ТЕПЛИЦА Российский патент 2005 года по МПК A01G9/24 A01G9/14 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к средствам выращивания растений в закрытом грунте.

Известны теплицы для приусадебных участков различных конструкций, состоящие из рамочных или дуговых каркасов с дверью и проемами, закрытыми различными светопрозрачными материалами. Боковые или верхние рамы в некоторых типах теплиц делаются подвижными для проветривания. Отдельные теплицы снабжаются полуавтоматическими устройствами проветривания, полива и обогрева. В таких теплицах можно выращивать только неприхотливые сельскохозяйственные культуры и цветы данной климатической зоны (например, средней полосы России), т.к. невозможно постоянно поддерживать необходимые климатические условия (различную температуру воздуха в дневное и ночное время, необходимую влажность воздуха и почвы, изменение полива в процессе роста растения от семян до урожая и т.д.) без присутствия человека, а человек часто бывает на своем приусадебном участке только в выходные дни.

(Теплицы, парники, укрытия для приусадебных участков. Ю.Н.Шувалов. Ростов-на Дону: издательство "Феникс", 1997)

Основным недостатком известных теплиц является необходимость постоянного присутствия человека для ее эксплуатации.

Наиболее близкой к заявленному изобретению является автоматизированная теплица, содержащая, по крайней мере, один тепличный блок, резервуар для отстоя воды с патрубком подключения к водопроводу посредством основного насоса, сообщенный с трубопроводом подачи воды, который связан с системой топлива, блок управления, первый, второй и третий выходы которого связаны с первым и вторым управляемыми вентилями, установленными соответственно на патрубке подключения к водопроводу, трубопроводу подачи воды и входом управления основного насоса. Автоматизированная теплица снабжена гидропонным многоярусным модулем, включающим насос подачи питательного раствора, сообщенный с резервуаром с питательным раствором и посредством соответствующего трубопровода, по крайней мере, с одной растильней, а также третьим управляемым вентилем и управляемым гидропереключателем, которые установлены на первом и втором отводах основного трубопровода, расположенными соответственно после основного насоса и перед вторым управляемым вентилем, при этом первый сообщен с резервуаром с питательным раствором, а второй - с одним из выходов гидропереключателя, другой выход которого сообщен с трубопроводом растилен, а выход - с выходом насоса подачи питательного раствора, причем четвертый и пятый выходы блока управления связаны с соответствующими входами управляемого гидропереключателя и насоса подачи питательного раствора, а резервуар с питательным раствором снабжен датчиками уровня, подключенными к соответствующим входам третьего управляемого вентиля.

(RU, 2122315, А 01 G 9/24, 1998)

Данная теплица позволяет в автоматическом режиме осуществлять только полив растений, причем только определенные виды растений.

Техническим результатом заявленного изобретения является создание теплицы для выращивания широкого диапазона выращиваемых растений любой климатической зоны с автоматической системой управления поливом, проветриванием теплицы и ее обогревом.

Для достижения указанного технического результата в теплице, содержащей, по крайней мере, один тепличный блок, снабженный автоматическим устройством полива, согласно изобретению в тепличном блоке дополнительно установлены автоматическое устройство проветривания теплицы и автоматическое устройство обогрева почвы, а также система автоматического управления указанными автоматическими устройствами, включающие, по крайней мере, по одному датчику температуры и влажности, выходы которых соединены через усилители-преобразователи с частью входов арифметическо-логического устройства (АЛУ), выполненного с функцией приема сигналов с датчиков, сравнения полученных данных с контрольными и выдачи управляющих сигналов на включение указанных устройств, другая часть входов АЛУ соединена с выходами сменного постоянного запоминающего устройства, на котором записана программа выбранной климатической зоны и программа выращивания выбранного растения этой климатической зоны, а третья часть входов соединена с выходами датчиков положения элементов указанных устройств, входы которых соединены через блок управления и усилители-преобразователи с выходами АЛУ и входами блока индикации и управления, на которые поступает электропитание низкого напряжения от стабилизатора напряжения, входы которого соединены с аккумуляторной батареей и зарядным устройством, на вход которого поступает электропитание высокого напряжения.

Кроме того, тепличный блок содержит металлический корпус арочного типа полукруглой формы с дверью и проемами, закрытый сплошным куском светопрозрачного материала с регулируемой прозрачностью, со сквозным продольным каналом, в котором размещено автоматическое устройство проветривания теплицы.

Кроме того, автоматическое устройство проветривания теплицы состоит из жесткой металлической рамы и двух установленных на ней прозрачных пластин с шаровым подъемником между ними и регулярными рядами совмещаемых круглых отверстий в обеих пластинах, через которые теплый воздух выходит в атмосферу, а атмосферный воздух поступает через открываемую синхронно отдушину при перемещении верхней пластины на шаг шарового подъемника, превышающий диаметр круглых отверстий с помощью двух электромагнитов, размещенных на неподвижной пластине в сквозном продольном канале теплицы.

Кроме того, автоматическое устройство полива выполнено в виде накопительного бака и распределителя одинаковой емкости с автоматическим регулируемым сливом воды в поливочные трубы, расположенные на грядках теплицы.

Кроме того, автоматическое устройство обогрева выполнено в виде токопроводящего нагревательного элемента в защитной оболочке, размещенного в фундаменте под слоем почвы теплицы.

Сущность изобретения поясняется на чертежах.

На фиг.1 изображена структурная схема системы автоматического управления теплицей;

на фиг.2 - конструкция тепличного блока;

на фиг.3 - устройство проветривания с разрезом Б-Б;

на фиг.4 - устройство полива;

на фиг.5 - устройство обогрева.

Теплица (фиг.1) содержит тепличный блок 1, снабженный автоматическим устройством 2 полива, автоматическим устройством 3 проветривания теплицы и автоматическим устройством 4 обогрева и систему автоматического управления указанными автоматическими устройствами. Система автоматического управления содержит датчик 5 температуры и датчик 6 влажности, выходы которых соединены через усилители-преобразователи 7 с частью входов АЛУ 8, выполненного с функцией приема сигналов с датчиков, сравнения полученных данных с контрольными и выдачи управляющих сигналов на включение указанных устройств. Другая часть входов АЛУ 8 соединена с выходами сменного постоянного запоминающего устройства 9, на котором записана программа выбранной климатической зоны и программа выращивания выбранного растения этой климатической зоны. Система автоматического управления снабжена датчиками 10 положения элементов указанных устройств. Выходы датчиков 10 положения соединены с частью входов АЛУ 8, выходы которого соединены с усилителем-преобразователем 11, часть входов которого соединена с блоком 12 индикации, а другая часть - с блоком 13 управления. Вся система автоматического управления имеет электропитание низкого напряжения. Система электропитания состоит из зарядного устройства 14, на вход которого поступает питание от обычной электросети с напряжением 220 В. Выход зарядного устройства 14 соединен со входом стабилизатора 15 напряжения, с выхода которого питание подается в систему автоматического управления. Для бесперебойной работы системы второй вход стабилизатора 15 напряжения соединен с аккумуляторной батареей 16.

Конструкция тепличного блока 1 (фиг.2) представляет собой металлический корпус 17 арочного типа полукруглой формы с дверью и проемами, закрытый сплошным куском 18 светопрозрачного материала с регулируемой прозрачностью. Корпус 17 имеет сквозной продольный канал 19, в котором размещено автоматическое устройство 3 проветривания теплицы.

В данном изобретении используется арочная конструкция, имеющая в проекции строгий полукруг. При такой форме тепличного блока 1 солнечные лучи всегда будут перпендикулярны ее поверхности в любой климатической зоне. В качестве светопрозрачного материала используются профилированные листы Лексан Термоклиар (сотовый поликарбонат) толщиной 6 мм с минимальным радиусом кривизны 1050 мм. Каркас тепличного блока 1 собирается из четырех вертикальных и шести дугообразных боковых стоек 20, соединенных верхними концами с жесткой продольной верхней рамой 21, а нижние закреплены в фундаменте 22. Каркас 17 накрывается одним куском 18 поликарбоната, который сам является элементом несущей конструкции, и закрепляется на дугообразных стойках 20 с помощью шурупов-саморезов. Дверь и торцевые проемы (на фигуре не показаны) также закрываются поликарбонатом. Такая конструкция теплицы 1 практически не мешает прохождению солнечных лучей и обеспечивает размещение в ней всех необходимых исполнительных механизмов системы управления.

Летом в жаркое время года для предотвращения перегрева и гибели растений применятся притенение и проветривание теплицы.

В данном изобретении на светопрозрачное покрытие теплицы с ее внутренней стороны наносится пленка материала, который меняет свою прозрачность в зависимости от активности солнечного излучения (регулируемая прозрачность). В пасмурную погоду пленка полностью прозрачна. По мере увеличения яркости солнечного излучения, пленка темнеет. При очень ярком солнце пленка способна задержать 15-20% солнечного излучения. Этого вполне достаточно для предотвращения перегрева растений.

Дальнейшую работу по охлаждению воздуха в парнике выполняет устройство 3 проветривания изображенное на фиг.3.

Автоматическое устройство 3 проветривания тепличного блока 1 состоит из жесткой металлической рамы 23 и двух установленных на ней прозрачных пластин 24 и 25 с шаровым подъемником 26 между ними и регулярными рядами совмещаемых круглых отверстий 27 в обеих пластинах, через которые теплый воздух выходит в атмосферу, а атмосферный воздух поступает через открываемую синхронно отдушину 28 (фиг.2). Перемещение верхней пластины 24 на шаг шарового подъемника 26, превышающий диаметр круглых отверстий 27, осуществляется с помощью двух электромагнитов 29, размещенных на нижней неподвижной пластине 25.

Автоматическое устройство 2 полива (фиг.1 и фиг.4) выполнено в виде накопительного бака 30 и распределителя 31, которые имеют одинаковые объемы. Автоматически регулируемый полив растений осуществляется через поливочные трубы 32, расположенные на грядках 33 тепличного блока 1. Накопительный бак 30 имеет патрубок 34 для подачи воды с входным клапаном, который закрывается с помощью рычага поплавка 35. Накопительный бак 30 также имеет устройство 36 контроля перелива воды и выходное отверстие 37, в котором установлен выходной клапан 38, жестко соединенный с электромагнитом 39. Распределитель 31 выполнен в виде горизонтальной трубы с вентиляционными отверстиями 40. Электромагнит 39 расположен в корпусе блока 13 управления, который с накопительным баком 30 представляет единую конструкцию.

Для поддержания необходимой температуры в тепличном блоке 1 используется устройство 4 обогрева, расположенное под слоем почвы (фиг.2), так как такой обогрев является наиболее оптимальным по энергетике.

В качестве нагревательного элемента использован нагревательный кабель 41 с второпластовой изоляцией (фиг.5), размещенный равномерно по площади тепличного блока 1 в фундаменте 22 (фиг.2) под слоем 33 почвы. Управление нагревом почвы осуществляет АЛУ 8 через блок 13 управления (фиг.1).

Далее описана работа отдельных устройств и теплицы в целом.

Автоматическая система управления (АСУ) работает следующим образом.

В исходном состоянии электропитание выключено, и в это время в теплице проводятся необходимые сельскохозяйственные работы (подготовка почвы, посадка растений, сбор урожая и т.п., профилактические и регламентные работы с системой управления). Перед включением питания в арифметико-логическое устройство 8 устанавливается сменное постоянное запоминающее устройство 9, на котором записана программа выбранной климатической зоны и программа выращивания выбранного растения этой климатической зоны. При включении на дисплее блока 12 индикации отражаются параметры выбранной климатической зоны (температура и влажность), дата, время, состояние электропитания и всех устройств, поддерживающих выбранный режим, а также другая полезная информация. Информация с датчиков 5 и 6 поступает через усилители-преобразователи 7 в АЛУ 8, которое сравнивает полученные данные с контрольными, полученными из ПЗУ 9, при их несовпадении АЛУ 8 включает необходимые в данный момент устройства. Например, при повышенной температура и повышенной влажности АЛУ 8 подает сигнал на электромагниты 29, которые перемещают верхнюю пластину 24 устройства 3 проветривания в положение, когда отверстия пластины 24 и пластины 25 совпадут. Одновременно в тепличном блоке 1 по сигналу с АЛУ 8 открывается отдушина 28. Циркуляция воздуха постепенно понизит температуру и влажность. Как только параметры влажности и температуры достигнут заданных величин, с АЛУ 8 поступит сигнал в устройство 3 проветривания и отдушину 28, закрывающий их.

При пониженной влажности воздуха АЛУ 8 включит кратковременный полив и одновременно подогрев почвы до получения необходимой влажности воздуха. При сухой почве АЛУ 8 включит в установленное программой время устройство 2 полива с необходимым расходом воды на 1 кв. метр для данного растения и т.п.

Особое значение при работе всей теплицы для приусадебных участков имеет электропитание, т.к. многие владельцы участков приезжают только по выходным дням. В будние дни общее электропитание 220 В обычно выключается. Поэтому схема электропитания теплицы построена таким образом, что в будние дни она работает от аккумуляторной батареи 16, а в выходные, когда включается основное электропитание 220 В, от зарядного устройства 14, и в это время проводится и подзарядка аккумуляторной батареи 16.

Далее более подробно описана работа каждого автоматического устройства.

Устройство 3 проветривания работает следующим образом. В исходном состоянии ряды отверстий 27 подвижной и неподвижной пластин 24 и 25 совмещены, пластины 24, 25 плотно прилегают друг к другу и воздух из тепличного блока 1 через сквозной продольный канал из теплицы поступает в атмосферу. При понижении температуры до нужного уровня, которая контролируется датчиком температуры 5 автоматической системы управления, управляющий сигнал с АЛУ 8 поступает на электромагниты 29, которые работают в противофазе (правый - тянет, левый - толкает). Подвижная пластина 24 начинает перемещаться (фиг.3), шарики подъемника 26 катятся по образующей поверхности первых конусных углублений и заставляют подвижную верхнюю пластину 24 приподняться. Далее пластина 24 движется, не соприкасаясь с нижней неподвижной пластиной 25. Тем самым исключается возможность зацепление краев отверстий 27 верхней и нижней пластин 24 и 25. По окончании шага перемещения ряды отверстий 27 верхней пластины 24 располагаются в промежутках между рядами нижних отверстий 27, шарики попадают во вторые конусные углубления верхней пластины 24, и верхняя пластина 24 под собственным весом опускается, плотно прижимаясь к нижней пластине 25. Выход теплого воздуха из тепличного блока 1 в атмосферу перекрыт. Для возвращения устройства 3 проветривания в исходное состояние по команде АЛУ 8 электромагниты 29 включаются в другом порядке (правый - толкает, левый - тянет).

Отверстия 27 в пластинах 24 и 25 выбраны круглыми для уменьшения площади возможного соприкосновения краев отверстий подвижной и неподвижной пластин при любом варианте деформации плоскости пластин.

Для притока атмосферного воздуха в тепличный блок 1 (создание тяги) на торцевой стенке тепличного блока 1 в технологическом проходе установлена отдушина 28 (фиг.2), открываемая по команде АЛУ 8 синхронно с устройством 3 проветривания.

Рассмотрим работу устройства 2 полива более подробно (фиг.4).

Накопительный бак 30 и распределитель 31, выполненный в виде горизонтальной трубы с вентиляционными отверстиями 40 и штуцерами для присоединения поливочных труб 32, имеют одинаковый объем, равный максимальному расходу воды на один полив.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии металлический накопительный бак 30 заполнен водопроводной водой. Входной клапан 34 закрыт рычагом поплавка 35, выходной клапан 38 закрыт, распределитель 31 и поливочные трубы 32 пусты. По сигналу АЛУ 8 электромагнит 39 открывает выходной клапан 38, и вода из накопительного бака 30 поступает в распределитель 31 и далее в поливочные трубы 32, из которых через отверстия небольшого диаметра выходят на грядки. Распределитель 31 заполняется водой значительно быстрее, чем поливочные трубы 32, так как имеет вентиляционные отверстия 40 большого диаметра. Это обеспечивает равномерное заполнение поливочных труб 32 водой и тем самым равномерный полив. Регулировка полива обеспечивается временем включения электромагнита 39. При объеме в 180 л накопительного бака 30 и диаметре выходного отверстия 37, равном 60 мм, за 30 секунд в распределитель 31 поступит 60 литров воды, за 60 секунд - 120 литров, за 90 секунд - 180 литров. Опустевший накопительный бак 30 через патрубок 34 медленно заполняется водой, которая нагревается теплым воздухом тепличного блока 1. Устройство 2 полива снова готово к работе.

Предлагаемая теплица имеет низкую себестоимость, а трудоемкость изготовления и сборки каркаса данной теплицы на порядок меньше известной.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к средствам выращивания растений в закрытом грунте. Теплица содержит, по меньшей мере, один тепличный блок, снабженный устройством полива. В блоке дополнительно установлены устройство проветривания теплицы и устройство обогрева почвы. Система автоматического управления указанными устройствами включает, по меньшей мере, по одному датчику температуры и влажности, выходы которых соединены через усилители-преобразователи с частью входов арифметическо-логического устройства, выполненного с функцией приема сигналов с датчиков, сравнения полученных данных с контрольными и выдачи управляющих сигналов на включение указанных устройств. Другая часть входов арифметическо-логического устройства соединена с выходами сменного постоянного запоминающего устройства, на котором записана программа выбранной климатической зоны и программа выращивания выбранного растения этой климатической зоны. Третья часть входов соединена с выходами датчиков положения элементов указанных устройств, входы которых соединены через блок управления и усилители-преобразователи с выходами арифметическо-логического устройства и входами блока индикации. Питание автоматизированной системы управления осуществляется напряжением в 12 В. Такое выполнение обеспечивает создание теплицы для выращивания широкого диапазона выращиваемых растений любой климатической зоны с автоматической системой управления поливом, проветриванием, обогревом. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Теплица, содержащая, по меньшей мере, один тепличный блок, снабженный устройством полива, отличающаяся тем, что в тепличном блоке дополнительно установлены устройство проветривания теплицы и устройство обогрева почвы, а также автоматическая система управления указанными устройствами, включающая, по меньшей мере, по одному датчику температуры и влажности, выходы которых соединены через усилители-преобразователи с частью входов арифметическо-логического устройства, выполненного с функцией приема сигналов с датчиков сравнения полученных данных с контрольными и выдачи управляющих сигналов на включение указанных устройств, другая часть входов арифметическо-логического устройства соединена с выходами сменного постоянного запоминающего устройства, на котором записана программа выбранной климатической зоны и программа выращивания выбранного растения этой климатической зоны, а третья часть входов соединена с выходами датчиков положения элементов указанных устройств, входы которых соединены через блок управления и усилители-преобразователи с выходами арифметическо-логического устройства и входами блока индикации.2. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что тепличный блок выполнен в виде металлического корпуса арочного типа полукруглой формы с дверью и проемами, закрытого сплошным куском светопрозрачного материала с регулируемой прозрачностью, со сквозным продольным каналом, в котором размещено устройство проветривания теплицы.3. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что устройство проветривания состоит из жесткой металлической рамы и двух установленных на ней прозрачных пластин с шаровым подъемником между ними и регулярными рядами совмещаемых круглых отверстий в обеих пластинах, при этом оно снабжено электромагнитами для продольного перемещения одной пластины относительно другой.4. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что автоматическое устройство полива выполнено в виде накопительного бака и распределителя одинаковой емкости с автоматически регулируемым сливом воды в поливочные трубы, расположенные на грядках в тепличном блоке.5. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что устройство обогрева выполнено в виде токопроводящего нагревательного элемента в защитной оболочке, размещенного в фундаменте тепличного блока под слоем почвы грядок.