ВЕРТИКАЛЬНАЯ ФЕРМА ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ Российский патент 2024 года по МПК A01G31/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к вертикальным фермам для выращивания растений по гидропонной или аэропонной технологии, размещаемым, как правило, в городской среде или недалеко от города.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ.

Под вертикальной городской фермой (сити ферма) в уровне техники понимают высокоавтоматизированный комплекс технологического оборудования и производственных процессов для выращивания экологически чистых растений в черте города или недалеко от города .

Выращивание растений на вертикальных фермах исключает применение пестицидов и химических стимуляторов роста, повышает качество продукции за счет создания оптимальных условий роста на производстве, которые невозможны к осуществлению в открытом и защищенном грунте.

На сити фермах отсутствует продолжительная логистическая составляющая и промежуточное хранение - благодаря этому продукция поступает потребителю в лучшем качестве и не теряет содержания полезных веществ. Кроме того, вертикальные городские фермы обладают высокой экономической эффективностью на стадии капитального строительства.

В настоящее время имеется ряд патентов и заявок, относящихся к городским вертикальным фермам.

В заявке US2023073964A1 (CLOUD PRODUCE INC [US]) раскрывается вертикальная ферма, на которой растения выращиваются методом аквапоники. Все операции на ферме, включая циркуляцию водного питательного раствора, пополнение питательных веществ и добавок к раствору, а также посев, выращивание, сбор и упаковку растений могут осуществляться в автоматическом режиме и контролироваться системой управления фермой. Операции также могут быть неавтоматическими и полуавтоматическими или любой комбинацией неавтоматических, полуавтоматических и полностью автоматизированных операций и управляться либо централизованно, либо локально.

Для реализации этой технологии вертикальная ферма содержит: набор передвижных фермерских модулей, причем каждый модуль имеет набор вертикально расположенных фермерских ярусов, каждый ярус имеет вход для воды и выход для воды и обеспечен средствами освещения. Также ферма содержит систему циркуляции водного питательного раствора, соединенную с входом воды и выходом воды каждого яруса , станцию пополнения питательных веществ, соединенную с системой циркуляции водного питательного раствора, систему обработки фермерского модуля, выполненную с возможностью сбора выращенных растительных культур и пополнения выбранного модуля последующим набором культур, систему транспортировки модулей, сконфигурированную для обеспечения транспортировки выбранного модуля из первого местоположения во второе и контроллер фермы, сконфигурированный для реализации управления жизненным циклом каждого набора сельскохозяйственных культур.

К недостатком данной городской фермы можно отнести то, что в ферме не предусмотрена система проветривания растений, что может привести не только к их заболеваниям, но также и гибели.

В какой-то степени недостатки технического решения по заявке US2023073964A1 устраняются в техническом решении, раскрытом в техническом решении в соответствии с KR20210148819 (A) (NEXT SCIENCE CO LTD [KR]; PARUS CO LTD [CN]). В документе раскрывается городская ферма, т.н. “зеленая стена”, которая включает: раму основного корпуса, образованную корпусом и корпусом лотка систему циркуляции питательной жидкости; осветительный модуль, включающий в себя две микросхемы синих светодиодов и одну микросхему красных светодиодов, соединенные последовательно и сконфигурированные в виде одного или нескольких пакетов светодиодов, расположенных в продольном направлении стержня светодиодов; по меньшей мере один нагнетательный вентилятор, установленный так, чтобы нагнетать воздух по меньшей мере в одно сквозное отверстие, образованное в верхней раме корпуса лотка рамы основного корпуса; датчик качества воздуха и датчик влажности, установленные в помещении с системой «зеленая стена»; и блок управления, соединенный с помощью беспроводной связи на короткие расстояния с вентилятором, датчиком воздуха, датчиком влажности и модулем освещения и управляющий работой вентилятора и модуля освещения в соответствии со значениями обнаружения, поступающими от датчика воздуха и датчика влажности.

Как следует из данного известного технического решения, ферма оснащена вентиляционной системой, при этом вентилятор нагнетает воздух.

Наиболее близкое техническое решение известно из международной заявки WO2022246547A1 (THE GROWCER INC [CA]). Раскрывается вертикальная ферма для выращивания растений, включающая вертикальные стеллажи, выполненные с возможностью их перемещения, систему подачи и распределения воздушного потока, включающую воздушный коллектор, связанный с вентилятором распределения воздуха, при этом воздушный коллектор содержит по меньшей мере одну вертикально ориентированную трубу, имеющую высоту, по меньшей мере или по существу соответствующую высоте стеллажной системы. Вертикально ориентированная труба включает в себя множество соединителей и множество распределительных линий, при этом каждая распределительная линия соединена с вертикально ориентированной трубой через соединитель и имеет по меньшей мере одно отверстие для воздуха с интервалами по длине распределительной линии. Каждая распределительная линия при установке проходит, по существу, по нижней стороне полки, а каждое отверстие для воздуха расположено так, чтобы направлять воздух вниз к каждому посадочному пазу на нижней полке.

Система обработки и распределения воздушного потока сконфигурирована так, чтобы направлять поток воздуха в растущую верхнюю часть растения, тем самым уменьшая проблемы, связанные с скоплением влаги в этой части. Основной поток воздуха в этом случае направлен на верхнюю сторону листа растения.

К недостаткам данной вертикальной фермы можно отнести то, что воздух подается к верхней части растения. Если все стеллажи расположены достаточно плотно или сдвинуты друг к другу, то при такой подаче воздуха нарушается проветривание растений, что создает благоприятные условия для развития гнили в условиях повышенной влажности. Кроме того, такая подача воздуха не обеспечивает эффективный газообмен в растениях.

Указанные недостатки представляют собой определенную техническую проблему, которую не решает известная ферма.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

Технической задачей изобретения является устранение всех присущих известному устройству недостатков, а именно, создание комфортных условий для выращивания сельскохозяйственных культур при компактном размещении стеллажей за счет максимального использования площади помещения, в котором размещена ферма, улучшение условий для осуществления растениями фотосинтеза и газообмена. Эта и другие задачи изобретения станут более понятны из дальнейшего описания.

Поставленная задача решается вертикальной городской фермой для выращивания растений, включающей:

герметичную камеру для выращивания растений;

установленную в камере систему передвижных вертикально ориентированных стеллажей, где каждый стеллаж выполнен с горизонтальными ярусами, на каждом ярусе установлен по меньшей мере один лоток для выращивания растений, размещенный вдоль яруса , причем каждый ярус снабжен средствами подвода и отвода водного питательного раствора к лоткам, и светодиодными лампами с водяным охлаждением, выполненными с возможностью установления оптимальных световых режимов;

систему циркуляции водного питательного раствора, соединенную со средствами подвода и отвода водного питательного раствора к лоткам каждого яруса и выполненную с возможностью обеспечения циркуляции питательного раствора;

систему изготовления водного питательного раствора, выполненную с возможностью пополнения питательных веществ в водном питательном растворе и связанную с системой циркуляции питательного раствора;

климатическую установку, выполненную с возможностью создания и поддержания в камере воздушной среды с заданными параметрами температуры, влажности и содержания двуокиси углерода;

вентиляционную систему, обеспечивающую подвод упомянутой воздушной среды с заданными параметрами к растениям, содержащую воздухозаборное устройство, связанное с горизонтально ориентированными распределительными текстильными воздуховодами, где упомянутые воздуховоды размещены параллельно лоткам и оснащены по меньшей одной группой перфорированных отверстий, расположенных с возможностью подачи упомянутой воздушной к нижней стороне листьев растений и их стеблям;

систему управления вертикальной фермой.

В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается фермой, в которой распределительные текстильные воздуховоды имеют цилиндрическую форму.

В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается фермой, в которой распределительные текстильные воздуховоды размещены таким образом, что верхний сегмент каждого воздуховода выступает над лотком, при этом, группа перфорированных выпускных отверстий расположена в упомянутом сегменте воздуховода.

В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается фермой, в которой распределительные текстильные воздуховоды размещены на горизонтальных ярусах.

В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается фермой, в которой на каждом горизонтальном ярусе стеллажа установлено два лотка с размещенным между ними распределительным текстильным воздуховодом.

В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается фермой, в которой группа перфорированных отверстий размещена в продольном направлении распределительного воздуховода линейно с образованием по меньшей мере двух рядов отверстий.

В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается фермой, в которой распределительные текстильные воздуховоды связаны с воздухозаборным устройством посредством размещенных в одном из торцов каждого стеллажа вертикально установленных коллекторов с адаптерами, обеспечивающими соединение с каждым распределительным текстильным воздуховодом и упомянутым воздухозаборным устройством.

В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается фермой, в которой лоток выполнен в виде закрытого короба с индивидуальными гнездами для каждого растения.

В этом случае лотки могут быть сконфигурированы для выращивания клубники.

В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается фермой, в которой каждый стеллаж установлен на выкатном элементе, представляющем собой платформу с роликами и направляющими для роликов, приводимую в действие механическим или электрическим приводом.

В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается фермой, в которой система изготовления питательного раствора содержит аппарат очистки воды, смеситель, накопительную бочку, насосную группу и трубопровод.

В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается фермой, в которой система циркуляции водного питательного раствора сконфигурирована для обеспечения выращивания растений методом гидропоники с периодическим подтоплением и включает гибкие шланги необходимой для перемещения стеллажей длины.

В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается фермой, в которой климатическая установка включает кондиционер, устройство для подачи двуокиси углерода и выпускной трубопровод, обеспечивающий подачу воздушной среды с заданными параметрами температуры, влажности и содержания двуокиси углерода в камеру.

В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается фермой, , в которой система управления содержит датчики, контроллер и исполнительное устройство, включающее клапаны открытия и закрытия, при этом контроллер фермы подключен к базе данных с информацией, касающейся управления жизненным циклом каждой сельскохозяйственной культуры.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ.

На фиг 1 приведено схематическое изображение городской фермы.

На фиг. 2 приведено схематическое изображение стеллажа с размещенными на нем распределительными воздуховодами и коллектором.

На фиг. 3 приведена схематическое изображение размещенных на горизонтальном ярусе лотков с распределительным воздуховодом между ними.

На фиг. 4 приведено схематическое изображение выкатного элемента.

На фиг. 5 приведено схематическое изображение стеллажной системы с климатической установкой и вентиляционной системой.

Позиции на чертежах означают следующее:

1. Герметичная камера

2. Стеллажная система

3. Система изготовления питательного раствора

4. Стеллажи

5. Горизонтальный ярус стеллажа

6. Вертикальная стойка

7. Лоток

8. Индивидуальное гнездо

9. Средства подвода/отвода питательного раствора

10. Выкатной элемент

11. Платформа

12. Ролики

13. Направляющие

14. Кондиционер

15. Выпускающий трубопровод

16. Воздухозаборное устройство

17. Распределительные текстильные воздуховоды

18. Перфорированные отверстия

19. Коллектор с адаптерами

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сущность изобретения состоит в следующем.

Главная идея изобретения состоит в том, чтобы получить наивысшую эффективность выращивания растительных культур в помещении за счет максимального использования площади помещения, что достигается возможностью сдвига стеллажей, но при этом образования комфортной среды для всех растений, которая в числе прочих условий включает разумно организованное проветривание растений, позволяющее не только избежать излишней влажности, приводящей к развитию болезней растений, но и достичь в процессе вентиляции максимального поглощения растениями углекислого газа, а, следовательно, улучшенного газообмена в совокупностью с улучшенной освещенностью при сдвиге стеллажей, обеспечивающей лучшие условия для фотосинтеза растений.

Как следует из прилагаемых чертежей (см. фиг. 1), вертикальная ферма включает герметичную камеру (1) для выращивания растений. Камера может состоять из одного или нескольких помещений.

В камере (1) размещена стеллажная система (2) для выращивания растений, система изготовления водного питательного раствора (3), система циркуляции водного питательного раствора (не показана), климатическая установка, вентиляционная система и система управления вертикальной фермой.

Стеллажная система (2) включает множество рядов вертикально ориентированных стеллажей (4).

Каждый стеллаж (4) (см. фиг. 2) имеет форму параллелепипеда с боковыми сторонами, попарно противоположными друг другу и выполнен с горизонтально расположенными ярусами (5), соединяющими боковые стороны стеллажа и выполняющими поддерживающие функции, и вертикально расположенными стойками (6), обеспечивающими жесткость стеллажа.

На каждом ярусе стеллажа в долевом направлении яруса размещены лотки (7) (фиг. 3). Для выращивания некоторых видов растений лотки могут быть выполнены закрытыми с индивидуальными гнездами (8) для каждого растения. Такое выполнение лотков хорошо показало себя при выращивании клубники: в каждое индивидуальное гнездо вставляется кассета с растением. На каждом ярусе может быть установлено, например, по два лотка.

К каждому лотку (7) (фиг. 3), размещенному на ярусе (5) стеллажа (4) подведены средства подвода и отвода водного питательного раствора (9) которые связаны через систему циркуляции водного питательного раствора с системой изготовления водного питательного раствора (3).

Стеллажи (4) выполнены с возможностью их перемещения, в частности, для перемещения стеллаж может быть установлен на выкатном элементе (10) (фиг.4), представляющем собой платформу (11) с роликами (12), которая перемещается по направляющим (13) для роликов. Платформа (11) может приводиться в действие механическим или электрическим приводом, что позволяет без особых усилий сдвигать не только один стеллаж, но и соседние с ним несколько таких же стеллажей, причем, общий сдвигаемый вес в этом случае может достигать 2 тонн.

Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что возможности перемещения стеллажа не исчерпываются наличием выкатной платформы, приводимой в действие механическим или электрическим приводом, но могут быть реализованы и с помощью других механизмов.

Наличие у стеллажей возможности их перемещения позволяет компактно сдвигать стеллажи, оставляя проход около обслуживаемого в настоящий момент стеллажа, что позволит максимально уплотнить площадь размещения стеллажей (4), и, соответственно, уплотнить площадь посадок сельскохозяйственных культур в камере (1).

Такое сверхкомпактное размещение растений требует особых условий по освещению стеллажей и доступа углекислого газа для проведения газообмена и фотосинтеза растений, а также по проветриванию растений для удаления излишней влаги.

Освещение в предложенном техническом решении осуществляется светодиодными лампами (не показаны), желательно, с водяным охлаждением, что позволит увеличить срок службы лампы, а также предотвратить отрицательное воздействие ламп вследствие их нагрева на микроклимат растений.

Лампы могут быть выполнены с возможностью установления оптимальных световых режимов, как правило, это режимы облучения растений красным или синим цветом светового спектра либо смесью этих цветов: общеизвестно, что облучение растений волнами красного света стимулирует фотосинтез и рост биомассы растений, а облучение волнами синего света способствует сохранению компактности растений, развитию корневой системы и нормальному развитию растений. Необходимый свет в зависимости от вида растения, времени суток и прочих условий выбирается системой управления.

Лампы крепятся к нижней части верхнего горизонтального яруса (5) вдоль лотков (7) и располагаются линейно. Свет от отдельного источника падает на растение в виде конуса и при тесном расположении стеллажей в сдвинутом состоянии проекции конусов света на одном лотке пересекаются с проекциями конусов света на другом лотке, тем самым, улучшая освещенность как в лотках, так и вблизи лотков, что улучшает освещенность растений, находящихся в лотках.

Другим важнейшим фактором при тесном размещении стеллажей является также проветривание растений, поскольку при таком расположении стеллажей возможно усиление влажности у лотков с растениями выше заданных значений, что, в свою очередь, может вызвать болезни растений и даже их гибель.

Создание приемлемых климатических условий для развития растений обеспечивают климатическая установка и вентиляционная система.

Климатическая установка согласно изобретению предполагает создание заданных системой управления условий для выращивания того или иного типа растений, увлажнение или осушение воздуха, подачу двуокиси углерода или других газообразных смесей, нагрев или охлаждение окружающей среды, которые могут быть циклическими или нет, нагрев лотка и т.д.

Получение приемлемых для выращивания условий обеспечивают внешний (не показан) и внутренний (14) (фиг. 5) блоки климатического устройства - кондиционера, а также устройство для подачи двуокиси углерода (не показано). Созданная климатической установкой обогащенная двуокисью углерода и увлажненная воздушная среда заполняет всю камеру (1) через выпускающий трубопровод (15) (фиг. 2, фиг.5), который может быть размещен по периметру камеры (1) (фиг. 5) или любым другим подходящим образом, например, размещен на противоположных стенах камеры симметрично. Выпускающий трубопровод (15) может быть выполнен из любого доступного материала - металла, пластика или нетканого полотна. Доступ обогащенной двуокисью углерода увлажненной среды в камеру может осуществляться через отверстия или щели в выпускающем трубопроводе.

Вентиляционная система обеспечивает забор увлажненного и обогащенного углекислым газом воздуха из камеры (1) и подает его под напором к каждому растению для осуществления вентиляции, что особенно важно в условиях компактного размещения стеллажей (4) при их сдвиге.

Вентиляционная система содержит воздухозаборное устройство (16) (фиг.2, фиг. 5), например, вентилятор, и систему воздуховодов, содержащую горизонтально ориентированные распределительные текстильные воздуховоды (17), установленные параллельно лоткам (7) и в непосредственной близости от лотков в долевом направлении горизонтальных ярусов (5). Распределительные текстильные воздуховоды (17) представляют собой гибкие рукава, выполненные из синтетического тканого или нетканого полотна, которые снабжены по меньшей мере одной группой перфорированных выпускных отверстий (18), размещенных с возможностью подачи обогащенной воздушной среды в направлении нижней стороны листьев и стебля растений. Один конец рукава подключен через коллектор с адаптерами (19) к воздухозаборному устройству (16), а на другом конце рукава установлена заглушка.

Такое выполнение и размещение распределительных воздуховодов дает возможность предоставить растению подобранную системой управления температуру, влажность и содержание углекислого газа, необходимые для данной культуры, при этом потоки обогащенного двуокисью азота воздуха направлены не сверху вниз, как это описывается в предшествующем уровне техники, а снизу под углом к растению, попадая, преимущественно, на нижнюю эпидерму листовой пластинки растения и на его стебель. Известно, что газообмен в растениях осуществляется через устьица растений. Устьица представляют собой специализированные клетки, расположенные преимущественно на нижней стороне листьев в эпидермальном слое. Газообмен происходит путем открытия и закрытия клеток. Установлено, что концентрация двуокиси углерода вне листа сильно влияет на скорость поглощения ее растением: если углекислый газ подводится непосредственно к устьицам листьев растений, то он более активно поглощается устьицами листьев и стебля растений, а растения лучше растут.

Для соблюдения возможности размещения распределительных текстильных воздуховодов (17) вблизи лотков, а также соблюдения возможности подачи обогащенной воздушной среды к нижней стороне листьев и стебля, размещение воздуховода может быть осуществлено таким образом, чтобы его верхняя часть выступала над лотком, при этом группа отверстий была бы расположена в выступающей над лотком части воздуховода. Текстильные воздуховоды, как правило, имеют цилиндрическую форму с сечением в виде окружности. В этом случае над лотком (см. фиг. 3) выступает верхний сегмент цилиндрического текстильного воздуховода, ограниченный частью цилиндрической поверхности воздуховода и условной секущей плоскостью, совпадающей с верхней поверхностью лотка.

Рукава воздуховодов при этом могут быть размещены непосредственно на поверхности горизонтального яруса (5) стеллажа рядом с лотком (или между лотками), в этом случае диаметр воздуховодов превышает высоту лотков.

Если на ярусе установлено, например, два лотка (7) (фиг.3) и они занимают большую часть площади горизонтального яруса так, что текстильный воздуховод не может опираться на поверхность горизонтального яруса (5), то воздуховод устанавливают между лотками (7) и прикрепляют его либо к лоткам, либо к вертикальным стойкам (6) стеллажа (4) с помощью, например, липких лент таким образом, чтобы верхний сегмент воздуховода выступал над лотком, а группа перфорированных выпускных отверстий (18) была размещена в выступающей над лотком части воздуховода так, чтобы потоки воздуха попадали на нижние стороны листьев растений (фиг.3).

Для достижения наилучших результатов желательно, чтобы группа перфорированных отверстий была выполнена в виде нескольких рядов, размещенных линейно вдоль лотка для соблюдения единых условий подачи воздушной среды к каждому растению.

Распределительные воздуховоды (17) связаны с воздухозаборным устройством посредством коллекторов (19) с адаптерами (см. фиг. 2). Коллекторы (19) ориентированы вертикально, их можно разместить в одном из торцов стеллажа (4) и в каждом ярусе соединить их с распределительными воздуховодами (17) посредством адаптеров, например, фланцевых (не показаны).

Как уже упоминалось, для некоторых воплощений изобретения на каждом ярусе (5) может быть размещено по меньшей мере два лотка (7), а распределительный текстильный воздуховод устанавливают между упомянутыми лотками. Такое размещение лотков и распределительных воздуховодов является наиболее оптимальным, например, при выращивании клубники. Лоток может быть выполнен в виде закрытого короба (фиг. 2), что позволяет разместить каждое растение в индивидуальном посадочном гнезде (8) - в гнездо вставлена кассета (не показана), в которой находится кустик клубники. Также закрытый лоток обеспечивает лучшее сохранение питательных веществ в растворе за счет уменьшения его испарения.

Растения на ферме могут быть выращены как методом гидропоники, так и аэропоники.

Для выращивания растений методом гидропоники в вертикальной ферме предусмотрена система изготовления водного питательного раствора (3), включающая аппарат очистки воды, смеситель, накопительную бочку насосную группу и трубопровод (не показаны).

Питательный раствор готовится в смесителе, в котором смешивается очищенная вода и набор необходимых для конкретного растения набор солей. Полученный водный питательный раствор с помощью насосов подается в систему циркуляции водного питательного раствора, представляющую собой систему гибких шлангов и через средства подвода (9) питательного раствора поступает в лотки. Длина гибких шлангов должна обеспечивать свободное перемещение стеллажей.

Циркуляция раствора в лотке происходит путем периодического затопления растений, при которой растение попеременно получает и необходимые для роста вещества из питательного раствора, и кислород для того, чтобы корни не начали загнивать.

После некоторого времени питательный раствор сливается из лотка в промежуточную емкость, а затем по системе циркуляции питательного раствора перемещается в накопительную бочку, в которой к раствору добавляют ушедшие из него соли, воду и вновь направляют питательный раствор в лотки.

Условия для роста и развития растений задаются с помощью системы управления вертикальной фермы. Система включает установленные в каждом ярусе датчики: температуры, влажности, освещенности, состава водного питательного раствора, данные от которых передаются в контроллер. Контроллер фермы подключен к базе данных с информацией, касающейся управления жизненным циклом каждой сельскохозяйственной культуры и в случае изменения параметров от заданных приводит в действие исполнительные механизмы (клапаны открытия и закрытия и.т.п.). В частности, управление жизненным циклом предусматривает изменение цветового спектра в течение светового дня, управление подачей обогащенной воздушной среды для вентиляции растений - регулирование направления потоков воздуха в направлении

Пример осуществления изобретения.

Монтаж вертикальной городской фермы осуществляли следующим образом.

В герметичной камере (1) устанавливали вертикальные стеллажи (4), размещенные на выкатных элементах (10), представляющих собой платформы (11) с роликами(12), установленные на направляющих (13). Стеллажи сдвигали, оставляя по меньшей мере один проход между ними, что позволяло более экономно использовать площадь камеры. На горизонтальных ярусах (5) стеллажей устанавливали лотки (7) в два ряда. Между ними закрепляли распределительные текстильные воздуховоды (17) так, что верхний сегмент воздуховода выступал над лотком, а перфорированные отверстия воздуховодов (18) размещали в верхней части линейно в несколько рядов. Затем в торце каждого стеллажа устанавливали вертикально ориентированные коллекторы (19) с адаптерами, например, фланцевыми.

Воздуховоды (18) подключали через адаптеры к коллекторам (19). Коллекторы соединяли между собой также посредством адаптеров.

В нижней части стеллажа монтировали воздухозаборное устройство (16), представляющее собой вентилятор, к которому подсоединяли коллекторы (19).

Далее устанавливали климатическую установку: навешивали внешний и внутренний блоки кондиционера, подсоединяли увлажнитель и осушитель, монтировали выпускающий трубопровод (15) и подсоединяли к нему устройство для подачи двуокиси углерода (баллон с углекислым сжиженным газом).

Затем переходили к монтажу системы изготовления питательного раствора (3) и системы циркуляции. Для выполнения системы изготовления питательного раствора устанавливали аппарат очистки воды, смеситель, накопительную бочку, насосную группу и трубопровод. Для выполнения системы циркуляции питательного раствора монтировали гибкие шланги с длиной, учитывающей необходимость перемещения стеллажей. Шланги подключали к системе изготовления питательного раствора и к средствам подвода и отвода (9) питательного раствора для заполнения раствором лотков.

Устанавливали на стеллажах датчики температуры, влажности, освещенности, а также датчики давления воздушной среды в воздуховодах и трубопроводах, содержания двуокиси углерода в воздухе, содержания компонентов питательного раствора, времени суток и пр. Монтировали в трубах клапаны открытия и закрытия и другие исполнительные устройства.

Подключали систему управления фермой, в которой контроллер подсоединяли к базе данных с информацией, касающейся управления жизненным циклом выращиваемых растений.

Смонтированная в соответствии с вышеописанным ферма функционировала следующим образом.

Весь процессы, связанные с выращиванием растений на вертикальных фермах инициировались и контролировались системой управления. Информация собиралась от данных датчиков температуры, влажности, освещенности, давления воздушной среды в воздуховодах и трубопроводах, содержания двуокиси углерода в воздухе, содержания компонентов питательного раствора, времени суток и пр.

Клубнику высаживали в кассеты, размещали в индивидуальных гнездах (8) лотков (7), подключали систему освещения, включающую светодиодные лампы с водяным охлаждением и система управления включала оптимальный для данного времени суток световой режим.

В смесителе изготавливали водный питательный раствор путем смешивания рекомендованных системой управления солей в определенных количествах с водой, предварительно прошедшей очистку.

Питательный раствор перекачивали через шланги и средства подвода к горизонтальным ярусам (5) стеллажей (4) и заливали раствор в лотки (7). При критическом уменьшении количества питательных веществ в растворе, контролируемом системой управления, раствор сливали в промежуточную емкость, а затем перекачивали в накопительную бочку, где система управления корректировала количество питательных веществ в питательном растворе, после чего раствор по гибким шлангам вновь поступал через систему циркуляции в лотки (7).

Включали кондиционер, воздух подогревали, увлажняли и обогащали двуокисью углерода и через выпускающий трубопровод обогащенный воздух поступал в герметичную камеру (1), а затем воздушная смесь из камеры засасывалась в воздухозаборное устройство (16), по коллекторам (19) поступала в распределительные текстильные воздуховоды (17) и подавалась через перфорированные отверстия (18) к нижним сторонам листьев и стеблям растений.

Как следует из представленного примера, настоящее изобретение раскрыто для некоторых конкретных модификаций осуществления изобретения, но специалистам в данной области техники будут очевидны другие его модификации без отклонения от сущности и объема изобретения, вытекающие из нижеприведенной формулы изобретения.

Как следует из описания, городская ферма в соответствии с изобретением позволяет рационально использовать небольшие площади для выращивания сельскохозяйственных культур в комфортных для растений условиях с улучшенным газообменом и фотосинтезом.

Изобретение относится к вертикальным городским фермам для выращивания растений по гидропонной или аэропонной технологии. Вертикальная городская ферма для выращивания растений содержит герметичную камеру для выращивания растений, установленную в камере систему передвижных вертикально ориентированных стеллажей. Каждый стеллаж выполнен с горизонтальными ярусами. На каждом ярусе установлен по меньшей мере один лоток для выращивания растений, размещенный в продольном направлении яруса. Каждый ярус снабжен средствами подвода и отвода водного питательного раствора к лоткам и светодиодными лампами с водяным охлаждением, выполненными с возможностью установления оптимальных цветовых режимов. Вертикальная ферма содержит систему циркуляции водного питательного раствора, систему изготовления водного питательного раствора, климатическую установку, вентиляционную систему, систему управления. Вентиляционная система содержит воздухозаборное устройство, связанное с горизонтально ориентированными распределительными текстильными воздуховодами. Воздуховоды размещены параллельно лоткам и оснащены по меньшей одной группой перфорированных отверстий, расположенных с возможностью подачи упомянутой воздушной среды в направлении нижней стороны листьев и стеблей растений. Изобретение обеспечивает возможность рационально использовать небольшие площади для выращивания растений в комфортных для растений условиях с улучшенным газообменом и фотосинтезом. 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Вертикальная городская ферма для выращивания растений, включающая:

герметичную камеру для выращивания растений;

установленную в камере систему передвижных вертикально ориентированных стеллажей, где каждый стеллаж выполнен с горизонтальными ярусами, на каждом ярусе установлен по меньшей мере один лоток для выращивания растений, размещенный вдоль яруса, причем каждый ярус снабжен средствами подвода и отвода водного питательного раствора к лоткам и светодиодными лампами с водяным охлаждением, выполненными с возможностью установления оптимальных световых режимов;

систему циркуляции водного питательного раствора, соединенную со средствами подвода и отвода водного питательного раствора к лоткам каждого яруса и выполненную с возможностью обеспечения циркуляции питательного раствора;

систему изготовления водного питательного раствора, выполненную с возможностью пополнения питательных веществ в водном питательном растворе и связанную с системой циркуляции питательного раствора;

климатическую установку, выполненную с возможностью создания и поддержания в камере воздушной среды с заданными параметрами температуры, влажности и содержания двуокиси углерода;

вентиляционную систему, обеспечивающую подвод упомянутой воздушной среды с заданными параметрами к растениям, содержащую воздухозаборное устройство, связанное с горизонтально ориентированными распределительными текстильными воздуховодами, где упомянутые воздуховоды размещены параллельно лоткам и оснащены по меньшей одной группой перфорированных отверстий, расположенных с возможностью подачи упомянутой воздушной среды к нижней стороне листьев растений и их стеблям;

систему управления вертикальной фермой.

2. Ферма по п. 1, в которой распределительные текстильные воздуховоды имеют цилиндрическую форму.

3. Ферма по п. 2, в которой распределительные воздуховоды размещены таким образом, что верхний сегмент каждого воздуховода выступает над лотком, при этом группа перфорированных выпускных отверстий расположена в упомянутом сегменте воздуховода.

4. Ферма по п. 1, в которой распределительные текстильные воздуховоды размещены на горизонтальных ярусах.

5. Ферма по п. 1, в которой на каждом горизонтальном ярусе стеллажа установлено два лотка с размещенным между ними распределительным текстильным воздуховодом.

6. Ферма по п. 1, в которой группа перфорированных отверстий размещена в продольном направлении распределительного воздуховода линейно с образованием по меньшей мере двух рядов отверстий.

7. Ферма по п. 1, в которой распределительные текстильные воздуховоды связаны с воздухозаборным устройством посредством размещенных в одном из торцов каждого стеллажа вертикально установленных коллекторов с адаптерами, обеспечивающими соединение с каждым распределительным текстильным воздуховодом и упомянутым воздухозаборным устройством.

8. Ферма по п. 1, в которой лоток выполнен в виде закрытого короба с индивидуальными гнездами для каждого растения.

9. Ферма по п. 8, в которой лотки сконфигурированы для выращивания клубники.

10. Ферма по п. 1, в которой каждый стеллаж установлен на выкатном элементе, представляющем собой платформу с роликами и направляющими для роликов, приводимую в действие механическим или электрическим приводом.

11. Ферма по п. 1, в которой система изготовления питательного раствора содержит аппарат очистки воды, смеситель, накопительную бочку, насосную группу и трубопровод.

12. Ферма по п. 1, в которой система циркуляции водного питательного раствора сконфигурирована для обеспечения выращивания растений методом гидропоники с периодическим подтоплением и включает гибкие шланги необходимой для перемещения стеллажей длины.

13. Ферма по п. 1, в которой климатическая установка включает кондиционер, устройство для подачи двуокиси углерода, осушитель, увлажнитель и выпускной трубопровод, обеспечивающий подачу воздушной среды с заданными параметрами температуры, влажности и содержания двуокиси углерода в камеру.

14. Ферма по п. 1, в которой система управления содержит датчики, контроллер и исполнительное устройство, включающее клапаны открытия и закрытия, при этом контроллер фермы подключен к базе данных с информацией, касающейся управления жизненным циклом каждого растения.