УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБОГРЕВА ТЕПЛИЦ

Полезная модель относится к аграрному производству, к области растениеводства в сооружениях защищенного грунта и может быть использована для обогрева теплиц.
В качестве прототипа выбрано устройство, входящее в систему воздушного отопления теплиц, предлагаемое компанией Tecnoclima (электронный ресурс, режим доступа: http://impocorp.ru/services/otoplenie/), включающее воздухонагреватель, коллектор, вентиляторы для нагнетания и перемещения теплого воздуха по воздуховодам, горизонтально расположенные воздуховоды теплого воздуха, имеющие отверстия для выхода теплого воздуха в пространство теплицы, а также приспособление для контроля и регулировки температурного режима в теплице.
Устройство - прототип имеет следующие недостатки, препятствующие получению указанного технического результата полезной модели. Теплота, выработанная воздухонагревателем, доставляется в различные участки теплицы по воздуховодам воздушными потоками, которые в пространство теплицы выходят через отверстия, выполненные в стенках воздуховодов. То есть, теплота поступает в пространство теплицы локально. Так как давление транспортируемого воздуха в воздуховодах не большое, то скорость выхода струй теплого воздуха из отверстий воздуховодов так же не большая, что обуславливает им ламинарную структуру. Под действием сил Архимеда, вышедшие из воздуховода струи теплого воздуха, начинают перемещаться вверх, сохраняя ламинарную структуру. В процессе движения ламинарных теплых струй воздуха вверх, между ними и граничащими с ними зонами холодного воздушного пространства теплицы происходит теплообмен в виде свободной смешанной конвекции (процессов конвективной диффузии и молекулярной диффузии), что характерно для ламинарного режима течения, в котором значительно преобладает молекулярная диффузия, это обуславливает медленный нагрев воздуха только в локальных зонах тепличного пространства. При этом воздух нижней части пространства остается не нагретым, так как теплосодержащие струи воздуха, вышедшие из воздуховодов, перемещаются вверх. Поднявшись к потолку теплицы, теплый воздух вытесняет находившийся там холодный воздух, возможно имеющий отрицательную температуру, вниз, к растениям, при этом сам остывает и также вытесняется вниз поднимающимися струями теплого воздуха. Этот процесс является непрерывным. При указанных режимах теплообмена и циркуляции воздуха, создаваемых обогревающим устройством - прототипом распределение теплоты в пространстве теплицы будет неравномерное, с застойными холодными зонами, возможно с отрицательной температурой воздуха. Это приведет к нарушению, замедлению и увеличению продолжительности вегетационных фаз растений. В частности, к более поздним срокам цветения, отсутствию завязи на цветках, гибели соцветий, что является причиной снижения урожайности, потери экономической актуальности сроков созревания, т.е. к экономическим убыткам.
Задачей полезной модели является усовершенствование конструкции устройства для обогрева теплиц.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение, при обогреве теплицы, теплообмена между генерируемым воздухонагревателем потоком теплого воздуха и воздухом пространства теплицы в режиме вынужденной конвекции, а также равномерное распределение теплоты в пространстве теплицы.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для обогрева теплиц, включающем воздухонагреватель, коллектор, горизонтально расположенные воздуховоды теплого воздуха, имеющие отверстия для выхода теплого воздуха в пространство теплицы, вентиляторы для нагнетания и перемещения теплого воздуха по воздуховодам, размещенные на входе в воздуховоды, приспособление для контроля и регулировки температурного режима в теплице, согласно полезной модели, каждое отверстие в воздуховодах теплого воздуха для выхода теплого воздуха в пространство теплицы снабжено турбулезатором теплого воздуха, выполненным в виде турбины с вертикальным валом и приводным частотно-регулируемым электродвигателем, причем в лопастях турбины имеются сквозные отверстия.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками полезной модели, является наличие в устройстве для обогрева теплиц воздухонагревателя, коллектора, горизонтально расположенных воздуховодов теплого воздуха, имеющих отверстия для выхода теплого воздуха в пространство теплицы, вентиляторов для нагнетания и перемещения теплого воздуха по воздуховодам, размещенных на входе в воздуховоды, приспособления для контроля и регулировки температурного режима в теплице.
Отличительными признаками является то, что, каждое отверстие в воздуховодах теплого воздуха для выхода теплого воздуха в пространство теплицы снабжено турбулезатором теплого воздуха, выполненным в виде турбины с вертикальным валом и приводным частотно-регулируемым электродвигателем, причем в лопастях турбины имеются сквозные отверстия.
Между совокупностью существенных признаков полезной модели и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь. Турбулезаторы, установленные на выходных отверстиях воздуховодов, распространяют вокруг себя выходящий теплый воздух горизонтальным слоем, в котором его макрообъемы имеют беспорядочное перемещение, т.е. горизонтальное распространение теплого воздуха имеет турбулентный характер. В результате, турбулезация теплого воздуха, выходящего из воздуховодов, обеспечивает теплообмен между генерируемым потоком теплого воздуха и воздухом пространства теплицы в режиме вынужденной конвекции, горизонтальное распространение теплого воздуха обеспечивает равномерное распределение теплоты в пространстве теплицы и не допускает возникновение застойных зон с холодным воздухом.
Полезная модель проиллюстрирована графическими материалами, где на Фиг. 1 представлена схема устройства для обогрева теплиц, вид с боку; на Фиг. 2 - схема устройства для обогрева теплиц, вид сверху; на Фиг. 3 - схема распространения теплого турбулезированного воздуха в пространстве теплицы в вертикальной плоскости, на Фиг. 4 - схема распространения теплого турбулизированного воздуха в пространстве теплицы в горизонтальной плоскости.
Устройство для обогрева теплиц состоит из воздухонагревателя 1, коллектора 2, горизонтально расположенных воздуховодов 3 теплого воздуха, в которых имеются отверстия 4 для выхода теплого воздуха в пространство теплицы, вентиляторов 5 для нагнетания и перемещения теплого воздуха в воздуховоды 3, турбулезаторов 6 теплого воздуха, которыми снабжены отверстия 4, включающие турбину 7 с вертикально расположенным валом 8 и приводной частотно - регулируемый электродвигатель 9, например серии YVF-2, а также приспособления для контроля и регулировки температурного режима в теплице, включающего датчики температуры воздуха, например, в виде термопреобразователя термопар ТХА (К), программируемого логического контроллера, например ОВЕН ПЛК 110, тиристорный преобразователь частоты, например ЕЗ-8100 (на фигурах не показаны). Для повышения степени турбулезации теплого воздуха в лопастях 10 турбины 7 имеются сквозные отверстия 11.
Устройство для обогрева теплиц работает следующим образом. Воздух из пространства теплицы втягивается (поступает) в воздухонагреватель 1, где нагревается до необходимой температуры с учетом агротребований и экономичности. Из воздухонагревателя 1 подогретый воздух поступает в коллектор 2, откуда вентиляторами 5 нагнетается и перемещается в воздуховоды 3. Вентиляторы 5 обеспечивают равномерное наполнение воздуховодов 3 теплым воздухом. Заполнив воздуховоды 3, теплый воздух через выходные отверстия 4 в них поступает в турбулезаторы 6. В турбулезаторе 6 теплый воздух под динамическим воздействием вращающейся электродвигателем 9 турбины 7 турбулезируется, т.е. в нем образуются макрообъемы 12 с вихревым и беспорядочным движением, а затем центробежными силами распространяется вокруг турбулезатора турбулезированным горизонтальным слоем 13. Для повышения степени турбулезации теплого воздуха в лопастях 10 турбины 7 имеются сквозные отверстия 11.
Количество воздуховодов 3 теплого воздуха и турбулезаторов 6, установленных на них, должно обеспечивать распространение теплого воздуха в виде горизонтального турбулентного слоя на всю обогреваемую площадь теплицы, ограниченную стенами. Слой теплого воздуха по всей площади теплицы распространяется вверх, при этом внизу непрерывно пополняется из турбулезаторов 6. Распространяясь вверх, теплый воздух в турбулентном состоянии перешивается с холодным воздухом, находящимся под ним и передает ему тепловую и кинетическую энергию. Зона, в которой происходит перемешивание теплого и холодного воздуха, и передача теплоты перемещается вверх сплошной волной по всей площади теплицы, оставляя за собой нагретый воздух. Таким образом, в данном процессе нагрева воздуха в пространстве теплицы отсутствует струйное перемещение холодного воздуха с верхней части пространства теплицы в нижнюю, а также застойные зоны с холодным воздухом. Контроль и поддержание заданной температуры в теплице осуществляется автоматически следующим образом. В пространстве теплицы на нескольких уровнях размещены датчики температуры в виде проволочных термопар ТХА (К), которые соединены с входными каналами программируемого логического контроллера ОВЕН ПЛК 110. К выходным (управляющим) каналам контроллера подключены тиристорные преобразователи частоты Е3-810, которые управляют частотой вращения приводных частотно-регулируемых электродвигателей 9 турбулезаторов 6. Понижение температуры воздуха в какой либо зоне теплицы воспринимается установленной там термопарой, термо-э.д.с. которой поступает на один из каналов контроллера, который по выходному каналу посылает электрический сигнал тиристорному преобразователю увеличить частоту вращения приводного частотно-регулируемого электродвигателя 9 турбулезатора 6, обеспечивающего подачу теплого турбулизированного воздуха в зону, где понизилась температура. При увеличение частоты вращения приводного частотно-регулируемого электродвигателя 9 соответственно увеличивается частота вращения турбины 7 турбулезатора 6 теплого воздуха, это приводит к увеличению выхода теплого воздуха из турбулезатора 6, поступление его в охлажденную зону теплицы и повышению там температуры воздуха до нормативной.
В результате при обогреве теплицы обеспечены теплообмен между генерируемым воздухонагревателем 1 потоком теплого воздуха и воздухом теплицы в режиме вынужденной конвекции, а так же равномерное распределение теплоты в пространстве теплицы.