ФАБРИКА-ТЕПЛИЦА ДЛЯ ИНТЕНСИВНОГО РАСТЕНИЕВОДСТВА (УСТРОЙСТВО И СПОСОБ) Российский патент 2013 года по МПК A01G9/14 E04H5/08 

Изобретение относится к области сельскохозяйственного производства, а именно к энергосберегающим теплицам при интенсивных способах выращивания растений. Предложенное изобретение может быть использовано в промышленном производстве растительной продукции, а также в научно-исследовательских проектах и, в частности, для выведения новых сортов и разновидностей хорошо зарекомендовавших себя растений из народной практики крестьянских хозяйств.

Известны технические решения, направленные на снижение энергозатрат при тепличном выращивании растений с помощью средств и механизмов для более эффективного использования солнечного света (например, см. Андреев П.А. и др. Энергосберегающая теплица. Бюллетень изобретений (заявки и патенты) 1998. - N12).

Недостатком этой теплицы является наличие сложной автоматической системы слежения за положением солнца, включающей датчики, исполнительные элементы, систему электроснабжения. Это снижает надежность системы, повышает ее стоимость, увеличивает расходы на эксплуатацию.

Другим решением является изобретение по патенту RU 2165690 (13) C2 (Марьяхин Ф.Г. и др.), в котором предусмотрены в кровле и на боковых стенах поворотные пластины, выполненные из прозрачного материала, пропускающего ультрафиолетовое излучение и стойкого к воздействиям атмосферных осадков, причем в верхней части теплицы непосредственно под поворотными пластинами кровли в крайних ее частях установлены барабаны с приводным механизмом и намотанными на них светонепроницаемым и светоотражающим пленочным элементом и возможностью перемотки его с одного барабана на другой.

Недостатком этой теплицы является негерметичность основного полотна светопрозрачного покрытия (крыши и боковых поверхностей), что создает во внутреннем объеме теплицы малоуправляемые или неуправляемые потоки воздуха, мешающие организации высокоинтенсивной системы растениеводства и вносящие нежелательные последствия, особенно в период опыления растений. Кроме того, в теплицу могут попадать дождевые потоки во время ливня, а в хорошую погоду теплица становится открытой для насекомых-вредителей.

Целью (и задачей) настоящего изобретения является создание конструкции фабрики-теплицы и условий (способов) для интенсивного культивирования растений стародавних сортов в пределах их физиологических возможностей с использованием всех преимуществ природного генотипа. Важной целью изобретения является также отказ от гибридных и генномодифицированных сортов и получение полезной для здоровья людей естественной пищи, которой население обеспечивало себя при использовании стародавних сортов растений.

Вышеуказанный технический результат достигается семью разными, но совместно работающими факторами:

1 - рациональная конструкция теплицы, позволяющая максимально использовать солнечную инсоляцию с рациональным способом отражения и концентрации солнечного света в объеме теплицы,

2 - рациональный тип вентиляции помещения теплиц по схеме снизу-вверх, предотвращающий попадание в теплицу насекомых-вредителей и не приносящий вреда растениям в период опыления, а также обеспечивающий полноценный обдув приточным воздухом каждой культивационной трубы с ее растениями и доставку растениям углекислоты приточного воздуха,

3 - регулируемое движение воздуха с возможностью использования водяного тумана и/или аэрозоля в верхней части теплицы в качестве цветовой линзы для усиления воздействия на растения определенной частью спектра солнечного и/или искусственного света,

4 - использование воды, водяных капель, водяного аэрозоля и естественного водяного пара для целей орошения светопрозрачого покрытия теплицы и поглощения длинноволновой инфракрасной части спектра солнечного света,

5 - использование воды, водяных капель, водяного аэрозоля и естественного водяного пара для целей цветовой нагрузки на растения (спектральной фильтрации света), создаваемой как естественным солнечным освещением, так и искусственным освещением с помощью прожекторов и отражателей света,

6 - применение прожекторов со сменной цветовой оптикой совместно с отражателями света, для сокращения количества светильников в теплице, повышения эффективности освещения и значительной экономии электроэнергии,

7 - использование гофрированных труб (например, типа прагма или корсис) в качестве культивационных колонн.

Сущность изобретения поясняется фигурами 1, 2, 3, 4 и 5, на которых изображены детали конструкции фабрики-теплицы с опорной конструкцией и культивационными колоннами (фиг.1), схема траншеи (фиг.2) с коммуникациями, схема траншеи на месте установки опорной тумбы (фиг.3) под культивационную колонну с подсоединением к ней коммуникаций, схема вентиляции (фиг.4) с ее инженерным решением, схема орошения светопрозрачного покрытия теплицы (фиг.5) с поглощением части спектра солнечного излучения и последующим созданием водяного аэрозоля внутри теплицы по одному из вариантов инженерного решения.

Фабрика-теплица для интенсивного растениеводства (фиг.1) состоит из фундамента (пола) 1 с проложенными в нем закрываемыми решетками траншеями 2, малой (южной) стены 3 с оконными проемами и большой северной стены 4 тоже с оконными проемами, высотой, примерно, вдвое большей южной стены.

Внутри теплицы выполнена опорная металлическая конструкция 5 с горизонтальными фермами 6 для крепления культивационных колонн 7 и размещения системы для создания мелкого водяного аэрозоля. На опорной конструкции смонтировано светопрозрачное покрытие 8. Для создания вертикального движения воздуха из теплицы наружу выполнен дефлектор 9. Светопрозрачное покрытие сформировано герметичным по всей поверхности с целью предотвращения попадания насекомых, дождевой воды и пыли внутрь теплицы.

Для концентрации и отражения солнечного и искусственного света в теплице смонтировано светоотражающее устройство 10, допускающее различные положения относительно падающего на него естественного и/или искусственного света. Помимо подвижного отражателя в теплице выполнены неподвижные отражатели 11, расположенные на участках опорной металлической конструкции. Для досветки растений и цветовой нагрузки на них (то есть выделения и/или усиления определенного участка солнечного спектра и/или искусственного освещения) в теплице установлена линия прожекторов 12 с цветовой оптикой.

Траншея (фиг.2) в полу теплицы (в фундаменте или в "подушке") выполнена с возможностью совмещения разных функций. В дне траншеи сформирован лоток 13 для стока технических вод, а по стенкам траншеи выполнены магистраль 14 для подачи питательного раствора в культивационные трубы, локальный вентиляционный воздуховод 15 и коллектор 16 для сбора вытекающего из культивационных труб питательного раствора. В верхней части траншеи установлен желоб, имеющий перфорированные участки 17 и неперфорированные, глухие участки 18, защищающие трубопроводы и воздуховоды от попадания на них грязных технических вод. Поверх желоба установлена защитная крышка 19 с перфорациями для выхода воздуха и паров воды.

На месте установки культивационной трубы, на траншее расположена опорная тумба 20 (фиг.3) с углублением 21 для размещения культивационной трубы, покоящейся на кольцах 22 из эластичного материала. В тумбе выполнены патрубки 23 и 24 для подсоединения к магистрали питательной среды и контроля давления в ней, а также патрубок 25 для соединения с коллектором сбора питательного раствора. Внизу под траншеей выполнен канализационный сток 26.

Система вентиляции (фиг.4) выполнена по схеме движения воздуха снизу вверх, причем приточных отверстий, расположенных в решетках (крышках) траншей в полу теплицы, очень много, а выходное отверстие одно или их небольшое количество. Это создает эффект сильного воздушного потока выходящего воздуха в дефлекторе, препятствующего попаданию в теплицу насекомых-вредителей. Воздушные потоки, выходящие из соседних траншей, создают легкие вихри, которые слегка закручивают воздух вокруг распыляющих воду и/или питательный раствор форсунок 27 и способствуют образованию аэрозольных линз для более эффективной работы с цветом (то есть со спектром естественного и/или искусственного освещения).

Инженерное решение системы вентиляции выполнено с использованием воздухозаборного устройства 28, фильтра 29, компрессора 30 и магистрального воздуховода 31, от которого отходят локальные воздуховоды, размещенные в траншеях на полу теплицы (в фундаменте или "подушке" под теплицей).

Система орошения светопрозрачного покрытия с целью снижения напряженности длинноволновой солнечной радиации (фиг.5) выполнена на базе насосной системы 32 (с емкостью и фильтром), подающей очищенную воду в магистраль 33 с мелкими отверстиями для равномерного орошения (полива воды) на верхнюю часть светопрозрачного покрытия теплицы, и сборника 34, выполняющего роль направляющего устройства для стекающей воды в емкость насоса 35 (с фильтром и стерилизующим устройством), подающего очищенную и стерилизованную воду в магистраль 36 с последующим выбросом через форсунки для распыления в помещении фабрики-теплицы.

Магистраль подачи питательного раствора в культивационные колоны сформирована на базе такой же насосной системы (как 32), но большей мощности с емкостями, фильтрами и стерилизующими устройствами (не показана). Растворный узел для приготовления маточных и рабочих растворов не показан.

Вход в теплицу, в целях предотвращения попадания внутрь вредных насекомых и резких изменений скорости движения воздуха внутри теплицы, осуществляется через простое шлюзовое помещение с двумя дверьми, разнесенными на расстояние 5-6 метров и двойными внутренними шторами (не показано). А для целей опыления растений используют внутренние (помещенные внутрь теплицы) колонии полезных насекомых, например шмелей, пчел и др.

То есть в кратком выражении, в аспекте устройства, мы имеем следующее фабрика-теплица для интенсивного растениеводства, характеризующаяся тем, что имеет фундамент, капитальную южную и северную стены, дефлектор в верхней части теплицы для создания вертикального движения воздуха из теплицы наружу, внутреннюю опорную конструкцию с горизонтальными фермами для крепления вертикальных культивационных колонн в виде гофрированных пластиковых труб и размещения системы для создания водяного аэрозоля, светопрозрачное герметичное покрытие, смонтированное на опорной конструкции, траншеи с перфорированными крышками в полу теплицы для прокладки воздуховодов, коллекторов сбора питательного раствора и магистралей подачи питательного раствора в культивационные колонны, систему вентиляции с забором и очисткой воздуха для подачи его в теплицу посредством воздуховодов через отверстия в крышках траншей пола, отражатель солнечного и искусственного света, прожектора с цветовой оптикой, растворный узел, а также систему орошения светопрозрачного покрытия в виде насосной системы, магистрали с отверстиями для наружного орошения покрытия, сборника стекающей с покрытия воды для последующего ее распыления после очистки и стерилизации внутри теплицы посредством форсунок для получения аэрозоля воды и водяных паров.

С точки зрения способа, мы имеем, в кратком выражении:

способ организации производства при интенсивном растениеводстве, характеризующийся тем, что включает подачу в теплицу очищенного воздуха через отверстия в полу теплицы для формирования вентиляции по схеме снизу-вверх и выход воздуха через одно или несколько отверстий вверху теплицы для предотвращения попадания внутрь помещения насекомых-вредителей, создание в верхней части теплицы устойчивого водяного аэрозоля, подсветку водяного аэрозоля прожекторами с цветовой оптикой, отражение и концентрацию солнечного и искусственного освещения, наружное орошение светопрозрачного покрытия водой и сбор этой воды для последующего распыления после очистки и стерилизации внутри теплицы, культивирование растений на вертикально расположенных колоннах.

Работает фабрика-теплица следующим образом. После проверки и отладки всех систем, культивационные колонны 7 (фиг.1) заполняют растениями (высаживают рассаду в стенки колонн) и организуют проток рабочего питательного раствора через колонны с помощью насосной системы, магистрали 14 (фиг.3) питательного раствора и патрубок 23. Затем (если это необходимо) запускают систему промывки и охлаждения светопрозрачного покрытия теплицы, подавая насосом 32 очищенную воду в магистраль 33 для равномерного полива светопрозрачного покрытия 8 и сбора воды сборником 34 с последующим стоком воды в емкость насосной системы 35 (с фильтром и стерилизатором), подающей очищенную и обезвреженную воду в магистраль 36 для распыления форсунками 27. Стекающая по светопрозрачному покрытию вода и некоторое количество ее паров в данном случае выполняют роль водяного фильтра, поглощающего вредную для растений длинноволновую инфракрасную область спектра. Помимо этого, стекающая по крыше вода нагревается и может использоваться для распыления в теплице без дополнительного подогрева. А внутри теплицы, в ее верхней части, форсунками 27 создают мелкий водяной аэрозоль.

Далее запускают систему вентиляции (фиг.4) внутреннего объема фабрики-теплицы, состоящую из воздухозаборника 28, фильтра 29, компрессора 30, магистрального воздуховода 31 и локальных воздуховодов 15 (фиг.2). Добиваются такого потока воздуха снизу вверх, который поддерживает медленный подъем водяного аэрозоля в теплице и удаление его через верхнее вентиляционное отверстие - дефлектор 9.

Выделение определенной части спектра солнечного света производят следующим образом. На устойчивый аэрозоль водяных капелек и паров, исходящих из форсунок 27 (фиг.4), направляют свет прожекторов 12 (фиг.1 и 4) заданного цвета, например, красного. Общая масса водяных капелек в теплице, подсвеченная нужным цветом, начинает работать как большой светофильтр, пропускающий только определенную часть спектра солнечного излучения. Свет прожекторов 12, совместно с отражателями 10 и 11 (фиг.1), усиливает общую освещенность растений, что ускоряет их развитие и созревание, а также способствует экономии электроэнергии, принося ощутимый экономический эффект.

Вытекающую из культивационных колонн 7 (фиг.1) питательную среду собирают через патрубок 25 (фиг.3) в коллектор 16 сбора питательного раствора.

Урожай собирают круглый год по мере созревания плодов растений. Для целей опыления растений используют внутренние (помещенные внутрь теплицы) колонии полезных насекомых, например, шмелей, пчел и др.

Литературные источники

1. Андреев П.А. и др. Энергосберегающая теплица. Бюллетень изобретений (заявки и патенты) 1998. - №12).

2. Марьяхин Ф.Г. и др. RU 2165690 (13) C2, A01G 9/14, A01G 9/22, E04H 5/08. Дата публикации: 27.04.2001.

3. Антуфьев И.А. RU 2248120. Устройство для выращивания растений (17 июня 2002 г.).

4. Антуфьев И.А. RU 2414121. Установка для культивирования растений в офисе (21 октября 2008 г.).

Фабрика-теплица имеет фундамент, капитальные южную и северную стены, дефлектор в верхней части теплицы для создания вертикального движения воздуха из теплицы наружу. Фабрика-теплица имеет внутреннюю опорную конструкцию с горизонтальными фермами для крепления вертикальных культивационных колонн в виде гофрированных пластиковых труб и размещения системы для создания водяного аэрозоля, светопрозрачное герметичное покрытие, смонтированное на опорной конструкции, траншеи с перфорированными крышками в полу теплицы для прокладки воздуховодов, коллекторов сбора питательного раствора и магистралей подачи питательного раствора в культивационные колонны, систему вентиляции с забором и очисткой воздуха для подачи его в теплицу посредством водуховодов через отверстия в крышках траншей пола. Фабрика-теплица имеет отражатель солнечного и искусственного света, прожектора с цветовой оптикой, растворный узел, а также систему орошения светопрозрачного покрытия в виде насосной системы, магистрали с отверстиями для наружного орошения покрытия, сборника стекающей с покрытия воды для последующего ее распыления после очистки и стерилизации внутри теплицы посредством форсунок для получения аэрозоля воды и водяных паров. Способ характеризуется тем, что включает подачу в теплицу очищенного воздуха через отверстия в полу теплицы для формирования вентиляции по схеме снизу-вверх и выход воздуха через одно или несколько отверстий вверху теплицы для предотвращения попадания внутрь помещения насекомых-вредителей, создание в верхней части теплицы устойчивого водяного аэрозоля, подсветку водяного аэрозоля прожекторами с цветовой оптикой, отражение и концентрацию солнечного и искусственного освещения, наружное орошение светопрозрачного покрытия водой и сбор этой воды для последующего распыления после очистки и стерилизации внутри теплицы, культивирование растений на вертикально расположенных колоннах. Предложенные устройство и способ обеспечивают наиболее полное использование солнечного и искусственного освещения для световой и цветовой стимуляции растений, предотвращают попадание во внутренний объем теплицы насекомых-вредителей, пыли и дождевой воды, что позволит получить растительную продукцию высокого качества. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Фабрика-теплица для интенсивного растениеводства, характеризующаяся тем, что имеет фундамент, капитальные южную и северную стены, дефлектор в верхней части теплицы для создания вертикального движения воздуха из теплицы наружу, внутреннюю опорную конструкцию с горизонтальными фермами для крепления вертикальных культивационных колонн в виде гофрированных пластиковых труб и размещения системы для создания водяного аэрозоля, светопрозрачное герметичное покрытие, смонтированное на опорной конструкции, траншеи с перфорированными крышками в полу теплицы для прокладки воздуховодов, коллекторов сбора питательного раствора и магистралей подачи питательного раствора в культивационные колонны, систему вентиляции с забором и очисткой воздуха для подачи его в теплицу посредством водуховодов через отверстия в крышках траншей пола, отражатель солнечного и искусственного света, прожектора с цветовой оптикой, растворный узел, а также систему орошения светопрозрачного покрытия в виде насосной системы, магистрали с отверстиями для наружного орошения покрытия, сборника стекающей с покрытия воды для последующего ее распыления после очистки и стерилизации внутри теплицы посредством форсунок для получения аэрозоля воды и водяных паров.

2. Способ организации производства при интенсивном растениеводстве, характеризующийся тем, что включает подачу в теплицу очищенного воздуха через отверстия в полу теплицы для формирования вентиляции по схеме снизу-вверх и выход воздуха через одно или несколько отверстий вверху теплицы для предотвращения попадания внутрь помещения насекомых-вредителей, создание в верхней части теплицы устойчивого водяного аэрозоля, подсветку водяного аэрозоля прожекторами с цветовой оптикой, отражение и концентрацию солнечного и искусственного освещения, наружное орошение светопрозрачного покрытия водой и сбор этой воды для последующего распыления после очистки и стерилизации внутри теплицы, культивирование растений на вертикально расположенных колоннах.