СПОСОБ АДАПТАЦИИ ТЕПЛИЦ Российский патент 2011 года по МПК A01G9/14 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам обеспечения адаптации культивационных сооружений защищенного грунта, далее теплиц, к климатическим воздействиям и нагрузкам.

Известен способ адаптации блочных теплиц, разработанных для приморских районов, к условиям использования в континентальном климате.

Способ предусматривает избавление от затенения накопившегося слоя снега на светопрозрачных ограждающих конструкций теплиц путем его оттаяния и отвода талой воды. При этом интенсивность таяния должна позволять накопление снега массой не более 10÷15 кг/м², поскольку на восприятие большей (до 150 кг/м) и вероятной на континенте массы снега несущие конструкции теплиц не рассчитывают.

В этом случае для снижения снеговой нагрузки с ограждения теплиц предусматривается интенсификация отопительного процесса, поскольку разница расчетных наружной и внутренней температур на континенте зачастую выше приморской вдвое, особенно в ясные зимние ночи.

Защиту растений от солнечных перегревов в ясные дни в зимне-весенне-летних сезонах принято осуществлять забеливанием светопрозрачных ограждающих конструкций снаружи мелом (Типовой проект блочной стеклянной теплицы ТП 810-73. Блок зимних почвенных теплиц пл. 6 га с пролетом звена 6,4 м с конструкциями из специальных облегченных профилей), аналог.

Недостатками такого способа адаптации являются повышенные тепло-потери:

- на оттайку снега, количество которого на континентальной части суши выпадает больше;

- на поддержание ночного микроклимата в теплице при расчетной разнице температур (наружной и внутренней), как правило, вдвое большей, чем в приморье. Кроме того, размещенные под стеклом стальные или алюминиевые несущие конструкции затрудняют и устройство, и эксплуатацию систем экранирования, особенно теплоизолирующего.

Известен способ адаптации к континентальному климату ангарных арочных теплиц, например, с деревянными несущими конструкциями и двойными полимерными пленочными ограждающими конструкциями финского производства. В этом решении предусмотрен зазор между отдельными ангарами для концентрации снежных масс, сползающих с покатых стен арок в процессе снеготаяния. Недостатком арочных ангарных теплиц остается необходимость снеготаяния на покрытии (Ленинградская обл. поселок Колтуши, фирма «Лето»), аналог.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ адаптации (неотапливаемой) весенней ангарной теплицы с металлическим каркасом, которым предусмотрена возможность сплошного открывания (устранения) пленочных ограждающих конструкций. Такое открывание фактически устраняет полностью сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции на всей площади теплицы в любой период года, включая зиму. Сплошное открывание предназначено для выравнивания параметров внутреннего микроклимата теплицы с параметрами наружного климата местности весной и летом. На зимний период, когда технологические процессы по выращиванию рассады в теплице прекращены, во избежание потери прочности каркаса под воздействием полной массы снега полимерные пленочные ограждающие конструкции трансформируют в рулоны (типовой проект ТП 810-1-21. Блок почвенных рассадно-овощных теплиц пролетом 9 м пл. 1 га), - прототип

Недостатком прототипа является распространение процесса отложения снега зимой не только в резервном межтепличном пространстве, но и на площади, занимаемой культивируемыми весной растениями внутри теплицы. Процесс охвата межтепличного пространства ограждающей конструкцией на весенний, летний и осенний сезоны прототипом не предусмотрен. Более того, межтепличное пространство, как и смежные ангарные теплицы отоплением не обеспечиваются.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи адаптации культивационных сооружений к климатическим воздействиям и нагрузкам, среди которых следующие факторы:

- снеговая нагрузка;

- сезонность тепловой нагрузки;

- зимние тепловые потери;

- весенне-летние перегревы;

- световое наполнение объема.

При этом обеспечивается достижение технического результата, состоящего в опережении созревания плодов, снижении потребности в тепле, повышении равномерности загрузки источника тепла, защите от весенне-летних перегревов объема теплицы, снижении снеговой нагрузки.

Указанный технический результат достигается размещением культивационной технологии в реверсивно межсезонно трансформируемом культивационном сооружении. Трансформация блочной теплицы в ангарную на зимний период позволяет создать технические предпосылки для переадресования места отложения снега от светопрозрачных ограждающих конструкций ангарной части теплицы путем перенаправления траектории его движения в падении в сторону места складирования в межангарном пространстве с обеспечением самоочищения воспринимающих снег поверхностей.

Зимой в отсутствии снега возникают условия для размещения на наружной поверхности ограждающих конструкций теплицы конструктивных элементов, позволяющих обеспечить решение следующих технических задач:

- устройство на период ночи трансформируемого светонепрозрачного теплоизоляционного слоя позволяет снизить зимние тепловые потери через светопрозрачные ограждающие конструкции, а днем обеспечит беспрепятственный доступ солнечного света к растениям при полном удалении теплоизоляции;

- при частичном удалении непрозрачной теплоизоляции становится возможным решить техническую задачу по защите объема теплицы от весенних и летних перегревов притенением полупрозрачной теплоизоляцией светопрозрачного ограждения. Более глубокое снятие тепла возможно устройством экранирования наружной поверхности трансформируемым пленочным жалюзийным экраном;

- частичное смещение светопрозрачного ограждения в коньке и в межтепличном промежутке создаст щели и обеспечит естественное вентилирование объема культивационного сооружения.

Кроме того, при трансформации каркаса теплицы в зимнее состояние возникает увеличение периметра внешнего контура поперечного сечения сооружения с образованием промежутка не защищаемого зимой открытого грунта. В этом промежутке скапливают снег, скатывающийся с наклонной поверхности ангарного объема. После весенней обратной трансформации внешнего контура теплицы этот промежуток открытого зимой грунта вновь оказывается защищенным внешним контуром ограждающих конструкций теплицы. При предзимней трансформации теплицы защищаемый обогревом объем теплицы сокращают, а при весенней трансформации увеличивают. С учетом снижения весенней разницы температур между наружным и внутренним воздухом теплицы трансформацией контура достигается тепловое решение технической задачи догрузки источника теплоты расходом на оттаивание грунта теплицы и увеличение площади защищенного сооружением грунта.

Кроме того, при трансформации каркаса теплицы в зимнее состояние возникает увеличение периметра внешнего контура поперечного сечения сооружения с образованием промежутка не защищаемого зимой открытого грунта. После весенней обратной трансформации внешнего контура теплицы этот промежуток открытого зимой грунта между ангарными новообразованиями вновь оказывается защищенным внешним контуром ограждающих конструкций теплицы.

При предзимней трансформации теплицы защищаемый обогревом объем теплицы сокращают образованием отдельных ангаров.

При весенней трансформации защищаемый обогревом объем теплицы увеличивают путем включения в отапливаемый контур межангарного пространства, ранее занятого снегом.

С учетом снижения весной разницы между наружной и внутренней температурами воздуха весенняя загрузка источника тепла на обогреве ангарной части теплиц падает, что неэкономично. Поэтому распространение отапливаемого контура на межангарный промежуточный объем восстанавливает загрузку весной источника теплоты.

Обогреваемая часть грунта теплицы так же существенно возрастает.

Сущность способа заключается в обеспечении возможности освобождением внешней поверхности от снега первичной осенней трансформацией регулировать микроклимат в теплице вторичной трансформацией внешних ограждающих конструкций.

В качестве примера осуществления способа на фиг.1 изображена схема трансформируемого каркаса культивационного сооружения 1, развернутого в положение блочной теплицы в контуре ABCDEFS с максимальной площадью защищенного грунта на период весны, лета, осени. Трансформацию каркаса выполнили из положения AB'C'D'V (фиг.2) в положение ABCDV (фиг.1) механическим сокращением длины нижнего пояса фермы 2.

В теплый сезон, включая весну, лето и осень, атмосферные осадки выпадают в виде дождя, поэтому на скатных поверхностях не задерживаются, и серьезными нагрузками на каркас теплицы и помехами освещенности не являются.

В теплом контуре ABCDEFS заключен максимальный объем теплицы. Смежные контуры ABCDEFUQR могут быть расчленены на отдельные контуры.

На правой стороне фиг.1 изображены направления поворота отдельных конструктивных элементов каркаса теплицы при осенней его трансформации в ряд ангарных отдельно стоящих теплиц, изображенных на фиг.2.

Первый ангар образован контуром AB'C'D'V. Второй ангар образован контуром SF'U'Q'P. Линия VS образует межтепличное пространство для накопления снега зимой, скатывающегося с ограждающих конструкций поверхностей C'D'V и SF'U'.

В положении ангарных теплиц ограждающие конструкции, выполненные из рулонных материалов, замыкают отдельные теплые контуры AB'C'D'V и SF'U'Q'P. Фиг.4. Названные контуры ограждают защищенный грунт между линиями А и V, а так же между линиями S и Р.

Сумма площадей защищенного отдельными ангарными теплицами грунта меньше, чем площадь защищенного блочной теплицей грунта между линиями АР. Таким образом к зиме отапливаемый контур теплиц и площадь защищенного грунта, адаптируя (приспосабливая) теплицу к повышенным теплопотерям, снижают. Наоборот с наступлением весны деформацией каркасов ангарных теплиц производят объединение ограждающих конструкций теплиц в единую блочную теплицу с увеличением площади защищенного грунта. Фиг.3

Ограждающие конструкции такой теплицы многослойны. Часть из них светопрозрачная, часть теплоизоляционная непрозрачная, часть многослойная - экранирующая. Если свернуть в рулон каждый из слоев, то температурные и радиационные режимы внутренней среды теплицы и внешней среды уравняются, например, летом. Если развернуть все слои, то ограждающая конструкция окажется непрозрачной для радиационного воздействия и теплоизоляционной. Такое качество необходимо каждую ночь, так как наиболее холодный период совпадает, как правило, с ясной ночью. С другой стороны без досветки изнутри фотосинтез ночью не возможен. Одним из предельных режимов является предвесенний и весенний перегревы теплицы прямыми солнечными лучами. При этом температура наружного воздуха зачастую еще отрицательна.

Для предотвращения перегревов может быть применен рулонный внешний экран, который предотвратит вход прямого лучистого тепла в теплицу и тем самым предотвратит перегрев внутри теплицы.

Возможны и другие комбинации использования сочетаний действия трансформируемых слоев внешних ограждающих конструкций теплиц для парирования различных сочетаний климатических воздействий.

Возможность избавления от накоплений снега на покрытии теплицы естественным путем позволила безопасное устройство и работоспособность размещения трансформируемой ограждающей конструкции на внешней стороне каркаса. Послойная автономизация привода отдельных трансформируемых слоев ограждающей конструкции обеспечивает теплоизоляцию теплицы на ночь и защиту теплицы от перегрева днем. Это полностью обеспечивает режим «день-ночь» и соответствует сущности изобретения.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Способ включает процессы удаления снега с внешней поверхности теплицы, создание резервов объема и площади земли для удаляемого снега, пропускание радиации неба, изменение теплопередачи ограждающих конструкций и изменение площади защищенного грунта. При этом процессы адаптации каркаса связывают по срокам с переходом от дождевых теплых весеннего, летнего, осеннего сезонов к снежному зимнему сезону. Процессы адаптации ограждающих конструкций связывают с суточными изменениями климатических параметров в режиме «день-ночь», солнечной радиации и радиации ночного неба. Причем процессы удаления снега, резервирования объема и площади для удаляемого снега обеспечивают осенней трансформацией конфигурации внешних очертаний блочной теплицы в конфигурацию соответствующего числа ангарных теплиц с наклоном ограждающих конструкций к горизонту, исключающим отложение снега. Прерывание влияния ночной радиации неба и регулирования пропускания солнечной радиации обеспечивают реверсивным вводом/выводом дополнительных внешних слоев теплоизоляции и внешних экранирующих слоев в ограждающие конструкции теплицы. А увеличение площади защищенного грунта осуществляют весенней трансформацией в конфигурацию весенне-летней-осенней блочной теплицы путем весеннего охвата покрытием межтепличного резерва объема и площади, предназначавшихся для зимнего складирования снега. Изобретение позволяет ускорить созревание плодов, снизить потребность в тепле и нагрузку снегом, повысить равномерность загрузки источника тепла, защитить объем теплицы от весенне-летних перегревов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ сезонной адаптации теплиц к климатическим нагрузкам и воздействиям, включающий процессы удаления снега с внешней поверхности теплицы, создание резервов объема и площади земли для удаляемого снега, пропускания радиации неба, изменения теплопередачи ограждающих конструкций, изменения площади защищенного грунта, отличающийся тем, что процессы адаптации каркаса связывают по срокам с переходом от дождевых теплых весеннего, летнего, осеннего сезонов к снежному зимнему сезону, а процессы адаптации ограждающих конструкций связывают с суточными изменениями климатических параметров в режиме «день-ночь», солнечной радиации и радиации ночного неба, причем процессы удаления снега, резервирования объема и площади для удаляемого снега обеспечивают осенней трансформацией конфигурации внешних очертаний блочной теплицы в конфигурацию соответствующего числа ангарных теплиц с наклоном ограждающих конструкций к горизонту, исключающим отложение снега, прерывание влияния ночной радиации неба и регулирования пропускания солнечной радиации обеспечивают реверсивным вводом/выводом дополнительных внешних слоев теплоизоляции и внешних экранирующих слоев в ограждающие конструкции теплицы, а приращение площади защищенного грунта осуществляют весенней трансформацией в конфигурацию весенне-летней-осенней блочной теплицы путем весеннего охвата покрытием межтепличного резерва объема и площади, предназначавшихся для зимнего складирования снега.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что трансформацией слоев многослойной ограждающей конструкции теплицы управляют автономно для каждого слоя.