СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ МИКРОКЛИМАТА ПОЛЯ
SYSTEM OF FIELD MICROCLIMATE CONTROL

Предлагаемое изобретение относится к области сельского хозяйства и найдет применение при возделывании сельскохозяйственных культур для снижения отрицательных последствий суховеев.
Сущность решаемой проблемы состоит в том, что в условиях юга России часто наблюдаются суховеи - южные или юго-восточные ветры, несущие сухой и горячий воздух. Из-за низкой влажности воздуха этот ветер оказывает угнетающее воздействие на растения даже при достаточной влажности почвы, так как корневая система не успевает компенсировать потери влаги листьями растений.
Известен способ регулирования влажности приземного слоя воздуха, включающий обрызгивание листовой поверхности растений в наиболее жаркое время суток с помощью установок аэрозольного орошения, смонтированных на тракторах. Действие такого опрыскивания сохраняется в течение двух часов (Патент РФ №2172583, МКИ A01G 25/09, БИ №24, 2001 г.).
Недостатком этого способа является необходимость создания оросительной системы, высокая энергоемкость процесса, связанная с неоднократным ежедневным проходом установок аэрозольного орошения по полю с интервалом не более двух часов.
Известна стационарная оросительная система регулирования температуры и влажности воздуха, состоящая из водораспределительной сети, снабженной насадкам мелкодисперсного дождевания. Такая стационарная оросительная система обеспечивает возможность круглосуточного регулирования влажности приземного слоя воздуха на участке (Патент РФ №2322047, МКИ A01G 25/02, БИ №11,2008 г.).
Недостатками этой системы являются: необходимость строительства оросительной сети, ее высокие энергоемкость и стоимость.
Известна ветрозащитная и снегозадерживающая система лесополос для регулирования микроклимата поля, которую размещают по его границам (Справочник по мелиорации, М., Росагропромиздат, 1989 г., с. 313-316).
Лесополосы способствуют накоплению в зимнее время осадков в виде снега и созданию запасов влаги в почве при его таянии весной. Летом во время суховеев деревья и кустарники снижают скорость и температуру ветра, повышают влажность воздуха, испаряя воду с листовой поверхности и снижая таким образом отрицательное воздействие суховеев на сельскохозяйственные культуры, возделываемые в зоне действия лесополосы. Эта система принята в качестве прототипа.
Недостатками этой системы регулирования микроклимата поля являются длительность процесса выращивания лесополос до достижения растениями высоты, обеспечивающей эффективную защиту от суховеев; высокая стоимость работ по созданию лесополос, связанная с необходимостью орошения саженцев в первые годы после посадки и уходом за лесополосами; необходимость периодического высаживания новых растений взамен погибших, а также расходование большей части накопленной при снегозадержании влаги на водопотребление растительностью самой лесополосы.
Устранить указанные недостатки позволяет предлагаемая система регулирования микроклимата поля, включающая размещенные по границе поля ветрозащитные и снегозадерживающие элементы, отличающаяся тем, что она включает водоем, устраиваемый вдоль границы поля со стороны наиболее вероятного проникновения суховея, на противоположных берегах которого вдоль поля размещены вертикальные жалюзи высотой не менее половины ширины водоема, установленные с возможностью поворота вокруг вертикальной оси и наклона в вертикальной плоскости.
Кроме того, дно водоема может быть покрыто противофильтрационным материалом, вдоль водоема могут быть установлены распылители воды, а в качестве источников энергии для распылителей воды система может быть снабжена одной или несколькими ветроэнергетическими установками и солнечными батареями.
Новый технический результат состоит в том, что размещенный на границе поля со стороны наиболее вероятного проникновения суховея водоем, оборудованный жалюзи, позволяет осуществить зимнее снегозадержание на поверхности водоема с накоплением воды весной и последующей защитой ее от испарения до начала суховея, а при возникновении суховея произвести снижение его скорости и температуры, увеличить влажность воздуха установкой жалюзи на обоих берегах водоема под заданным углом к направлению ветра. При этом использование распылителей воды позволит обеспечить более эффективное увлажнение воздуха на высоте до 5 - 6 м, а привод их от ветроэнергетических установок и солнечных батарей исключит затраты энергоресурсов на производство электроэнергии.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид системы регулирования микроклимата поля с положением элементов жалюзи на поле №1 при работе в режиме снегозадержания и на поле №2 - в режиме увлажнения воздуха при суховее; на фиг.2 - система с положением жалюзи при сохранении накопленной влаги; на фиг.3 - разрез системы по А-А при работе распылителей воды.
Система регулирования микроклимата поля состоит из расположенного преимущественно вдоль южной границы поля 1 водоема 2, на северном и южном берегах которого на осях 3 установлены пластины жалюзи 4, при этом в нижней части осей 3 смонтированы шарниры 5, обеспечивающие пластинам жалюзи возможность поворота вокруг вертикальной оси и наклона в вертикальной плоскости. По продольной оси водоема 2 может быть проложена водопроводная труба 6 с мелкодисперсными распылителями 7, смонтированная на стойках 8. Водопроводная труба 6 подключена к насосу 9, приводимому в действие электроэнергией, вырабатываемой ветроэнергетической установкой и солнечной батареей 10. Дно водоема 2 может иметь противофильтрационное покрытие 11. При устройстве водоема, ширина которого может составлять 4-6 м при глубине 2-4 м, извлеченный грунт распределяют на прилегающей к водоему территории, формируя уклон поверхности поля в сторону водоема 2.
Предлагаемая система регулирования микроклимата поля работает следующим образом.
С наступлением зимы производят установку пластин жалюзи 9 на режим снегозадержания. Поскольку преобладающее количество снега приносят западные и северо-западные ветры, жалюзи 4, расположенные на северном берегу водоема 2, устанавливают в соответствие с направлением ветра, а жалюзи на южном берегу водоема 2 под углом к нему (фиг.1 поле №1). Высота жалюзи составляет 2,5-3,0 м. Встретившись с преградой, ветер снижает скорость, при этом происходит выпадение части снега. При попадании воздушного потока между линиями жалюзи происходит изменение его направления, и соответственно, дополнительное снижение скорости и осаждение части снега. Таким образом происходит заполнение снегом водоема 2 и формирование сугроба над ним и на прилегающих площадях.
Весной происходит заполнение водоема 2 водой как за счет накопленного снега, так и стока с прилегающей территории. Противофильтрационный слой 11 предотвращает фильтрационные потери воды. После окончания заполнения водоемов производят защиту воды от испарения путем создания укрытия. Для этого пластины жалюзи 4 располагают параллельно водоему 2, производя поворот осей 3 в шарнирах 5 и размещая пластины жалюзи 4 над поверхностью водоема. При этом, поскольку высота жалюзи 4 не менее половины ширины водоема 2, концы жалюзи образовуют крышу, которая защитит воду в водоеме от испарения. Однако эта крыша не будет препятствовать поступлению в водоем осадков.
При возникновении суховея оси 3 переводят в вертикальное положение, пластины жалюзи 4 на южной стороне водоема поворачивают по направлению суховея, а на его северной стороне под углом к направлению ветра (фиг.1 поле №2). Стена, образованная жалюзи, создает препятствие на пути суховея, снижая его скорость. При этом северная линия жалюзи меняет направление воздушного потока, вызывая завихрение, что способствует повышению испарения с поверхности водоема.
После установки жалюзи для большего эффекта могут быть включены мелкодисперсные распылители воды 7, к которым вода подводится по водопроводной трубе 6 от насоса 9. Конструкция мелкодисперсного распылителя позволяет выбрасывать на высоту 5-6 м капли размером 50-100 мк, образуя над водоемом облако водяной пыли 12. Эти капли полностью испаряются, повышая влажность воздуха. При испарении воды не только повышается влажность воздуха, но и понижается его температура и соответственно увеличивается плотность, поэтому охлажденный и увлажненный воздух будет опускаться к поверхности земли, формируя более благоприятный микроклимат в приземном слое, где располагаются растения. Распыление воды в воздухе продолжают до прекращения суховея и восстановления благоприятного для растений уровня влажности приземного слоя воздуха.
Для обеспечения электрической энергией насоса и мелкодисперсных распылителей целесообразно использовать возобновляемые экологически чистые источники энергии - ветроэнергетические установки, снабженные панелями солнечных батарей 10. Целесообразность использования обоих источников диктуется необходимостью обеспечения бесперебойной работы системы, так как во время суховея сила ветра в течение суток может меняться и снижаться до величины, не достаточной для работы ветроэнергетической установки, а солнечные батарей не работают ночью.
Таким образом, предлагаемая система является защитой прилегающего к ней поля от губительного действия суховея, оказывающей существенное влияние на его микроклимат, снижая скорость и температуру суховея и повышая влажность приземного слоя воздуха за счет влаги, накопленной в зимний период. Кроме того, использование природных, экологически безопасных источников энергии - ветра и солнца, позволяет снизить эксплуатационные затраты.