Теплица с ночным обогревом солнечной энергией
GREENHOUSE WITH NIGHT HEATING BY SOLAR ENERGY

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к теплицам с ночным подогревом почвы грунтовыми теплообменниками с жидкостью-теплоносителем, нагреваемым в солнечном коллекторе.
Известно устройство для обогрева почвы в теплице, содержащее технические средства для обогрева, выполненные в виде двухконтурной солнечной нагревательной системы с насосом и теплообменником для прокачки теплоносителя и нагрева воды в емкости-аккумуляторе. При этом система также снабжена трубопроводами грунтового теплообменника, а вертикальная стена теплицы является дополнительным нагревателем (Патент №2207752 С1, дата приоритета 12.02.2002, дата публикации 10.07.2003, авторы Пындак В.И. и др., RU).
Известно также устройство комбинированного теплоснабжения тепличного комплекса, основанное на преобразовании солнечной энергии в тепловую с использованием солнечных коллекторов, где в качестве дополнительного источника тепла используется трубчатый электронагреватель (ТЭН). Устройство содержит два контура - обогрева и отопления. Контур обогрева включает солнечный коллектор, соединенный с баком-аккумулятором через теплообменник при помощи циркуляционного насоса. Контур отопления подключен к баку-аккумулятору, где теплоносителем является вода и может состоят из нескольких внутренних контуров снабженных своими циркуляционными насосами. Например, для обогрева почвы - это система трубопроводов грунтового теплообменника, расположенного в грядках. Бак-аккумулятор кроме ТЭН оснащен датчиком температуры, который с помощью контроллера, при недостаточном количестве солнечной энергии, в автоматическом режиме поддерживает заданную температуру теплоносителя (патент РФ №185808 U1, дата приоритета 31.08.2018, дата публикации 19.12.2018, авторы: Аммосов Д.Н. и др., RU).
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству для обогрева почвы является теплица с подогревом почвы от энергии солнечной радиации, принятая в качестве прототипа (патент РФ №93208 U1, дата приоритета 06.07.2009, дата публикации 27.04.2010, авторы: Галяутдинов А.А. и Харитонов П.Т., RU), содержащая включенные в систему циркуляции жидкости-теплоносителя циркуляционный насос, тепловой аккумулятор, размещенный внутри теплицы, грунтовой теплообменник и прозрачный защитный купол - солнечный коллектор, выполненный из светопрозрачных пластин ячеистого поликарбоната, снабженный нижними водоподводящими и верхними водоотводящими соединительными патрубками, при помощи которых включен в систему циркуляции.
Недостатком известных теплиц является невозможность применения подобных решений в уже действующих теплицах без изменения их устройства, а также сложность их конструкций.
Технический результат - упрощение конструкции и снижение себестоимости изготовления, благодаря отсутствию отдельного солнечного коллектора, так как его функцию в совокупности выполняют светопроницаемый защитный купол и тепловой аккумулятор установленный под куполом вверху в зоне максимального нагрева теплицы, а также возможность использования предлагаемого устройства в уже действующих теплицах без изменения их конструкции, а также легкость монтажа и демонтажа.
Технический результат при поверхностном обогреве почвы достигается тем, что, коаксиальные шланги грунтового теплообменика укладываются на грядку и обогреваются циркулирующей в них водой, нагретой в солнечном коллекторе. Шланги углубляются в грядку, примерно на половину трубы. Нижняя его половина благодаря теплопроводности почвы будет обогревать корни, а верхняя за счет лучистой энергии от верхней половины - кроны растений, а также воздух в теплице. Предлагаемый поверхностный обогрев почвы можно использовать в уже действующих теплицах. Коаксиальный шланг поддерживает одинаковую температуру на всем протяжении, так как благодаря теплопроводности стенок внутренней оболочки, прямой поток подогревает обратный, обеспечивая усредненную температуру и позволяет равномерно прогревать почву. Шланги можно устанавливать в любой период развития растений, в любом направлении, а также убирать на хранение в зиму.
На фиг. 1 - вариант установки устройства в теплицу, на фиг. 2 - вариант подключения коаксиального шланга.
Устройство обогрева теплицы состоит из светопроницаемого защитного купола 1 теплицы, размещенного под ним вверху теплового аккумулятора, состоящего из емкостей 2, соединенных с одной стороны с входом подающего распределительного коллектора 3, а с другой стороны с выходом обратного собирающего коллектора 4 (фиг. 1). К выходам распределительного коллектора 3 подключены входы циркуляционных насосов 5, выходы которых соединены со входами коаксиальных водорозеток 6. Обратные выходы водорозеток 6 соединены со входами собирающегося коллектора 4. К коаксиальным розеткам 6 подсоединен грунтовый теплообменник, состоящий из коаксиальных шлангов 7, концы внешних оболочек которых закрыты заглушками 8 (фиг. 2).
Циркуляции жидкости-теплоносителя осуществляется по следующему контуру: выход теплового аккумулятора (последняя емкость 2) → вход распределительного коллектора 3 → его выходы → входы циркуляционных насосов 5 → их выходы → входы водорозеток 6 → их нагрузка в виде коаксиальных шлангов 7 → обратные выходы водорозеток 6 → входы собирающего коллектора 4 → его выход → вход теплового аккумулятора (первая емкость 2).
Пример исполнения
Коаксиальный шланг 7 (шланг в шланге), собирается из обычных поливочных шлангов разного диаметра, например, на 1/2 и 1 дюйм. Внешняя оболочка коаксиального шланга 7 на конце закрыта заглушкой 8. Внутренняя оболочка коаксиального шланга 7 делается короче внешней и не должна упираться в заглушку 8. Выбор в качестве грунтового теплообменника отрезка гибкого коаксиального шланга 7 определен его свойством поддерживать одинаковую температуру на всем протяжении, так как благодаря теплопроводности внутренней оболочки, прямой поток подогревает обратный, и позволяет равномерно прогревать почву.
Тепловой аккумулятор состоит из батареи последовательно соединенных емкостей 2 (например, 200 л бочки, выкрашенные в черный цвет), заполненных теплоносителем-водой и расположенных под светопроницаемым защитным куполом 1 вверху в зоне максимального нагрева теплицы. Такая конструктивная совокупность теплового аккумулятора и купола 1 теплицы, позволяет им выполнять функцию солнечного коллектора. Причем его КПД с несколькими емкостями 2 имеет более высокое значение, чем с одной большой, т.к. абсорбирующая солнечную энергию поверхность у них больше. Это позволяет быстро накапливать тепло в дневное время и отдавать его в ночное при понижении температуры в теплице ниже заданного уровня.
Крепление для емкостей 2 теплового аккумулятора выполнено в виде турника, на перекладине 11 которого они закреплены при помощи соответствующих такелажных элементов 12 (например, висят на ремнях). Полезная площадь грядок при этом не занимается. Поскольку система устанавливается в готовую поликарбонатную теплицу, то во избежание ее серьезных переделок, опоры 13 турника расположены вне теплицы, со стороны торцевых стенок. Выполнены они в виде треног или в виде Х-образной формы из металлопроката (уголков, швеллеров и т.п.). На их пересечении лежит перекладина 11. Для нее в торцевых стенках вырезаются отверстия. Промежуточные опоры 14 одиночные и расположены в теплице на средней грядке.
Нагреватель 10 выполнен в виде электроодеяла, опоясывающего емкость 2, поключенную к распределительному коллектору 3. Нагреватель снабжен встроенным датчиком температуры и включается только в экстренных ситуациях - при ночном снижении температуры воды нагретой солнечной энергией ниже допустимой, например, +25°С и включенных циркуляционных насосах 5. Последние, в свою очередь, включаются только при критическом снижении температуры почвы грядок, например, ниже +15°С. Кроме того, наличие обогревателя позволяет не сливать воду из системы даже при ощутимых ночных заморозках. При использовании незамерзающего теплоносителя, например, на основе пропиленгликоля, его сливать не нужно даже зимой.
Все циркуляционные насосы 5 включаются при помощи датчика температуры 9 в виде термостата (механический терморегулятор на основе биметаллической пластины, размыкающей контакты при достижении заданной температуры) воткнутого в грунт.
Через него же питающее напряжение подается и на электронагреватель 10, но не включает, поскольку в него встроен свой температурный датчик (термостат).
Устройство позволяет поддерживать в теплице в ночное время заданную температуру равномерно по всей площади, а также использовать в уже действующих теплицах без коренного изменения их конструкции.