ТЕПЛИЦА ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ ОВОЩЕЙ
GREENHOUSE FOR GROWING VEGETABLES

Изобретение относится к области сельскохозяйственных сооружений.
Известна теплица для выращивания овощей, выполненная в виде воздушной замкнутой камеры, расположенной на естественной поверхности грунта и ограниченной с боков и торцов внешними стенами, а сверху прозрачной выпуклой вверх крышей (В.И. Назарова, Современные теплицы и парники. ISBN: 978-5-3860-3061-2. Изд-во: Рипол Классик, 2011 г., стр. 17).
Недостатком такой теплицы является то, что при нагреве солнцем создается парниковый эффект, и имеет место перегрев воздуха внутри теплицы, что приводит к гибели растений. Вентиляция за счет обеспечения сообщения внутреннего пространства с наружным воздухом дает эффект до тех пор, пока температура наружного воздуха не превышает определенных значений. Иначе требуемый эффект не достигается.
Известна теплица для выращивания овощей, выполненная в виде воздушной замкнутой камеры, расположенной на естественной поверхности грунта и ограниченной с боков и торцов внешними стенами, а сверху прозрачной выпуклой вверх крышей, и снабженной устройством для понижения температуры воздуха в пределах камеры (Пособие по проектированию теплиц и парников (к СНиП 2.10.04-85), ГипроНИИСельПром. - М.: Стройиздат, 1988, стр. 22). Эта теплица содержит шторку, которая обеспечивает периодическую затененность.
Недостатком такой теплицы может оказаться вредное влияние затененности с точки зрения недостатка света для растений.
Целью предлагаемой конструкции является ликвидация периодической затененности при обеспечении нормального температурного режима воздушной замкнутой камеры теплицы.
Указанная цель достигается тем, что теплица для выращивания овощей включает воздушную замкнутую камеру, расположенную на естественной поверхности грунта и ограниченную с боков и торцов внешними стенами, а сверху прозрачной выпуклой вверх крышей, Теплица снабжена устройством для понижения температуры воздуха в пределах камеры, при этом устройство для понижения температуры воздуха и крыша совмещены и выполнены в виде стеклопакета из двух параллельных стекол с полостью между ними, заполненной водой. Теплица для выращивания овощей снабжена охладителем воды, соединенным с полостью стеклопакета крыши подводящей и отводящей трубами, которые в пределах крыши содержат концевые участки, причем концевой участок отводящей трубы расположен на гребне выпуклой вверх крыши, а концевой участок отводящей трубы, расположен в нижней части крыши, при этом концевые участки труб выполнены перфорированными и расположенными в пределах полости стеклопакета.
Кроме того теплица для выращивания овощей может быть выполнена из серии смежных секций с автономными крышами и с общими внутренними стенами, выполненными из отдельных стоек, объединенных общим ригелем.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 схематически изображен поперечный разрез предлагаемой теплицы для выращивания овощей;
- на фиг. 2 показана схема тепловых потоков в предлагаемой теплице в дневное время;
- на фиг. 3 показана схема тепловых потоков в предлагаемой теплице в ночное время.
Теплица для выращивания овощей (фиг. 1) устроена в виде воздушной замкнутой камеры, расположенной на поверхности 1 грунта 2. Сверху она ограничена выпуклой вверх прозрачной крышей 3. Рациональной формой выпуклости является двускатный профиль. При этом угол 4 наклона частей крыши «а» может быть определен в диапазоне 30-60°С. Теплица может быть односекционной и многосекционной, как это показано на фиг. 1. Внешние стены 5 являются сплошными, что необходимо для обеспечения замкнутости воздушной камеры. Их геометрическая неизменяемость обеспечивается контрфорсами 6. Внутренние стены не являются сплошными и выполнены из отдельных стоек 7, заделанных в грунт 2 и объединенных в поперечном направлении затяжками 8, а в продольном - ригелями 9. В данном техническом решении устройство для понижения температуры воздуха в воздушной замкнутой камере теплицы совмещено с крышей и выполнено в виде стеклопакета из двух параллельных стекол с полостью между ними, заполненной водой.
Теплица для выращивания овощей может быть снабжена системой для охлаждения воды, которая состоит из ёмкости для воды 10, охладителя воды 11, ограждения 12, подводящих и отводящих труб 13, 14, соединённых со стеклопакетами крыши 3.
Подводящие трубы 13 заканчиваются участком 15, расположенном на гребне крыши в пределах полости стеклопакета, заполненного водой. Отводящие трубы 14 начинаются участком 16, расположенном в нижней части крыши также в пределах полости стеклопакета, заполненного водой.
Отводящие трубы 14 начинаются участком 16, расположенном в нижней части крыши также в пределах полости стеклопакета, заполненного водой. Оба участка труб 15 и 16 выполнены перфорированными для ввода и вывода воды в полость (из полости) стеклопакета.
Высота «h» стоек 5 и 7 и расстояние «b» между стойками определяются в зависимости от ряда местных условий, в т.ч. от вида растений (овощей) 17. В верхней части полости теплицы могут быть расположены небольшие вентиляторы 18, обдувающие внутреннюю поверхность стеклопакетов для увеличения теплообмена.
Предложенная конструкция может быть широко использована и для других помещений в условиях жаркого климата (различных общественных зданий, кафе и др.).
На фиг. 2 и 3 введены следующие дополнительные обозначения:
внутр
t - температура воздуха внутри полости;
грунта
t - температура грунта на глубине нулевых амплитуд (т.е. на глубине 10-20 м);
возд
t - температура наружного воздуха;
воды
t - температура воды в стеклопакете;
«Солнце» - солнечная радиация;
1
q - тепловой поток в полость воздушной камеры теплицы за счет солнечной радиации;
2
q - тепловой поток из пространства воздушной камеры теплицы в воду стеклопакета крыши 3;
3
q - тепловой поток из пространства воздушной камеры теплицы в грунт;
4
q - тепловой поток от наружного воздуха в воду стеклопакета;
5
q - тепловой поток в воду стеклопакета за счет солнечной радиации.
Теплица для выращивания овощей работает следующим образом.
1
5
2
3
4
внутр
внутр
внутр
В дневное время (фиг. 2) полость воздушной камеры теплицы нагревается за счет солнечной радиации (тепловой поток q). При этом часть солнечной радиации (тепловой поток q) поглощается водой стеклопакета, а часть - вообще отражается, поэтому здесь не обозначена. Из камеры излишек тепла отводится в воду стеклопакета (тепловой поток q) и в грунт (тепловой поток q). Вода в стеклопакете нагревается также за счет теплового потока q со стороны наружного воздуха. Температура t внутри полости теплицы задается, исходя из рационального температурного режима для выращивания овощей (т.е. t - это исходные данные). Температура поверхности 1 с достаточной точностью при стационарном режиме может быть принята равной t. Температура воды в полости стеклопакета рассчитывается, исходя из оценки теплового баланса. Стеклопакет может быть достаточно мощным (толщиной 10 см и более). Тогда охлаждение воды осуществляется в ночное время за счет теплообмена с наружным воздухом. Но более эффективно и надежно обустраивать систему для охлаждения воды (см. фиг. 1), которая соединяется с полостью стеклопакета с помощью перфорированных труб 15 (входных) и 16 (выходных). Тогда толщина полости может быть равна порядка 1,0 см, что существенно облегчает крышу. Холодная вода постоянно прокачивается. Через отверстия в трубе 15 она попадает в полость стеклопакета, а нагретая попадает в выходные трубы 16 через отверстия в этих трубах.
воды
внутр
4
В ночное время (фиг. 3) температура воды в стеклопакете t должна за счет системы охлаждения поддерживаться равной температуре воздуха в полости t. При этом система охлаждения должна компенсировать только влияние теплового потока q.
Методика расчета основана на следующих предпосылках (фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3):
внутр.
1) температура воздуха в полости теплицы в стационарном режиме должна быть обеспечена, равной «t» Эта температура задается, исходя из наиболее рационального режима для выращивания растений;
внутр.
2) температура на поверхности грунта в стационарном режиме равна температуре воздуха в теплице «t»;
воздуха.
3) температура воздуха снаружи теплицы равна «t».
воздуха.
воды
4) вода в стеклопакете крыши отсекает тепловое влияние наружного воздуха «t» на температуру в полости теплицы, поскольку вода проточная, и температура ее «t» регулируется охладителем и подается по трубе 15 к стеклопакетам 3;
1
солнца
2
3
внутр
грунта
5) в полость теплицы поступает тепловой поток «q» за счет солнечной радиации «t». Излишки тепла отбираются водой (тепловой поток «q»). Кроме этого часть тепла уходит в грунт (тепловой поток «q») за счет разности температур t и t на глубине 10-20 м;
1
2
3
2
3
воды
внутр
2
4
5
6) стационарный температурный режим (т.е. постоянный во времени) может быть обеспечен только при равенстве «q», с одной стороны и «q+q», с другой. Таким образом, в дневное время (фиг. 2) нагрев воздуха в полости теплицы осуществляется тепловым потоком а отбор лишнего тепла осуществляется тепловым потоком «q». Тепловым потоком «q» ввиду его малости можно пренебречь. Таким образом, температура воды должна быть меньше температуры воздуха в полости: t<t. При этом вода нагревается за счет потоков q, q, и q. Это тепло должно быть отобрано охладителем.
1
2
Тепловой поток q формируется за счет нагрева солнцем. Результирующим показателем является радиационный баланс «Q» (ккал/(м⋅час)), который определяется по климатологическим справочникам для каждого региона.
1
2
Часть радиационного баланса идет на нагрев поверхности 1 (фиг. 2) грунта площадью F (м):
1
1
q-k⋅Q⋅F, ккал/час,
где k - коэффициент, определяющий величину части, идущей на нагрев поверхности грунта.
2
Тепловой поток q определяется по формуле:
где  термическое сопротивление;
А - коэффициент теплоотдачи на внутренней
2
поверхности крыши, ккал/(м⋅час⋅град);
2
2
F - площадь поверхности крыши, м.
3
Тепловой поток q не учитываем (в запас) ввиду его малости.
Тогда для обеспечения стационарного режима:
1
2
q=q,
1
внутр
воды
2
т.е. k⋅Q⋅F=(t-t)⋅А⋅F,
откуда температура воды, требуемая для обеспечения стационарного режима, равна
возд
внутр
внутр
полости
внутр
внутр
В ночное время (фиг. 3) температура наружного воздуха (t) может быть выше t или ниже t. Тогда это вызовет изменение температуры воды, а вслед за этим температура воды в полости станет равной t, которая будет не равна t. В этом случае воде должна быть обеспечена температура, равная t.
2
4
5
В дневное время вода будет нагреваться (фиг. 2) за счет тепловых потоков q, q, q.
2
Тепловой поток q определен выще.
5
Тепловой поток q будет равен:
5
1
q=Q⋅F⋅(1⋅k), ккал/час.
4
Тепловой поток q будет равен:
4
возд
воды
1
2
q=(t-t)⋅A⋅F, ккал/час,
1
где А - коэффициент теплоотдачи на внешней поверхности крыши теплицы.
4
воды
внутр
В ночное время вода будет нагреваться или охлаждаться только тепловым потоком q, причем t будет равно t.
Исходными данными для расчета являются:
1
2
2
1) размеры F и F (м) - на 1 пог. м теплицы;
2
2) радиационный баланс Q (ккал/(м⋅час));
возд
3) температура воздуха t (°С);
внутр
4) требуемая температура воздуха в полости теплицы t (°С);
2
5) коэффициент теплоотдачи А (ккал/(м⋅час⋅град));
2
6) коэффициент теплоотдачи A1 (ккал/(м⋅час⋅град));
7) коэффициент k (б/р).
1
2
1
Размеры F и F принимаются в соответствии с проектными данными. Радиационный баланс Q, температура воздуха принимаются по климатологическим справочникам. Коэффициент А принимается равным 7,5 при неподвижном воздухе и равным 20,0 - при обдувании крыши небольшим вентилятором изнутри (п. 18 на фиг. 1). Коэффициент А принимается равным 20, коэффициент k - по экспериментальным данным.
воды
внутр
Результатом расчета является температура воды t, обеспечивающая требуемую температуру в полости теплицы t.
Данное изобретение основано на решении следующего технического противоречия:
с одной стороны, крыша должна быть прозрачной, чтобы пропускать свет, с другой - она должна не пропускать свет, чтобы не перегревать полость.
Решение технического противоречия - использование слоя воды в составе крыши, конструктивно выполненной в виде стеклопакетов, заполненных водой. Вода является прозрачной и пропускает свет, но в то же время воспринимает из полости лишнее тепло.
Первым существенным признаком данного технического решения является воздушная замкнутая камера, расположенная на естественной поверхности грунта и ограниченная с боков и торцов внешними стенами, а сверху прозрачной выпуклой вверх крышей.
Вторым существенным признаком данного технического решения является наличие устройства для понижения температуры воздуха в пределах воздушной камеры.
Третьим существенным признаком данного технического решения является то, что устройство для понижения температуры воздуха и крыша совмещены и выполнены в виде стеклопакета из двух параллельных (эквидистантных) стекол с полостью между ними, заполненной водой.
Четвертым существенным признаком данного технического решения является то, что теплица снабжена охладителем воды, соединенным с полостью стеклопакета крыши подводящей и отводящей трубами, которые в пределах крыши содержат концевые участки, причем концевой участок подводящей трубы расположен на гребне выпуклой вверх крыши, а концевой участок отводящей трубы расположен в нижней части крыши, при этом концевые участки труб выполнены перфорированными и расположенными в пределах полости стеклопакета.
Все четыре основных существенных признака являются взаимосвязанными, необходимыми и достаточными для достижения заявленного технического результата. Все эти признаки отражены в п. 1 формулы.
Пятым дополнительным существенным признаком данного технического решения является то, что теплица выполнена из серии смежных секций с автономными крышами и с общими внутренними стенами, выполненными из отдельных стоек, объединенных общим ригелем.
Пятый существенный признак отражен во втором пункте формулы.
Эффективность предлагаемого технического решения заключается в том, что достигнута возможность в условиях жаркого климата обеспечить нормальный температурный режим воздушной камеры, используя без искусственной затененности весь световой день.