БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
BIOENERGY COMPLEX

Изобретение относится к сельскому хозяйству и энергетике и предназначено для получения продукции животноводства, рыбы, птицы, биогумуса, концентрированного почвенного раствора, червя, древесного угля и тепловой энергии.
Известен биоэнергетический комплекс (БЭК), представляющий собой конвертор и концентратор солнечной энергии, в котором размещен реактор для получения биомассы, связанный с одной стороны с сатуратором, а с другой - с разделителем смеси на биомассу и воду, далее биомасса поступает в генератор производства метана (см. патент РФ №2234644). Изобретение обеспечивает производство энергоносителя (водорода) и утилизацию углекислого газа (патент РФ №2234644).
Известен также наиболее близкий к заявленному биокомплекс (патент РФ №2184440), выбранный в качестве прототипа. Биокомплекс включает систему холодного и горячего водоснабжения, вентиляцию с автоматическими узлами управления и водоемом. Грядки, расположенные на несущих балках над водоемом, выполненные в виде поднимающихся террас и образующие в едином тепловом объеме сверху изолированные отделения для выращивания тех или иных растений с соответствующим микроклиматом. По боковым и внутренним полостям грядок устроены отделения для птичника и других нужд, а внизу по сторонам водоема устроены культиваторы биогумуса. Стенки грядок имеют светоотражатели.
Недостатком биокомплекса по патенту №2184440 является расположение внизу по сторонам водоема, в углублениях, культиваторов биогумуса, что препятствует перемещению углекислого газа к растениям, так как они располагаются над водоемами в едином тепловом объеме с соответствующим микроклиматом и потому увеличиваются энергозатраты.
Технической задачей заявленного изобретения является комплексное, максимально эффективное выращивание животной и растительной продукции с увеличением ее продуктивности на 25-35% при минимальных энергозатратах.
Указанный технический результат достигается за счет того, что биоэнергетический комплекс, включающий изолированные от внешней среды блоки содержания животных, вермикультивирования с зоной выращивания птицы, разведения рыбы и вегетации растений, дополнительно содержит блок пиролизных процессов и все блоки в биокомплексе располагаются на склоне под углом 15°-35° к линии горизонта в следующей последовательности: верхним блоком является блок содержания животных, за ним располагается блок вермикультивирования, далее по склону - блок выращивания рыб, блок вегетации растений и блок пиролизных процессов, при этом во всех блоках поддерживается температура от 20°С до 24°С и они соединены между собой каналами водо- и газообмена.
Блоки выращивания рыбы, выращивания растений и пиролизных процессов снабжены тепловыми вакуумными трубами, где давление составляет 80-90 мм/рт.ст.
Блок содержания животных снабжен тепловыми вакуумными трубами, где давление составляет 80-90 мм/рт.ст., при этом один из концов трубы зарыт в землю, а другой конец расположен в помещении блока.
В блоке разведения рыб используется надводное растение - эйхорния. В блоке вермикультивирования содержатся наклонные лотки.
Все блоки имеют наклонные односкатные прозрачные кровли, на которых располагаются солнечные коллекторы.
Стены и фундамент всех блоков выполнены из теплоемкого материала, а стены с внешней стороны дополнительно отделаны теплоизоляционным материалом.
Предлагаемый биокомплекс более простой, но эффективный для комплексной переработки навоза (помета) с усвоением углекислого газа в блоке выращивания рыб и вегетарии, с максимальным использованием тепловой энергии во всех блоках комплекса и минимальными затратами электроэнергии.
2
2
2
Формула «горения» навоза C+О=CО+Q (где Q - тепловая энергия, равная 2800 кДж/кг). В результате экспериментальных данных было установлено, что угол 15°÷35° обеспечивает минимальное отражение и максимально эффективное накопление солнечной энергии даже при низком стоянии солнца (весна, осень, зима, утро и вечер), причем чем ниже солнце, тем сильнее эффект, а также наклонное положение конструкции биокомплекса под углом 15°-35° позволяет обеспечить перемещение относительно более теплого газа СО (12) в нижние блоки, т.к. удельный вес углекислого газа, равный 44 г/моль, больше чем удельный вес воздуха, равный 29 г/моль. Даже если температура в верхних двух блоках будет выше на 10°С, чем в нижних блоках, такое движение масс будет осуществляться. Теплый углекислый газ обеспечивает растения теплом и «строительным материалом» для зеленой массы.
Угол наклона такой конструкции помогает механизировать работы по получению биогумуса, который перемещается в нижние объемы лотков при одновременном движении червя в их верхние объемы, а также позволяет возвращать гравитационные воды обратно в объемы лотков.
Наклонные прозрачные кровли, под которыми располагаются солнечные коллекторы, дают возможность максимально эффективно использовать солнечную энергию.
Дополнительно введенный блок пиролизных процессов, располагающийся в самой нижней части склона, оснащен печью, предназначенной для пиролиза и сушки древесины. В летний период помещение блока является сушильной камерой и дополнительным аккумулятором энергии для поддержания постоянной температуры. Также в блоке располагаются вакуумные тепловые трубы.
На фиг 1. изображен биокомплекс в разрезе по оси главного вида. На фиг.2 изображено поперечное сечение А-А отделения вермикультивирования.
2
Биокомплекс включает каркас теплицы, фундамент которого выполнен из теплоемкого пенобетона 1, кровля выполнена из прозрачного материала 2, под кровлей располагаются солнечные коллекторы 3, емкость 4, наклонные лотки 5 с содержанием биогумуса и концентрированного почвенного раствора 6, емкость с водой 7 для разведения рыб, на поверхности которой располагается растение - эйхорния 8, стенки грядок 9, выполненные из теплоемкого материала, вентканалы 10, печь, предназначенная для пиролиза и сушки древесины 11, направление потока углекислого газа СО в нижние блоки по каналам газообмена 12, воздушные массы 13, поступающие в верхние блоки, вакуумные трубы 14.
Работа биокомплекса производится следующим образом.
БЭК (фиг.1) состоит из пяти блоков: блок содержания животных и птицы; блок вермикультивирования; блок разведения рыбы; блок вегетации растений; блок пиролизных процессов.
Все блоки связаны между собой и расположены в определенной функциональной последовательности на склоне (желательно южном) под углом 15°-35° к линии горизонта, причем угол наклона выбирается в зависимости от широты местности.
Расположение комплекса на южном склоне дает возможность максимально использовать солнечную энергию.
Все блоки изготовлены из теплоемкого материала пенобетона (1), а с внешней стороны дополнительно отделаны теплоизоляционным прозрачным материалом (стекло или сотовый поликарбонат). Кровли блоков наклонные и прозрачные выполнены из стекла или сотового поликарбоната. Под ними расположены солнечные коллекторы (3) для сбора солнечной энергии в объемы воды (4).
Блок содержания животных и птицы располагается в самой верхней части комплекса, что позволяет осуществлять хороший доступ к кормам и, в то же время, продукты жизнедеятельности сразу поступают в верхние зоны лотков блока вермикультивирования.
2
Блок вермикультивирования (фиг.2) напрямую связан с верхним блоком, откуда навоз (помет) попадает в лотки (5), где сначала обрабатывается растворами с микроорганизмами и бактериями и далее перемещается вниз по склону. В нижней части лотков происходит термообработка и пролив биогумуса. На выходе из блока вермикультивирования получают биогумус (6), а также концентрированный почвенный раствор (КПР), в котором находятся все продукты жизнедеятельности червя в растворенном виде. КПР и биогумус могут быть использованы как внутри БЭК, так и в виде готовой товарной продукции. Наклонное положение лотков (5) также позволяет оптимизировать энергообмен, водообмен и газообмен. В данном случае относительно теплый СО поступает по каналам газообмена в блоки, расположенные в нижней части комплекса, где усваивается растениями, поддерживая их жизнедеятельность. Блок разведения рыбы имеет емкость с водой (7), на поверхности которой размещается растение эйхорния - водяной гиацинт (8), с целью обработки воды биологическим способом совместно с обычными методами очистки, такими как фильтры и аэрлифты. Товарной продукцией является как рыба, так и само растение. Вода из фильтров поступает в блок вермикультивирования и в блок вегетации растений. Температура воды поддерживается в пределах: +20+25°С для нормальной жизнедеятельности растений и рыбы. Возможен вариант кормления рыбы червем из блока вермикультивирования и зеленью из блока вегетации растений.
Блок вегетации имеет грядки в виде террас, расположенных на наклонной плоскости. Стенки грядок (9) выполнены из теплоемкого материала, что позволяет дополнительно аккумулировать солнечную энергию. В грунте расположены венткамеры (10), по которым теплый воздух поступает во внутренние объемы блока для поддержания необходимой влажности и температуры, а также для переноса тепла пиролизных процессов в объемы грунта.
Блок пиролизных процессов расположен в самой нижней части комплекса. Он оснащен печью (11), предназначенной для пиролиза и сушки древесины. В процессе горения без доступа воздуха (без пламени) образуется древесный уголь, который можно использовать как внутри блока, так и в виде товарной продукции.
С целью поддержания оптимальных температур для жизни животных и растений (+20+25°С) в блоках применяются вакуумные трубы (14), где давление составляет 83 мм/рт.ст. При этой температуре и данном давлении происходит процесс внутреннего кипения с передачей тепловой энергии от блока пиролизных процессов в блоки вегетации, выращивания рыбы, вермикультивирования и содержания животных. Эти же трубы доставляют относительно низкие температуры в летний период из земли в помещения блоков. Теплые воздушные массы (13) поступают в верхние блоки. В летний период помещение блока является сушильной камерой и дополнительным аккумулятором энергии для поддержания постоянной температуры. Все блоки дополнительно отделаны с внешней стороны прозрачными теплоемкими материалами.
2
Биокомплекс предлагаемой конструкции, расположенный под углом 15°-35°, позволяет, за счет максимального использования энергии солнца, теплого углекислого газа СО, введением блока пиролизных процессов и вакуумных тепловых труб, обеспечить поддержание температуры в биокомплексе на уровне +20+25°С, что приводит к эффективному выращиванию растений и животных с увеличением продуктивности на 25-35% при минимальных энергозатратах.