всем необходимым требованиям, необходимо, с одной стороны, в основном подобрать почву с благоприятным механическим составом, а если такой почвы нет в естественном виде, создать искусственно, путем оструктуривания различными фракциями и добавками. С другой стороны, следует подобрать травы с учетом почвенно-климатических условий зоны. Растительный слой земли на всем поле должен быть однородным и одинаковой толщины. Почва должна хорошо впитывать воду и пропускать воздух, обладать некоторой влагоудерживающей способностью, необходимой для снабжения корней растений влагой.

Почвы структурные, обладающие водопрочностью, не заплывают во время дождей, искусственных поливов и не образуют корку при высыхании, тогда как бесструктуренные почвы при увлажнении превращаются в сплошную вязкую массу. Вследствие этого фильтрующая способность верхнего растительного слоя почвы резко снижается. Эти свойства почвы имеют первостепенное значение для спортивных газонов. Лучшая смесь земли для спортивных газонов считается такая, в которой содержание песчаных, пылеватых и глинистых частиц находится в определенном соотношении.

Примерный гранулометрический состав почвы футбольного поля следующий, %: песчаные и крупнопылеватые частицы почвы (2 - 0,5 мм) 62 - 54; пылеватые частицы (0,05 - 0,005 мм) 28 - 30; глинистые частицы (0,005 - и менее 0,001 мм) 10 - 16.

Для верхнего растительного слоя земли поля важно не количество органических веществ, а главное его качество - деятельный гумус, свежий перегной (продукты разложения органических веществ с анаэробными бактериями, способными связать отдельные почвенные частицы в агрегаты и микроагрегаты).

Из органических удобрений на спортивных газонах наилучший результат дает компост. Кислотности почвы следует уделять самое большое внимание. Наиболее подходящей реакцией почвы является pH 5,0- 7,0, т.е. почвы для спортивных газонов должны иметь нейтральную или слабокислую реакцию. По минералогическому составу почва футбольного поля должна содержать 4 - 12% известняка. Необходимо применять известняк молотый или измельченный, а не гашеную известь, так как он лучше перемешивается с поверхностными слоями почвы и действует быстрее.

В силу описанных обстоятельств вышеописанный электропроводящий состав не может быть внесен в качестве компоненты в верхний почвенный слой футбольного поля и тем самым получать электрообогреваемые газоны.

Известна также система электроподогрева травяного газона футбольного поля, которая включает нагревательные кабели, размещенные под газоном на заданной глубине, температурные датчики и электрощитовую установку (Футбол. Круглый год. - Рекламный проспект. Киев, 1992).

Описанная система подогрева газона футбольного поля создает возможность проведения футбольных матчей в течение круглого года в условиях, практически приближенным к летним. Эта система обладает дренажно-осушительными качествами. Она способствует быстрому восстановлению газона после интенсивной эксплуатации, затяжных дождей, обильных снегопадов и сильных морозов. Кроме этого, над всей поверхностью футбольного поля на значительной высоте от поверхности создается микроклимат, благоприятно влияющий на организм спортсменов, это способствует зрелищности и привлекательности соревнований в позднеосенние и зимние периоды.

Система управления электроподогревом обеспечивает многоступенчатую (автоматическую или ручную) регулировку температуры на поверхности нагревательного кабеля по всему газону или отдельным его зонам. Предлагаемая система обеспечивает нормальную работу при 10 - 65^oC. Время подогрева газона при глубине промерзания до 1 м - менее 3 сут. Энергоемкость с учетом климатических условий и режима работы достигает до 400 кВт. Коэффициент полезного действия системы 0,95. Однако эпизодические включения системы управления электроподогревом приводят к тому, что корневая система растительного покрова при ускоренном прогревами почвы из состояния анабиоза не успевает войти в нормальный режим и она истощается. Ослабленные растения при многократных переходах от отрицательных температур к положительным погибают, об этом свидетельствуют "желтые" зоны на поверхности зеленого газона футбольного поля.

Электроподогрев не учитывает специфику теплопроводности верхнего слоя футбольного поля и распределения корневых систем растительного покрова. Почва (плодородный верхний слой), применяемая для произрастания обычных газонов, требует значительного улучшения механического состава: она пылеватая, бесструктуренная, в результате этого посевы газонов сильно переуплотняются при орошении искусственными осадками (дождеванием) или поливом напуском при последующей эксплуатации.

Конструкция известных в мировой практике футбольных полей имеют следующее послойное строение.

Перед укладкой специальных слоев поверхность поля должна быть тщательно выравнена по проектным уклонам и уплотнена тяжелыми катками. Точность нивелировки должна быть выполнена в пределах ± 2 см. На подготовленное основание укладывается влагоудерживающий слой из торфа (лигнина) толщиной 3 - 5 см. Слой торфа уплотняют тяжелым катком массой не менее 1,5 т. Укладку торфа производят в увлажненном состоянии и удерживается в таком состоянии до укладки следующего сверху слоя. На слой торфа, (лигнина) укладывается слой подпочвы толщиной 16 см в два захода по 8 см согласно проектных уклонов. Нивелировку производят по квадратам 2 х 2 м. Уплотнение каждого слоя следует проводить катками массой 100 - 150 кг. Верхний слой формируют из специальной смеси следующего состава, %:
Земля плодородная, снятая с верхнего плодородного слоя паши - 48
Торф - 27
Перепревший навоз (2-годичный) - 5
Гравелистый кварцевый песок с диаметром зерен 5 - 6 мм - 5
Крупнозернистый кварцевый песок с диаметром зерен 2 - 3 мм - 15
Эту смесь перемешивают в бетономешалке или вручную. После укладки слоя толщиной 16 см, вводят равномерно по всему полю следующие удобрения, кг:
Азотная крошка (дробленная кость) диаметром 2 см
Сухая кровь - 250
Суперфосфат - 200
Калий хлористый - 120
Сульфат аммония - 170
Аммиачная селитра - 200
Медный купорос - 20
Железный купорос - 20
Все эти материалы равномерно и тщательно распределяют по поверхности футбольного поля и тщательно заделывают зубовыми граблями в слой на глубину до 3 - 5 см. Поверхность специального слоя окончательно выравнивают катком массой 300 кг в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

После укладки специального слоя (подпочвы мощностью слоя в 16 см) приступают к укладке верхнего корнеобитаемого слоя толщиной 4 см. Состав смеси для верхнего слоя формируют из следующих компонентов, %:
Земля растительная - 48
Торф - 16
Органика (перегнивший навоз) - 16
Песок крупнозернистый, кварцевый диаметром 2 - 3 мм - 15
Песок гравелистый, кварцевый диаметром 5 - 6 мм - 5
Верхний корнеобитаемый слой производят по нивелировочным отметках в центре квадрата 2 х 2 м. Слой уплотняют катком массой 100 - 150 кг. В этот слой вносят следующие удобрения, кг:
Суперфосфат - 200
Хлористый калий - 10
Селитра аммиачная - 150
Известна искусственная ледяная дорожка, включающая плиты для ледяного покрова с системой труб, основание и подвижные опоры, в которой, с целью повышения надежности работы опор и улучшения условий их обслуживания, под опоры установлены столбчатые фундаменты, а каждая опора выполнена с пластиной, коэффициент теплопроводности которой находится в пределах от 0,21 до 0,1 ккал/(см•с•^oC), установленной на нижней поверхности плиты для ледяного покрова, и опорным элементом с коэффициентом трения 0,05 - 0,03, причем опорный элемент закреплен на столбчатом фундаменте (авт.св. СССР N 717208, кл. E 01 C 13/00. Плохин П.И. Искусственная ледяная дорожка. 1980.

Недостатком конструкции ледяной дорожки является несовершенство системы труб для подачи хладоагента. Это приводит к тому, что толщина ледяного покрытия варьирует в пределах от 20 до 85% от номинальной толщины. В данном спортивном сооружении система труб под бетонными основаниями закреплена свободно, а сами основания с ледяным и теплоизоляционными покрытиями перемещаются относительно столбчатых фундаментов из-за линейного сжатия при снижении температуры. Описанная система труб не может быть заимствованной для подогрева спортивных газонов.

Известная также автомобильная дорога, включающая незамерзающее бетонное покрытие проезжей части и замкнутую систему циркуляции теплоносителя в виде герметичных Г-образных труб, полки которых размещены под бетонным покрытием, а стойки направлены в глубь основания дороги и соединены с источником тепла, расположенным ниже границы промерзания грунта, пористый материал, покрывающий внутреннюю поверхность замкнутых труб, в которой, с целью повышения изотермичности при нагреве бетонного покрытия и уменьшения капитальных затрат при его устройстве на опасных участках дороги в пределах городских улиц с системой подземных коммуникаций, система циркуляции снабжена пластиной и дополнительными трубами, направленными вдоль продольных кромок покрытия и соединяющими размещенные под покрытием трубы петлеобразной в плане конфигурации, причем пластина прикреплена к петлеобразным трубам сверху, а источник тепла совмещен с трубой для сточных вод системы городских подземных коммуникаций, в которую заглублены стойки герметичных труб, имеющих в заглубленной части отгибы, направленные навстречу потоку сточных вод и выполненные с дискретно размещенными периметральными утолщениями, при этом система циркуляции имеет теплоизоляцию, покрывающую герметичные трубы, расположенные вне трубы для сточных вод, герметичные трубы петлеобразной в плане конфигурации размещены с гидравлическим уклоном 0,03 - 0,05; периметральные утолщения на отгибах герметичных труб размещены с относительным шагом t = (l/h)_опт) = 10... 15, где l - расстояние между периметральными утолщениями; h - высота утолщений; расстояние между отдельными петлями, размещенными под покрытием герметичных труб, принято равным ширине петли (авт.св. СССР N 1482990 кл. E 01 C 11/24. Вытчиков Ю.С., Лукс А.Л., Лукс А.А и Мельникова Л. И. Автомобильная дорога. 1989).

К недостаткам конструкции автомобильной дороги следует отнести сложность конструкции системы циркуляции теплоносителя и трудности заправки теплоносителя в систему труб.

Известно оборудование для поддержания технологического режима культурного слоя почвы в теплицах, содержащее наклонно размещенные под ним дренажные трубы, устройство для обогрева, включающее насос и водоподогреватель, подающее теплоноситель в нагревательные каналы, в котором, с целью сокращения затрат на строительство систем дренажа, и обогрева, последние выполнены совмещенными и нагревательными каналами являются дренажные трубы, перфорированные по верхней стороне, на входах которых установлены регулирующие колодцы, а на выходах - отстойные колодцы, соединенные между собой безнапорным трубопроводом, на котором смонтированы насос и водоподогреватель (авт.св. СССР N 363461, кл. A 01 g 9/24. Оборудование для поддержания технологического режима культурного слоя почвы в теплицах. Кисленко Н.К., Посылкин А.И., Терпигорев В.А., Штрейс Р.И. и Шакуев Л.И. 1972.

Это оборудование имеет низкую эффективность и работоспособно лишь при температурах культурного слоя почвы выше 11 - 12^oC. При отрицательных температурах в почве система, неработоспособна.

Известно устройство для обогрева, защищенного грунта, содержащее теплообменник, в котором, с целью исключения резких перепадов температуры в теплице, теплообменник выполнен в виде плоской тонкостенной гибкой непрозрачной оболочки из резины или полимерного материала с каналами для теплоносителя и отверстиями для растений (патент СССР N 528849, кл. A 01 G 9/24. Устройство для обогрева защищенного грунта. Жан-Лен Даль, Морис Дюмон, Андре Фурш, Эме Фрейше и Андре Гузи (Франция). Фирма, "Комиссариат а л'Энержи Атомик" (Франция), 1976.

В каналы теплообменников подают жидкий теплоноситель с температурой 25 - 45^oC. Давление жидкого теплоносителя в теплообменнике не превышает 0,1 м вод. ст. Малый температурный перепад между теплоносителем, циркулирующим в оболочках, и грунтом требует, чтобы в теплице было укрыто 50 - 100% поверхности грунта. Это обстоятельство не позволяет использовать описанное устройство для обогрева спортивных газонов, в частности на поверхности футбольного покрова. Растительный покров на газонах футбольных полей создают следующими травами, которые высевают в сложной смеси, кг:
Овсяница луговая - 25 - 40
Мятлик луговой (полевица) - 20 - 25
Райграс - 20 - 35
Овсяница красная - 75 - 185
Клевер белый - 10 - 15
Всего 150 - 200 кг семян трав на площадь футбольного поля с размерами 72 х 110 м. Посев семян травосмесей производят в культурном слое на глубину 0,5 - 1,0 см с обязательной присыпкой (землеванием) структурной агрономически ценной фракцией почвы слоем 2 см. После посева слой почвы прикатывают легкими цилиндрическими катками с удельным давлением 1,2 - 1,8 кг/см².

Известен способ обогрева грунта при поливе, включающий подогрев и подачу ее в оросительную сеть с пористыми увлажнителями, в котором, с целью равномерного обогрева грунта и поддержания в грунте оптимальных влажности и температуры, производят подогрев воды после выдачи заданной поливной нормы и снижают давление в сети до 1,0 - 0,5 м водяного столба (авт.св. СССР N 676227, кл. A 01 G 9/24. Губкин В.К., Шейкин Ю.Г. и Климов В.В. Способ обогрева грунта при поливе. 1979).

Описанный способ осуществляет оросительная сеть, которая включает насос, распределительный трубопровод с манометром, микропористые увлажнители типа "Виафло", отводящий трубопровод с вентилем, емкость с подогревателем и водопроводную линию с поплавковым запирающим клапаном.

Микропористые увлажнители раскладывают при высадке растений и убирают после уборки урожая. Глубина закладки увлажнителей составляет 7 - 10 см, а расстояние между ними - 30 см. Это обеспечивает более равномерный обогрев именно верхнего 20 см слоя, где располагается основная масса корней растений.

Существенный недостаток оросительной сети заключается в том, что посев можно осуществлять лишь узкими полосами. Для сплошного посева смесей из семян трав, описанных выше, описанный способ обогрева неприемлем.

Известно устройство для дренирования и обогрева почвы в теплицах, включающее трубу обогрева, размещенную внутри дренажной трубы, в котором, с целью сокращения потерь тепла и уменьшения оттаивания грунта, труба обогрева расположена в верхней части дренажной трубы и сопряжена с ней своей поверхностью (авт.св. СССР N 1021417, кл. A 01 G 9/24, E 02 B 11/00. Старостин Е.Г. Устройство для дренирования и обогрева. 1983).

На футбольных полях в ходе матча интенсивность нагрузки на 1 м² поверхности газона в 10³ - 10⁴ раз превышает нагрузку, чем на поверхности обогреваемой почвы в теплицах. Поэтому укладка трубы обогрева в дренажной трубе под растительным покровом в культурном слое почвы футбольного поля приведет к локальным понижениям, превышающим величину агродопуска, (± 2 см на длине 2 м).

Известно устройство для обогрева грунта, содержащее водяной генератор тепла, замкнутый контур теплоносителя и систему автоматического управления температурой грунта с регулятором, датчиком температуры грунта и датчиком температуры прямого теплоносителя, причем водяной генератор тепла выполнен на водяном подогревателе, замкнутый контур теплоносителя включает установленный на обратном трубопроводе циркуляционный насос и установленный на прямом трубопроводе первый трехходовой перепускной клапан с управляющим элементом, а система автоматического управления температурой грунта выполнена по блок-схеме последовательно соединенных и имеющих обратную связь первого элемента сравнения информации от датчика температуры грунта по задатчику преобразователя с усилителем и регулятора температуры грунта (Бородин И.Ф. и др. Основы автоматики и автоматизации производственных процессов. - М.: Колос, 1977, с. 57 - 62).

Недостатком этого устройства является невысокая точность регулирования температуры грунта.

Известно устройство для обогрева грунта, содержащее водяной генератор тепла, замкнутый контур теплоносителя и систему автоматического управления температурной грунта с регулятором, датчиком температуры грунта и датчиком температуры прямого теплоносителя, причем водяной генератор тепла выполнен на водяном подогревателе, замкнутый контур теплоносителя включает установленный на обратном трубопроводе циркуляционный насос и установленный на прямом трубопроводе первый трехходовой перепускной клапан с управляющим элементом, а система автоматического управления температурой грунта выполнена по блок-схеме последовательно соединенных и имеющих обратную связь первого элемента сравнения информации от датчика температуры грунта по задатчику, преобразователя с усилителем и регулятора температуры грунта, в котором, с целью повышения точности регулирования температуры грунта, система автоматического управления температурой грунта снабжения датчиком температуры обратного теплоносителя, датчиком температуры поверхности труб водяной системы обогрева грунта и датчиком уровня солнечной радиации, а водяной генератор тепла снабжен регулятором расхода теплоносителя и вторым трехходовым перепускным клапаном с управляющим элементом, который установлен на прямом трубопроводе входа водяного подогревателя, при этом задатчик снабжен вычислительным блоком, вход которого соединен с датчиком температуры обратного теплоносителя, датчиком температуры поверхности труб водяной системы обогрева грунта, датчиком температуры прямого теплоносителя и датчиком уровня солнечной радиации, а выход - с преобразователем и первым элементом сравнения, преобразователь снабжен интегратором, блоком коррекции, сумматором, вторым элементом сравнения, причем вход интегратора соединен с вычислительным блоком, а вход блока коррекции - с первым элементом сравнения, выходы интегратора и блока коррекции подключены к сумматору, последовательно соединенному с вторым элементом сравнения, регулятор температуры грунта выполнен двухканальным, при этом один выходной канал последовательно подключен к управляющему элементу второго трехходового перепускного клапана, а второй выходной канал снабжен третьим элементом сравнения, вход которого соединен с датчиком температуры теплоносителя на подающем трубопроводе замкнутого контура теплоносителя, при этом выход третьего элемента сравнения подключен к управляющему элементу первого трехходового перепускного клапана (авт.св. СССР N 1028281, кл. A 01 G 9/24. Михайленко И.М. и Судаченко В.Н. Устройство для обогрева грунта. 1983).

Недостатком этого устройства является сложность конструкции и низкая техническая надежность датчика уровня солнечной радиации, приводящей к сбою работы всей системы автоматического управления.

Наиболее близким устройством того же назначения к предлагаемому объекту по совокупности признаков является устройство для обогрева спортивного газона, содержащее первичную систему теплообмена, соединенную с центральным отоплением городской сети и посредством теплообменника - с вторичной автономной замкнутой системой циркуляции теплоносителя - воды и/или раствора воды с глюколем в виде герметичных тепловых труб из структурного полиэтилена, установленных с заданным шагом в культурном слое под растительным покровом спортивного газона и гидравлически соединенных водопроводными распределительным и сборочным трубопроводами переменного диаметра, из высококонденсированного полиэтилена с теплообменником первичной системы, двойным перекачивающим насосом, расширительным сосудом с клапанами заполнения и продувания, клапанами регулировки прохода жидкости, термостатом и устройством управления в ручном и автоматическом режимах работы, и наклонно размещенные под тепловыми трубами ниже культурного слоя почвы газона дренажные трубы. (Рекламный проспект акционерного общества фирмы "WIRSBO Linig-System". Motomatic AG fur Fussballfeld). Это устройство принято за прототип.

Тепловые трубы уложены в культурном слое почвы на расстоянии 250 мм друг от друга на глубине 200 - 250 мм. Тепловые трубы могут быть проложены параллельно или перпендикулярно направлению футбольного поля. В конце поля тепловые трубы соединены с водоподводящей и распределительной трубой и сборочной отводящей трубой водопроводной системы. Тепловые трубы диаметром 3/4'' уложены группами в виде трех ниток с U-образными коленами на противоположном конце футбольного поля. Отводящие и подводящие трубы выполнены коническими с внешним диаметром 160 мм на входе и 110 мм на выходе на длине 72 м.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относятся неравномерное прогревание плодородного слоя почвы на площади футбольного поля и большой перепад температуры теплоносителя на выходе из подводящей трубы по сравнению с температурой теплоносителя на входе в отводящую трубу. U-образные колена на противоположном конце футбольного поля не обеспечивают компенсацию для рабочей длины тепловых труб из-за линейного расширения при изменении температурного режима теплоносителя при переводе системы управления с экономного режима (между длительными перерывами спортивных состязаний или футбольных матчей в спортивном календаре - перерыв 14 дней) на нормальный режим и наоборот с нормального режима работы в режим покоя. Во время зимнего перерыва система автоматического регулирования переключает систему подогрева теплоносителя на низкую температуру, при которой жидкая среда в трубах находится выше точки замерзания при температуре около +6^oC. Жидкая среда постоянно находится в состоянии циркуляции. Температура на выходе постоянно изменяется в течении каждых суток. При падении температуры до +3^oC система сразу изменяет температуру теплоносителя. По этой причине тепловые трубы всегда находятся в тепловом режиме нагрузки, а U-образные колена на одном конце не обеспечивают нормальную эксплуатацию тепловых труб.

Задача, на решение которой направлено изобретение, - снижение перепада температуры теплоносителя по длине тепловых труб и обеспечение равномерного обогрева газона по поверхности поля.

Технический результат - увеличение срока службы устройства для обогрева газона, снижение энергии на подогрев теплоносителя и сохранение поверхности газона для проведения спортивных соревнований круглый год.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для обогрева спортивного газона, включающем первичную систему теплообмена, соединенную с центральным отоплением городской сети и посредством теплообменника с вторичной автономной замкнутой системой циркуляции теплоносителя - воды и/или раствора воды с глюколем в виде герметичных тепловых труб из структурного полиэтилена, установленных с заданным шагом в культурном слое почвы под растительным покровом спортивного газона и гидравлически соединенных водопроводными распределительным и сборочным трубопроводами из высококонденсированного полиэтилена с теплообменником посредством двойного перекачивающего насоса, расширительного сосуда, клапанов заполнения и продувания, клапана регулировки прохода жидкости, термостата и устройством управления в ручном и автоматическом режимах, и наклонно-размещенные под тепловых трубами ниже культурного слоя почвы газона дренажные трубы, распределительный и сборочный водоподводящие трубопроводы подведены к середине длинной стороне спортивного газона и гидравлически соединены с дополнительными распределительными и сборочным трубопроводами, установленными конгруэнтно торцам газона, при этом концы параллельных тепловых труб соединены последовательным чередованием с патрубками на распределительном и сборочном трубопроводах на одном торце газона и с патрубками сборочного и распределительного трубопроводов на другом торце поля газона, а каждый конец тепловой трубы снабжен компенсатором, выполненным в виде вертикально установленного из части тепловой трубы кольца с внешним диаметром, соотносящимся с диаметром тепловой трубы как (15,0 - 20,0) : 1.

За счет того, что концы тепловых параллельных труб поочередно соединены с патрубками распределительных и сборочных трубопроводов, создаются противотоки теплоносителей в параллельных тепловых трубах. Сокращение пути теплоносителя в тепловых трубах в два паза и противотоки в смежных трубах обеспечивают достижение указанного выше технического результата.

На фиг. 1 изображено спортивное сооружение с подогреваемым газоном на футбольном поле в центре, вид в плане.

На фиг. 2 - место I на фиг. 1, подвод теплоносителя от теплообменника первичной системы, установленного под ареной спортивного сооружения, к теплообменнику вторичной системы, установленного под спортивным газоном, в аксонометрическом изображении.

На фиг. 3 - обогреваемое футбольное поле с системой тепловых труб, вид в плане.

На фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3, поперечный разрез верхнего корнеобитаемого слоя газона, системы тепловых труб и дренажного коллектора, установленного наклонно под тепловыми трубами.

На фиг. 5 - сечение Б-Б на фиг. 3, поперечный разрез распределительного и сборочного трубопроводов для подачи теплоносителя и продольный разрез тепловой трубы с компенсатором в виде вертикально установленного кольца на конце.

На фиг. 6 - сечение В-В на фиг. 3, продольное сечение тепловых труб и компенсаторов в виде криволинейных дуг, соединенных с патрубками распределительных и сборочных трубопроводов.

На фиг. 7 - принципиальная схема автономной вторичной системы циркуляции теплоносителя.

Конструкцию устройства для обогрева спортивного газона рассмотрим на примере обогреваемого футбольного поля, выполненного на стадионе. Устройство, для обогрева содержит первичную систему теплообмена 1, соединенную с центральным отоплением городской сети 2, и вторичную автономную замкнутую систему 3 циркуляции теплоносителя (фиг. 1, 2 и 7). В качестве теплоносителя используют воду и/или раствор воды с глюколем.

Вторичная автономная замкнутая система 3 циркуляции теплоносителя представлена герметичными параллельно установленными тепловыми трубами 4, размещенными с заданным шагом в культурном слое почвы 5 под растительным покровом 6 спортивного газона и гидравлически соединены с водопроводными распределительным трубопроводом 7 и сборочным трубопроводом 8. Тепловые трубы 4 диаметром 3/4'' выполнены из молекулярно-структурированного полиэтилена, обладающего высокой теплопроводностью. Распределительный трубопровод 7 и сборочный трубопровод 8 диаметром 160 мм выполнены из высококонденсированного полиэтилена. Допускается выполнение тепловых труб 4 диаметром 1'' (25,4 мм) с толщиной стенки 3 мм. Тепловые трубы 4 размещены в культурном слое почвы 5 под растительным покровом 6 спортивного газона, на глубине 160 - 180 мм. Распределительный трубопровод 7 и сборочный трубопровод 8 уложены параллельно по торцам 9 и 10 футбольного поля и вдоль ее длинной стороны 11. Тепловые трубы 4 могут быть уложены друг от друга с расстоянием 180 - 250 мм. В каждом конкретном случае учитывается монтажная привязка системы с учетом природно-климатических условий региона. На обогрев футбольного поля с размером 110 х 72 м требуется 40000 - 48000 погонных метров тепловых труб 4. Для подачи раствора гликоля от теплообменников первичной системы 1 требуется 642 погонных метра полиэтиленовых труб низкого давления с маркой 159 ПНДВП диаметром 160 мм для выполнения распределительного и сборочного трубопроводов 7 и 8. Для заполнения вторичной системы 3 теплоносителем требуется 2300 кг гликоля. Распределительный трубопровод 7 и сборочный трубопровод 8 диаметром 160мм укладывают в траншею 12 шириной 600 мм на глубине 0,8 - 1,0 м. Дно 13 траншеи 12 заполняют слоем песка 14 толщиной 10 - 12 см. Траншею 12 при завершении монтажных работ заполняют теплоизоляционным материалом 15, например керамзитом. Слой керамзита в траншеи 12 покрыт влагоизоляционным материалом 16 и покрытием 17, выполненного из синтетического материала, или асфальта. Распределительный и сборочный водоподводящие трубопроводы 7 и 8 от теплообменников подведены сначала к середине длинной стороны 11 спортивного газона, а затем они распределяются двумя параллельными рукавами, конгруэнтно сторонам 11 полю 9 спортивного газона, и его торцам 9 и 10. Концы 18 и 19 каждой тепловой трубы 4 соединены с патрубками на распределительном трубопроводе 7 и на сборочном трубопроводе 8 таким образом, что в параллельно уложенных тепловых трубах 4 в культурном слое почвы 5 создаются противотоки теплоносителя. Для этого конец 18 тепловой трубы 4 соединяют с патрубком распределительного трубопровода 7 на торце 10 футбольного поля, а конец 19 этой же трубы 4 - с патрубком сборочного трубопровода, 8 на торце 9 спортивного газона (фиг. 3 и 5). Тогда как концы 18 рядом уложенных с первым тепловым трубопроводом 4 параллельные трубопроводы 4 соединены в обратном порядке: концы 18 тепловых труб 4 в траншее 12 на торце 10 со сборочным трубопроводом 8, а концы этих же труб 4 - с патрубками на распределительном трубопроводе 7, уложенной в траншее 12 на торце 9 футбольного поля. Каждый конец 18 (19) тепловой трубы 4 (фиг. 5) снабжен компенсатором 20, выполненным в виде вертикально установленного из части тепловой трубы 4 кольца с внешним диаметром D, соотносящимся к диаметру d тепловой трубы 4 как (15 - 20):1. Для высокопрокатных полимерных материалов тепловых труб 4 компенсаторы 20 в виде колец выполняют при предварительном прогревания концов 18 и 19 тепловых труб 4. Компенсаторы 20 могут быть выполнены и в виде криволинейных дуг 21 и 22 (фиг. 6) таким образом, чтобы длина дуги 21 (22) и ее хорда 23 (24) выдерживались в соотношении (1,2 - 1,3): 1. Концы 18 и 19 тепловых труб 4 сваривают с патрубками распределительных трубопроводов 7 и сборочных трубопроводов 8, предварительно уложенных в траншеях 12 по торцам 9 и 10 футбольного поля. После завершения монтажных работ проводят опрессовку трубопроводов 4, 7 и 8 с испытательным давлением 8 кгс/см² (0,8 МПа). Рабочее давление во вторичной системе 3 не превышает 1,1 - 1,5 кгс/см² (0,11 - 0,15 МПа).

Культурный слой почвы 5 (фиг. 4 - 6) для поддержания в силе верхнего растительного слоя 6 спортивного газона создан следующим образом. На подготовленное основание 25 укладывается влагоудерживающий слой 26 из торфа (лигнина) толщиной 3 см. Последний уплотняют катком. На слой 26 укладывается слой 27 подпочвы мощностью 16 см в два приема по 8 см согласно проектным уклонам. После укладки каждой порции производят уплотнение. Слой 27 подпочвы формируют из спецсмеси следующего состава, %: земля растительная 48; торф 27; навоз 5; гравелистый кварцевый песок с диаметром зерен 5 - 6 мм 5; крупнозернистый кварцевый песок с диаметром зерен 2 - 3 мм 15. Смесь перед укладкой на место интенсивно перемешивается в бетономешалке или вручную. После укладки слоя 27 толщиной 16 см, вносят равномерно по всей площади (72 х 110 м²) следующие удобрения, кг: азотная крошка диаметром 2 см; сухая кровь 250; суперфосфат 200; хлористый калий 120; сульфат аммония 170; аммиачная селитра 200; медный купорос 20; железный купорос 20. После укладки слоя 27 подпочвы мощностью 16 см приступают к укладке верхнего растительного слоя 28 толщиной 4 см. В состав специальной смеси для слоя 28 входят следующие компоненты, %: плодородная почва 48; торф 16; органические удобрения 16; песок крупнозернистый, кварцевый диаметром 2 - 3 мм 15; песок гравелистый, кварцевый диаметром 5 - 6 мм 5. После укладки слоя 28 вносят поверхностно следующие удобрения, кг: суперфосфат 200; хлористый кальций 10; аммиачная селитра 150.

После окончательного выравнивания микропонижений участка приступают к посеву семян трав для спортивного газона. Для засева, применяют следующий состав трав со следующими нормами высева, кг: овсяница луговая 25 - 40; мятлик луговой 20 - 25; райграс 20 - 35; овсяница красная 75 - 85; клевер белый 10 - 15. После посева и заделки семян на глубину 0,5 см производят землевание структурной агрономически ценной почвой мощностью 2 см, что создает верхний растительный слой 29 для произрастания семян высеянных культур. Последний слой 29 прикатывают. После отрастания корневой системы растений и образования плотного покрова, стебли растений скашивают газонокосилками на высоте среза 40 мм, что и образует спортивный газон 30. В зависимости от условий эксплуатации спортивного газона на основании 25 сначала может быть уложен слой песка мощностью 10 см, а только потом укладывают слои 26 - 28. Под слоями 26 - 29 на основании 25 выполнен дренажный коллектор 31.

Первичная система 1 теплообмена, соединена со вторичной автономной замкнутой системой 3 теплообменниками 32 и 33 (фиг. 7). В теплообменниках 32 и 33 встречаются два вида разнотемпературных теплоносителя, которые взаимно не перемешиваются. Первый теплоноситель - чистая вода - по напорному трубопроводу 34 через задвижку 35 на входе первичной системы 1 теплообмена, поступает через задвижку 36 и регулятор 37 температуры воды в теплообменник 32. Теплообменник 33 с напорным трубопроводом 34 соединен аналогичным образом - через задвижку 38 и регулятор 39 температуры воды. Из теплообменников 32 и 33 теплоноситель из городской системы 2 теплоснабжения через открытие задвижки 40 и 41 поступает по сливному трубопроводу 42 и через задвижку 43 поступает в систему отопления городской сети 2. Температура, теплоносителя на подаче и обратке и давление вода в теплосети фиксируется термометрами 44 и 45 и манометрами 46 и 47.

Полости теплообменников 32 и 33 заполнены теплоносителем, выполненным в виде водного раствора, гликоля. Теплоноситель - раствор гликоля - из тепловых труб 4 по сборочному трубопроводу 8 подается в насос 48, который включен в эту же сеть параллельно с резервным насосом 49 для подачи теплоносителя для обогрева спортивного газона.

Насосы 48 и 49 на своих входах и выходах имеют по две пары задвижек 50, 51, 52 и 53. Теплоноситель второго рода под рабочим давлением по напорному трубопроводу 54 и через задвижки 55 и 56 подается либо в теплообменник 32 или в теплообменник 33. На выходах теплообменников 32 и 33 смонтированы задвижки 57 и 58, которые гидравлически параллельно соединены с напорным трубопроводом 59, и далее через задвижку 60 - с распределительным трубопроводом 7.

В теплообменниках 32 и 33 тепловая энергия от теплоносителя из городской сети 2 передается теплоносителю из замкнутой автономной системы 3. Автономная система 3 снабжена, резервной емкостью 61 объемом 10 м³ для раствора гликоля. Емкость 61 трубопроводом 62 через задвижку 63 соединена со сборочным трубопроводом 8.

Бесперебойная работа устройства для обогрева спортивного газона обеспечена, постановкой третьего теплообменника, 64, который соединен с основным котлом 65 или резервным котлом 66. Котлы 65 и 66 могут быть запитаны от электрической сети с напряжением 380 (220) В или, как вариант, подогрев теплоносителя может осуществляться газом в топках котлов 65 и 66.

Основной котел 65 и резервный котел 66 через задвижку 67 и всасывающую водопроводную трубу 68 соединены с емкостью 69 для подпитки электрических котлов 65 и 66. Емкость 69 имеет объем 4 м³.

Котлы 65 и 66 снабжены насосами 70 и 71 с электроприводами.

Теплообменник 64 соединен трубопроводом 72 с электрокотлах 65 и 66. Теплоноситель (вода) из теплообменника 64 при открытых задвижках 73 и 74 насосом 71 под давлением поступает в котел 65, а из него - вновь в теплообменник 64. При закрытой задвижке 74 теплоноситель по трубопроводу 75 подается на задвижку 76 и через нее - в насос 70, где работающим резервным котлом 66 повышается до нужной величины температуры теплоносителя, а далее он по трубопроводу 72 направляется в теплообменник 64.

При данном режиме циркуляции теплоносителя от котла 65 (66), водяной раствор гликоля из тепловых труб 4 в теплообменник 64 направляется следующим образом. Задвижку 60 на распределительном трубопроводе 7 закрывают, а задвижки 77 и 78 теплообменника 64 открывают. Из сборного трубопровода 8 раствор гликоля с низкой температурой (+3^oC) поступает по всасывающей коммуникации в насос 48 и по моторному трубопроводу 57, минуя задвижки 55 и 56, через задвижку 79 по трубопроводу 59 поступает в дальнейшем через задвижку 77 в полость теплообменника 64. Нагретый раствор гликоля через задвижку 78 под рабочим давлением в дальнейшем поступает в распределительный трубопровод 7. Температура раствора гликоля при подаче для обогрева газона и обратно регистрируется термометрами 80 и 81, а давление во вторичной сети - манометрами 82 и 83.

Управление системой теплоснабжения для обогрева спортивного газона может осуществляться в ручном режиме или в автоматическом режиме с применением соответствующих датчиков температуры почвы в корнеобитаемом слое спортивного газона.

Описанная система подогрева теплоносителя из водяного раствора гликоля предусматривает совместную работу внешних тепловых сетей 2 и котлов 65 и 66. Для этой цели система трубопроводов 34 и 42 снабжена дополнительными водопроводными трубами 84 и 85 и задвижками 86 и 87.

Устройство для обогрева спортивного газона работает следующим образом.

Рассмотрим работу устройства для обогрева спортивного газона от внешнего источника теплоснабжения, в частности от наружных тепловых сетей с температурой теплоносителя 40 - 70^oC (фиг. 7). Для этого оператор котельной, смонтированной под трибунами стадиона, проверяет, чтобы вентили задвижек 38, 58, 56, 86, 87, 52, 53, 63, 41, 79, 77, 78, 73, 74, 76 и 67 были установлены в положениях "Закрыто". Одновременно с этим он же проверяет положение вентилей задвижек 35, 43, 36, 57, 55, 51, 50 и 60, которые должны быть на отметках "Открыто".

Из тепловых сетей теплоноситель с температурой t^o = 40 - 70^oC по напорному трубопроводу 34 через задвижку 35 и задвижку 36, регулятор 37 температуры поступает в теплообменник 32, а далее через открытую задвижку 40 по сливному трубопроводу 42 и через задвижку 43 идет на повторную циркуляцию в первичной системе 1 теплообмена. Теплоноситель из раствора гликоля в теплообменнике 32 приобретает почти ту же температуру воды. Из сборочного трубопровода 8 раствор гликоля через задвижку 50 поступает во всасывающую полость насоса 48, которым под давлением рабочим через вентиль 51 теплоноситель поступает по напорному трубопроводу 54 и через задвижку 55 в теплообменник 32 и на выходе из него - через задвижку 57 в напорный трубопровод 59, а от него, через задвижку 60, в распределительный трубопровод 7.

От распределительного трубопровода 7 через патрубки, концы 18 и компенсаторы 20 теплоноситель по тепловым трубам 4 взаимно противоположных направлениях в соседних параллельно уложенных тепловых трубах 4 перетекает из распределительных труб 7, установленных в траншеях 12 по торцам 9 и 10 футбольного поля в сборочные трубы 8. Размещение тепловых труб 4 на глубине 18 - 20 см в культурном слое почвы спортивного газона при подаче теплоносителя с температурой больше, чем температура почвы в верхнем слое, приводит к тому, что почва приобретает положительную температуру больше +6^oC. В этом случае корневая система растительного покрова спортивного газона выходит из состояния анабиоза, при этом стебли растений начинают вегетировать. Остывший раствор гликоля через компенсаторы 20 (21, 22) тепловых труб и на своих концах 18 и 19 подают теплоноситель в полости сборочных труб 8, установленных в траншеях по торцам 9 и 10 спортивного газона. При работающем насосе 48 в котельной установка цикл повторяется.

При снижении температуры теплоносителя, установленной термометром 83 на сборочном трубопроводе 8, ниже +6^oC, включают в работу второй теплообменник 33. Для этого оператор открывает задвижки 38, 58, 56 и 41. Процесс теплообмена, совершается вышеописанным способом.

При аварийной ситуации внешней тепловой системы 2 в первую очередь задвижки 35 и 43 на запорном трубопроводе 34 и сливном трубопроводе 42 переводят в положение "Закрыто". В работу вступает котел 65 с электроподогревом и третий теплообменник 64. Для работы автономного котла 65 оператор задвижки 73, 74, 79 и 60 с положения "Закрыто" переводит в положение "Открыто", тогда как задвижки 55, 56 и 60 из положения "Закрыто" - в положение "Открыто". Теплоноситель (чистая вода) из теплообменника 64 через задвижки 73 и 74 работающим насосом 71 подается в котел 65 и под рабочим давлением с температурой 40 - 70^oC по трубопроводу 72 направляется на вход теплообменника 64. Одновременно с этим из сборочного трубопровода 8, соединенного с концами 18 и 19 тепловых труб 4, раствор гликоля через задвижку 50 поступает во всасывающую полость насоса 48, а из напорной полости насоса - задвижку 51 и по напорному трубопроводу 54, минуя задвижки 79 и 78, установленные в положении "Открыто", в рабочую полость теплообменника 64 и на выходе из него - через задвижку 78 в распределительный трубопровод 7 для подачи теплоносителя с рабочей температурой в тепловые трубы 4. При снижении температуры воздуха ниже (-15) - (-20)^oC в работе участвуют основной котел 65 и резервный котел 66.

При проведении спортивных игр (серии матчей) для обогрева спортивного газона при интенсивной эксплуатации подогрев культурного слоя почвы осуществляется при трех работающих теплообменниках 32, 33 и 64.

При перерыве между спортивными соревнованиями (сериями матчей) более 14 дней, режим работы теплообменников 32, 33 и 64 устанавливают на "экономный". Температура теплоносителя (раствора, гликоля) на выходе из тепловых труб 4 не должна опускаться ниже +3^oC.

Управление обогревом спортивного газона оператор осуществляет как вручную, изменяя работу, согласуя с календарем проведения соревнований, так и автоматически при установке дополнительных датчиков и приборов.

Перепад температуры теплоносителя (водного раствора гликоля) приводит к линейному расширению или сжатию тепловых труб на длине спортивного газона (длина, каждой тепловой трубы 4 составляет 112 м. В этом случае в зависимости от точки защемления тепловой трубы 4, участки труб 4 либо удлиняются, либо укорачиваются. Разницу линейных удлинений тепловых труб 4 компенсируют либо уменьшением диаметра D компенсатора 20 на концах 18 или 19 труб 4 (фиг. 5), либо увеличением (уменьшением) длины криволинейных дуг 21 и 22 (фиг. 6). Постановка, компенсаторов 20, 21 и 22 на концах тепловых труб 4, а также последовательное соединение концов 18 и 19 параллельных смежных тепловых труб 4 с распределительными трубопроводами 8 и сборочными трубопроводами 7 обеспечивает увеличение их срока эксплуатации до 50 лет.

Описанный обогрев спортивного газона обеспечивает проведение спортивных состязаний любого гонга в течение всего календарного года.

Подземная система орошения с дренажной сетью 31 гарантируют сохранение растительного покрова в течение 8 - 10 лет.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий: средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в строительстве спортивных сооружений и газонов; для изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов; средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Использование: для обогрева поверхности спортивных объектов, а также в тепличном и оранжерейном хозяйствах. Устройство содержит первичную систему теплообмена, соединенную с центральным отоплением и посредством теплообменника с вторичной автономной замкнутой системой циркуляции теплоносителя. Вторичная система циркуляции теплоносителя состоит из параллельно установленных в культурном слое почвы под растительным покровом тепловых труб. Под тепловыми трубами размещены дренажные трубы. Концы тепловых труб соединены последовательным чередованием с патрубками на распределительном и сборочном трубопроводах на одном торце газона и с патрубками сборочного и распределительного трубопроводов на другом торце газона. Обогрев спортивного газона таким устройством обеспечивает проведение спортивных состязаний в течение всего календарного года. 7 ил.

\ \ \ 1 Устройство для обогрева спортивного газона, содержащее первичную систему теплообмена, соединенную с центральным отоплением городской сети и посредством теплообменника с вторичной автономной замкнутой системой циркуляции теплоносителя - воды или раствора воды с глюколем - в виде герметичных параллельно установленных тепловых труб из молекулярно структурированного полиэтилена, установленных с шагом в культурном слое почвы под растительным покровом спортивного газона и гидравлически соединенных водопроводными распределительным и сборочным трубопроводами из высококонденсированного полиэтилена с теплообменником посредством насоса термостата и устройством управления в ручном и автоматическом режимах, и наклонно размещенные под тепловыми трубами ниже культурного слоя почвы и газона дренажные трубы, отличающееся тем, что распределительный и сборочный водоподводящие трубопроводы подведены к середине длинной стороны спортивного газона и гидравлически соединены с дополнительными распределительными и сборочными трубопроводами, установленными конгруэнтно торцам газона, при этом концы тепловых труб соединены последовательным чередованием с патрубками на распределительном и сборочном трубопроводах на одном торце газона и с патрубками сборочного и распределительного трубопроводов на другом торце, а каждый конец тепловой трубы снабжен компенсатором, выполненным в виде вертикально установленного из части трубы кольца с внешним диаметром, соотносящимся к диаметру тепловой трубы как (15,0-20,0):1, или криволинейной дуги с соотношением к собственной хорде как (1,2-1,3):1.