ВЫСОКАЯ ГРЯДКА С СИСТЕМОЙ ОБОГРЕВА ПОЧВЫ ГРЯДКИ
HIGH BED WITH SOIL HEATING

Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к области растениеводства, а именно к конструкциям посадочных мест для растений с обогревом почвы грядок, и может быть использовано при выращивании плодоовощных культур и других растений.
Уровень техники.
Из уровня техники наиболее близким к заявляемому техническому решению является техническое решение по патенту РФ на полезную модель №207703, Капустин Олег Викторович (RU), A01G 9/14, опубл. 12.11.2021 г., в котором представлено описание высокой грядки - теплицы, состоящей из теплоемкого контура, представляющего собой каркас из твердого материала, внутри которого засыпан посадочный грунт, под которым проложены, сквозные вентиляционные каналы, проходящие внутри каркаса, концы которых выходят снаружи грунта, на выходе центрального вентиляционного канала установлен вентилятор, дополнительно центральный канал имеет ответвление в виде бокового канала с регулируемым клапаном, также под грунтом над каналами установлены емкости с водой и греющий кабель, а на поверхности грунта проложен шланг капельного полива, вода в который подается насосом, установленным в одной из емкостей с водой, сверху наземный каркас оснащен сводчатым перекрытием, выполненным из твердого материала, имеющего светопропускную способность с открывающимися отдельными сегментами, под сводом перекрытия установлены обогреватель и лампа, каркас выполнен наземным с высотой стенок от 700 до 1200 мм. Общими признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются: высокая грядка; теплоемкий контур; каркас (а именно, боковые стенки каркаса) из твердого материала, в пространство, ограниченное которым засыпан посадочный грунт; сквозные каналы; греющий кабель; каркас выполнен наземным с высотой стенок до 1200 мм.
Техническая проблема, которая не могла быть решена при использовании наиболее близкого аналога, заключается в том, что описываемое устройство высокой грядки является необоснованно сложным и дорогим в изготовлении и эксплуатации, учитывая, что объем возможной, потенциально получаемой растительной продукции, будет не большим, т.к. устройство является малогабаритным, имеет небольшую площадь посадочного места. Система вентиляционных каналов грядки обеспечивает, преимущественно, аккумуляцию тепла в глубоких слоях почвы для снижения температуры воздуха в теплице днем в жару, и повышения ее в ночное время и не обеспечивает эффективный обогрев плодородного слоя грунта, так как при подаче нагретого воздуха только одна труба вертикального (центрального) вентиляционного канала может быть горячей, а в два вертикальных конца вертикальных каналов, выходящих с противоположной стороны грядки воздух попадает уже охлажденным после прохождения глубоко под землей. Расположенный под грунтом подземный электрический греющий кабель осуществляет его прогрев в холодное время года снизу. Однако, для высокой грядки, у которой боковая поверхность имеет значительно большую площадь, для защиты от промерзания и увеличения продуктивности растений требуется обогрев грунта плодородного слоя почвы с боковых сторон. Грядка позиционируется как мобильное устройство, чему, в частности, мешает то, что требуется большой объем посадочного грунта из-за завышенной высоты стенок (от 700 до 1200 мм) и значительный объем работ по его загрузке-выгрузке, требующих затрат средств и времени, как и затрат на приобретение и сборку ограды завышенной высоты. Минимальная высота обычных высоких грядок составляет 150-200 мм, чтобы солнце, хотя бы частично, прогревало их плодородный слой с боков. Высота полноценной высокой грядки составляет около 300 мм, чтобы плодородный слой почвы прогревался солнцем с боков по всей его высоте. Наличие утеплителя по контуру ограды (каркаса) устройства в предлагаемой грядке-теплице увеличивает затраты и препятствует прогреву грядки солнцем с боков, в т.ч. весной, что является одной из основных причин появления высоких грядок и их преимуществом. Кроме того, ремонт и замена (установка) расположенного под землей греющего кабеля обычно требует значительного объема земляных работ и пересадки расположенных на грядке растений. При этом дополнительных усилий и затрат требует обеспечение защиты электрического греющего кабеля от случайного воздействия садовым инструментом, в частности, лопатой.
Техническим результатом, обеспечиваемым изобретением, является создание универсальной конструкции высокой грядки, предусматривающей быструю сборку и разборку грядки при ее формировании и демонтаже, снижение объема затрат и земляных работ при ремонте и замене (установке) греющего кабеля, эффективный регулируемый обогрев плодородного слоя почвы высокой грядки с боковых сторон в зависимости от уровня температуры почвы.
Технический результат достигается выполнением высокой грядки с системой обогрева почвы грядки, содержащей теплоемкий контур, в состав которого входит ограждение из твердого материала, в ограниченное пространство которым засыпан посадочный грунт; сквозные каналы; греющий кабель, при этом, ограждение выполнено в виде сборно-разборной конструкции, состоящей из собираемых в один или более одного присоединяемых друг к другу в вертикальном направлении горизонтальных рядов, состоящих из соединенных посредством соединительных и угловых узлов модулей; сквозные каналы выполнены в виде проходящих непосредственно внутри модулей внутренних, продольных каналов, в которых размещен греющий кабель, производящий регулируемый обогрев почвы грядки с боковых сторон до благоприятного диапазона температур.
Быстрая сборка и разборка грядки при ее формировании и демонтаже обеспечивается:
- выполнением ограждения в виде сборно-разборной конструкции, состоящей из собираемых в один или более одного присоединяемых друг к другу в вертикальном направлении горизонтальных рядов, состоящих из соединенных посредством соединительных и угловых узлов модулей, что позволяет смонтировать ограждение, соединяя, как конструктор, однотипные горизонтальные модули, в единую систему,
- размещением греющего кабеля, посредством которого осуществляется обогрев почвы грядки с боковых сторон до благоприятного диапазона температур, в ограждении, что исключает необходимость выполнения значительного объема земляных работ и затрат при ремонте и замене (установке) расположенного под землей греющего кабеля.
Эффективный регулируемый обогрев почвы высокой грядки с боковых сторон в зависимости от уровня ее температуры обеспечивается:
- размещением в сквозных каналах, выполненных в виде проходящих непосредственно внутри модулей внутренних, продольных каналов, греющего кабеля, посредством которого осуществляется эффективный обогрев почвы грядки по всей площади ее боковых сторон до благоприятного диапазона температур.
Универсальность конструкции высокой грядки также обеспечивается выполнением ограждения многофункциональным, имеющим функцию собственно ограждения, функцию обогревательного устройства с возможностью повышения температуры почвы грядки в зависимости от уровня ее температуры.
Краткое описание чертежей.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен вид сверху высокой грядки с ограждением, на фиг. 2 представлена развертка ограждения грядки со схемой размещения греющего кабеля, на фиг. 3 представлен вид соединительного узла ограждения грядки сверху (вид А) и сбоку (вид Б), на фиг. 4 представлен вид углового узла ограждения грядки сверху (вид А) и сбоку (вид Б), на фиг. 5 представлен срез (профиль) сборного модуля ограждения грядки с зафиксированными в его внутренних каналах (через один) теплораспределительными экранами, в каналах (со сплошными стенками) которых размещен греющий кабель (вид А), срез (профиль) сборного модуля ограждения грядки с теплораспределительными экранами и дополнительной теплоизоляцией (вид Б).
Позициями на фигурах обозначены:
1 - электрический греющий кабель,
2 - угловые защитные крышки,
3 - угловые узлы ограждения грядки,
4 - соединительные узлы ограждения грядки,
5 - защитные крышки,
6 - посадочный грунт (почва),
7 - модули ограждения грядки,
8 - внутренние сквозные каналы модулей ограждения грядки,
9 - стояки угловых и соединительных узлов,
10 - винты крепления защитных крышек к модулям ограждения,
11 - болты крепления модулей ограждения к соединительным и угловым узлам,
12 - ограждение,
13 - винты крепления профилей-фиксаторов к модулям ограждения грядки,
14 - теплораспределительные экраны,
15 - винты крепления теплораспределительных экранов к фиксаторам,
16 - профили-фиксаторы,
17 - дополнительная теплоизоляция.
18 - модули продольных бортов ограждения грядки,
19 - модули поперечных бортов ограждения грядки.
Осуществление изобретения.
В настоящее время существует устойчивая тенденция повышения высоты грядок и широкого, массового распространения, так называемых, «высоких» грядок, что связано, прежде всего, с более эффективным солнечным прогревом их весной, прежде всего с боков, и удобством их обслуживания. Такие современные грядки имеют боковую поверхность увеличенной (большой) площади, что требует подогрева их сбоку в качестве защиты от проникновения холода с боковых сторон при заморозках или в ночное время, создания благоприятных условий для растений, увеличения вегетационного периода и урожая.
Высокая грядка содержит энергоемкий контур, в состав которого входит ограждение 12, выполненное из твердого материала, в ограниченное ограждением пространство (внутренний объем) засыпан посадочный грунт 6. Ограждение 12 выполнено в виде сборно-разборной конструкции, состоящей из собираемых в один или более одного присоединяемых друг к другу в вертикальном направлении горизонтальных рядов, состоящих из соединенных посредством соединительных узлов ограждения грядки 4 и угловых узлов ограждения грядки 3 модулей 7. Непосредственно внутри модулей 7 проходят внутренние (закрытые) продольные, сквозные каналы 8, имеющие в сечении произвольную геометрическую форму, например, прямоугольную, круглую и др. Модули 7 могут быть выполнены из различных жестких материалов, например, таких как металл, древесно-полимерный композит (ДПК) и др. В качестве модулей 7 используют профилированные погонажные изделия заданной длины с продольными, сквозными каналами 8, проходящими внутри них, при этом, модули имеют в сечении прямоугольную геометрическую форму, а проходящие в них внутренние, продольные, сквозные каналы 8 имеют в сечении произвольную, в т.ч. круглую, но, преимущественно, прямоугольную геометрическую форму. Модули 7 могут быть выполнены из различных жестких материалов, например, таких как металл, древесно-полимерный композит (ДПК) и др. Наиболее распространенным является использование для ограды грядок таких модулей, выполненных из древесно-полимерного композита. Ширина таких модулей может составлять от 14 до 30 см и более (достаточно для высокой грядки), а толщина от 2,5 до более 5 см. Модули нарезаны с определенной длиной. Для поперечных участков ограды грядки могут применяться (в разных комбинациях) модули длиной, например, 0,5 м, 0,75 м, 1 м, которые используются по отдельности или составляются друг с другом с помощью соединительных узлов ограды для получения грядки нужной ширины. Для продольных участков ограждения грядки модули могут быть нарезаны длиной, например, 1 м, 1,5 м и 2 м, используя которые в отдельности или, составляя их друг с другом с помощью соединительных узлов, можно получить ограждение для грядки нужной длины, для чего, при необходимости,- отдельные модули можно дополнительно убавить по длине (подрезать).
Число сквозных каналов 8 связано с количеством продольных перемычек в модуле 7, число и толщина которых обычно определяется исходя из требований необходимой прочности погонажного изделия. В среднем, в модуле может быть выполнено от пяти до семи продольных сквозных каналов, расположенных параллельно в вертикальном направлении. Для дальнейшего описания используется следующая нумерация каналов 8, начинающаяся сверху: канал №1 (самый верхний канал), канал №2, канал №3, канал №4, канал №5 (самый нижний канал).
Высота ограждения грядки является выборной величиной и определяется, в случае если ограждение состоит из одного ряда горизонтальных модулей, шириной модулей, которая может превышать 30 см.
В сквозных каналах 8 модулей 7 размещен электрический греющий кабель 1, при нагреве которым достигается благоприятный для растений диапазон температур почвы (от 18 до 25°С). В качестве греющего кабеля могут быть использованы как резистивные (одножильные или двужильные), так и саморегулирующиеся кабели. При использовании одножильного кабеля в ограде грядок существует возможность подключения обоих его концов к электрической сети.
При использовании двужильного кабеля он с одной стороны оборудован заглушкой, а со второй - электрическим силовым (сетевым) шнуром с вилкой для подключения к розетке. Наиболее предпочтительным в предлагаемой конструкции высокой грядки является использование саморегулирующегося, экранированного кабеля, т.к. по сравнению с одножильными и двужильными резистивными кабелями саморегулирующиеся кабели можно обрезать на нужную длину. На обрезанный конец устанавливается оконечная муфта. Другим преимуществом саморегулирующихся кабелей является то, что их пересечение и соприкосновение не влияют на работу и не приводят к перегоранию. Кроме того, для саморегулирующегося кабеля не обязателен постоянный контроль его температуры. При этом нужно учитывать, что для задачи нагрева земли всего до 18-25°С - благоприятного для плодородного слоя почвы интервала температуры, достаточно использования низкотемпературного и маломощного, например, 10 Вт/м, греющего кабеля, размещенного равномерно по высоте модулей 7 ограждения 12, например, через канал (в №1, 3, 5 или в №1, 3, 5, 7 каналах 8 модулей 7 при нумерации каналов сверху). На фиг. 2 представлена развертка ограждения грядки со схемой размещения греющего кабеля 1. Греющий кабель 1 сначала заведен по верхнему сквозному каналу 8 всех установленных модулей продольных бортов 18 и поперечных бортов 19 грядки по полному ее периметру, затем - по среднему каналу (например, из пяти каналов 8 модулей 7) в обратном направлении также по всему периметру грядки и далее заведен по нижнему каналу 8, практически, до его конца (по первому, начальному направлению), где размещен его конец с оконечной муфтой (на чертеже не показана). Таким образом, по всей высоте ограждения грядки 12 сформировано три уровня размещения греющего кабеля 1 (если в модулях 7 выполнено пять каналов), обеспечивающих обогрев с боковых сторон посадочного грунта (почвы) 6 по всему периметру грядки.
В случае изготовления модулей 7 ограждения грядки из твердого материала с небольшой теплопроводностью, например, из ДПК (древесно-полимерного композита) во избежание излишних затрат электроэнергии и с целью максимальной передачи тепла греющий кабель размещается в сквозных, внутренних каналах 8 максимально близко к поверхности модулей 7, обращенной к обогреваемому посадочному грунту (почве) 6, с фиксацией его положения, а также дополнительно устанавливают плоские теплораспределительные металлические экраны 14. На фиг. 5 (вид А) представлен срез (профиль) сборного модуля 7 ограждения грядки с зафиксированными в его внутренних каналах 8 (через один) теплораспределительными экранами 14, каждый из которых содержит сплошную плоскую часть (плоскую пластину, на чертеже показана без номера) и канал со сплошными стенками (на чертеже показан без номера), в котором размещен греющий кабель 1.
Металлические теплораспределительные экраны 14 устанавливают внутри сквозных каналов 8, длина металлических теплораспределительных экранов 14 соответствует длине сборных модулей 7, во внутренних каналах 8 которых они располагаются. Размеры проходного сечения каналов со сплошными стенками теплораспределительных экранов 14 должны быть достаточны для заведения по ним греющего кабеля 1 с учетом прперечных размеров его оконечной муфты, а также муфты соединения греющего кабеля с электрическим силовым (сетевым) шнуром с вилкой (на чертеже не показан) для подключения к розетке. Теплораспределительные экраны 14 изготовлены из металла (материала с высокой теплопроводностью), что позволяет эффективно использовать тепловую энергию, получаемую от греющего кабеля 1, направляя ее с помощью плоских пластин теплораспределительных экранов 14 в почву.
Положение теплораспределительных экранов 14 во внутренних каналах 8 сборных модулей 7 наиболее благоприятное для передачи тепла в посадочный грунт (почву) фиксируется с помощью фиксаторов 16, длина которых равна длине экранов 14. Причем профили-фиксаторы 16 изготовлены из твердых материалов с низкой теплопроводностью, например, из стеклопластика.
На фиг. 5 (вид Б) представлен срез (профиль) сборного модуля 7 ограждения грядки с теплораспределительными экранами 14, профилями-фиксаторами 16 и дополнительной теплоизоляцией 17 в внутренних частях профилей-фиксаторов 16, которая способствует более эффективному использованию тепловой энергии в направлении почвы для ее подогрева. Эта теплоизоляция может быть предварительно наклеена (до сборки) теплораспределительных экранов 14 с профилями-фиксаторами 16 на внутреннюю часть профилей-фиксаторов 16. Она может представлять собой полосу мягкой теплоизоляции 17, верхний слой (обращенный к греющему кабелю) которой отражает инфракрасное излучение, например, с покрытием из алюминиевой фольги с защитным слоем из полимера (лавсановая пленка), основой может быть вспененный полиэтилен со специальной тканью (флизелин), уменьшающей горючесть и теплопередачу.
Высокая грядка с системой регулирования температуры грядки может быть собрана следующим образом.
Ограждение 12 грядки начинают собирать, присоединяя к угловому узлу ограждения грядки 3 посредством болтов 11 модули 7, включающие модуль продольного борта ограждения грядки 18 и модуль поперечного борта ограждения грядки 19. При этом, предварительно, к противоположным концам этих модулей уже должны быть присоединены соединительный узел 4 (к модулю продольного борта ограждения грядки 18) и угловой узел 3 (к модулю поперечного борта ограждения грядки 19). На выделенном участке земли, подготовленной для грядки площадки собранную часть ограждения 12 устанавливают на нижние острые концы стояков 9 соединительного узла 4 и угловых узлов 3 ограждения 12 грядки. Далее, аналогичным образом (с помощью болтов 11), собираются оба продольные борта ограждения 12, которые по длине могут быть составными из нескольких модулей 7 в зависимости от требуемой длины грядки. В этом случае, необходимое количество сборных модулей 7 соединяют с помощью требуемого количества соединительных узлов 4. Параллельно (отдельно), с помощью болтов 11, аналогичным образом, собирают вторую поперечную часть ограждения 12, состоящую из двух угловых узлов 3 и одного сборного модуля 7 между ними, которую далее соединяют (и закрепляют) со свободными концами сборных модулей 7 полученных продольных бортов ограждения 12. Таким образом, формируется горизонтальный ряд ограждения 12 по всему периметру. Далее заостренные, нижние концы всех стояков 9 соединительных 4 и угловых 3 узлов ограждения грядки вбиваются (вкапываются) в землю. При этом, нижняя часть модулей 7 ограждения 12 грядки должна опираться на землю, то есть ограждение грядки по всему периметру ограничивает ее объем.
Высота, длина, ширина ограждения 12 определяется высотой грядки, которая может превышать 30 см (ширина сборных модулей 7), длиной грядки, которая определяется планируемым объемом урожая и планировкой земельного участка, шириной высокой грядки, которая определяется удобством ее обслуживания и обычно составляет 50-100, в крайнем случае, не превышая 120 см.
Греющий кабель 1 удобно заводить, начиная с угла установленного ограждения, наиболее близкого к источнику электрического тока, сначала по верхнему, сквозному каналу всех установленных модулей продольных и поперечных бортов 7 грядки по полному ее периметру. Затем по другим выбранным каналам 8 равномерно по высоте ограды, например, по среднему каналу из пяти каналов 8 (в случае, если этих каналов - пять) кабель заводится в обратном направлении также по всему периметру грядки и далее размещается по нижнему каналу 8 ограды, практически, до его конца (по первому, начальному направлению), где располагается его конец с оконечной муфтой. Таким образом, по всей высоте ограждения грядки 12 сформировано три уровня размещения греющего кабеля 1, обеспечивающих эффективный обогрев с боковых сторон посадочного грунта (почвы) 6 по всему периметру грядки. Количество уровней размещения греющего кабеля по высоте ограды может быть иным и является числом выборным. Чем больше количество таких уровней, тем глубже слой отапливаемой почвы, а чем они располагаются чаще, тем выше мощность нагрева на кв.м. площади ограждения.
Монтаж кабеля осуществляется так, чтобы снаружи остался только электрический силовой (сетевой) шнур с вилкой для подключения к розетке. На открытых участках греющий кабель прикрывается угловыми защитными крышками 2 (фиг. 1, фиг. 4) и защитными крышками 5 (фиг. 1, фиг. 3) из пластика, которые на заключительном этапе сборки грядки надеваются на модули 7 (на стыках) и крепятся к ним винтами 10. Для осуществления наружного расположения электрического силового (сетевого) шнура с вилкой в соответствующей (входной) пластиковой угловой защитной крышке 2 делается специальный вырез. После окончания монтажа греющего кабеля 1 в установленное ограждение грядки засыпается посадочный грунт 6, что окончательно формирует грядку.
В случае изготовления модулей 7 ограждения грядки из твердого материала с небольшой теплопроводностью, например, из ДПК (древесно-полимерного композита) и использования металлических теплораспределительных экранов 14, греющий кабель размещают в каналах со сплошными стенками этих теплораспределительных экранов 14 (фиг. 5).
Предварительно теплораспределительные экраны 14 соединяют со стеклопластиковыми профилями-фиксаторами 16 с помощью винтов 15 с потайными головками. Длина экранов 14 и их профилей-фиксаторов 16 равна длине модулей 7, в каналах которых они размещаются. Далее теплораспределительные экраны 14 соединенные с профилями-фиксаторами 16 помещаются в выбранные для размещения греющего кабеля каналы 8 установленных модулей 7 и закрепляются там винтами 13. Причем теплораспределительные экраны 14 во внутренних каналах 8 сборных модулей 7 должны быть размещены на сторонах модулей 7, близких к посадочному грунту (почве) и обращенных своей плоской частью к нему. Далее греющий кабель заводится с описанной выше последовательностью в каналы со сплошными стенками теплораспределительных экранов 14. После окончания монтажа кабеля открытые участки греющего кабеля аналогичным образом прикрываются угловыми защитными крышками 2 (фиг. 1, фиг. 4) и защитными крышками 5 (фиг. 1, фиг. 3) из пластика, которые надеваются на модули 7 (на стыках) и крепятся к ним винтами 10. Затем в установленное ограждение грядки засыпается посадочный грунт 6, что заканчивает формирование грядки. При выборе материала сборных модулей следует подбирать греющие кабели с приемлемой температурой и режимами работы для безопасной эксплуатации.
Если используемые модули 7 имеют недостаточную ширину, чтобы обеспечить приемлемую высоту высокой грядки, существует возможность присоединения в вертикальном направлении к одному собранному из модулей горизонтальному ряду одного или нескольких аналогичных горизонтальных рядов из модулей. Собранные (сборные) модули 7 размещаются друг над другом в два или более смыкающихся рядов (уровней). Это позволяет смонтировать ограждение грядки требуемой высоты, соединяя, как конструктор, однотипные горизонтальные модули, в единую систему. При необходимости увеличения высоты грядки, как и ее длины и ширины, присоединяются новые модули нужной длины. Таким образом, собирается ограждение 12 из нескольких горизонтальных рядов из модулей, охватывающее грядку по всему периметру. Однако следует учитывать, что увеличение размеров (высоты, длины и ширины) грядок предлагаемой конструкции потребует не только соединительных и угловых узлов, защитных крышек соответствующей (требуемой) высоты и количества, но и увеличения длины греющего кабеля, которая является величиной ограниченной. Например, длина саморегулирующихся кабелей низкой мощности обычно не превышает 120 м (при определенных условиях - 200 м), что может поставить вопрос о дополнительных точках запитки электрической энергией. Максимальная длина резистивных греющих кабелей значительно выше.
Возможность повышения температуры почвы, предлагаемая в устройстве высокой грядки, позволяет создать для растений более благоприятные условия, особенно при заморозках, и обеспечивает защиту от проникновения в грядки холода с боковых сторон, что особенно актуально для популярных сейчас грядок повышенной высоты. Все это удлиняет вегетационный период растений, обеспечивает защиту от заморозков, увеличивает урожай.
Прогрев плодородного слоя почвы высоких грядок с боковых сторон может быть весьма эффективен, так как в целях удобства обслуживания их ширина (грядок) обычно составляет не более 50-100 см, и в крайнем случае не превышая 120 см. По сравнению с использованием располагаемого под слоем плодородной почвы электрического греющего кабеля, обеспечивающего подогрев плодородного слоя почвы снизу, не требуется значительный объем земляных работ при его ремонте и замене (установке), пересадке расположенных на грядке растений, отсутствуют соответствующие затраты и затраты при замене его защиты.
Благоприятной для корневой системы растений является температура плодородного слоя почвы в пределах 18-25°С. Таким образом, повышение температуры почвы осуществляется в режиме подогрева почвы плодородного слоя грядки, когда температура почвы находится ниже этого интервала температур. Причем, при нагреве с боковых сторон грядки желательно достижение верхнего предела температуры почвы у ограждения в 25°С, так как к центру грядки она будет ниже. Температура может фиксироваться обыкновенным термометром или датчиком температуры. Высокая грядка может быть устроена в теплицах, парниках, на открытом грунте.