ОРОСИТЕЛЬНЫЙ МАТ ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДЫ НА БОЛЬШОЙ ПЛОЩАДИ
IRRIGATION MAT FOR WATER DISTRIBUTION OVER LARGE AREA

Изобретение относится к оросительному мату для распределения воды на большой площади, в частности в садоводстве и ландшафтных сооружениях, а также в сельском хозяйстве, содержащему первый и второй несущие слои для размещения относящихся к оросительному мату элементов, одно или более соединений первого и второго несущих слоев, один или более расположенных между первым и вторым несущими слоями водоподводящих элементов для подачи воды в мат и ее распределения в нем и расположенный между первым и вторым несущими слоями поглощающий слой для аккумулирования воды.
Если ниже речь идет о воде, то под нею подразумеваются также смеси, которые, по существу, основаны на воде, однако могут иметь долю других веществ, таких как питательные вещества, витамины или микроэлементы. Эти вещества могут содержаться в растворенном или нерастворенном виде.
В области садоводства известны различные оросительные устройства, которые рассчитаны специально на использование в теплицах, обеспечивают очень точное дозирование и имеют за счет этого относительно сложную конструкцию. Так, в DE 2019423 А описано оросительное устройство для растений в горшках или других емкостях, которое имеет специальную компенсацию давления, чтобы обеспечить равномерное вытекание воды даже на неровных поверхностях.
Подземная система орошения растительных культур на большой площади известна из DE 19933554 А1, и в этой системе на орошаемой аграрной площади под землей проложены упругие шланги, которые снабжены действующими по типу клапана выходными отверстиями и присоединены к водопроводной системе. За счет этого примыкающие над и под шлангами зоны земли постоянно поддерживаются влажными с помощью воды при количественном дозировании. Для этого отдельные шланги расположены с промежутками 60-70 см на глубине 30-60 см и присоединены с обеих сторон к гребенчатым трубам, которые также проложены в почве и снабжаются водой. Расположение оросительных шлангов в такой системе для использования на большой площади занимает очень много времени и является дорогостоящим делом.
Из DE 10118643 известен текстильный оросительный мат для распределения воды на большой площади, преимущественно под землей в садоводстве и ландшафтном строительстве. У этого мата между двумя водопроводящими полотнищами из нетканого материала на расстоянии друг от друга расположены оросительные шланги. Мат может быть недорого изготовлен и легко уложен. Недостаток в том, что для регулирования влажности почвы приходится использовать внешние измерительные приборы, например тенсиометры. При орошении больших площадей это связано с неприемлемо высокими затратами. Поэтому подача воды регулируется обычно по опыту, что в неблагоприятных случаях может привести к нежелательным потерям от просачивания или к высыханию, например, при экстремальном солнечном излучении. Кроме того, возможно, что в определенных регионах вследствие солесодержания почвы, обусловленного капиллярным действием ее слоя, в мате произойдет накапливание солей. Общеизвестно прерывание капиллярного действия почвы за счет капиллярного барьера, например, в виде щебеночного слоя. Из-за недостаточного наличия в распоряжении материала и высоких затрат это решение может применяться только в особых случаях. За счет имеющихся полотнищ из нетканого материала с лежащими между ними вставками оросительный мат по DE 10118643 обладает относительно высокой водоаккумулирующей способностью. Из-за использования полотнищ из нетканого материала эта проблема не решается вследствие высоких затрат.
В основе изобретения лежит задача устранения перечисленных недостатков и создания недорогого оросительного мата для использования на большой площади, который обеспечивал бы равномерное увлажнение граничащих участков почвы, обладал бы повышенной по сравнению с известными решениями водоаккумулирующей способностью и обеспечивал бы защиту от накапливания в нем солей.
Эта задача решается за счет того, что предусмотрены средства для определения степени влажности мата. Определение степени влажности мата позволяет следить за подачей воды в него так, чтобы он не высыхал и не получал слишком много воды. Если бы мат высох, то снабжаемые им водой растения также страдали бы от нехватки воды, что могло бы привести к снижению урожайности или в худшем случае к гибели растений. Подача воды в мат выше максимальной способности почвы поглощать ее могла бы привести к застою влаги в почве, следствием чего могло бы стать загнивание растений. Кроме того, возникли бы потери от просачивания, т.е. направленная в почву вода неоптимально использовалась бы для ее увлажнения. Возможность определения степени влажности мата позволяет избежать этих проблем.
Один предпочтительный вариант осуществления изобретения характеризуется тем, что средства для определения степени влажности мата расположены между первым и вторым несущим слоями. Для размещения средств не требуется никакой дополнительной операции, напротив, они размещаются вместе с матом за одну операцию. Не возникает никаких дополнительных расходов, а, кроме того, средства распределены так, что степень влажности можно определять по всему мату надежно и представительно. Можно исключить образование внутри мата зон, степень влажности которых существенно отличается от степени влажности, измеренной средствами. Таким образом, предотвращается неправильное дозирование воды при подаче.
Один предпочтительный вариант осуществления изобретения состоит в том, что средства для определения степени влажности мата выполнены в виде сенсорных линий. Они могут включать в себя, например, низковольтные кабели, выполненные, по существу, из двух металлических проводов, в частности облуженных медных проводов, которые, будучи изолированы друг от друга, расположены в несущем или в поглощающем слое. В зависимости от степени влажности проводимость, соответственно сопротивление между медными проводами изменяется; это изменение может служить мерой степени влажности. Такая сенсорная линия более подробно описана в DD 283008 А5. Она особенно гибкая, поэтому она подходит для использования, в частности, тогда, когда имеются малые радиусы, как это бывает в случае свернутого мата или когда приходится преодолевать резкие изменения направления или высоты вследствие свойств орошаемой местности. Использование таких сенсорных линий снижает риск обрыва кабеля во время прокладки, что привело бы к нарушению функционирования средств для определения степени влажности и самого мата. Чтобы обеспечить надежное определение степени влажности, необходимо воспрепятствовать коррозии используемых металлических проводов. Коррозия изменяет поверхностные свойства металлических проводов, в результате чего изменяется их проводимость, а измеренные значения больше не соответствуют первоначальным степеням влажности. Полностью корродированные металлические провода больше непригодны для определения степени влажности. Чтобы предотвратить или, по меньшей мере, уменьшить коррозию используемых кабелей, может быть предусмотрена подходящая оболочка, оказывающая на металл защитное действие. Кроме того, может быть осуществлена антикоррозионная поверхностная обработка проводов, например, посредством лужения.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения средства для определения степени влажности мата включают в себя датчики влажности и соответствующие провода. При этом могут использоваться любые датчики влажности известного рода, однако предпочтительно такие, которые выдают измеренную степень влажности в регистрируемом электронным путем виде, например емкостные датчики влажности. Согласно изобретению эти датчики вместе с соответствующими проводами уже перед укладкой мата устанавливаются в нем и соединяются кабелями. Последующей кабельной разводки не требуется. После укладки мата датчики влажности должны быть только присоединены к соответствующим блокам индикации и/или управления степенью влажности.
Один предпочтительный вариант осуществления изобретения состоит в том, что несущий слой выполнен из водопроводящих материалов, в частности текстильных материалов, таких как нетканый холст. Помимо текстильных материалов водопроводящие материалы могут включать в себя также стекловолокно или минеральную вату. Применение водопроводящих текстильных материалов для оросительных матов предпочтительно, в том числе, потому, что по сравнению со стекловолокном и минеральной ватой они более экологичны и недороги. Также текстильные материалы гибкие, т.е. могут легко приспосабливаться к характеру местности, на которой должен быть уложен мат. Кроме того, мат можно без проблем свернуть, благодаря чему можно уменьшить место, необходимое для его хранения и транспортировки. Водопроводимость обеспечивает, что вода, направляемая в мат посредством водоподводящих элементов, равномерно распределяется в нем, а степень влажности поддерживается почти постоянной независимо от локальных отличий в отборе воды. Кроме того, водопроводящие материалы обладают определенной водоаккумулирующей способностью, так что могут быть компенсированы колебания как в подаче воды, так и в степени влажности граничащей почвы. Применение нетканых холстов в технике орошения оказалось особенно предпочтительным, в частности тогда, когда нетканый холст изготовлен из трудноразлагающегося синтетического волокнистого материала, поскольку по сравнению с другими водопроводящими материалами нетканые холсты обладают повышенной водоаккумулирующей способностью.
Один предпочтительный вариант осуществления изобретения состоит в том, что соединения выполнены в виде швов. Эти соединения могут быть выполнены, например, вязально-прошивным способом, иглопробиванием, склеиванием или другими способами. При этом водоподводящие элементы плотно обертываются, что предотвращает скольжение. В противоположность металлическим соединениям, например зажимам или скобкам, этот вид соединения обладает определенной гибкостью, так что гибкость мата, в целом, сохраняется. Кроме того, не возникает острых кромок, так что водоподводящие элементы или несущие слои не повреждаются, в частности при укладке мата. К тому же эти соединения не подвержены коррозии, так что они в течение длительного времени сохраняются во влажном окружении почвы.
Далее предпочтительно, если поглощающий слой выполнен в виде впитывающей волокнистой засыпки. Это дополнительно повышает водоаккумулирующую способность мата при низких расходах. Повышенная водоаккумулирующая способность желательна для повышения буферного действия мата, так что могут быть компенсированы колебания как в подаче воды, так и в степени влажности граничащей почвы. Высокая водоаккумулирующая способность предпочтительна, в частности, в регионах, где летом очень мало дождей и как следствие принимаются меры по экономии воды, которые затрудняют или препятствуют подаче в мат воды в достаточном количестве. Благодаря высокой водоаккумулирующей способности мат может быть заблаговременно насыщен водой так, что можно будет, по меньшей мере, частично преодолеть засушливые периоды и минимизировать вероятность того, что растения засохнут, возникнут потери урожая или он полностью пропадет.
В частности, по этим причинам в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения поглощающий слой и/или волокнистая засыпка содержат суперпоглотители для повышения водоаккумулирующей способности. Суперпоглотители состоят, например, из модифицированных полиакрилатов и могут аккумулировать количество воды, соответствующее их 100-1000-кратной собственной массе. Эти суперпоглотители могут быть в виде гранул, которые в почве разбухают в гелевые частицы (гидрогель), аккумулируя при этом воду. Корни растений могут омываться непосредственно гелевыми частицами и отбирать из них воду.
Предпочтительно далее, если водоподводящие элементы выполнены в виде плоских шлангов. Использование плоских шлангов представляет интерес, в частности, для уменьшения конструктивной высоты мата. Меньшая конструктивная высота уменьшает необходимое пространство для хранения и облегчает транспортировку к месту использования. Кроме того, можно уменьшить объем вынутого грунта, который приходится перемещать для укладки мата, что уменьшает затраты на нее.
В одном особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения водоподводящие элементы выполнены в виде перфорированных оросительных шлангов или конденсационных шлангов и присоединены к системе водоснабжения. Выполнение водоподводящих элементов в виде перфорированных оросительных шлангов обеспечивает простую и недорогую отдачу воды в мат. Диаметр, форма и количество отверстий могут быть без дополнительных затрат согласованы с ожидаемой потребностью в воде и потерей давления в шланге. В частности, можно принять во внимание качество или чистоту подаваемой воды. Если, например, вода берется из реки, то в воде может находиться множество частиц, которые могут быстро забить отверстия малого диаметра. За счет соответствующего согласования диаметра отверстий можно избежать, в целом, трудоемкого и дорогостоящего фильтрования воды. Кроме того, можно определить положение отверстий внутри водоподводящих элементов. В зависимости от свойств имеющейся почвы и орошаемых растений возможно равномерное распределение отверстий по периферии оросительных шлангов. Обычно используемые оросительные шланги имеют отверстия, которые попарно противоположны друг другу со смещением на 180º, однако они могут быть расположены по-другому и в другом количестве. Их ориентация в мате является случайной, однако для определенных случаев применения расположение отверстий можно установить точно. Для снабжения водой концы шлангов присоединяются непосредственно к имеющейся системе водоснабжения без сложной прокладки подземных трубопроводных систем. Система водоснабжения может представлять собой имеющуюся водопроводную сеть, однако возможно присоединение к децентрализованным насосным системам, например, если вода берется из близлежащего озера или реки.
Один предпочтительный вариант осуществления изобретения состоит в том, что водоподводящие элементы содержат капельники для отдачи воды. Отдача воды посредством капельников происходит только начиная с определенного напора воды. Вода, еще имеющаяся после отделения водоподводящих элементов от системы водоснабжения, остается в водоподводящих элементах без их медленного опорожнения. За счет этого можно точнее регулировать степень влажности мата, поскольку гарантировано, что после отделения водоподводящих элементов от системы водоснабжения в мат не будет отдаваться дополнительная вода. В одном варианте без капельников оставшаяся в водоподводящих элементах вода при уменьшении напора и количества отдавалась бы преимущественно лежащему под матом участку почвы, если не принять ответных мер. Однако это именно тот участок, который имеет второстепенное значение для роста растений. Следовательно, вода использовалась бы неэффективно. Поэтому использование капельников представляет собой дополнительно к лучшему регулированию степени влажности также меру по более эффективному использованию имеющейся воды.
Один особенно предпочтительный вариант осуществления изобретения отличается тем, что водоподводящие элементы выполнены линейными с впитывающей текстильной оболочкой. Такой водоподводящий элемент изготавливается с небольшими затратами, обеспечивает хороший орошающий эффект при одновременно экономном расходе воды и препятствует засорению отверстий. Кроме того, за счет выполнения текстильной оболочки с возможностью впитывания достигается то, что водоотдача происходит непрерывно по всей длине водоподводящего элемента. Такой водоподводящий элемент описан, например, в DE 4037396 С2.
Далее предпочтительно, если водоподводящие элементы и/или средства для определения степени влажности выполнены с возможностью обнаружения с помощью детектора. Для этого водоподводящие элементы и средства для определения степени влажности снабжены фольгой, например металлической фольгой, которые обнаруживаются определенным детектором, например детектором металла. Положение водоподводящих элементов и средств для определения степени влажности можно, тем самым, определить даже тогда, когда мат уложен в почве. Если после укладки мата в почве должны проводиться работы, например, для выкапывания лунок для новых растений или для нового оформления поля для гольфа, в частности для нового выравнивания зеленого покрова вместе с лунками, можно заранее установить, не приведут ли намечаемые работы к повреждению водоподводящих элементов и/или средств для определения степени влажности.
Один особенно предпочтительный вариант осуществления изобретения состоит в том, что для боковой фиксации водоподводящих элементов между несущими слоями и для компенсации высоты между водоподводящими элементами и несущими слоями предусмотрены вставки. В качестве вставок могут использоваться полоски из нетканого холста, фетровые полоски, текстильные нити, жгутовидный материал или субстрат, например слой торфа. Правда, соединения уже оказывают фиксирующее действие на водоподводящие элементы, однако вставки могут быть согласованы с конкретной используемой формой водоподводящих элементов, например, посредством ответных выемок, что позволяет улучшить фиксацию и избежать неравномерной нагрузки на соединения. Для этого вставки выполняются по сравнению с поглощающим слоем предпочтительно менее упругими, благодаря чему при нагрузке они не так сильно сжимаются. Волны, которые иначе возникли бы за счет разного сжатия поглощающего слоя и водоподводящих элементов, можно, таким образом, компенсировать, чем достигается ровная укладка мата.
Один предпочтительный вариант осуществления изобретения состоит в том, что второй несущий слой имеет водонепроницаемую наружную сторону. Согласно изобретению эта наружная сторона является той стороной мата, которая обращена от поверхности земли. Обычно должен увлажняться участок почвы, находящийся над матом, поскольку орошаемые растения находятся, главным образом, на этом участке. За счет того, что наружная сторона второго несущего слоя выполнена водонепроницаемой, вода не попадает в находящийся под матом участок почвы. Потери от просачивания, тем самым, исключены, так что вода используется эффективно.
Другой аспект изобретения касается капиллярного барьера для предотвращения накапливания в мате солей. В некоторых регионах солесодержание почвы высокое. За счет капиллярного действия почвы в течение длительного времени в мате накапливалась бы соль. Это привело бы к тому, что вода, отдаваемая матом в окружающую почву, также имела бы высокое солесодержание, даже если бы подаваемая в мат вода была бы почти обессоленной. Это может привести к тому, что орошаемые растения за счет повышенного солесодержания получили бы повреждения и, возможно, погибли бы. Кроме того, на поверхностях мата или на водоподводящих элементах может образоваться соляная корка, что мешает отдаче воды соседней почве или даже препятствует ей. Наличие водонепроницаемого слоя, правда, тоже служит для уменьшения отложения солей в мате, однако использование капиллярного барьера имеет несколько преимуществ. Он прерывает капиллярное действие почвы, однако при этом остается водопроницаемым. Это препятствует тому, чтобы просачивающаяся вода могла скапливаться на участке почвы над матом и чтобы произошло образование застойной влаги. В случае накапливания солей и образования в мате соляной корки ее с использованием водонепроницаемого слоя на нижней стороне мата можно лишь недостаточно удалить за счет сильной промывки, поскольку вода может вытекать из мата только в одну сторону. Использование капиллярного барьера устраняет эту проблему.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения капиллярный барьер расположен под вторым несущим слоем и с помощью соединения закреплен на мате. Таким образом, капиллярный барьер интегрирован в мат, благодаря чему отсутствует необходимость в дополнительной монтажной операции. По сравнению с уровнем техники это является большим преимуществом, поскольку капиллярный барьер выполняется обычно в виде перегородочного слоя. Однако его наличие связано с огромными материальными и монтажными затратами. Использование итак уже имеющихся соединений для закрепления капиллярного барьера на мате способствует простоте его конструкции и изготовления, так что расходы, возникающие в случае капиллярного барьера, поддерживаются в разумных пределах.
Один предпочтительный вариант осуществления изобретения характеризуется тем, что капиллярный барьер выполнен в виде укрепляющего геомата. Он является трехмерным геотекстильным изделием и прост, а также недорог в приобретении. Он эффективно прерывает капиллярное действие почвы и может быть размещен на оросительном мате особенно просто. Размеры укрепляющего геомата можно без проблем согласовать со свойствами почвы.
Один предпочтительный вариант осуществления изобретения состоит в том, что капиллярный барьер выполнен в виде изгибно-жестких волокон и/или текстильных обрезков и окружен сетчатой структурой. Таким образом, капиллярный барьер может изготавливаться очень просто. Нет необходимости в образовании сплошного слоя, а, напротив, можно использовать невзаимосвязанные волокна или текстильные обрезки, остающиеся, например, при производстве текстиля, не ориентируя их в каком-либо виде. Сетчатая структура также может быть выполнена из остатков тканей или прочих волокон. Таким образом, это способствует стойкости, которая приводит к сокращению расходов на изготовление мата.
Один предпочтительный вариант осуществления изобретения характеризуется тем, что водоподводящие элементы выполнены таким образом, что они могут использоваться для подачи газов в мат. Условием этого является изготовление водоподводящих элементов из материала, являющегося самим по себе газонепроницаемым, так что подаваемый газ выходит только в предусмотренных для этого местах. Кроме того, шланговые присоединения должны быть выбраны так, чтобы водоподводящие элементы можно было газонепроницаемо присоединить к системе газоснабжения. В целом, подача газа в мат вызывает тот эффект, что почва по соседству с матом разрыхляется и поэтому лучше аэрируется с поверхности. Это также затрудняет образование застойной влаги и упрощает рост корней. С помощью подачи газа оросительный мат может высыхать в определенные интервалы времени, что, например, препятствует образованию плесени и повышает срок службы. Кроме того, существует возможность снова прочистить засоренные отверстия как водой, так и газом. При подаче воздуха в оросительный мат почва аэрируется также снизу, что дополнительно идет на пользу растениям. За счет подачи подходящего газа в почве могут быть убиты микробы или вредители. Можно использовать некоторые водоподводящие элементы для подачи воды, а параллельно этому другие - для подачи газа в мат и, следовательно, в граничащие участки почвы.
Благоприятным образом изобретение усовершенствовано за счет газоподводящих элементов для подачи в мат газа. В этом случае мат содержит два разных подводящих элемента - один для газа и один для воды. Подводящие элементы могут быть, следовательно, оптимально согласованы с подаваемыми средами. Возможна одновременная подача в мат воды и газа. Названные преимущества возможности подачи газа справедливы и в этом случае.
Один предпочтительный вариант осуществления изобретения характеризуется наличием пустых труб для изменения конфигурации мата. Изменения его конфигурации могут заключаться, например, в том, что число водоподводящих элементов в процессе эксплуатации изменяется или существующие водоподводящие элементы должны быть законсервированы, а новые - использованы. Другое изменение конфигурации может осуществляться за счет последующего ввода сенсорных линий в мат либо в качестве замены старых сенсорных линий, либо для измерения других величин, которые оказались релевантными только в процессе эксплуатации.
Далее предпочтительно, если предусмотрено измерительное устройство для определения солесодержания подаваемой в мат воды. Как уже сказано, солевые отложения могут привести к засорениям мата, что ухудшает его функциональность. Кроме того, слишком высокое солесодержание приводит к повреждениям растений. Благодаря возможности определения солесодержания подаваемой воды можно уже загодя предотвратить образование таких солевых отложений и повреждения растений при условии подачи воды с приемлемым солесодержанием.
В зависимости от применяемого метода солесодержание влияет также на определение степени влажности мата, например, при использовании описанных выше сенсорных линий, которые определяют степень влажности за счет измерения проводимости. В этом случае полученное значение степени влажности должно быть корректировано с помощью коэффициента, зависящего от солесодержания подаваемой воды. В частности, в случае колебаний солесодержания могут возникнуть проблемы. Поэтому точное определение степени влажности возможно только тогда, когда известно солесодержание подаваемой воды.
Другой аспект изобретения касается системы орошения для более эффективного использования воды, применяемой для орошения участков почвы, в частности в садоводстве и ландшафтных сооружениях, содержащей:
- оросительный мат для распределения воды на большой площади, причем мат содержит средства для определения степени его влажности;
- блок ввода информации, касающейся эксплуатации мата;
- подающее устройство для подачи воды в мат;
- измерительное устройство для определения солесодержания подаваемой в мат воды;
- измерительное устройство для определения количества подаваемой в мат воды;
- дополнительное измерительное устройство для измерения погодных данных;
- блок выдачи информации, касающейся степени влажности мата и солесодержания подаваемой в него воды, а также погодных данных;
- блок управления для документирования и обработки данных, полученных от средств и измерительных устройств, а также для формирования управляющих сигналов для управления блоком датчика сигналов и подающим устройством.
Система орошения благоприятным образом усовершенствована за счет передающего блока для передачи на приемную станцию данных, полученных от блока управления для документирования и обработки данных, полученных от средств, измерительных устройств, и сформированных блоком управления управляющих сигналов для управления блоком датчика сигналов и подающим устройством.
Другой аспект изобретения касается способа более эффективного использования воды, применяемой для орошения участков почвы, в частности в садоводстве и ландшафтных сооружениях, включающего в себя следующие этапы:
- распределение воды на большой площади посредством оросительного мата;
- ввод касающейся эксплуатации мата информации посредством блока ввода;
- определение степени влажности мата с помощью предназначенных для этого средств;
- подачу воды в мат посредством подающего устройства;
- определение солесодержания подаваемой в мат воды посредством измерительного устройства;
- определение количества подаваемой в мат воды посредством измерительного устройства;
- измерение погодных данных посредством дополнительного измерительного устройства;
- документирование и обработку данных, полученных от средств и измерительных устройств, посредством блока управления;
- формирование управляющих сигналов для управления блоком датчика сигналов и подающим устройством.
Способ согласно изобретению усовершенствован за счет передачи на приемную станцию данных, полученных от блока управления для документирования и обработки данных, полученных от средств и измерительных устройств, и формированных блоком управления управляющих сигналов для управления блоком датчика сигналов и подающим устройством.
Дополнительный аспект изобретения касается системы управления для более эффективного использования воды, применяемой для орошения участков почвы, в частности в садоводстве и ландшафтных сооружениях, а также в сельском хозяйстве, содержащей программные средства для выполнения компьютером следующих шагов, когда в нем выполняется программа:
- обработку информации, полученной от блока ввода и измерительных устройств, причем полученная от блока ввода информация касается эксплуатации оросительного мата, полученная от измерительного устройства информация касается солесодержания подаваемой в мат воды, полученная от другого измерительного устройства информация касается определения подаваемого в мат количества воды, а полученная от дополнительного измерительного устройства информация касается погодных данных;
- документирование полученной информации;
- формирование управляющих сигналов для управления блоком датчика сигналов и подающим устройством.
Изобретение более подробно поясняется с помощью прилагаемых чертежей, на которых изображают:
- фиг. 1: вид сбоку возможного примера осуществления изобретения;
- фиг. 2: предпочтительный вариант выполнения системы орошения.
Оросительный мат 10 содержит первый 12 и второй 14 несущие слои, между которыми расположены водоподводящие элементы 16. Они имеют перфорации 34, могут быть расположены в продольном и поперечном направлениях и иметь разные диаметры и формы поперечного сечения. Для матов больших длин предпочтительно, однако, расположение водоподводящих элементов 16 в продольном направлении, чтобы уменьшить потерю давления внутри мата 10. Потеря давления может быть дополнительно уменьшена за счет того, что, в частности, большие маты 10 разделяются на различные секции, орошаемые различными водоподводящими элементами 16. В этом случае отдельный водоподводящий элемент 16 имеет перфорации 34 только в той секции мата 10, которую он должен орошать. В остальных секциях он не имеет перфораций 34 и пропускает воду только через эти секции. Потеря давления может быть также уменьшена за счет выполнения разных диаметров внутри одного водоподводящего элемента 16. За счет разделения мата 10 на различные секции не требуется никакой дополнительной операции по его укладке.
Оба несущих слоя 12, 14 скреплены между собой посредством одного или нескольких соединений 18. В данном примере соединения 18 находятся по соседству с водоподводящими элементами 16. Между двумя соединениями 18 расположены также сенсорные линии 20. Они могут быть выполнены либо непосредственно для определения степени влажности мата 10, либо представлять собой соединение нескольких, равномерно распределенных по всему мату 10 датчиков влажности (не показаны). Между обоими несущими слоями 12, 14 расположен поглощающий слой 22, служащий для аккумулирования воды. Этот поглощающий слой 22 может быть выполнен в виде впитывающей волокнистой засыпки и дополнительно содержать суперпоглотители. Волокнистая засыпка и суперпоглотители повышают водоаккумулирующую способность поглощающего слоя 22. Кроме того, мат 10 содержит капиллярный барьер 24. В данном примере он выполнен из жестких на изгиб волокон и/или текстильных обрезков и окружен сетчатой структурой 26, которая удерживает волокна и/или текстильные обрезки в пределах определенного пространства. В данном примере водоподводящий элемент 16 выполнен линейным с впитывающей текстильной оболочкой 28.
В данном примере дополнительно к водоподводящим элементам 16 предусмотрены еще газоподводящие элементы 36, создающие возможность подачи в мат 10 параллельно воде также газа. На фиг. 1 имеющиеся водоподводящие элементы 16 используются выборочно также для подачи газа, так что конструкция водоподводящих 16 и газоподводящих 38 элементов не имеет отличий. В качестве условия для этого водоподводящие элементы 16 должны быть пригодны для подачи газа, т.е. состоять из газонепроницаемого материала, так что газ может выходить только в предусмотренных для этого местах, и должны быть выполнены с возможностью присоединения к системам газоснабжения. Однако конструкция может также отличаться, например, можно отказаться от впитывающих текстильных оболочек 28, если они были предусмотрены.
Все изображенные на фиг. 1 элементы объединены в одну конструктивную деталь, так что мат 10, включая все эти элементы, может быть уложен за одну операцию. Если мат 10 уложен в почве, то образуются ее первый участок 30, находящийся над матом 10, и второй участок 32, расположенный под матом 10. Орошаемые растения (не показаны) находятся в этом случае, главным образом, на участке 30. В качестве альтернативы мат 10 может быть уложен также непосредственно на почве, т.е. над землей, а непосредственно на несущем слое 12 может быть уложен, например, рулонный газон. Кроме того, непосредственно в несущий слой 12 могут быть помещены, например, горшки с растениями, как это обычно практикуется в декоративном растениеводстве или при озеленении балконов. Правда, при этом происходит повышенное по сравнению с подземной укладкой испарение воды. Находящиеся на участке 30 растения могут проникать своими корнями в мат 10 и в зависимости от выполнения также пересекать его.
После укладки мата 10 водоподводящие элементы 16 присоединяются к системе водоснабжения (не показана). Затем в мат 10 подается вода, так что водоподводящие элементы 16 заполняются ею. Через перфорации 34 вода попадает во впитывающую текстильную оболочку 28, которая вызывает равномерное распределение воды по всей длине водоподводящих элементов 16. Перфорации 34 могут иметь разные диаметры и формы для обеспечения оптимальной водоотдачи. Оттуда вода поглощается поглощающим слоем 22 до тех пор, пока не будет достигнута его максимальная поглощающая способность, т.е. пока он не будет полностью насыщен водой. Если в мат 10 продолжать подавать воду, то она будет отдаваться через несущие слои 12, 14 в соседние участки 30, 32 почвы. Несущие слои 12, 14 могут быть тоже выполнены из водопроводящих текстильных материалов, в частности из полотнищ нетканого холста, так что они также вызывают равномерное распределение воды по всему мату 10. Равномерное распределение воды по всему мату 10 важно потому, что это предотвращает или, по меньшей мере, уменьшает образование зон разных степеней влажности. Вследствие характера местности или свойств почвы может получиться так, что одни ее участки будут иметь более высокую потребность в воде, нежели другие. Соответственно эти зоны отбирают у мата больше воды, нежели другие. Водопроводимость полотнищ нетканого холста обеспечивает транспортировку воды туда, где она необходима. Благодаря этому уменьшается разность степеней влажности внутри мата 10.
Как уже сказано, корни растений на ранней фазе своего роста находятся сначала исключительно на участке 30 почвы. Подавать воду к участку 32 нецелесообразно. Поэтому несущий слой 14 может быть снабжен водонепроницаемым слоем (не показан) вместо капиллярного слоя для отдачи подаваемой в мат 10 воды исключительно в участок 30 и одновременно для предотвращения проникновения воды в мат 10 из участка 32. Правда, корни растений могут проникнуть в мат 10, однако водонепроницаемый слой препятствует полному пересечению мата 10 корнями растений.
В изображенном примере капиллярный барьер 24 расположен под вторым несущим слоем 14. Капиллярный барьер 24 прерывает капиллярное действие почвы, так что из ее участка 32 вода не может проникать в мат 10. Однако капиллярный барьер 24 является водопроницаемым, так что в участок 32 матом 10 также может отдаваться вода. Если солесодержание почвы очень высокое, то без капиллярного барьера 24 произошло бы отложение солей в мате 10, что повлекло бы за собой засорение отверстий 34 и, тем самым, ухудшение функциональности мата 10. Кроме того, осажденные соли могли бы раствориться в подаваемой воде, вследствие чего вода подавалась бы к растениям с повышенным солесодержанием, что могло бы повредить их. В противоположность варианту, в котором водонепроницаемый слой расположен на несущем слое 14, корни растений могут полностью пересекать мат 10.
Чтобы поддерживать степень влажности мата 10 в оптимальном диапазоне, предусмотрены средства 20 для ее определения. Эти средства 20 выполнены таким образом, что они могут квантифицировать степень влажности и идеальным образом выдавать ее в регистрируемом электронным путем виде. Они могут быть соединены с блоком 50 управления или регулирования (фиг. 2), который регулирует подачу воды в мат 10 в установленной с полученной степенью влажности за счет приведения в действие подающего устройства 40 (фиг. 2), например насоса. В качестве альтернативы возможно также, чтобы средства 20 только указывали степень влажности посредством блока выдачи 46 (фиг. 2) и в качестве опции выдавали предупреждение, например, оптически, акустически или гаптически, так что подачу воды можно увеличивать или уменьшать вручную до тех пор, пока степень влажности не будет снова лежать в своем оптимальном диапазоне. Так, можно воспрепятствовать тому, чтобы, с одной стороны, в мат 10 подавалось слишком много воды, из-за чего также участок 30 получал бы больше воды, чем требуется растениям. Следовательно, произошло бы накопление воды на участке 30 (застой влаги), что могло бы привести к загниванию растений. С другой стороны, это также препятствует тому, чтобы к участку 30 почвы подавалось слишком мало воды, из-за чего растения могли бы засохнуть.
Поглощающий слой 22 служит буфером для компенсации колебаний как подачи воды в мат 10, так и отбора воды участком 30. Если, например, в течение длительного времени в мат 10 не поступает вода и одновременно снижается степень влажности участка 30 вследствие засушливого периода, то участок 30 отбирает влагу у поглощающего слоя 22, так что степень влажности поглощающего слоя 22 падает ниже границы насыщения. Влага может отбираться у мата 10 до тех пор, пока в поглощающем слое 22 больше не останется воды, или пока имеющаяся вода не будет связана настолько прочно, что капиллярных сил участка 30 или корней растений не хватит, чтобы отобрать ее у поглощающего слоя 22. Если поглощающий слой 22 состоит из суперпоглотителей, которые могут накапливать количество воды, в 100-1000 раз превышающее их собственную массу, то в мате 10 может быть накоплено столько воды, что засушливый период, по меньшей мере, частично может быть преодолен.
В мате 10 на фиг. 1 предусмотрена пустая труба 38. Положение и количество таких труб могут быть выбраны произвольно. Пустые трубы предпочтительны, в частности, тогда, когда должны быть произведены изменения конфигурации мата 10. Если окажется, что, вопреки ожиданиям, подаваемого в мат 10 количества воды недостаточно для продолжительного увлажнения почвы, то без больших затрат могут быть введены дополнительные водоподводящие элементы 16. Кроме того, пустые трубы могут быть выполнены так, что через них в мат 10 впоследствии могут быть введены сигнальные линии 20. Замена имеющихся сигнальных линий 20 может быть проблематичной тогда, когда они, например, из-за ненадлежащей прокладки оборваны в различных местах внутри мата 10 и не могут быть больше полностью удалены. Кроме того, пустая труба 38 может быть использована для сенсорных линий, с помощью которых могут измеряться параметры, оказавшиеся релевантными только в процессе эксплуатации мата.
На фиг. 2 изображен предпочтительный вариант системы орошения. Она включает в себя оросительный мат 10, оборудованный средствами 20'-20'''' для определения степени его влажности. С помощью водопровода 54 вода под действием подающего устройства 40 подается в мат 10. В водопроводе 54 предусмотрены измерительное устройство 42 для определения солесодержания подаваемой воды и измерительное устройство 44 для определения ее количества. Кроме того, система включает в себя блок управления 50, который соответствующими линиями соединен с блоком ввода 58, измерительным устройством 48, блоком выдачи 46 и передающим блоком 56.
При работе системы посредством блока ввода 58 в блок управления вводится информация, касающаяся эксплуатации мата 10, в простейшем случае это может быть информация о том, должен ли быть мат 10 введен в эксплуатацию или она должна быть прекращена. Блок управления получает информацию о степени влажности мата 10. Для этого предусмотрены средства 20'-20''''. Поскольку, как уже сказано выше, вода равномерно распределяется в мате 10, нет необходимости измерять степень влажности внутри всего мата 10. В данном примере средства 20 расположены в нескольких, здесь четырех, секциях мата 10, однако может быть предпочтительным иное число секций, в частности тогда, когда в пределах орошаемого участка почвы ожидается очень разный отбор воды.
Измерительное устройство 42 передает данные о солесодержании подаваемой воды на блок управления 50. Как уже сказано, в зависимости от применяемого метода измерения определение степени влажности мата 10 может зависеть от солесодержания подаваемой воды. В этом варианте системы орошения блок управления 50 может автоматически осуществлять корректировку полученной от средств 20 информации в соответствии с солесодержанием подаваемой воды, так что степень влажности можно определить очень точно.
В соответствии с установленной степенью влажности блок управления 50 управляет подающим устройством 40. Условия для этого могут быть сформулированы посредством блока ввода 58. Так, можно определить, что вода должна подаваться, если степень влажности падает ниже определенного значения. С помощью измерительного устройства 44 регистрируется, какое количество воды фактически подавалось в мат 10. Следовательно, можно определить, какое количество воды необходимо для повышения степени влажности на определенное значение. Кроме того, можно получить данные об инерции мата 10, т.е. как быстро степень влажности реагирует на подачу воды.
Далее, блок управления 50 соединен с блоком выдачи 46. Им может быть монитор или предупредительный индикатор. Через блок ввода 58 могут задаваться критерии, когда должно быть выдано предупреждение. Например, можно задавать, что предупреждение должно выдаваться тогда, когда степень влажности в течение определенного времени ниже или выше определенного значения. Это может быть указанием того, что система функционирует небезупречно и требует инспекции.
Далее, предусмотрено дополнительное измерительное устройство 48, которое измеряет погодные данные и передает их на блок управления 50 для документирования и обработки. В данном примере измерительное устройство 48 включает в себя три датчика 52'-52''', которые измеряют температуру, влажность воздуха и освещенность. Могут быть предусмотрены дополнительные датчики. Запись погодных данных используется для того, чтобы эмпирическим путем найти зависимость от них степени влажности мата 10. При этом целью является прогнозирование реакции мата 10 на изменения погодных данных, т.е. создание математической модели, так что от измерения степени влажности мата 10 можно отказаться.
Если, например, над матом 10 измеряется температура воздуха и сравнивается со степенью влажности, то можно определить зависимость. Следует ожидать того, что с повышением температуры уменьшится степень влажности мата 10, вследствие чего можно вызвать соответствующую подачу воды. Однако одной температуры может оказаться недостаточно для надежного прогноза ожидаемой степени влажности. Интеграция температуры в зависимости от времени (с помощью компьютера) обеспечивает определенный ввод тепла в почву и мат 10, что может больше подойти для определения степени влажности. Поскольку степень влажности мата 10 зависит от испарения имеющейся в почве воды, прогноз степени влажности можно сделать надежнее, если принять во внимание влажность воздуха. Освещенность, являющаяся мерой солнечного излучения, также может оказывать влияние на степень влажности, как и ветер (направление, сила, продолжительность). Кроме того, характер почвы (песчаная почва удерживает влагу иначе, чем глинистая почва), глубина, на которой мат уложен в почве, а также орошаемые растения могут оказывать влияние на степень влажности. Однако эти параметры (характер почвы, глубина укладки, растения) не зависят от времени и поэтому, чтобы принять их во внимание, требуют ввода только один раз.
Система орошения включает в себя далее передающий блок 56, с помощью которого все данные, подаваемые на блок управления 50 и документируемые им, а также формированные им управляющие сигналы передаются на приемную станцию 58. Передача может осуществляться любым подходящим образом, причем предпочтительной представляется связь через Интернет. Приемная станция 58 может быть установлена у пользователя и/или изготовителя системы. Следовательно, можно осуществлять онлайн-контроль за ее работой и сразу же обнаруживать критические условия работы. Создается возможность дистанционной диагностики для устранения неисправностей, или пользователь и/или изготовитель могут целенаправленно подъехать со специалистами к системе без необходимости долгого поиска ее неисправности. Это значительно упрощает обслуживание и уход.
За счет того, что все эксплуатационные данные документированы, вопрос виновности в случае ответственности можно выяснить лучше. Если, например, изготовитель может подтвердить, что, несмотря на многократные требования, не было предпринято никаких изменений в работе системы, то ответственность лежит не на нем, а на пользователе.
Документирование дает также возможность присвоить пользователям, которые образцово и надежно эксплуатируют систему, соответствующий знак качества. Таким образом, изготовитель может повысить безопасность и надежность своих систем. Кроме того, пользователю может быть дана гарантия того, что при эксплуатации системы отмеченными знаком качества пользователями и при ее подтвержденной надлежащей эксплуатации достигается определенный результат, например, определенная экономия воды при такой же урожайности или улучшение качества газона или безупречно функционирующая в течение определенного времени система. Частью условий такой гарантии может быть то, что строительные работы на участке 30 почвы проводятся только после предварительного определения положения соответственно выполненных подводящих элементов и/или средств 20 с помощью классифицированного изготовителем как подходящий или сертифицированного детектора.
Описанный выше аспект создания модели дополнительно поддерживается возможностью передачи релевантных эксплуатационных данных. Так, например, изготовитель может документировать релевантные эксплуатационные данные от всех установленных систем орошения и обрабатывать их для создания модели. При этом могут использоваться эксплуатационные данные, полученные в совершенно разных рамочных условиях в различных регионах мира. При этом создание модели может быть поставлено на очень широкую основу, что повышает качество разработанной модели.
Изобретение было пояснено на примере его осуществления, причем это пояснение не следует рассматривать как заключительное. Не описанные здесь, очевидные для специалиста видоизменения и модификации не отличаются от основной идеи, лежащей в основе изобретения. Так, несущие слои мата могут быть соединены между собой иным, нежели описанным, образом. Кроме того, водоподводящие элементы могут быть ориентированы в нескольких направлениях и могут быть расположены в нескольких поглощающих слоях. Водоподводящие элементы не ограничены подачей воды. В принципе, они могут использоваться также для подачи любых текучих сред, однако они особенно рассчитаны на подачу текучих сред, которые способствуют росту растений. Главным образом, речь может идти о воде, которая, однако, может быть обогащена способствующими росту добавками. При этом речь может идти о питательных веществах, микроэлементах, витаминах и т.д. В то же время вода может быть насыщена газами, например кислородом. Кроме того, система орошения может содержать дополнительные датчики, которые повышают безопасность и надежность эксплуатации мата. Здесь возможны, например, датчики, измеряющие вязкость подаваемой воды, что, в частности, может быть важным тогда, когда примешиваются способствующие росту вещества. В случае слишком высокой вязкости отдача почве может быть затруднена.
Другое выполнение изобретения отражено в п. 27 и далее.
Лежащая в основе изобретения идея заключается в том, что оросительный мат состоит не только, по меньшей мере, из двух несущих слоев, а именно первого вышележащего и второго нижележащего, но и что оба этих несущих слоя отличаются водопоглощающей или водоаккумулирующей способностью. При этом водопоглощающая способность, т.е. водоаккумулирующая способность, верхнего несущего слоя выше, чем водопоглощающая способность нижнего слоя.
Можно также сделать обратным соотношение между большей и меньшей водоаккумулирующей способностью, однако прежние опыты показали, что предпочтительно, если верхний несущий слой обладает более высокой водоаккумулирующей способностью, чем нижний.
2
Нижний несущий слой состоит предпочтительно из синтетического материала, например, на 50-80% из полипропилена и на 20-50% из полиакрила, а предпочтительная аккумулирующая способность (поглощающая способность) составляет 0,5-2 л воды/м.
2
Верхний несущий слой состоит предпочтительно, по меньшей мере, из трех материалов, а именно полипропилена, полиэтилена и вискозы, причем доля полипропилена лежит в диапазоне 30-50%, поля полипропилена - в диапазоне 15-40%, а доля вискозы - в диапазоне 10-45%. Аккумулирующая способность этого несущего слоя должна составлять 1,2-5 л воды/м, причем конкретная водоаккумулирующая способность может изменяться, в частности может быть повышена за счет повышенной доли вискозы.
Конкретно согласуемая в каждом отдельном случае аккумулирующая способность существенно зависит от роста растений, а также от грунта, используемого на мате. Так, например, в случае грунта, обладающего от природы меньшей водоаккумулирующей способностью, мат может иметь более высокую аккумулирующую способность, тогда как в случае грунта, обладающего повышенной водоаккумулирующей способностью, сам мат может иметь также меньшую водоаккумулирующую способность.
Особенно предпочтительно также, если предложенный мат выполнен с измерительным устройством для измерения солесодержания воды/влажности грунта. Это измерительное устройство может состоять из устройства для измерения электрической проводимости воды или влаги или грунта в зоне мата. Само измерительное устройство может быть расположено между обоими несущими слоями мата, а также ниже или выше них.
Наконец, один вариант осуществления изобретения может состоять также в том, что между обоими несущими слоями расположен грунт, например слой глины и т.п., т.е. материал, который, с одной стороны, способен аккумулировать воду, однако, с другой стороны, является также минералосодержащим, чтобы компенсировать, тем самым, возможный недостаток минералов в имеющемся грунте.