ПЛАВАЮЩАЯ ТЕПЛИЦА

Заявляемая полезная модель предназначена для сооружения, модернизации и эксплуатации теплиц и парников сельско-хозяйственного назначения, особенно при дефиците свободных земель и наличии водоемов, а ее применение позволяет повысить надежность их функционирования, их энергоэффективность и энергоэкономичность при питании от сетей электроснабжения и возобновляемых источников энергии..
Принципы проектирования энергоэффективных теплиц включают (Пособие по проектированию теплиц и парников (к СНиП 2.10.04 - 85): архитектурные решения (энергетически рациональная ориентация теплицы по частям света с точки зрения расположения ограничивающих свето-прозрачных ее укрытий, дверей); объемно-планировочное решение (энергоэффективная форма теплицы, обеспечивающая минимальную площадь наружных укрытий; оптимальная площадь светопрозрачных проемов); конструктивные решения (непрерывная изолирующая оболочка из прозрачных и высокоэффективных теплоизоляционных материалов, обеспечивающих, также и их герметичность)*; инженерные решения - направленные на обеспечение требуемых режимов - световых определенной мощности
*) примером прозрачного высокоэффективного теплоизоляционного материала является (Теплицы и тепличные хозяйства / Справочник под ред. Г.Г. Шишко. - Урожай, 1993. - 424 с; Применение для остекления теплиц энергосберегающих стекол. Информационный ресурс Интернет) специальное энергосберегающее стекло с низкоэмиссионным покрытием, благодаря которому достигается его:
- излучательная способность - снижение интенсивности «холодного» излучения в сторону теплицы, исключение образования капельного конденсата;
- фотоэлектрический эффект - накапливается солнечная энергия в этом покрытии, что приводит к выделению активного кислорода. Он способен окислять органические соединения до полного распада, убивает бактерии на поверхности стекла и представляет решение экологического эффекта;
- гидролитический эффект - объясняется высоким поверхностным натяжением, благодаря чему стекло становится самоочищающимся, не оставляя разводов.
Применение таких стекол с низкоэмиссионным покрытием в остеклении теплиц позволяет: сократить потери тепловой энергии на 30-50%; повысить урожайность выращивания сельхозкультур; снизить себестоимость выращиваемой продукции.
Известны и другие высоко энергоэффективные конструкционные, в том числе полимерные, материалы для остекления теплиц.
и суточной продолжительности (Евпланов А.И., Кошман В.С., Удилов В.М. Экономия тепловой энергии в культивационных сооружениях защищенного грунта. Справочное пособие, ТУГЭН по Свердловской области, г. Екатеринбург, 1999. - 68 с.) - область ФАР фотситнтетической активности радиации (380-710 нм), а также ближние ультрафиолетовое (330-400 нм) и инфракрасное (750-1200 нм) излучения**, влажности (от 60 до 90%) в зависимости от вида овощей и рассады и вентиляции (оптимальная скорость воздуха в овощной теплице: огурца 0,25-0,3 м/с, томата 0,3-0,5 м/с и до 1 м/с, для рассады 1-1,5 м/с); температурных (до 30°C в объеме теплицы, 18-25°C в корнеобитаемом слое
**) энергоэффективными решениями в обеспечении светового режима в теплицах являются:
- при естественном освещении - применение отражателей (зеркальных или цинковых) устанавливаемых внутри теплицы и позволяющая усилить световой поток, сделать освещение более равномерным и рассеяным;
- в случае искусственного освещения - а) применение в теплицах зеркальных газоразрядных натриевых ламп. Мероприятие позволяет за счет повышения уровня и равномерности освещения увеличить урожайность на 15%; б) применение в теплицах светодиодных осветительных систем, мероприятие позволяет уменьшить: в 3-4 раза мощность потребляемой на освещение электроэнергии ив 2 раза долю энергетической составляющей на освещение в себестоимости выращиваемой в теплице овощной продукции.
до 25-30°C в близи от растений)***.
***) имеется три основных типа отопления теплиц - объемное, почвенное и вегетативное. Объемное - обогревает воздух в объеме теплицы, для него традиционно рекомендуют применять трубные нагреватели, калориферы, вентиляторы; почвенное - им прогревается грунт, для него традиционным рекомендуется кабельные системы отопления; вегетативное - для прогрева воздуха в непосредственной близости у растения, традиционно рекомендуется осуществлять с использованием приборов в виде пластиковых труб.
Энергоэффективными для отопления теплиц являются теплонасосные, инфракрасные, кабельные системы и приборы (Обогреватели для теплиц - теплонасосные, инфракрасные, кабельные. Информационный ресурс Интернет). Дополнительная экономия тепловой энергии может быть достигнута применением автоматизированных систем управления режимами микроклимата.
При создании заявляемой энергоэффективной плавающей теплицы указанные выше принципы должны приниматься во внимание и использоваться.
С учетом этих принципов наиболее близкой к заявляемой и принятой за прототип является теплица (биокомплекс) по патенту РФ №2124828 (М. кл. A01G 9/24; A01G 31/02; A01G 7/00; A01G 9/14; A01K 61/00 A01K 61/00; A01K 61/00; A01K 61/00; A01K 61/00; A01K 61/00, опубл. 20.01.1999 г.) снабженная теплоизолирующими и прозрачными ограждениями, схему ее электроснабжения подключенную к источнику электроэнергии - электрической сети, и включающая системы инженерного обеспечения теплицы - отопления, водоснабжения, освещения, вентиляции и орошения (влажности); расположенные в ней грядки или лотки с растениями или рассадой с прикрепленными к ним светоотражателями.
Недостатком прототипа является расположение теплицы на земельном участке, специально подготовленном для этого, в том числе обустроенного в инженерном отношении. В случае дефицита земель указанный недостаток сказывается особенно остро. За рубежом (Голландия, Германия) наработан положительный опыт сооружения и эксплуатации плавающих теплиц, которые свободны от этого недостатка прототипа, поскольку расположены не на земельных участках, а на плавающем на поверхности водоема понтоне (Пригородный плавучий дом вместо городской квартиры. Информационный ресурс Интернет. Май 2013). Признаки известной плавающей теплицы «содержащей жестко закрепленную на понтоне на поверхности водоема теплицу», которые могут быть включены в до отличительную часть принятого прототипа (дополненного - сборного) позволяют придать ему новые качества, делающие его более совершенным.
Наряду с разрешением (в той или иной мере) вопроса дефицита земель для размещения теплиц, приемуществами таких плавающих теплиц являются следующие: а) упрощение и удешевление осуществления водоснабжения плавающей теплицы для целей полива растений, отопления, орошения и обеспечения требуемой влажности; б) более полное использование возможностей естественного освещения за счет образования, при этом, дополнительного отражаемого от поверхности воды светопотока (О доле отраженной энергии при различных углах падения света на поверхность воды. Информационный ресурс Интернет); в) термостабилизирующая способность большого массива (объема) воды в водоеме, способствующая:
- предупреждению чрезмерных охлаждений растений в теплице - в случаях заморозков, а также, при значительных понижениях ночных температур воздуха, характерных и наблюдаемых в расположении земельных (материковых) участков;
- увеличению продолжительности существования периода более теплой температуры окружающего воздуха в расположении теплицы и этим «продлить лето».
С учетом указанных дополнений сборного прототипа заявляемой плавающей теплицы, доотличительная часть формулы предполагаемой новой полезной модели выглядит следующим образом: - плавающая теплица, содержащая жестко закрепленную на понтоне на поверхности водоема теплицу с теплоизолирующими и прозрачными ограждениями, схему ее электроснабжения подключенную к источнику электроэнергии - электрической сети, и включающая системы ее инженерного обеспечения - отопления и водоснабжения с электронасосами перекачивания в них, освещения, вентиляции и орошения (обеспечение влажности); расположенные в ней грядки или лотки с растениями или рассадой; источником воды в ней является водоем.
ти
Однако, и такой сборный прототип обладает недостатками. Один из них связан с низкой надежностью электроснабжения (как и других сельхозпроизводителей вообще) из-за аварий и низкого качества электроэнергии в электрических сетях сельско-хозяйственного назначения (Овсейчук В.А. Обеспечение надежности электроснабжения в условиях рыночной экономики / Новости электротехники, 2010, №4 (64)). Согласно статистическим данным с авариями в электрических сетях (и низким качеством электроэнергии) в течение года у сельхозпроизводителей перерывы в электроснабжении составляют около 95 часов (Надежность электроснабжения сельхозпроизводителей и сельского населения. Информационный ресурс Интернет), а связанный с этим ущерб составляет около $1,36 млрд. (ущерб определен, исходя: из объема российского ВВП, который в 2012 г. составил $2014,8 млрд. (Объем ВВП России в 2012 году. Информационный ресурс Интернет), объема годовых потерь из-за аварий и низкого качества электроэнергии при производстве ВВП в России, который составил $34,0 млрд., и доли сельхоз продукции в объеме ВВП России в 2012 г., которая составила 4% (Сельское хозяйство и аграрная политка России: итоги 2012 года. Информационный ресурс Интернет) или $80,6 млрд. Исходя из очевидных преобразований, ущерб (доля ущерба у сельхозпроиводителей) составил, около $1,36 млрд.).
Перерывы в электроснабжении характерны и при использовании в качестве источника электроэнергии возобновляемых источников энергии (ВИЭ), предусматривающих преобразование природных энергопотоков, существование которых, как правило, не постоянно, а иногда и низко прогнозируемо. Связанные с этим недостатки ВИЭ, аналогичны выше отмеченным недостаткам технологии электроснабжения от береговых электросетей сельхозназначения. Для освобождения от указанных недостатков, связанных с перерывами функционирования источника электроэнергии, в заявляемой плавающей теплице возможно использование эффективного решения - применение энергоаккумуляторов, в частности, ресивера (для сжатого воздуха) и теплогидроаккумулятора (для горячей воды).
2
По некоторым данным (Технико-экономические расчеты электроснабжения в сельском хозяйстве. Информационный ресурс Интернет), при выращивании овощей в теплицах относительный ущерб от перерывов в электроснабжении рекомендуется оценивать величиной равной 4 руб/м, или 0,8 руб. на недоотпущенный 1 квтч электроэнергии. Другой недостаток связан с ограниченными эксплуатационными возможностями заявляемой плавающей теплицы, в частности - невозможностью выполнять самоходную ее ориентацию относительно сторон света, а также маневренные перемещения на небольшие расстояния в районе базирования теплицы. Этот недостаток отрицательно сказывается на эксплуатационных возможностях заявляемой плавающей теплицы и может существенно ухудшить технико-экономические показатели ее функционирования, объяснить это можно следующим. Невозможность выполнять самоходную ее ориентацию относительно сторон света отрицательно сказывается из-за связанной с этим недостатком невозможностью в полной мере использовать в теплице потенциал естественного солнечного света. Солнцестояние в течение суток, времени года, а также различных районах географического положения теплиц существенно различно. С учетом выполненных исследований установлено (НТП 10-95. Нормы технологического проектирования теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей и рассады), для того, чтобы в теплицах максимально эффективно использовать солнечную энергию, она (теплица) должна быть ориентирована либо меридиально - положение конька теплицы вдоль меридиана, т.е. с севера на юг (при географическом расположении теплиц в диапазоне широт 40 до 65° северной широты), либо широтно - положение конька теплицы с востока на запад (при географическом расположении теплиц в диапазоне широт 35 до 60° северной широты), то есть при изменении района расположения теплицы (от 35 до 65° северной широты) угол расположения (ориентации) теплицы должен быть изменен на 90°. Очевидно, что в географических регионах отличных от крайних значений указанных диапазонов (находящихся внутри их), положения теплицы оптимальными с точки зрения максимально эффективного использования солнечной энергии, будут другими внутри диапазона (0-90)° углов ориентации теплицы относительно сторон света. Поэтому целесообразна возможность ориентации теплицы относительно сторон света, оперативная корректировка ее положения имеет смысл и в различные времена года, а иногда и времени суток. Установленная на земельном участке стационарно теплица не позволяет изменять ее положение относительно сторон света по определению, а принятая за прототип - из-за отсутствия возможности самоходно изменять угол своего расположения и фиксировать теплицу в необходимом положении относительно сторон света. Маневренные перемещения на небольшие расстояния в районе базирования теплицы отрицательно сказываются на экономических показателях ее эксплуатации из-за необходимости привлечения для этого специальных маневровых самоходных плавсредств (и дополнительных затрат на это), иногда территориально удаленных от района базирования теплицы.
Недостатком, связанным с неполным использованием в ней потенциала осуществления более эффективного естественного освещения теплицы с северной ее стороны, за счет дополнительного отраженного от специальной регулируемой лучеотражающей панели светового потока (решение аналогично изложенному в патенте на изобретение РФ «Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс» №2264080, заявка №2002135940/12 от 20.12.2002 г., М. кл. A01G 9/14; A01G 9/24; E04D 13/18; F24J 2/10; F24J 2/34; опубликовано 20.11.2005 г.). С этим недостатком связаны либо высокие риски возникновения отклонений от правильного развития выращиваемых растений из-за недостатка света и снижении урожайности, либо(и) снижение экономичности теплицы из-за повышенного расхода электроэнергии на дополнительное освещение (при существовании такой необходимости), что чаще и, в первую очередь, проявляется в начале и конце дня, когда угол падения острый, а отраженный с северной стороны теплицы световой поток на нее не попадает.
Задачей заявляемой полезной модели является создание плавающей теплицы более надежно, энергоэффективно и энергоэкономично функционирующей.
Достигается она тем, что принятая за прототип (сборный) плавающая теплица, содержащая жестко закрепленную на понтоне плавающем на поверхности водоема теплицу с теплоизолирующими и прозрачными ограждениями, схему ее электроснабжения подключенную к источнику электроэнергии и включающая системы инженерного обеспечения теплицы - отопления и водоснабжения с электронасосами перекачивания в них, освещения, вентиляции и орошения; расположенные в ней грядки или лотки с растениями или рассадой; источником воды в ней является водоем; она снабжена теплогидроаккумулятором, причем обвязкой теплогидроаккумулятора обеспечивается возможность его работы либо в режиме аккумулирования тепла в горячей воде, либо в режиме отопления, либо одновременно - аккумулирования и отопления; она снабжена компрессором с ресивером, к которому подключены пневмодвигатели насосов систем отопления и водоснабжения, параллельно включенные в обводные (байпасные) линии электронасосов и функционирующие в течение перерывов подачи электроэнергии; теплогидроаккумулятор и ресивер выполнены из металла с возможностью контакта их поверхностей, например в виде соосных цилиндров; один, являющийся ресивером, выполнен вложенным в другой цилиндр большего диаметра, при этом образуемый ими кольцевой объем является теплогидроаккумулятором, а на поверхности цилиндра большего диаметра установлена тепловая изоляция; понтон выполнен с возможностью самоходной его ориентации относительно сторон света, например, благодаря использованию для этого съемных движителей, устанавливаемых на специальных транцах на понтоне, и снабжению его разнесенно установленными на нем, как минимум двумя якорями, исключающими его смещение и вращение.
В заявляемой плавающей теплице:
а) источником электроэнергии может быть береговая электрическая сеть, схема ее электроснабжения снабжена многотарифным электросчетчиком, а теплогидроаккумулятор и ресивер выполнены заряжаемыми в низкотарифные периоды суток;
б) источником электроэнергии може(гу)т быть возобновляемый(ые), например, солнечная, ветровая, установки теплонасосные или маломощной гидроэнергетики и др.
в) теплогидроаккумулятор и ресивер могут быть выполнены с возможностью их функционирования погруженными в воду;
г) водоем может быть заполнен водой с более высокой ее температурой, и которым может являться, например пруд-охладитель теплоэнергетического источника.
Реализация отличительных признаков обуславливает появление у заявляемой плавающей теплицы важных новых свойств - больших - надежности, энергоэффективности и энергоэкономичности функционирования.
Повышение надежности за счет снижения ущерба от перебоев в электроснабжении, достигается применением аккумулятора тепловой энергии в горячей воде - теплогидроаккумулятор (ТГА) и сжатого воздуха (ресивер), которые заряжаются в периоды наличия электроэнергии от ее источника. При перебоях в электроснабжении, аккумулированное в ТГА тепло в горячей воде поступает в систему теплоснабжения теплицы, при этом прокачивание ее осуществляется резервным насосом с пневмоприводом, включенным в обводную (байпасную) линию основного насоса с электроприводом, которые в такие периоды отключены. Сжатый воздух подается и на пневмоприводы резервных насосов системы электроснабжения и резервных генераторов системы освещения.
Повышение энергоэффективности ее достигается за счет: а) более энергоэффективной конструкции ТГА и ресивера, в которой ресивер выполнен вложенным в объем ТГА, контактирующим с теплоносителем в нем с более высокой температурой (в сравнении с температурой окружающего воздуха, при которой, как правило, эксплуатируется ресивер). Известно энергосберегающее мероприятие в технологиях сжатого воздуха, заключающееся в повышении его температуры. В предложенной плавающей теплице такое энергосберегающее мероприятие реализуется конструкцией ТГА и ресивера. (Более полное использование конструкции ТГА и ресивера в определенных условиях эксплуатации предложено в решении по п. 4 формулы заявляемой полезной модели); б) за счет использования максимально возможного естественного освещения плавающей теплицы, путем обеспечения в ней возможности самоходной ориентации ее относительно сторон света и фиксирования после этого, в различных - географических местностях, временах года и суток. Это позволяет снизить периоды дополнительного (искусственного и более затратного) освещения теплицы из-за нерационального ориентирования ее.
Более высокая энергоэффективность позволяет снизить потребление энергии от ее источника, и, как следствие, снизить долю энергозатрат в себестоимости выращиваемых в теплице овощей, и этим повысить ее энергоэкономичность. (Энергоэкономичность заявляемой плавающей теплицы достигается и за счет решения в п. 2 формулы заявляемой полезной модели).
Сочетание признаков заявляемой плавающей теплицы позволяет за счет повышения ее надежности, энергоэффективности - и экономичности снизить себестоимость выращиваемой продукции и расширить условия ее применения.
Ниже приведены признаки обозначенных выше (п. а)-(п. в) дополнительных пунктов заявляемой полезной модели, реализация которых направлена на повышение показателей назначения и эксплуатации плавающей теплицы.
а) источником электроэнергии может быть береговая электрическая сеть, схема ее электроснабжения снабжена многотарифным электросчетчиком, а теплогидроаккумулятор и ресивер выполнены заряжаемыми в низкотарифные периоды суток.
х
Использование многотарифного энергоучета. Энергосберегающим мероприятием направленным на придание плавающей теплице нового качества - более высокой энергоэкономичности является использование льготных суточных энерготарифов в соответствующие, например для теплицы - в ночной характеризующийся большей нагрузкой, периоды времени. Такое мероприятие давно успешно используется в практике энергоэффективных технологий (Синельников В.С. Инженерные системы загородного дома. Издательство «Энсма», М., 2007 г.). Признаками такого решения для заявляемой теплицы являются «схема ее электроснабжения подключена к источнику электроэнергии - электрической сети с многотарифным электросчетчиком». Реализация льготных тарифов в соответствующие периоды суток позволяет снизить расходы на энергообеспечение плавающей теплицы. Использование аккумулированных по льготному тарифу тепловой энергии и сжатого воздуха. Такое решение является энергосберегающим и позволяет, практически (по дневному тарифу потребляется только маломощными перекачивающими насосами, но не мощными нагревателями теплоносителя), круглосуточно использовать для целей тепло и электроснабжения использовать полученную от источника электроэнергию по льготному тарифу. Например, в среднем по России при двух тарифном учете ночной тариф меньше дневного в 3 раза (в Иркутской области - в 2 раза). При использовании в качестве электронагревателя теплоносителя теплонасосной установки (ВИЭ, энергоэффективность которого до 3 и более раз выше чем у электрокотельной установки), решение позволяет снизить расходы на электроэнергию потребляемую системой отопления в среднем по России в 9 раз, в Иркутской области - в 6 раз.
Реализация п. а) позволяет повысить энергоэкономичность заявляемой плавающей теплицы и существенно снизить себестоимость выращиваемой в ней овощной продукции.
б) источником электроэнергии може(гу)т быть возобновляемый(ые), например, солнечная, ветровая, теплонасосные установки, установки маломощной гидроэнергетики и др.
Применение возобновляемых источников энергии является энергосберегающим мероприятием (Закон 28-ФЗ «Об энергосбережении» от 4 апреля 1996 года), а применение их позволяет снизить потребление традиционных энергоресурсов, в том числе вырабатываемых с использованием ископаемых углеводородов, расходы на энергообеспечение при соблюдении экологической безопасности. Примером эффективного применения ВИЭ в заявляемой плавающей теплице может быть применение в системе отопления теплонасосной установки.
Реализация п. б) позволяют повысить энергоэкономичность, энергонезависимость, энергобезопасность и экологичность плавающей теплицы.
в) теплогидроаккумулятор и ресивер могут быть выполнены с возможностью их функционирования погруженными в воду.
Эффективность теплогидроаккумулятора (ТГА) зависит от температуры окружающей его среды. При эксплуатации его при низких температурах окружающего воздуха энергоэффективность (способность сохранять температуру закаченного в него теплоносителя) его снижается. В условиях, когда температура воды в водоеме выше температуры окружающего воздуха, помещение ТГА в воду позволит повысить его энергоэффективность, снизить потребление энергии на нагрев и аккумулирование в нем теплоносителя.
Реализация п. в) позволяет повысить энергоэффективность плавающей теплицы и ее энергоэкономичность.
г) водоем может быть заполнен водой с более высокой ее температурой, и которым может являться, например пруд-охладитель теплоэнергетического источника.
Известно, что температура в прудах-охладителях теплоэнергетических источников может на 10-15°C превышать температуру распространенных природных водоемов. Использование воды с более высокой температурой в тепличных технологиях (отопление, поливы, орошения) позволяет повысить их энергоэффективность, энергобезопасность, энергоэкономичность и снизить себестоимость выращиваемой овощной продукции. Водоемом с более высокой температурой может быть и источник природного образования.
Реализация п. г) позволяет повысить энергоэффективность, энергобезопасность, энергоэкономичность заявляемой плавающей теплицы и снизить себестоимость выращиваемой в ней овощной продукции.
Ниже приведен пример выполнения заявляемой плавающей теплицы.
На фиг. 1 приведен внешний вид плавающей теплицы; на фиг. 2 - схема размещения основных ее узлов; на фиг. 3 - упрощенная схема ее теплоснабжения; на фиг. 4 - схематичное изображение теплогидроаккумулятора-ресивера (ТГА-ресивера).
На фиг. 1-4 введены следующие обозначения: 1 - понтон; 2 - теплица установленная на понтоне; 3 - транец на понтоне; 4 - движитель; 5 - первая лебедка для спуска якоря (груза); 6 - вторая лебедка для спуска якоря (груза); 7 - вводная электротехническая опора; 8 - электротехнический шкаф; 9 - грузонесущий шнур; 10 - кабель; 11 - стрела лебедки для погружения ТГА-ресивера в воду (на площадке 12); 13 - водная поверхность; 14 - якорь (груз) первый; 15 - якорь (груз) второй; 16 - лебедка грузоподъемника; 17 - теплогидроаккумулятор-ресивер (ТГА-ресивер); 18 - гибкие шланги горя чей воды и сжатого воздуха; 19 - барабан для гибких шлангов; 20 - дно водоема; 21 - электрокотел; 22 - прямой трубопровод системы отопления (от теплогенератора); 23 - обратный трубопровод системы отопления (к теплогенератору); 24 - насос с электроприводом в прямом трубопроводе; 25 - насос с пневмоприводом в прямом трубопроводе (в байпасной линии - обходе насоса с электроприводом); 26 - байпасная линия, огибающая электронасос 24; 27, 28, 29, 30, 31, 32 - электромагнитные вентили; 33 - объем (кольцевой) теплогидроаккумулятора (ТГА); 34 - объем ресивера; 35 - наружная поверхность ТГА (труба большего диаметра); 36 - наружная поверхность ресивера (труба меньшего диаметра); 37 - теплоизоляция ТГА-ресивера; 38 - дно ТГА-ресивера; 39 - верхняя крышка ТГА-ресивера; 40 - штуцеры быстро разъемного соединения (БРС) ТГА; 41 - кронштейны для погрузочных манипуляций; 42 - опоры ТГА-ресивера; 43 - штуцер быстро разъемного соединения (БРС) ресивера; 44 - патрубок; ВС - водосчетчик; ЭН, ПН - соответственно, насос с электроприводом и пневмоприводом.
Устройство плавающей теплицы.
Понтон 1 (фиг. 1, 2) с установленной на нем теплицей 2 располагается на поверхности водоема 13 в районе на незначительном расстоянии от береговой электрической сети (в случае использования для обеспечения ее функционирования электроэнергии транспортируемой по электросети). Маневры по перемещению плавающей теплицы осуществляются с использованием движителя 4, устанавливаемого на транце 3, жестко закрепленном на понтоне 1. Посредством якорей (грузов) 14 и 15 она фиксируется на поверхности водоема в требуемом ее положении. Спуск и подъем якорей 14 и 15 осуществляется посредством, соответственно, первой и второй лебедок 5 и 6 с тросиками на них, и которым прикреплены якоря (грузы). Плавающая теплица посредством электрического кабеля 10 и вводной электротехнической опоры 7 подключается к береговой электросети. Для крепления кабеля может быть использован грузонесущий шнур 9 или плавающие опоры, при необходимости заякоренные (на графике не показаны). У вводного устройства кабель подсоединен к электротехническому шкафу 8, от которого осуществляется электроснабжение всей плавающей теплицы всех систем потребления, в том числе систем ее инженерного обеспечения - отопления, водоснабжения, орошения, освещения, вентиляции и др. В нем установлен многотарифный счетчик потребляемой плавающей теплицей электроэнергии.
Система теплоснабжения теплицы включает (фиг. 3) автономный теплоисточник, которым является электрокотел 21, либо, в периоды аварийных (или технологических) перерывов подачи электроэнергии от береговой электросети - теплогидроаккумулятор-ресивер (ТГА-ресивер) 17, а также соединенные с ним трубы, являющиеся одновременно и отопительными приборами, прямого 22 и обратного 23 направлений движения теплоносителя. Прокачивание горячей воды (теплоносителя) по системе отопления осуществляется насосм с электроприводом 24, либо, при перерывах электроснабжения от береговой электросети, насосом с пневмоприводом 25. Система электромагнитных вентилей 27, 28, 29, 30, 31, 32, включенных в схему электроснабжения теплицы при аварийных отключениях сетевого электроснабжения, позволяет в автоматическом режиме осуществлять ее энергоснабжения от автономного резервного источника - ТГА-ресивера заряжаемого в периоды сетевого электроснабжения. Водосчетчик ВС предназначен для его использования при зарядке ТГА.
Грузоподъемная лебедка (фиг. 2,) включающая стрелу 11 и лебедку 16, предназначена для спуска (погружения) ТГА-ресивера 17 в воду (в периоды низкой температуры окружающего воздуха). Для осуществления этой операции подключение ТГА-ресивера к системе теплоснабжения (и к другим системам) выполняется с использованием гибких трубопроводов и шлангов 18, резерв которых укладывается на специальном барабане 19.
Теплогидроаккумулятор-ресивер (ТГА-ресивер) 17 выполнен в виде единой сборочной единицы, в которой поверхность ресивера контактирует с поверхностью ТГА. Он состоит (фиг. 4) из металлического корпуса ТГА, боковая поверхность которого представляет собой трубу 35 большего диаметра. Ресивер расположен внутри ТГА, а боковая поверхность его выполнена из трубы меньшего диаметра 36. Снаружи ТГА-ресивера установлена тепловая изоляция 37. На его крышке установлены кронштейны 41 для погрузки-разгрузки, а также штуцеры 40 для подсоединения ТГА и 43 - ресивера к системам инженерного обеспечения теплицы. Один из штуцеров 40 соединен с патрубком 44, который предназначен для обеспечения откачивания из ТГА находящегося в нем охлажденного (замещаемого) теплоносителя (воды) в процессе его зарядки горячее водой от электрокотла 21 через другой штуцер 40 (без патрубка). Объясняется постепенное заполнение объема ГТА при его зарядке, благодаря применению в его конструкции патрубка 44, пониманием факта того, что плотность горячей воды, поступающей при этом в ГТА сверху, меньше плотности охлажденной воды находящейся ниже закачиваемой ее пачки. Опоры 42 предусмотрены для его установки на палубе плавающей теплицы.
Работа плавающей теплицы.
Самоходная ориентация и фиксация. До осуществления маневров по ориентации и фиксации плавающей теплицы якори (грузы) 14, 15 посредством лебедок должны быть приведены в поднятое положение. С использованием движителя 4 осуществляется перемещение плавающей теплицы в район (и точку) предполагаемого ее расположения. После остановки движителя 4 опускают второй якорь (груз) 15 до момента касания им дна и положение ее барабана фиксируется. Поворотом корпуса движителя 4 (при малых его оборотах) создается круговое движение кормы понтона вокруг зафиксированного якорем (грузом) 15 ее носа. Круговое движение кормы понтона прекращают в требуемом положении теплицы* на понтоне (ее конька) относительно сторон света, о котором сообщает помощник с компасом, находящийся на понтоне. При этом, посредством первой лебедки 5 опускают якорь (груз) 14 до момента касания им дна и фиксируют положение ее барабана. Плавающая теплица установлена и зафиксирована в требуемом положении.
*) - требуемое положение плавающей теплицы (ориентация ее конька относительно сторон света), его заранее определяют с учетом усовершенствования рекомендаций НТП 10-95. «Нормы технологического проектирования теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей и рассады», согласно которым рекомендуется два, отличающихся на 90° положения теплиц (0 и 90°), соответственно широтное и меридиальное, в зависимости от географического положения района базирования теплицы из диапазона от 35 до 65° северной широты. Предлагается разбить диапазон базирования теплиц 35-65° северной широты разбить на 6 положений - по 5°, и, соответственно им, ориентировать положение плавающей теплицы на 6 положений по 15° между широтным и меридиальным положениями, согласно указанного выше НТП 10-95. С учетом времени года в значения рекомендованной ориентации могут быть внесены корректировки с учетом времени года.
Кабельное подключение к береговой электрической сети. Установку кабеля осуществляют после самоходной ориентации плавающей теплицы и ее фиксирования. Для установки используют вспомогательную лодку с барабаном с кабелем и грузонесущим шнуром на ней. Барабан выполнен с возможностью его вращения. Кабель подключают к береговой сети и закрепляют грузонесущий шнур на берегу. Лодке придают движение в направлении плавающей теплицы, а по мере ее движения барабан вращают, при этом кабель с нее «стравливается» и прокладывается по пути движения лодки (для предупреждения погружения кабеля на дно водоема, при необходимости, возможно использование для его удержания на поверхности плавающих платформ (иногда, заякоренных), на которые и укладывается освобожденный с барабана кабель. После подхода лодки к плавающей теплице барабан с кабелем и грузонесущим шнуром посредством грузоподъемника 16, 17 поднимают на площадку 12 понтона, после чего грузонесущий шнур 9 закрепляют на вводной электротехнической опоре 7, натягивают. К шнуру 9 прикреплен кабель 10. Другой конец кабеля подключают к электротехническому шкафу 8. В таком порядке осуществлены - установка кабеля и подключение его к береговой электросети.
Работа системы теплоснабжения при электропитании от береговой электросети. При наличии сетевого электроснабжения система теплоснабжения плавающей теплицы работает следующим образом. От электросети (фиг. 3) электрическое напряжение подается на электрокотел 21, вода в нем нагревается. В таком варианте работы системы отопления электромагнитные вентили (ЭМВ) 27, 28, 29, 30 автоматически закрыты, вентили 31, 32 закрыты до момента осуществления операции «Зарядка ТГА-ресивера». Нагретая в электрокотле 21 вода посредством насоса с электроприводом 24 (ЭМВ 28 при этом находится в открытом положении) прокачивается по системе отопления системы теплицы - по трубам прямого 22 и обратного 23 направления. При этом сами трубы одновременно являются отопительными приборами, они смонтированы в объеме теплицы - для объемного и вегетативного отопления, они могут использоваться и для осуществления почвенного отопления. По схеме: электрокотел → трубы прямого направления → трубы обратного направления → электрокотел осуществляется отопление теплицы в рассматриваемом варианте электроснабжения.
Работа в режиме «Зарядка ТГА-ресивера». В этом режиме открывают электромагнитные вентили (ЭМВ) 31 и 32 и горячая вода из электрокотла 21 насосом с электромагнитным приводом (на графике не показан) по трубам линии с ЭМВ 32 и водосчетчиком ВС подается через один из штуцеров 40 В ТГА-ресивере 17. При этом вода, вытесняемая из него через второй штуцер 40, и далее по гибким трубам 18 перемещается в электрокотел 21. В процессе заполнения объема ТГА 17 горячая вода из электрокотла 21 подается в ТГА сверху, и, обладая меньшей плотностью чем охлажденная вода в нем, без перемешивания, вытесняет охлажденную воду из ТГА 17. Зная объем ТГА и наблюдая за показаниями водосчетчика ВС определяют момент заполнения объема ТГА 17 горячей водой из электрокотла 21. При равенстве показания водосчетчика ВС равного объему ТГА зарядку его можно считать оконченной - отключают электронасос зарядки ТГА и переводят в закрытое положение ЭМВ 31 и 32.
Зарядку ресивера (ТГА-ресивер 17) осуществляют после открытия ЭМВ в линии ресивера от компрессора, включением электрокомпрессора и наблюдением за повышением давления в нем. По достижении требуемого давления отключается компрессор и ЭМВ в нагнетательной линии приводится в закрытое положение. (Графика для этого процесса в материалах заявки не приводится). Ресивер считается заряженным и готовым для работы в периоды аварийных отключений сетевого электроснабжения.
Работа системы теплоснабжения в периоды перерывов сетевого электропитания. В отсутствие сетевого электропитания ЭМВ 28 приводится в закрытое положение, а ЭМВ - в открытое, при этом вместо электрокотла 21 теплоисточником становится ТГА, от которого посредством насоса с пневматическим приводом 27, подключенного к ресиверу 17 осуществляется прокачивание горячей воды по трубам системы отопления. При этом по схеме: ТГА → насос с пневмоприводом → трубы прямого направления → трубы обратного направления → ТГА осуществляется отопление теплицы в рассматриваемом варианте - при отсутствии сетевого электроснабжения.
Функционирование ТГА-ресивера. Он предназначен для аккумулирования тепла в горячей воде и сжатого воздуха с целью последующего использования их в качестве резервных источников энергоресурсов.
Зарядка ТГА (ТГА-ресивера). Зарядка ТГА осуществляется в периоды сетевого электроснабжения плавающей теплицы, от электрокотла 21. Для этого в открытое положение переводятся ЭМВ 31 и 32. Электронасосом горячая вода из электрокотла 21 по трубопроводу с ЭМВ 32 и водосчетчиком ВС направляется в ТГА. Поступающая в него горячая вода вытесняет из него охлажденную воду, заполняя весь его объем. Контроль полного заполнения осуществляют по показаниям водосчетчика ВС.
Зарядка ресивера (ТГА-ресивера). Она осуществляется в периоды сетевого электроснабжения плавающей теплицы от электрокомпрессора. Закачивание сжатого воздуха в ресивер прекращают по достижении давления в нем регламентированного значения.
Благодаря конструкции ТГА-ресивера (фиг. 4), которой обеспечивается контакт боковой поверхности ресивера 36 с высокотемпературной поверхностью ТГА, давление сжатого воздуха в нем принимает более высокое значение, повышаются его параметры, как энергоресурса. Этим объясняется появление нового качества предложенного ТГА-ресивера - более высокая его энергоэффективность. Ресивер является резервным источником сжатого воздуха, как энергоресурса, в периоды аварийных отключений сетевого (берегового) электроснабжения. От него функционируют пневмоприводы насосов систем отопления, водоснабжения, орошения, а также генераторов системы освещения.
Работа ТГА-ресивера при его расположении на понтоне. Для установки на понтоне на его днище предусмотрены специальные опоры 42. Для подключения объемов его ТГА и ресивера (в том числе и в варианте погружения его в воду) предусмотрены гибкие трубопроводы и шланги 18. Порядок его работы в процессе зарядки и в качестве резервного энергоисточника приведен выше.
Работа ТГА-ресивера погруженного в воду. При температурах окружающего воздуха ниже температуры воды в водоеме, с целью повышения энергоэффективности работы ТГА-ресивера, его можно погрузить в воду. Для этого, посредством грузоподъемной лебедки 11, 15 и кронштейнов 41 на ТГА-ресивере его погружают в воду (под ее поверхность) на 1,5-2 м. Благодаря более высокой температуре воды, при этом повышается энергоэффективность его работы, так как улучшается способность сохранять температуру закаченного в него теплоносителя.
По нашему мнению, заявляемая плавающая теплица отвечает требованиям предъявляемым к полезным моделям - технической реализуемости и решения лежащие в ее основе, в том числе отличительные, придают ей новые качества - новизны, высокого технического уровня, эффективности.
Предлагаемая плавающая теплица решает поставленную перед полезной моделью задачу - она является более надежной, энергоэффективной и энергоэкономичной, а ее применение позволяет снизить себестоимость выращиваемой в ней овощной продукции.