ТЕПЛИЦА ЗИМНЯЯ БЛОЧНАЯ ИЛИ АНГАРНАЯ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ Российский патент 2016 года по МПК A01G9/24 

Изобретение относится к устройствам промышленного типа для выращивания сельскохозяйственной продукции в защищенном грунте. Изобретение может использоваться во всех климатических зонах России.

Известна «Теплица для суровых условий Крайнего Севера» [1], включающая фундамент, каркас и крышу. Фундамент выполнен с образованием воздушной прослойки между, как минимум, двумя горизонтами. Стены и крыша теплицы выполнены двойными. В стенах и крыше создано герметическое пространство для принудительного воздухообмена во время сильных морозов, а также для предотвращения обрушения крыши под тяжестью снега. Однако такое конструктивное исполнение теплицы предполагает значительный расход энергии на подогрев воздуха, при подаче его в герметичное пространство стен и крыши.

Известна «Ресурсосберегающая теплица» [2], кровля которой выполнена в виде поворотных пластин из прозрачного материала, пропускающее ультрафиолетовое излучение, а под кровлей в крайних ее частях установлены барабаны с приводом и намотанным на них светонепроницаемым и светоотражающим пленочным элементом с возможностью перемотки его с одного барабана на другой. Однако такое исполнение кровли ведет к неминуемым потерям тепла через неплотности поворотных пластин и у барабанов, а также к явному удорожанию и ненадежности работы механизмов привода покрытия теплицы.

Второй негатив - ультрафиолетовые лучи в значительной степени поглощаются белковыми молекулами, что может привести к их серьезным повреждениям. Еще двумя важными хромофорами, поглощающими ультрафиолетовые лучи, являются эндогенные фитогормоны - индолилуксусная и абсцизовая кислоты. Благодаря им ультрафиолетовые лучи влияют на процессы роста и развития - наблюдается непропорциональный рост органов, нарушения в росте корня и побега, образование растений с компактным (альпийским) габитусом [3, с. 51-52].

Известна «Теплица» [4] со светопрозрачными кровлей и стенами, включающая свето- и теплорегулирующий жалюзийный экран. В ночное время экран полностью закрыт, что позволяет на 15-20% снизить затраты на обогрев. В дневное время жалюзи автоматически поворачиваются в зависимости от высоты солнца с целью максимальной естественной освещенности. Однако устройство автоматизированного жалюзийного экрана довольно дорого.

В России производятся типовые зимние ангарные и блочные теплицы площадью 6 га и более с одинарным остеклением, оснащенные горизонтальными шторами, пропускающими ультрафиолетовый свет. Эти шторы можно закрывать на ночь для сбережения тепла и днем летом для уменьшения температуры в теплице. К таким теплицам обычно привязывают большие котельные, отходящие газы которых (ОГК), содержащие в основном углекислый газ CO₂, после очистки и в нужном количестве подводят в теплицы для подкормки культивируемых растений. Концентрацию CO₂ в воздухе теплиц доводят днем до 0,15%, вместо 0,03% в обычном воздухе. Температуру в теплице поддерживают от 20 до 35°C. При температуре менее 20°C рост растений замедляется, а при температуре более 35°C пыльца растений становится стерильной, опыления цветков не происходит [5]. Отопление и вентиляцию теплиц производят, наряду с регистрами отопления, обычно агрегатами приточной вентиляции АПВС и вытяжными форточками в крыше.

Однако поражает большой расход тепла на обогрев теплиц. Практически все тепло уходит в небо. Не утилизируются на полив растений осадки с кровли теплицы. Сложен механизм привода штор и жалюзей. И в настоящее время доказано, что ультрафиолетовый свет вреден для растений [3, с. 51-52].

Предлагаемые методы ресурсосбережения заключаются в существенном снижении потребления тепла за счет двойного остекления покрытия и стен и с созданием вакуума в камерах между стеклами, в экономии расхода сетевой воды на полив за счет накопления осадков в баках внутри теплицы и в снижении тепловой радиации в солнечные летние дни за счет заполнения камер между стеклами жидкостью, пропускающей синий спектр света, вместо устройства штор или жалюзей. Вакуум в камерах между стеклами создается вакуум-насосом, работающим в автоматическом режиме. Жидкость в камеры между стеклами поступает тоже за счет вакуума.

На фиг. 1 показано поперечное сечение блочной теплицы, на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - увеличенное повернутое сечение Б-Б на фиг. 2, на фиг. 4 - увеличенный вид В на фиг. 1, на фиг. 5 - увеличенный вид Г на фиг. 1, на фиг. 6 - поперечное сечение ангарной теплицы, на фиг. 7 - увеличенное сечение Д-Д на фиг. 6, на фиг. 8 - увеличенное сечение Е-Е на фиг. 7.

Один блок теплицы состоит из опор 1 и 2, связей 3, элементов князя 4 и желобов 5, элементов кровли 6 и стены 7 и обноски низа стены 8. Опоры 1, 2 и связи 3 выполняются обычно из металлического профиля. Опоры 1 устанавливают с уклоном их верха от технологического коридора 31 к торцу теплицы.

Элементы князя 4 и желобов 5 унифицированы и отличаются друг от друга положением в пространстве. Они состоят из листа 8, загнутого под 90°, с отверстиями по краям для крепления элементов кровли и сваренного с ним всплошную листа 9. Между листами 8 и 9 получается треугольная труба 10. Края листа 8 у ангарной теплицы отогнуты на 15°. К трубе 10 князя 4 напротив каждого элемента кровли вертикально приварены патрубки 11, а к трубе 10 желоба 5 горизонтально приварены патрубки 12. Элементы князя 4 и элементы желоба 5 сварены между собой по длине теплицы и закреплены на опорах 1 и 2, например, сваркой.

Сечения элементов кровли 6 блочной теплицы показаны на фиг. 3 (поперек ската), на фиг. 4 (верх), на фиг. 5 (низ), а элементы кровли арочной теплицы показаны на фиг. 7 (поперек ската) и на фиг. 8 (вдоль ската). Рамка элемента кровли состоит из уголков 13 и обносок 14, которые сварены между собой. Стекла 15 и 16 имеют скругленные углы. Такие же скругления с увеличенным радиусом на зазор имеют и обноски 14. Нижние стекла 16 имеют в противоположных углах отверстия для крепления ниппелей 17. Стекла 15 и 16 вставляются в рамку через гибкую резиновую бесконечную окантовку 18. Для облегчения сборки элемента 6 окантовка 18 может оснащаться пазом с замковым круглым резиновым шнуром (не показано). Между стеклами вкладывается обрешетка из наклонных 19 и горизонтальных 20 квадратных резиновых шнуров. Шнуры 19 и 20 имеют в пересечениях вырезы с зазорами по длине, достаточными для создания вакуума (или поступления и слива воды) во всех ячейках обрешетки элемента кровли 6.

Элемент кровли 6 в сборе крепится ко князю 4 на болтах, через резиновую ленту, снизу, а к желобу 5, тоже через резиновую ленту - сверху. Уголки 13 соседних элементов кровли 6 соединяются между собой болтами тоже через резиновую прокладку.

Ниппели 17 всех элементов 6 соединяются параллельно с верхним 11 и нижним 12 патрубками коллекторных труб 10 газовыми гибкими шлангами 21, имеющими присоединительные гайки.

В ангарной теплице несколько элементов кровли 6 по скату соединяются обносками 14 тоже на болтах через резиновые прокладки. Каждый элемент 6 уголками 13 крепится на шпросах 50 болтами, через резиновые ленты 51. Шпросы 50 (направляющие кровельного ската) через стойки 52 и коллекторные трубы - прогоны 53 - закрепляются на фермах 54.

Элементы стен 7 аналогичны элементам кровли 6. Ниппели верха элементов стен через шланги соединяют параллельно с трубой желоба 5, а ниппели низа элементов стен - с коллекторными трубами 22 (не доказано).

Обноску низа стены 23 дешевле всего выполнить из антисептированного бруса.

С торца теплицы в каждом блоке устанавливается бак 24, на отметке верха бака ниже коллекторной трубы 22. В ангарной теплице лучше установить два бака, по углам ангара (не показано). Емкость этого бака должна быть не менее емкости камер элементов кровли и стен в этом блоке или в половине ангара. Низ бака через краны 25 и трубы 26 соединяется с коллекторной трубой 22 и с трубой желоба 5.

Также в конце и внутри теплицы в каждом блоке установлен напорный бак-накопитель осадков 27, а в ангарной теплице еще два бака (не показано), соединенные с желобом 5, для приема атмосферных осадков. Низ бака 27 соединен с известной системой автоматического капельного полива растений в этом блоке (не показано). Бак 27 оснащен переливной трубой 28, уровнемерным стеклом 29 и поплавковым регулятором уровня воды 30, связанным с сетевым водопроводом.

В ангарной теплице перекачивать воду в напорный бак 27 можно насосом с автоматизацией от уровня воды в нижних баках (не показано).

В технологическом коридоре 31, где труба князя 4 имеет наивысшую отметку, установлен вакуум-насос 32, соединенный трубой 33 с трубой князя 4, через обратный клапан 34, вакуумметр 35 и предохранительный бачок 36.

Отопление теплицы водяное, от отдельностоящей котельной, через известные регистры 37. Вентиляция теплицы осуществляется известными агрегатами приточной вентиляции 38, например, типа АПВС, установленными в технологическом коридоре 31, и форточками 39, выполненными в торцах каждого блока.

Трубы 40, служащие путами для транспортных тележек 41, соединенные с коллекторным газопроводом углекислого газа CO₂ (не показан), по всей длине грядок с растениями имеют отверстия (показаны стрелками).

Теплообмен - передача и распространение тепла - может осуществляться путем теплопроводности, конвекцией и излучением [6, с. 85]. При теплопередаче передача энергии происходит благодаря хаотическим соударениям частиц [6, с. 79]. Отсюда при уменьшении давления воздуха в элементе покрытия теплицы прямо пропорционально уменьшается теплопроводность и конвекция через этот элемент. Так, межстенные камеры колб бытовых термосов вакуумируют.

Известные ротационные вакуумные насосы доильных установок, например УВУ-45, могут создавать вакуум до - 0,9 атм (0.1 ати). Отсюда теплопроводность покрытия теплиц, оснащенных двойным остеклением элементов покрытия и стен, и при вакуумировании камер элементов, с учетом инфракрасного излучения теплицы через стекла, теплопроводности металлических деталей элементов покрытия и стен и прочие потери через неплотности могут быть уменьшены до 5 раз. В столько же раз уменьшается потребность в тепле и расходе топлива в отдельностоящей котельной.

Режим ресурсосбережения в зимних теплицах осуществляется автоматической работой вакуум-насоса 32, например, в пределах вакуума от - 0, 85 до - 0,75 атм с помощью электроконтактного вакуумметра 35, т.к. могут быть подсосы воздуха в многочисленных элементах покрытия. Размер ячеек обрешетки из резиновых шнуров 19 и 20 элементов покрытия подлежит расчету исходя из прочности и толщины стекол.

Для удаления с крыши периодически выпадающего снега открываются краны 42, и теплый воздух теплицы просасывается через трубы 10 желобов 5 и камеры элементов покрытия 6 до полного таяния снега. Вакуум-насос работает постоянно. Снежная вода по желобам 5 поступает в баки 26 и далее в автоматическую капельную систему орошения растений. Переполнение бака 27 снежной или дождевой водой предотвращается переливной трубой 28. При недостатке осадков в баке 27 на капельное орошение поплавковый регулятор уровня 30, установленный в баке на трети высоты, открывает доступ в бак 27 сетевой водопроводной воды. Две трети объема бака предназначены для приема осадков. Таким образом, капельное орошение культивируемых растений автоматизировано со сбережением расхода сетевой воды.

При обильном выпадении снега с целью ускорения его таяния вместо метода таяния снега внутритепличным воздухом возможна циркуляционная прокачка по элементам покрытия воды из бака 24 с помощью того же вакуум-насоса 32, релизера для вывода воды из-под вакуума 43, трубы 44 для слива воды в бак 24 и с подогревом этой воды в скоростном теплообменнике 45 системы отопления.

Для опыления цветущих растений и испарения конденсата с внутренней стороны покрытия необходима в теплице хорошая вентиляция, которую можно организовать включением агрегатов приточной вентиляции 38 и открытием форточек 39. Форточки 39 можно выполнить, например, на металлическом каркасе с резиновым уплотнением. Степень открытия ряда форточек 39, в зависимости от температуры в теплице, можно автоматизировать известными способами, например с помощью гидроцилиндров 46, соединенных трубками с герметичным сосудом, заполненным жидкостью и полиэтиленовыми шариками (не показан). Полиэтилен имеет большой коэффициент объемного температурного расширения.

Перед летним жарким периодом с целью ограничения температуры в теплице не выше 35°C бак 24 заполняют раствором, например, метиленовой синьки бытовой, открывают краны 25, отключают релизер 43 закрыванием шиберных кранов 47 и открытием крана 48, включают вакуум-насос 32, и раствор синего цвета, пропускающий только синий спектр света солнца, засасывается в элементы покрытия и стен. Бачок с клапаном 36 предохраняет вакуум-насос 32 от заклинивания водой. Электроконтактный вакуумметр 35 при резком повышении вакуума автоматически выключает вакуум-насос 32. Обратный клапан 34 не дает ротору вакуум-насоса обратного аварийного хода и держит вакуум в элементах покрытия и стен, заполненных раствором синьки. После спада жары на улице открывают кран 49, воздух попадает через бачок 36 в трубу князя 4 и в элементы покрытия 6 и стен 7. Раствор синьки сливается в бак 24 самотеком за время не более 15 мин. Естественное освещение растений теплицы восстанавливается. В следующий ясный жаркий день операция повторяется.

Пигменты растений поглощают радиацию солнца, на фотосинтез, в диапазоне 320 -760 нм. Основные максимумы поглощения находятся в сине-фиолетовой и красной, а минимум - в желто-зеленой области спектра солнечного света [3, с. 51].

Диапазон длин волн синего света равен 440-485 нм [7]. При обильной радиации синего света летом процесс фотосинтеза в растениях не прекращается. Из графика распределения энергии в спектре солнца [8, с. 704, рис. 37.2] видно, что энергия синего света в полной энергии солнца составляет не более 20%. Применяя светофильтр синего цвета в покрытиях теплиц на примере раствора дешевой и распространенной метиленовой синьки бытовой, можно предотвратить перегрев растений в солнечные летние дни.

Техническим результатом является сбережение ресурсов в промышленном тепличном хозяйстве, заключающееся:

- в существенном снижении (до 5 раз) потребления тепла за счет создания в ячейках между стеклами вакуума,

- в экономии расхода сетевой воды на полив, за счет накопления осадков в баках внутри теплицы, и

- в снижении тепловой радиации в солнечные летние дни за счет заполнении камер между стеклами жидкостью синего цвета вместо устройства штор или жалюзей.

Сбережение ресурсов является основным фактором снижения себестоимости и повышения конкурентоспособности продукции тепличного хозяйства.

Источники информации

1. Теплица для суровых условий Крайнего Севера. Патент на из. RU 2526629, МПК A01G 9/24, опубл. 27.08.2014.

2. Ресурсосберегающая теплица. Патент на из. RU 2165690, МПК A01G9/14, A01G9/22, опубл. 27.04.2001.

3. Г.И. Тараканова. Овощеводство. Учебник. М.: Колос, 2003.

4. Теплица. Патент на из. RU 2192123, МПК A01 G9/14, A01G 9/22, опубл. 10.11.2002.

5. Брызгалов В.А. и др. Овощеводство защищенного грунта. Учебник. М.: Колос, 1995 г.

6. Американцев А.А. и др. Краткий справочник по физике. Питер, 2007.

7. Википедия. Видимое излучение.

8. Г.С. Ландсберг. Оптика. М., 1976.

Изобретение относится к устройствам для выращивания сельскохозяйственной продукции в защищенном грунте промышленного типа. Теплица зимняя блочная или ангарная ресурсосберегающая состоит из стен 7 и покрытия. Элементы двойного остекления стен 7 и покрытия выполнены с резиновой обрешеткой в виде ячеек между стеклами с созданием вакуума в ячейках или заполнения ячеек жидкостью синего цвета. Такое выполнение снижает потребление тепла, а в солнечные летние дни снижает тепловую радиацию, кроме того, за счет накопления осадков в баках внутри теплицы обеспечивается экономия расхода сетевой воды на полив. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Теплица зимняя блочная или ангарная ресурсосберегающая, состоящая из стен и покрытия, причем элементы двойного остекления стен и покрытия выполнены с резиновой обрешеткой в виде ячеек между стеклами, с созданием вакуума в ячейках, или заполнения ячеек жидкостью синего цвета.

2. Теплица по п. 1, отличающаяся тем, что углы стекол скруглены, а гибкая резиновая окантовка элементов остекления выполнена бесконечной.

3. Теплица по п. 1, отличающаяся тем, что элементы двойного остекления соединены параллельно, сверху с коллекторной трубой князя, и в высшей отметке князя - с вакуум-насосом, а снизу - с коллекторной трубой желоба, и в торцах блоков или ангара - с баками, заполненными жидкостью синего цвета.

4. Теплица по п. 3, отличающаяся тем, что под каждым желобом в конце и внутри теплицы установлен бак-накопитель осадков.

5. Теплица по п. 4, отличающаяся тем, что для полива используют накопления осадков из баков внутри теплиц.