СПОСОБ ПОЛИВА РАСТЕНИЙ В ТЕПЛИЦЕ
METHOD OF PLANTS WATERING IN THE GREENHOUSE

Настоящее изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к выращиванию растений в закрытом грунте. Для этого используют теплицы, которые защищают выращиваемые растения от холода.
Такая защита имеет и негативные последствия, которые состоят в том, что конструкция большинства теплиц не предусматривает возможности использования дождевых осадков для полива растений. Но в то же время использование дождевой воды широко практикуется в домашнем хозяйстве. При этом воду собирают в специальных резервуарах-накопителях, откуда ее подают в домовую водопроводную сеть для бытовых нужд, в том числе для полива растений (Безе К. Дождевая вода для сада и загородного дома. С-Петербург, изд. «БХВ, 2012 г.»).
Известны также теплицы, позволяющие использовать естественный дождевой полив. Так, теплица «Кормилица-Умница» (патент РФ на полезную модель №100699) Новосибирского завода «Металл-Сервис» (www.zavod-mc.ru) имеет откатную крышу, что может обеспечить поступление осадков непосредственно на грядки в теплице.
Для дальнейшего описания будем использовать следующие графические изображения.
На фиг. 1 приведена схема поперечного разреза «Теплицы с естественным дождевым поливом растений». Здесь показан путь слива дождевой воды с крыши теплицы по ее стенам и прохождение воды внутрь теплицы через стеновые водосборники.
На фиг. 2 приведена в общем виде внутренняя планировка теплицы.
На фиг. 3 приведена схема поперечного разреза возможной реализации конструкции теплицы по предлагаемому «Способу полива растений в теплице».
Наиболее близким техническим решением, которое принято в качестве прототипа, является способ по патенту РФ на полезную модель №162057, 20.05.2016 «Теплица с естественным дождевым поливом растений», автор Самохвалов С.Я., который состоит в том, что во время выпадения осадков 1 (фиг. 1) дождевая вода 2 (фиг. 1) стекает с крыши теплицы по ее стенам 3 (фиг. 1), которые имеют в своей нижней части специальные стеновые водосборники 4 (фиг. 1) для перенаправления этой воды внутрь теплицы, для последующего увлажнения тепличных грядок 5 (фиг. 1) и подачи тем самым воды к корневой системе растений 6 (фиг. 1).
Признаком прототипа является сбор дождевых осадков с крыши теплицы и направление полученной дождевой воды внутрь теплицы на ее грядки.
Принятый за прототип способ имеет недостатки:
- способ применим к ограниченному классу теплиц, конструкция которых имеет плавный переход крыши теплицы в ее стены, что обеспечивает организованный слив собранной воды и позволяет использовать стеновые водозаборники для перенаправления стекающей воды на тепличные грядки;
- полив по данному способу происходит случайным образом, только во время выпадения дождевых осадков, что делает невозможным выполнение регулярного, планового полива растений по некоторому графику;
- количество воды, собираемое с крыши теплицы по данному способу, недостаточно для полива растений в теплице и не может быть увеличено, так как это количество зависит от эффективной площади крыши, которая определяется как проекция крыши на горизонтальную плоскость, например, на поверхность земли, то есть эффективная площадь крыши равна площади теплицы и не может быть больше этого размера для данной конструкции теплиц.
Определим далее необходимое количество поливной воды для данной конструкции теплиц с некоторой известной площадью, с одной стороны, а с другой стороны, определим общее количество осадков, выпадающих на такую же площадь, в одних и тех же условиях.
Для различных овощей применяют разные нормы полива в зависимости от выбранной методики. В качестве одной из таких методик будем использовать «РД-АПК 1.10.09.01-14 Методические рекомендации по технологическому проектированию теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей и рассады». Из приложения «И» этих рекомендаций следует, например, что расход воды на один полив для томатов составляет 16 л/кв.м. Другое приложение «П» устанавливает, что в месяц требуется производить десять таких поливов, а в примечании 2 этого приложения приведено уточнение о том, что при капельном поливе расход воды уменьшают на 30%. То есть уточненная норма расхода воды на один полив составит 11,2 л/кв.м. В месяц это будет составлять 112 л/кв.м.
В соответствии с этими данными можно определить количество воды, необходимое, например, для капельного полива томатов в теплице размером 3×6 метров. В первую очередь определим в теплице поливную площадь (фиг. 2), в которую не входит проход между грядками, ширину которого примем равной 0.8 м. Запишем выражение для общей площади теплицы
где Dт - ширина теплицы;
Lт - длина теплицы.
Тогда выражение для поливной площади теплицы будет иметь следующий вид
где d - ширина прохода между грядками.
Введем понятие коэффициента поливной площади теплицы Kпп, которое определим как отношение площади полива к общей площади теплицы
Тогда выражение для поливной площади теплицы можно записать через полную площадь теплицы следующим образом
Необходимое количество воды для выполнения капельного полива на этой площади в течение месяца можно определить по следующему выражению
где Qпл - месячная норма полива растений, л/кв.м.
Проведенные вычисления показывают, что в месяц необходимо расходовать 1478 литров воды для капельного полива томатов в теплице размером 3×6 метров.
Количество осадков по Московской области в летние месяцы (http://posoda.turtella.ru/Russia/Moscow/monthly) составляет от 41,9 до 66,6 литров воды в месяц, а среднее значение за пять месяцев составит 54,9 литров воды в месяц. Тогда сбор дождевой воды с площади 18 кв.м в месяц составит 988 литров, что значительно меньше, полученной выше, месячной нормы расхода воды на полив растений в теплице.
Цель изобретения состоит в обеспечении регулярного и нормированного полива растений в теплице, с преимущественным использованием дождевой воды, вне зависимости от регулярности выпадения осадков.
Для достижения поставленной цели, прежде всего, необходимо обеспечить увеличение количества собираемой дождевой воды, например, путем увеличения площади крыши. В этом случае эффективная площадь увеличенной крыши Sкр может быть определена следующим образом
где Sкр - площадь проекции крыши теплицы на горизонтальную плоскость (эффективная площадь сбора дождевых осадков), кв.м;
Qoc - среднее количество осадков в месяц, л/кв.м.
Расчеты показывают, что для расположенной в Московской области теплицы площадью 18 кв.м необходимо проектировать крышу с эффективной площадью 26,8 кв.м.
Увеличение площади крыши относительно площади теплицы можно получить, например, за счет использования такой конструкции крыши, которая допускает наличие свесов увеличенного размера, так чтобы общая эффективная площадь крыши превышала площадь теплицы в соответствии с формулой (6).
Для достижения поставленной цели вносят также изменения в технологический процесс сбора дождевой воды с крыши теплицы и направления ее на грядки теплицы, которые состоят в том, что в технологическую линию перемещения собранной воды, помимо специальной системы организованного сбора (слива) воды, включают промежуточную буферную емкость, в которую поступает вся собранная вода для дальнейшего хранения, причем эта емкость всегда доступна для поступления воды, а расход воды из нее возможен только определенными, однократными порциями, которые поступают в расходную емкость, в процессе подготовки сеанса нормированного полива растений, который можно проводить в любое время, в соответствии с принятым графиком полива, при этом вода из расходной емкости по распределительной системе трубопроводов поступает непосредственно к растениям.
Необходимые для этого изменения конструкции теплицы состоят в использовании специально разработанной, двускатной крыши с увеличенными свесами 7 (фиг. 3), специальной системы организованного слива 8 (фиг. 3), буферного резервуара-накопителя 9 (фиг. 3), расходной емкости 10 (фиг. 3), механизма переполнения 11 (фиг. 3), промежуточной 12 (фиг. 3) и распределительной 13 (фиг. 3) систем трубопроводов с необходимой запорной арматурой.
Функционирование теплицы организовано таким образом, что одновременно протекают два процесса. Первый из них - это постоянный, в течение всего сезона, сбор и хранение дождевой воды, а второй - это дозировка воды для однократных порций полива и последующее выполнение сеансов полива. При этом важно, чтобы процесс сбора дождевой воды был начат заблаговременно, ранней весной, так чтобы к поливному сезону уже был накоплен достаточный запас дождевой воды. При этом график полива составляют только по агрономическим нормам, без учета степени наполненности буферного резервуара-накопителя, но в случае нештатной ситуации из-за недостатка воды применяют экстренные меры по наполнению этого резервуара из альтернативных источников.
Основную часть всего сезона система полива выполняет сбор и хранение дождевой воды, при этом ручной вентиль 14 (фиг. 3) на выходе буферного резервуара-накопителя находится в закрытом положении, а перед поливом выполняют подготовку к сеансу полива, которая состоит в формировании нормированной порции воды для однократного полива. Для этого открывают выходной вентиль буферного резервуара-накопителя 14 (фиг. 3), тогда накопленная в резервуаре-накопителе 9 (фиг. 3) вода по трубопроводу 12 (фиг. 3), через открытые клапан переполнения 15 (фиг. 3) и ручной вентиль 14 (фиг. 3) поступает в расходную емкость 10 (фиг. 3), при наполнении которой до заданного уровня срабатывает механизм переполнения 11 (фиг. 3) и закрывает клапан переполнения 15 (фиг. 3). При этом вода с крыши по-прежнему может поступать в резервуар-накопитель 9 (фиг. 3).
Срабатывание механизма переполнения является признаком того, что в расходной емкости уже имеется нормированное количество воды, а система находится в состоянии готовности к сеансу полива растений в теплице, для выполнения которого закрывают вентиль 14 (фиг. 3) и открывают вентиль 16 (фиг. 3), тогда через систему распределительных трубопроводов 13 (фиг. 3) вода из расходной емкости поступает к растениям 6 (фиг. 3) на грядках 5 (фиг. 3).
После окончания сеанса полива и опустошения расходной емкости клапан перелива находится в открытом состоянии, тогда, для подготовки к очередному сеансу полива, закрывают вентиль расходной емкости 16 (фиг. 3) и открывают вентиль резервуара-накопителя 14 (фиг. 3), в результате чего вода вновь поступает в расходную емкость и все процедуры подготовки к сеансу полива будут выполнены вновь.
Полив растений в теплице по предлагаемому способу обеспечивает достижение поставленных целей.
Использование буферного резервуара-накопителя, оснащенного системой организованного слива (сбора) дождевой воды, позволяет постоянно иметь накопленный запас воды и пополнять его по мере выпадения осадков, что обеспечивает регулярный полив растений в теплице, в том числе и в засушливой период.
Использование расходной емкости с механизмом переполнения позволяет нормировать количество воды для единичного полива без участия обслуживающего персонала.
Использование формулы (6) позволяет на этапе проектирования определить необходимую площадь крыши теплицы для обеспечения сбора дождевой воды в известной местности, в достаточном количестве для полива определенных овощей на известной площади выращивания.
В случае нештатной ситуации из-за отсутствия запаса воды в резервуаре-накопителе этот запас может быть пополнен, например, из водопровода, колодца либо из любых других доступных источников воды.
Использование полива растений в теплице по настоящему способу позволяет снизить трудоемкость поливных работ, так как сбор и подача воды к растениям происходит самотеком, без применения физической силы обслуживающего персонала.
Использование полива растений в теплице по настоящему способу позволяет снизить расходы на выращивание овощей, так как в этом случае не производят затраты как на оплату самой воды, так и на оплату энергии для ее подачи в теплицу на грядки.
Система полива по предлагаемому способу допускает замену ручных вентилей на электроуправляемые для возможного использования ее в составе комплексной автоматизированной системы управления теплицей.