УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБОГРЕВА ПОЧВЫ
SOIL HEATING DEVICE

Изобретение относится к средствам обогрева почвы и может использоваться в промышленных и индивидуальных теплицах для выращивания ранних растений, овощных культур, цветов, кустов и деревьев, а также в животноводческих сооружениях, требующих подогрева почвы.
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. При этом система также снабжена трубопроводом обогрева, а вертикальная стена теплицы снабжена калорифером (Патент №2207752 С1, дата приоритета 12.02.2002, дата публикации 10.07.2003, авторы Пындак В.И. 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, содержащая прозрачный защитный купол, являющийся солнечным коллектором, грунтовый теплообменник и систему циркуляции жидкости-теплоносителя, при этом прозрачный защитный купол выполнен из светопрозрачных пластин ячеистого поликарбоната и снабжен нижними водоподводящими и верхними водоотводящими патрубками, с помощью которых включен в систему циркуляции жидкости-теплоносителя теплицы, кроме того, в систему циркуляции жидкости-теплоносителя введены трехходовые термоуправляемые вентили для отвода нагретой жидкости-теплоносителя в тепловой аккумулятор в жаркое время суток (патент РФ №93208 U1, дата приоритета 06.07.2009, дата публикации 27.04.2010, авторы: Галяутдинов А.А. и Харитонов П.Т., RU, прототип).
Общим недостатком аналога и прототипа является отсутствие возможности регулирования температуры почвы при высоких материальных затратах, а также не оправданное технической необходимостью использование вторичного теплоносителя - жидкости, что, кроме того, свидетельствует о недостаточной надежности системы циркуляции жидкости в прототипе в случае возможного повреждения купола из поликарбоната.
Технической проблемой, решаемой заявленным устройством, является расширение функциональных возможностей и области использования устройства для обогрева почвы, а также повышение его энергоэффективности и надежности.
Для решения технической проблемы предложено устройство для обогрева почвы, содержащее солнечный коллектор, соединенный с ним с помощью труб грунтовый теплообменник и систему циркуляции теплоносителя. Согласно изобретению, новым является то, что солнечный коллектор выполнен в виде внешнего выносного элемента с двойной системой нагрева, в которой в качестве теплоносителя использован воздух, грунтовый теплообменник, соединенный с солнечным коллектором двумя воздуховодами, образован двумя подпочвенными коллекторами с теплообменными элементами, объединенными распределительным коллектором, который снабжен отводящими воздуховодами, оборудованными заслонками, а система циркуляции теплоносителя имеет два режима распределения потока воздуха, или циркуляционный, или прямоточный, и выполнена регулируемой с возможностью предупреждения перегрева почвы и охлаждения внутреннего воздуха помещения, при этом солнечный коллектор выполнен с возможностью работы в указанных режимах.
Согласно изобретению солнечный коллектор содержит теплоизолированный корпус со светопрозрачной крышкой, корпус выполнен трехслойным из алюминиевых листов с утеплителем между ними и разделен продольной перегородкой, снабженной окном, на две сообщающиеся с помощью окна секции, при этом в каждой секции установлен теплообменный элемент, который в одной секции содержит сквозные металлические каналы, образованные закрепленным на дне профлистом, а в другой секции теплообменный элемент выполнен в виде теплопоглощающей пластины с тепловыми стержнями, заполненными жидкостным теплоносителем с низкой температурой кипения и образующими теплообменник, кроме того, в каждой секций выполнены отверстия для подачи и отвода воздуха, причем отверстия для подачи воздуха снабжены заслонками.
Согласно изобретению система распределения воздуха дополнительно снабжена вентиляторами.
Согласно изобретению грунтовый теплообменник заглублен не более чем на 70 см, а обогреваемый им грунт огражден теплоизолированным фундаментом.
На фиг. 1 схематично изображено устройство для обогрева почвы, общий вид; на фиг. 2 показана система распределения потока воздуха в циркуляционном режиме; на фиг. 3 - система распределения потока воздуха в прямоточном режиме.
Устройство для обогрева почвы содержит устанавливаемый над обогреваемым помещением солнечный коллектор 1, выполненный с двойной системой нагрева, в которой в качестве теплоносителя использован воздух. Для образования циркуляции теплоносителя солнечный коллектор 1 соединен воздуховодами 2 и 3 с грунтовым теплообменником 4, причем система циркуляции теплоносителя имеет два режима распределения потока воздуха: рециркуляционный и прямоточный. При этом конструктивное выполнение солнечного коллектора и грунтового теплообменника обеспечивает работу устройства, как в рециркуляционном режиме нагрева, так и в прямоточном режиме, с возможностью регулирования этих режимов для предупреждения перегрева почвы и охлаждения внутреннего воздуха помещения.
Конструкция солнечного коллектора содержит теплоизолированный корпус 5 со светопрозрачной крышкой 6. Корпус 5 выполнен трехслойным из алюминиевых листов с утеплителем 7 между ними и разделен продольной перегородкой 8, снабженной окном 9, на две сообщающиеся с помощью окна 9 секции 10 и 11. При этом в каждой секции установлен теплообменный элемент. В секции 10 расположен теплообменный элемент 12, который содержит сквозные металлические каналы 13, образованные профлистом, соединенным с дном секции. В секции 11 установлен теплообменный элемент 14, который выполнен в виде теплопоглощающей пластины 15 с тепловыми стержнями, заполненными жидкостным теплоносителем с низкой температурой кипения и образующими теплообменник 16. Кроме того, в каждой секций выполнены отверстия 17 для подачи воздуха и отверстия 18, 19 для отвода воздуха, причем отверстия 17 для подачи воздуха снабжены заслонками 20.
Конструкция грунтового теплообменника 4 образована двумя подпочвенными коллекторами 21, 22 с теплообменниками 23, 24, объединенными распределительным коллектором 25, который снабжен отводящими воздуховодами 26, оборудованными заслонками 27, причем торцы отводящих воздуховодов расположены над почвой, а оптимальная величина заглубления грунтового теплообменника 4 составляет от 40 до 70 см (фиг. 1).
Принцип работы устройство для обогрева почвы основан на распределении потока воздуха в двух режимах: рециркуляционном и прямоточном.
При работе в рециркуляционном режиме отверстия 17 для подачи воздуха в солнечный коллектор 1 закрыты заслонками 20, а воздуховоды 26 грунтового теплообменника 4 закрыты заслонками 27. Система работает по замкнутому контуру, как показано на фиг. 2. При этом находящийся в системе воздух нагревается от солнечной энергии, и по воздуховоду 3 нагретый воздух поступает в грунтовый теплообменник 4 для отдачи тепла грунту. Пройдя через коллектор 21, теплообменник 23, распределительный коллектор 25 и теплообменник 24 с коллектором 22, охлажденный воздух по воздуховоду 2 поступает в секцию 10, нагревается в каналах 13 теплообменника 12, через отверстие 9 поступает в секцию 11 и дополнительно нагревается ней теплообменником 16. Нагретый таким образом в солнечном коллекторе 1 воздух циркулирует по системе непрерывно, что позволяет извлечь максимальный результат для нагрева почвы. Кроме того, для максимального сохранения накопленной почвой тепловой энергии от системы обогрева, а также для предотвращения промерзания, обогреваемый грунт может быть огражден теплоизолированным фундаментом (не показано).
При работе устройства в прямоточном режиме обеспечивается подача наружного воздуха в обе секции 10, 11 солнечного коллектора через открытые отверстия 17, а также подача нагретого воздуха в помещение через отводящие воздуховоды 26, при этом заслонки 27 на отводящих воздуховодах должны быть открыты (фиг. 3). Прямоточный режим позволяет избежать перегрева почвы и охлаждение внутреннего воздуха в помещении. Для более эффективного отвода воздуха в воздуховодах 26 могут быть установлены вентиляторы (не показано).
Технический результат, достигаемый заявленным устройством, заключается в расширении функциональных возможностей и области использования устройства для обогрева почвы, а также в повышении его энергоэффективности и надежности за счет конструктивного усовершенствования солнечного коллектора и грунтового теплообменника, использования в качестве теплоносителя воздуха и регулируемой системы распределения потока воздуха в двух режимах, исключающих перегрев почвы и охлаждение воздуха в помещении.