Теплица для выращивания растений с технологией управления содержанием СО2 при условии эксплуатации в экстремально жарком климате Российский патент 2024 года по МПК A01G9/14 A01G9/24 

Предлагаемая к рассмотрению конструкция промышленных теплиц позволяет в холодный период года большую часть светового дня поднимать концентрацию СО₂ до уровня 900 ppm, а в жаркий период года поддерживать необходимую концентрацию СО₂ в утренние и вечерние часы до начала суточного периода активного солнца. В утренние периоды до восхода солнца уровень СО₂ в производственном блоке «1» составляет естественный показатель 350-400 ppm. В момент восхода солнца, контроллер управления «12» принимает сигнал с датчика прихода солнечной радиации «10» при достижении порогового значения и в том случае, если температура на датчике внутренней температуры «11» позволяет, а положение фрамуг «9» в состоянии «открыто», то контроллер управления «12» сигнализирует сервоприводам тяг фрамуг «13 » на 100% закрытие, одновременно давая сигнал «вкл» автоматической системе дозации СО₂ «7». Как следствие, путем естественного прихода тепла от солнечного света, термостат «14» на выходе имеет сигнал управления работой вытяжных вентиляторов «мин. скорость вращения», происходит повышение температуры внутри производственного блока «1» теплицы, и термостат «14» на выходе дает сигнал управления вытяжным вентиляторам на увеличение скорости вращения. Происходит ускорение протяжки воздушной массы через адиабатические панели «2», охлаждая ее, что в свою очередь позволяет нивелировать подъем температуры внутри производственного блока «1» и привести к заданному в настройках термостата «14» температурному коридору. Далее датчик внутренний температуры «11» передает учет показаний воздушных масс на контролер управления «12», проходящих через помещение блока «1», и вытягивающиеся через вытяжные вентиляторы «3» воздушные массы, пройдя через помещение производственного блока «1», вытягиваются через вытяжные вентиляторы «3» в воздушный коллектор «4» и направляются в воздушный коридор «5», а затем в техническую зону «6», где в них происходит насыщение СО₂ путем распределенной дозации автоматической системой дозации СО₂ «7» до технологических значений в 900 ppm. Система автоматической дозации СО₂ запускается в случае отклонения заданных параметров ppm от показаний датчика температуры «11», расположенного в производственном блоке «1» Затем насыщенные до технологического уровня СО₂ воздушные массы поступают на вход в адиабатические панели «2». Цикл циркуляции воздушных масс замкнулся.

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 ЕА 035940 В1) 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 сопряжен с использованием адсорбентов, что значительно увеличивает себестоимость выращивания растений.

Так же широко известна теплица (см. патент RU 2680681 С1), 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 путем 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.

Предложенное изобретение в сравнении с ближайшим аналогом (патент RU 2467557 С1, 27.11.2012) позволяет работать не только с использованием систем фрамужной вентиляции, но также переходить в замкнутый цикл рециркуляции воздуха, поддерживая необходимый технологический уровень углекислого газа в диапазоне от 350-900 ppm, а также уровень влажности и температуры. Предоставляет возможность достигать заданной скорости потока воздушных масс по всей площади производственного блока благодаря функции управления отдельными группами вентиляторов, что в свою очередь влечет к достижению равномерности климата и увеличению урожайности, чего невозможно достигнуть в конструктиве, предусмотренном изобретением (патент RU 2467557 С1, 27.11.2012).

Ввиду высокой стоимости сжиженного СО₂, который используется, как основной катализатор фотосинтеза в изобретении (патент RU 2467557 С1, 27.11.2012) замкнутый цикл рециркуляции воздуха в предлагаемом нами изобретении приводит к существенному снижению эксплуатационных затрат. Также в виду отсутствия необходимости использовать газовые горелки для подачи СО₂ наше изобретения существенно снижает расходы на содержание и эксплуатацию теплицы, а также уменьшает уровень риска возникновения опасности при эксплуатации газовых горелок.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к промышленным конструкциям теплиц и предназначено для выращивания растений с содержанием СО₂ в диапазоне от 350 до 900 ppm в зависимости от времени суток и температуры окружающей среды в экстремально жарком климате.

В изобретении предложена конструкция, позволяющая управлять концентрацией СО₂. Ее отличие от существующих аналогов является конструктивное исполнение, которое позволяет обеспечить необходимый технологический уровень концентрации СО₂ (ppm) внутри теплицы.

Технический результат-повышение урожайности за счёт обеспечения при выращивании растений содержания СО₂ необходимой концентрации в промышленных теплицах, эксплуатируемых в условиях экстремально жаркого климата.

Технический результат достигается тем, что конструкция теплицы включает в себя по меньшей мере: один производственный блок, одну адиабатическую панель, один вытяжной вентилятор, один воздушный коллектор, один обводной воздушный коридор, одну техническую зону, одну автоматическую систему дозации СО₂,один контроллер, управляющий работой сервоприводов тяг фрамуг, один датчик внешней температуры, один датчик прихода солнечной радиации, один термостат, управляющий вытяжным вентилятором и по одной фрамуге с сервоприводом для забора/сброса воздушной массы в технологической зоне и воздушном коллекторе. Заявленное решение поясняется фигурой, где позициями обозначены следующие элементы:

1. Производственный блок промышленной теплицы.

2. Адиабатическая панель.

3. Вытяжной вентилятор.

4. Воздушный коллектор.

5. Воздушный коридор.

6. Техническая зона.

7. Автоматическая система дозации СО₂.

8. Датчик внешней температуры.

9. Фрамуги.

10. Датчик прихода солнечной радиации.

11. Датчик внутренней температуры.

12. Контроллер управления сервоприводов.

13. Сервопривод фрамуг.

14. Термостат управления вытяжными вентиляторами.

Основная проблема типовых конструкций теплиц эксплуатируемых в условиях экстремально жаркого климата - 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 делает невозможным применение в технологии выращивания растений СО₂, которая в свою очередь оказывает прямое влияние на повышение урожайности .В типовой конструкции промышленных теплиц в этих районах подразумевается прямой забор воздуха из внешней среды, его прохождение через адиабатические панели, далее через производственное отделение теплицы и полный сброс во внешнюю среду вместе с избыточным теплом, как следствие возможности поднять концентрацию СО₂ до необходимого технологического уровня - нет.

Теплица с предложенной конструкцией служит для поддержания концентрации СО₂ на необходимом технологическом уровне для фотосинтеза, который позволяет наиболее эффективно выращивать растения в условиях высоких внешних температур. Суть в том, что в утренние часы до восхода солнца уровень СО₂ в производственном блоке «1» составляет естественный показатель 350-400 ppm. В период появления солнечного света контроллер управления «12» принимает сигнал с датчика прихода солнечной радиации «10» при достижении порогового значения и в том случае, если в этот момент температура на датчике внутренней температуры «11» позволяет, а положение фрамуг «9» в состоянии «открыто», то контроллер управления «12» дает сигнал сервоприводам тяг фрамуг «13» на полное закрытие, одновременно давая сигнал «вкл» автоматической системе дозации СО₂ «7». Как следствие естественным образом с приходом тепла от солнечного света, если термостат «14» на выходе имеет сигнал управления работой вытяжных вентиляторов «откл», происходит повышение температуры внутри производственного блока «1» теплицы и термостат «14» на выходе дает сигнал управления вытяжным вентиляторам на включение. Начинается протяжка воздушной массы через адиабатические панели «2», охлаждая ее, что в свою очередь позволяет нивелировать подъем температуры внутри производственного блока «2» и привести к заданному в настройках термостата «14» температурному коридору. Далее воздушные массы пройдя через помещение производственного блока «2» вытягиваются через вытяжные вентиляторы «3» в воздушный коллектор «4» и направляются в воздушный коридор «5», а затем в техническую зону «6», где в них происходит насыщение СО₂ путем распределённой дозации автоматической системой дозации СО₂ «7», до технологических значений в 900ppm. Затем насыщенные до технологического уровня СО₂ воздушные массы поступают на вход в адиабатические панели «2». Цикл циркуляции воздушных масс замкнулся.

При увеличении (в период активного солнца ,как правило ближе к полудню), температуры внутри производственного отделения «2» до предельных технологических значений и отсутствия динамики к снижению температуры с датчика внутренней температуры «11», контроллер управления положением фрамуг «12» дает сигнал управления сервоприводам тяг фрамуг на положение «открыто», одновременно давая сигнал «откл» автоматической системе дозации СО₂. При снижении активности солнца и падении температуры с датчика внешней температуры «8» до рабочих значений контроллер управления «12» дает сигнал сервоприводам тяг фрамуг «13» на полное закрытие, одновременно давая сигнал «вкл» автоматической системе дозации СО₂ «7». При этом циркуляция воздушных масс через адиабатические панели «2» и вытяжные вентиляторы «3» осуществляется беспрерывно, поэтому уровень СО₂ вновь поднимается до технологических значений 900 ppm.

С заходом солнца, контроллер управления «12» принимает сигнал с датчика прихода солнечной радиации «10» при достижении порогового значения, то контроллер управления «12» дает сигнал сервоприводам тяг фрамуг «13» на полное открытие, одновременно давая сигнал «выкл» автоматической системе дозации СО₂ «7». При этом происходит снижение показателя насыщения воздушной массы внутри теплицы до естественных фоновых значений 350-400 ppm.

Таким образом предлагаемая конструкция теплиц для эксплуатации в экстремально жарком климате имеет следующие преимущества:

- дает возможность увеличить урожайность до 25% путем применения в технологии выращивания СО₂, поднимая его концентрацию до технологически необходимого уровня в 900ppm.

- эффективное решение в комплексе с системой охлаждения на адиабатических панелях (актуально для южных широт).

Теплица для выращивания растений относится к области теплиц, эксплуатируемых в условиях экстремально жаркого климата. Теплица включает в себя производственный блок, в котором выращивают культуры растений, адиабатическую панель, которая является системой охлаждения производственной теплицы, вытяжные вентиляторы, воздушный коллектор, обводной воздушный коридор, техническую зону, автоматическую систему дозации СО₂, контроллер, датчик температуры внутри теплицы, датчик внешней температуры, датчик прихода солнечной радиации и фрамуги с сервоприводом для забора или сброса воздушной массы в технологической зоне и воздушном коллекторе соответственно. При этом контроллер выполнен с возможностью управления работой сервоприводов фрамуг на их закрытие или открытие с одновременным управлением работой автоматической системы дозации СО₂ для поддержания концентрации СО₂ на уровне 900 ppm в зависимости от времени суток и температуры окружающей среды по сигналам от датчика температуры внутри теплицы, датчика внешней температуры и датчика прихода солнечной радиации. Термостат выполнен с возможностью управления режимом работы вентиляторов, осуществляющих прокачку воздушных масс через производственный блок и их подачу через воздушный коллектор и воздушный коридор в техническую зону для насыщения воздушных масс СО₂ и дальнейшего пропускания насыщенных СО₂ воздушных масс через адиабатические панели в производственный блок с замыканием цикла циркуляции. Изобретение позволит обеспечить повышение урожайности выращиваемых растений. 1 ил.

Теплица для выращивания растений, эксплуатируемая в условиях экстремально жаркого климата, характеризующаяся тем, что включает в себя производственный блок, в котором выращивают культуры растений, адиабатическую панель, которая является системой охлаждения производственной теплицы, вытяжные вентиляторы, воздушный коллектор, обводной воздушный коридор, техническую зону, автоматическую систему дозации СО₂, контроллер, датчик температуры внутри теплицы, датчик внешней температуры, датчик прихода солнечной радиации и фрамуги с сервоприводом для забора или сброса воздушной массы в технологической зоне и воздушном коллекторе соответственно, при этом контроллер выполнен с возможностью управления работой сервоприводов фрамуг на их закрытие или открытие с одновременным управлением работой автоматической системы дозации СО₂ для поддержания концентрации СО₂ на уровне 900 ppm в зависимости от времени суток и температуры окружающей среды по сигналам от датчика температуры внутри теплицы, датчика внешней температуры и датчика прихода солнечной радиации, а термостат выполнен с возможностью управления режимом работы вентиляторов, осуществляющих прокачку воздушных масс через производственный блок и их подачу через воздушный коллектор и воздушный коридор в техническую зону для насыщения воздушных масс СО₂ и дальнейшего пропускания насыщенных СО₂ воздушных масс через адиабатические панели в производственный блок с замыканием цикла циркуляции.