Теплица для выращивания растений с модулем для дегидрации воздушных масс, эксплуатируемая в жарком тропическом и экваториальном климатах Российский патент 2023 года по МПК A01G9/14 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к технологическим системам для промышленных теплиц, эксплуатирующихся в жарком тропическом и экваториальном климатах.

Изобретение предназначено для выращивания растений в закрытом контуре с содержанием СО2 в необходимом технологическом уровне-900 ppm в жарком тропическом и экваториальном климатах. В изобретении предложена конструкция, позволяющая снизить уровень влажности циркулирующего в закрытом контуре воздуха и повысить урожайность.

Из уровня техники известен способ повышения концентрации СО2 в замкнутых пространствах (таких как теплицы и оранжереи), скомбинированному с кондиционированием воздуха и способному повысить уровень усвоения СО2 растениями, а также ускорить процесс роста растений и, в то же время, позволяющему избежать проблем, связанных со слишком высокой или слишком низкой относительной влажностью воздуха. Более конкретно, изобретение(см. патент EA 035940 B1) относится к интеграции способа очистки и процесса улавливания СО2 из воздуха в сочетании с контролем температуры как по влажному, так и по сухому термометру, причем данный контроль обладает высоким КПД по энергии, а предлагаемая комбинация указанных способа, процесса и контроля не применяет каких-либо химикатов, разлагающихся под действием кислорода, и характеризуется высокоэффективным улавливанием СО2, экономией суммарной полезной энергии и, с системной точки зрения, отрицательным показателем высвобождения углерода. Описанный способ является достаточно эффективным. Однако он сопряжён с использованием адсорбентов, что значительно увеличивает себестоимость выращивания растений.

Так же широко известна теплица (см. патент RU 2680681 C1), которая содержит тепличный каркас, собранный из каркасного материала, такого как трубы, или из аналогичных материалов. Наружная периферия тепличного каркаса покрыта листовым элементом внешней поверхности, выполненным из пластиковых листов. Листовой элемент внутренней поверхности расположен на внутренней стороне тепличного каркаса на некотором расстоянии от листового элемента внешней поверхности с использованием гибкого листа теплозащитного материала, образованного путём покрытия обеих сторон листа металлической фольгой так, что вся поверхность пола, поверхность стенок и поверхность потолка находятся в герметичном состоянии. При этом в теплице установлено устройство кондиционирования воздуха. При таком выполнении обеспечивается простота конструкции и энергоэффективность кондиционирования. Данное изобретение не предоставляет возможность обеспечения необходимого технологического содержания СО2

В качестве наиболее близкого аналога рассматриваемого решения выбрана теплица для выращивания растений с пониженным содержанием изотопа углерода 14 в публикации изобретения RU (11) 2 245 024(13) C2. Указанная теплица содержит вентилируемое пространство, устройство из атмосферного воздуха и устройства для производства углекислого газа с низким содержанием изотопа углерода 14.Надеженое поддержание температурного режима внутри теплицы обеспечивается кондиционированием воздуха и применением ударопрочного светопропускающего покрытия, задерживающего тепловую энергию в инфракрасном диапазоне. Ускорение созревания растений обеспечивается добавлением этилена в атмосферу теплицы. Указанное теплица обладает недостатком в виде использования для ускорения роста дополнительных веществ, что также существенно влияет на себестоимость выращивания растений.

Технический результат - увеличение периода работы теплицы в замкнутом контуре циркуляции воздушных масс и повышение урожайности за счёт обеспечения при выращивании растений содержания СО2 необходимой концентрации в промышленных теплицах, эксплуатируемых в условиях жаркого тропического и экваториального климатов.

Технический результат достигается тем, что:

-Конструктив модуля дегидрации воздушных масс предназначенный для конструкций теплиц эксплуатирующихся в условиях жаркого тропического и экваториального климатов включает в себя по меньшей мере: один блок пассивной дегидрации воздушных масс состоящий из ряда вертикально ориентированных металлических пластин ломанной конфигурации по своей длине, один блок активной дегидрации воздушных масс, который в свою очередь состоит как минимум из 2-х низкочастотных звуковых излучателей в диапазоне 16-1500 Гц и мощностью не менее 900 Вт направленных на встречу друг другу излучающей звук диафрагмой, и расположенных на боковых стенках активного блока на одной горизонтальной оси по его центру, один усилитель низкочастотных звуковых колебаний мощностью не менее 2кВт, один генератор низкочастотных звуковых колебаний, один воздушный дефлектор, один сервопривод управления положением затворных пластин воздушного дефлектора, один контроллер управляющий работой сервопривода положения затворных пластин, один датчик скорости потока воздуха.

Заявленное решение поясняется фиг. 1-11, где позициями обозначены следующие элементы:

1.Воздушный коридор теплицы

2.Блок пассивной дегидрации воздушных масс

3.Вертикально ориентированные металлические пластины

4.Блок активной дегидрации воздушных масс

5.Низкочастотный звуковой излучатель

6.Усилитель низкочастотных звуковых колебаний

7.Генератор низкочастотных звуковых колебаний

8.Воздушный дефлектор

9.Сервопривод управления положением затворных пластин воздушного дефлектора

10.Контроллер сервопривода положения затворных пластин

11.Датчик положения фрамуг теплицы

12.Конденсатоприемник

13.Техническая зона теплицы

14.Адиабатическая панель

15.Производственное отделение теплицы

16.Вытяжные вентиляторы

17.Воздушный коллектор теплицы

18.Система автоматической дозации СО2

Основная проблема типовых конструкций теплиц эксплуатируемых в условиях жаркого тропического и экваториального климатов-это невозможность применения в технологии выращивания растений СО2. Для эффективного снижения показаний температуры в промышленных теплицах в данных районах широко применяется система охлаждения на адиабатических панелях в паре с системой туманообразования высокого давления в виду их экономической эффективности. Наличие в конструкции теплицы данных систем и замкнутого контура оборота воздушных масс приводит к быстрому повышению уровня влажности оборачиваемого в замкнутом цикле воздуха, далее это приводит к снижению активности адиабатических процессов в системах охлаждения теплицы и как следствие-рост температуры внутри производственного отделения и переход работы технологических систем на забор и сброс воздуха извне. Таким образом поддержание концентрации технологического уровня СО2 в производственном отделении становится невозможным.

Теплица с предложенной конструкцией служит для снижения уровня влажности в закрытом контуре циркуляции воздушных масс и поддержания концентрации СО2 на необходимом технологическом уровне для фотосинтеза, который позволяет наиболее эффективно выращивать растения в условиях высоких внешних температур. Суть в том, что модуль дегидрации дает возможность продлить период работы теплицы в замкнутом цикле до полных суток в зависимости от времени года. В холодный период года с ноября по февраль круглосуточное функционирование теплицы в замкнутом цикле, а в остальное время года до наступления суточного периода активного солнца. Как только на контроллер сервопривода положения затворных пластин «10» воздушного дефлектора «8» поступает сигнал с датчика положения фрамуг теплицы «11» на их положение «открыто» контроллер сервопривода положения затворных пластин «10» приводит пластины «10» в положение «открыто», что соответствует их положению по направлению перемещения воздушных масс. Далее воздушные массы проходящие по воздушному коридору «1» поступают через пластины воздушного дефлектора «8» на вход блока пассивной дегидрации «2», а затем на вертикально ориентированные металлические пластины «3», где происходит процесс их осушения за счет разницы температур между пластинами «3» и огибающих их воздушных масс. Осушение воздуха в пассивном блоке модуля происходит в процессе его естественного охлаждения и выпадению избыточной влаги из его объема на металлических пластинах «3» в виде конденсата, который в свою очередь аккумулируется в конденсатоприёмнике «12» и далее поступает в технологические трубопроводы коммуникаций теплицы. Угол сопряжения металлических пластин «3» равен 6° относительно вертикальных стенок корпуса блока пассивного охлаждения «2» (см. фиг. 6). Воздушные массы выйдя из блока пассивной дегидрации «2» попадают на вход активного блока дегидрации «4», в котором подвергаются воздействию звуковых волн низкой частоты в диапазоне 82 Гц от низкочастотных звуковых излучателей «5». Процесс дегидрации в активном блоке происходит за счет укрупнения смещаемых под действием звуковой волны взвешенных в воздухе водяных частиц с последующим их выпадением в виде капель воды, которые в свою очередь аккумулируются в конденсатоприемнике «12» и далее поступают в технологические трубопроводы коммуникаций теплицы. Выйдя из активного блока дегидрации «4» воздушные массы проходят по воздушному коридору и поступают в техническую зону теплицы «13», где насыщаются системой автоматической дозации «18» СО2 до технологически требуемого уровня в 900ppm и затем проходят через адиабатические панели «14» на которых происходит их охлаждение и насыщение влагой в следствии протекания адиабатических процессов. Далее насыщенный влагой охлажденный воздух проходит через производственное отделение теплицы «15», в котором осуществляется процесс выращивания растений и уже нагретым выбрасывается из отделения через вытяжные вентиляторы «16» в воздушный коллектор «17», из которого поступает в воздушный коридор и цикл повторяется.

Таким образом предлагаемый модуль дегидрации воздушных масс дает следующие преимущества:

- продлевает период работы теплицы для эксплуатации в жарком тропическом и экваториальном климатах в замкнутом цикле циркуляции воздушных масс, который позволяет применять в технологии выращивания СО2 поднимая его концентрацию до технологически необходимого уровня в 900ppm.

- увеличивает период применения в технологии выращивания культур растений СО2, что дает прирост в урожайности.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к технологическим системам для промышленных теплиц, эксплуатируемых в жарком тропическом и экваториальном климатах. Теплица с модулем для дегидрации воздушных масс включает в себя воздушный коридор теплицы, датчик положения фрамуг теплицы, конденсатоприемник, техническую зону теплицы, производственное отделение теплицы, вытяжные вентиляторы и воздушный коллектор. Техническая зона теплицы включает систему автоматической дозации СО₂ и адиабатические панели, а в производственном отделении теплицы осуществляется процесс выращивания растений. Модуль для дегидрации воздушных масс включает по меньшей мере один блок пассивной дегидрации воздушных масс, состоящий из ряда вертикально ориентированных металлических пластин ломаной конфигурации по своей длине, один блок активной дегидрации воздушных масс, который состоит как минимум из 2-х низкочастотных звуковых излучателей в диапазоне 16-1500 Гц и мощностью не менее 900 Вт, направленных навстречу друг другу излучающей звук диафрагмой и расположенных на боковых стенках активного блока на одной горизонтальной оси по его центру, один усилитель низкочастотных звуковых колебаний мощностью не менее 2 кВт, один генератор низкочастотных звуковых колебаний, один воздушный дефлектор, один сервопривод управления положением затворных пластин воздушного дефлектора, один контроллер, управляющий работой сервопривода положения затворных пластин, и один датчик скорости потока воздуха. Техническим результатом является снижение уровня влажности циркулирующего в закрытом контуре воздуха, поддержание концентрации СО₂ на необходимом для фотосинтеза уровне, а следовательно, повышение урожайности. 11 ил.

Теплица для выращивания растений с модулем для дегидрации воздушных масс, эксплуатируемая в жарком тропическом и экваториальном климатах, характеризующаяся тем, что включает в себя воздушный коридор теплицы, датчик положения фрамуг теплицы, конденсатоприемник, техническую зону теплицы, включающую систему автоматической дозации СО₂ и адиабатические панели, производственное отделение теплицы, в котором осуществляется процесс выращивания растений, вытяжные вентиляторы и воздушный коллектор, при этом модуль для дегидрации воздушных масс включает по меньшей мере один блок пассивной дегидрации воздушных масс, состоящий из ряда вертикально ориентированных металлических пластин ломаной конфигурации по своей длине, один блок активной дегидрации воздушных масс, который в свою очередь состоит как минимум из 2-х низкочастотных звуковых излучателей в диапазоне 16-1500 Гц и мощностью не менее 900 Вт, направленных навстречу друг другу излучающей звук диафрагмой и расположенных на боковых стенках активного блока на одной горизонтальной оси по его центру, один усилитель низкочастотных звуковых колебаний мощностью не менее 2 кВт, один генератор низкочастотных звуковых колебаний, один воздушный дефлектор, один сервопривод управления положением затворных пластин воздушного дефлектора, один контроллер, управляющий работой сервопривода положения затворных пластин, и один датчик скорости потока воздуха.