ТЕПЛИЧНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ РАЙОНОВ КРАЙНЕГО СЕВЕРА (УСТРОЙСТВО И СПОСОБ) Российский патент 2015 года по МПК A01G9/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к интенсивным способам выращивания растений в тяжелых климатических условиях Крайнего Севера, и может быть использовано как во временных (вахтовых) населенных пунктах, так и в исторически сложившихся городах и поселках для выращивания тепличных культур и рассады в условиях резкого колебания параметров окружающей среды.

В технике известны решения для промышленного производства овощей на Крайнем Севере, где достаточное освещение отсутствует примерно 4-5 месяцев в году [см. «СУПЕР-ТЕПЛИЦА ТРЕТЬЕГО ПОКОЛЕНИЯ СО СВЕТОНЕПРОНИЦАЕМЫМ ПОКРЫТИЕМ ТИПА "СЭНДВИЧ" ТС-М-1000A-1000-СнП ПЛ. 1500 кв. м ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА В РАЙОНАХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА» (http://www.patent-company.ru/Tipproject/T-1500m2.html), а также проект под названием: «ТЕПЛИЦА ТИПА TC-600A КРУГЛОГОДИЧНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЛОЩАДЬЮ 100 кв. м ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ МЕТОДОМ МНОГОЯРУСНОЙ УЗКОСТЕЛЛАЖНОЙ ГИДРОПОНИКИ ДЛЯ РАЙОНОВ КРАЙНЕГО СЕВЕРА» (http://www.patent-company.ru/Tipproject/T-600A.html)].

Недостатком этих конкретных прототипов (а также и других теплиц, описанных в огромном количестве в литературе) является непонимание сущности интенсивного растениеводства. Выращивать, например, овощи можно хоть где и хоть как, даже в квартире на Крайнем Севере. Проблема в том, что необходимо создать стабильно работающее производство для конкретного региона с использованием всех внутренних возможностей растения, то есть дать свободу для полной реализации всех резервов генома у этого конкретного биообъекта. Только в этом случае начинают формироваться гармонично развитые, красивые и полезные для человека плоды. Но при этом еще нужно организовать самоокупаемость предприятия, а еще лучше - прибыльное производство.

Проблема полезности и безопасности растительной продукции для работников и постоянных жителей Крайнего Севера является стратегической задачей России, что мы этого никак не можем понять даже на академическом уровне. Поэтому и проходят в тираж такие теплицы, которые мы приводим в качестве прототипов. Авторы слабо представляют предмет, о котором говорят. Так, в первом случае, со 1500 кв.м теплицы декларируется сбор 835 тонн в год (что соответствует 556 кг/кв.м без учета проходов и необходимых санитарных расстояний между растениями и рядами), а несколькими строчками ниже указывается валовая урожайность по 160 кг/кв.м. К сожалению, такие «описки» можно часто встретить в популярной литературе.

А во втором случае приводится расчет по теплозатратам, которые составляют 335 Гкал на одну тонну продукта. Такие траты тепла полностью съедят всю прибыль от продажи овощей даже при высокой их стоимости на Крайнем Севере. Но кроме этого еще имеются затраты электроэнергии на освещение, отопление и вентиляцию.

Целью изобретения является разработка инженерного решения для производства растительной продукции в изоляции от внешней агрессивной среды, основанного на знании биологических особенностей культивируемых овощей и другой растительной продукции и возможностях их прибыльного выращивания в условиях Крайнего Севера. Мы заявляем устройство и способ, которые могут реально обеспечить население северных регионов полезной растительной продукцией.

Поставленные цели в плане устройства достигаются следующим образом.

Во-первых, предлагаемый комплекс (теплица) устанавливается на свайном фундаменте, что известно, однако фундамент и прилежащее к теплице пространство изолируются надувными тентами, резко снижающими теплопотери со стороны пола теплицы (комплекса) как в направлении вертикально устремленных теплопотерь в грунт, так и горизонтально направленных теплопотерь в стороны от теплицы.

Во-вторых, культивационный зал изолирован от внешней среды двумя тентами с воздушным пространством между ними, также резко снижающим теплопотери в направлении вверх и в стороны.

В-третьих, необходимое расстояние между двумя арочными тентами поддерживается с помощью матрацеподобного надувного устройства, расположенного в верхней части конструкции, что является пионерским решением и нигде прежде не применялось. Такой способ разделения двух надувных полотен сам по себе гарантирует высокий уровень теплозащиты в верхней части комплекса (теплицы) и, кроме того, резко снижает использование металла для поддержки верхнего полотна (тента) и сохранения необходимого расстояния (воздушной прослойки) между полотнами (тентами).

В-четвертых, культивационный зал разделен на зоны, огороженные светопроницаемым материалом, который защищает эту зону от резких потерь тепла, потерь газовоздушной смеси внутри зоны, препятствует резкому изменению микроклиматических условий внутри зоны, а также способствует отражению света от ограждений. Это также пионерское решение.

В-пятых, каждая зона со своими культивационными колоннами и своим микроклиматом получает питательный раствор от своего локального узла, содержащего минимум два насоса и емкость для обезвреживания и фильтрации циркулирующего питательного раствора. Такое решение позволяет в разных зонах независимо друг от друга культивировать разные растения с разными требованиями к микроклимату и другим условиям внешней среды. В условиях Крайнего Севера при резком дефиците площадей теплицы - это очень важное обстоятельство и применено впервые.

В-шестых, освещение культивационных колонн выполнено комбинированным: для общего освещения использованы прожекторы с высоким расположением по вертикали, а для местного освещения колонн применены съемные светодиодные ленты с набором светодиодов необходимого спектра.

В-седьмых, подкормка растений углекислотой выполнена в экономном режиме с подачей углекислоты с приточным воздухом внутрь колонны.

В-восьмых, вентиляция и подогрев воздуха внутри колонны (место расположение корней растений) выполнены с помощью устройств для подачи подогретого воздуха во внутреннее пространство колонн, что препятствует попаданию в закрытое корневое пространство пыли и возбудителей болезней через имеющиеся отверстия в колонне.

В-девятых, выходящий из колонн и из огороженной зоны теплый воздух попадает во внешнее помещение и способствует его подогреву. Такое направление движения воздуха также препятствует попаданию микробов и грибков во внутреннее пространство каждой огороженной зоны и применяется впервые.

В-десятых, в комплексе (теплице) использована простая система рекуперации циркулирующего воздуха. Этот механизм мы не раскрываем в открытой печати, поскольку он является ноу-хау.

Такие технические решения позволяют снизить теплопотери устройства (теплицы, комплекса) как минимум втрое по сравнению со стандартными решениями, а также продлить сроки использования питательных растворов.

В аспекте способа (то есть оптимизации условий для полноценного развертывания всех качеств генома в процессе роста и развития конкретного растения) использована разработанная авторами система обратной связи с растением. В простых выражениях, это реакция оператора (агронома) на первичные симптомы нарушения обмена веществ в растении и последующие необходимые изменения состава питательного раствора и/или микроклиматических условий. Система проста, но является также ноу-хау проекта и не может быть опубликована.

На фигуре 1 показаны принципиальные моменты изобретения. В плане устройства (теплица) комплекс представлен состоящим из свайного основания 1 (фундамента), поверх которого выполнена теплоизолирующая подушка 2, а на подушке расположен культивационный зал с культивационными колоннами 3. По центру устройства организованы опорные колонны 4 для поддержки тентов, укрепленные растяжками 5. Культивационный зал укрыт внутренним 6 и внешним 7 тентами, между которыми размещена матрацеобразная надувная конструкция 8 на соответствующем опорном основании (не показано). Внешний тент укреплен (от срывания сильными ветрами) сваями 9. Между внешним и внутренним тентами выполнено технологическое пространство, разделенное на отдельные секции свето-прозрачными перегородками 10. Размещение культивационных колонн выполнено по зонам 11, которые обеспечиваются питательным раствором из своих зональных растворных узлов со своими нагнетающими 12 и отсасывающими 13 насосами и зональной емкостью 14. Помимо зональных емкостей и насосов, необходимых для рециркуляционной подачи питательного раствора к культивационным колоннам, выполнены базовые емкости 15 со своими насосами 16 для приготовления свежих питательных растворов и закачки их в зональные емкости. Вход в помещения культивационного зала осуществляется через тамбур 17 с тройными входными воротами и двумя воздушно-тепловыми завесами, снабженными мощными ультрафиолетовыми излучателями (не показаны). Проходы 18 между зонами культивационного зала служат для свободного доступа персонала и необходимой технологической техники (например, передвижные установки для досвечивания растений) в различные зоны.

Все остальные служебные помещения (склады удобрений, склады готовой продукции, первичный растворный узел по очистке удобрений, узлы водоподготовки, резервный дизельный электрогенератор на случай аварийного отключения электроэнергии, бытовые помещения, помещения для выращивания рассады и саженцев и др.) могут быть выполнены в любом разумном инженерном исполнении и к сущности изобретения не имеют отношения.

Работает устройство следующим образом.

После необходимой проверки и тестирования всех систем комплекса рассаду (или саженцы) растений, выращенных в другом помещении, высаживают в колонны 3 культивационного зала в соответствующей зоне 11 и организуют необходимый режим работы зональных насосов 12 и 13. Проверяют режим стерилизации УФ лампами (не показаны) и фильтрации возвратного раствора на пути в емкости 14. Установив параметры автоматического контроля работы растворного узла и других систем (например, системы микроклимата) в одной зоне, начинают аналогичную высадку растений в пределах следующей зоны 11.

После установленного срока применения питательного раствора в зональном растворном узле раствор заменяют, закачивая свежий раствор из базовой емкости 15 насосами 16. То есть в кратком выражении имеем тепличный комплекс для районов Крайнего Севера, включающий устройства для гидропонного выращивания растений, отличающийся тем, что культивационный зал разделен на зоны, позволяющие проводить культивацию совершенно различных растений в различных условиях независимо друг от друга, причем зал изолирован от внешних условий двумя тентами с воздушным пространством между ними, при этом пространство между тентами и расстояние одного тента от другого стабилизируется матрацеподобным надувным устройством.

С точки зрения способа культивации растений, в литературе имеется множество советов, рекомендаций, рисунков и другого материала, но все это не может служить прототипом для промышленного способа культивации растений в круглогодичном режиме в условиях Крайнего Севера. Ближе всего к теме изобретения находятся изобретения И.А.Антуфьева (RU 85069 - Устройство для выращивания растений и озеленения городов, RU 2231250 - Устройство для промышленного выращивания земляники и других растений, RU 2240678 - Способ и устройство для выращивания растений, RU 2383127 - Устройство и способ для интенсивного выращивания растений, RU 2386244 - Дачный модуль и способ для интенсивного растениеводства, RU 2414121 - Установка для культивации растений в офисе).

Способ культивации представляет из себя гидропонику, где в вертикальной колонне, в ее верхней части, питательный раствор разбрызгивается форсункой особой конструкции (не разглашается), а растения размещены в отверстиях колонны, причем корни растений находятся в зоне протока питательного раствора или в зоне осаждающегося аэрозоля питательного раствора. Растения заключаются в специальный контейнер - капсулу (применено впервые в изобретении) многоразового использования (например, пластиковый) и вставляются в отверстия культивационной колонны. Снаружи колонны выполнены ленты со светодиодами определенного спектра излучения. Ленты подвешиваются на кронштейн на верху колонны и подсоединяются к распределительному устройству для электропитания.

На фигуре 2 представлены основные принципиальные моменты вертикальной культивационной колонны, на которой осуществляется предложенный способ. Колонна установлена на опорной тумбе 19 с изолированной системой 20 для управления работой устройств и мониторинга функций внутри колонны (например, форсунка, давление в подводящей трубе и т.д.). Индивидуальное растение 21 заключается в контейнер-капсулу 22 и вставляется в отверстие колонны. На крышке колонны выполнено распределительное устройство 23, к которому присоединен кронштейн 24. На кронштейн навешиваются светодиодные ленты 25.

Предложенный способ осуществляют следующим образом. После проведения испытательных тестов и подготовки колонны к работе индивидуальное растение 21 (рассада) помещают в капсулу 22 и вставляют в отверстие в стенке колонны 3. Для плотного прилегания капсулы к кромкам отверстия капсулу уплотняют снаружи пористым материалом (например, поролоном). Незаполненные отверстия в колонне затыкают пробками (не показаны) для создания герметичности внутреннего объема колонны 3. В процессе культивации необходимую коррекцию процесса производят с помощью изолированной системы 20 на опорной тумбе 19 и/или путем соответствующего изменения питательного раствора в базовых емкостях 15 с последующей заменой раствора в зональной емкости 14 и подачей его насосами 12 к колоннам 3. Таким образом осуществляют обратную связь с ростом и развитием растения через его питание и создание требуемых микроклиматических условий для культивации. Культивацию продолжают до достижения плодами заданного объема и веса.

То есть в кратком выражении имеем способ культивации растений, отличающийся тем, что культивационное пространство разделено на изолированные друг от друга зоны с разными микроклиматическими условиями, со своими местными растворными узлами и системами рециркуляции питательного раствора, что позволяет культивировать в одном зале разные растения с различными потребностями к внешней среде и питательным растворам, при этом газовоздушные смеси с углекислотой подаются внутрь культивационной колонны, препятствуя попаданию микроорганизмов внутрь колонны.

Источники информации

1. «СУПЕР-ТЕПЛИЦА ТРЕТЬЕГО ПОКОЛЕНИЯ СО СВЕТОНЕПРОНИЦАЕМЫМ ПОКРЫТИЕМ ТИПА "СЭНДВИЧ" ТС-М-1000A-1000-СнП ПЛ. 1500 кв. м ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА В РАЙОНАХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА» (http://www.patent-company.ru/Tipproject/T-1500m2.html).

2. «ТЕПЛИЦА ТИПА ТС-600А КРУГЛОГОДИЧНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЛОЩАДЬЮ 100 кв. м ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ МЕТОДОМ МНОГОЯРУСНОЙ УЗКОСТЕЛЛАЖНОЙ ГИДРОПОНИКИ ДЛЯ РАЙОНОВ КРАЙНЕГО СЕВЕРА» (http://www.patent-company.ru/Tipproject/T-600A.html)].

3. Антуфьев И.А. RU 85069 - Устройство для выращивания растений и озеленения городов.

4. Антуфьев И.А. RU 2231250 - Устройство для промышленного выращивания земляники и других растений.

5. Антуфьев И.А. RU 2240678 - Способ и устройство для выращивания растений.

6. Антуфьев И.А. RU 2383127 - Устройство и способ для интенсивного выращивания растений.

7. Антуфьев И.А. RU 2386244 - Дачный модуль и способ для интенсивного растениеводства.

8. Антуфьев И.А. RU 2414121 - Установка для культивации растений в офисе.

Тепличный комплекс имеет размещенные в культивационном зале культивационные колонны для гидропонного выращивания растений. Культивационный зал разделен на зоны, позволяющие проводить культивацию различных растений в различных условиях независимо друг от друга. Зал изолирован от внешних условий двумя тентами с воздушным пространством между ними. Воздушное пространство между тентами и расстояние одного тента от другого стабилизируется матрацеподобным надувным устройством. Способ включает культивацию растений в тепличном комплексе, описанном выше. Такие технологии позволят снизить теплопотери комплекса почти втрое. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Тепличный комплекс для районов Крайнего Севера, характеризующийся тем, что имеет культивационные колонны для гидропонного выращивания растений, размещенные в культивационном зале, который разделен на зоны, позволяющие проводить культивацию различных растений в различных условиях независимо друг от друга, причем зал изолирован от внешних условий двумя тентами с воздушной пространством между ними, при этом пространство между тентами и расстояние одного тента от другого стабилизируется матрацеподобным надувным устройством.

2. Способ культивации растений в условиях Крайнего Севера, отличающийся тем, что культивацию растений осуществляют в тепличном комплексе по п.1.